傳熱設(shè)備控制

11.1概述對(duì)物料進(jìn)行加熱或冷卻的設(shè)備稱為傳熱設(shè)備結(jié)構(gòu)形式：列管式、蛇管式、夾套式、套管式一般傳熱設(shè)備（以上）特殊傳熱設(shè)備：加熱爐、鍋爐、蒸發(fā)器等傳熱設(shè)備的類型11.1.1

傳熱方式：傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射物流接觸關(guān)系：直接接觸式，間壁式、蓄熱式熱量交換形式：無(wú)相變的熱量交換、有相變的熱量交換傳熱設(shè)備的類型11.1.1（a）

列管式換熱器

液體1進(jìn)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(shè)備的控制換熱器、蒸汽加熱器、再沸器、冷凝器等傳熱設(shè)備作用及控制11.1.2

（1）

對(duì)工藝介質(zhì)進(jìn)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(jìn)行溫度控制，以及一些保護(hù)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(duì)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(dòng)分析及靜態(tài)控制設(shè)計(jì)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(dá)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(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析

換熱器的控制11.2.1T1i→T1o：式11-11動(dòng)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(duì)象：既是時(shí)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(yàn)公式近似描述：特點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行但是，當(dāng)G2已經(jīng)很大，而溫差較小時(shí)，遲鈍控制另外，若工藝上不允許對(duì)載熱體節(jié)流時(shí)，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介介質(zhì)質(zhì)旁旁路路控控制制介質(zhì)質(zhì)混混合合過(guò)過(guò)程程控制制及及時(shí)時(shí)（（相相當(dāng)當(dāng)于于前前饋饋機(jī)機(jī)理理））另外外，，還還可可以以組組成成前前饋饋————串串級(jí)級(jí)控控制制方方案案圖圖換熱熱器器的的控控制制11.2.1圖11-9工業(yè)介質(zhì)G1載熱體G2TC蒸汽汽加加熱熱器器的的控控制制11.2.2①控控制制載載熱熱體體流流量量蒸汽汽發(fā)發(fā)生生相相變變，，可可同同時(shí)時(shí)通通過(guò)過(guò)ΔΔT和和傳傳熱熱面面積積控控制制，，只只是是要要注注意意出出口口液液體體能能夠夠連連續(xù)續(xù)排排出出。。蒸汽汽作作為為熱熱載載體體，，工工業(yè)業(yè)常常用用蒸汽G2TC凝液G1圖11-11②控控制制冷冷凝凝液液排排量量熱載載體體的的出出口口控控制制，，通通過(guò)過(guò)改改變變F控控制制控制制閥閥控控制制液液體體，，口口徑徑可可以以小小些些，，液液體體控控制制平平穩(wěn)穩(wěn)，，缺缺點(diǎn)點(diǎn)：：滯滯后后蒸汽G2凝液TCFCG1蒸汽汽加加熱熱器器的的控控制制11.2.2圖11-14前前饋饋-反反饋饋控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)冷凝凝冷冷卻卻器器的的控控制制11.2.3缺點(diǎn)點(diǎn)：：控控制制不不靈靈活活，，另另外外要要保保證證液液位位不不能能過(guò)過(guò)高高，，防防止止汽汽帶帶液液T-L串串級(jí)級(jí)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)圖圖11-16熱載載體體為為液液態(tài)態(tài)冷冷卻卻劑劑，，通通過(guò)過(guò)在在換換熱熱器器內(nèi)內(nèi)蒸蒸發(fā)發(fā)，，帶帶走走介介質(zhì)質(zhì)熱熱量量氣氨TC液