典型工業(yè)過程控制系統(tǒng)

1、劉玉長劉玉長第十五章 典型工業(yè)過程控制系統(tǒng) 15.1 鍋爐設(shè)備的控制15.2 傳熱設(shè)備的控制15.3 加熱爐燃燒過程控制15.4 流體輸送設(shè)備的控制劉玉長劉玉長15.1 鍋爐設(shè)備的控制 鍋爐是發(fā)電、煉油、化工等工業(yè)部門的重要能源、熱源動力設(shè)備。鍋爐種類很多，按所用燃料分類，有燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t，還有利用殘渣、殘油、釋放氣等為燃料的鍋爐。劉玉長劉玉長鍋爐設(shè)備的工藝流程熱空氣燃料燃料嘴爐膛汽包過熱器減溫器PMD負(fù)荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥過熱蒸汽送負(fù)荷設(shè)備爐墻省煤器熱空氣送往爐膛給水空氣預(yù)熱器冷空氣煙氣(經(jīng)引風(fēng)機送往煙囪)劉玉長劉玉長鍋 爐v由兩大部分組成：第一部分為燃燒系統(tǒng)第一部分為燃燒系統(tǒng)，由送風(fēng)

2、機、空氣預(yù)熱器、燃料系統(tǒng)、燃燒室、煙道、除塵器和引風(fēng)機等組成；第二部分為蒸汽發(fā)生系統(tǒng)第二部分為蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，由給水系統(tǒng)、省煤器、汽包和過熱器等組成。v工作時，燃料和空氣按一定比例進入爐膛燃燒，燃燒釋放的熱量通過蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生飽和蒸汽，再經(jīng)過過熱器將飽和蒸汽加熱成滿足一定質(zhì)量(溫度、壓力)指標(biāo)的過熱蒸汽輸出，供給生產(chǎn)負(fù)荷設(shè)備使用。與此同時，燃燒過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過過熱器，將飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽后，經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水，再經(jīng)過空氣預(yù)熱器預(yù)熱鍋爐送風(fēng)，最后經(jīng)引風(fēng)機送往煙囪排入大氣，每經(jīng)過一個環(huán)節(jié)，煙氣的溫度都會有所降低，使燃料燃燒熱量得到充分利用。 劉玉長劉玉長鍋爐設(shè)備的控制問題給水量減溫水

3、燃料量送風(fēng)量引風(fēng)量水 位蒸汽溫度蒸汽壓力過?？諝鉅t膛負(fù)壓負(fù)荷鍋爐設(shè)備主要控制系統(tǒng)：（1）鍋爐汽包水位的控制；）鍋爐汽包水位的控制； （2）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制；）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制； （3）過熱蒸汽系統(tǒng)的控制。）過熱蒸汽系統(tǒng)的控制。劉玉長劉玉長15.1.1 鍋爐汽包水位的控制v被控變量：汽包水位，用H (s)表示v控制變量：汽包給水量流量，用G (s)表示v主要干擾：蒸汽負(fù)荷（蒸汽流量），用D (s)表示v其它擾動： 給水方面的擾動；燃料量的擾動；汽包壓力變化v通道對象：非自衡、反向特性、非線性等特性劉玉長劉玉長1）汽包水位的對象特性DHH 0HH 2H 1ttGHHH 1tt干擾通道特性干擾通

4、道特性蒸汽流量擾動下汽包水位的階躍響應(yīng)曲線控制通道特性控制通道特性給水流量擾動下汽包水位的階躍響應(yīng)曲線傳遞函數(shù)表達(dá)？傳遞函數(shù)表達(dá)？劉玉長劉玉長1）汽包水位的對象特性DHH 0HH 2H 1ttGHHH 1tt干擾通道特性干擾通道特性蒸汽流量擾動下汽包水位的階躍響應(yīng)曲線控制通道特性控制通道特性給水流量擾動下汽包水位的階躍響應(yīng)曲線1)()(221sTKsKsDsHsesKsGsH0)()(劉玉長劉玉長反向特性1)()(221sTKsKsDsH) 1() 1() 1()()()(20121212sTssTKsTsKsTKKsDsH2120TKKT對象為非最小相位（存在位于復(fù)平面右半平面的零點）的條件

