傳熱設(shè)備控制(new)課件

加熱爐的控制2022/11/111加熱爐的控制2022/11/914.5加熱爐的控制4.5.1概述加熱爐是石油化工生產(chǎn)過程的主要設(shè)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(duì)象特點(diǎn)：

燃料(油)分幾路(霧化噴嘴)進(jìn)爐燃燒爐膛火焰輻射給爐管爐管經(jīng)熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱給工藝介質(zhì)爐膛容量大、時(shí)間常數(shù)大、滯后時(shí)間長(zhǎng)；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(diǎn)：

避免溫度過高，爐管內(nèi)物料可能分解、結(jié)焦嚴(yán)格控制加熱爐出口溫度TT101燃料工藝介質(zhì)2022/11/1124.5加熱爐的控制4.5.1概述加熱爐是石油化工4.5.2加熱爐的單回路控制

1、對(duì)象分析

主要控制指標(biāo)：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(fù)荷量、進(jìn)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)：

①工藝介質(zhì)的流量控制系統(tǒng);

②燃料壓力控制系統(tǒng)；

③燃料油霧化蒸汽壓力控制。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)2022/11/1134.5.2加熱爐的單回路控制1、對(duì)象分析主燃料油壓力波動(dòng)較大時(shí)，單回路不能保證良好霧化，可采用以下方案：

①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。

②燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力比值控制。（前提條件：管道應(yīng)暢通）

加熱爐負(fù)荷大、時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間較大，單回路控制很難滿足要求，爐出口溫度波動(dòng)較大

3、單回路控制適用場(chǎng)合

對(duì)爐出口溫度要求不高的場(chǎng)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(shí)，③回路可以滿足霧化要求。2022/11/114燃料油壓力波動(dòng)較大時(shí)，單回路不能①用燃料油閥4.5.3加熱爐的串級(jí)控制

爐出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)控制

爐出口溫度對(duì)燃料流量的串級(jí)控制

爐出口溫度對(duì)燃料閥后壓力的串級(jí)控制

采用壓力平衡式控制閥的控制2022/11/1154.5.3加熱爐的串級(jí)控制爐出口溫度對(duì)4.5.3加熱爐的串級(jí)控制2022/11/1164.5.3加熱爐的串級(jí)控制2022/11/96

1、爐出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)控制干擾(燃料壓力、性質(zhì)等)優(yōu)點(diǎn)：有利于克服燃料性質(zhì)變化注意：(1)爐膛溫度的檢測(cè)點(diǎn)位置，選擇有代表性且反應(yīng)較快的點(diǎn)；

(2)副控制器參數(shù)不應(yīng)整定得過于靈敏；

(4)爐膛溫度不應(yīng)有大的波動(dòng)；

(5)爐膛溫度測(cè)溫元件及保護(hù)套管應(yīng)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(duì)出口溫度的影響工藝介質(zhì)燃料油TC101TT101加熱爐TT102TC102

(3)副控制器不引入微分作用；2022/11/1171、爐出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)控制干擾(燃料工藝介質(zhì)燃料TC101TT101加熱爐FT101FC1012、爐出口溫度對(duì)燃料流量的串級(jí)優(yōu)點(diǎn)：有利于克服燃料量變化三串級(jí):出口溫度、爐膛溫度、燃料量三參數(shù)串級(jí)特點(diǎn)：關(guān)聯(lián)回路多，實(shí)施困難工藝介質(zhì)燃料油TC101TT101加熱爐TT102TC102FT101FC101缺點(diǎn):燃料量小、粘度大時(shí)，流量測(cè)量困難2022/11/118工藝燃料TCTT加熱爐FTFC2、爐出口溫度對(duì)燃料流工藝介質(zhì)燃料TC101TT101加熱爐PT101PC101工藝介質(zhì)燃料油TC101TT101加熱爐TT102TC102FT101FC101

3、出口溫度對(duì)燃料閥后壓力的串級(jí)燃料量小、粘度大時(shí)，流量測(cè)量困難特點(diǎn):應(yīng)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(dāng)于爐出口溫度對(duì)燃料壓力的串級(jí)。壓力測(cè)量較方便應(yīng)注意管道堵塞2022/11/119工藝燃TCTT加熱爐PTPC工藝燃TCTT加熱爐TTTCFT浮動(dòng)(壓力平衡式)閥工作原理2022/11/1110浮動(dòng)(壓力平衡式)閥工作原理2022/11/910加熱爐的串級(jí)控制方案

