过程控制工程-16传热设备的控制

1、过程控制系统及工程第16章 传热设备的控制 .传热设备的控制第11章16.1 概述16.2 传热设备的特性16.3 普通传热设备的控制16.4 锅炉设备的控制16.5 加热炉的控制16.6 蒸发器的控制.16.1概述对物料进展加热或冷却的设备称为传热设备构造方式：列管式、蛇管式、夹套式、套管式 普通传热设备以上 特殊传热设备：加热炉、锅炉、蒸发器等 传热设备的类型16.1.1 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 热量交换方式：无相变的热量交换、有相变的热量交换.16.2普通传热设备的控制换热器、蒸汽加热器、再沸器、冷凝器等.传热设备作用及控制16.1.2 1 对

2、工艺介质进展加热或冷却 2 使工艺介质发生相变 3 热量回收 主要是进展温度控制，以及一些维护性控制 控制要求：.换热器的特性16.2图 逆流单程换热器G2c2 T2i G1c1 T1i G1c1 T10 G2c2 T20 . 对象静态特性分析 基于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根据假设工艺介质与载热体均无相变，而且没有热损失。即 被加热物料得到的热量/单位时间= 载热体放出的热量/单位时间换热器的特性16.2 q=KFT 单程、逆流管式换热器静态特性根本表达式.换热器的特性16.2 热交换过程的传热速率方程K 为传热系数；Fm 为传热面积；Tm 为传热壁两侧流体

3、的平均温差.对于逆流单程换热器，可取对数平均值假设在1/3 3 之间，那么可用算术平均近似.换热器的特性16.2 热交换过程的静态方程单程、逆流管式换热器静态特性根本表达式.仿真分析静态放大倍数： T1i T1o ： 式11-8 T2i T1o ： 式11-9换热器的特性16.2 .仿真分析静态放大倍数： T1o -G2 ： T1o -G1 ：3124换热器的特性16.2 严重非线性，假设其它环节为线性，调理阀需选用等百分数阀。. 对象动态特性分析 换热器的特性16.2 T1iT1o ：动态纯滞后环节T2iT1o、 G1T1o 、 G2T1o带纯滞后的二阶惯性环节 分布参数对象：既是时间函数，

4、 又是空间的函数 准确描画：偏微分方程， 求解困难 阅历公式近似描画：.特点：简单易行 但是，当G2曾经很大，而温差较小时，愚钝控制 另外，假设工艺上不允许对载热体节流时，不能采用这种方案 控制方案 两类根本方案：控制载热体流量、旁路控制介质流量 换热器的控制16.3工业介质G1载热体 G2TC图16-8 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. 介质旁路控制 介质混合过程 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16.3.1图16-9工业介质G1载热体 G2TC.蒸汽加热器的控制16.3.2控制载热体流量 蒸汽发生相变，可同时经过T和传热面积

5、控制，只是要留意出口液体可以延续排出。蒸汽作为热载体，工业常用 蒸汽G2TC凝液G1图16-12.控制冷凝液排量 热载体的出口控制，经过改动F控制 控制阀控制液体，口径可以小些，液体 控制平稳，缺陷：滞后 蒸汽G2凝液TCFCG1蒸汽加热器的控制16.3.2图16-14 前馈-反响控制系统.冷凝冷却器的控制16.3.3缺陷：控制不灵敏，另外要保证液位不能过高，防止汽带液 T-L串级控制系统热载体为液态冷却剂，经过在换热器内蒸发，带走介质热量气氨TC液氮图16-16 控制载热体流量优点：控制平稳，对出口气相压力没有影响.冷凝冷却器的控制16.3.3 控制汽相流量 控制灵敏，但出口压力波 动，假设

6、直接进入紧缩机，对紧缩机有影响 TCLC液氮气氨.传热设备的控制16.1 概述16.2 传热设备的特性16.3 普通传热设备的控制16.4 锅炉设备的控制16.5 加热炉的控制16.6 蒸发器的控制第11章教学进程.16.4锅炉设备的控制16.4.1概述主要构造图 熄灭系统、给水系统、蒸汽产生系统 锅炉产生蒸汽，而蒸汽普通是过程设备的能量来源动力设备，而蒸汽质量对过程消费有直接影响作用：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、低构造：.4水处置控制 防止或减少结垢 主要控制系统16.4.1概述 1汽包水位控制 坚持水量与蒸汽量的物料平衡 2熄灭控制 保证熄灭的经济

