传热设备控制培训教材

11.1概述对物料进行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、有相变的热量交换传热设备的类型11.1.1（a）

列管式换热器

液体1进口液体2入口液体1出口花板液体2出口列管11.2一般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11.1.2

（1）

对工艺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：换热器的控制11.2.1图11-2逆流单程换热器G2c2T2i

G1c1T1i

G1c1T10

G2c2T20

①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依据（1）特性分析换热器的控制11.2.1q=KFΔT

单程、逆流管式换热器静态特性基本表达式(11-6)仿真分析（静态放大倍数）：T1i→T1o：式11-8T2i→T1o：式11-9换热器的控制11.2.1仿真分析（静态放大倍数）：T1o--G2：T1o--G1：3124换热器的控制11.2.1图11-4图11-5②对象动态特性分析

换热器的控制11.2.1T1i→T1o：式11-11动态纯滞后环节T2i→T1o、G1→T1o、G2→T1o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：特点：简单易行但是，当G2已经很大，而温差较小时，迟钝控制另外，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11-7①

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②介质质旁路控控制介质混合合过程控制及时时（相当当于前馈馈机理））另外，还还可以组组成前馈馈——串串级控制制方案图图换热器的的控制11.2.1图11-9工业介质G1载热体G2TC蒸汽加热热器的控控制11.2.2①

控制制载热体体流量蒸汽发生生相变，，可同时时通过ΔΔT和传传热面积积控制，，只是要要注意出出口液体体能够连连续排出出。蒸汽作为为热载体体，工业业常用蒸汽G2TC凝液G1图11-11②

控制制冷凝液液排量热载体的的出口控控制，通通过改变变F控制制控制阀控控制液体体，口径径可以小小些，液液体控控制平稳稳，缺点点：滞后后蒸汽G2凝液TCFCG1蒸汽加热热器的控控制11.2.2图11-14前前馈-反馈控控制系统统冷凝冷却却器的控控制11.2.3缺点：控控制不灵灵活，另另外要保保证液位位不能过过高，防防止汽带带液T-L串串级控制制系统图图11-16热载体为为液态冷冷却剂，，通过在在换热器器内蒸发发，带走走介质热热量气氨TC液氮图11-15①控制制载热体体流量优点：控控制平稳稳，对出出口气相相压力没没有影响响冷凝冷却却器的控控制11.2.3②控制制汽相流流量控制灵活活，但出出口压力力波动动，若直直接进入入压缩机机，对压压缩机有有影响TCLC液氮气氨11.3锅炉设备备的控制制11.3锅炉设备备的控制制11.3.1概述主要结构构图P199图11-19燃烧系统统、给水水系统、、蒸汽产产生系统统锅炉产生生蒸汽，，而蒸汽汽一般是是过程设设备的能能量来源源——动动力设备备，而蒸蒸汽质量量对过程程生产有有直接影影响作用：分类：锅炉有多多种分类类，根据据锅炉用用途、燃燃料性质质（煤、油油、气））、压力力（高、、中、低低）结构：（4）水水处理控控制防止或减减少结垢垢主要控制制系统11.3.1概述（1）汽汽包水位位控制保持水量量与蒸汽汽量的物物料平衡衡（2）燃燃烧控制制保证燃烧烧的经济济性和安安全性（3）蒸蒸汽控制制控制过热热蒸汽的的温度11.3.2锅炉汽包包水位的的控制锅炉的汽汽包水位位控制一一般比较较严格汽包水位位的控制制是锅炉炉和蒸汽汽用户的的平稳、、安全的的保证水位过高高——影响响汽水分分离，使使饱和蒸蒸汽带水水过多，，使过热蒸蒸汽温度度下降水位过低低——可能能全部汽汽化，产产生危险险汽包水位位的动态态特性影响因素素多主要讨论论水流量量、蒸汽汽流量——L特特性11.3.2锅炉汽包包水位的的控制①给给水水流量W—L阶跃响应应H曲线线

，相相当于积积分加纯纯滞后环环节给水温度度越低，，纯滞后后时间越越大τττWHH1Hτtt曲线H———汽包包水位，，开始上上升，然然后再下下降，““虚假水水位”现现象11.3.2锅炉汽包包水位的的控制②蒸蒸汽流量量D—L曲线H1——D突然增增加，物物料平衡衡，水位位下降曲线H2——D突然增增加，瞬瞬间汽包包压力下下降，水水沸腾加加剧，气泡增加加，水位位上升H1H2H③对对给给水扰动动控制滞滞后蒸汽气泡省煤器给水LC11.3.2锅炉汽包包水位的的控制（1）单单冲量控控制系统统汽包水位位的单回回路控制制，““单冲量量”—汽汽包水位位适用于负负荷小的的锅炉三个问题题：①不不能能克服虚虚假水位位带来的的后果②对对蒸蒸汽负荷荷的变化化控制不不灵敏前馈（蒸蒸汽流量量）—反反馈（汽汽包水位位）控制制系统11.3.2锅炉汽包包水位的的控制（2）双双冲量控控制系统统为了克服服虚假水水位现象象，引入入蒸汽流流量，““双冲量量”I=C1IC±C2IF±I0蒸汽