5、為02120TKKT劉玉長劉玉長(1)汽包水位的單沖量控制LC蒸汽汽包省煤器給水單回路控制系統(tǒng)劉玉長劉玉長單沖量汽包水位控制系統(tǒng)的特點v結(jié)構(gòu)簡單，投資少結(jié)構(gòu)簡單，投資少v適用于適用于汽包容量較大，虛假水位不嚴(yán)重汽包容量較大，虛假水位不嚴(yán)重，負(fù)荷，負(fù)荷較平穩(wěn)的場合較平穩(wěn)的場合v為安全運行，可設(shè)置水位報警和聯(lián)鎖控制系統(tǒng)為安全運行，可設(shè)置水位報警和聯(lián)鎖控制系統(tǒng) 缺點：缺點： 由于存在虛假水位的反向特性，當(dāng)負(fù)荷變由于存在虛假水位的反向特性，當(dāng)負(fù)荷變化比較大時，會造成控制器輸出誤動作，影響化比較大時，會造成控制器輸出誤動作，影響控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。此外，由于蒸汽負(fù)荷變控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。此外，由于蒸汽負(fù)

6、荷變化后，要在引起水位變化后才改變給水量，因化后，要在引起水位變化后才改變給水量，因此，控制不及時。此，控制不及時。劉玉長劉玉長(2) 汽包水位的雙沖量控制汽包水位的主要干擾是蒸汽流量的變化。雙沖量水位控制系統(tǒng)利用蒸汽流量變化信號對給水量進行補償控制，從而不僅可以消除或減小虛假水位現(xiàn)象對汽包水位的影響，而且使給水控制閥的調(diào)節(jié)更及時。 LC蒸汽汽包省煤器給水PCPFC1PC +C2PF+C0劉玉長劉玉長汽包水位的雙沖量控制LC蒸汽汽包省煤器給水PCPFC1PC +C2PF+C0前饋補償原理：假設(shè)前饋補償原理：假設(shè)調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，C1=1，則調(diào)節(jié)器為正，則調(diào)節(jié)器為正作用，而作用，而

7、C2應(yīng)取負(fù)號，應(yīng)取負(fù)號，具體數(shù)值可現(xiàn)場調(diào)整具體數(shù)值可現(xiàn)場調(diào)整或根據(jù)閥門特性計算或根據(jù)閥門特性計算其初始值。其初始值。雙沖量控制系統(tǒng)（本質(zhì)：前饋雙沖量控制系統(tǒng)（本質(zhì)：前饋-反饋控制系統(tǒng)）反饋控制系統(tǒng)）劉玉長劉玉長雙沖量控制的特點v雙沖量控制系統(tǒng)考慮了蒸汽流量擾動對汽包水雙沖量控制系統(tǒng)考慮了蒸汽流量擾動對汽包水位的影響，但對給水流量擾動的影響未加考慮，位的影響，但對給水流量擾動的影響未加考慮，因此適用于因此適用于給水流量波動較小給水流量波動較小的場合。的場合。劉玉長劉玉長(3)汽包水位的三沖量控制 汽包水位是主被控參數(shù)，也稱主沖量；給水流量為副被控參數(shù)，蒸汽流量是前饋補償?shù)闹饕獢_動，給水流量與蒸汽

