傳熱設備控制培訓教材

11.1概述對物料進行加熱或冷卻的設備稱為傳熱設備結構形式：列管式、蛇管式、夾套式、套管式一般傳熱設備（以上）特殊傳熱設備：加熱爐、鍋爐、蒸發(fā)器等傳熱設備的類型11.1.1

傳熱方式：傳導、對流、輻射物流接觸關系：直接接觸式，間壁式、蓄熱式熱量交換形式：無相變的熱量交換、有相變的熱量交換傳熱設備的類型11.1.1（a）

列管式換熱器

液體1進口液體2入口液體1出口花板液體2出口列管11.2一般傳熱設備的控制換熱器、蒸汽加熱器、再沸器、冷凝器等傳熱設備作用及控制11.1.2

（1）

對工藝介質(zhì)進行加熱或冷卻（2）

使工藝介質(zhì)發(fā)生相變（3）

熱量回收主要是進行溫度控制，以及一些保護性控制

控制要求：換熱器的控制11.2.1圖11-2逆流單程換熱器G2c2T2i

G1c1T1i

G1c1T10

G2c2T20

①對象靜態(tài)特性分析基于熱量平衡方程和傳熱速率方程用于系統(tǒng)擾動分析及靜態(tài)控制設計依據(jù)（1）特性分析換熱器的控制11.2.1q=KFΔT

單程、逆流管式換熱器靜態(tài)特性基本表達式(11-6)仿真分析（靜態(tài)放大倍數(shù)）：T1i→T1o：式11-8T2i→T1o：式11-9換熱器的控制11.2.1仿真分析（靜態(tài)放大倍數(shù)）：T1o--G2：T1o--G1：3124換熱器的控制11.2.1圖11-4圖11-5②對象動態(tài)特性分析

換熱器的控制11.2.1T1i→T1o：式11-11動態(tài)純滯后環(huán)節(jié)T2i→T1o、G1→T1o、G2→T1o式11-12帶純滯后的二階慣性環(huán)節(jié)

分布參數(shù)對象：既是時間函數(shù)，又是空間的函數(shù)精確描述：偏微分方程，求解困難經(jīng)驗公式近似描述：特點：簡單易行但是，當G2已經(jīng)很大，而溫差較小時，遲鈍控制另外，若工藝上不允許對載熱體節(jié)流時，不能采用這種方案

（2）控制方案兩類基本方案：控制載熱體流量、旁路控制介質(zhì)流量

換熱器的控制11.2.1工業(yè)介質(zhì)G1載熱體G2TC圖11-7①

控制載熱體流量用載熱體流量控制介質(zhì)出口溫度，最常用的方法②介質(zhì)質(zhì)旁路控控制介質(zhì)混合合過程控制及時時（相當當于前饋饋機理））另外，還還可以組組成前饋饋——串串級控制制方案圖圖換熱器的的控制11.2.1圖11-9工業(yè)介質(zhì)G1載熱體G2TC蒸汽加熱熱器的控控制11.2.2①

控制制載熱體體流量蒸汽發(fā)生生相變，，可同時時通過ΔΔT和傳傳熱面積積控制，，只是要要注意出出口液體體能夠連連續(xù)排出出。蒸汽作為為熱載體體，工業(yè)業(yè)常用蒸汽G2TC凝液G1圖11-11②

