1、傳熱設備的控制戴連奎浙江大學智能系統與決策研究所換熱設備控制思考題1、針對逆流單程列管式換熱器，當兩側液體均無相變時，試推導得到工藝介質出口溫度與輸入條件之間的靜態關系；2、了解夾套式集中參數系統與套管式換熱器分布參數系統的動態模型建立方法；3、掌握換熱器的控制問題與常用的控制方案；4、掌握加熱爐出口溫度的控制問題與串級方案。內 容n 引 言n換熱器的靜態特性n換熱器的動態特性n換熱器的控制n加熱爐的控制n鍋爐設備的控制換熱器的靜態特性G1, T1o, c1G2, T2i , c2G1, T1i , c1G2, T2o , c2工藝介質載熱體問題：針對逆流單程列管式熱交換器，巳知入口問題：針對

2、逆流單程列管式熱交換器，巳知入口條件條件G1, T1i, G2, T2i）,要求計算穩定條件下要求計算穩定條件下工藝介質與載熱體的出口溫度工藝介質與載熱體的出口溫度T1o, T2o）。其）。其中中c1, c2分別為相應介質的比熱。分別為相應介質的比熱。熱交換過程的熱量平衡方程假設工藝介質與載熱體均無相變，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)(11111ioTTGcq)(22222ioTTGcq21qq 熱交換過程的傳熱速率方程mmTKFqK 為傳熱系數；Fm 為傳熱面積；Tm 為傳熱壁兩側流體的平均溫差.對于逆流單程換熱器，可取對數平均值oiiooi

3、iomTTTTTTTTT12121212ln)()(oiioTTTT1212假設在1/3 3 之間，則可用算術平均近似2)()(1212oiiomTTTTT熱交換過程的靜態方程)(2)()(11111212iooiiomTTGcTTTTKFq)()(222211111oiioTTGcTTGcq)(121)()(112211121111ioiiiomTTGcGcTTTTKFGc22111112111211GcGcKFGcTTTTmiiio熱交換過程的靜態特性分析iiioTTTTy1211mKFcGx111mKFcGx2222111211xxxy01234567800.10.20.30.40.50

4、.60.70.80.91yx1 = 0.5x1 = 1.0 x1 = 2x1 = 4x2嚴重非線性，若其它環節為線性，調節閥需選用等百分數閥。換熱器的控制問題n被控變量被控變量n(1) 被加熱被加熱/冷卻介質的出口溫度無相冷卻介質的出口溫度無相變）；變）；n(2) 加熱加熱/冷卻所需的熱量有相變），冷卻所需的熱量有相變），如精餾塔底再沸器的蒸發量。如精餾塔底再沸器的蒸發量。n控制變量控制變量n(1) 調載熱體的流量；調載熱體的流量；(2) 調節傳熱平均調節傳熱平均溫差；溫差；n(3) 調傳熱面積；調傳熱面積；(4) 將工藝介質將工藝介質分路，一路經換熱，另一路走旁路。分路，一路經換熱，另一路走

5、旁路。換熱器的控制方案凝液蒸汽TCTCLC氨氣液氨換熱器的控制方案(續)TC蒸汽凝液TC載熱體工藝介質問題：若上述單回路控制方案仍未能滿足工藝要求，問題：若上述單回路控制方案仍未能滿足工藝要求，如何改進控制方案，以進一步提高控制質量？如何改進控制方案，以進一步提高控制質量？加熱爐的控制問題n被控變量：工藝介質的出口溫度。被控變量：工藝介質的出口溫度。n控制變量：燃料油或燃料氣的流量。控制變量：燃料油或燃料氣的流量。n主要干擾：主要干擾：n工藝介質的進料溫度、流量、組分；燃料工藝介質的進料溫度、流量、組分；燃料油油/燃料氣的壓力、流量、成分或熱值）；燃料氣的壓力、流量、成分或熱值）；燃料油的霧化

