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1、过程控制工程第第1515章章 流体输送设备的控制流体输送设备的控制第 11 课Process Control EngineeringProcess Control Engineering北京化工大学信息科学与技术学院自动化系 宿翀 第第1616章章 传热设备的控制传热设备的控制流体输送设备的控制流体输送设备的控制15.15.1 1 概述概述概述概述15.15.2 2 泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制15.15.3 3 离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的防喘振控制第第15章章教学进程教学进程教学进程教学进程15.
2、15.1 1概述概述概述概述流体：液体或气体流体：液体或气体流体：液体或气体流体：液体或气体液体传送液体传送液体传送液体传送泵泵泵泵气体传送气体传送气体传送气体传送风机或压缩机风机或压缩机风机或压缩机风机或压缩机 控制目标：流量、压力控制，安全保护控制控制目标：流量、压力控制，安全保护控制控制目标：流量、压力控制，安全保护控制控制目标：流量、压力控制，安全保护控制教学进程教学进程教学进程教学进程15.15.2 2泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.15.2.12.1离心泵的叶轮在电动机的带离心泵的叶轮在电动机的带
3、离心泵的叶轮在电动机的带离心泵的叶轮在电动机的带 动下做高速旋转运动，产生离心力。动下做高速旋转运动，产生离心力。动下做高速旋转运动，产生离心力。动下做高速旋转运动，产生离心力。泵速越高泵速越高泵速越高泵速越高，离心力越大，出口压，离心力越大，出口压，离心力越大，出口压，离心力越大，出口压头越高。头越高。头越高。头越高。出口流量增大出口流量增大出口流量增大出口流量增大，出口压力降低。，出口压力降低。，出口压力降低。，出口压力降低。离心泵特性公式：离心泵特性公式：离心泵特性公式：离心泵特性公式：性能性能流量Q 1401800m3/h扬程H 9125m进口直径 150600mm教学进程教学进程教学
4、进程教学进程15.15.2 2泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.15.2.12.1离心泵特性曲线离心泵特性曲线离心泵特性曲线离心泵特性曲线排出量排出量Q Q压头压头H Han n3 3n4n4n2n2n1n1a另外，管路系统的压力也对泵的特性有影响另外，管路系统的压力也对泵的特性有影响另外，管路系统的压力也对泵的特性有影响另外，管路系统的压力也对泵的特性有影响教学进程教学进程教学进程教学进程因此，可以通过因此，可以通过因此，可以通过因此，可以通过hvhv或其他手段改变或其他手段改变或其他手段改变或其他手段改变H
5、H压力（流量）压力（流量）压力（流量）压力（流量）离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.15.2.12.1管路阻力：管路阻力：管路阻力：管路阻力：（1 1）管路两端的静压差）管路两端的静压差）管路两端的静压差）管路两端的静压差hphp（2 2）管路两端的静液柱高度，即升扬高度管路两端的静液柱高度，即升扬高度管路两端的静液柱高度，即升扬高度管路两端的静液柱高度，即升扬高度h hL L（3 3）管路的摩擦损失管路的摩擦损失管路的摩擦损失管路的摩擦损失h hf f（4 4）控制阀两端的节流损失控制阀两端的节流损失控制阀两端的节流损失控制阀两端的节流损失hvhv管路总压力阻力管路总压力
6、阻力管路总压力阻力管路总压力阻力HHL L=h=hp p+h hL L+h hf f+h hv v 系统稳定工作：系统稳定工作：系统稳定工作：系统稳定工作：H=HH=HL L教学进程教学进程教学进程教学进程注意：控制阀一定要装在阀的出口位置，否则会出现注意：控制阀一定要装在阀的出口位置，否则会出现注意：控制阀一定要装在阀的出口位置，否则会出现注意：控制阀一定要装在阀的出口位置，否则会出现“气缚气缚气缚气缚”和和和和“气蚀气蚀气蚀气蚀”现象，对离心泵产生损坏。现象，对离心泵产生损坏。现象，对离心泵产生损坏。现象，对离心泵产生损坏。(b)b)控制方案控制方案(a)a)流量特性流量特性FCHQH H
