传热设备的控制

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1、过程控制系统及工程信息学院自动化系：孙洪程Email:Sunhc@mail.buct.edu.cn第16章传热设备的控制传热设备的控制第11章16.1概述16.2传热设备的特性16.3一般传热设备的控制16.4锅炉设备的控制16.5加热炉的控制16.6蒸发器的控制16.1概述对物料进行加热或冷却的设备称为传热设备结构形式：列管式、蛇管式、夹套式、套管式一般传热设备（以上）特殊传热设备：加热炉、锅炉、蒸发器等传热设备的类型16.1.1传热方式：传导、对流、辐射物流接触关系：直接接触式，间壁式、蓄热式热量交换形式：无相变的热量交换、有相变的热量交换16.2一般传热设备的控制换热器、蒸汽加热

2、器、再沸器、冷凝器等传热设备作用及控制16.1.2（1）   对工艺介质进行加热或冷却（2）   使工艺介质发生相变（3）   热量回收主要是进行温度控制，以及一些保护性控制控制要求：换热器的特性16.2图逆流单程换热器G2c2T2iG1c1T1iG1c1T10G2c2T20①对象静态特性分析基于热量平衡方程和传热速率方程，用于系统扰动分析及静态控制设计依据假设工艺介质与载热体均无相变，而且没有热损失。即被加热物料得到的热量/单位时间=载热体放出的热量/单位时间换热器的特性16.2q=KFΔT单程、逆流管式换热器静态特性基本表达式换热器的特性16.2热交换过程的传热速率方程K为传热系数

3、；Fm为传热面积；ΔTm为传热壁两侧流体的平均温差.对于逆流单程换热器，可取对数平均值若在1/3~3之间，则可用算术平均近似换热器的特性16.2热交换过程的静态方程单程、逆流管式换热器静态特性基本表达式仿真分析（静态放大倍数）：T1i→T1o：式11-8T2i→T1o：式11-9换热器的特性16.2仿真分析（静态放大倍数）：T1o--G2：T1o--G1：3124换热器的特性16.2严重非线性，若其它环节为线性，调节阀需选用等百分数阀。②对象动态特性分析换热器的特性16.2T1i→T1o：动态纯滞后环节T2i→T1o、G1→T1o、G2→T1o带纯滞后的二阶惯性环节分布参数对象：既是时

4、间函数，又是空间的函数精确描述：偏微分方程，求解困难经验公式近似描述：特点：简单易行但是，当G2已经很大，而温差较小时，迟钝控制另外，若工艺上不允许对载热体节流时，不能采用这种方案控制方案两类基本方案：控制载热体流量、旁路控制介质流量换热器的控制16.3工业介质G1载热体G2TC图16-8①控制载热体流量用载热体流量控制介质出口温度，最常用的方法②介质旁路控制介质混合过程控制及时（相当于前馈机理）另外，还可以组成前馈——串级控制方案图换热器的控制16.3.1图16-9工业介质G1载热体G2TC蒸汽加热器的控制16.3.2①控制载热体流量蒸汽发生相变，可同时通过ΔT和传热面积控制，只是要

5、注意出口液体能够连续排出。蒸汽作为热载体，工业常用蒸汽G2TC凝液G1图16-12②控制冷凝液排量热载体的出口控制，通过改变F控制控制阀控制液体，口径可以小些，液体控制平稳，缺点：滞后蒸汽G2凝液TCFCG1蒸汽加热器的控制16.3.2图16-14前馈-反馈控制系统冷凝冷却器的控制16.3.3缺点：控制不灵活，另外要保证液位不能过高，防止汽带液T-L串级控制系统热载体为液态冷却剂，通过在换热器内蒸发，带走介质热量气氨TC液氮图16-16①控制载热体流量优点：控制平稳，对出口气相压力没有影响冷凝冷却器的控制16.3.3②控制汽相流量控制灵活，但出口压力波动，若直接进入压缩机，对压缩机有影

6、响TCLC液氮气氨传热设备的控制16.1概述16.2传热设备的特性16.3一般传热设备的控制16.4锅炉设备的控制16.5加热炉的控制16.6蒸发器的控制第11章教学进程16.4锅炉设备的控制16.4.1概述主要结构图燃烧系统、给水系统、蒸汽产生系统锅炉产生蒸汽，而蒸汽一般是过程设备的能量来源——动力设备，而蒸汽质量对过程生产有直接影响作用：分类：锅炉有多种分类，根据锅炉用途、燃料性质（煤、油、气）、压力（高、中、低）结构：（4）水处理控制防止或减少结垢主要控制系统16.4.1概述（1）汽包水位控制保持水量与蒸汽量的物料平衡（2）燃烧控制保证燃烧的经济性和安全性（3）蒸汽控制控制过热蒸

7、汽的温度16.4.2锅炉汽包水位的控制锅炉的汽包水位控制一般比较严格汽包水位的控制是锅炉和蒸汽用户的平稳、安全的保证水位过高——影响汽水分离，使饱和蒸汽带水过多，使过热蒸汽温度下降水位过低——可能全部汽化，产生危险汽包水位的动态特性影响因素多主要讨论水流量、蒸汽流量—L特性16.4.2锅炉汽包水位的控制①给水流量W—L阶跃响应H曲线 ，相当于积分加纯滞后环节给水温度越低，纯滞后时间越大WHH1Hτtt曲线H——汽包水位，开始上升，然后再下降，“