總結(jié)優(yōu)點(diǎn)?缺點(diǎn)?2022/11/1111加熱爐的串級(jí)控制方案

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應(yīng)器

開工氣體為燃料，出口溫度控制浮動(dòng)閥

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(jí)2022/11/1112例1：催化裂化裝置加熱爐

控

例1：催化裂化裝置加熱爐

控制系統(tǒng)開工正常2022/11/1113例1：催化裂化裝置加熱爐

控

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FT101FC101FT102FC102PT102PC102TC103TC104TT103TT104PT101PC101TC101TT101TT102TC102溫度控制：爐出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)負(fù)荷控制：?jiǎn)位芈妨髁靠刂迫剂细蓴_：?jiǎn)位芈穳毫刂?022/11/1114例2：常減壓裝置加熱爐控制系統(tǒng)原油加熱到一定4.5.4加熱爐的前饋—反饋控制實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)遇到進(jìn)料量變化頻繁、幅度較大爐子時(shí)間常數(shù)大、滯后時(shí)間長(zhǎng)單回路或串級(jí)均很難滿足要求設(shè)計(jì)前饋—反饋控制系統(tǒng)前饋主要克服進(jìn)料流量的干擾TT101TC101FT101FT101TT101TC101FT102FC1022022/11/11154.5.4加熱爐的前饋—反饋控制實(shí)際生產(chǎn)中，有加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)在以燃料氣為燃料的加熱爐中,主要危險(xiǎn)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？）2022/11/1116加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)在以燃料氣為燃料的加熱爐中,主要危4.5.5加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的作用：為安全生產(chǎn)、防止事故

1、燃?xì)饧訜釥t

①工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷燃料氣

②某種原因滅火時(shí)，切斷燃料氣

③燃料氣壓力不能過低，流量不能太小

④燃料壓力不能過高，否則會(huì)引起脫氣滅火加熱爐TC101TT101PT101PC101LSFT102FSL102FT101FSL101BS1012022/11/11174.5.5加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的作LS：低選器；BS：火焰檢測(cè)器；GL1：燃料氣流量過低聯(lián)鎖裝置；GL2：進(jìn)料流量過低聯(lián)鎖裝置。加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)反作用？反作用？氣開閥？2022/11/1118LS：低選器；加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)反作用？反作用？氣開

2、燃油加熱爐(哪個(gè)回路實(shí)現(xiàn)此功能?)

①工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷燃料油

②燃料油壓力過低會(huì)回火；燃料油壓力過高會(huì)脫火

③霧化蒸汽壓力過低或中斷，造成燃料油霧化不良無法燃燒FT102FSL102PT102PSL102BS101加熱爐霧化蒸汽燃料油TC101TT101PT101PC101LSFT101FSL101還有什么功能?和燃?xì)饧訜釥t有什么區(qū)別?2022/11/11192、燃油加熱爐①工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷蔣慰孫《過程控制工程》(第2版)中國(guó)石化出版社金以慧《過程控制》清華大學(xué)出版社參考文獻(xiàn):2022/11/1120蔣慰孫《過程控制工程》(第2版)參考文獻(xiàn):2022/11/9鍋爐設(shè)備的控制2022/11/1121鍋爐設(shè)備的控制2022/11/9214.6鍋爐設(shè)備的控制4.6.1

概述重要?jiǎng)恿υO(shè)備。耗能大戶,節(jié)能研究的重點(diǎn);污染大戶,環(huán)保治理的重點(diǎn)。1、作用：動(dòng)力源熱源2、組成：2022/11/11224.6鍋爐設(shè)備的控制4.6.1概述1、作用：動(dòng)力源熱源22、組成：燃料熱空氣煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)排出過熱器減溫器爐膛汽包過熱蒸汽空氣預(yù)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(yù)熱器（給風(fēng)）過熱器引風(fēng)機(jī)排出采用了哪些節(jié)能措施?2022/11/11232、組成：燃料熱空氣煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)排出過熱器減溫器爐膛汽包過熱4、對(duì)象分析特點(diǎn)：鍋爐給水量燃料量送風(fēng)量引風(fēng)量減溫水汽包水位蒸汽溫度蒸汽壓力煙氣氧含量爐膛負(fù)壓負(fù)荷鍋爐的主要輸入、輸出多入多出（MIMO）變量之間關(guān)聯(lián)蒸汽負(fù)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(fù)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空氣預(yù)熱器冷空氣給水熱空氣送爐膛省煤器由給水泵來2022/11/11244、對(duì)象分析特點(diǎn)：鍋爐給水量燃料量送風(fēng)量引風(fēng)量減溫水汽包多輸入多輸出問題轉(zhuǎn)化為若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(fù)壓系統(tǒng)控制(安全控制)

