2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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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,對物料進(jìn)行加熱或冷卻來維持一定的溫度。對于化學(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現(xiàn)。因此,對傳熱設(shè)備的控制也就顯得格外重要。 工業(yè)

2、上用以實現(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)備以對流傳熱為主,有時將它們統(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,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、體流量來實現(xiàn)工藝介質(zhì)出口溫度的自動控制,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調(diào)節(jié),又要求載熱體流量的變化對工藝介質(zhì)出口溫度的變化具有一定的靈敏度。 有時,當(dāng)載熱體流量較大時,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,載熱體流量的改變對工藝介質(zhì)出口溫度的影響就很小,難以達(dá)到自動控制的目的。,,圖10-2 調(diào)節(jié)載熱體流量的方案,針對上述情況,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。 該方案實際上是一個混合過程,所以反應(yīng)迅速及時,但載熱體流量一直處于高負(fù)荷下,這在采用專門的熱劑或冷劑時是不經(jīng)濟(jì)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。 事實上,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)用時也應(yīng)注意確保三通閥處于正??烧{(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。,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,采用單回路控制就能滿足要求;實際使用中,可根據(jù)傳熱設(shè)備滯后較大的特點,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,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)出口流量波動較大或蒸汽源壓力變化頻

13、繁時,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、前饋等復(fù)雜控制系統(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),如圖10-7所示。,圖10-7 換熱器出口溫度的串級控制方案,而當(dāng)主要干擾是生產(chǎn)負(fù)荷變化時,引入前饋信號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,利用它們在冷凝冷卻器內(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,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)過一個設(shè)備煙氣溫度便會降低一次,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(3~4級)過熱器17進(jìn)一步加熱成過熱蒸汽D。這個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,帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動而產(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,水的汽化速度和水量變化速度都很快,如不及時控制,可能會使汽包內(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,同時還會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,會使汽包內(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,汽包內(nèi)蒸汽壓力急劇上升,水的沸騰暫時停止,結(jié)果造成水位瞬時下降的假象。,優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計方便。 缺點: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,嚴(yán)重的虛假水位將導(dǎo)致給水調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生誤動作,使汽包水位產(chǎn)生激烈波動,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作,就能使調(diào)節(jié)閥動作準(zhǔn)確及時,減少水位的波動,改善控制質(zhì)量。 也就是說,若將蒸汽流量作為前饋信號,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,這實際上是一個前饋-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構(gòu)成三沖量串級控制系統(tǒng)。,該控制系統(tǒng)由主、副兩個調(diào)節(jié)器和三個沖量(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:蒸汽流量。 準(zhǔn)確地說,該系統(tǒng)應(yīng)稱為三沖量前饋-串級復(fù)合控制系統(tǒng)。,(3)三沖量串級控制方案: 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的三沖量控制系統(tǒng)。,圖10-15 鍋爐三沖量前饋串級控制系統(tǒng),該系統(tǒng)的主要優(yōu)點: 當(dāng)負(fù)荷(即蒸汽流量)變化時,它早于水位偏差進(jìn)行前饋控制,能及時地調(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,抑制水位的動態(tài)偏差; 當(dāng)蒸汽流量不變時,由給水流量為副被控量構(gòu)成的副回路,可及時消除給水流量的自身干擾(主要由給水壓

28、力的波動引起)。 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,它可使汽包水位等于設(shè)定值。,鍋爐三沖量前饋-串級復(fù)合控制系統(tǒng): 前饋信號: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:一級過熱器、減溫器、二級過熱器。 3. 蒸汽過熱系統(tǒng)自動控制的任務(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左右時再去推動汽輪機(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)蒸汽帶動汽輪機(jī)做功時,會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,則會使鍋爐的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,給設(shè)計制造帶來困難,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)計時,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,這樣會導(dǎo)致減溫水自身波動頻繁。 針對上述存在的問題,如果設(shè)計簡單控制系統(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)計串級

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滯和時間常數(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)計成圖10-16所示的串級控制系統(tǒng)。,,將減溫器后的汽溫信號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,并使副調(diào)節(jié)器及時動作,在減溫水的擾動未及影響主汽溫時即被消除。 將主汽溫信號T1送給主調(diào)節(jié)器,當(dāng)主汽溫因受擾動而偏離給定值時,主調(diào)節(jié)器動作

35、,改變副調(diào)節(jié)器的給定信號,使副調(diào)節(jié)器隨之動作,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):減溫水流量檢測過熱蒸汽溫度: 熱電阻溫度計 采用DDZ-III單元組合儀表,,圖10-16過熱蒸汽溫度串級控制,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)荷擾動而使蒸汽壓力變化時,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、述三項任務(wù)是有關(guān)聯(lián)的。為了完成這三項任務(wù),有三個可供調(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)計的總原則: 1)當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷產(chǎn)生變化時,燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量應(yīng)同時協(xié)調(diào)動作。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,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作用。

39、 2)必須加強(qiáng)安全措施。例如,燒嘴背壓太高時,可能因燃料流速過高而脫火;燒嘴背壓過低時又可能回火,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是蒸汽負(fù)荷的變化與燃料量的波動。 a)當(dāng)蒸汽負(fù)荷及燃料量波動較小、對燃燒的經(jīng)濟(jì)性要求不高時,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)燃料量波動較大時,則需要采用燃

40、料量對蒸汽壓力的串級控制方案。,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:

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):蒸汽壓力對燃料流量的串級控制,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:負(fù)荷發(fā)生變化時,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、燃料時跟著減空氣量。 為此可設(shè)計圖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,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,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,

43、IP=I1=I2,HS,LS不起作用;2.當(dāng)系統(tǒng)提量時(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,因為調(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)。在這個控制方案中,共有三個控制系統(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)量來實現(xiàn),但當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時,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,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。 為此用反映負(fù)荷變化

45、的蒸汽壓力作為前饋信號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,為避免脫火危險,此時背壓調(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

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