7、L1L1H HL2L2C C1 1C C2 2 H HL3L3C C3 3离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.15.2.12.1（1 1）直接节流法）直接节流法）直接节流法）直接节流法改变直接节流阀的开度，改变平衡工作点的位置改变直接节流阀的开度，改变平衡工作点的位置改变直接节流阀的开度，改变平衡工作点的位置改变直接节流阀的开度，改变平衡工作点的位置C C教学进程教学进程教学进程教学进程离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.15.2.12.1“气缚气缚气缚气缚”hvhv使得入口压力下降，使液体部分汽化，使得入口压力下降，使液体部分汽化，使得入口压力下降，使液体
8、部分汽化，使得入口压力下降，使液体部分汽化，使泵的出口压力下降，排量降至零使泵的出口压力下降，排量降至零使泵的出口压力下降，排量降至零使泵的出口压力下降，排量降至零“气蚀气蚀气蚀气蚀”hvhv使得部分汽化的气体到达出口，受压缩重新使得部分汽化的气体到达出口，受压缩重新使得部分汽化的气体到达出口，受压缩重新使得部分汽化的气体到达出口，受压缩重新凝聚成液体，对泵内机件产生冲击凝聚成液体，对泵内机件产生冲击凝聚成液体，对泵内机件产生冲击凝聚成液体，对泵内机件产生冲击 优点：优点：调节方便调节方便 缺点：缺点：机械效率低（消耗在阀上）机械效率低（消耗在阀上）场合：场合：常用，但排量小于正常排量的常用，
9、但排量小于正常排量的30%时要调整时要调整教学进程教学进程教学进程教学进程FC调转速调转速电动机电动机HLn3n2n1H HQ(a)流量特流量特性性(b)控制方案控制方案离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.15.2.12.1（2 2）改变泵的转速）改变泵的转速）改变泵的转速）改变泵的转速通过改变泵的转速改变工作点通过改变泵的转速改变工作点通过改变泵的转速改变工作点通过改变泵的转速改变工作点目前主要通过目前主要通过目前主要通过目前主要通过变频器变频器变频器变频器控制电机的转速控制电机的转速控制电机的转速控制电机的转速变频器近年发展比较快，功能、可靠性大大提高，价格下降。变频器近
10、年发展比较快，功能、可靠性大大提高，价格下降。变频器近年发展比较快，功能、可靠性大大提高，价格下降。变频器近年发展比较快，功能、可靠性大大提高，价格下降。此方法也可以取代控制阀，实现流量控制此方法也可以取代控制阀，实现流量控制此方法也可以取代控制阀，实现流量控制此方法也可以取代控制阀，实现流量控制教学进程教学进程教学进程教学进程离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.15.2.12.1 优点：优点：机械效率高，节能机械效率高，节能 缺点：缺点：调速设备费用高调速设备费用高 场合：场合：多用于大功率的离多用于大功率的离心泵心泵教学进程教学进程教学进程教学进程（3 3）改变旁路回流）
11、改变旁路回流）改变旁路回流）改变旁路回流 离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.15.2.12.1FC 优点：优点：控制阀口径控制阀口径，调节方便，调节方便 缺点：缺点：回路，能量消耗大回路，能量消耗大（未充分使用）（未充分使用）场合：场合：有一定应用有一定应用教学进程教学进程教学进程教学进程容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案15.15.2.22.2不能采用节流方法控制不能采用节流方法控制不能采用节流方法控制不能采用节流方法控制 n n1 1n n2 2n n3 3排出量排出量 Q QH压压头头往复泵：活塞式、柱塞式往复泵：活塞式、柱塞式往
12、复泵：活塞式、柱塞式往复泵：活塞式、柱塞式旋转泵：齿轮式、螺杆式旋转泵：齿轮式、螺杆式旋转泵：齿轮式、螺杆式旋转泵：齿轮式、螺杆式排量的大小与管路的阻力无关，排量的大小与管路的阻力无关，排量的大小与管路的阻力无关，排量的大小与管路的阻力无关，只取决于泵的冲程及往复频率只取决于泵的冲程及往复频率只取决于泵的冲程及往复频率只取决于泵的冲程及往复频率教学进程教学进程教学进程教学进程常见的控制方案：常见的控制方案：常见的控制方案：常见的控制方案：（1 1）变频调速变频调速变频调速变频调速 （2 2）旁旁旁旁 路路路路 法法法法容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案15
