加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)說明書解析

設計說明書加熱爐是一種直接受熱加熱設備主要用于加熱氣體或液體，所用燃料通常有燃料油和燃料氣。加熱爐的傳傳熱為主。加熱爐一般由輻射室、余熱回收系統(tǒng)、對流室、燃燒器和通風系統(tǒng)等五部分組成。是熱交換的主要場所(約占熱負荷的70-80%)。(2)余熱回收系統(tǒng)：用以回收加熱爐的排煙余熱。有空氣預熱方式和廢熱鍋爐方式兩種方法。(3)對流室：靠輻射室出來的煙氣進行以對流傳熱為主的換熱部分。(4)燃燒器：是使燃料霧化并混合空氣，使之燃燒的產熱設備，燃燒器可分為燃料油燃燒器，燃料氣燃燒器和油一氣聯(lián)合燃燒器。(5)通風系統(tǒng)：將燃燒用空氣引入燃燒器，并將煙氣引出爐子，可分為自然通風方式和強制通風方式。其結構通常包括：鋼結構、爐管、爐墻(內襯)、燃燒器、孔類配件等。理加熱爐溫度控制系統(tǒng)原理圖控制原理圖如上所示，加熱爐的主要任務是把物料加熱到一定溫度，以保證下一道工序的順利進行。燃料個調節(jié)閥，物用它來控制燃油量以達到所需出口溫度T1的目的。1.3加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)設計目的及意義加熱爐控制的主要任務就是保證工藝介質最終溫度達到并維持在工藝要求范圍內，由于加熱爐具有強耦合、大滯后等特性，控制起來非常復雜。同時，近年來能源的節(jié)約、回收和合理利用日益受到關注。加熱爐是冶金、煉油等生產部門的典型熱工設備，能耗很大。因此，在設計加熱爐控制系統(tǒng)時，在滿足工藝要求的前提下，節(jié)能也是一個重要質量指標，要保證加熱爐的熱效率最高，經濟效益最大。另外，為了更好地保護環(huán)境，在設計加熱爐控制系統(tǒng)時，還要保證燃料充分燃燒，使燃燒產生的有害氣體最少，達到減排的目的。1.4加熱爐溫度控系統(tǒng)工藝流程及控制要求加熱爐的主要任務是把原制油或重油加熱到一定溫度，以保證下一道工序(分餾或裂解)的順利進行。加熱爐(1)燃料油方面(它的組分和調節(jié)閥前的油壓)的擾動D2；(2)噴油用的過熱蒸汽壓力波動D4；(3)被加熱油料方面(它的流量和入口溫度)的擾動D1；(4)配風、爐膛漏風和大氣溫度方面的擾動D3；其中燃料油壓力和過熱蒸汽壓力都可以用專門的調節(jié)器保持其穩(wěn)定，以便把擾動因素減小到最低限度。從工藝上對出口溫度θ1要求不高，一般希望波動范圍不超過±1~2%。致控制系統(tǒng)的控制作用不及時，反應遲鈍、最大偏差大、過渡時間長、抗干擾能力差，控制精度降低。的溫度T1。而爐膛的慣性小，而爐膛的慣性小，其溫度變化很快就可以反映出來，則控制通道的容量滯后大大減小，對干擾D2、D3能夠及時克服，減小它們對出口溫度的影響。所以單獨用單回路的出口溫度或爐膛溫度控制系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，為了同時發(fā)揮它們的優(yōu)點，考慮選用出口溫度—爐膛溫度的串級控制系統(tǒng)。1方案選擇在串級控制系統(tǒng)中，由于引進了副回路，不僅能迅速克服作用于副回路內的干擾，也能加速克服主回路的擾的影響能徹底加以消除。由于主副回路相互配合，使控制質量顯著提高。與單回路控制系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)多用了一個測量變送器與一個控制器(調節(jié)器)，增加的投資并不多(對計算機控制系統(tǒng)來說，僅增加了一個測量變送器)，但控制效果卻有顯著的提高。其原因是在串級控制系統(tǒng)中增加了一個包含二次擾動的副回了對一次擾動的克服能力和對回路參數變化的自適應能力。