工業(yè)鍋爐控制方案的特點(diǎn)2022/11/1125多輸入多輸出問題工業(yè)鍋爐控制方案的特點(diǎn)2022/11/92任務(wù)：安全、合理的運(yùn)行條件下，提供一定溫度和壓力的蒸汽要求：蒸汽量應(yīng)適合負(fù)荷變化的需要，或保持給定的負(fù)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(fù)壓保持一定的范圍保持燃燒的經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)行2022/11/1126任務(wù)：安全、合理的運(yùn)行條件下，要求：蒸汽量應(yīng)適合負(fù)荷變化的需6、主要控制系統(tǒng)

(1)汽包水位控制受控變量：汽包水位(保證安全運(yùn)行的重要指標(biāo)之一)

(2)燃燒系統(tǒng)控制操縱變量：給水流量使給水適應(yīng)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(yīng)蒸汽負(fù)荷的變化受控變量：蒸汽壓力、煙氣氧含量、爐膛負(fù)壓操縱變量：燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)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2022/11/11276、主要控制系統(tǒng)(1)汽包水位控制受控變量：4.6.2汽包水位控制汽包水位：鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo)水位過低：負(fù)荷加大時(shí)，汽化速度加快，控制不及時(shí)會(huì)全部汽化水位過高：影響汽水分離，產(chǎn)生汽帶液，影響后序設(shè)備的正常運(yùn)行

1、汽包水位的動(dòng)態(tài)特性

(1)蒸汽負(fù)荷對(duì)水位的影響（干擾通道）H：實(shí)際可視水位H1：不考慮水下面汽泡容積變化時(shí)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(guān)虛假水位100t/h~300t/h的中高壓鍋爐，負(fù)荷變化10%時(shí)，假水位可達(dá)30~40mm2022/11/11284.6.2汽包水位控制汽包水位：鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo)

(2)給水流量對(duì)位的影響（控制通道）

水位特性：純滯后過程或反向特性過程2、單沖量控制給水鍋爐氣包蒸汽LC101LI101缺點(diǎn)：負(fù)荷變化時(shí)，控制不及時(shí)，不能克服假水位現(xiàn)象水位給水量的單回路控制適用場(chǎng)合：小型鍋爐負(fù)荷較穩(wěn)定的場(chǎng)合2022/11/1129(2)給水流量對(duì)位的影響（控制通道）水位特3、雙沖量控制

避免虛假水位造成控制器誤動(dòng)作，設(shè)計(jì)負(fù)荷變化的前饋控制加法器的輸出：：初始偏置差(閥位的初值)、：加法器的系數(shù)。的正、負(fù)取決于閥的特性氣關(guān)閥：負(fù)荷給水量應(yīng)取“-”氣開閥：負(fù)荷給水量應(yīng)取“+”鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101：根據(jù)閥的特性數(shù)據(jù)計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)湊試，在只有負(fù)荷干擾的條件下，調(diào)整到水位基本不變：可取1，也可小于1：在正常負(fù)荷下，與近似或正好抵消2022/11/11303、雙沖量控制避免虛假水位造成控制器誤動(dòng)作，設(shè)計(jì)方框圖-+鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101+-

缺點(diǎn)：因控制閥的非線性，很難做到穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償不能克服給水量的擾動(dòng)

4、三沖量控制

水位、負(fù)荷、給水流量的復(fù)合控制系統(tǒng)鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT102FC102方案一：

前饋與串級(jí)組成的復(fù)合控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：克服虛假水位現(xiàn)象克服給水量的擾動(dòng)雙沖量控制的另一種形式2022/11/1131方框圖-+鍋爐氣包蒸汽LCLI給水FT+-缺點(diǎn)：因鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT102方案二：前饋加反饋控制綜合信號(hào)的單回路系統(tǒng)鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT102