控制制冷凝液液排量熱載體的的出口控控制，通通過改變變F控制制控制閥控控制液體體，口徑徑可以小小些，液液體控控制平穩(wěn)穩(wěn)，缺點點：滯后后蒸汽G2凝液TCFCG1蒸汽加熱熱器的控控制11.2.2圖11-14前前饋-反饋控控制系統(tǒng)統(tǒng)冷凝冷卻卻器的控控制11.2.3缺點：控控制不靈靈活，另另外要保保證液位位不能過過高，防防止汽帶帶液T-L串串級控制制系統(tǒng)圖圖11-16熱載體為為液態(tài)冷冷卻劑，，通過在在換熱器器內(nèi)蒸發(fā)發(fā)，帶走走介質(zhì)熱熱量氣氨TC液氮圖11-15①控制制載熱體體流量優(yōu)點：控控制平穩(wěn)穩(wěn)，對出出口氣相相壓力沒沒有影響響冷凝冷卻卻器的控控制11.2.3②控制制汽相流流量控制靈活活，但出出口壓力力波動動，若直直接進入入壓縮機機，對壓壓縮機有有影響TCLC液氮氣氨11.3鍋爐設備備的控制制11.3鍋爐設備備的控制制11.3.1概述主要結構構圖P199圖11-19燃燒系統(tǒng)統(tǒng)、給水水系統(tǒng)、、蒸汽產(chǎn)產(chǎn)生系統(tǒng)統(tǒng)鍋爐產(chǎn)生生蒸汽，，而蒸汽汽一般是是過程設設備的能能量來源源——動動力設備備，而蒸蒸汽質(zhì)量量對過程程生產(chǎn)有有直接影影響作用：分類：鍋爐有多多種分類類，根據(jù)據(jù)鍋爐用用途、燃燃料性質(zhì)質(zhì)（煤、油油、氣））、壓力力（高、、中、低低）結構：（4）水水處理控控制防止或減減少結垢垢主要控制制系統(tǒng)11.3.1概述（1）汽汽包水位位控制保持水量量與蒸汽汽量的物物料平衡衡（2）燃燃燒控制制保證燃燒燒的經(jīng)濟濟性和安安全性（3）蒸蒸汽控制制控制過熱熱蒸汽的的溫度11.3.2鍋爐汽包包水位的的控制鍋爐的汽汽包水位位控制一一般比較較嚴格汽包水位位的控制制是鍋爐爐和蒸汽汽用戶的的平穩(wěn)、、安全的的保證水位過高高——影響響汽水分分離，使使飽和蒸蒸汽帶水水過多，，使過熱蒸蒸汽溫度度下降水位過低低——可能能全部汽汽化，產(chǎn)產(chǎn)生危險險汽包水位位的動態(tài)態(tài)特性影響因素素多主要討論論水流量量、蒸汽汽流量——L特特性11.3.2鍋爐汽包包水位的的控制①給給水水流量W—L階躍響應應H曲線線

，相相當于積積分加純純滯后環(huán)環(huán)節(jié)給水溫度度越低，，純滯后后時間越越大τττWHH1Hτtt曲線H———汽包包水位，，開始上上升，然然后再下下降，““虛假水水位”現(xiàn)現(xiàn)象11.3.2鍋爐汽包包水位的的控制②蒸蒸汽流量量D—L曲線H1——D突然增增加，物物料平衡衡，水位位下降曲線H2——D突然增增加，瞬瞬間汽包包壓力下下降，水水沸騰加加劇，氣泡增加加，水位位上升H1H2H③對對給給水擾動動控制滯滯后蒸汽氣泡省煤器給水LC11.3.2鍋爐汽包包水位的的控制（1）單單沖量控控制系統(tǒng)統(tǒng)汽包水位位的單回回路控制制，““單沖量量”—汽汽包水位位適用于負負荷小的的鍋爐三個問題題：①不不能能克服虛虛假水位位帶來的的后果②對對蒸蒸汽負荷荷的變化化控制不不靈敏前饋（蒸蒸汽流量量）—反反饋（汽汽包水位位）控制制系統(tǒng)11.3.2鍋爐汽包包水位的的控制（2）雙雙沖量控控制系統(tǒng)統(tǒng)為了克服服虛假水水位現(xiàn)象象，引入入蒸汽流流量，““雙沖量量”I=C1IC±C2IF±I0蒸汽

ICIFI0

LC給水靜態(tài)前饋饋GCC1GVGPCGmFC2GmGPDIFL0ICI0I圖11-24（b）D11.3.2鍋爐汽包包水位的的控制①加加法器器系數(shù)IC汽包水位位信號，，C1≤≤1IF蒸汽流量量信號，，C2根根據(jù)靜態(tài)態(tài)前饋補補償設置置I0偏置置值，調(diào)調(diào)整I的的輸出，，正常負負荷下，，I0與與C2、、IF相相互抵消消11.3.2鍋爐汽包包水位的的控制安全角度度，保護護鍋爐，，氣閉，，防止燒燒干保護蒸汽汽用戶，，氣開11.3.2鍋爐汽包包水位的的控制②閥、、控制器器、運算算器符號號閥的開閉閉形式：：控制器正正反作用用：對象：正正，若氣閉閥閥，LC=正，，若氣開開閥LC=負負運算器正正負號：：C2：取取決于于控制閥閥開閉形形式蒸汽量↑給水量應應該↑：氣閉：I應該↓C2取““-”氣開：I應該↑C2取““+”③雙沖沖量控制制系統(tǒng)其其它形式式∑LC水位蒸汽量∑給水閥∑