綜上所述，本設計選擇串級控制系統(tǒng)。串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調節(jié)器，前一個調節(jié)器的輸出作為后一個調節(jié)器的設定，后一個加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)是以原料油出口溫度為主要被控參數的控制系統(tǒng)。其他被控參數有爐膛溫度，膛壁溫度，燃料流量，原料油流量。溫度調節(jié)器對被控參數θ1精確控制與溫度調節(jié)器對來自燃料干擾的及時控制相結合，先根據爐膛溫度θ2的變化，改變燃料量，快速消除來自燃料的干擾、對爐膛溫度的影響；然后再根據原料油出口溫度θ1與設定值的偏差，改變爐膛溫度調節(jié)器的設定值，進一步調節(jié)燃料量，使原料油出口溫度恒定，達到溫度控制的目的。2副回路選擇以，我們選擇爐膛溫度為串級控制系統(tǒng)的輔助被控參數。串級系統(tǒng)中，通過調整副參數爐膛溫度θ2能夠有效加熱爐溫度禪機控制系統(tǒng)框圖和控制工藝流程圖如下加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)框圖3主、副調節(jié)器規(guī)律選擇這是選擇調節(jié)器規(guī)律的基本出發(fā)點。工藝要求嚴格，又因為加熱爐串級控制系統(tǒng)有較大容量滯后，所以，選擇PID調節(jié)作為住調節(jié)器的調節(jié)規(guī)律?？刂聘眳凳菫榱吮ＷC和提高主參數的控制質量，對副參數的要求一般不嚴格，可以在一定范圍內變化，4主、副調節(jié)器正反作用方式確定由生產工藝安全考慮，燃料調節(jié)閥應選氣開方式，這樣保證系統(tǒng)出現(xiàn)故障時調節(jié)閥處于全關狀態(tài)，防止燃，負調節(jié)器作用方式為反作用方式。5控制器參數工程整定串級控制系統(tǒng)主、副控制器的參數整定方法主要有三種：兩步整定法、一步整定法和逐步逼近法。1、按照串級控制系統(tǒng)主、副回路的情況，先整定副控制器，后整定主控制器的方法叫做兩步整定法。2、一步整定法，就是根據經驗先將副控制器一次放好，不再變動，然后按照一般單回路孔控制系統(tǒng)的整定方法直接整定主控制器參數。我們選擇兩步整定法來整定串級控制系統(tǒng)的參數。1控制系統(tǒng)中溫度檢測元件的選型由于加熱爐爐膛溫度不能太高，爐膛溫度一般控制在850℃以下，溫度高有利于輻射傳熱，但太高會導致爐管結焦和燒壞，所以設此控制系統(tǒng)中的爐膛溫度要求為700℃左右，而管式加熱爐出口溫度假設為石油分餾(1)量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質的影響。(2)測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測量。(3)構造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護給測量帶來誤差，為了降低這一影響，通常用補償導線作為熱電偶的連接導線。補償導線的作用就是將熱電偶的冷端延長到距離熱源較遠、溫度較穩(wěn)定的地方。2控制系統(tǒng)中變送器的選型SBWR、SBWZ系列熱電偶、熱電阻溫度變送器是DDZ系列儀表中的現(xiàn)場安裝式溫度變送器單元，與工業(yè)熱電偶、熱電阻配套使用，它采用二線制傳輸方式(兩根導線作為電源輸入和信號輸出的公用傳輸線)。按國家防爆規(guī)程進行設計的，而且增加了安全柵，實現(xiàn)了控制室與危險場所之間的能量限制于隔離，使儀表能在危險的場所中使用。