传热设备控制new

加热炉的控制2023/1/514.5加热炉的控制4.5.1概述加热炉是石油化工生产过程的主要设备之一

作用：工艺介质的升温或气化

结构形式：箱式炉、立式炉、圆筒炉

工作原理：

对象特点：

燃料(油)分几路(雾化喷嘴)进炉燃烧炉膛火焰辐射给炉管炉管经热传导、对流传热给工艺介质炉膛容量大、时间常数大、滞后时间长；属多容过程；可用一阶加纯滞后环节近似描述；理论分析比较困难。

操作特点：

避免温度过高，炉管内物料可能分解、结焦严格控制加热炉出口温度TT101燃料工艺介质2023/1/524.5.2加热炉的单回路控制

1、对象分析

主要控制指标：工艺介质的出口温度

操作手段：燃料油或燃料气的流量

干扰因素：负荷量、进料温度、组分；

燃料油(气)压力、性质、雾化状况，空气量，喷嘴阻力等

2、控制回路

(1)

主要控制系统：出口温度控制

(2)

辅助控制系统：

①工艺介质的流量控制系统;

②燃料压力控制系统；

③燃料油雾化蒸汽压力控制。加热炉雾化蒸汽工艺介质燃料油回油TC101TT101FC101FT101PT101PC101PT102PC102TT101燃料工艺介质2023/1/53燃料油压力波动较大时，单回路不能保证良好雾化，可采用以下方案：

①用燃料油阀后压力与雾化蒸汽压力之差来调节雾化蒸汽。

②燃料油阀后压力与雾化蒸汽压力比值控制。（前提条件：管道应畅通）

加热炉负荷大、时间常数和滞后时间较大，单回路控制很难满足要求，炉出口温度波动较大

3、单回路控制适用场合

对炉出口温度要求不高的场合

干扰较小，且不频繁

炉膛容量较小，滞后小也可采用流量比值控制PT101PC102至喷嘴燃料油雾化蒸汽PT102KPdT101PdC101至喷嘴燃料油雾化蒸汽

燃料油压力较平稳时，③回路可以满足雾化要求。2023/1/544.5.3加热炉的串级控制

炉出口温度对炉膛温度的串级控制

炉出口温度对燃料流量的串级控制

炉出口温度对燃料阀后压力的串级控制

采用压力平衡式控制阀的控制2023/1/554.5.3加热炉的串级控制2023/1/56

1、炉出口温度对炉膛温度的串级控制干扰(燃料压力、性质等)优点：有利于克服燃料性质变化注意：(1)炉膛温度的检测点位置，选择有代表性且反应较快的点；

(2)副控制器参数不应整定得过于灵敏；

(4)炉膛温度不应有大的波动；

(5)炉膛温度测温元件及保护套管应耐高温。炉膛温度炉出口温度炉膛温度比出口温度滞后小副回路克服干扰，减小对出口温度的影响工艺介质燃料油TC101TT101加热炉TT102TC102

(3)副控制器不引入微分作用；2023/1/57工艺介质燃料TC101TT101加热炉FT101FC1012、炉出口温度对燃料流量的串级优点：有利于克服燃料量变化三串级:出口温度、炉膛温度、燃料量三参数串级特点：关联回路多，实施困难工艺介质燃料油TC101TT101加热炉TT102TC102FT101FC101缺点:燃料量小、粘度大时，流量测量困难2023/1/58工艺介质燃料TC101TT101加热炉PT101PC101工艺介质燃料油TC101TT101加热炉TT102TC102FT101FC101

