傳熱設(shè)備的控制第16章

傳熱設(shè)備的控制第16章傳熱設(shè)備的控制第11章16.1概述16.2傳熱設(shè)備的特性16.3一般傳熱設(shè)備的控制16.4鍋爐設(shè)備的控制16.5加熱爐的控制16.6蒸發(fā)器的控制16.1概述對物料進行加熱或冷卻的設(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

傳熱方式：傳導、對流、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：無相變的熱量交換、有相變的熱量交換16.2一般傳熱設(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

（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：換熱器的特性16.2圖逆流單程換熱器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(shè)計依據(jù)假設(shè)工藝介質(zhì)與載熱體均無相變，而且沒有熱損失。即被加熱物料得到的熱量/單位時間 =載熱體放出的熱量/單位時間換熱器的特性16.2q=KFΔT單程、逆流管式換熱器靜態(tài)特性基本表達式換熱器的特性16.2熱交換過程的傳熱速率方程K為傳熱系數(shù)；Fm

為傳熱面積；ΔTm為傳熱壁兩側(cè)流體的平均溫差.對于逆流單程換熱器，可取對數(shù)平均值若在1/3~3之間，則可用算術(shù)平均近似換熱器的特性16.2熱交換過程的靜態(tài)方程單程、逆流管式換熱器靜態(tài)特性基本表達式仿真分析（靜態(tài)放大倍數(shù)）：T1i→T1o：式11-8T2i→T1o：式11-9換熱器的特性16.2仿真分析（靜態(tài)放大倍數(shù)）：T1o--G2：T1o--G1：3124換熱器的特性16.2嚴重非線性，若其它環(huán)節(jié)為線性，調(diào)節(jié)閥需選用等百分數(shù)閥。②對象動態(tài)特性分析

換熱器的特性16.2T1i→T1o：動態(tài)純滯后環(huán)節(jié)T2i→T1o、G1→T1o、G2→T1o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

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16.3工業(yè)介質(zhì)G1載熱體G2TC圖16-8①

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)旁路控制介質(zhì)混合過程控制及時（相當于前饋機理）另外，還可以組成前饋——串級控制方案圖換熱器的控制圖16-9工業(yè)介質(zhì)G1載熱體G2TC蒸汽加熱器的控制①

控制載熱體流量蒸汽發(fā)生相變，可同時通過ΔT和傳熱面積控制，只是要注意出口液體能夠連續(xù)排出。蒸汽作為熱載體，工業(yè)常用蒸汽G2TC凝液G1圖16-12②

控制冷凝液排量熱載體的出口控制，通過改變F控制控制閥控制液體，口徑可以小些，液體控制平穩(wěn)，缺點：滯后

蒸汽G2凝液TCFCG1蒸汽加熱器的控制圖16-14前饋-反饋控制系統(tǒng)冷凝冷卻器的控制缺點：控制不靈活，另外要保證液位不能過高，防止汽帶液T-L串級控制系統(tǒng)熱載體為液態(tài)冷卻劑，通過在換熱器內(nèi)蒸發(fā)，帶走介質(zhì)熱量氣氨TC液氮圖16-16①控制載熱體流量優(yōu)點：控制平穩(wěn)，對出口氣相壓力沒有影響冷凝冷卻器的控制②控制汽相流量控制靈活，但出口壓力波動，若直接進入壓縮機，對壓縮機有影響TCLC液氮氣氨傳熱設(shè)備的控制16.1概述16.2傳熱設(shè)備的特性16.3一般傳熱設(shè)備的控制16.4鍋爐設(shè)備的控制16.5加熱爐的控制16.6蒸發(fā)器的控制第11章教學進程熱空氣送往爐膛265DSD過熱蒸汽送負荷設(shè)備Pm378給水（由水泵來）1燃料熱空氣

1一燃燒嘴；2一爐膛；3一汽包；4一減溫器；5一爐墻；6一過熱器；7一省煤器；8一空氣預熱器煙氣（經(jīng)引風機送往煙囪）冷空氣（由送風機來）16.4鍋爐設(shè)備的控制概述燃燒系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)

鍋爐產(chǎn)生蒸汽，而蒸汽一般是過程設(shè)備的能量來源——動力設(shè)備，而蒸汽質(zhì)量對過程生產(chǎn)有直接影響作用：分類：

鍋爐有多種分類，根據(jù)鍋爐用途、燃料性質(zhì)（煤、油、氣）結(jié)構(gòu)：壓力：低壓小于或等于2.45MPa的鍋爐，蒸汽溫度多為飽和溫度或不高于400℃。中壓為2.94——4.90MPa的鍋爐，蒸汽溫度為450℃。高壓為7.84—10.8MPa的鍋爐，蒸汽溫度多為540℃.超高壓為11.8—14.7MPa的鍋爐，蒸汽出口溫度為540℃,少數(shù)為555℃.亞臨界壓力為15.7—19.6MPa的鍋爐，出口蒸汽溫度為540℃或555℃,少數(shù)為570℃.超臨界壓力為22.1MPa以上。

347.15℃（4）水處理控制防止或減少結(jié)垢主要控制系統(tǒng)概述（1）汽包水位控制保持水量與蒸汽量的物料平衡（2）燃燒控制保證燃燒的經(jīng)濟性和安全性（3）蒸汽控制控制過熱蒸汽的溫度鍋爐汽包水位的控制鍋爐的汽包水位控制一般比較嚴格