8、流量也稱為輔助沖量。它實際上是一個前饋前饋-串級串級復(fù)合控制系統(tǒng)。LC蒸汽汽包省煤器給水PCPFFCLC水位蒸汽FC給水PCPFC1PC +C2PF+C0劉玉長劉玉長三沖量控制系統(tǒng)的簡化連接LC水位蒸汽給水C1C2C3LC水位蒸汽給水C3C1C2只采用一個控制器劉玉長劉玉長15.1.2 鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)與燃料的種類、燃燒設(shè)備以及鍋爐形式有關(guān)，以下以燃油鍋爐燃燒控制系統(tǒng)為例。1）燃燒控制的任務(wù)）燃燒控制的任務(wù) 是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需求，同時保證鍋爐的經(jīng)濟、安全運行。第一，為適應(yīng)蒸汽負(fù)第一，為適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的變化，應(yīng)及時調(diào)整燃料量；第二，為完全燃燒，應(yīng)荷的變化，

9、應(yīng)及時調(diào)整燃料量；第二，為完全燃燒，應(yīng)控制燃料量與空氣量的比值，使過?？諝庀禂?shù)滿足要求；控制燃料量與空氣量的比值，使過?？諝庀禂?shù)滿足要求；第三，為防止燃燒過程中火焰或煙氣外噴，應(yīng)控制爐膛第三，為防止燃燒過程中火焰或煙氣外噴，應(yīng)控制爐膛負(fù)壓。負(fù)壓。這三項控制任務(wù)相互影響，應(yīng)消除或削弱它們的關(guān)聯(lián)。此外，從安全考慮，需設(shè)置防噴嘴背壓過低的回火和防噴嘴背壓過高的脫火措施。劉玉長劉玉長1)燃燒過程的任務(wù)和被控變量、操縱變量v控制任務(wù)：控制任務(wù)： 鍋爐蒸汽出口壓力穩(wěn)定；燃燒過程的經(jīng)濟鍋爐蒸汽出口壓力穩(wěn)定；燃燒過程的經(jīng)濟運行；鍋爐爐膛負(fù)壓穩(wěn)定。運行；鍋爐爐膛負(fù)壓穩(wěn)定。v被控變量：被控變量： 蒸汽出口壓力；燃

10、料量與送風(fēng)量比值；爐蒸汽出口壓力；燃料量與送風(fēng)量比值；爐膛負(fù)壓。膛負(fù)壓。v操縱變量：操縱變量： 燃料量；送風(fēng)量；抽風(fēng)量。燃料量；送風(fēng)量；抽風(fēng)量。劉玉長劉玉長2)燃燒過程的控制方案一：串級-比值控制系統(tǒng)該方案包括以蒸汽壓力為主被控變量、燃料量為副被控變量組成的串級控制系統(tǒng)；以及燃料量為主動量、空氣量為從動量的比值控制系統(tǒng)。該方案能夠確保燃料量與空氣量的比值關(guān)系，當(dāng)燃料量變化時，空氣量能夠跟蹤燃料量變化，但是送入的空氣量滯后于燃料量的變化。 劉玉長劉玉長燃燒控制方案二：串級-串級控制系統(tǒng) v包括蒸汽壓力為主被控變量、燃料量為副被控變量組成的串級控制系統(tǒng)，及蒸汽壓力為主被控變量、空氣量為副被控變量的

11、串級控制系統(tǒng)。v系統(tǒng)中燃料量與空氣量的比值關(guān)系是通過燃料控制器和空氣控制器的正確動作間接保證的，該方案能夠保證蒸汽壓力恒定。 劉玉長劉玉長方案三：邏輯提量/減量控制系統(tǒng)該方案在蒸汽負(fù)荷提量時，能夠先提空氣量，后提燃料量；負(fù)荷減量時能先減燃料量，后減空氣量，保證燃料的完全燃燒。該方案既能保證蒸汽壓力恒定，又可實現(xiàn)燃料的完全燃燒。控制系統(tǒng)的工作原理可參考選擇性控制系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。 劉玉長劉玉長方案三：邏輯提量/減量控制系統(tǒng) 該方案以蒸汽壓力為主被控變量，燃料和空氣并列為副被控變量的串級控制系統(tǒng)。其中，兩個并列的副環(huán)具有邏輯比值功能，使該控制系統(tǒng)在穩(wěn)定工況下能夠保證空氣和燃料在最佳比值，也能在動態(tài)過