氮圖11-15①控控制制載載熱熱體體流流量量?jī)?yōu)點(diǎn)點(diǎn)：：控控制制平平穩(wěn)穩(wěn)，，對(duì)對(duì)出出口口氣氣相相壓壓力力沒(méi)沒(méi)有有影影響響冷凝凝冷冷卻卻器器的的控控制制11.2.3②控控制制汽汽相相流流量量控制制靈靈活活，，但但出出口口壓壓力力波波動(dòng)動(dòng)，，若若直直接接進(jìn)進(jìn)入入壓壓縮縮機(jī)機(jī)，，對(duì)對(duì)壓壓縮縮機(jī)機(jī)有有影影響響TCLC液氮氮?dú)獍卑?1.3鍋爐爐設(shè)設(shè)備備的的控控制制11.3鍋爐爐設(shè)設(shè)備備的的控控制制11.3.1概述述主要要結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖圖P199圖圖11-19燃燒燒系系統(tǒng)統(tǒng)、、給給水水系系統(tǒng)統(tǒng)、、蒸蒸汽汽產(chǎn)產(chǎn)生生系系統(tǒng)統(tǒng)鍋爐爐產(chǎn)產(chǎn)生生蒸蒸汽汽，，而而蒸蒸汽汽一一般般是是過(guò)過(guò)程程設(shè)設(shè)備備的的能能量量來(lái)來(lái)源源————?jiǎng)觿?dòng)力力設(shè)設(shè)備備，，而而蒸蒸汽汽質(zhì)質(zhì)量量對(duì)對(duì)過(guò)過(guò)程程生生產(chǎn)產(chǎn)有有直直接接影影響響作用用：：分類類：：鍋爐爐有有多多種種分分類類，，根根據(jù)據(jù)鍋鍋爐爐用用途途、、燃燃料料性性質(zhì)質(zhì)（煤煤、、油油、、氣氣））、、壓壓力力（（高高、、中中、、低低））結(jié)構(gòu)構(gòu)：：（4））水水處處理理控控制制防止止或或減減少少結(jié)結(jié)垢垢主要要控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)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與與蒸蒸汽汽量量的的物物料料平平衡衡（2））燃燃燒燒控控制制保證證燃燃燒燒的的經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)性性和和安安全全性性（3））蒸蒸汽汽控控制制控制制過(guò)過(guò)熱熱蒸蒸汽汽的的溫溫度度11.3.2鍋爐爐汽汽包包水水位位的的控控制制鍋爐爐的的汽汽包包水水位位控控制制一一般般比比較較嚴(yán)嚴(yán)格格汽包包水水位位的的控控制制是是鍋鍋爐爐和和蒸蒸汽汽用用戶戶的的平平穩(wěn)穩(wěn)、、安安全全的的保保證證水位過(guò)過(guò)高——影影響汽汽水分分離，，使飽飽和蒸蒸汽帶帶水過(guò)過(guò)多，，使過(guò)熱熱蒸汽汽溫度度下降降水位過(guò)過(guò)低——可可能全全部汽汽化，，產(chǎn)生生危險(xiǎn)險(xiǎn)汽包水水位的的動(dòng)態(tài)態(tài)特性性影響因因素多多主要討討論水水流量量、蒸蒸汽流流量——L特特性性11.3.2鍋爐汽汽包水水位的的控制制①給給水水流量量W——L階躍響響應(yīng)H曲線線，，相當(dāng)當(dāng)于積積分加加純滯滯后環(huán)環(huán)節(jié)給水溫溫度越越低，，純滯滯后時(shí)時(shí)間越越大τττWHH1Hτtt曲線H———汽包包水位位，開(kāi)開(kāi)始上上升，，然后后再下下降，，“虛虛假水水位””現(xiàn)象象11.3.2鍋爐汽汽包水水位的的控制制②蒸蒸汽汽流量量D——L曲線H1———D突然然增加加，物物料平平衡，，水位位下降降曲線H2———D突然然增加加，瞬瞬間汽汽包壓壓力下下降，，水沸沸騰加加劇，，氣泡增增加，，水位位上升升H1H2H③對(duì)對(duì)給給水?dāng)_擾動(dòng)控控制滯滯后蒸汽氣泡省煤器給水LC11.3.2鍋爐汽汽包水水位的的控制制（1））單沖沖量控控制系系統(tǒng)汽包水水位的的單回回路控控制，，““單沖沖量””—汽汽包水水位適用于于負(fù)荷荷小的的鍋爐爐三個(gè)問(wèn)問(wèn)題：：①不不能能克服服虛假假水位位帶來(lái)來(lái)的后后果②對(duì)對(duì)蒸蒸汽負(fù)負(fù)荷的的變化化控制制不靈靈敏前饋（（蒸汽汽流量量）——反饋饋（汽汽包水水位））控制制系統(tǒng)統(tǒng)11.3.2鍋爐汽汽包水水位的的控制制（2））雙沖沖量控控制系系統(tǒng)為了克克服虛虛假水水位現(xiàn)現(xiàn)象，，引入入蒸汽汽流量量，““雙沖沖量””I=C1IC±C2IF±I0蒸汽

