傳熱設(shè)備控制new

加熱爐的控制2023/1/514.5加熱爐的控制4.5.1概述加熱爐是石油化工生產(chǎn)過程的主要設(shè)備之一

作用：工藝介質(zhì)的升溫或氣化

結(jié)構(gòu)形式：箱式爐、立式爐、圓筒爐

工作原理：

對象特點：

燃料(油)分幾路(霧化噴嘴)進(jìn)爐燃燒爐膛火焰輻射給爐管爐管經(jīng)熱傳導(dǎo)、對流傳熱給工藝介質(zhì)爐膛容量大、時間常數(shù)大、滯后時間長；屬多容過程；可用一階加純滯后環(huán)節(jié)近似描述；理論分析比較困難。

操作特點：

避免溫度過高，爐管內(nèi)物料可能分解、結(jié)焦嚴(yán)格控制加熱爐出口溫度TT101燃料工藝介質(zhì)2023/1/524.5.2加熱爐的單回路控制

1、對象分析

主要控制指標(biāo)：工藝介質(zhì)的出口溫度

操作手段：燃料油或燃料氣的流量

干擾因素：負(fù)荷量、進(jìn)料溫度、組分；

燃料油(氣)壓力、性質(zhì)、霧化狀況，空氣量，噴嘴阻力等

2、控制回路

(1)

主要控制系統(tǒng)：出口溫度控制

(2)

輔助控制系統(tǒng)：

①工藝介質(zhì)的流量控制系統(tǒng);

②燃料壓力控制系統(tǒng)；

③燃料油霧化蒸汽壓力控制。加熱爐霧化蒸汽工藝介質(zhì)燃料油回油TC101TT101FC101FT101PT101PC101PT102PC102TT101燃料工藝介質(zhì)2023/1/53燃料油壓力波動較大時，單回路不能保證良好霧化，可采用以下方案：

①用燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力之差來調(diào)節(jié)霧化蒸汽。

②燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力比值控制。（前提條件：管道應(yīng)暢通）

加熱爐負(fù)荷大、時間常數(shù)和滯后時間較大，單回路控制很難滿足要求，爐出口溫度波動較大

3、單回路控制適用場合

對爐出口溫度要求不高的場合

干擾較小，且不頻繁

爐膛容量較小，滯后小也可采用流量比值控制PT101PC102至噴嘴燃料油霧化蒸汽PT102KPdT101PdC101至噴嘴燃料油霧化蒸汽

燃料油壓力較平穩(wěn)時，③回路可以滿足霧化要求。2023/1/544.5.3加熱爐的串級控制

爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制

爐出口溫度對燃料流量的串級控制

爐出口溫度對燃料閥后壓力的串級控制

采用壓力平衡式控制閥的控制2023/1/554.5.3加熱爐的串級控制2023/1/56

1、爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制干擾(燃料壓力、性質(zhì)等)優(yōu)點：有利于克服燃料性質(zhì)變化注意：(1)爐膛溫度的檢測點位置，選擇有代表性且反應(yīng)較快的點；

(2)副控制器參數(shù)不應(yīng)整定得過于靈敏；

(4)爐膛溫度不應(yīng)有大的波動；

(5)爐膛溫度測溫元件及保護套管應(yīng)耐高溫。爐膛溫度爐出口溫度爐膛溫度比出口溫度滯后小副回路克服干擾，減小對出口溫度的影響工藝介質(zhì)燃料油TC101TT101加熱爐TT102TC102

(3)副控制器不引入微分作用；2023/1/57工藝介質(zhì)燃料TC101TT101加熱爐FT101FC1012、爐出口溫度對燃料流量的串級優(yōu)點：有利于克服燃料量變化三串級:出口溫度、爐膛溫度、燃料量三參數(shù)串級特點：關(guān)聯(lián)回路多，實施困難工藝介質(zhì)燃料油TC101TT101加熱爐TT102TC102FT101FC101缺點:燃料量小、粘度大時，流量測量困難2023/1/58工藝介質(zhì)燃料TC101TT101加熱爐PT101PC101工藝介質(zhì)燃料油TC101TT101加熱爐TT102TC102FT101FC101

