加熱爐的控制系統(tǒng)(共50頁).ppt

1、2022-2-201加熱爐的控制2022-2-2024.5 加熱爐的控制4.5.1 概述概述 加熱爐是石油化工生產(chǎn)過程的主要設備之一 作用： 工藝介質(zhì)的升溫或氣化 結(jié)構(gòu)形式：箱式爐、立式爐、圓筒爐 工作原理： 對象特點： 燃料(油)分幾路(霧化噴嘴)進爐燃燒 爐膛火焰輻射給爐管 爐管經(jīng)熱傳導、對流傳熱給工藝介質(zhì) 爐膛容量大、時間常數(shù)大、滯后時間長； 屬多容過程；可用一階加純滯后環(huán)節(jié)近似描述； 理論分析比較困難。 操作特點： 防止溫度過高，爐管內(nèi)物料可能分解、結(jié)焦 嚴格控制加熱爐出口溫度TT101燃料工藝介質(zhì)2022-2-2034.5.2 加熱爐的單回路控制加熱爐的單回路控制 1、對象分析 主要

2、控制指標：工藝介質(zhì)的出口溫度 操作手段：燃料油或燃料氣的流量 干擾因素：負荷量、進料溫度、組分； 燃料油(氣)壓力、性質(zhì)、 霧化狀況，空氣量，噴嘴阻力等 2、控制回路 (1) 主要控制系統(tǒng)：出口溫度控制 (2) 輔助控制系統(tǒng)： 工藝介質(zhì)的流量控制系統(tǒng); 燃料壓力控制系統(tǒng)； 燃料油霧化蒸汽壓力控制。加熱爐加熱爐霧化蒸汽工藝介質(zhì)燃料油回油TC101TT101FC101FT101PT101PC101PT102PC102TT101燃料工藝介質(zhì)2022-2-204 燃料油壓力波動較大時，單回路不能保證良好霧化，可采用以下方案： 用燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力之差來調(diào)節(jié)霧化蒸汽。 燃料油閥后壓力與霧化蒸汽

3、壓力比值控制。 前提條件：管道應暢通 加熱爐負荷大、時間常數(shù)和滯后時間較大，單回路控制很難滿足要求，爐出口溫度波動較大 3、單回路控制適用場合 對爐出口溫度要求不高的場合 干擾較小，且不頻繁 爐膛容量較小，滯后小 也可采用流量比值控制PT101PC102至噴嘴燃料油霧化蒸汽PT102KPdT101PdC101至噴嘴燃料油霧化蒸汽 燃料油壓力較平穩(wěn)時，回路可以滿足霧化要求。2022-2-2054.5.3 4.5.3 加熱爐的串級控制加熱爐的串級控制 爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制 爐出口溫度對燃料流量的串級控制爐出口溫度對燃料流量的串級控制 爐出口溫度對燃料閥后壓力

4、的串級控制爐出口溫度對燃料閥后壓力的串級控制 采用壓力平衡式控制閥的控制采用壓力平衡式控制閥的控制2022-2-2064.5.3 加熱爐的串級控制加熱爐的串級控制2022-2-207 1、爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制 干擾(燃料壓力、性質(zhì)等)優(yōu)點：有利于克服燃料性質(zhì)變化注意：(1) 爐膛溫度的檢測點位置，選擇有代表性且反響較快的點； (2) 副控制器參數(shù)不應整定得過于靈敏； (4) 爐膛溫度不應有大的波動； (5) 爐膛溫度測溫元件及保護套管應耐高溫。爐膛溫度爐出口溫度爐膛溫度比出口溫度滯后小副回路克服干擾，減小對出口溫度的影響工藝介質(zhì)燃料油TC101TT101加熱爐加熱爐TT102TC10