ICIFI0

LC給水靜態(tài)前前饋GCC1GVGPCGmFC2GmGPDIFL0ICI0I圖11-24（b））D11.3.2鍋爐汽汽包水水位的的控制制①加加法器器系數(shù)數(shù)IC汽包水水位信信號(hào)，，C1≤1IF蒸汽流流量信信號(hào)，，C2根據(jù)據(jù)靜態(tài)態(tài)前饋饋補(bǔ)償償設(shè)置置I0偏偏置值值，調(diào)調(diào)整I的輸輸出，，正常常負(fù)荷荷下，，I0與C2、、IF相互互抵消消11.3.2鍋爐汽汽包水水位的的控制制安全角角度，，保護(hù)護(hù)鍋爐爐，氣氣閉，，防止止燒干干保護(hù)蒸蒸汽用用戶，，氣開(kāi)開(kāi)11.3.2鍋爐汽汽包水水位的的控制制②閥閥、控控制器器、運(yùn)運(yùn)算器器符號(hào)號(hào)閥的開(kāi)開(kāi)閉形形式：：控制器器正反反作用用：對(duì)象：：正，，若氣閉閉閥，，LC=正正，若若氣開(kāi)開(kāi)閥LC=負(fù)負(fù)運(yùn)算器器正負(fù)負(fù)號(hào)：：C2：：取取決于于控制制閥開(kāi)開(kāi)閉形形式蒸汽量量↑給水量量應(yīng)該該↑：氣閉：：I應(yīng)應(yīng)該↓C2取取“-”氣開(kāi)：：I應(yīng)應(yīng)該↑C2取取“+”③雙雙沖量量控制制系統(tǒng)統(tǒng)其它它形式式∑LC水位蒸汽量量∑給水閥閥∑

LC水位蒸汽量TdS給水閥11.3.2鍋爐汽汽包水水位的的控制制在雙沖沖量基基礎(chǔ)上上，進(jìn)進(jìn)一步步克服服給水水干擾擾，引引入給給水流流量信信號(hào)I=IC±CIF-I0蒸汽LCFC給水I’FICIFI0I11.3.2鍋爐汽汽包水水位的的控制制（3））三沖沖量控控制系系統(tǒng)前饋（（蒸汽汽流量量）———串串級(jí)（（汽包包水位位—給給水流流量））控制制系統(tǒng)統(tǒng)GPDGmFGPCGP2GC2GmF∑GC1GmIFICI0I0I’FIUL11.3.2鍋爐汽汽包水水位的的控制制I0與與IC抵消消11.3.2鍋爐汽汽包水水位的的控制制①加加法法器系系數(shù)C根據(jù)給給水流流量變變化W=蒸蒸汽流流量變變化（（前前饋補(bǔ)補(bǔ)償））對(duì)于I0，，正常常負(fù)荷荷時(shí)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(yīng)該提提高，C永遠(yuǎn)為為正（與與閥的形形式無(wú)關(guān)關(guān)，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(yùn)算算器符號(hào)號(hào)閥安全角角度確定定控制器按按串級(jí)系系統(tǒng)確定定（先副副后主））運(yùn)算器符符號(hào)：出口溫度度控制控控制方案案一級(jí)過(guò)熱熱器、二二級(jí)過(guò)熱熱器、減減溫器11.3.3過(guò)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(jí)減溫器減溫器與燃料種種類（油油、氣、、煤）、、燃燒設(shè)設(shè)備、鍋鍋爐形式式有關(guān)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(fù)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(guò)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(jí)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(guān)系，，11.3.4鍋爐燃燒燒過(guò)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(gè)個(gè)最低空空氣量，，實(shí)際空空氣量要要略大于于最低量量，過(guò)剩?？諝饬苛?。大，，能量浪浪費(fèi)