12、程中盡量維持空氣、燃料配比在最佳值附近，因此，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。 劉玉長劉玉長方案四：雙交叉燃燒控制 劉玉長劉玉長方案四：雙交叉燃燒控制 該方案以蒸汽壓力為主被控變量，燃料和空氣并列為副被控變量的串級控制系統(tǒng)。其中，兩個并列的副環(huán)具有邏輯比值功能，使該控制系統(tǒng)在穩(wěn)定工況下能夠保證空氣和燃料在最佳比值，也能在動態(tài)過程中盡量維持空氣、燃料配比在最佳值附近，因此，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。該方案可方便地在計算機控制裝置或DCS中實現(xiàn)，圖中，HLM和LLM分別是高限限幅器和低限限幅器；HSE和LSE分別是高選器和低選器。 劉玉長劉玉長3) 煙氣含氧量閉環(huán)控制系統(tǒng) 燃燒過程控制保證了燃料

13、和空氣的比值關(guān)系，但并不保證燃料的完全燃燒，燃料的完全燃燒與燃料的質(zhì)量、熱值等因素有關(guān)。不同的鍋爐負(fù)荷下，燃料量和空氣量的最佳比值也會不同，因此，需要有一個檢查燃料完全燃燒的指標(biāo)，并根據(jù)戶該指標(biāo)控制送風(fēng)量的大小，衡量燃燒過程是否完全燃燒的常用控制指標(biāo)是煙氣中的含氧量。劉玉長劉玉長煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統(tǒng)FCFCPCACLSHS蒸汽壓力燃料量空氣量含氧量燃料閥空氣閥I1I2IpI4I3Q2Q1K 煙氣含氧量閉環(huán)控制系統(tǒng)是在原邏輯提量和減煙氣含氧量閉環(huán)控制系統(tǒng)是在原邏輯提量和減量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將原來的定比值改變?yōu)樽儽攘靠刂葡到y(tǒng)的基礎(chǔ)上，將原來的定比值改變?yōu)樽儽戎?。值。劉玉長劉玉長4) 爐膛負(fù)壓

14、控制及安全控制系統(tǒng) 為保證鍋爐安全運行，必須保證爐膛一定的負(fù)壓。當(dāng)爐膛負(fù)壓過小，甚至為正時，會造成爐膛內(nèi)熱煙氣外冒，影響設(shè)備和工作人員的安全；當(dāng)爐膛負(fù)壓過大時，會使大量冷空氣進入爐膛，增加熱量損失，降低爐膛的熱效率。劉玉長劉玉長爐膛負(fù)壓控制 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)中被控變量是爐膛壓力，操爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)中被控變量是爐膛壓力，操縱變量是引風(fēng)量。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化不大時，可采用縱變量是引風(fēng)量。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化不大時，可采用單回路控制系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化比較大時，應(yīng)引單回路控制系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化比較大時，應(yīng)引入擾動量的前饋信號，組成前饋入擾動量的前饋信號，組成前饋- -反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)。劉玉長劉玉長

15、防止回火和脫火的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)劉玉長劉玉長防止回火和脫火的選擇性控制系統(tǒng)劉玉長劉玉長15.1.3 蒸汽過熱系統(tǒng)的控制蒸汽過熱系統(tǒng)一般包括一級過熱器、減溫器、二級過熱器。控制任務(wù)：是使過熱器出口溫度維持在允許范圍內(nèi)，并且保護過熱器使管壁溫度不超過允許的工作溫度。影響因素：如蒸汽流量、燃燒工況、引入過熱器蒸汽的熱焓(即減溫水量)、流經(jīng)過熱器的煙氣溫度和流速等的變化都會影響過熱蒸汽溫度。控制特點：在各種擾動下，氣溫控制過程動態(tài)特性都有時滯性和慣性，且較大，這給控制帶來一定困難，所以要選擇好操縱變量和合理控制方案，以滿足工藝要求。 劉玉長劉玉長蒸汽過熱系統(tǒng)的控制方法常用減溫水作為操縱變量，過熱器出口溫度