3、出口溫度對燃料閥后壓力的串級燃料量小、粘度大時，流量測量困難特點:應(yīng)用較廣

4、采用壓力平衡式控制閥這種閥本身兼有壓力控制器功能，相當(dāng)于爐出口溫度對燃料壓力的串級。壓力測量較方便應(yīng)注意管道堵塞2023/1/59浮動(壓力平衡式)閥工作原理2023/1/510加熱熱爐爐的的串串級級控控制制方方案案總總結(jié)結(jié)優(yōu)點點?缺點點?2022/12/2911例1：催化化裂化裝置置加熱爐控控制系統(tǒng)統(tǒng)原料油加熱熱到一定溫溫度送給反反應(yīng)器開工氣體為為燃料，出出口溫度控控制浮動閥閥正常生產(chǎn)重重質(zhì)油為燃燃料，采用用爐出口溫溫度與燃料閥后后壓力串級級2022/12/2912例1：催化化裂化裝置置加熱爐控控制系統(tǒng)統(tǒng)開工正常2022/12/2913例2：常減減壓裝置加加熱爐控制制系統(tǒng)原油加熱到到一定溫度度送至常壓壓塔分餾要求爐出口口溫度穩(wěn)定定燃料油來自初餾塔常壓塔加熱爐FT101FC101FT102FC102PT102PC102TC103TC104TT103TT104PT101PC101TC101TT101TT102TC102溫度控制：：爐出口溫度度對爐膛溫度的串級級負(fù)荷控制：：單回路流量量控制燃料干擾：：單回路壓力力控制2022/12/29144.5.4加熱爐爐的前饋——反饋饋控制實際生產(chǎn)中中，有時遇遇到進(jìn)料量量變化頻繁繁、幅度較較大爐子時間常常數(shù)大、滯滯后時間長長單回路路或串串級均均很難難滿足足要求求設(shè)計前前饋——反反饋饋控制制系統(tǒng)統(tǒng)前饋主主要克克服進(jìn)進(jìn)料流流量的的干擾擾TT101TC101FT101FT101TT101TC101FT102FC1022022/12/2915加熱爐爐安全全聯(lián)鎖鎖保護護控制制系統(tǒng)統(tǒng)在以燃燃料氣氣為燃燃料的的加熱熱爐中中,主要危危險包包括:被加熱熱工藝藝介質(zhì)質(zhì)流量量過少少或中中斷；；熄火；；回火；；（什么么情況況下發(fā)發(fā)生？？）脫火。。（什么么情況況下發(fā)發(fā)生？？）2022/12/29164.5.5加加熱爐的的安全聯(lián)聯(lián)鎖保護護系統(tǒng)聯(lián)鎖保護護系統(tǒng)的的作用：：為安全全生產(chǎn)、、防止事事故1、燃?xì)饧訜釤釥t①工藝介質(zhì)質(zhì)流量過過小或中中斷，切切斷燃料料氣②某種原因因滅火時時，切斷斷燃料氣氣③燃料氣壓壓力不能能過低，，流量不不能太小?、苋剂蠅毫αΣ荒苓^過高，否否則會引引起脫氣氣滅火加熱爐TC101TT101PT101PC101LSFT102FSL102FT101FSL101BS1012022/12/2917LS：低選器；；BS：火焰檢測測器；GL1：燃料氣流流量過低低聯(lián)鎖裝裝置；GL2：進(jìn)料流量量過低聯(lián)聯(lián)鎖裝置置。加熱爐安安全聯(lián)鎖鎖保護控控制系統(tǒng)統(tǒng)反作用？？反作用？？氣開閥？？2022/12/29182、燃油加熱熱爐(哪個回路路實現(xiàn)此此功能?)①工藝介質(zhì)質(zhì)流量過過小或中中斷，切切斷燃料料油②燃料油壓壓力過低低會回火火；燃料料油壓力力過高會會脫火③霧化蒸汽汽壓力過過低或中中斷，造造成燃料料油霧化化不良無無法燃燒燒FT102FSL102PT102PSL102BS101加熱爐霧化蒸汽燃料油TC101TT101PT101PC101LSFT101FSL101還有什么么功能?和燃?xì)饧蛹訜釥t有有什么區(qū)區(qū)別?2022/12/2919蔣慰孫《過程控制制工程》(第2版)中國石化化出版社社金以慧《過程控制制》清華大學(xué)學(xué)出版社社參考文獻(xiàn)獻(xiàn):2022/12/2920鍋爐設(shè)備備的控制制2022/12/29214.6鍋爐設(shè)備的控制4.6.1概述重要動力設(shè)設(shè)備。耗能大戶,節(jié)能研究的的重點;污染大戶,環(huán)保治理的的重點。1、作用：：動力源熱源2、組成：：2022/12/29222、組成：：燃料熱空氣煙氣經(jīng)引風(fēng)機排出過熱器減溫器爐膛汽包過熱蒸汽空氣預(yù)熱器冷空氣給水熱空氣送爐膛省煤器由給水泵來3、工作原原理燃料空氣混合燃燒發(fā)發(fā)熱汽包飽和蒸汽過熱蒸汽母管輸出燃燒煙氣飽和蒸汽過熱蒸汽省煤器（給水）空氣預(yù)熱器器（給風(fēng)））過熱器引風(fēng)機排出出采用了哪些些節(jié)能措施施?2022/12/29234、對對象分分析特點：：鍋爐爐給水量燃料量送風(fēng)量引風(fēng)量減溫水汽包水位蒸汽溫度蒸汽壓力煙氣氧含量爐膛負(fù)壓負(fù)荷鍋爐的的主要要輸入入、輸輸出多入多多出（（MIMO）變量之之間關(guān)關(guān)聯(lián)蒸汽負(fù)荷汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度燃料量蒸汽壓力、汽包水位、蒸汽溫度、過?？諝?、爐膛負(fù)壓給水量汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度燃料空氣煙氣過熱器減溫器爐膛汽包過熱蒸汽空氣預(yù)熱器冷空氣給水熱空氣送爐膛省煤器由給水泵來2022/12/2924多輸入入多輸輸出問問題轉(zhuǎn)化為為若干干單輸輸入單單輸出出問題題:（為什什么不不用現(xiàn)現(xiàn)代控控制理理論解解決？？）