13、.15.2.22.2教学进程教学进程教学进程教学进程压缩机的控制方案压缩机的控制方案压缩机的控制方案压缩机的控制方案15.15.2.32.3需要保证运行的安全需要保证运行的安全需要保证运行的安全需要保证运行的安全性，如性，如性，如性，如“喘振喘振喘振喘振”、功率、功率、功率、功率大、转速快大、转速快大、转速快大、转速快 气体增压及输送设备气体增压及输送设备气体增压及输送设备气体增压及输送设备离心式、往复式离心式、往复式离心式、往复式离心式、往复式离心式应用比较多离心式应用比较多离心式应用比较多离心式应用比较多 优点：优点：P273P273 缺点：缺点：教学进程教学进程教学进程教学进程（4 4）
14、轴推力、轴位移及连锁保护控制）轴推力、轴位移及连锁保护控制）轴推力、轴位移及连锁保护控制）轴推力、轴位移及连锁保护控制 压缩机的控制方案压缩机的控制方案压缩机的控制方案压缩机的控制方案15.15.2.32.3主要自控系统：主要自控系统：主要自控系统：主要自控系统：（1 1）气量控制：与离心泵相似）气量控制：与离心泵相似）气量控制：与离心泵相似）气量控制：与离心泵相似（2 2）防喘振控制）防喘振控制）防喘振控制）防喘振控制（3 3）油路控制：油温、油压联锁安全）油路控制：油温、油压联锁安全）油路控制：油温、油压联锁安全）油路控制：油温、油压联锁安全 保护（电气控制）保护（电气控制）保护（电气控制
15、）保护（电气控制）教学进程教学进程教学进程教学进程15.15.3 3离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的防喘振控制喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因15.15.3.13.1 离心式压缩机的负荷低于一定的值后，气体的正常输离心式压缩机的负荷低于一定的值后，气体的正常输离心式压缩机的负荷低于一定的值后，气体的正常输离心式压缩机的负荷低于一定的值后，气体的正常输送被破坏，气量忽多忽少，发生强烈振荡送被破坏，气量忽多忽少，发生强烈振荡送被破坏，气量忽多忽少，发生强烈振荡送被破坏，气量忽多忽少，发生强烈振荡“气喘气喘气喘气喘”声音，
16、严重破坏机器设备。声音，严重破坏机器设备。声音，严重破坏机器设备。声音，严重破坏机器设备。教学进程教学进程教学进程教学进程T T点对应的流量点对应的流量点对应的流量点对应的流量极限流量极限流量极限流量极限流量喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因15.15.3.13.1p p2 2/p/pl lp p2 2/p/pl lQ QM1 1MTQ QM MQ Q图图图图15.815.8 离心式压缩机工作曲线离心式压缩机工作曲线离心式压缩机工作曲线离心式压缩机工作曲线喘振产生的原因：喘振产生的原因：喘振产生的原因：喘振产生的原因：T T点右恻，稳定工作区点右恻，稳定工作区点右恻，稳定
17、工作区点右恻，稳定工作区P2/P1P2/P1 QQ P2/P1P2/P1 T T点左恻，不稳定工作区点左恻，不稳定工作区点左恻，不稳定工作区点左恻，不稳定工作区P2/P1P2/P1 QQ P2/P1P2/P1 喘振区喘振区喘振区喘振区教学进程教学进程教学进程教学进程产生喘振的直接原因是负荷的下降产生喘振的直接原因是负荷的下降产生喘振的直接原因是负荷的下降产生喘振的直接原因是负荷的下降 QQ Qp1p1 Q Qp2p2 Q Qp3p3p p2 2/p/p1 1n n1 1n n2 2n n3 3喘振区喘振区喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因15.15.3.13.1不同的转速
18、，离心泵的极限流量也不一样不同的转速，离心泵的极限流量也不一样不同的转速，离心泵的极限流量也不一样不同的转速，离心泵的极限流量也不一样教学进程教学进程教学进程教学进程（1 1）气体吸入状态的改变气体吸入状态的改变气体吸入状态的改变气体吸入状态的改变管路特性管路特性喘振线喘振线T T1 1 ，M M1 1 ，p p1 1p p2 2/p/p1 1Q喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因15.15.3.13.1另外，有些工艺原因也可以导致喘振另外，有些工艺原因也可以导致喘振另外，有些工艺原因也可以导致喘振另外，有些工艺原因也可以导致喘振教学进程教学进程教学进程教学进程（2 2）管