3、出口温度对燃料阀后压力的串级燃料量小、粘度大时，流量测量困难特点:应用较广

4、采用压力平衡式控制阀这种阀本身兼有压力控制器功能，相当于炉出口温度对燃料压力的串级。压力测量较方便应注意管道堵塞2023/1/59浮动(压力平衡式)阀工作原理2023/1/510加热热炉炉的的串串级级控控制制方方案案总总结结优点点?缺点点?2022/12/2911例1：催化化裂化装置置加热炉控控制系统统原料油加热热到一定温温度送给反反应器开工气体为为燃料，出出口温度控控制浮动阀阀正常生产重重质油为燃燃料，采用用炉出口温温度与燃料阀后后压力串级级2022/12/2912例1：催化化裂化装置置加热炉控控制系统统开工正常2022/12/2913例2：常减减压装置加加热炉控制制系统原油加热到到一定温度度送至常压压塔分馏要求炉出口口温度稳定定燃料油来自初馏塔常压塔加热炉FT101FC101FT102FC102PT102PC102TC103TC104TT103TT104PT101PC101TC101TT101TT102TC102温度控制：：炉出口温度度对炉膛温度的串级级负荷控制：：单回路流量量控制燃料干扰：：单回路压力力控制2022/12/29144.5.4加热炉炉的前馈——反馈馈控制实际生产中中，有时遇遇到进料量量变化频繁繁、幅度较较大炉子时间常常数大、滞滞后时间长长单回路路或串串级均均很难难满足足要求求设计前前馈——反反馈馈控制制系统统前馈主主要克克服进进料流流量的的干扰扰TT101TC101FT101FT101TT101TC101FT102FC1022022/12/2915加热炉炉安全全联锁锁保护护控制制系统统在以燃燃料气气为燃燃料的的加热热炉中中,主要危危险包包括:被加热热工艺艺介质质流量量过少少或中中断；；熄火；；回火；；（什么么情况况下发发生？？）脱火。。（什么么情况况下发发生？？）2022/12/29164.5.5加加热炉的的安全联联锁保护护系统联锁保护护系统的的作用：：为安全全生产、、防止事事故1、燃气加热热炉①工艺介质质流量过过小或中中断，切切断燃料料气②某种原因因灭火时时，切断断燃料气气③燃料气压压力不能能过低，，流量不不能太小小④燃料压力力不能过过高，否否则会引引起脱气气灭火加热炉TC101TT101PT101PC101LSFT102FSL102FT101FSL101BS1012022/12/2917LS：低选器；；BS：火焰检测测器；GL1：燃料气流流量过低低联锁装装置；GL2：进料流量量过低联联锁装置置。加热炉安安全联锁锁保护控控制系统统反作用？？反作用？？气开阀？？2022/12/29182、燃油加热热炉(哪个回路路实现此此功能?)①工艺介质质流量过过小或中中断，切切断燃料料油②燃料油压压力过低低会回火火；燃料料油压力力过高会会脱火③雾化蒸汽汽压力过过低或中中断，造造成燃料料油雾化化不良无无法燃烧烧FT102FSL102PT102PSL102BS101加热炉雾化蒸汽燃料油TC101TT101PT101PC101LSFT101FSL101还有什么么功能?和燃气加加热炉有有什么区区别?2022/12/2919蒋慰孙《过程控制制工程》(第2版)中国石化化出版社社金以慧《过程控制制》清华大学学出版社社参考文献献:2022/12/2920锅炉设备备的控制制2022/12/29214.6锅炉设备的控制4.6.1概述重要动力设设备。耗能大户,节能研究的的重点;污染大户,环保治理的的重点。1、作用：：动力源热源2、组成：：2022/12/29222、组成：：燃料热空气烟气经引风机排出过热器减温器炉膛汽包过热蒸汽空气预热器冷空气给水热空气送炉膛省煤器由给水泵来3、工作原原理燃料空气混合燃烧发发热汽包饱和蒸汽过热蒸汽母管输出燃烧烟气饱和蒸汽过热蒸汽省煤器（给水）空气预热器器（给风））过热器引风机排出出采用了哪些些节能措施施?2022/12/29234、对对象分分析特点：：锅炉炉给水量燃料量送风量引风量减温水汽包水位蒸汽温度蒸汽压力烟气氧含量炉膛负压负荷锅炉的的主要要输入入、输输出多入多多出（（MIMO）变量之之间关关联蒸汽负荷汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度燃料量蒸汽压力、汽包水位、蒸汽温度、过剩空气、炉膛负压给水量汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度燃料空气烟气过热器减温器炉膛汽包过热蒸汽空气预热器冷空气给水热空气送炉膛省煤器由给水泵来2022/12/2924多输入入多输输出问问题转化为为若干干单输输入单单输出出问题题:（为什什么不不用现现代控控制理理论解解决？？）