汽包水水位控控制(物料平平衡)燃燒系系統(tǒng)控控制(能量平平衡)過熱蒸蒸汽系系統(tǒng)控控制(質(zhì)量控控制)爐膛負(fù)負(fù)壓系系統(tǒng)控控制(安全控控制)工業(yè)鍋鍋爐控控制方方案的的特點點2022/12/2925任務(wù)：：安全、、合理理的運運行條條件下下，提供一一定溫溫度和和壓力力的蒸蒸汽要求：：蒸汽量量應(yīng)適適合負(fù)負(fù)荷變變化的的需要要，或或保持持給定定的負(fù)負(fù)荷蒸汽壓壓力保保持一一定的的范圍圍蒸汽溫溫度保保持一一定的的范圍圍汽包水水位保保持一一定的的范圍圍爐膛負(fù)負(fù)壓保保持一一定的的范圍圍保持燃燃燒的的經(jīng)濟濟性和和安全全運行行2022/12/29266、、主主要要控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)(1)汽包包水水位位控控制制受控控變變量量：：汽汽包包水水位位(保保證證安安全全運運行行的的重重要要指指標(biāo)標(biāo)之之一一)(2)燃燃燒燒系系統(tǒng)統(tǒng)控控制制操縱縱變變量量：：給給水水流流量量使給給水水適適應(yīng)應(yīng)鍋鍋爐爐的的蒸蒸發(fā)發(fā)量量，，保保持持水水位位在在一一定定范范圍圍內(nèi)內(nèi)目的的：：使燃燃燒燒產(chǎn)產(chǎn)生生的的熱熱適適應(yīng)應(yīng)蒸蒸汽汽負(fù)負(fù)荷荷的的變變化化受控控變變量量：：蒸蒸汽汽壓壓力力、、煙煙氣氣氧氧含含量量、、爐爐膛膛負(fù)負(fù)壓壓操縱縱變變量量：：燃燃料料量量、、送送風(fēng)風(fēng)量量、、引引風(fēng)風(fēng)量量(3)過熱熱蒸蒸汽汽系系統(tǒng)統(tǒng)控控制制目的的:維持持過過熱熱器器出出口口溫溫度度、、保保證證管管壁壁溫溫度度不不超超過過允允許許的的溫溫度度受控控變變量量：：蒸蒸汽汽溫溫度度操縱縱變變量量：：減減溫溫水水量量2022/12/29274.6.2汽汽包水水位控控制汽包水水位：：鍋爐爐運行行的主主要指指標(biāo)水位過過低：：負(fù)荷荷加大大時，，汽化化速度度加快快，控控制不不及時時會全全部汽汽化水位過過高：：影響響汽水水分離離，產(chǎn)產(chǎn)生汽汽帶液液，影影響后后序設(shè)設(shè)備的的正常常運行行1、汽汽包水水位的的動態(tài)態(tài)特性性(1)蒸蒸汽負(fù)負(fù)荷對對水位位的影影響（（干擾擾通道道）H：實際可可視水水位H1：不考慮慮水下下面汽汽泡容容積變變化時時的水水位H2：只考慮慮水面面下汽汽泡容容積變變化所所引起起的水水位假水位位與鍋鍋爐的的工作作壓力力和蒸蒸汽量量有關(guān)關(guān)虛假水位100t/h~300t/h的中高高壓鍋鍋爐，，負(fù)荷荷變化化10%時時，假假水位位可達(dá)達(dá)30~40mm2022/12/2928(2)給水流流量對對位的的影響響（控控制通通道））水位特特性：：純滯后后過程程或反反向特特性過過程2、單單沖量量控制制給水鍋爐氣包蒸汽LC101LI101缺點：：負(fù)荷變變化時時，控控制不不及時，，不能能克服服假水水位現(xiàn)象象水位給水量的單回路控制適用場場合：：小型鍋鍋爐負(fù)荷較較穩(wěn)定定的場場合2022/12/29293、雙雙沖量量控制制避免虛虛假水水位造造成控控制器器誤動動作，，設(shè)計計負(fù)荷荷變化化的前前饋控控制加法器器的輸輸出：：：初始偏置差(閥位的初值)、：加法器的系數(shù)。的正、負(fù)取決于閥的特性氣關(guān)閥：負(fù)荷給水量應(yīng)取“-”氣開閥：負(fù)荷給水量應(yīng)取“+”鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101：根據(jù)閥的特性數(shù)據(jù)計算現(xiàn)場湊試，在只有負(fù)荷干擾的條件下，調(diào)整到水位基本不變：可取1，也可小于1：在正常負(fù)荷下，與近似或正好抵消2022/12/2930方框圖圖-+鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101+-缺點：：因控制制閥的的非線線性，，很難難做到到穩(wěn)態(tài)態(tài)補償償不能克克服給給水量量的擾擾動4、三三沖量量控制制水位、、負(fù)荷荷、給給水流流量的的復(fù)合合控制制系統(tǒng)統(tǒng)鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT102FC102方案一一：前饋與與串級級組成成的復(fù)復(fù)合控控制系系統(tǒng)特點：：克服虛虛假水水位現(xiàn)現(xiàn)象克克服給給水量量的擾擾動雙沖量量控制制的另另一種種形式式2022/12/2931鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT102方案二二：前饋加加反饋饋控制制綜合信信號的的單回回路系系統(tǒng)鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT102特點：：儀表少少容易易實現(xiàn)現(xiàn)系數(shù)設(shè)設(shè)置不不當(dāng)、、水位位可能能有余余差