將工業(yè)熱電偶、熱電阻信號轉換成與輸入信號或與溫度信號成線性的4-20mA、0-10mA的輸出信技術指標為：4、熱電偶溫度變送器精度：0.5%FS5、回路保護：帶反向連接保護(防止電源正負極)溫度變送器溫度變送器熱電偶熱電阻適配K型熱電偶/熱電阻適配Pt100適配E型熱電偶/熱電阻適配Cu100適配J型熱電偶/熱電阻適配Cu50適配B型熱電偶適配S型熱電偶適配T型熱電偶適配N型熱電偶用戶自定0隔離型1非隔離型SBWR類別Z傳感器類別123456783控制系統(tǒng)中執(zhí)行器(調節(jié)閥)的選型由于調節(jié)閥用于燃料油量調節(jié)選擇氣動調節(jié)閥，燃料油粘度比較大，為了減弱腐蝕防止堵塞，由于角形閥的閥體受流體的沖擊小，體內不易結污，對粘度高的流體尤為適用，并且調節(jié)穩(wěn)定性較好。所以選用角形閥。壞，保證控制閥處于全關狀態(tài)，切斷燃料進入加熱爐，確保設備安全，所以要選擇氣開調節(jié)閥。綜上選擇ZMAS型氣動薄膜角形單座調節(jié)閥，閥體為直角形，閥芯不單導向結構，閥的流路簡單，便于自凈和清洗。阻力小，適用于高粘度，含有懸浮物和顆粒狀物質的流體的調節(jié)，可避免結焦、粘結、堵塞。EPC1000系列電氣轉換器是在引進國外先進技術的基礎上開發(fā)的新一代電氣轉換器產品，它可將不同輸入電流信號轉換成相對應輸出的氣動信號。本產品具有體積小，結構巧妙，精度高，穩(wěn)定性好，安裝方便等優(yōu)點。114~20mADC20~10mADC34~12mADC412~20mADC120~100KPa正作用2100~20KPa反作用320~60KPa分程正作用460~100KPa分程正作用560~20KPa分程反作用6100~60KPa分程反作用740~200KPa正作用8200~40KPa反作用AS減壓過濾器OG帶氣動壓力表G普通型Ex隔爆型I本安型()()0-()-()規(guī)格型號輸入EPC1輸出氣動信號4控制系統(tǒng)中調節(jié)器的選型XMT-8000系列智能型數字顯示調節(jié)儀采用新的智能儀表設計方案，對原有的數顯表進行了修正處理，使儀表無論在外觀還是性能都有的更進一步的提升，儀表內置PID功能與位式控制功能，采用美觀大方的輕觸鍵設置，是工業(yè)控制中低價位儀表與高性能定位的理想選擇。特優(yōu)限報警功能?？蓮V泛應用于冶金、紡織、塑機、培養(yǎng)箱、烘烤箱、制冷化工、醫(yī)療等行業(yè)作-200℃~1800℃范圍內的溫度測量和自動控制，配上相應的傳感器也可用于壓力、流量、液位等參數的顯示和控制。5控制系統(tǒng)中的連鎖保護與接線圖聯(lián)鎖保護系統(tǒng)由壓力調節(jié)器、溫度調節(jié)器、流量變送器、火焰檢測器、低選器等部分組成。當燃料管道壓力高于規(guī)定的極限時，壓力調節(jié)系統(tǒng)通過低選器取代正常工作的溫度調節(jié)系統(tǒng)，此時出料溫度無控制，自行浮壓力調節(jié)系統(tǒng)投入運行保證燃料管道壓力不超過規(guī)定上限。當管道壓力恢復正常時，溫度調節(jié)系統(tǒng)通過低選器投入正常運行，出料溫度重新受到控制。當進料流量和燃料流量低于允許下限或火焰熄滅時，便會發(fā)出雙位信號，控制電磁閥切斷燃料氣供給量以防回火?？刂葡到y(tǒng)的電氣連線圖如下應關系設：主回路的傳遞函數取1(90s+1)2副回路的傳遞函數取系統(tǒng)的仿真圖如下此時副回路的振蕩周期T1s=112-46=66(s)衰減比為此時主回路的振蕩周期T2s=840-335=505(s)，衰減比δ2=1/2.06100%=48.5%，計算得Kp=2.575、Ti=151.5s、Td=50.5s、Ki=0.0136