19、路阻力的变化管路阻力的变化管路阻力的变化管路阻力的变化阻力阻力p p2 2/p/p1 1Q喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因15.15.3.13.1教学进程教学进程教学进程教学进程防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.15.3.23.2方法：方法：方法：方法：部分回流，既满足工艺要求，又使部分回流，既满足工艺要求，又使部分回流，既满足工艺要求，又使部分回流，既满足工艺要求，又使QQ1 1QpQp控制喘振：控制喘振：控制喘振：控制喘振：限制压缩机流量不小于极限流量限制压缩机流量不小于极限流量限制压缩机流量不小于极限流量限制压缩机流量不小于极限流量QQ
20、1 1 QpQp，教学进程教学进程教学进程教学进程 Q1Q1QpQp，旁路阀关死旁路阀关死旁路阀关死旁路阀关死 Q1Q1Q1QpQp此种方案中，此种方案中，此种方案中，此种方案中，QpQp是固定是固定是固定是固定值，正确选择值，正确选择值，正确选择值，正确选择QpQp值是关值是关值是关值是关键键键键.选选择择最最大大转转速速下下的的QpQp作为作为FCFC的设定值，的设定值，（1 1）固定极限流量）固定极限流量）固定极限流量）固定极限流量排出排出循环循环压缩机压缩机吸吸入入FC防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.15.3.23.2教学进程教学进程教学进程教学进程（2
21、2）可变极限流量可变极限流量可变极限流量可变极限流量几种常见的操作线方程几种常见的操作线方程几种常见的操作线方程几种常见的操作线方程 防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.15.3.23.2设置极限流量随转速而变设置极限流量随转速而变设置极限流量随转速而变设置极限流量随转速而变 关键：确定压缩机的喘振关键：确定压缩机的喘振关键：确定压缩机的喘振关键：确定压缩机的喘振极限线方程极限线方程极限线方程极限线方程p p2 2/p/p1 1Q Q2 2教学进程教学进程教学进程教学进程（2 2）可变极限流量可变极限流量可变极限流量可变极限流量出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入
22、口流量的关系出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系 不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。P P2 2+p+p2 2-ap-ap1 1 r/bk r/bk2 2p p1 1-ppl l r r（p p2 2-ap-ap1 1）/bk/bk2 2FC防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.15.3.23.2教学进程教学进程教学进程教学进程（2 2）可变极限流量可变极限流量可变极限流量可变极限流量出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系出入口压力
23、与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系 不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.15.3.23.2p p2 2+p p1 1 r/bKr/bK2 2 ppl l p p2 2-ap-ap1 1FC教学进程教学进程教学进程教学进程（2 2）可变极限流量可变极限流量可变极限流量可变极限流量出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系 不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不
24、同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。p p2 2r/bKr/bK2 2pp1 1p p2 2r/bKr/bK2 2FC防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.15.3.23.2教学进程教学进程教学进程教学进程（2 2）可变极限流量可变极限流量可变极限流量可变极限流量P280P280应用实例应用实例应用实例应用实例防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.15.3.23.2教学进程教学进程教学进程教学进程防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.15.3.23.2教