7、性和平安性3蒸汽控制 控制过热蒸汽的温度.16.4.2锅炉汽包水位的控制锅炉的汽包水位控制普通比较严厉 汽包水位的控制是锅炉和蒸汽用户的平稳、平安的保证水位过高影响汽水分别，使饱和蒸汽带水过多，使过热蒸汽温度下降 水位过低能够全部汽化，产生危险.汽包水位的动态特性影响要素多主要讨论水流量、蒸汽流量L 特性16.4.2锅炉汽包水位的控制 给水流量WL 阶跃呼应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.曲线H汽包水位，开场上升，然后再下降，“虚伪水位景象16.4.2锅炉汽包水位的控制 蒸汽流量DL曲线H1D忽然添加，物料平衡，水位下降曲线H2D忽然添加，瞬间

8、汽包压力下降，水沸腾加剧，气泡添加，水位上升H1H2H.非最小相位特性对象为非最小相位存在位于复平面右半平面的零点的条件为. 对给水扰动控制滞后蒸汽气泡省煤器给水LC16.4.2锅炉汽包水位的控制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： 不能抑制虚伪水位带来的后果 对蒸汽负荷的变化控制不灵敏.前馈蒸汽流量反响汽包水位控制系统16.4.2锅炉汽包水位的控制2双冲量控制系统 为了抑制虚伪水位景象，引入蒸汽流量，“双冲量I=C1ICC2IFI0蒸汽 IC IF I0 LC给水 静态前馈. GC C1 GV GPC GmF C2 Gm GPD IF L0

9、 IC I0 IbD16.4.2锅炉汽包水位的控制.加法器系数 IC汽包水位信号，C11 IF蒸汽流量信号，C2根据静态前馈补偿设置 I0偏置值，调整I的输出，正常负荷下，I0与C2、IF相互抵消16.4.2锅炉汽包水位的控制.平安角度，维护锅炉，气闭，防止烧干 维护蒸汽用户，气开16.4.2锅炉汽包水位的控制 阀、控制器、运算器符号阀的开闭方式：控制器正反作用：对象：正， 假设气闭阀，LC=正，假设气开阀 LC=负运算器正负号：C2： 取决于控制阀开闭方式 蒸汽量 给水量应该： 气闭：I应该C2取“-气开：I应该C2取“+. 双冲量控制系统其它方式 LC水位蒸汽量 给水阀 LC水位蒸汽量Td

10、S 给水阀16.4.2锅炉汽包水位的控制.在双冲量根底上，进一步抑制给水干扰，引入给水流量信号I=ICCIF-I0 蒸汽LCFC给水IF IC IF I0 I16.4.2锅炉汽包水位的控制3三冲量控制系统 .前馈蒸汽流量串级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 IUL16.4.2锅炉汽包水位的控制.I0与IC抵消 16.4.2锅炉汽包水位的控制 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.由于CIF作为流量控制器的给定，蒸汽流量添加，给水流量应该提高，C永远为正与阀的方式无关，与双冲

11、量不同 I=IC + CIF - I0 16.4.2锅炉汽包水位的控制 阀、控制器、运算器符号阀平安角度确定控制器按串级系统确定先副后主运算器符号：. 出口温度控制 控制方案 一级过热器、二级过热器、减温器 16.4.3过热蒸汽系统控制d/dt TC 图16-34 双冲量控制T2C T1C 减温水 图16-33 串级减温器减温器.与燃料种类油、气、煤、熄灭设备、锅炉方式有关 根本要求： 1出口蒸汽压力稳定，根据蒸汽负荷调理熄灭程度 2熄灭良好 3平安16.4.4锅炉熄灭过程的控制.1蒸汽压力与熄灭控制 普通，用燃料量控制蒸汽压力，单回路/串级 熄灭控制要求燃料与空气的一定比例，比值控制 参与逻

12、辑关系，16.4.4锅炉熄灭过程的控制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16-35图16-34.燃料与空气比值的最优化 维持熄灭，实际上要维持一个最低空气量，实践空气量要略大于最低量，过剩空气量。大，能量浪费，小，熄灭不完全 对于不同的燃料，都有一个最优空气量最经济熄灭 16.4.4锅炉熄灭过程的控制2烟气含氧量控制可经过烟气含氧量信号间接获得.燃料阀 空气阀 燃料量 空气量 最优值 O2 p PC FC LS AC FC HS 16.4.4锅炉熄灭过程的控制在熄灭控制方案中引入含氧量信号校正 假设要求可以顺应负荷变化，可构成图16-40的控制系统。.熄灭嘴背压过低，实施联锁维护，切断燃气阀。16.4.4锅炉熄灭过程的控制3炉膛负压控制及平安控制 炉膛负压控制引风量控制 为抑制滞后，可引入蒸汽压力作为前馈信号，组成前馈反响控制系统 防脱火控制引入燃气压力信号熄灭嘴背压构成选择性系统 防回火控制.蒸汽气泡P1C LS P2C PSA P3C K 燃料16.4.4锅炉熄灭过程的控制