1、典型操作單元的控制傳熱設備的控制戴連奎浙江大學智能系統與決策研究所浙江大學信息學院控制系2000/12/01第一頁，共三十頁。內 容 引 言熱交換過程的靜態特性換熱設備的控制加熱爐的控制鍋爐設備的控制第二頁，共三十頁。熱交換過程的靜態特性問題：針對逆流單程列管式熱交換器，巳知入口條件（G1, T1i, G2, T2i）,要求計算穩定條件下工藝介質與載熱體的出口溫度（T1o, T2o）。其中c1, c2分別為相應介質的比熱。第三頁，共三十頁。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/單位時間第四頁，共三十頁。熱交換

2、過程的傳熱速率方程K 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，可取對數平均值若在1/3 3 之間，則可用算術平均近似第五頁，共三十頁。熱交換過程的靜態方程第六頁，共三十頁。熱交換過程的靜態特性分析嚴重非線性，若其它環節為線性，調節閥需選用等百分數閥。第七頁，共三十頁。換熱設備的控制方法被控變量(1) 被加熱/冷卻介質的出口溫度（無相變）；(2) 加熱/冷卻所需的熱量（有相變），如精餾塔底再沸器的蒸發量。控制變量(1) 調載熱體的流量；(2) 調節傳熱平均溫差；(3) 調傳熱面積；(4) 將工藝介質分路，一路經換熱，另一路走旁路。第八頁，共三十頁。換熱

3、設備的控制方案第九頁，共三十頁。加熱爐的控制問題被控變量：工藝介質的出口溫度。控制變量：燃料油或燃料氣的流量。主要干擾：工藝介質的進料溫度、流量、組分；燃料油/燃料氣的壓力、流量、成分（或熱值）；燃料油的霧化情況；空氣充分情況；火嘴的阻力，爐膛壓力等。對象特性建模方法：定性分析+實驗測試，通常可用一階加純滯后環節來近似。第十頁，共三十頁。加熱爐的單回路控制第十一頁，共三十頁。加熱爐的串級控制第十二頁，共三十頁。催化裂化加熱爐的控制系統第十三頁，共三十頁。加熱爐的安全聯鎖保護系統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。第十四頁，共三十頁。鍋爐

4、設備的工藝流程第十五頁，共三十頁。鍋爐設備的控制問題 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。第十六頁，共三十頁。汽包水位的控制問題被控變量：汽包水位，用H (s)表示控制變量：汽包給水量，用G (s)表示主要干擾：蒸汽負荷（蒸汽流量），用D (s)表示通道對象：非自衡、非最小相位、非線性等特性第十七頁，共三十頁。汽包水位的對象特性干擾通道特性控制通道特性第十八頁，共三十頁。非最小相位特性對象為非最小相位（存在位于復平面右半平面的零點）的條件為第十九頁，共三十頁。汽包水位的單沖量控制第二十頁，共三十頁。液位非自衡對象響應測試（1）手動改變控制器的

5、輸出信號u(k)，觀察被控變量y(k)的變化過程。（2）由階躍響應曲線得到對象基本特征參數 。第二十一頁，共三十頁。非自衡對象特征參數的獲得 Kp (穩態輸出斜率)：其中umax、umin與 ymax、ymin為輸入輸出的量程上下限；若巳歸一化，則 umax umin =1, ymax ymin =1。 T0 (純滯后時間)：第二十二頁，共三十頁。非自衡對象PID控制系統穩定性分析開環傳遞函數：穩定條件：第二十三頁，共三十頁。非自衡對象PID參數整定原則將上述PID控制器投入“Auto” （自動）方式，并適當改變控制回路的設定值，觀察控制系統跟蹤性能。若響應過慢，而且無超調存在，則適當加大Kc

6、值，例如增大到原來的兩倍；反之，則減小Kc值。PID參數初始值的選擇：第二十四頁，共三十頁。汽包水位的雙沖量控制前饋補償原理：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。第二十五頁，共三十頁。汽包水位的三沖量控制第二十六頁，共三十頁。三沖量控制系統的簡化連接第二十七頁，共三十頁。鍋爐蒸汽壓力控制和燃料與空氣比值控制系統穩態：I1= I2 = I3 = I4 = IpQ1 = KQ2分析提降量過程？第二十八頁，共三十頁。練習題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， C2， C3與調節器的正反作用方向，并說明C2與C3數值確定方法。第二十九頁，共三十頁。內容總結典型操作單元的控制傳熱設備的控制。2000/12/01。嚴重非線性，若其它環節為線性，調節閥需選用等百分數閥。(1) 被加熱/冷卻介質的出口溫度（無相變）。(2) 加熱/冷卻所需的熱量（有相變），如精餾塔底再沸器的蒸發量。工藝介質的進料溫度、流量、組分。燃料油/燃料氣的壓力、流量、成分（或熱值）。蒸汽負荷（蒸汽流量），用D (s)表示。非自衡、非最小相位、非線性等特性。對象為非最小相位（存在位