25、学进程教学进程教学进程教学进程压缩机串、并联运行及防喘振控制压缩机串、并联运行及防喘振控制压缩机串、并联运行及防喘振控制压缩机串、并联运行及防喘振控制15.15.3.33.3 通过一个通过一个通过一个通过一个LSLS，不论哪个压缩机出现喘振，都可以把旁不论哪个压缩机出现喘振，都可以把旁不论哪个压缩机出现喘振，都可以把旁不论哪个压缩机出现喘振，都可以把旁路阀打开，以防止喘振。路阀打开，以防止喘振。路阀打开，以防止喘振。路阀打开，以防止喘振。图图图图15.2115.21 压缩机串联运行时防喘振控制方案压缩机串联运行时防喘振控制方案压缩机串联运行时防喘振控制方案压缩机串联运行时防喘振控制方案LSF
26、F1 1C CF F2 2C CF F1 1F F2 2P P2 2P P1 1P P3 3B BA A教学进程教学进程教学进程教学进程压缩机串、并联运行及防喘振控制压缩机串、并联运行及防喘振控制压缩机串、并联运行及防喘振控制压缩机串、并联运行及防喘振控制15.15.3.33.3并联情况并联情况并联情况并联情况 工艺上尽量要求单机运行工艺上尽量要求单机运行工艺上尽量要求单机运行工艺上尽量要求单机运行。P P1 1P P2 2F F1 1F F2 2FCFCA AB BLSLS排出排出吸入吸入教学进程教学进程教学进程教学进程传热设备的控制传热设备的控制16.1 16.1 16.1 16.1 概述
27、概述概述概述16.2 16.2 16.2 16.2 传热设备的特性传热设备的特性传热设备的特性传热设备的特性16.3 16.3 16.3 16.3 一般传热设备的控制一般传热设备的控制一般传热设备的控制一般传热设备的控制16.4 16.4 16.4 16.4 锅炉设备的控制锅炉设备的控制锅炉设备的控制锅炉设备的控制16.5 16.5 16.5 16.5 加热炉的控制加热炉的控制加热炉的控制加热炉的控制第第16章章教学进程教学进程教学进程教学进程16.116.1概述概述概述概述对物料进行加热或冷却的设备称为传热设备对物料进行加热或冷却的设备称为传热设备对物料进行加热或冷却的设备称为传热设备对物料
28、进行加热或冷却的设备称为传热设备结构形式：列管式、蛇管式、夹套式、套管式结构形式：列管式、蛇管式、夹套式、套管式结构形式：列管式、蛇管式、夹套式、套管式结构形式：列管式、蛇管式、夹套式、套管式（一般传热设备）（一般传热设备）（一般传热设备）（一般传热设备）特殊传热设备：特殊传热设备：特殊传热设备：特殊传热设备：加热炉、锅炉、蒸发器等加热炉、锅炉、蒸发器等加热炉、锅炉、蒸发器等加热炉、锅炉、蒸发器等 传热设备的类型传热设备的类型传热设备的类型传热设备的类型16.1.116.1.1 传热方式：传热方式：传热方式：传热方式：传导、对流、辐射传导、对流、辐射传导、对流、辐射传导、对流、辐射物流接触关系
29、：物流接触关系：物流接触关系：物流接触关系：直接接触式，间壁式、蓄热式直接接触式，间壁式、蓄热式直接接触式，间壁式、蓄热式直接接触式，间壁式、蓄热式 热量交换形式：热量交换形式：热量交换形式：热量交换形式：无相变的热量交换、有相变的热量交换无相变的热量交换、有相变的热量交换无相变的热量交换、有相变的热量交换无相变的热量交换、有相变的热量交换教学进程教学进程教学进程教学进程传热设备的类型传热设备的类型传热设备的类型传热设备的类型16.1.116.1.1（a）列管式换热器列管式换热器液体液体1进口进口液体液体2入口入口液体液体1出口出口花板花板液体液体2出口出口列管列管教学进程教学进程教学进程教学
30、进程换热器、蒸汽加热器、再沸器、冷凝器等换热器、蒸汽加热器、再沸器、冷凝器等换热器、蒸汽加热器、再沸器、冷凝器等换热器、蒸汽加热器、再沸器、冷凝器等传热设备的类型传热设备的类型传热设备的类型传热设备的类型16.1.116.1.1教学进程教学进程教学进程教学进程传热设备的控制要求传热设备的控制要求传热设备的控制要求传热设备的控制要求16.1.216.1.2（1 1）对工艺介质进行加热或冷却对工艺介质进行加热或冷却对工艺介质进行加热或冷却对工艺介质进行加热或冷却（2 2）使工艺介质发生相变使工艺介质发生相变使工艺介质发生相变使工艺介质发生相变（3 3）热量回收热量回收热量回收热量回收 主要是进行主
