第5章传热设备的控制.ppt

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1、第五章传热设备的控制陈兆娜信息与控制工程学院自动化系过程控制工程1换热器的静态特性与控制方案2加热炉的控制3锅炉设备的控制教学内容2021/9/22CopyrightbyZhaonaChen教学重点换热器和加热炉基本控制方案加热炉的连锁保护热效率控制锅炉的水位控制燃烧控制2021/9/23CopyrightbyZhaonaChen5.1换热器的控制5.1.1换热器的静态特性问题：针对逆流单程列管式热交换器，巳知入口条件（G1,T1i,G2,T2i）,要求计算稳定条件下工艺介质与载热体的出口温度（T1o,T2o）。其中c1,c2分别为相应

2、介质的比热。2021/9/24CopyrightbyZhaonaChen5.1.1换热器的静态特性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/单位时间热平衡方程传热速率方程K为传热系数；Fm为传热面积；ΔTm为传热壁两侧流体的平均温差.2021/9/25CopyrightbyZhaonaChen5.1.1换热器的静态特性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考虑2021/9/26CopyrightbyZhaonaChen5.1.1换热器的静态特性20

3、21/9/27CopyrightbyZhaonaChen5.1.1换热器的静态特性严重非线性，若其它环节为线性，调节阀需选用等百分数阀。2021/9/28CopyrightbyZhaonaChen5.1.2换热器的基本控制方案被控变量(1)被加热/冷却介质的出口温度（无相变）；(2)加热/冷却所需的热量（有相变），如精馏塔底再沸器的蒸发量。控制变量(1)调载热体的流量；(2)调节传热平均温差；(3)调传热面积；(4)将工艺介质分路，一路经换热，另一路走旁路。2021/9/29CopyrightbyZhaonaChen5.1.2换热器的基

4、本控制方案(1)调载热体的流量(2)调节传热平均温差改变传热系数K和平均温差△Tm改变液氨压力和对应的平衡温度2021/9/210CopyrightbyZhaonaChen5.1.2换热器的基本控制方案(3)调传热面积(4)将工艺介质分路——旁路/混合方案载热流量高负荷，不经济问题：若上述单回路控制方案仍未能满足工艺要求，如何改进控制方案，以进一步提高控制质量？2021/9/211CopyrightbyZhaonaChen5.2加热炉控制加热炉是炼厂主要设备，有箱式、立式、圆筒式。控制要求都很严格，另外要求有较高的热效率，能耗大。对象特

5、性传热以辐射为主，对流为辅，油在管内剧烈变化，过程较复杂，难以从机理建模，工程上都采用测试法获得经验模型，可用一阶惯性纯滞后环节近似表达。特点：容量滞后和纯滞后大。2021/9/212CopyrightbyZhaonaChen5.2.1加热炉的基本控制方案被控变量：工艺介质的出口温度。控制变量：燃料油或燃料气的流量。主要干扰：（1）工艺介质的进料温度、流量、组分；燃料油/燃料气的压力、流量、成分（或热值）；（2）燃料油的雾化情况；空气充分情况；火嘴的阻力，炉膛压力等。2021/9/213CopyrightbyZhaonaChen5.2.

6、1加热炉的基本控制方案1、单回路控制出口温度反馈控制问题：当燃料、蒸汽波动较大时，油压/蒸汽压变化大，雾化不良，燃烧不好。改进方案：（1）油汽压力差控制（2）压力比值控制2021/9/214CopyrightbyZhaonaChen2、加热炉的串级控制对于加热炉滞后大，要求严格的对象，应考虑串级控制，根据串级设计原则，可有几种方案（a）炉出口温度——燃油（气）流量串级控制（b）炉出口温度——燃油压力串级控制（c）炉出口温度——炉膛温度串级控制（d）采用压力平衡式控制阀（浮动阀）的控制。2021/9/215CopyrightbyZhaon

7、aChen2、加热炉的串级控制炉出口温度—炉膛温度炉出口温度—燃油（气）流量2021/9/216CopyrightbyZhaonaChen2、加热炉的串级控制炉出口温度—燃油压力采用压力平衡式控制阀（浮动阀）的控制P1P22021/9/217CopyrightbyZhaonaChen例1：催化裂化装置加热炉的自动控制系统2021/9/218CopyrightbyZhaonaChen例2：炼厂常压装置中加热炉的自动控制系统2021/9/219CopyrightbyZhaonaChen5.2.2加热炉的安全联锁保护系统1、以燃料气为燃料的加

8、热炉安全联锁保护危险：（1）被加热工艺介质过少或中断，烧坏管子。（2）脱火现象，燃—气混合物爆炸。（3）回火，燃压过低。（4）炉内熄火。TCPCSLGL2BSGL1燃料进料出料回火脱火熄火2021/9/22