汽包水水位控控制(物料平平衡)燃烧系系统控控制(能量平平衡)过热蒸蒸汽系系统控控制(质量控控制)炉膛负负压系系统控控制(安全控控制)工业锅锅炉控控制方方案的的特点点2022/12/2925任务：：安全、、合理理的运运行条条件下下，提供一一定温温度和和压力力的蒸蒸汽要求：：蒸汽量量应适适合负负荷变变化的的需要要，或或保持持给定定的负负荷蒸汽压压力保保持一一定的的范围围蒸汽温温度保保持一一定的的范围围汽包水水位保保持一一定的的范围围炉膛负负压保保持一一定的的范围围保持燃燃烧的的经济济性和和安全全运行行2022/12/29266、、主主要要控控制制系系统统(1)汽包包水水位位控控制制受控控变变量量：：汽汽包包水水位位(保保证证安安全全运运行行的的重重要要指指标标之之一一)(2)燃燃烧烧系系统统控控制制操纵纵变变量量：：给给水水流流量量使给给水水适适应应锅锅炉炉的的蒸蒸发发量量，，保保持持水水位位在在一一定定范范围围内内目的的：：使燃燃烧烧产产生生的的热热适适应应蒸蒸汽汽负负荷荷的的变变化化受控控变变量量：：蒸蒸汽汽压压力力、、烟烟气气氧氧含含量量、、炉炉膛膛负负压压操纵纵变变量量：：燃燃料料量量、、送送风风量量、、引引风风量量(3)过热热蒸蒸汽汽系系统统控控制制目的的:维持持过过热热器器出出口口温温度度、、保保证证管管壁壁温温度度不不超超过过允允许许的的温温度度受控控变变量量：：蒸蒸汽汽温温度度操纵纵变变量量：：减减温温水水量量2022/12/29274.6.2汽汽包水水位控控制汽包水水位：：锅炉炉运行行的主主要指指标水位过过低：：负荷荷加大大时，，汽化化速度度加快快，控控制不不及时时会全全部汽汽化水位过过高：：影响响汽水水分离离，产产生汽汽带液液，影影响后后序设设备的的正常常运行行1、汽汽包水水位的的动态态特性性(1)蒸蒸汽负负荷对对水位位的影影响（（干扰扰通道道）H：实际可可视水水位H1：不考虑虑水下下面汽汽泡容容积变变化时时的水水位H2：只考虑虑水面面下汽汽泡容容积变变化所所引起起的水水位假水位位与锅锅炉的的工作作压力力和蒸蒸汽量量有关关虚假水位100t/h~300t/h的中高高压锅锅炉，，负荷荷变化化10%时时，假假水位位可达达30~40mm2022/12/2928(2)给水流流量对对位的的影响响（控控制通通道））水位特特性：：纯滞后后过程程或反反向特特性过过程2、单单冲量量控制制给水锅炉气包蒸汽LC101LI101缺点：：负荷变变化时时，控控制不不及时，，不能能克服服假水水位现象象水位给水量的单回路控制适用场场合：：小型锅锅炉负荷较较稳定定的场场合2022/12/29293、双双冲量量控制制避免虚虚假水水位造造成控控制器器误动动作，，设计计负荷荷变化化的前前馈控控制加法器器的输输出：：：初始偏置差(阀位的初值)、：加法器的系数。的正、负取决于阀的特性气关阀：负荷给水量应取“-”气开阀：负荷给水量应取“+”锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101：根据阀的特性数据计算现场凑试，在只有负荷干扰的条件下，调整到水位基本不变：可取1，也可小于1：在正常负荷下，与近似或正好抵消2022/12/2930方框图图-+锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101+-缺点：：因控制制阀的的非线线性，，很难难做到到稳态态补偿偿不能克克服给给水量量的扰扰动4、三三冲量量控制制水位、、负荷荷、给给水流流量的的复合合控制制系统统锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101FT102FC102方案一一：前馈与与串级级组成成的复复合控控制系系统特点：：克服虚虚假水水位现现象克克服给给水量量的扰扰动双冲量量控制制的另另一种种形式式2022/12/2931锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101FT102方案二二：前馈加加反馈馈控制制综合信信号的的单回回路系系统锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101FT102特点：：仪表少少容易易实现现系数设设置不不当、、水位位可能能有余余差

