15-传热设备控制.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,传热设备的控制,戴连奎,浙江大学智能系统与决策研究所,2001/11/28,换热设备控制思考题,1、针对逆流单程列管式换热器，当两侧液体均无相变时，试推导得到工艺介质出口温度与输入条件之间的静态关系；,2、了解夹套式（集中参数系统）与套管式换热器（分布参数系统）的动态模型建立方法；,3、掌握换热器的控制问题与常用的控制方案；,4、掌握加热炉出口温度的控制问题与串级方案。,内 容,引 言,换热器的静态特性,换热器的动态特性,换热器的控制,加热炉的控制,锅炉设备的控制,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（,G,1,T,1i,G,2,T,2i,）,要求计算稳定条件下工艺介质与载热体的出口温度（,T,1o,T,2o,）。其中,c,1,c,2,分别为相应介质的比热。,热交换过程的热量平衡方程,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,热交换过程的传热速率方程,K,为传热系数；,F,m,为传热面积；,T,m,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,热交换过程的静态方程,热交换过程的静态特性分析,严重非线性，若其它环节为线性，调节阀需选用等百分数阀。,换热器的控制问题,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。,换热器的控制方案,换热器的控制方案(续),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？,加热炉的控制问题,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,：,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）；燃料油的雾化情况；空气充分情况；火嘴的阻力，炉膛压力等。,加热炉的单回路控制,加热炉的串级控制（一）,加热炉的串级控制（二）,催化裂化加热炉的控制系统,加热炉的安全联锁保护系统,LS：,低选器；,BS：火焰检测器；,GL,1,：,燃料气流量过低联锁装置；,GL,2,：,进料流量过低联锁装置。,锅炉设备的工艺流程,锅炉设备控制思考题,1、了解锅炉设备的控制问题与系统分解；,2、掌握汽包水位的对象特点与控制方案；,3、掌握锅炉设备燃料与空气逻辑变比值控制系统的分析与设计方法；,4、了解锅炉设备过热蒸汽温度的控制问题与常用的控制方法。,锅炉设备的控制问题,系统分解：（1）锅炉汽包水位的控制；,（2）锅炉燃烧系统的控制；,（3）过热蒸汽系统的控制。,汽包水位的控制问题,被控变量：,汽包水位，用,H,(,s,)表示,控制变量：,汽包给水量，用,G,(,s,)表示,主要干扰：,蒸汽负荷（蒸汽流量），用,D,(,s,)表示,通道对象：,非自衡、非最小相位、非线性等特性,汽包水位的对象特性,干扰通道特性,控制通道特性,非最小相位特性,对象为非最小相位（存在位于复平面右半平面的零点）的条件为,汽包水位的单冲量控制,汽包水位的双冲量控制,前馈补偿原理：假设调节阀为气关阀，,C,1,=1，则调节器为正作用，而,C,2,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。,汽包水位的三冲量控制,三冲量控制系统的简化连接,锅炉蒸汽压力控制和燃料与空气比值控制系统,稳态：,I,1,=,I,2,=,I,3,=,I,4,=,I,p,Q,1,=,KQ,2,分析提降量过程？,练习题 1,对于下图所示的套管式换热器，假设(1)间壁的热容可忽略；(2)工艺介质为液相，属层流流动；(3)加热蒸汽在套管内的温度可用集中参数,T,1,(,t,)来表示。设内套管的圆周长为,A,，工艺介质单位长度的流体质量为,M,2,。试建立该换热器的动态数学模型。,练习题 2,对于下列蒸汽换热器，要求介质出口温度达到规定值。试分析下列情况下应选择哪一种控制方案，并画出控制系统的结构图与方块图。,（1）工艺介质流量,G,F,比较稳定，但蒸汽压力,P,V,波动较大；,（2）蒸汽压力,P,V,比较稳定，但工艺介质流量,G,F,波动较大；,（3）介质流量,G,F,较稳定，但入口温度,T,i,及蒸汽压力,P,V,波动较大。,练习题 3,对于锅炉汽包水位的控制问题，可采用如图所示的简化的三冲量控制系统。假设调节阀为气关阀，要求,（1）结合汽包水位的控制对象，画出完整的系统方框图，并注明各方框图的输入输出变量意义；,（2）确定,C,1,，,C,2,，,C,3,与调节器的正反作用方向，并说明,C,2,与,C,3,数值确定方法。,精馏塔控制思考题,1、掌握简单精馏塔的控制问题与分解方法；,2、掌握精馏塔的静态特性；,3、了解精馏塔对象中操作变量对主要被控变量的动态影响程度与速度；,4、针对塔顶、塔底产品质量不同的要求，掌握基本控制系统的分析与设计方法；,5、了解精馏塔的复杂控制与先进控制方法。,