5、2 (3) 副控制器不引入微分作用；2022-2-208工藝介質(zhì)燃料TC101TT101加熱爐加熱爐FT101FC101 2、爐出口溫度對燃料流量的串級優(yōu)點：優(yōu)點：有利于克服燃料量變化三串級三串級: :出口溫度、爐膛溫度、燃料量三參數(shù)串級特點：特點：關聯(lián)回路多，實施困難工藝介質(zhì)燃料油TC101TT101加熱爐加熱爐TT102TC102FT101FC101缺點缺點: : 燃料量小、粘度大時，流量測量困難2022-2-209工藝介質(zhì)燃料TC101TT101加熱爐加熱爐PT101PC101工藝介質(zhì)燃料油TC101TT101加熱爐加熱爐TT102TC102FT101FC101 3、出口溫度對燃料閥后壓

6、力的串級燃料量小、粘度大時，流量測量困難特點:應用較廣 4、采用壓力平衡式控制閥 這種閥本身兼有壓力控制器功能，相當于爐出口溫度對燃料壓力的串級。壓力測量較方便應注意管道堵塞2022-2-2010浮動(壓力平衡式)閥工作原理2022-2-2011 加熱爐的串級控制方案加熱爐的串級控制方案 總總 結(jié)結(jié)優(yōu)點優(yōu)點? ?缺點缺點? ?2022-2-2012 例1：催化裂化裝置加熱爐 控制系統(tǒng) 原料油加熱到一定溫度送給反響器 開工氣體為燃料，出口溫度控制浮動閥 正常生產(chǎn)重質(zhì)油為燃料，采用爐出口溫度正常生產(chǎn)重質(zhì)油為燃料，采用爐出口溫度與燃料閥后壓力串級與燃料閥后壓力串級2022-2-2013FCFCTCP

7、CPCPC自分餾塔來的回煉油原料油去反應器開關燃料油回油罐去瓦斯罐干氣( 熱裂解氣 ) 例1：催化裂化裝置加熱爐 控制系統(tǒng)開工開工正常正常2022-2-2014 例2：常減壓裝置加熱爐控制系統(tǒng) 原油加熱到一定溫度送至常壓塔分餾 要求爐出口溫度穩(wěn)定燃料油來自初餾塔常壓塔加熱爐加熱爐FT101FC101FT102FC102PT102PC102TC103TC104TT103TT104PT101PC101TC101TT101TT102TC102溫度控制：爐出口溫度對爐膛 溫度的串級負荷控制：單回路流量控制燃料干擾：單回路壓力控制2022-2-20154.5.4 加熱爐的前饋加熱爐的前饋 反響控制反響控

8、制 實際生產(chǎn)中，有時遇到進料量變化頻繁、幅度較大 爐子時間常數(shù)大、滯后時間長 單回路或串級均很難滿足要求 設計前饋 反響控制系統(tǒng) 前饋主要克服進料流量的干擾)(sGdTT101TC101FT101)(sGdFT101TT101TC101FT102FC1022022-2-2016加熱爐平安聯(lián)鎖保護控制系統(tǒng)在以燃料氣為燃料的加熱爐中,主要危險包括:被加熱工藝介質(zhì)流量過少或中斷；熄火；回火；什么情況下發(fā)生？脫火。什么情況下發(fā)生？2022-2-20174.5.5 加熱爐的平安聯(lián)鎖保護系統(tǒng)加熱爐的平安聯(lián)鎖保護系統(tǒng) 聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的作用：為平安生產(chǎn)、防止事故 1、燃氣加熱爐 工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷燃料

9、氣 某種原因滅火時，切斷燃料氣 燃料氣壓力不能過低，流量不能太小 燃料壓力不能過高，否那么會引起脫氣滅火加熱爐加熱爐TC101TT101PT101PC101LSFT102FSL102FT101FSL101BS1012022-2-2018TCPCLSGL2BSGL1燃料進料出料LS：低選器； BS：火焰檢測器； GL1：燃料氣流量過低聯(lián)鎖裝置； GL2：進料流量過低聯(lián)鎖裝置。加熱爐平安聯(lián)鎖保護控制系統(tǒng)反作用？反作用？氣開閥？2022-2-2019 2、燃油加熱爐 (哪個回路實現(xiàn)此功能?) 工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷燃料油 燃料油壓力過低會回火；燃料油壓力過高會脫火 霧化蒸汽壓力過低或中斷，造成

