过程控制-第九章过程控制系统的工程应用.ppt

西南民族大学 电气信息学院,1,第九章 过程控制系统的工程应用,9.1 典型传热设备的过程控制 9.1.1概述 锅炉是国民经济各行业必不可少的重要传热设备 驱动发电机 动力机构的动力源 作为热源提供给工业生产装置 民用取暖设施,西南民族大学 电气信息学院,2,锅炉设备主要工艺流程图,锅炉热力系统流程,西南民族大学 电气信息学院,3,锅炉燃烧系统流程,高温烟气,空气预热器,西南民族大学 电气信息学院,4,锅炉设备的调节任务,锅炉供应的蒸汽量适应负荷变化的需要或保持给定的负荷； 锅炉供给用汽设备的蒸汽压力保持在一定范围内； 过热蒸汽温度保持在一定范围内； 汽包中的水位保持在一定范围内； 保持锅护燃烧的经济性和安全运行； 炉膛负压保持在一定范围内。,西南民族大学 电气信息学院,5,锅炉设备控制的若干个控制系统,给水自动控制系统 锅炉燃烧的自动控制 过热蒸汽系统的自动控制 热力除氧 锅炉水处理过程控制,西南民族大学 电气信息学院,6,给水自动控制系统(锅炉汽包水位的控制),锅炉汽包内部保持一定的蒸发空间。 控制变量是给水流量。 （汽包内部的物料平衡，使给水量适应蒸发量，维持汽包中水位在工艺允许范围内） 维持汽包中水位在给定范围内是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件，是锅炉正常运行的主要标志之一。,汽包,西南民族大学 电气信息学院,7,锅炉燃烧的自动控制,主要目的：使燃料和空气达到合理比例 燃料的安全燃烧 被控变量：蒸汽压力(负荷)、烟气成分和炉膛负压 控制变量：燃料量、送风量和引风量 炉膛负压保持在一定的范围内,西南民族大学 电气信息学院,8,过热蒸汽系统的自动控制,系统设置目的：对于蒸汽的温度、压力以及含水量等有要求 被控变量：过热蒸汽温度 控制变量：喷水量,西南民族大学 电气信息学院,9,9.1.2 锅炉汽包水位的控制 1、控制通道的特性,曲线H2：给水温度汽包内饱和水温度给水流量的增加的初始阶段，从原来饱和水中吸取部分热量，导致水位下降 直线H1:水位随着给水量的增加而直线上升 水位变化的曲线HH1、H2的叠加,给水流量作用下的锅炉水位响应曲线,西南民族大学 电气信息学院,10,数学描述,近似积分环节和纯滞后环节的串联 传递函数表示 K0响应速度给水流量变化单位流量时，水位的变化速度,西南民族大学 电气信息学院,11,“单冲量”控制系统 单冲量汽包的水位,西南民族大学 电气信息学院,12,2、干扰通道的特性,曲线H1：蒸汽流量D增加时，蒸汽量D大于给水量，水位下降 曲线H2：蒸汽流量增加，瞬时间导致汽包压力的下降，汽包内的水沸腾突然加剧，水位上升 曲线H：H1和H2的叠加。 “虚假水位”,蒸汽流量扰动作用下的水位阶跃响应曲线,西南民族大学 电气信息学院,13,H包含两个方面,一方面：蒸汽流量增加时，在燃料量不变的情况下，汽包水位直线下降H1，数学模型： 一方面：蒸汽流量增加，汽包内部压力降低，造成虚假水位，水位上升H2。数学模型： 蒸汽流量扰动时，水位变化动态特性传递函数,西南民族大学 电气信息学院,14,单冲量存在的问题,1、负荷变化时产生的“虚假水位”，将使调节器反向错误动作。 如：负荷增大虚假水位上升调节器接受到虚假的信号调节阀反向关小给水不能增加水位 2、负荷变化时，控制作用缓慢。 3、给水系统出现扰动时，动作作用缓慢。,西南民族大学 电气信息学院,15,双冲量控制系统（蒸汽流量和锅炉水位）,前馈反馈控制系统,西南民族大学 电气信息学院,16,三冲量控制系统,前馈串级控制系统,西南民族大学 电气信息学院,17,控制方式选择,如：蒸发量小的锅炉单冲量简单控制系统 如：大型锅炉系统串级控制系统 如：多用户蒸汽系统前馈控制,西南民族大学 电气信息学院,18,9.1.3蒸汽过热系统的控制,组成：一级过热器、减温器、二级过热器 任务：使过热器出口温度维持在允许范围内，并且保护过热器使管壁温度不超过允许的工作温度。 