16、作為被控變量，組成單回路控制單回路控制系統(tǒng)，但控制通道的時滯和時間常數(shù)都比較大，因此也可引入減溫器出口溫度作為副被控變量，組成串級控制串級控制系統(tǒng)系統(tǒng)。有時，也可組成雙沖量控制系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng)，即前饋-反饋控制系統(tǒng)，將減溫器出口溫度的微分信號作為前饋信號，與過熱器出口溫度相加后作為過熱器溫度控制器的測量，當(dāng)減溫器出口溫度有變化時，才引入前饋信號。穩(wěn)定工況下，該微分信號為零，與單回路控制系統(tǒng)相同。劉玉長劉玉長過熱器溫度控制系統(tǒng)圖 串級控制系統(tǒng)與雙沖量控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)與雙沖量控制系統(tǒng)劉玉長劉玉長采用DCS進行控制的鍋爐系統(tǒng)劉玉長劉玉長15.2傳熱設(shè)備的控制15.2.1概述實現(xiàn)冷熱兩流體換熱的

17、設(shè)備稱為傳熱設(shè)備，或叫換熱器換熱器。傳熱過程是工業(yè)生產(chǎn)過程中極其重要的組成部分，對傳熱設(shè)備的控制是過程控制的一個重要方面。 劉玉長劉玉長15.1.1.1 換熱器結(jié)構(gòu)類型 換熱有直接直接與間接間接換熱兩種方式。 直接換熱：是指冷熱兩流體直接混合以達(dá)到加熱或冷卻的目的。 間接換熱：冷熱兩流體用管子、板等間壁隔開，熱量首先從溫度較高的熱流體傳給間壁，間壁再將熱量傳給溫度較低的冷流體。 在工業(yè)過程中，間壁換熱較為普遍。 劉玉長劉玉長常見的間壁換熱器結(jié)構(gòu)型式 劉玉長劉玉長15.1.1.2 換熱器中的熱量傳遞方式 熱量的傳遞方向是由高溫物體傳向低溫物體，兩物體之間的溫度差是傳熱的推動力，溫差越大，傳熱速率

18、(單位時間內(nèi)傳遞的熱量)也就越大。 熱量傳遞有三種基本方式：導(dǎo)熱導(dǎo)熱(Heat Conduction)、對流對流(Convection)和熱輻射熱輻射(Thermal Radiation)。 在實際進行的傳熱過程中，很少是以一種傳熱方式單獨進行，而是由兩種或三種方式綜合而成的，這不僅表現(xiàn)在互相串聯(lián)的幾個換熱環(huán)節(jié)中，而且同一環(huán)節(jié)也常是如此。需具體問題具體分析。 劉玉長劉玉長15.1.1.3 換熱器對象的動態(tài)特點傳熱設(shè)備的自動控制系統(tǒng)中被控變量大多為溫度，其被控對象是典型的多容對象，帶有較大的滯后，且具有較明顯的時變性、非線性及分布參數(shù)的特點。這樣的對象較難控制，性能指標(biāo)通常不盡如人意，因此在設(shè)計

19、其控制系統(tǒng)時，必須根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，具體問題具體分析。 劉玉長劉玉長工業(yè)換熱目的(1)使工藝介質(zhì)達(dá)到規(guī)定的溫度，以使工藝過程能很好地進行；(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)進行；(3)某些工藝過程需要改變物料的相態(tài)；(4)回收熱量。 由于換熱目的的不同，其被控變量也不完全一樣，控制方案也不一樣。劉玉長劉玉長15.2.2 換熱器的控制15.2.2.1 被控量與操縱量的選取 被控變量：可以選溫度溫度、流量流量、壓力壓力、液位液位等參數(shù)，但用得最多的還是溫度。例如下圖中，分別選取出口溫度與加熱蒸汽流量(亦可為蒸汽壓力)作為被控變量。劉玉長劉玉長操縱量的選