受控變量：方案三三：前饋--串串級控控制系系統(tǒng)-+-副回路路純比比例控控制器器，比比例度度為100%特點：：水位無無余差差2022/12/29324.6.3燃燃燒系系統(tǒng)控控制1、控控制系系統(tǒng)的的目的的①保證鍋鍋爐出出口蒸蒸汽壓壓力穩(wěn)穩(wěn)定②保持燃燃料良良好地地燃燒燒③保持爐爐膛負(fù)負(fù)壓不不變④維持噴嘴嘴背壓在在一定范范圍內(nèi)2、蒸汽汽壓力控控制和燃燃料與空空氣的比比值控制制壓力對燃燃料量的的單回路控控制適用于負(fù)負(fù)荷及燃燃料波動動較小的的場合燃料量波波動較大大時，可可采用壓壓力對燃燃料量的的串級控制制為什么選選蒸汽壓力力控制？？為什么選選燃料與空空氣的比比值控制制？2022/12/2933基本控制制方案①壓力控控制器輸輸出同時時作為燃料料和空氣氣流量控控制器的的設(shè)定值值特點：蒸汽壓力力恒定燃料和空空氣的比比值恒定定燃料燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空氣閥FT102空氣燃料燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空氣閥FT102空氣②壓力對燃燃料量的的串級，，送風(fēng)量隨隨燃料變變化的比比值控制制。特點：送風(fēng)量滯滯后于燃燃料量2022/12/2934改進(jìn)的控制制方案當(dāng)負(fù)荷增加加時，先加加大空氣量量，后增加加燃料；當(dāng)負(fù)荷減小小時，先減減燃料，后后減空氣。。3、煙氣氧氧含量控制制燃料量燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽量FC102空氣閥FT102空氣量LSHSAC101AI101含氧量直接指標(biāo)：：使燃料量與與送風(fēng)量的的比值在各各種情況下下均為最優(yōu)優(yōu)煙氣氧含量量(間接指標(biāo))（邏輯提量量？）（節(jié)能控制制？）討論兩個問問題：2022/12/2935邏輯提量過過程分析:燃料量燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽量FC102空氣閥FT102空氣量LSHSAC101AI101含氧量反作用過程分析:蒸汽量PPC空氣量燃料量當(dāng)負(fù)荷增加加時，先加加大空氣量量，后增加加燃料；蒸汽量PPC燃料量空氣量當(dāng)負(fù)荷減小小時，先減減燃料，后后減空氣。。反作用HSLS反作用LSHS作業(yè):畫出上圖的的原理框圖圖,并且分析它它的工作過過程。2022/12/2936節(jié)能控制思思路:熱效率η(儀表?)熱損失q{不完全燃燒燒的熱損失失(機械和化學(xué)學(xué))、煙氣熱損損失、散熱熱損失}2022/12/2937熱效率η(熱損失q)與空氣過剩剩系數(shù)α的關(guān)系020-204060總能量損失最高效率區(qū)煙氣熱損失化學(xué)不完全燃燒的熱損失能量損失%過?？諝饴?2022/12/2938節(jié)能控制思思路:熱效率η(儀表?)熱損失q{不完全燃燒燒的熱損失失(機械和化學(xué)學(xué))、煙氣熱損損失、散熱熱損失}（無法測量量）2022/12/2939