ICIFI0

LC给水静态前馈馈GCC1GVGPCGmFC2GmGPDIFL0ICI0I图11-24（b）D11.3.2锅炉汽包包水位的的控制①加加法器器系数IC汽包水位位信号，，C1≤≤1IF蒸汽流量量信号，，C2根根据静态态前馈补补偿设置置I0偏置置值，调调整I的的输出，，正常负负荷下，，I0与与C2、、IF相相互抵消消11.3.2锅炉汽包包水位的的控制安全角度度，保护护锅炉，，气闭，，防止烧烧干保护蒸汽汽用户，，气开11.3.2锅炉汽包包水位的的控制②阀、、控制器器、运算算器符号号阀的开闭闭形式：：控制器正正反作用用：对象：正正，若气闭阀阀，LC=正，，若气开开阀LC=负负运算器正正负号：：C2：取取决于于控制阀阀开闭形形式蒸汽量↑给水量应应该↑：气闭：I应该↓C2取““-”气开：I应该↑C2取““+”③双冲冲量控制制系统其其它形式式∑LC水位蒸汽量∑给水阀∑

LC水位蒸汽量TdS给水阀11.3.2锅炉汽包包水位的的控制在双冲量量基础上上，进一一步克服服给水干干扰，引引入给水水流量信信号I=IC±CIF-I0蒸汽LCFC给水I’FICIFI0I11.3.2锅炉汽包包水位的的控制（3）三三冲量控控制系统统前馈（蒸蒸汽流量量）———串级（（汽包水水位—给给水流量量）控制制系统GPDGmFGPCGP2GC2GmF∑GC1GmIFICI0I0I’FIUL11.3.2锅炉汽包包水位的的控制I0与IC抵消消11.3.2锅炉汽包包水位的的控制①加加法法器系数数C根据给水水流量变变化W=蒸汽流流量变化化（前前馈补偿偿）对于I0，正常常负荷时时由于CIF作为流量量控制器器的给定定，蒸汽汽流量增增加，给给水流量量应该提提高，C永远为为正（与与阀的形形式无关关，与双双冲量不不同）I=IC+CIF-I011.3.2锅炉汽包包水位的的控制②阀、、控制器器、运算算器符号号阀安全角角度确定定控制器按按串级系系统确定定（先副副后主））运算器符符号：出口温度度控制控控制方案案一级过热热器、二二级过热热器、减减温器11.3.3过热蒸汽汽系统控控制d/dtTC图11-33双冲量控制T2CT1C减温水图11-32串串级减温器减温器与燃料种种类（油油、气、、煤）、、燃烧设设备、锅锅炉形式式有关基本要求求：（1）出出口蒸蒸汽压力力稳定，，根据蒸蒸汽负荷荷调节燃燃烧程度度（2）燃燃烧烧良好（3）安安全全11.3.4锅炉燃烧烧过程的的控制（1）蒸蒸汽压力力与燃烧烧控制一般，用用燃料量量控制蒸蒸汽压力力，单回回路/串串级燃烧控制制要求燃燃料与空空气的一一定比例例，比值值控制加入逻辑辑关系，，11.3.4锅炉燃烧烧过程的的控制FCFCFCFCLSHSPCPCKK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燃料与空空气比值值的最优优化维持燃烧烧，理论论上要维维持一个个最低空空气量，，实际空空气量要要略大于于最低量量，过剩剩空气量量。大，，能量浪浪费，小小，燃烧烧不完全全对于不同同的燃料料，都有有一个最最优空气气量———最经济济燃烧α11.3.4锅炉燃烧烧过程的的控制（2）烟烟气含氧氧量控制制可通过烟烟气含氧氧量信号号间接获获得燃料阀

空气阀

燃料量

空气量

最优值

O2

pPCFCLSACFCHS×11.3.4锅炉燃烧烧过程的的控制在燃烧控控制方案案中引入入含氧量量信号校校正若要求能能够适应应负荷变变化，可可构成图图11-40的的控制系系统。燃烧嘴背背压过低低，实施施联锁保保护，切切断燃气气阀。11.3.4锅炉燃烧烧过程的的控制（3）炉炉膛负压压控制及及安全控控制①炉炉膛膛负压控控制引风量控控制为克服滞滞后，可可引入蒸蒸汽压