传热设备控制

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介介质质旁旁路路控控制制介质质混混合合过过程程控制制及及时时（（相相当当于于前前馈馈机机理理））另外外，，还还可可以以组组成成前前馈馈————串串级级控控制制方方案案图图换热热器器的的控控制制11.2.1图11-9工业介质G1载热体G2TC蒸汽汽加加热热器器的的控控制制11.2.2①控控制制载载热热体体流流量量蒸汽汽发发生生相相变变，，可可同同时时通通过过ΔΔT和和传传热热面面积积控控制制，，只只是是要要注注意意出出口口液液体体能能够够连连续续排排出出。。蒸汽汽作作为为热热载载体体，，工工业业常常用用蒸汽G2TC凝液G1图11-11②控控制制冷冷凝凝液液排排量量热载载体体的的出出口口控控制制，，通通过过改改变变F控控制制控制制阀阀控控制制液液体体，，口口径径可可以以小小些些，，液液体体控控制制平平稳稳，，缺缺点点：：滞滞后后蒸汽G2凝液TCFCG1蒸汽汽加加热热器器的的控控制制11.2.2图11-14前前馈馈-反反馈馈控控制制系系统统冷凝凝冷冷却却器器的的控控制制11.2.3缺点点：：控控制制不不灵灵活活，，另另外外要要保保证证液液位位不不能能过过高高，，防防止止汽汽带带液液T-L串串级级控控制制系系统统图图11-16热载载体体为为液液态态冷冷却却剂剂，，通通过过在在换换热热器器内内蒸蒸发发，，带带走走介介质质热热量量气氨TC液氮图11-15①控控制制载载热热体体流流量量优点点：：控控制制平平稳稳，，对对出出口口气气相相压压力力没没有有影影响响冷凝凝冷冷却却器器的的控控制制11.2.3②控控制制汽汽相相流流量量控制制灵灵活活，，但但出出口口压压力力波波动动，，若若直直接接进进入入压压缩缩机机，，对对压压缩缩机机有有影影响响TCLC液氮氮气氨氨11.3锅炉炉设设备备的的控控制制11.3锅炉炉设设备备的的控控制制11.3.1概述述主要要结结构构图图P199图图11-19燃烧烧系系统统、、给给水水系系统统、、蒸蒸汽汽产产生生系系统统锅炉炉产产生生蒸蒸汽汽，，而而蒸蒸汽汽一一般般是是过过程程设设备备的的能能量量来来源源————动动力力设设备备，，而而蒸蒸汽汽质质量量对对过过程程生生产产有有直直接接影影响响作用用：：分类类：：锅炉炉有有多多种种分分类类，，根根据据锅锅炉炉用用途途、、燃燃料料性性质质（煤煤、、油油、、气气））、、压压力力（（高高、、中中、、低低））结构构：：（4））水水处处理理控控制制防止止或或减减少少结结垢垢主要要控控制制系系统统11.3.1概述述（1））汽汽包包水水位位控控制制保持持水水量量与与蒸蒸汽汽量量的的物物料料平平衡衡（2））燃燃烧烧控控制制保证证燃燃烧烧的的经经济济性性和和安安全全性性（3））蒸蒸汽汽控控制制控制制过过热热蒸蒸汽汽的的温温度度11.3.2锅炉炉汽汽包包水水位位的的控控制制锅炉炉的的汽汽包包水水位位控控制制一一般般比比较较严严格格汽包包水水位位的的控控制制是是锅锅炉炉和和蒸蒸汽汽用用户户的的平平稳稳、、安安全全的的保保证证水位过过高——影影响汽汽水分分离，，使饱饱和蒸蒸汽带带水过过多，，使过热热蒸汽汽温度度下降降水位过过低——可可能全全部汽汽化，，产生生危险险汽包水水位的的动态态特性性影响因因素多多主要讨讨论水水流量量、蒸蒸汽流流量——L特特性性11.3.2锅炉汽汽包水水位的的控制制①给给水水流量量W——L阶跃响响应H曲线线，，相当当于积积分加加纯滞滞后环环节给水温温度越越低，，纯滞滞后时时间越越大τττWHH1Hτtt曲线H———汽包包水位位，开开始上上升，，然后后再下下降，，“虚虚假水水位””现象象11.3.2锅炉汽汽包水水位的的控制制②蒸蒸汽汽流量量D——L曲线H1———D突然然增加加，物物料平平衡，，水位位下降降曲线H2———D突然然增加加，瞬瞬间汽汽包压压力下下降，，水沸沸腾加加剧，，气泡增增加，，水位位上升升H1H2H③对对给给水扰扰动控控制滞滞后蒸汽气泡省煤器给水LC11.3.2锅炉汽汽包水水位的的控制制（1））单冲冲量控控制系系统汽包水水位的的单回回路控控制，，““单冲冲量””—汽汽包水水位适用于于负荷荷小的的锅炉炉三个问问题：：①不不能能克服服虚假假水位位带来来的后后果②对对蒸蒸汽负负荷的的变化化控制制不灵灵敏前馈（（蒸汽汽流量量）——反馈馈（汽汽包水水位））控制制系统统11.3.2锅炉汽汽包水水位的的控制制（2））双冲冲量控控制系系统为了克克服虚虚假水水位现现象，，引入入蒸汽汽流量量，““双冲冲量””I=C1IC±C2IF±I0蒸汽

ICIFI0

LC给水静态前前馈GCC1GVGPCGmFC2GmGPDIFL0ICI0I图11-24（b））D11.3.2锅炉汽汽包水水位的的控制制①加加法器器系数数IC汽包水水位信信号，，C1≤1IF蒸汽流流量信信号，，C2根据据静态态前馈馈补偿偿设置置I0偏偏置值值，调调整I的输输出，，正常常负荷荷下，，I0与C2、、IF相互互抵消消11.3.2锅炉汽汽包水水位的的控制制安全角角度，，保护护锅炉炉，气气闭，，防止止烧干干保护蒸蒸汽用用户，，气开开11.3.2锅炉汽汽包水水位的的控制制②阀阀、控控制器器、运运算器器符号号阀的开开闭形形式：：控制器器正反反作用用：对象：：正，，若气闭闭阀，，LC=正正，若若气开开阀LC=负负运算器器正负负号：：C2：：取取决于于控制制阀开开闭形形式蒸汽量量↑给水量量应该该↑：气闭：：I应应该↓C2取取“-”气开：：I应应该↑C2取取“+”③双双冲量量控制制系统统其它它形式式∑LC水位蒸汽量量∑给水阀阀∑

LC水位蒸汽量TdS给水阀11.3.2锅炉汽汽包水水位的的控制制在双冲冲量基基础上上，进进一步步克服服给水水干扰扰，引引入给给水流流量信信号I=IC±CIF-I0蒸汽LCFC给水I’FICIFI0I11.3.2锅炉汽汽包水水位的的控制制（3））三冲冲量控控制系系统前馈（（蒸汽汽流量量）———串串级（（汽包包水位位—给给水流流量））控制制系统统GPDGmFGPCGP2GC2GmF∑GC1GmIFICI0I0I’FIUL11.3.2锅炉汽汽包水水位的的控制制I0与与IC抵消消11.3.2锅炉汽汽包水水位的的控制制①加加法法器系系数C根据给给水流流量变变化W=蒸蒸汽流流量变变化（（前前馈补补偿））对于I0，，正常常负荷荷时由于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