由燃料的性質(zhì)可以確定完全燃燒所需要的空氣量理論量

實際燃燒時應(yīng)有一定的剩余空氣實際量

不同的燃料對過?？諝舛加幸粋€最優(yōu)值

液體燃料

過?？諝饬客ǔＳ眠^?？諝庀禂?shù)來描述：煙氣氧含量過剩?？湛諝鈿庀迪禂?shù)數(shù)2022/12/2940空氣氣過過剩剩系系數(shù)數(shù)α與煙煙氣氣氧氧含含量量的的關(guān)關(guān)系系040203010過剩空氣率%1000600400200800PPMCOCOO2鍋爐效率0246O2%2022/12/2941小結(jié)：節(jié)能控制制思路:熱效率η(儀表?)熱損失q{不完全燃燃燒的熱熱損失(機械和化化學(xué))、煙氣熱熱損失、、散熱損損失}（無法測測量）空氣過剩剩系數(shù)α（無法計計算）煙氣氧含含量（氧化鋯鋯氧分析析儀）2022/12/2942重溫：改進(jìn)的控控制方案案當(dāng)負(fù)荷增增加時，，先加大大空氣量量，后增增加燃料料；當(dāng)負(fù)荷減減小時，，先減燃燃料，后后減空氣氣。3、煙氣氣氧含量量控制燃料量燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽量FC102空氣閥FT102空氣量LSHSAC101AI101含氧量直接指標(biāo)標(biāo)：使燃料量量與送風(fēng)風(fēng)量的比比值在各各種情況況下均為為最優(yōu)煙氣氧含