传热设备控制培训教材(PPT 39页).ppt

1、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

2、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,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依据,（1）特性分析,换热器的控制,11.2.1,q=KFT,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11-8 T2i 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 ：,3 1,2 4,换热器的控

3、制,11.2.1,图11-4,图11-5, 对象动态特性分析,换热器的控制,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：,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,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

4、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,11.2.1,蒸汽加热器的控制,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，只是要注意出口液体能够连续排出。,蒸汽作为热载体，工业常用,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，缺点：滞后,蒸汽加热器的控制,11.2.2,图11-14 前馈-反馈控制系统,冷凝冷却器的控制,11.2.3,缺点：控制不灵活，另外要保证液位不能过高，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

5、质热量,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,冷凝冷却器的控制,11.2.3, 控制汽相流量 控制灵活，但出口压力波 动，若直接进入压缩机，对压缩机有影响,TC,LC,液氮,气氨,11.3,锅炉设备的控制,11.3,锅炉设备的控制,11.3.1,概述,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：,（4）水处理控制 防止或减少结垢,主要控制系统,11.3.

6、1,概述,（1）汽包水位控制 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,11.3.2,锅炉汽包水位的控制,锅炉的汽包水位控制一般比较严格,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,汽包水位的动态特性 影响因素多 主要讨论水流量、蒸汽流量L 特性,11.3.2,锅炉汽包水位的控制, 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,W,H,H1,H,t,t,曲线H汽包水位，开始上升，然后再下降，“

7、虚假水位”现象,11.3.2,锅炉汽包水位的控制, 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,H1,H2,H, 对给水扰动控制滞后,11.3.2,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：, 不能克服虚假水位带来的后果, 对蒸汽负荷的变化控制不灵敏,前馈（蒸汽流量）反馈（汽包水位）控制系统,11.3.2,锅炉汽包水位的控制,（2）双冲量控制系统,为了克服虚假水位现象，引入蒸汽流量，“双冲量”,静态前馈,GC,C1,GV,GPC,GmF,C

8、2,Gm,GPD,IF,L0,IC,I0,I,图11-24,（b）,D,11.3.2,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,11.3.2,锅炉汽包水位的控制,安全角度，保护锅炉，气闭，防止烧干 保护蒸汽用户，气开,11.3.2,锅炉汽包水位的控制, 阀、控制器、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

9、“+”, 双冲量控制系统其它形式,LC,水位,蒸汽量,给水阀,11.3.2,锅炉汽包水位的控制,在双冲量基础上，进一步克服给水干扰，引入给水流量信号,I=ICCIF-I0,蒸汽,LC,FC,给水,IF,IC IF,I0,I,11.3.2,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,I,U,L,11.3.2,锅炉汽包水位的控制,I0与IC抵消,11.3.2,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

10、时,由于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,11.3.3,过热蒸汽系统控制,T2C,T1C,减温水,图11-32 串级,减温器,减温器,与燃料种类（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,锅炉燃烧过程的控制,（1）蒸汽

11、压力与燃烧控制 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,锅炉燃烧过程的控制,FC,FC,FC,FC,LS,HS,PC,PC,K,K,燃料阀,燃料阀,空气阀,空 气 量,空 气 量,燃料量,燃料量,p,p,图11-35,图11-34,燃料与空气比值的最优化 维持燃烧，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,11.3.4,锅炉燃烧过程的控制,在燃烧控制方案中引入含氧量信号校正 若要求能够适应负荷变化，可构成图11-40的控制系统。,燃烧嘴背压过低，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