过热气温：锅炉汽水通道中温度最高的地方,减温器,过热器,西南民族大学 电气信息学院,19,影响过热气温的扰动因素,蒸汽流量 燃烧工况 减温水量 流经过热器的烟气温度、流速,西南民族大学 电气信息学院,20,过热气温控制方法,广泛采用方法：减温水流量（时滞和时间常数大） 串级控制系统减温器出口温度为副被控变量（减少过热气温的动态偏差）,西南民族大学 电气信息学院,21,双冲量控制系统减温器出口温度经微分器作为一个冲量,西南民族大学 电气信息学院,22,8.1.4 锅炉燃烧过程的控制,燃料种类 燃烧设备 锅炉形式,西南民族大学 电气信息学院,23,1燃烧过程自动控制任务,1、使锅炉出口蒸汽压力稳定 2、保证燃烧过程的经济性 3、保持炉膛负压恒定 可供调节的手段：燃料量、送风量和引风量 控制系统设计的总原则应当是：生产负荷变化时，燃料量、送风量和引风量应同时协调动作,西南民族大学 电气信息学院,24,2蒸汽压力控制和燃料与空气比值控制系统,比值调节系统燃料与空气保持一定比例,主流量,K,燃料调节器,送风调节器,西南民族大学 电气信息学院,25,蒸汽压力燃料流量串级控制（送风量随燃料量变化而变化的比值控制）,缺点：负荷发生变化时，送风量变化落后于燃料变化。,西南民族大学 电气信息学院,26,燃烧过程改进方案,负荷减少时，先减燃料量后减空气量； 负荷增加时，先加大空气量，以使燃烧完全。,西南民族大学 电气信息学院,27,3燃烧过程的烟气氧含量闭环控制,锅炉的热效率(经济燃烧)主要反映在烟气成分(特别是氧含量)和烟气温度两个方面。 烟气中成分：氧气、二氧化碳、一氧化碳和未燃烧烃反映燃料燃烧的情况 最简便的方法：烟气中氧含量。 实际上完全燃烧所需的空气量要超过理论计算的量要有一定过剩空气量。,西南民族大学 电气信息学院,28,西南民族大学 电气信息学院,29,过剩空气系数表示实际空气量Qp与理论空气量QT之比 与烟气氧含量有直接关系，A0烟气含氧量,过剩空气量,过剩空气量（）,西南民族大学 电气信息学院,30,烟气氧含量的闭环控制系统,西南民族大学 电气信息学院,31,蒸汽负荷经常变动 增加折线函数发生器,西南民族大学 电气信息学院,32,4多种燃料时过剩空气及燃料配比的控制系统 （1）低过剩空气的控制系统,控制方法：以总理论空气量为基准，即根据各燃料的流量，分别计算出理论空气量，相加后作为确定燃料空气量的基准,西南民族大学 电气信息学院,33,（2）燃料任意配比的控制系统,增设运算符，组成燃料任意配比的控制系统,西南民族大学 电气信息学院,34,5.炉膛负压控制与有关安全保护系统,炉膛负压控制系统,防脱火系统,防回火系统,西南民族大学 电气信息学院,35,汽包水位控制,西南民族大学 电气信息学院,36,9.2 典型传质设备的过程控制,传质过程的控制是工业过程控制的重要环节。 本节以精馏塔为例 精馏在化工、石油、炼油生产中极为重要。,西南民族大学 电气信息学院,37,西南民族大学 电气信息学院,38,西南民族大学 电气信息学院,39,精馏塔温度控制方案1,物料平衡控制方法 按精馏段的质量指标来控制馏出液量D，并保持Q不变。 优点：物料与能量平衡之间的关联最小；一旦塔顶产品质量不合格，温度控制器关闭出料阀。 缺点：质量反馈的控制回路滞后大。 本方案适于馏出液小，回流罐容积适中的精馏塔。,西南民族大学 电气信息学院,40,精馏塔温度控制方案2,能量平衡控制方法 按精馏段的质量指标控制回流量L，保