第10章傳熱設(shè)備的控制

1、第10章 傳熱設(shè)備的控制,,第10章 傳熱設(shè)備的控制,10.1 換熱設(shè)備的控制10.2 電廠鍋爐的控制,第10章 傳熱設(shè)備的控制,在許多工業(yè)生產(chǎn)過程中，例如蒸餾、干燥、蒸發(fā)、結(jié)晶、反應(yīng)和冶金等，均需要根據(jù)具體的工藝要求，對(duì)物料進(jìn)行加熱或冷卻來維持一定的溫度。對(duì)于化學(xué)反應(yīng)，為了使反應(yīng)能達(dá)到預(yù)定要求，更需要嚴(yán)格控制一定的反應(yīng)溫度，這也要靠冷卻或加熱才能實(shí)現(xiàn)。因此，對(duì)傳熱設(shè)備的控制也就顯得格外重要。 工業(yè)

2、上用以實(shí)現(xiàn)冷熱兩流體換熱的設(shè)備稱為傳熱設(shè)備。 工業(yè)過程中典型的傳熱設(shè)備如表10-1所示，其中前四類傳熱設(shè)備以對(duì)流傳熱為主，有時(shí)將它們統(tǒng)稱為換熱設(shè)備； 而鍋爐為工業(yè)生產(chǎn)中較為特殊的傳熱設(shè)備，它有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)型式與傳熱方式，在過程工業(yè)中又具有重要的用途。,,1.換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)類型 換熱有直接傳熱或間接換熱兩種方式。（1）直接傳熱是指冷熱兩流體直接混合以達(dá)到加熱或冷卻的

3、目的；（2）間接換熱是指冷熱兩流體有間壁隔開的換熱，熱量首先從溫度較高的熱流體傳給間壁，間壁再傳向溫度較低的冷流體。,傳熱速率方程式： 由傳熱定理知，熱流體向冷流體的傳熱速率應(yīng)為：q=KFm?Tm式中，K為傳熱系數(shù)，F(xiàn)m為傳熱面積,m2； ?Tm為平均溫差，oC。,在石油化工等工業(yè)過程中，一般以間接換熱較常見。間壁式換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式有列管式、蛇管式、套管式和夾套式等，如圖10-1所示。,10.1 換熱設(shè)備的控制,在煉

4、油化工生產(chǎn)中，換熱設(shè)備應(yīng)用極其廣泛。 換熱設(shè)備通常包括換熱器、蒸汽加熱器、再沸器、冷凝冷卻器等。 進(jìn)行換熱的目的主要有下列四種。 ①使工藝介質(zhì)達(dá)到規(guī)定的溫度，以使化學(xué)反應(yīng)或其他工藝過程能很好地進(jìn)行。例如，合成氨生產(chǎn)中的脫硫或變換等過程的氣體入口溫度，都有最適宜的條件。 ②在生產(chǎn)過程中加入吸收的熱量或除去放出的熱量，使工藝過程能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。例如合成氨生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，必

5、須加入熱量，以維持轉(zhuǎn)化反應(yīng)。聚氯乙烯的聚合反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，要用冷卻水除去放出的熱量，才能使反應(yīng)按要求進(jìn)行下去。,③某些工藝過程需要改變物料的相態(tài)。例如汽化需要加熱，冷凝會(huì)放熱，將氨氣冷凝成液氨便是一例。 ④回收熱量。 根據(jù)換熱目的，換熱設(shè)備的控制目標(biāo)最終可轉(zhuǎn)化為熱量平衡關(guān)系的控制，大多數(shù)情況下被控變量為工藝介質(zhì)的出口溫度，而操作手段不外于傳熱效率、傳熱面積、傳熱溫差的改變。

6、 本章著重介紹工藝介質(zhì)無相變的換熱設(shè)備的控制問題。 根據(jù)載熱體有無相變可分為換熱器(這里特指載熱體也無相變的換熱器)、蒸汽加熱器、冷凝冷卻器等。,10.1.1 換熱器的控制,對(duì)于載熱體無相變的換熱設(shè)備，基本控制方案包括兩類：（1）以載熱體的流量為操作變量，（2）通過將工藝介質(zhì)部分旁路來實(shí)現(xiàn)。 調(diào)節(jié)載熱體流量的控制方案，如圖10-2所示。調(diào)節(jié)載熱體流量大小，其實(shí)質(zhì)是改變傳熱速