特點(diǎn)：儀表少容易實(shí)現(xiàn)系數(shù)設(shè)置不當(dāng)、水位可能有余差

受控變量：方案三：前饋--串級(jí)控制系統(tǒng)-+-副回路純比例控制器，比例度為100%

特點(diǎn)：水位無余差2022/11/1132鍋爐氣包蒸汽LCLI給水FTFT方案二：前饋加反饋控制4.6.3燃燒系統(tǒng)控制

1、控制系統(tǒng)的目的

①保證鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定

②保持燃料良好地燃燒

③保持爐膛負(fù)壓不變

④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(duì)燃料量的單回路控制適用于負(fù)荷及燃料波動(dòng)較小的場(chǎng)合燃料量波動(dòng)較大時(shí)，可采用壓力對(duì)燃料量的串級(jí)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？2022/11/11334.6.3燃燒系統(tǒng)控制1、控制系統(tǒng)的目的①

基本控制方案

①壓力控制器輸出同時(shí)作為燃料和空氣流量控制器的設(shè)定值

特點(diǎn)：蒸汽壓力恒定

燃料和空氣的比值恒定燃料燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空氣閥FT102空氣燃料燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空氣閥FT102空氣

②壓力對(duì)燃料量的串級(jí)，送風(fēng)量隨燃料變化的比值控制。

特點(diǎn)：送風(fēng)量滯后于燃料量2022/11/1134基本控制方案①壓力控制器輸出同時(shí)

改進(jìn)的控制方案

當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加大空氣量，后增加燃料；

當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，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(biāo)：使燃料量與送風(fēng)量的比值在各種情況下均為最優(yōu)煙氣氧含量(間接指標(biāo))（邏輯提量？）（節(jié)能控制？）討論兩個(gè)問題：2022/11/1135改進(jìn)的控制方案當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加大空氣量邏輯提量過程分析: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(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加大空氣量，后增加燃料；蒸汽量PPC燃料量空氣量當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，先減燃料，后減空氣。反作用HSLS反作用LSHS作業(yè):畫出上圖的原理框圖,并且分析它的工作過程。2022/11/1136邏輯提量過程分析:燃料量燃料閥FCFTPCPI蒸汽量FC空節(jié)能控制思路:熱效率η(儀表?)熱損失q{不完全燃燒的熱損失(機(jī)械和化學(xué))、煙氣熱損失、散熱損失}2022/11/1137節(jié)能控制思路:熱效率η(儀表?)2022/11/937熱效率η(熱損失q)

與空氣過剩系數(shù)α的關(guān)系020-204060總能量損失最高效率區(qū)煙氣熱損失化學(xué)不完全燃燒的熱損失能量損失%過?？諝饴?2022/11/1138熱效率η(熱損失q)

與空氣過剩系數(shù)α的關(guān)系020-節(jié)能控制思路:熱效率η(儀表?)熱損失q{不完全燃燒的熱損失(機(jī)械和化學(xué))、煙氣熱損失、散熱損失}

（無法測(cè)量）2022/11/1139節(jié)能控制思路:熱效率η(儀表?)2022/11/939

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

實(shí)際燃燒時(shí)應(yīng)有一定的剩余空氣實(shí)際量

不同的燃料對(duì)過?？諝舛加幸粋€(gè)最優(yōu)值

液體燃料

過剩空氣量通常用過?？諝庀禂?shù)來描述：煙氣氧含量過剩空氣系數(shù)2022/11/1140由燃料的性質(zhì)可以確定完全燃燒所需要的空氣量理空氣過剩系數(shù)α

與煙氣氧含量的關(guān)系040203010過?？諝饴?1000600400200800PPMCOCOO2鍋爐效率0246O2%2022/11/1141空氣過剩系數(shù)α

與煙氣氧含量的關(guān)系0402030小結(jié)：節(jié)能控制思路:熱效率η(儀表?)熱損失q{不完全燃燒的熱損失(機(jī)械和化學(xué))、煙氣熱損失、散熱損失}（無法測(cè)量）空氣過剩系數(shù)α（無法計(jì)算）煙氣氧含量（氧化鋯氧分析儀）2022/11/1142小結(jié)：節(jié)能控制思路:熱效率η(儀表?)2022/11/942

重溫：改進(jìn)的控制方案

當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加大空氣量，后增加燃料；

當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，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(biāo)：使燃料量與送風(fēng)量的比值在各種情況下均為最優(yōu)煙氣氧含量(間接指標(biāo))2022/11/1143重溫：改進(jìn)的控制方案當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加工程實(shí)例:青崗糖廠燃煤工業(yè)鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工藝:蒸汽汽輪機(jī)發(fā)電制糖特點(diǎn):制糖是間歇操作,負(fù)荷變化相當(dāng)大。失敗的教訓(xùn)：滿足不了工況變化的要求。成功的嘗試：觀察人工操作；編制計(jì)算機(jī)控制程序。2022/11/1144工程實(shí)例:青崗糖廠燃煤工業(yè)鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)2022/11/啟示：一切從實(shí)際出發(fā)，具體問題具體分析，靈活創(chuàng)新是永恒的主題。2022/11/1145啟示：一切從實(shí)際出發(fā)，2022/11/945參考文獻(xiàn):蔣慰孫《過程控制工程》(第2版)中國(guó)石化出版社金以慧《過程控制》清華大學(xué)出版社王錦標(biāo)《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》