LC水位蒸汽量TdS給水閥11.3.2鍋爐汽包包水位的的控制在雙沖量量基礎上上，進一一步克服服給水干干擾，引引入給水水流量信信號I=IC±CIF-I0蒸汽LCFC給水I’FICIFI0I11.3.2鍋爐汽包包水位的的控制（3）三三沖量控控制系統(tǒng)統(tǒng)前饋（蒸蒸汽流量量）———串級（（汽包水水位—給給水流量量）控制制系統(tǒng)GPDGmFGPCGP2GC2GmF∑GC1GmIFICI0I0I’FIUL11.3.2鍋爐汽包包水位的的控制I0與IC抵消消11.3.2鍋爐汽包包水位的的控制①加加法法器系數(shù)數(shù)C根據(jù)給水水流量變變化W=蒸汽流流量變化化（前前饋補償償）對于I0，正常常負荷時時由于CIF作為流量量控制器器的給定定，蒸汽汽流量增增加，給給水流量量應該提提高，C永遠為為正（與與閥的形形式無關關，與雙雙沖量不不同）I=IC+CIF-I011.3.2鍋爐汽包包水位的的控制②閥、、控制器器、運算算器符號號閥安全角角度確定定控制器按按串級系系統(tǒng)確定定（先副副后主））運算器符符號：出口溫度度控制控控制方案案一級過熱熱器、二二級過熱熱器、減減溫器11.3.3過熱蒸汽汽系統(tǒng)控控制d/dtTC圖11-33雙沖量控制T2CT1C減溫水圖11-32串串級減溫器減溫器與燃料種種類（油油、氣、、煤）、、燃燒設設備、鍋鍋爐形式式有關基本要求求：（1）出出口蒸蒸汽壓力力穩(wěn)定，，根據(jù)蒸蒸汽負荷荷調(diào)節(jié)燃燃燒程度度（2）燃燃燒燒良好（3）安安全全11.3.4鍋爐燃燒燒過程的的控制（1）蒸蒸汽壓力力與燃燒燒控制一般，用用燃料量量控制蒸蒸汽壓力力，單回回路/串串級燃燒控制制要求燃燃料與空空氣的一一定比例例，比值值控制加入邏輯輯關系，，11.3.4鍋爐燃燒燒過程的的控制FCFCFCFCLSHSPCPCKK燃料閥燃料閥空氣閥空氣量空氣量燃料量燃料量pp圖11-35圖11-34燃料與空空氣比值值的最優(yōu)優(yōu)化維持燃燒燒，理論論上要維維持一個個最低空空氣量，，實際空空氣量要要略大于于最低量量，過剩?？諝饬苛?。大，，能量浪浪費，小小，燃燒燒不完全全對于不同同的燃料料，都有有一個最最優(yōu)空氣氣量———最經(jīng)濟濟燃燒α11.3.4鍋爐燃燒燒過程的的控制（2）煙煙氣含氧氧量控制制可通過煙煙氣含氧氧量信號號間接獲獲得燃料閥

空氣閥

燃料量

空氣量

最優(yōu)值

O2

pPCFCLSACFCHS×11.3.4鍋爐燃燒燒過程的的控制在燃燒控控制方案案中引入入含氧量量信號校校正若要求能能夠適應應負荷變變化，可可構成圖圖11-40的的控制系系統(tǒng)。燃燒嘴背背壓過低低，實施施聯(lián)鎖保保護，切切斷燃氣氣閥。11.3.4鍋爐燃燒燒過程的的控制（3）爐爐膛負壓壓控制及及安全控控制①爐爐膛膛負壓控控制引風量控控制為克服滯滯后，可可引入蒸蒸汽壓