汽包水位的控制是鍋爐和蒸汽用戶的平穩(wěn)、安全的保證水位過高——影響汽水分離，使飽和蒸汽帶水過多，使過熱蒸汽溫度下降水位過低——可能全部汽化，產(chǎn)生危險汽包水位的動態(tài)特性影響因素多主要討論水流量、蒸汽流量—L特性鍋爐汽包水位的控制①

給水流量W—L階躍響應(yīng)H曲線

，相當于積分加純滯后環(huán)節(jié)給水溫度越低，純滯后時間越大WHH1

Hτ

tt曲線H——汽包水位，開始上升，然后再下降，“虛假水位”現(xiàn)象鍋爐汽包水位的控制

②蒸汽流量D—L曲線H1——D突然增加，物料平衡，水位下降曲線H2——D突然增加，瞬間汽包壓力下降，水沸騰加劇，氣泡增加，水位上升H1H2H非最小相位特性對象為非最小相位（存在位于復平面右半平面的零點）的條件為③

對給水擾動控制滯后鍋爐汽包水位的控制（1）單沖量控制系統(tǒng)汽包水位的單回路控制，“單沖量”—汽包水位適用于負荷小的鍋爐三個問題：①

不能克服虛假水位帶來的后果②

對蒸汽負荷的變化控制不靈敏蒸汽氣泡省煤器給水LC前饋（蒸汽流量）—反饋（汽包水位）控制系統(tǒng)鍋爐汽包水位的控制（2）雙沖量控制系統(tǒng)為了克服虛假水位現(xiàn)象，引入蒸汽流量，“雙沖量”靜態(tài)前饋I=C1IC±C2IF±I0蒸汽

ICIFI0

LC給水（b）GC

C1

GV

GPC

GmF

C2

Gm

GPD

IF

L0

IC

I0

ID鍋爐汽包水位的控制①

加法器系數(shù)IC汽包水位信號，C1≤1IF蒸汽流量信號，C2根據(jù)靜態(tài)前饋補償設(shè)置I0偏置值，調(diào)整I的輸出，正常負荷下，I0與C2、IF相互抵消鍋爐汽包水位的控制安全角度，保護鍋爐，氣閉，防止燒干保護蒸汽用戶，氣開鍋爐汽包水位的控制

②閥、控制器、運算器符號閥的開閉形式：控制器正反作用：對象：正，若氣閉閥，LC=正，若氣開閥LC=負運算器正負號：C2：取決于控制閥開閉形式蒸汽量↑給水量應(yīng)該↑：氣閉：I應(yīng)該↓C2取“-”氣開：I應(yīng)該↑C2取“+”③雙沖量控制系統(tǒng)其它形式LC水位蒸汽量∑

給水閥∑

LC水位蒸汽量TdS給水閥鍋爐汽包水位的控制在雙沖量基礎(chǔ)上，進一步克服給水干擾，引入給水流量信號鍋爐汽包水位的控制（3）三沖量控制系統(tǒng)I=IC±CIF-I0

蒸汽LCFC給水I’F

ICIF

I0

I前饋（蒸汽流量）——串級（汽包水位—給水流量）控制系統(tǒng)GPD

GmF

GPC

GP2

GC2

GmF

∑

GC1

Gm

IF

ICI0I0

I’F

IUL鍋爐汽包水位的控制I0與IC抵消鍋爐汽包水位的控制

①

加法器系數(shù)C根據(jù)給水流量變化W=蒸汽流量變化（前饋補償）對于I0，正常負荷時由于CIF作為流量控制器的給定，蒸汽流量增加，給水流量應(yīng)該提高，C永遠為正（與閥的形式無關(guān)，與雙沖量不同）I=IC+CIF-I0鍋爐汽包水位的控制

②閥、控制器、運算器符號閥安全角度確定控制器按串級系統(tǒng)確定（先副后主）運算器符號：

出口溫度控制控制方案一級過熱器、二級過熱器、減溫器過熱蒸汽系統(tǒng)控制d/dtTC圖16-34雙沖量控制T2CT1C減溫水

圖16-33串級減溫器減溫器與燃料種類（油、氣、煤）、燃燒設(shè)備、鍋爐形式有關(guān)

基本要求：（1）

出口蒸汽壓力穩(wěn)定，根據(jù)蒸汽負荷調(diào)節(jié)燃燒程度（2）

燃燒良好（3）

安全鍋爐燃燒過程的控制（1）蒸汽壓力與燃燒控制一般，用燃料量控制蒸汽壓力，單回路/串級燃燒控制要求燃料與空氣的一定比例，比值控制加入邏輯關(guān)系，鍋爐燃燒過程的控制FCFCFCFCLSHSPCPCKK燃料閥

燃料閥

空氣閥空氣量空氣量燃料量燃料量pp圖16-35圖16-34燃料與空氣比值的最優(yōu)化維持燃燒，理論上要維持一個最低空氣量，實際空氣量要略大于最低量，過剩空氣量。大，能量浪費，小，燃燒不完全對于不同的燃料，都有一個最優(yōu)空氣量——最經(jīng)濟燃燒

α鍋爐燃燒過程的控制（2）煙氣含氧量控制可通過煙氣含氧量信號間接獲得燃料閥

空氣閥

燃料量

空氣量

最優(yōu)值

O2

pPCFCLSACFCHS×鍋爐燃燒過程的控制在燃燒控制方案中引入含氧量信號校正