（P200交叉控制）清華大學(xué)出版社2022/11/1146參考文獻(xiàn):蔣慰孫《過程控制工程》(第2版)2022/11/9

4、爐膛負(fù)壓控制

爐膛負(fù)壓的操作手段:引風(fēng)量

負(fù)荷變化較大時(shí)，單回路難于滿足要求，可采用前饋—反饋控制，在引風(fēng)量回路中引入送風(fēng)量的前饋或蒸汽壓力前饋。金以慧《過程控制》清華大學(xué)出版社P2482022/11/11474、爐膛負(fù)壓控制爐膛負(fù)壓的操作手段:引風(fēng)量4.6.4蒸汽系統(tǒng)控制

目的：蒸汽出口溫度在允許范圍內(nèi)，過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。采用控制減溫水量的方法時(shí)滯和時(shí)間常數(shù)較大，單回路控制不能滿足要求

控制方案

(1)以減溫器出口溫度為副參數(shù)的串級(jí)控制

(2)雙沖量控制TT102TC102TT101TC101第一過熱器第二過熱器減溫器TT102TT101TC101第一過熱器第二過熱器減溫器2022/11/11484.6.4蒸汽系統(tǒng)控制目的：蒸汽出口溫度在允許范圍參考文獻(xiàn):蔣慰孫《過程控制工程》(第2版)中國(guó)石化出版社金以慧《過程控制》清華大學(xué)出版社王錦標(biāo)《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》（P200交叉控制）清華大學(xué)出版社2022/11/1149參考文獻(xiàn):蔣慰孫《過程控制工程》(第2版)2022/11/9加熱爐的控制2022/11/1150加熱爐的控制2022/11/914.5加熱爐的控制4.5.1概述加熱爐是石油化工生產(chǎn)過程的主要設(shè)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(duì)象特點(diǎn)：

燃料(油)分幾路(霧化噴嘴)進(jìn)爐燃燒爐膛火焰輻射給爐管爐管經(jīng)熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱給工藝介質(zhì)爐膛容量大、時(shí)間常數(shù)大、滯后時(shí)間長(zhǎng)；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(diǎn)：

避免溫度過高，爐管內(nèi)物料可能分解、結(jié)焦嚴(yán)格控制加熱爐出口溫度TT101燃料工藝介質(zhì)2022/11/11514.5加熱爐的控制4.5.1概述加熱爐是石油化工4.5.2加熱爐的單回路控制

1、對(duì)象分析

主要控制指標(biāo)：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(fù)荷量、進(jìn)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)：

①工藝介質(zhì)的流量控制系統(tǒng);

②燃料壓力控制系統(tǒng)；

③燃料油霧化蒸汽壓力控制。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)2022/11/11524.5.2加熱爐的單回路控制1、對(duì)象分析主燃料油壓力波動(dòng)較大時(shí)，單回路不能保證良好霧化，可采用以下方案：

①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。

②燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力比值控制。（前提條件：管道應(yīng)暢通）

加熱爐負(fù)荷大、時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間較大，單回路控制很難滿足要求，爐出口溫度波動(dòng)較大

3、單回路控制適用場(chǎng)合

對(duì)爐出口溫度要求不高的場(chǎng)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(shí)，③回路可以滿足霧化要求。2022/11/1153燃料油壓力波動(dòng)較大時(shí)，單回路不能①用燃料油閥4.5.3加熱爐的串級(jí)控制

爐出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)控制

爐出口溫度對(duì)燃料流量的串級(jí)控制

爐出口溫度對(duì)燃料閥后壓力的串級(jí)控制

采用壓力平衡式控制閥的控制2022/11/11544.5.3加熱爐的串級(jí)控制爐出口溫度對(duì)4.5.3加熱爐的串級(jí)控制2022/11/11554.5.3加熱爐的串級(jí)控制2022/11/96