7、率方程中的傳熱系數(shù)K和平均溫差△Tm。 例如某一加熱用換熱器，假設(shè)載熱體為70～80℃的熱水，而工藝介質(zhì)的入口溫度接近常溫，需要將其加熱至50℃。隨著載熱體流量的增大，一方面減少了載熱體一側(cè)的傳熱阻力，使總的傳熱系數(shù)K增大；另一方面，也使載熱體與工藝介質(zhì)之間的平均溫差△Tm增大，最終使傳熱量增大，進(jìn)而使工藝介質(zhì)的出口溫度升高。反之，當(dāng)載熱體流量減少時(shí)，因傳熱量減少最終使工藝介質(zhì)的出口溫度下降。,,通過調(diào)節(jié)載熱

8、體流量來實(shí)現(xiàn)工藝介質(zhì)出口溫度的自動(dòng)控制，這一方案最為常用。但也存在一定的限制，既要求載熱體流量可隨時(shí)調(diào)節(jié)，又要求載熱體流量的變化對(duì)工藝介質(zhì)出口溫度的變化具有一定的靈敏度。 有時(shí)，當(dāng)載熱體流量較大時(shí)，載熱體的進(jìn)出口溫差很小，控制系統(tǒng)進(jìn)入飽和區(qū)，此時(shí)，載熱體流量的改變對(duì)工藝介質(zhì)出口溫度的影響就很小，難以達(dá)到自動(dòng)控制的目的。,,圖10-2 調(diào)節(jié)載熱體流量的方案,針對(duì)上述情況，可采用的另一類控制方案如圖10-3所示。

9、該方案將一部分工藝介質(zhì)經(jīng)換熱，另一部分走旁路。 該方案實(shí)際上是一個(gè)混合過程，所以反應(yīng)迅速及時(shí)，但載熱體流量一直處于高負(fù)荷下，這在采用專門的熱劑或冷劑時(shí)是不經(jīng)濟(jì)的。然而，對(duì)于某些熱量回收系統(tǒng)，載熱體是某種工藝介質(zhì)，總流量本來不好調(diào)節(jié)，這時(shí)便不成為缺點(diǎn)了。 事實(shí)上，將工藝介質(zhì)部分旁路的控制方案廣泛應(yīng)用于過程工業(yè)能量回收系統(tǒng)，但具體應(yīng)用時(shí)也應(yīng)注意確保三通閥處于正常可調(diào)范圍內(nèi)，以避免被控變量的失控。,圖10-3

10、 將工藝介質(zhì)部分旁路的方案,圖10-4給出了某一復(fù)合控制方案，其主回路為工藝介質(zhì)出口溫度控制系統(tǒng)，操作變量為部分旁路三通閥；為避免三通閥的開度過大或過小，專門設(shè)置了一個(gè)閥位控制器，通過適當(dāng)改變載熱體的流量以影響工藝介質(zhì)出口溫度，最終使三通閥保持在合適的可調(diào)范圍內(nèi)。與圖10-2和圖10-3相比，該方案具有更大的可調(diào)范圍。,圖10-4 換熱器出口溫度的閥位控制方案,10.1.2 蒸汽加熱器的控制 蒸汽加熱器的載熱

11、體為蒸汽，通過蒸汽冷凝釋放熱量來加熱工藝介質(zhì)。大部分蒸汽加熱器的控制方案如圖10-5所示，它通過調(diào)節(jié)加熱蒸汽流量來控制工藝介質(zhì)的出口溫度。 該方案控制靈敏，但要求冷凝液排出暢通以確保在加熱器內(nèi)的冷凝液量可忽略不計(jì)。,圖10-5 調(diào)節(jié)蒸汽流量的方案,大多數(shù)情況下，當(dāng)工藝介質(zhì)較穩(wěn)定且蒸汽源壓力變化不大時(shí)，采用單回路控制就能滿足要求；實(shí)際使用中，可根據(jù)傳熱設(shè)備滯后較大的特點(diǎn)，控制器中引入微分作用以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。,在