10、燃料油霧化不良無法燃燒FT102FSL102PT102PSL102BS101加熱爐加熱爐霧化蒸汽燃料油TC101TT101PT101PC101LSFT101FSL101還有什么功能?和燃氣加熱爐有什么區(qū)別?2022-2-2020 蔣慰孫?過程控制工程?(第2版) 中國石化出版社 金以慧?過程控制? 清華大學出版社參考文獻:2022-2-2021鍋爐設備的控制2022-2-20224.6 鍋爐設備的控制 概述 重要動力設備。 耗能大戶,節(jié)能研究的重點; 污染大戶,環(huán)保治理的重點。1、作用：動力源熱源2、組成：2022-2-20232、組成：燃料熱空氣煙氣經(jīng)引風機排出過熱器減溫器爐膛汽包過熱蒸汽過

11、熱蒸汽空氣預熱器冷空氣給水熱空氣送爐膛省煤器由給水泵來3、工作原理燃料 空氣混合燃燒發(fā)熱汽包飽和蒸汽過熱蒸汽母管輸出燃燒煙氣飽和蒸汽過熱蒸汽省煤器給水空氣預熱器給風過熱器引風機排出采用了哪些節(jié)能措施?2022-2-20244、對象分析特點：鍋 爐給水量燃料量送風量引風量減溫水汽包水位蒸汽溫度蒸汽壓力煙氣氧含量爐膛負壓負荷鍋爐的主要輸入、輸出多入多出MIMO變量之間關聯(lián)蒸汽負荷 汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度 燃料量 蒸汽壓力、汽包水位、蒸汽溫度、過?？諝?、爐膛負壓 給水量 汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度燃料空氣煙氣過熱器減溫器爐膛汽包過熱蒸汽過熱蒸汽空氣預熱器冷空氣給水熱空氣送爐膛省煤器由

12、給水泵來2022-2-2025多輸入多輸出問題 轉(zhuǎn)化為假設干單輸入單輸出問題: 為什么不用現(xiàn)代控制理論解決？汽包水位控制(物料平衡)燃燒系統(tǒng)控制(能量平衡)過熱蒸汽系統(tǒng)控制(質(zhì)量控制)爐膛負壓系統(tǒng)控制(平安控制) 工業(yè)鍋爐控制方案的特點2022-2-2026任務：平安、合理的運行條件下， 提供一定溫度和壓力的蒸汽要求：蒸汽量應適合負荷變化的需要，或保持給定的負荷蒸汽壓力保持一定的范圍蒸汽溫度保持一定的范圍汽包水位保持一定的范圍爐膛負壓保持一定的范圍保持燃燒的經(jīng)濟性和平安運行2022-2-20276、主要控制系統(tǒng) (1) 汽包水位控制 受控變量：汽包水位(保證平安運行的重要指標之一) (2) 燃

13、燒系統(tǒng)控制 操縱變量：給水流量 使給水適應鍋爐的蒸發(fā)量，保持水位在一定范圍內(nèi) 目的：使燃燒產(chǎn)生的熱適應蒸汽負荷的變化 受控變量：蒸汽壓力、煙氣氧含量、爐膛負壓 操縱變量：燃料量、送風量、引風量 (3) 過熱蒸汽系統(tǒng)控制 目的: 維持過熱器出口溫度、保證管壁溫度不超過允許的溫度 受控變量：蒸汽溫度 操縱變量：減溫水量2022-2-20284.6.2 汽包水位控制汽包水位控制 汽包水位：鍋爐運行的主要指標 水位過低：負荷加大時，汽化速度加快，控制不及時會全部汽化 水位過高：影響汽水別離，產(chǎn)生汽帶液，影響后序設備的正常運行 1、汽包水位的動態(tài)特性 (1) 蒸汽負荷對水位的影響干擾通道HtHDt0H1