1、爐出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)控制干擾(燃料壓力、性質(zhì)等)優(yōu)點(diǎn)：有利于克服燃料性質(zhì)變化注意：(1)爐膛溫度的檢測(cè)點(diǎn)位置，選擇有代表性且反應(yīng)較快的點(diǎn)；

(2)副控制器參數(shù)不應(yīng)整定得過于靈敏；

(4)爐膛溫度不應(yīng)有大的波動(dòng)；

(5)爐膛溫度測(cè)溫元件及保護(hù)套管應(yīng)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(duì)出口溫度的影響工藝介質(zhì)燃料油TC101TT101加熱爐TT102TC102

(3)副控制器不引入微分作用；2022/11/11561、爐出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)控制干擾(燃料工藝介質(zhì)燃料TC101TT101加熱爐FT101FC1012、爐出口溫度對(duì)燃料流量的串級(jí)優(yōu)點(diǎn)：有利于克服燃料量變化三串級(jí):出口溫度、爐膛溫度、燃料量三參數(shù)串級(jí)特點(diǎn)：關(guān)聯(lián)回路多，實(shí)施困難工藝介質(zhì)燃料油TC101TT101加熱爐TT102TC102FT101FC101缺點(diǎn):燃料量小、粘度大時(shí)，流量測(cè)量困難2022/11/1157工藝燃料TCTT加熱爐FTFC2、爐出口溫度對(duì)燃料流工藝介質(zhì)燃料TC101TT101加熱爐PT101PC101工藝介質(zhì)燃料油TC101TT101加熱爐TT102TC102FT101FC101

3、出口溫度對(duì)燃料閥后壓力的串級(jí)燃料量小、粘度大時(shí)，流量測(cè)量困難特點(diǎn):應(yīng)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(dāng)于爐出口溫度對(duì)燃料壓力的串級(jí)。壓力測(cè)量較方便應(yīng)注意管道堵塞2022/11/1158工藝燃TCTT加熱爐PTPC工藝燃TCTT加熱爐TTTCFT浮動(dòng)(壓力平衡式)閥工作原理2022/11/1159浮動(dòng)(壓力平衡式)閥工作原理2022/11/910加熱爐的串級(jí)控制方案

總結(jié)優(yōu)點(diǎn)?缺點(diǎn)?2022/11/1160加熱爐的串級(jí)控制方案

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應(yīng)器

開工氣體為燃料，出口溫度控制浮動(dòng)閥

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(jí)2022/11/1161例1：催化裂化裝置加熱爐

控

例1：催化裂化裝置加熱爐

控制系統(tǒng)開工正常2022/11/1162例1：催化裂化裝置加熱爐

控

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FT101FC101FT102FC102PT102PC102TC103TC104TT103TT104PT101PC101TC101TT101TT102TC102溫度控制：爐出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)負(fù)荷控制：?jiǎn)位芈妨髁靠刂迫剂细蓴_：?jiǎn)位芈穳毫刂?022/11/1163例2：常減壓裝置加熱爐控制系統(tǒng)原油加熱到一定4.5.4加熱爐的前饋—反饋控制實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)遇到進(jìn)料量變化頻繁、幅度較大爐子時(shí)間常數(shù)大、滯后時(shí)間長(zhǎng)單回路或串級(jí)均很難滿足要求設(shè)計(jì)前饋—反饋控制系統(tǒng)前饋主要克服進(jìn)料流量的干擾TT101TC101FT101FT101TT101TC101FT102FC1022022/11/11644.5.4加熱爐的前饋—反饋控制實(shí)際生產(chǎn)中，有加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)在以燃料氣為燃料的加熱爐中,主要危險(xiǎn)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？）2022/11/1165加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)在以燃料氣為燃料的加熱爐中,主要危4.5.5加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的作用：為安全生產(chǎn)、防止事故

1、燃?xì)饧訜釥t

①工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷燃料氣

②某種原因滅火時(shí)，切斷燃料氣

③燃料氣壓力不能過低，流量不能太小

④燃料壓力不能過高，否則會(huì)引起脫氣滅火加熱爐TC101TT101PT101PC101LSFT102FSL102FT101FSL101BS1012022/11/11664.5.5加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的作LS：低選器；BS：火焰檢測(cè)器；GL1：燃料氣流量過低聯(lián)鎖裝置；GL2：進(jìn)料流量過低聯(lián)鎖裝置。加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)反作用？反作用？氣開閥？2022/11/1167LS：低選器；加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)反作用？反作用？氣開

2、燃油加熱爐(哪個(gè)回路實(shí)現(xiàn)此功能?)