31、要是进行主要是进行主要是进行温度控制温度控制温度控制温度控制，以及一些保护性控制，以及一些保护性控制，以及一些保护性控制，以及一些保护性控制 控制要求：控制要求：教学进程教学进程教学进程教学进程传热设备的特性传热设备的特性传热设备的特性传热设备的特性16.216.2图图图图16-216-2逆流单程换热器逆流单程换热器逆流单程换热器逆流单程换热器G2c2T2iG1c1T1iG1c1T10G2c2T20教学进程教学进程教学进程教学进程16.2.116.2.1静态特性分析静态特性分析静态特性分析静态特性分析 基于热量平衡方程和传热速率方程基于热量平衡方程和传热速率方程基于热量平衡方程和传热速率方程基
32、于热量平衡方程和传热速率方程 用于系统扰动分析及静态控制设计依据用于系统扰动分析及静态控制设计依据用于系统扰动分析及静态控制设计依据用于系统扰动分析及静态控制设计依据q=KFT 单程、逆流管式换热器静态特性基本表达式单程、逆流管式换热器静态特性基本表达式(16-6)q=G1c1(T1o-T1i)=G2c2(T2i-T2o)教学进程教学进程教学进程教学进程仿真分析（静态放大倍数）：仿真分析（静态放大倍数）：仿真分析（静态放大倍数）：仿真分析（静态放大倍数）：T1iT1oT1iT1o：式式式式16-8T2iT1o16-8T2iT1o：式式式式16-916-9教学进程教学进程教学进程教学进程线性，小
33、于线性，小于1线性线性仿真分析（静态放大倍数）仿真分析（静态放大倍数）仿真分析（静态放大倍数）仿真分析（静态放大倍数）（非线性）非线性）非线性）非线性）T1o-G2T1o-G2：T1o-G1T1o-G1：3124图图图图16-416-4图图图图16-516-5教学进程教学进程教学进程教学进程16.2.216.2.2动态特性分析动态特性分析动态特性分析动态特性分析 T1iT1oT1iT1o：式式式式16-1116-11动态纯滞后环节动态纯滞后环节动态纯滞后环节动态纯滞后环节T2iT1oT2iT1o、G1T1oG1T1o、G2T1oG2T1o式式式式16-1216-12带纯滞后的二阶惯性环节带纯滞
34、后的二阶惯性环节带纯滞后的二阶惯性环节带纯滞后的二阶惯性环节 分布参数对象：分布参数对象：分布参数对象：分布参数对象：（图（图（图（图16-16-6 6）既是时间函数，既是时间函数，既是时间函数，既是时间函数，又是空间的函数又是空间的函数又是空间的函数又是空间的函数精确描述：偏微分方程精确描述：偏微分方程精确描述：偏微分方程精确描述：偏微分方程 求解困难求解困难求解困难求解困难 经验公式近似描述：经验公式近似描述：经验公式近似描述：经验公式近似描述：教学进程教学进程教学进程教学进程特点：特点：特点：特点：简单易行简单易行简单易行简单易行 但但但但是是是是，当当当当G2G2已已已已经经经经很很很
35、很大大大大，而而而而温温温温差差差差较较较较小小小小时时时时，迟迟迟迟钝钝钝钝控制控制控制控制 另外，若工艺上不允许另外，若工艺上不允许另外，若工艺上不允许另外，若工艺上不允许对载热体节流时，不对载热体节流时，不对载热体节流时，不对载热体节流时，不能采用这种方案能采用这种方案能采用这种方案能采用这种方案 两类基本方案：两类基本方案：两类基本方案：两类基本方案：控制载热体流量、旁路控制介质流量控制载热体流量、旁路控制介质流量控制载热体流量、旁路控制介质流量控制载热体流量、旁路控制介质流量 工业工业介质介质G1载热体载热体G2TC图图图图16-816-8 控制载热体流量控制载热体流量控制载热体流量
36、控制载热体流量用载热体流量控制介质出口温用载热体流量控制介质出口温用载热体流量控制介质出口温用载热体流量控制介质出口温度，最常用的方法度，最常用的方法度，最常用的方法度，最常用的方法一般传热设备的控制一般传热设备的控制一般传热设备的控制一般传热设备的控制16.316.3换热器的控制换热器的控制换热器的控制换热器的控制16.3.116.3.1教学进程教学进程教学进程教学进程 介质旁路控制介质旁路控制介质旁路控制介质旁路控制 介质混合过程介质混合过程介质混合过程介质混合过程 控制及时（相当于前馈机理）控制及时（相当于前馈机理）控制及时（相当于前馈机理）控制及时（相当于前馈机理）另外，还可以组成前馈