12、某些場(chǎng)合，當(dāng)被加熱工藝介質(zhì)的出口溫度較低，采用低壓蒸汽作載熱體，傳熱面積裕量又較大時(shí)，往往以冷凝液流量作為操作變量，通過調(diào)節(jié)蒸汽氣相傳熱面積，以保持出口溫度恒定，具體控制方案如圖10-6所示。,圖10-6 調(diào)節(jié)冷凝液排放的方案,,注意： 若采用蒸汽壓力與出口溫度的串級(jí)控制方案，蒸汽壓力傳感變送器須安裝調(diào)節(jié)閥后。只有這樣，調(diào)節(jié)閥開度的變化才能迅速有效地影響蒸汽壓力控制回路。,否則，當(dāng)工藝介質(zhì)出口流量波動(dòng)較大或蒸汽源壓力變化頻

13、繁時(shí)，若單回路控制方案無法滿足工藝要求，則可以從方案著手，引入串級(jí)、前饋等復(fù)雜控制系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽閥前壓力波動(dòng)較大時(shí)，可采用工藝介質(zhì)出口溫度與蒸汽流量或蒸汽壓力組成的串級(jí)控制系統(tǒng)，如圖10-7所示。,圖10-7 換熱器出口溫度的串級(jí)控制方案,而當(dāng)主要干擾是生產(chǎn)負(fù)荷變化時(shí)，引入前饋信號(hào)組成前饋一反饋控制系統(tǒng)是一種行之有效的方案，可獲得更好的控制品質(zhì)。 圖10-8以變比值串級(jí)控制方式引入了工藝介質(zhì)流量的前饋信息，一

14、方面前饋?zhàn)饔每纱蟠鬁p少生產(chǎn)負(fù)荷變化對(duì)出口溫度控制質(zhì)量的影響，另一方面可克服控制通道增益隨負(fù)荷變化所造成的非線性，從而更好地滿足工藝生產(chǎn)的要求。,圖10-8 換熱器出口溫度的變比值串級(jí)控制方案,10.1.3冷凝冷卻器的控制 冷凝冷卻器的載熱體即冷劑，過程工業(yè)中常采用液氨等制冷劑，利用它們?cè)诶淠鋮s器內(nèi)的蒸發(fā)吸收工藝物料的熱量，以達(dá)到控制工藝物料的溫度之目的?；究刂品桨赴▋深悾海?）以冷劑流量為操作變量，（

15、2）通過控制制冷劑氣相流量來實(shí)現(xiàn)。 冷凝冷卻器調(diào)節(jié)冷劑液相流量的控制方案如圖10-9所示，,為此，可采用圖10一11所示的工藝介質(zhì)出口溫度與液位串級(jí)控制系統(tǒng)，或圖10一12所示的選擇性控制系統(tǒng)。,圖10-9 調(diào)節(jié)冷劑液相流量的方案,控制機(jī)理： 通過調(diào)節(jié)傳熱面積來改變傳熱量，以達(dá)到控制工藝介質(zhì)出口溫度的目的。 該方案調(diào)節(jié)平穩(wěn)，冷量利用充分，且對(duì)后續(xù)液氨壓縮機(jī)的入口壓力無影響；但該

16、方案蒸發(fā)空間不能達(dá)到保證，易引起氣氨帶液，損壞壓縮機(jī)。,,圖10-11 冷凝冷卻器的溫度液位串級(jí)控制,圖10-12 冷凝冷卻器的溫度液位選擇控制,冷凝冷卻器調(diào)節(jié)冷劑氣相排出量的控制方案如圖10-10所示?？刂茩C(jī)理： 通過調(diào)節(jié)平均溫差來改變傳熱量，以達(dá)到控制工藝介質(zhì)出口溫度的目的。該方案控制靈敏，但制冷系統(tǒng)必須允許壓縮機(jī)入口壓力的波動(dòng)，另外冷量的利用不充分。為確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還需設(shè)置一個(gè)液位控制系統(tǒng)。,