①工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷燃料油

②燃料油壓力過低會(huì)回火；燃料油壓力過高會(huì)脫火

③霧化蒸汽壓力過低或中斷，造成燃料油霧化不良無法燃燒FT102FSL102PT102PSL102BS101加熱爐霧化蒸汽燃料油TC101TT101PT101PC101LSFT101FSL101還有什么功能?和燃?xì)饧訜釥t有什么區(qū)別?2022/11/11682、燃油加熱爐①工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷蔣慰孫《過程控制工程》(第2版)中國(guó)石化出版社金以慧《過程控制》清華大學(xué)出版社參考文獻(xiàn):2022/11/1169蔣慰孫《過程控制工程》(第2版)參考文獻(xiàn):2022/11/9鍋爐設(shè)備的控制2022/11/1170鍋爐設(shè)備的控制2022/11/9214.6鍋爐設(shè)備的控制4.6.1

概述重要?jiǎng)恿υO(shè)備。耗能大戶,節(jié)能研究的重點(diǎn);污染大戶,環(huán)保治理的重點(diǎn)。1、作用：動(dòng)力源熱源2、組成：2022/11/11714.6鍋爐設(shè)備的控制4.6.1概述1、作用：動(dòng)力源熱源22、組成：燃料熱空氣煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)排出過熱器減溫器爐膛汽包過熱蒸汽空氣預(yù)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(yù)熱器（給風(fēng)）過熱器引風(fēng)機(jī)排出采用了哪些節(jié)能措施?2022/11/11722、組成：燃料熱空氣煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)排出過熱器減溫器爐膛汽包過熱4、對(duì)象分析特點(diǎn)：鍋爐給水量燃料量送風(fēng)量引風(fēng)量減溫水汽包水位蒸汽溫度蒸汽壓力煙氣氧含量爐膛負(fù)壓負(fù)荷鍋爐的主要輸入、輸出多入多出（MIMO）變量之間關(guān)聯(lián)蒸汽負(fù)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?？諝狻t膛負(fù)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空氣預(yù)熱器冷空氣給水熱空氣送爐膛省煤器由給水泵來2022/11/11734、對(duì)象分析特點(diǎn)：鍋爐給水量燃料量送風(fēng)量引風(fēng)量減溫水汽包多輸入多輸出問題轉(zhuǎn)化為若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(fù)壓系統(tǒng)控制(安全控制)

工業(yè)鍋爐控制方案的特點(diǎn)2022/11/1174多輸入多輸出問題工業(yè)鍋爐控制方案的特點(diǎn)2022/11/92任務(wù)：安全、合理的運(yùn)行條件下，提供一定溫度和壓力的蒸汽要求：蒸汽量應(yīng)適合負(fù)荷變化的需要，或保持給定的負(fù)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(fù)壓保持一定的范圍保持燃燒的經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)行2022/11/1175任務(wù)：安全、合理的運(yùn)行條件下，要求：蒸汽量應(yīng)適合負(fù)荷變化的需6、主要控制系統(tǒng)

(1)汽包水位控制受控變量：汽包水位(保證安全運(yùn)行的重要指標(biāo)之一)

(2)燃燒系統(tǒng)控制操縱變量：給水流量使給水適應(yīng)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(yīng)蒸汽負(fù)荷的變化受控變量：蒸汽壓力、煙氣氧含量、爐膛負(fù)壓操縱變量：燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)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2022/11/11766、主要控制系統(tǒng)(1)汽包水位控制受控變量：4.6.2汽包水位控制汽包水位：鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo)水位過低：負(fù)荷加大時(shí)，汽化速度加快，控制不及時(shí)會(huì)全部汽化水位過高：影響汽水分離，產(chǎn)生汽帶液，影響后序設(shè)備的正常運(yùn)行

1、汽包水位的動(dòng)態(tài)特性

(1)蒸汽負(fù)荷對(duì)水位的影響（干擾通道）H：實(shí)際可視水位H1：不考慮水下面汽泡容積變化時(shí)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(guān)虛假水位100t/h~300t/h的中高壓鍋爐，負(fù)荷變化10%時(shí)，假水位可達(dá)30~40mm2022/11/11774.6.2汽包水位控制汽包水位：鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo)

