传热设备控制资料

1、11.1概述(i sh)对物料进行(jnxng)加热或冷却的设备称为传热设备结构形式：列管式、蛇管式、夹套式、套管式 一般传热设备（以上） 特殊传热设备：加热炉、锅炉、蒸发器等 传热设备的类型11.1.1 传热方式：传导、对流、辐射物流接触关系：直接接触式，间壁式、蓄热式 热量交换形式：无相变的热量交换、有相变的热量交换共四十页传热设备(shbi)的类型11.1.1（a） 列管式换热器 液体(yt)1进口液体2入口液体1出口花板 液体2出口列管共四十页11.2一般传热(chun r)设备的控制换热器、蒸汽(zhn q)加热器、再沸器、冷凝器等共四十页传热(chun r)设备作用及控制11.1.

2、2 （1） 对工艺(gngy)介质进行加热或冷却 （2） 使工艺介质发生相变 （3） 热量回收 主要是进行温度控制，以及一些保护性控制 控制要求：共四十页换热器的控制(kngzh)11.2.1图11-2 逆流(nli)单程换热器G2c2 T2i G1c1 T1i G1c1 T10 G2c2 T20 共四十页 对象静态特性分析 基于(jy)热量平衡方程和传热速率方程 用于系统扰动分析及静态控制设计依据（1）特性(txng)分析换热器的控制11.2.1q=KFT 单程、逆流管式换热器静态特性基本表达式(11-6)共四十页仿真(fn zhn)分析（静态放大倍数）： T1i T1o ： 式11-8 T

3、2i T1o ： 式11-9换热器的控制(kngzh)11.2.1共四十页仿真分析（静态(jngti)放大倍数）： T1o -G2 ： T1o -G1 ：3124换热器的控制(kngzh)11.2.1图11-4图11-5共四十页 对象(duxing)动态特性分析 换热器的控制(kngzh)11.2.1 T1iT1o ：式11-11 动态纯滞后环节T2iT1o、 G1T1o 、 G2T1o式11-12 带纯滞后的二阶惯性环节 分布参数对象：既是时间函数， 又是空间的函数 精确描述：偏微分方程， 求解困难 经验公式近似描述：共四十页特点：简单易行 但是，当G2已经很大，而温差较小时，迟钝(chdn

4、)控制 另外，若工艺上不允许对载热体节流时，不能采用这种方案 （2）控制(kngzh)方案 两类基本方案：控制载热体流量、旁路控制介质流量 换热器的控制11.2.1工业介质G1载热体 G2TC图11-7 控制载热体流量 用载热体流量控制介质出口温度，最常用的方法共四十页 介质旁路控制 介质混合过程(guchng) 控制及时（相当于前馈机理） 另外，还可以组成前馈串级控制方案图换热器的控制(kngzh)11.2.1图11-9工业介质G1载热体 G2TC共四十页蒸汽(zhn q)加热器的控制11.2.2控制载热体流量 蒸汽发生相变，可同时通过T和传热面积控制，只是要注意出口(ch ku)液体能够连

5、续排出。蒸汽作为热载体，工业常用 蒸汽G2TC凝液G1图11-11共四十页控制冷凝液排量 热载体的出口控制，通过改变F控制 控制阀控制液体，口径可以小些，液体 控制平稳(pngwn)，缺点：滞后 蒸汽G2凝液TCFCG1蒸汽(zhn q)加热器的控制11.2.2图11-14 前馈-反馈控制系统共四十页冷凝(lngnng)冷却器的控制11.2.3缺点：控制不灵活，另外要保证(bozhng)液位不能过高，防止汽带液 T-L串级控制系统 图11-16热载体为液态冷却剂，通过在换热器内蒸发，带走介质热量气氨TC液氮图11-15 控制载热体流量优点：控制平稳，对出口气相压力没有影响共四十页冷凝(lngn

6、ng)冷却器的控制11.2.3 控制汽相流量 控制灵活，但出口压力波 动，若直接进入(jnr)压缩机，对压缩机有影响 TCLC液氮气氨共四十页11.3锅炉(gul)设备的控制共四十页11.3锅炉(gul)设备的控制11.3.1概述(i sh) 主要结构图 P199 图11-19 燃烧系统、给水系统、蒸汽产生系统 锅炉产生蒸汽，而蒸汽一般是过程设备的能量来源动力设备，而蒸汽质量对过程生产有直接影响作用：分类： 锅炉有多种分类，根据锅炉用途、燃料性质（煤、油、气）、压力（高、中、低）结构：共四十页（4）水处理(chl)控制 防止或减少结垢 主要(zhyo)控制系统11.3.1概述 （1）汽包水位控

7、制 保持水量与蒸汽量的物料平衡 （2）燃烧控制 保证燃烧的经济性和安全性（3）蒸汽控制 控制过热蒸汽的温度共四十页11.3.2锅炉汽包水位(shuwi)的控制锅炉的汽包水位(shuwi)控制一般比较严格 汽包水位的控制是锅炉和蒸汽用户的平稳、安全的保证水位过高影响汽水分离，使饱和蒸汽带水过多，使过热蒸汽温度下降 水位过低可能全部汽化，产生危险共四十页汽包水位的动态特性影响因素(yn s)多主要讨论水流量、蒸汽流量L 特性11.3.2锅炉(gul)汽包水位的控制 给水流量WL 阶跃响应H曲线，相当于积分加纯滞后环节 给水温度越低，纯滞后时间越大 WHH1 H tt共四十页曲线H汽包水位，开始(k