14、H2HH：實際可視水位H1：不考慮水下面汽泡容積變化時的水位H2：只考慮水面下汽泡容積變化所引起的水位 假水位與鍋爐的工作壓力和蒸汽量有關虛假水位 100t/h300t/h的中高壓鍋爐，負荷變化10%時，假水位可達3040mm2022-2-2029 (2) 給水流量對位的影響控制通道 水位特性：純滯后過程或反向特性過程HtHGt0H1H2H2、單沖量控制給水鍋爐氣包蒸汽LC101LI101缺點：負荷變化時，控制不 及時，不能克服假水 位現(xiàn)象水位 給水量的單回路控制適用場合：小型鍋爐 負荷較穩(wěn)定的場合2022-2-20303、雙沖量控制 防止虛假水位造成控制器誤動作，設計負荷變化的前饋控制加法器

15、的輸出：0210CPCPCPFc0C：初始偏置差(閥位的初值)1C2C 、 ：加法器的系數(shù)。 的正、負取決于閥的特性2C氣關閥：負荷 給水量 應取“-”0P2C氣開閥：負荷 給水量 應取“+”0P2C鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101cPFP ：根據(jù)閥的特性數(shù)據(jù)計算 現(xiàn)場湊試，在只有負荷干擾的條件下， 調(diào)整到水位基本不變2C ：可取1，也可小于11CFPC2 ：在正常負荷下， 與 近似或正好抵消0C0C2022-2-2031方框圖-+YcG1C2CffGVGPCGPDGmGRU鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101+- 缺點：因控制閥的非線性，很難做到穩(wěn)態(tài)補償 不能克服給水

16、量的擾動 4、三沖量控制 水位、負荷、給水流量的復合控制系統(tǒng)鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT102FC102方案一： 前饋與串級組成的復合控制系統(tǒng) 特點：克服虛假水位現(xiàn)象克服給水量的擾動雙沖量控制的另一種形式2022-2-2032鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT102方案二：前饋加反響控制 綜合信號的單回路系統(tǒng)鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT1021C2C3C 特點：儀表少容易實現(xiàn) 系數(shù)設置不當、水位可能有余差 受控變量：WFLPCPCPC321方案三：前饋-串級控制系統(tǒng)-+YcG1C3C2mGVGpcGPDG1mGRDF3mG-2CWF

17、副回路純比例控制器，比例度為100% 特點：水位無余差2022-2-20334.6.3 燃燒系統(tǒng)控制燃燒系統(tǒng)控制 1、控制系統(tǒng)的目的 保證鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定 保持燃料良好地燃燒 保持爐膛負壓不變 維持噴嘴背壓在一定范圍內(nèi) 2、蒸汽壓力控制和燃料與空氣的比值控制 壓力對燃料量的單回路控制適用于負荷及燃料波動較小的場合 燃料量波動較大時，可采用壓力對燃料量的串級控制為什么選蒸汽壓力控制？ 為什么選燃料與空氣的比值控制？2022-2-2034 根本控制方案 壓力控制器輸出同時作為燃料和空氣流量控制器的設定值 特點：蒸汽壓力恒定 燃料和空氣的比值恒定燃料燃料閥FC101FT101PC101PI101

18、蒸汽KFC102空氣閥FT102空氣燃料燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空氣閥FT102空氣 壓力對燃料量的串級， 送風量隨燃料變化的比值控制。 特點：送風量滯后于燃料量2022-2-2035 改進的控制方案改進的控制方案 當負荷增加時，先加大空氣量，后增加燃料；當負荷增加時，先加大空氣量，后增加燃料； 當負荷減小時，先減燃料，后減空氣。當負荷減小時，先減燃料，后減空氣。 3、煙氣氧含量控制燃料量燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽量 FC102空氣閥FT102空氣量LSHSAC101AI101含氧量 直接指標：使燃料量與送風量的比值在各種情況下均為