17、圖10-10 調(diào)節(jié)冷劑氣相排放的方案,10.2 電廠鍋爐的控制 在火力發(fā)電廠，最基本的工藝過程是用鍋爐生產(chǎn)蒸汽，使汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 鍋爐控制是火力發(fā)電生產(chǎn)過程自動(dòng)化的重要組成部分。電廠中鍋爐的主要任務(wù): 根據(jù)負(fù)荷設(shè)備(汽輪機(jī)或蒸汽用戶)的需要，供應(yīng)一定規(guī)格(壓力、溫度和純度)的蒸汽。10.2.1常見鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖

18、 根據(jù)生產(chǎn)流程可以把鍋爐分成燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)。,,,,,燃料,給水,空氣,過熱蒸汽,,,,1、燃燒系統(tǒng)的任務(wù):1）將燃料B由燃料控制機(jī)構(gòu)24經(jīng)噴燃器25送入爐膛燃燒。2）將助燃的空氣V由送風(fēng)機(jī)26經(jīng)空氣預(yù)熱器27預(yù)熱后再經(jīng)調(diào)風(fēng)門28按一定比例送入爐膛。 空氣和燃料在爐膛內(nèi)燃燒，產(chǎn)生大量熱量傳給蒸發(fā)受熱面（水冷壁）29中的水。燃燒后的高溫?zé)煔饨?jīng)II型煙道，不斷將熱量傳給過熱器17、再熱器20、省煤器16和空氣預(yù)熱

19、器27，每經(jīng)過一個(gè)設(shè)備煙氣溫度便會(huì)降低一次，最后低溫?zé)煔庥梢L(fēng)機(jī)30吸出，經(jīng)煙囪排入大氣中。,,2、汽水系統(tǒng)： 鍋爐的給水w由給水泵13打出，先經(jīng)過高壓加熱器14，再經(jīng)過省煤器16吸收一部分煙氣中的余熱后進(jìn)入汽包3。汽包中的水在水冷壁中進(jìn)行自然或強(qiáng)制循環(huán)，不斷吸收爐膛輻射熱量，由此產(chǎn)生的飽和蒸汽由汽包頂部流出，再經(jīng)過多級(jí)（3～4級(jí)）過熱器17進(jìn)一步加熱成過熱蒸汽D。這個(gè)具有一定壓力和溫度的過熱蒸汽就是鍋爐的產(chǎn)品。蒸汽的高溫和

20、高壓是為了提高單元機(jī)組的熱效率。 汽輪機(jī)高壓缸1接受從鍋爐供給的過熱蒸汽，其轉(zhuǎn)子被蒸汽推動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生電能Pe(MW)。從高壓缸汽輪機(jī)1做功后的蒸汽，其溫度、壓力都降低了。,,為了提高熱效率，需要把這部分蒸汽送回鍋爐，在再熱器20中再次加熱，然后再進(jìn)入汽輪機(jī)中、低壓缸2做功，最后成為乏汽從汽輪機(jī)低壓缸尾部排入冷凝器7冷凝為凝結(jié)水。凝結(jié)水與補(bǔ)充水8一起經(jīng)冷凝水泵 9先打到低壓加熱器 11，然后進(jìn)入除氧器 12，除

21、氧后進(jìn)入給水泵，從而形成汽水系統(tǒng)的循環(huán)。 高壓加熱器 14和低壓加熱器 11是利用汽輪機(jī)的中間抽汽來加熱給水和凝結(jié)水，以提高電廠的熱效率的設(shè)備。 在汽水系統(tǒng)中還有兩個(gè)噴水減溫器18和21，它們是用來保護(hù)過熱器管壁和控制蒸汽溫度的。,,10.2.2 鍋爐汽包水位的控制系統(tǒng) 1.汽包水位控制的重要性 將鍋爐的汽包水位控制在一個(gè)允許范圍內(nèi)，是鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo)，也是鍋爐能提供符合質(zhì)量

22、要求的蒸汽負(fù)荷的必要條件。 如果汽包水位過低，則汽包內(nèi)的水量較少，當(dāng)蒸汽負(fù)荷很大時(shí)，水的汽化速度和水量變化速度都很快，如不及時(shí)控制，可能會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致鍋爐燃燒或爆炸； 相反，當(dāng)水位過高則會(huì)影響汽包的汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，使過熱器管壁結(jié)垢而損壞，同時(shí)還會(huì)使過熱蒸汽溫度下降損壞汽輪機(jī)葉片，影響運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。 總之，汽包水位過高或