8、ish)上升，然后再下降，“虚假水位”现象11.3.2锅炉汽包水位(shuwi)的控制 蒸汽流量DL曲线H1D突然增加，物料平衡，水位下降曲线H2D突然增加，瞬间汽包压力下降，水沸腾加剧，气泡增加，水位上升H1H2H共四十页 对给水(jshu)扰动控制滞后蒸汽气泡省煤器给水LC11.3.2锅炉汽包水位(shuwi)的控制（1）单冲量控制系统汽包水位的单回路控制， “单冲量”汽包水位 适用于负荷小的锅炉 三个问题： 不能克服虚假水位带来的后果 对蒸汽负荷的变化控制不灵敏共四十页前馈（蒸汽流量(liling)）反馈（汽包水位）控制系统11.3.2锅炉(gul)汽包水位的控制（2）双冲量控制系统 为

9、了克服虚假水位现象，引入蒸汽流量，“双冲量”I=C1ICC2IFI0蒸汽 IC IF I0 LC给水 静态前馈共四十页 GC C1 GV GPC GmF C2 Gm GPD IF L0 IC I0 I图11-24（b）D11.3.2锅炉(gul)汽包水位的控制共四十页加法器系数 IC汽包水位信号，C11 IF蒸汽流量信号，C2根据静态前馈补偿(bchng)设置 I0偏置(pin zh)值，调整I的输出，正常负荷下，I0与C2、IF相互抵消11.3.2锅炉汽包水位的控制共四十页安全角度(jiod)，保护锅炉，气闭，防止烧干 保护蒸汽用户，气开11.3.2锅炉(gul)汽包水位的控制 阀、控制器、

10、运算器符号阀的开闭形式：控制器正反作用：对象：正， 若气闭阀，LC=正，若气开阀 LC=负运算器正负号：C2： 取决于控制阀开闭形式 蒸汽量 给水量应该： 气闭：I应该C2取“-”气开：I应该C2取“+”共四十页 双冲量控制系统其它(qt)形式 LC水位(shuwi)蒸汽量 给水阀 LC水位蒸汽量TdS 给水阀11.3.2锅炉汽包水位的控制共四十页在双冲量基础上，进一步克服给水(jshu)干扰，引入给水(jshu)流量信号I=ICCIF-I0 蒸汽(zhn q)LCFC给水IF IC IF I0 I11.3.2锅炉汽包水位的控制（3）三冲量控制系统 共四十页前馈（蒸汽(zhn q)流量）串级（

11、汽包水位给水流量）控制系统 GPD GmF GPC GP2 GC2 GmF GC1 Gm IF IC I0 I0 IF IUL11.3.2锅炉(gul)汽包水位的控制共四十页I0与IC抵消(dxio) 11.3.2锅炉汽包水位(shuwi)的控制 加法器系数C根据给水流量变化W=蒸汽流量变化 （前馈补偿）对于I0，正常负荷时共四十页由于(yuy)CIF作为流量控制器的给定，蒸汽流量增加，给水流量应该提高，C永远为正（与阀的形式无关，与双冲量不同） I=IC + CIF - I0 11.3.2锅炉(gul)汽包水位的控制 阀、控制器、运算器符号阀安全角度确定控制器按串级系统确定（先副后主）运算器

12、符号：共四十页 出口温度控制(kngzh) 控制(kngzh)方案 一级过热器、二级过热器、减温器 11.3.3过热(u r)蒸汽系统控制d/dt TC 图11-33 双冲量控制T2C T1C 减温水 图11-32 串级减温器减温器共四十页与燃料(rnlio)种类（油、气、煤）、燃烧设备、锅炉形式有关 基本要求： （1）出口蒸汽压力稳定，根据蒸汽负荷调节燃烧程度 （2）燃烧良好 （3）安全11.3.4锅炉燃烧(rnsho)过程的控制共四十页（1）蒸汽压力与燃烧(rnsho)控制 一般，用燃料量控制蒸汽压力，单回路/串级 燃烧控制要求燃料与空气的一定比例，比值控制 加入逻辑关系，11.3.4锅炉

13、(gul)燃烧过程的控制FC FC FC FC LS HS PCPCKK燃料阀 燃料阀 空气阀空气量空气量燃料量燃料量pp图11-35图11-34共四十页燃料与空气比值的最优化 维持燃烧(rnsho)，理论上要维持一个最低空气量，实际空气量要略大于最低量，过剩空气量。大，能量浪费，小，燃烧(rnsho)不完全 对于不同的燃料，都有一个最优空气量最经济燃烧 11.3.4锅炉(gul)燃烧过程的控制（2）烟气含氧量控制可通过烟气含氧量信号间接获得共四十页燃料阀 空气阀 燃料量 空气量 最优值 O2 p PC FC LS AC FC HS 11.3.4锅炉燃烧(rnsho)过程的控制在燃烧控制方案中

14、引入含氧量信号校正 若要求能够适应负荷变化(binhu)，可构成图11-40的控制系统。共四十页燃烧(rnsho)嘴背压过低，实施联锁保护，切断燃气阀。11.3.4锅炉燃烧过程(guchng)的控制（3）炉膛负压控制及安全控制 炉膛负压控制引风量控制 为克服滞后，可引入蒸汽压力作为前馈信号，组成前馈反馈控制系统 防脱火控制引入燃气压力信号（燃烧嘴背压）构成选择性系统 防回火控制共四十页蒸汽(zhn q)气泡(qpo)P1C LS P2C PSA P3C K 燃料11.3.4锅炉燃烧过程的控制炉膛负压控制及安全控制共四十页火力加热设备，主要是控制炉膛温度（防止烧坏）、燃烧(rnsho)控制，以及被加热物料出口温度控制。11.4加热炉的控制(kngzh)共四十页内容摘要11.1。对物料进行加热或冷却的设备称为传热设备。（1） 对工艺介质进行加热或冷却。（2） 使工艺介质发生相变。