6、情況；空氣充分情況；火嘴的燃料油的霧化情況；空氣充分情況；火嘴的阻力，爐膛壓力等。阻力，爐膛壓力等。加熱爐的單回路控制FCTCPCPC回油燃料油霧化蒸汽工藝介質加熱爐的串級控制一）TCTC燃料油進料出料FCTC進料出料燃料油加熱爐的串級控制二）TC進料出料燃料油PCTC進料出料燃料油催化裂化加熱爐的控制系統FCFCTCPCPCPC自分餾塔來的回煉油原料油去反應器開關燃料油回油罐去瓦斯罐干氣( 熱裂解氣 )加熱爐的安全聯鎖保護系統TCPCLSGL2BSGL1燃料進料出料LS：低選器；BS：火焰檢測器；GL1：燃料氣流量過低聯鎖裝置；GL2：進料流量過低聯鎖裝置。鍋爐設備的工藝流程熱空氣燃料燃料嘴

7、爐膛汽包過熱器減溫器PMD負荷設備調節閥過熱蒸汽送負荷設備爐墻省煤器熱空氣送往爐膛給水空氣預熱器冷空氣煙氣(經引風機送往煙囪)鍋爐設備控制思考題1、了解鍋爐設備的控制問題與系統分解；2、掌握汽包水位的對象特點與控制方案；3、掌握鍋爐設備燃料與空氣邏輯變比值控制系統的分析與設計方法；4、了解鍋爐設備過熱蒸汽溫度的控制問題與常用的控制方法。鍋爐設備的控制問題給水量減溫水燃料量送風量引風量水 位蒸汽溫度蒸汽壓力過剩空氣爐膛負壓負荷鍋爐設備 系統分解：（1鍋爐汽包水位的控制；（2鍋爐燃燒系統的控制；（3過熱蒸汽系統的控制。汽包水位的控制問題n被控變量：汽包水位，用H (s)表示n控制變量：汽包給水量，

8、用G (s)表示n主要干擾：n蒸汽負荷蒸汽流量），用D (s)表示n通道對象：n非自衡、非最小相位、非線性等特性汽包水位的對象特性DHH 0HH 2H 1ttGHHH 1tt干擾通道特性控制通道特性1)()(221sTKsKsDsHsesKsGsH0)()(非最小相位特性1)()(221sTKsKsDsH) 1() 1() 1()()()(20121212sTssTKsTsKsTKKsDsH2120TKKT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02120TKKT汽包水位的單沖量控制LC蒸汽汽包省煤器給水汽包水位的雙沖量控制LC蒸汽汽包省煤器給水PCPFC1PC +C2PF+C0前

9、饋補償原理：假設調節閥為氣關閥，C1=1，則調節器為正作用，而C2應取負號，具體數值可現場調整或根據閥門特性計算其初始值。汽包水位的三沖量控制LC蒸汽汽包省煤器給水PCPFFCLC水位蒸汽FC給水PCPFC1PC +C2PF+C0三沖量控制系統的簡化連接LC水位蒸汽給水C1C2C3LC水位蒸汽給水C3C1C2鍋爐蒸汽壓力控制和燃料與空氣比值控制系統FCFCPCACLSHS蒸汽壓力燃料量空氣量含氧量燃料閥空氣閥I1I2IpI4I3Q2Q1K穩態：I1= I2 = I3 = I4 = IpQ1 = KQ2分析提降量過程？練習題 1對于下圖所示的套管式換熱器，假設 (1) 間壁的熱容可忽略；(2)

10、工藝介質為液相，屬層流流動；(3) 加熱蒸汽在套管內的溫度可用集中參數T1(t)來表示。設內套管的圓周長為A，工藝介質單位長度的流體質量為 M2。試建立該換熱器的動態數學模型。G2, c2, T2oG2, c2, T2iz = 0z = Ld z工藝介質11,lG蒸汽冷凝水T1練習題 2對于下列蒸汽換熱器，要求介質出口溫度達到規定值。試分析下列情況下應選擇哪一種控制方案，并畫出控制系統的結構圖與方塊圖。（1工藝介質流量GF 比較穩定，但蒸汽壓力PV 波動較大；（2蒸汽壓力PV 比較穩定，但工藝介質流量GF 波動較大；（3介質流量GF 較穩定，但入口溫度Ti 及蒸汽壓力PV 波動較大。PV蒸汽凝液工藝介質GF , TiToGV練習題 3LC水位蒸汽給水C3C1C2對于鍋爐汽包水位的控制問題，可采用如圖所示的簡化的三沖量控制系統。假設調節閥為氣關閥，要求（1結合汽包水位的控制對象，畫出完整的系統方框圖，并注明各方框圖的輸入輸出變量意義；（2確定C1