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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。
2021/4/24工业过程控制:.
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
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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分别为相应介质的比热。
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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
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热交换过程的传热速率方程
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.
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
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热交换过程的静态方程
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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。
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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。
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换热器的控制方案
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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?
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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。
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加热炉的单回路控制
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加热炉的串级控制(一)
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加热炉的串级控制(二)
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催化裂化加热炉的控制系统
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加热炉的安全联锁保护系统
LS:低选器;
BS:火焰检测器;
GL1:燃料气流量
过低联锁装置;
GL2:进料流量过
低联锁装置。
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锅炉设备的工艺流程
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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。
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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。
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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
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汽包水位的对象特性
干扰通道特性控制通道特性
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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
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汽包水位的单冲量控制
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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,
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。
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汽包水位的三冲量控
制
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三冲量控制系统的简化连接
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锅炉蒸汽压力控制
和燃料与空气比值控制系统
稳态:
I1=I2=I3=I4=Ip
Q1=KQ2
分析提降量过程?
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练****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T1(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M2。试建立该换热器的动态数学模型。
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练****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GF比较稳定,但蒸汽压力PV波动较大;
(2)蒸汽压力PV比较稳定,但工艺介质流量GF波动较大;
(3)介质流量GF较稳定,但入口温度Ti及蒸汽压力PV波动较大。
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练****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C1,C2,C3与调节器
的正反作用方向,并说明C2与C3
数值确定方法。
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