19、最優(yōu)煙氣氧含量(間接指標)邏輯提量？邏輯提量？節(jié)能控制？節(jié)能控制？討論兩個問題：2022-2-2036邏輯提量過程分析:燃料量燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽量 FC102空氣閥FT102空氣量LSHSAC101AI101含氧量反作用過程分析:蒸汽量PPC空氣量燃料量當負荷增加時，先加大空氣量，后增加燃料；當負荷增加時，先加大空氣量，后增加燃料；蒸汽量PPC燃料量空氣量當負荷減小時，先減燃料，后減空氣。當負荷減小時，先減燃料，后減空氣。反作用HSHSLSLS反作用LSLSHSHS作業(yè)作業(yè): :畫出上圖的原理框圖畫出上圖的原理框圖, ,并且分析它的工作過程。并且分析它的工作過程

20、。2022-2-2037節(jié)能控制思路節(jié)能控制思路: 熱效率熱效率(儀表?) 熱損失熱損失q q不完全燃燒的熱損失不完全燃燒的熱損失( (機械和機械和化學化學) )、煙氣熱損失、散熱損失、煙氣熱損失、散熱損失 2022-2-2038熱效率熱效率(熱損失熱損失q)q) 與空氣過剩系數(shù)與空氣過剩系數(shù)的關系的關系020-204060總能量總能量損失損失最高最高效率區(qū)效率區(qū)煙氣煙氣熱損失熱損失化學不完全化學不完全燃燒的燃燒的熱損失熱損失能量損失%過?？諝饴?%2022-2-2039節(jié)能控制思路節(jié)能控制思路: 熱效率熱效率(儀表儀表?) 熱損失熱損失q不完全燃燒的熱損失不完全燃燒的熱損失(機械機械和化學和

21、化學)、煙氣熱損失、散熱損失、煙氣熱損失、散熱損失 無法測量無法測量2022-2-2040 由燃料的性質(zhì)可以確定完全燃燒所需要的空氣量由燃料的性質(zhì)可以確定完全燃燒所需要的空氣量 理論量理論量TQ 實際燃燒時應有一定的剩余空氣實際燃燒時應有一定的剩余空氣 實際量實際量PQTPQQ 不同的燃料對過?？諝舛加幸粋€最優(yōu)值不同的燃料對過剩空氣都有一個最優(yōu)值%158%100TTPQQQ 液體燃料液體燃料 過?？諝饬客ǔＳ眠^剩空氣系數(shù)來描述過?？諝饬客ǔＳ眠^?？諝庀禂?shù)來描述TPQQ /OA2121：煙氣氧含量：煙氣氧含量OA21.08 1.17, (1.6 3%)OAO過?？諝庀禂?shù)2022-2-2041空氣

22、過剩系數(shù)空氣過剩系數(shù) 與煙氣氧含量與煙氣氧含量 的關系的關系040203010過?？諝饴?%1000600400200800PPMCOCOO2鍋爐效率鍋爐效率0246O2%0A2022-2-2042小結(jié)：小結(jié)：節(jié)能控制思路節(jié)能控制思路: 熱效率熱效率(儀表儀表?) 熱損失熱損失q不完全燃燒的熱損失不完全燃燒的熱損失(機械和化機械和化學學)、煙氣熱損失、散熱損失、煙氣熱損失、散熱損失 無法測無法測量量 空氣過剩系數(shù)空氣過剩系數(shù)無法計算無法計算 煙氣氧含量煙氣氧含量 氧化鋯氧分析儀氧化鋯氧分析儀OA2022-2-2043 重溫：改進的控制方案重溫：改進的控制方案 當負荷增加時，先加大空氣量，后增加燃料；當負荷增加時，先加大空氣量，后增加燃料； 當負荷減小時，先減燃料，后減空氣。當負荷減小時，先減燃料，后減空氣。 3、煙氣氧含量控制燃料量燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