23、過低所產(chǎn)生的后果極為嚴(yán)重，必須嚴(yán)格加以控制。,2. 汽包水位的控制方案,給水,燃料,過熱蒸汽,（1）單沖量水位控制方案 以汽包水位為被控參數(shù)、給水流量為控制參數(shù)構(gòu)成的單回路控制系統(tǒng)稱為單沖量控制系統(tǒng)。,考慮到鍋爐汽包存在虛假水位現(xiàn)象。,所謂“虛假水位”，即在燃料量不變的情況下，當(dāng)蒸汽用量(即負(fù)荷)突然增加時(shí)，會(huì)使汽包內(nèi)的壓力突然降低，水的沸騰加劇，加速汽化，汽泡量也突然增加，由于汽泡的體積比水的體積大很多倍，結(jié)果形成了

24、汽包內(nèi)水位升高的假象。 反之，當(dāng)蒸汽用量突然減少時(shí)，汽包內(nèi)蒸汽壓力急劇上升，水的沸騰暫時(shí)停止，結(jié)果造成水位瞬時(shí)下降的假象。,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)方便。 缺點(diǎn)：克服給水自發(fā)性干擾和負(fù)荷干擾的能力差。尤其是當(dāng)大中型鍋爐存在負(fù)荷干擾時(shí)，嚴(yán)重的虛假水位將導(dǎo)致給水調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生誤動(dòng)作，使汽包水位產(chǎn)生激烈波動(dòng)，從而影響設(shè)備壽命和安全。 所以，單沖量的控制方案不宜采用。,（2）雙沖量水位控制方案 在汽包水位

25、的控制中，最主要的干擾是蒸汽負(fù)荷的變化。如果根據(jù)蒸汽流量的變化來校正虛假水位的誤動(dòng)作，就能使調(diào)節(jié)閥動(dòng)作準(zhǔn)確及時(shí)，減少水位的波動(dòng)，改善控制質(zhì)量。 也就是說，若將蒸汽流量作為前饋信號(hào)，就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)。,圖10-14是雙沖量控制系統(tǒng)的流程圖及框圖，這實(shí)際上是一個(gè)前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。,,圖10-14 雙沖量控制系統(tǒng)流程圖及框圖,顯而易見，該控制方案與單沖量水位控制相比，控制質(zhì)量已有明顯改善，但它對(duì)于給水系統(tǒng)的干擾仍不

26、能有效克服，需要再引入給水流量信號(hào)構(gòu)成三沖量串級(jí)控制系統(tǒng)。,該控制系統(tǒng)由主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器和三個(gè)沖量(汽包水位、蒸汽流量、給水流量)構(gòu)成。其中： 主調(diào)節(jié)器：水位調(diào)節(jié)器； 副調(diào)節(jié)器：給水流量調(diào)節(jié)器； 前饋信號(hào)：蒸汽流量。 準(zhǔn)確地說，該系統(tǒng)應(yīng)稱為三沖量前饋-串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)。,（3）三沖量串級(jí)控制方案： 以汽包水位為主被控參數(shù)、給水流量為副被控

27、參數(shù)、蒸汽流量為前饋信號(hào)的三沖量控制系統(tǒng)。,圖10-15 鍋爐三沖量前饋串級(jí)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)： 當(dāng)負(fù)荷（即蒸汽流量）變化時(shí)，它早于水位偏差進(jìn)行前饋控制，能及時(shí)地調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的給水流量，以跟蹤蒸汽流量的變化，維持進(jìn)出汽包的物料平衡，從而有效地克服虛假水位的影響，抑制水位的動(dòng)態(tài)偏差； 當(dāng)蒸汽流量不變時(shí)，由給水流量為副被控量構(gòu)成的副回路，可及時(shí)消除給水流量的自身干擾（主要由給水壓

28、力的波動(dòng)引起）。 汽包水位是主被控量，主調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律。動(dòng)態(tài)過程中，它根據(jù)水位偏差調(diào)節(jié)給水流量的設(shè)定值；穩(wěn)態(tài)時(shí)，它可使汽包水位等于設(shè)定值。,鍋爐三沖量前饋-串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)： 前饋信號(hào)：蒸汽流量主被控參數(shù)：汽包水位副被控參數(shù)：給水流量 控制參數(shù)：給水流量如圖10-15所示。,,由此可見，三沖量前饋一串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)在克服虛假水位的影響、維持水位穩(wěn)定、提高給水控制質(zhì)量等多方面都優(yōu)