37、另外，还可以组成前馈另外，还可以组成前馈另外，还可以组成前馈串级控制方案图串级控制方案图串级控制方案图串级控制方案图图图图图16-916-9工业工业介质介质G1载热体载热体G2TC教学进程教学进程教学进程教学进程蒸汽加热器的控制蒸汽加热器的控制蒸汽加热器的控制蒸汽加热器的控制16.3.216.3.2 控制载热体流量控制载热体流量控制载热体流量控制载热体流量 蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽发发发发生生生生相相相相变变变变，可可可可同同同同时时时时通通通通过过过过TT和和和和传传传传热热热热面面面面积积积积控控控控制制制制，只只只只是要注意出口液体能够连续排出。是要注意出口液体能够连续排出。是要注意出口液体能够
38、连续排出。是要注意出口液体能够连续排出。蒸汽作为热载体，工业常用蒸汽作为热载体，工业常用蒸汽作为热载体，工业常用蒸汽作为热载体，工业常用蒸汽蒸汽G2TC凝液凝液G1图图图图16-1216-12教学进程教学进程教学进程教学进程 控制冷凝液排量控制冷凝液排量控制冷凝液排量控制冷凝液排量 热载体的出口控制，通过改变热载体的出口控制，通过改变热载体的出口控制，通过改变热载体的出口控制，通过改变F F控制控制控制控制 控制阀控制液体，口径可以小些，液体控制平稳，控制阀控制液体，口径可以小些，液体控制平稳，控制阀控制液体，口径可以小些，液体控制平稳，控制阀控制液体，口径可以小些，液体控制平稳，缺点：滞后缺
39、点：滞后缺点：滞后缺点：滞后 蒸汽蒸汽G2凝液凝液TCFCG1蒸汽加热器的控制蒸汽加热器的控制蒸汽加热器的控制蒸汽加热器的控制16.3.216.3.2图图图图16-1516-15前馈前馈前馈前馈-反馈控制系统反馈控制系统反馈控制系统反馈控制系统教学进程教学进程教学进程教学进程冷凝冷却器的控制冷凝冷却器的控制冷凝冷却器的控制冷凝冷却器的控制16.3.316.3.3缺点：控制不灵活，另外要保证液位不能过高，防止汽带液缺点：控制不灵活，另外要保证液位不能过高，防止汽带液缺点：控制不灵活，另外要保证液位不能过高，防止汽带液缺点：控制不灵活，另外要保证液位不能过高，防止汽带液T-LT-L串级控制系统串级
40、控制系统串级控制系统串级控制系统 图图图图16-1716-17热载体为液态冷却剂，通过在换热器内蒸发，带走介质热量热载体为液态冷却剂，通过在换热器内蒸发，带走介质热量热载体为液态冷却剂，通过在换热器内蒸发，带走介质热量热载体为液态冷却剂，通过在换热器内蒸发，带走介质热量气氨气氨TC液氮液氮图图图图16-1616-16 控制载热体流量控制载热体流量控制载热体流量控制载热体流量优点：控制平稳，对出口气相压力没有影响优点：控制平稳，对出口气相压力没有影响优点：控制平稳，对出口气相压力没有影响优点：控制平稳，对出口气相压力没有影响教学进程教学进程教学进程教学进程冷凝冷却器的控制冷凝冷却器的控制冷凝冷却
41、器的控制冷凝冷却器的控制16.3.316.3.3 控制汽相流量控制汽相流量控制汽相流量控制汽相流量控制灵活，但出口压力波控制灵活，但出口压力波控制灵活，但出口压力波控制灵活，但出口压力波 动，若动，若动，若动，若直接进入压缩机，对压缩机有影响直接进入压缩机，对压缩机有影响直接进入压缩机，对压缩机有影响直接进入压缩机，对压缩机有影响 TCLC液氮液氮气氨气氨教学进程教学进程教学进程教学进程16.416.4锅炉设备的控制锅炉设备的控制锅炉设备的控制锅炉设备的控制教学进程教学进程教学进程教学进程16.416.4锅炉设备的控制锅炉设备的控制锅炉设备的控制锅炉设备的控制16.4.116.4.1概述概述概
42、述概述 主要结构图主要结构图主要结构图主要结构图 P299P299图图图图16-2016-20 燃烧系统、给水系统、蒸汽产生系统燃烧系统、给水系统、蒸汽产生系统燃烧系统、给水系统、蒸汽产生系统燃烧系统、给水系统、蒸汽产生系统 锅炉产生蒸汽，而蒸汽一般是过程设备的能量来源锅炉产生蒸汽，而蒸汽一般是过程设备的能量来源锅炉产生蒸汽，而蒸汽一般是过程设备的能量来源锅炉产生蒸汽，而蒸汽一般是过程设备的能量来源动力设备，而蒸汽质量对过程生产有直接影响动力设备，而蒸汽质量对过程生产有直接影响动力设备，而蒸汽质量对过程生产有直接影响动力设备，而蒸汽质量对过程生产有直接影响作用：作用：分类：分类：锅炉有多种分类