受控变量：方案三三：前馈--串串级控控制系系统-+-副回路路纯比比例控控制器器，比比例度度为100%特点：：水位无无余差差2022/12/29324.6.3燃燃烧系系统控控制1、控控制系系统的的目的的①保证锅锅炉出出口蒸蒸汽压压力稳稳定②保持燃燃料良良好地地燃烧烧③保持炉炉膛负负压不不变④维持喷嘴嘴背压在在一定范范围内2、蒸汽汽压力控控制和燃燃料与空空气的比比值控制制压力对燃燃料量的的单回路控控制适用于负负荷及燃燃料波动动较小的的场合燃料量波波动较大大时，可可采用压压力对燃燃料量的的串级控制制为什么选选蒸汽压力力控制？？为什么选选燃料与空空气的比比值控制制？2022/12/2933基本控制制方案①压力控控制器输输出同时时作为燃料料和空气气流量控控制器的的设定值值特点：蒸汽压力力恒定燃料和空空气的比比值恒定定燃料燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空气阀FT102空气燃料燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空气阀FT102空气②压力对燃燃料量的的串级，，送风量随随燃料变变化的比比值控制制。特点：送风量滞滞后于燃燃料量2022/12/2934改进的控制制方案当负荷增加加时，先加加大空气量量，后增加加燃料；当负荷减小小时，先减减燃料，后后减空气。。3、烟气氧氧含量控制制燃料量燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽量FC102空气阀FT102空气量LSHSAC101AI101含氧量直接指标：：使燃料量与与送风量的的比值在各各种情况下下均为最优优烟气氧含量量(间接指标)（逻辑提量量？）（节能控制制？）讨论两个问问题：2022/12/2935逻辑提量过过程分析:燃料量燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽量FC102空气阀FT102空气量LSHSAC101AI101含氧量反作用过程分析:蒸汽量PPC空气量燃料量当负荷增加加时，先加加大空气量量，后增加加燃料；蒸汽量PPC燃料量空气量当负荷减小小时，先减减燃料，后后减空气。。反作用HSLS反作用LSHS作业:画出上图的的原理框图图,并且分析它它的工作过过程。2022/12/2936节能控制思思路:热效率η(仪表?)热损失q{不完全燃烧烧的热损失失(机械和化学学)、烟气热损损失、散热热损失}2022/12/2937热效率η(热损失q)与空气过剩剩系数α的关系020-204060总能量损失最高效率区烟气热损失化学不完全燃烧的热损失能量损失%过剩空气率%2022/12/2938节能控制思思路:热效率η(仪表?)热损失q{不完全燃烧烧的热损失失(机械和化学学)、烟气热损损失、散热热损失}（无法测量量）2022/12/2939

由燃料的性质可以确定完全燃烧所需要的空气量理论量

实际燃烧时应有一定的剩余空气实际量

不同的燃料对过剩空气都有一个最优值

液体燃料

过剩空气量通常用过剩空气系数来描述：烟气氧含量过剩剩空空气气系系数数2022/12/2940空气气过过剩剩系系数数α与烟烟气气氧氧含含量量的的关关系系040203010过剩空气率%1000600400200800PPMCOCOO2锅炉效率0246O2%2022/12/2941小结：节能控制制思路:热效率η(仪表?)热损失q{不完全燃燃烧的热热损失(机械和化化学)、烟气热热损失、、散热损损失}（无法测测量）空气过剩剩系数α（无法计计算）烟气氧含含量（氧化锆锆氧分析析仪）2022/12/2942重温：改进的控控制方案案当负荷增增加时，，先加大大空气量量，后增增加燃料料；当负荷减减小时，，先减燃燃料，后后减空气气。3、烟气气氧含量量控制燃料量燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽量FC102空气阀FT102空气量LSHSAC101AI101含氧量直接指标标：使燃料量量与送风风量的比比值在各各种情况况下均为为最优烟气氧含