29、于前述兩種控制系統(tǒng)，是現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用的汽包水位控制方案。,圖10-15 鍋爐三沖量前饋串級(jí)控制系統(tǒng),10.2.3過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)1. 控制要求 由工藝可知，過熱蒸汽溫度過高，則過熱器容易損壞，也會(huì)使汽輪機(jī)內(nèi)部引起過度的熱膨脹，嚴(yán)重影響運(yùn)行的安全；過熱蒸汽溫度過低，則使汽輪機(jī)的效率降低，同時(shí)也使通過汽輪機(jī)的蒸汽濕度增加，引起葉片磨損。 因此，過熱蒸汽溫度是影響安全和經(jīng)濟(jì)的重要參

30、數(shù)，一般要求保持在±5℃的范圍內(nèi)。 例如，30萬kw的機(jī)組鍋爐過熱蒸汽溫度為(565±5)℃。 2. 蒸汽過熱系統(tǒng)組成：一級(jí)過熱器、減溫器、二級(jí)過熱器。 3. 蒸汽過熱系統(tǒng)自動(dòng)控制的任務(wù)： 使過熱器出口溫度維持在允許范圍內(nèi)，并且保護(hù)過熱器使管壁溫度不超過允許的工作溫度。,,4. 工藝簡(jiǎn)介： 從鍋爐汽包出來的飽和蒸汽經(jīng)過過熱器繼續(xù)加

31、熱成為過熱蒸汽。通常過熱蒸汽溫度達(dá)到460OC左右時(shí)再去推動(dòng)汽輪機(jī)工作。 如果過熱蒸汽溫度過高，則過熱器容易損壞，也會(huì)使汽輪機(jī)內(nèi)部引起過度的熱膨脹，嚴(yán)重影響運(yùn)行的安全。 如果過熱蒸汽溫度過低，當(dāng)蒸汽帶動(dòng)汽輪機(jī)做功時(shí)，會(huì)使部分蒸汽變成小水滴，沖擊汽輪機(jī)葉片，易造成生產(chǎn)事故。因此對(duì)過熱蒸汽溫度必須加以嚴(yán)格控制，使它不超出規(guī)定范圍。

32、 影響過熱汽溫的擾動(dòng)因素很多，例如蒸汽流量、減溫水量、流經(jīng)過熱器的煙氣溫度和流速等的變化都會(huì)影響過熱蒸汽的溫度。 通常是在過熱器之前或中間部分串接一個(gè)減溫器，通過控制減溫水流量的大小來改變過熱蒸汽的溫度。,,5.控制變量的選擇與控制方案的確定 由于蒸汽流量的變化是負(fù)荷干擾，因而不能作為控制變量；若采用煙氣側(cè)干擾作為控制變量，則會(huì)使鍋爐的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給設(shè)計(jì)制造帶來困難，也不宜作為控制變量；為了保護(hù)

33、過熱器，保證機(jī)組安全運(yùn)行，在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)設(shè)置了噴水減溫裝置，若采用減溫水流量作為控制變量則既簡(jiǎn)單又易行。但存在的問題： ①減溫水流量與過熱蒸汽溫度之間存在較大的時(shí)延和慣性； ②在工藝上，鍋爐給水與減溫水常常合用一根總管，這樣會(huì)導(dǎo)致減溫水自身波動(dòng)頻繁。 針對(duì)上述存在的問題，如果設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)則無法滿足生產(chǎn)工藝的要求。為此，需要設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。一種可行的控制方案是設(shè)計(jì)串級(jí)

34、控制系統(tǒng)。 目前廣泛采用減溫水流量作為控制變量。但由于該控制通道的時(shí)滯和時(shí)間常數(shù)都較大，單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)上的要求。因此，通常設(shè)計(jì)成圖10－16所示的串級(jí)控制系統(tǒng)。,,將減溫器后的汽溫信號(hào)T2送至副調(diào)節(jié)器。因T2比主汽溫T1能提前發(fā)現(xiàn)減溫水的擾動(dòng)，并使副調(diào)節(jié)器及時(shí)動(dòng)作，在減溫水的擾動(dòng)未及影響主汽溫時(shí)即被消除。 將主汽溫信號(hào)T1送給主調(diào)節(jié)器，當(dāng)主汽溫因受擾動(dòng)而偏離給定值時(shí)，主調(diào)節(jié)器動(dòng)作