20、擇操縱量的選擇操縱量的選擇視具體傳熱設(shè)備的特點和工藝條件而定： 對于大部分蒸汽加熱器的操縱變量是采用載熱體即加熱蒸汽； 而在某些場合，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，為了保證溫度控制平穩(wěn)及冷凝液排除暢通，往往以冷凝液流量作為操縱變量，調(diào)節(jié)傳熱面積，以保持出口溫度恒定。 劉玉長劉玉長15.2.2.2 常用換熱器控制方案(簡單) 為保證出口溫度平穩(wěn)，滿足工藝生產(chǎn)的要求，必須對傳熱量進行調(diào)節(jié)，傳熱量調(diào)節(jié)方法一般有四種。 1-調(diào)節(jié)載熱體的流量調(diào)節(jié)載熱體的流量 2-調(diào)節(jié)傳熱平均溫差調(diào)節(jié)傳熱平均溫差 3-調(diào)節(jié)傳熱面積調(diào)節(jié)傳熱面積 4-將工藝介質(zhì)分路將工藝介質(zhì)分

21、路 劉玉長劉玉長(1)調(diào)節(jié)載熱體的流量通過控制載熱體流量來調(diào)節(jié)傳熱量，使被加熱的工質(zhì)溫度滿足工藝要求。這種方案最常用。 調(diào)節(jié)載熱體的流量 劉玉長劉玉長(2)調(diào)節(jié)傳熱平均溫差Tm 通過調(diào)節(jié)氨氣量以改變液氨壓力與對應(yīng)的平衡溫度，進而改變間壁兩側(cè)流體的平均溫差達(dá)到控制工藝介質(zhì)出口溫度的目的。這種控制方案滯后較小，反應(yīng)迅速，應(yīng)用亦較廣泛。 劉玉長劉玉長(3)調(diào)節(jié)傳熱面積這種方案通過控制凝液排出量，從而改變了浸泡在凝液中的發(fā)熱管換熱面積，實現(xiàn)傳熱量的調(diào)節(jié)。但是這種方案滯后較大，只有在某些必要的場合下采用。 劉玉長劉玉長(4)將工藝介質(zhì)分路 一部分工藝介質(zhì)經(jīng)換熱器，另一部分走旁路。該方案實際上是一個混合過

22、程混合過程，所以反應(yīng)迅速及時，但載熱體流量一直處于高負(fù)荷高負(fù)荷下，這在采用專門的熱劑或冷劑時是不經(jīng)濟的。然而對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)，這時便不成為缺點了。 劉玉長劉玉長15.2.2.3 常用換熱器控制方案(復(fù)雜) 大多數(shù)情況下，當(dāng)工藝介質(zhì)較穩(wěn)定時，采用單回路控制就能滿足要求，若還滿足不了工藝要求，則可以從方案著手，引入復(fù)雜控制系統(tǒng)，如串級、前饋等。 劉玉長劉玉長換熱器出口溫度串級控制方案 圖(a)所示的蒸汽加熱系統(tǒng)，當(dāng)蒸汽閥前壓力波動較大時，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控制系統(tǒng)，圖(b)。劉玉長劉玉長換熱器出口溫度的變比值串級控制方

23、案 變比值串級控制引入了工藝介質(zhì)流量的前饋信息，一方面：一方面：前饋作用可大大減少生產(chǎn)負(fù)荷變化對出口溫度控制質(zhì)量的影響，另一方面：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。 劉玉長劉玉長15.3 加熱爐燃燒過程控制15.3.1 概述 加熱爐加熱爐是鋼鐵、冶金、玻璃、煉油、石油化工等工業(yè)部門中典型的加熱設(shè)備。它消耗的燃料在工廠中占有很大的比例，有時一個爐子甚至占全廠燃料耗量的一半以上。所以，加熱爐燃燒過程控制受到特別的重視。 在加熱爐的許多控制系統(tǒng)中，燃燒控制是最主要的，應(yīng)滿足節(jié)能降耗、防止環(huán)境污染等的要求(最優(yōu)燃燒區(qū)，大約在=1.02-1.10之間，這

