典型工业过程控制系统

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1、第6章典型热工过程控制系统6.1锅炉设备的控制6.2流体输送设备的控制6.3传热设备的控制6.4化学反应器的自动控制典型热工单元有哪些？流体输送设备离心泵容积式泵压缩机传热设备无相变有相变反应器反应釜流化床热工设备加热炉锅炉2热工单元自动控制的一般设计原则？热工单元的作用：用来实现一些特定的物理和（或）化学反应过程热工单元自控要求：使物理变化过程和(或)化学反应过程在符合预定的要求、条件下自动进行实现热工单元自动控制的原则：保证工艺质量指标满足物料平衡条件满足安全约束条件提高机械效率和能源利用率36.1锅炉设备的控制锅炉是发电、炼油、化工等工业部门的重要

2、能源、热源动力设备。锅炉种类很多，按所用燃料分类，有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉，还有利用残渣、残油、释放气等为燃料的锅炉。4空气烟气煤粉给水系统分解汽水给水泵、除氧器、省煤器、锅桶、下降管、联箱、水冷壁、过热器、再热器、减温器等燃烧燃烧器；送风机、炉膛、烟道、除尘器、引风机、烟囱等燃运原煤场(仓)、给煤机、输煤皮带、磨煤机、煤粉仓、给粉机等送汽轮机火力发电厂之锅炉系统5锅炉系统流程界面66.1.1锅炉设备的工艺流程组成：燃烧系统蒸汽发生系统燃烧系统：由送风机、空气预热器、燃料系统、燃烧室、烟道、除尘器和引风机等组成蒸汽发生系统：由给水系统、省煤器、汽包

3、和过热器等组成。高温烟气：经过热器、省煤器预热给水、过空气预热器预热锅炉送风，经引风机送往烟囱排入大气。7锅炉设备的控制问题锅炉的控制系统：（1）锅炉汽包水位控制（2）锅炉燃烧系统控制（3）过热蒸汽系统控制86.1.2锅炉汽包水位的控制被控变量：汽包水位，用H(s)表示；控制变量：汽包给水量流量，用G(s)表示；主要干扰：蒸汽负荷(蒸汽流量)，用D(s)表示；其它扰动：给水方面的扰动；燃料量的扰动；汽包压力变化；通道对象：非自衡、反向特性、非线性等特性。一般要求在运行中，汽包水位控制在正常值范围（±30mm--±50mm）。影响汽包水位H的主要因素？9～

4、汽包水位测量的重要性空气给水泵去烟囱凝汽器空预器空气空气燃料汽包省煤器再热器过热器水冷壁汽轮机锅炉灰斗发电机水位过低的危害？锅炉水循环效果变差水冷壁超温被烧坏爆管汽包水位过高的危害？10(一)汽包水位的对象特性1、控制通道特性当突然加大给水量G后，汽包水位H一开始不立即增加，而要呈现出一段起始惯性段。其传递函数等效于一个积分环节和纯滞后环节的串联：式中e为给水流量作用下，阶跃反应曲线的飞升速度；t为纯滞后时间，给水温度越低，t越大，一般约在15～100s之间，采用省煤器时在100～200s之间。ttGH112、干扰通道特性(蒸汽流量变化)其他条件不变，蒸

5、汽流量D突然增加时：(1)一方面，汽包瞬时流出水量大于流入量，汽包存水量减少(如下图)。其传递函数等效于一个非自衡单容对象(积分环节)：tΔDΔH1式中ef为为蒸汽流量作用下，阶跃响应曲线的斜率。H012蒸汽流量突变时的“虚假水位”(2)另一方面，蒸汽流量增加，导致汽包压力Pb瞬时下降，在锅炉蒸发管(水冷壁)内的水沸腾加剧，水中汽泡数量迅速增加，汽泡体积增大，使汽包水位升高。这种压力下降而非水量增加(水量实际上在减少)导致汽包水位上升的现象称为“虚假水位”现象，其响应曲线如下，传递函数等效于一个惯性环节：tΔDΔH2式中K2、T2分别为只考虑水面下汽泡体

6、积变化所引起的水位变化的放大倍数和时间常数。H013蒸汽流量变化的反向特性(3)其他条件不变，总的蒸汽流量D突然增加时的响应曲线如下，为典型的“反向特性”。传递函数为：tΔDΔH2ΔH1ΔHH0蒸汽流量阶跃干扰下的汽包水位响应曲线虚假水位理论水位实际水位14(二)锅炉汽包水位的控制方案1、汽包水位的单冲量控制如图所示为单冲量水位控制系统仪表流程图。这里的冲量一词指的是变量，单冲量即汽包水位。结构简单，投资少。适用于虚假水位不严重，负荷较平稳的场合(小型锅炉)。为安全运行，可设置水位报警和联锁控制系统。但由于存在虚假水位的反向特性，误动作、控制不及时单冲量

7、控制系统152、汽包水位的双冲量控制双冲量水位控制系统利用蒸汽流量变化信号对给水量进行补偿控制，从而不仅可以消除或减小虚假水位现象对汽包水位的影响，而且使给水控制阀的调节更及时。双冲量：汽包水位与蒸汽流量。双冲量控制系统16实质上是一个前馈－反馈控制系统。前馈补偿原理：假设调节阀为气关阀，C1=1，则调节器为正作用，而C2应取负号，具体数值可现场调整或根据阀门特性计算其初始值。前馈-反馈控制系统特点：双冲量控制系统考虑了蒸汽流量扰动对汽包水位的影响，但对给水流量扰动的影响未加考虑，因此适用于给水流量波动较小的场合。173、汽包水位的三冲量控制汽包水位是主

8、被控参数，也称主冲量；给水流量为副被控参数，蒸汽流量是前馈补偿的主要扰动，给水流