35、，改變副調(diào)節(jié)器的給定信號(hào)，使副調(diào)節(jié)器隨之動(dòng)作，直接控制調(diào)節(jié)閥，最后使主汽溫控制在允許值范圍。,主參數(shù)：出口過熱蒸汽溫度T1副參數(shù)： 減溫器后的蒸汽溫度 （減溫器出口溫度）T2控制參數(shù)：減溫水流量檢測(cè)過熱蒸汽溫度： 熱電阻溫度計(jì) 采用DDZ-III單元組合儀表,,圖10-16過熱蒸汽溫度串級(jí)控制,10.2.4 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 1. 鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制任務(wù) 主要有三項(xiàng)任務(wù)：

36、 1）使鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定。 因此，當(dāng)負(fù)荷擾動(dòng)而使蒸汽壓力變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)燃料量(或送風(fēng)量)使之穩(wěn)定。 2）保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。 在蒸汽壓力恒定的條件下，要使燃料量消耗最少，且燃燒盡量完全，使熱效率最高，為此燃料量與空氣量(送風(fēng)量)應(yīng)保持一個(gè)合適的比例。 3）保持爐膛負(fù)壓恒定。

37、 通常用調(diào)節(jié)引風(fēng)量使?fàn)t膛負(fù)壓保持在微負(fù)壓（－20～－80Pa）。一般情況下可以根據(jù)爐膛負(fù)壓來控制煙道的翻板閥，以達(dá)到爐膛負(fù)壓穩(wěn)定。也有以蒸汽壓力為前饋量，組成前饋-反饋控制系統(tǒng)，通過改變煙道翻板閥，維持爐膛負(fù)壓一定。,,,如果爐膛負(fù)壓太小甚至為正，則爐膛內(nèi)熱煙氣甚至火焰將向外冒出，影響設(shè)備和操作人員的安全；反之，爐膛負(fù)壓太大，會(huì)使大量冷空氣進(jìn)入爐內(nèi)，從而使熱量損失增加，降低熱效率。 上

38、述三項(xiàng)任務(wù)是有關(guān)聯(lián)的。為了完成這三項(xiàng)任務(wù)，有三個(gè)可供調(diào)節(jié)的手段：燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量。 2. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總原則： 1）當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷產(chǎn)生變化時(shí)，燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量應(yīng)同時(shí)協(xié)調(diào)動(dòng)作。這樣，既適應(yīng)負(fù)荷變化的需要，又使燃料量和送風(fēng)量成一定比例，爐膛負(fù)壓為一定數(shù)值。 而當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷穩(wěn)定不變時(shí)，則應(yīng)保持燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量都穩(wěn)定不變，并迅速消除它們各自的擾動(dòng)作用。

39、 2）必須加強(qiáng)安全措施。例如，燒嘴背壓太高時(shí)，可能因燃料流速過高而脫火；燒嘴背壓過低時(shí)又可能回火，這些都應(yīng)設(shè)法防止。,,3. 燃燒過程的控制方案 1）蒸汽壓力控制系統(tǒng) 蒸汽壓力的主要擾動(dòng)是蒸汽負(fù)荷的變化與燃料量的波動(dòng)。 a）當(dāng)蒸汽負(fù)荷及燃料量波動(dòng)較小、對(duì)燃燒的經(jīng)濟(jì)性要求不高時(shí)，采用調(diào)節(jié)燃料量以控制蒸汽壓力的單回路控制系統(tǒng)。 b）當(dāng)燃料量波動(dòng)較大時(shí)，則需要采用燃