24、時熱效率最高，污染公害最小。)。 劉玉長劉玉長空氣過剩率與熱效益、公害關(guān)系保持系統(tǒng)在最優(yōu)燃燒區(qū)內(nèi)運轉(zhuǎn)，可望得到如下經(jīng)濟效果：減少排煙所含過量空氣帶走的熱損失，達(dá)到節(jié)能的目的；減少燃燒空氣量和排風(fēng)量，可以節(jié)省通風(fēng)機的動力費用；降低NO2的生成，減少空氣污染；降低SO2生成，防止設(shè)備腐蝕；降低灰分，使除塵器小型化并節(jié)省維護費用。劉玉長劉玉長15.3.2 比值串級控制 為了保證燃料與空氣有一定的配比關(guān)系，一般在燃燒控制中，常用的控制方案是比值串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)(特點適用場合) 。比值串級系統(tǒng)與流量變化過程示意圖1-燃料流量2-理想空氣流量曲線3-實際空氣流量曲線 劉玉長劉玉長15.3.3 交叉限幅串級控制

25、串級比值調(diào)節(jié)不能保持適當(dāng)?shù)目諝馊剂媳龋瑑H適用于穩(wěn)態(tài)情況下燃燒控制。由于實際生產(chǎn)過程的負(fù)荷不可能始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，就要尋求更好的燃燒控制方式，交叉限幅調(diào)節(jié)就是一種較好控制方案。劉玉長劉玉長圖15-27燃燒交叉限幅控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時，這個系統(tǒng)實質(zhì)上是一個具有兩個并聯(lián)副回路的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其中，溫度回路作為主回路，燃料流量回路和空氣流量回路并聯(lián)作為副回路。交叉限幅部分(虛線框內(nèi)所示)為的是改善系統(tǒng)動態(tài)特性，使得在動態(tài)過程中系統(tǒng)也能在一定范圍內(nèi)維持空氣-燃料比。劉玉長劉玉長1) 燃料流量調(diào)節(jié)回路圖15-27左半部分，高值選擇器和低值選擇器有兩個重要的選擇比較參數(shù)D、B，是根據(jù)實測空氣流量信號FA算出來的

26、。其中， D是不出現(xiàn)缺氧燃燒，燃料流量的上限值，B是不出現(xiàn)過氧燃燒，燃料流量的下限值：A2A111(1) , (1)DFKBFK空氣過剩率；(=A0FFmax/FAmax) 理論空氣量系數(shù)，一般0.81.0。 A0為單位燃料所必須的理論空氣量，F(xiàn)Fmax、 FAmax分別為燃料與空氣測量表上限。K1、K2系數(shù)，為5%左右。 劉玉長劉玉長信號選擇關(guān)系圖15-27中爐膛溫度調(diào)節(jié)器TC輸出是系統(tǒng)要求的燃料流量信號A。A和B經(jīng)高值選擇器得出信號C，C和D再經(jīng)低值選擇器得出信號E。這就是對應(yīng)于要求的燃料流量信號A，為了維持最佳燃燒，根據(jù)實測空氣流量算出的容許燃料流量信號E。注意： “要求燃料流量信號A”

27、和“容許燃料流量信號E” 在穩(wěn)態(tài)時是相同的，在動態(tài)時是不同的，這正是交叉限幅控制方式的獨特之點。 劉玉長劉玉長燃料流量控制回路信號選擇關(guān)系圖 劉玉長劉玉長燃料流量控制過程在正常狀態(tài)下，BAD(見圖中0t0段)，則燃料流量設(shè)定值E=A，要求燃料流量信號本身就成為燃料流量設(shè)定值。這時系統(tǒng)處于常規(guī)的串級調(diào)節(jié)方式。當(dāng)負(fù)荷急增，要求燃料流量的設(shè)定值E按不出現(xiàn)缺氧燃料時燃料流量的上限值D而緩慢上升，見圖t0t1段，從而維持了適當(dāng)?shù)目諝?燃料比。當(dāng)負(fù)荷穩(wěn)定，空氣流量重新適應(yīng)，于是又恢復(fù)正常狀態(tài)BAD，E=A，見圖中t1t2段。負(fù)荷急減，要求燃料流量信號A立即下降，仍由于空氣流量響應(yīng)遲緩，使An2n3n4 2