(2)給水流量對(duì)位的影響（控制通道）

水位特性：純滯后過程或反向特性過程2、單沖量控制給水鍋爐氣包蒸汽LC101LI101缺點(diǎn)：負(fù)荷變化時(shí)，控制不及時(shí)，不能克服假水位現(xiàn)象水位給水量的單回路控制適用場(chǎng)合：小型鍋爐負(fù)荷較穩(wěn)定的場(chǎng)合2022/11/1178(2)給水流量對(duì)位的影響（控制通道）水位特3、雙沖量控制

避免虛假水位造成控制器誤動(dòng)作，設(shè)計(jì)負(fù)荷變化的前饋控制加法器的輸出：：初始偏置差(閥位的初值)、：加法器的系數(shù)。的正、負(fù)取決于閥的特性氣關(guān)閥：負(fù)荷給水量應(yīng)取“-”氣開閥：負(fù)荷給水量應(yīng)取“+”鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101：根據(jù)閥的特性數(shù)據(jù)計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)湊試，在只有負(fù)荷干擾的條件下，調(diào)整到水位基本不變：可取1，也可小于1：在正常負(fù)荷下，與近似或正好抵消2022/11/11793、雙沖量控制避免虛假水位造成控制器誤動(dòng)作，設(shè)計(jì)方框圖-+鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101+-

缺點(diǎn)：因控制閥的非線性，很難做到穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償不能克服給水量的擾動(dòng)

4、三沖量控制

水位、負(fù)荷、給水流量的復(fù)合控制系統(tǒng)鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT102FC102方案一：

前饋與串級(jí)組成的復(fù)合控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：克服虛假水位現(xiàn)象克服給水量的擾動(dòng)雙沖量控制的另一種形式2022/11/1180方框圖-+鍋爐氣包蒸汽LCLI給水FT+-缺點(diǎn)：因鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT102方案二：前饋加反饋控制綜合信號(hào)的單回路系統(tǒng)鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT102

特點(diǎn)：儀表少容易實(shí)現(xiàn)系數(shù)設(shè)置不當(dāng)、水位可能有余差

受控變量：方案三：前饋--串級(jí)控制系統(tǒng)-+-副回路純比例控制器，比例度為100%

特點(diǎn)：水位無余差2022/11/1181鍋爐氣包蒸汽LCLI給水FTFT方案二：前饋加反饋控制4.6.3燃燒系統(tǒng)控制

1、控制系統(tǒng)的目的

①保證鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定

②保持燃料良好地燃燒

③保持爐膛負(fù)壓不變

④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(duì)燃料量的單回路控制適用于負(fù)荷及燃料波動(dòng)較小的場(chǎng)合燃料量波動(dòng)較大時(shí)，可采用壓力對(duì)燃料量的串級(jí)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？2022/11/11824.6.3燃燒系統(tǒng)控制1、控制系統(tǒng)的目的①

基本控制方案

①壓力控制器輸出同時(shí)作為燃料和空氣流量控制器的設(shè)定值

特點(diǎn)：蒸汽壓力恒定

燃料和空氣的比值恒定燃料燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空氣閥FT102空氣燃料燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空氣閥FT102空氣

②壓力對(duì)燃料量的串級(jí)，送風(fēng)量隨燃料變化的比值控制。

特點(diǎn)：送風(fēng)量滯后于燃料量2022/11/1183基本控制方案①壓力控制器輸出同時(shí)

改進(jìn)的控制方案

當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加大空氣量，后增加燃料；

當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，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(biāo)：使燃料量與送風(fēng)量的比值在各種情況下均為最優(yōu)煙氣氧含量(間接指標(biāo))（邏輯提量？）（節(jié)能控制？）討論兩個(gè)問題：2022/11/1184改進(jìn)的控制方案當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加大空氣量邏輯提量過程分析: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(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加大空氣量，后增加燃料；蒸汽量PPC燃料量空氣量當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，先減燃料，后減空氣。反作用HSLS反作用LSHS作業(yè):畫出上圖的原理框圖,并且分析它的工作過程。2022/11/1185邏輯提量過程分析:燃料量燃料閥FCFTPCPI蒸汽量FC空節(jié)能控制思路:熱效率η(儀表?)熱損失q{不完全燃燒的熱損失(機(jī)械和化學(xué))、煙氣熱損失、散熱損失}2022/11/1186節(jié)能控制思路:熱效率η(儀表?)2022/11/937熱效率η(熱損失q)

與空氣過剩系數(shù)α的關(guān)系020-204060總能量損失最高效率區(qū)煙氣熱損失化學(xué)不完全燃燒的熱損失能量損失%過?？諝饴?2022/11/1187熱效率η(熱損失q)

與空氣過剩