40、料量對(duì)蒸汽壓力的串級(jí)控制方案。,2）燃料與空氣比值控制系統(tǒng) 由于燃料量是隨蒸汽負(fù)荷而變化的，所以是主流量，它與空氣流量(副流量)組成單閉環(huán)比值控制，以使燃料與空氣保持一定比例，使之能良好燃燒。圖10-17所示是燃燒過程的基本控制方案。 a）：將蒸汽壓力調(diào)節(jié)器的輸出同時(shí)作為燃料和空氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。燃料流量調(diào)節(jié)器和空氣流量調(diào)節(jié)器則構(gòu)成各自的副回路，用以迅速克服它們自身的干擾。,優(yōu)點(diǎn)：

41、 可以克服蒸汽負(fù)荷的干擾而確保蒸汽壓力的恒定，同時(shí)燃料量和空氣量的比例是通過燃料流量調(diào)節(jié)器和送風(fēng)流量調(diào)節(jié)器的正確動(dòng)作而間接得到保證的。,圖10-17 蒸汽壓力兩種基本控制方案,b）：蒸汽壓力對(duì)燃料流量的串級(jí)控制，而送風(fēng)量隨燃料量變化而變化的比值控制，這樣可以確保燃料量與送風(fēng)量的比例。 缺點(diǎn)：負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，送風(fēng)量的變化必然落后于燃料量的變化，以致燃燒不完全。 因此要求做到燃料加大之前先加空氣量，減

42、燃料時(shí)跟著減空氣量。 為此可設(shè)計(jì)圖10-18所示的燃燒過程改進(jìn)型控制方案。,圖10-18 燃燒過程改進(jìn)型控制系統(tǒng),該方案在蒸汽負(fù)荷減少、壓力增大時(shí)，通過低值選擇器LS先減燃料量，后減空氣量；而當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加、壓力減小時(shí)，通過高值選擇器HS，先加大空氣量，再加大燃料量，從而可使兩種情況下的燃燒均較為充分。,圖10-18 具有邏輯提降量的比值控制系統(tǒng),反作用,反作用,反作用,Ip,I1,I2,1.正常工況（穩(wěn)態(tài)）時(shí)，

43、IP=I1=I2，HS,LS不起作用；2.當(dāng)系統(tǒng)提量時(shí)（蒸汽壓力減?。琍C輸出增加，IP增大，I2IP，HS選中I1，F(xiàn)C22的設(shè)定值為I1，Q2暫時(shí)不變；LS選中Ip，F(xiàn)C21的設(shè)定值為Ip減少，F(xiàn)C21輸出減少，因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥為氣開式，Q1減少（燃料先行），I1減少，F(xiàn)C22輸出減少，Q2減少（空氣后行）。,氣開閥,氣開閥,3）爐膛負(fù)壓控制與有關(guān)安全保護(hù)系統(tǒng) 圖10-19所示是一個(gè)典型的鍋爐燃燒過程的爐膛

44、負(fù)壓及有關(guān)安全保護(hù)控制系統(tǒng)。在這個(gè)控制方案中，共有三個(gè)控制系統(tǒng)。 a） 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng) :前饋一反饋控制系統(tǒng)。 爐膛負(fù)壓控制一般可通過控制引風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時(shí)，單回路控制系統(tǒng)較難控制。因負(fù)荷變化后，燃料與送風(fēng)量均將變化，但引風(fēng)量只有在爐膛負(fù)壓產(chǎn)生偏差時(shí)，才能由引風(fēng)調(diào)節(jié)器去控制，這樣引風(fēng)量的變化落后于送風(fēng)量，從而造成爐膛負(fù)壓的較大波動(dòng)。 為此用反映負(fù)荷變化

45、的蒸汽壓力作為前饋信號(hào)組成前饋一反饋控制系統(tǒng)，K為靜態(tài)前饋放大系數(shù)。通過改變煙道翻板閥，通常把爐膛負(fù)壓控制在-20Pa左右。,,b）防脫火系統(tǒng) ：選擇性控制系統(tǒng)。 在燃燒嘴背壓正常的情況下，由蒸汽壓力調(diào)節(jié)器控制燃料閥，維持鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定。當(dāng)燃燒嘴背壓過高時(shí)，為避免脫火危險(xiǎn)，此時(shí)背壓調(diào)節(jié)器P2C通過低選器LS控制燃料閥，把閥關(guān)小，使背壓下降，防止脫火。,,,圖10-19 爐膛負(fù)壓與安全保護(hù)控制系統(tǒng),c）防