28、221QknkH劉玉長劉玉長當(dāng)離心泵裝在管路系統(tǒng)時，泵所提供的流量與壓頭，應(yīng)與管路所需的流量與壓頭相一致。如圖15-31所示，泵的出口壓力必須與以下壓頭與阻力相平衡：(1) 將液體提升到一定高度所需的壓頭，即升揚高度hL，這項是恒定的； (2) 管路兩端靜壓差相應(yīng)的壓頭hP，等于，其值也較為平穩(wěn)；(3) 管路摩擦損耗的壓頭hf，這項與流量的平方幾乎成比例；(4) 控制閥兩端的壓頭hV，在閥門的開啟度一定時，也與流量的平方值成比例，同時還取決于閥門的開啟度。 劉玉長劉玉長v設(shè)HL=hL+hP+hf+hV，則HL和Q的關(guān)系稱為管路特性。v當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，泵的壓頭H必然等于HL，這是建立平衡的

29、條件。從特性曲線上看，工作點C必然是泵的特性曲線與管路特性曲線的交點。工作點C的流量應(yīng)符合預(yù)定要求，它可以通過以下方案來控制。管路特性劉玉長劉玉長(1)改變控制閥開啟度，直接節(jié)流 v簡便易行，缺點是在流量小的情況下，總的機械效率較低。所以這種方案不宜使用在排出量低于正常值30%的場合。 (a)流量特性 (b)控制方案圖15-32 直接節(jié)流 劉玉長劉玉長(2)改變泵的轉(zhuǎn)速 v采用這種控制方案時，在液體輸送管線上不需要裝設(shè)控制閥，因此不存在項的阻力損耗，相對說機械效率較高，所以在大功率的重要泵裝置中，有逐漸擴大采用的趨勢。但要具體實現(xiàn)這種方案，都比較復(fù)雜，所需設(shè)備費用亦高一些。 FC劉玉長劉玉長旁

30、路控制v可用改變旁路閥開啟度的方法，來控制實際排出量。v方案簡單，而且控制閥口徑比較小。對旁路的那部分液體來說，由泵供給的能量完全消耗于控制閥，因此總的機械效率較低。劉玉長劉玉長15.4.1.2容積式泵的控制v容積式泵有兩類：一類是往復(fù)泵，包括活塞式、柱塞式等；另一類是直接位移旋轉(zhuǎn)式，包括橢圓齒輪泵、螺桿式等。由于這類泵的共同特點是泵的運動部件與機殼之間的空隙很小，液體不能在縫隙中流動，所以泵的排出量與管路系統(tǒng)無關(guān)。往復(fù)泵只取決于單位時間內(nèi)的往復(fù)次數(shù)及沖程的大小，而旋轉(zhuǎn)泵僅取決于轉(zhuǎn)速。 圖15-35 往復(fù)泵的特性曲線劉玉長劉玉長往復(fù)泵的控制方案v改變原動機的轉(zhuǎn)速。此法與離心泵的調(diào)轉(zhuǎn)速相同。v改變往復(fù)泵的沖程，在多數(shù)情況下，這種控制沖程方法機構(gòu)復(fù)雜，且有一定難度，只有在一些計量泵等特殊往復(fù)泵上才考慮使用。v通過旁路控制。其方案與離心泵相同，是最簡單易行的控制方式。v利用旁路閥控制，穩(wěn)定壓力，再利用節(jié)流閥來控制流量，壓力控制器可選用自力式控制器。 劉玉長劉玉長往復(fù)泵出口壓力和流量控制劉玉長劉玉長15.4.2 壓縮機的控