43、，根据锅炉用途、燃料性质锅炉有多种分类，根据锅炉用途、燃料性质锅炉有多种分类，根据锅炉用途、燃料性质锅炉有多种分类，根据锅炉用途、燃料性质（煤、油、气）、压力（高、中、低）（煤、油、气）、压力（高、中、低）（煤、油、气）、压力（高、中、低）（煤、油、气）、压力（高、中、低）结构：结构：教学进程教学进程教学进程教学进程（4 4）水处理控制水处理控制水处理控制水处理控制防止或减少结垢防止或减少结垢防止或减少结垢防止或减少结垢 主要控制系统主要控制系统主要控制系统主要控制系统16.4.116.4.1概述概述概述概述（1 1）汽包水位控制）汽包水位控制）汽包水位控制）汽包水位控制保持水量与蒸汽量的物料
44、平衡保持水量与蒸汽量的物料平衡保持水量与蒸汽量的物料平衡保持水量与蒸汽量的物料平衡（2 2）燃烧控制）燃烧控制）燃烧控制）燃烧控制保证燃烧的经济性和安全性保证燃烧的经济性和安全性保证燃烧的经济性和安全性保证燃烧的经济性和安全性（3 3）蒸汽控制）蒸汽控制）蒸汽控制）蒸汽控制控制过热蒸汽的温度控制过热蒸汽的温度控制过热蒸汽的温度控制过热蒸汽的温度教学进程教学进程教学进程教学进程16.4.216.4.2锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制锅炉的汽包水位控制一般比较严格锅炉的汽包水位控制一般比较严格锅炉的汽包水位控制一般比较严格锅炉的汽包水位控制一般比较严格 汽包
45、水位的控制是锅炉和蒸汽用户的平稳、安全的保证汽包水位的控制是锅炉和蒸汽用户的平稳、安全的保证汽包水位的控制是锅炉和蒸汽用户的平稳、安全的保证汽包水位的控制是锅炉和蒸汽用户的平稳、安全的保证水位过高水位过高水位过高水位过高影响汽水分离，使饱和蒸汽带水过多，影响汽水分离，使饱和蒸汽带水过多，影响汽水分离，使饱和蒸汽带水过多，影响汽水分离，使饱和蒸汽带水过多，使过热蒸汽温度下降使过热蒸汽温度下降使过热蒸汽温度下降使过热蒸汽温度下降 水位过低水位过低水位过低水位过低可能全部汽化，产生危险可能全部汽化，产生危险可能全部汽化，产生危险可能全部汽化，产生危险教学进程教学进程教学进程教学进程汽包水位的动态特性
46、汽包水位的动态特性汽包水位的动态特性汽包水位的动态特性影响因素多影响因素多影响因素多影响因素多主要讨论水流量主要讨论水流量主要讨论水流量主要讨论水流量、蒸汽流量蒸汽流量蒸汽流量蒸汽流量LL特性特性特性特性16.4.216.4.2锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制给水流量给水流量给水流量给水流量WLWL阶跃响应阶跃响应阶跃响应阶跃响应HH曲线曲线曲线曲线，相当于积分加纯滞后环节，相当于积分加纯滞后环节，相当于积分加纯滞后环节，相当于积分加纯滞后环节给水温度越低，纯滞后时间越大给水温度越低，纯滞后时间越大给水温度越低，纯滞后时间越大给水温度越低，纯滞后时间越大
47、 WHH1Htt教学进程教学进程教学进程教学进程曲曲曲曲线线线线HH汽汽汽汽包包包包水水水水位位位位，开开开开始始始始上上上上升升升升，然然然然后后后后再再再再下下下下降降降降，“虚虚虚虚假假假假水位水位水位水位”现象现象现象现象16.4.216.4.2锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制 蒸汽流量蒸汽流量蒸汽流量蒸汽流量DLDL曲线曲线曲线曲线H1DH1D突然增加，物料平衡，水位下降突然增加，物料平衡，水位下降突然增加，物料平衡，水位下降突然增加，物料平衡，水位下降曲线曲线曲线曲线H2DH2D突然增加，瞬间汽包压力下降，水沸腾加剧，突然增加，瞬间汽包压力下
48、降，水沸腾加剧，突然增加，瞬间汽包压力下降，水沸腾加剧，突然增加，瞬间汽包压力下降，水沸腾加剧，气泡增加，水位上升气泡增加，水位上升气泡增加，水位上升气泡增加，水位上升H1H1H2H2HH教学进程教学进程教学进程教学进程对给水扰动控制滞后对给水扰动控制滞后对给水扰动控制滞后对给水扰动控制滞后蒸汽蒸汽气泡气泡省省煤煤器器给水给水LC16.4.216.4.2锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制（1 1）单冲量控制系统单冲量控制系统单冲量控制系统单冲量控制系统汽包水位的单回路控制，汽包水位的单回路控制，汽包水位的单回路控制，汽包水位的单回路控制，“单冲量单冲量单冲
49、量单冲量”汽包水位汽包水位汽包水位汽包水位 适用于负荷小的锅炉适用于负荷小的锅炉适用于负荷小的锅炉适用于负荷小的锅炉 三个问题：三个问题：三个问题：三个问题：不能克服虚假水位带来的后果不能克服虚假水位带来的后果不能克服虚假水位带来的后果不能克服虚假水位带来的后果 对蒸汽负荷的变化控制不灵敏对蒸汽负荷的变化控制不灵敏对蒸汽负荷的变化控制不灵敏对蒸汽负荷的变化控制不灵敏教学进程教学进程教学进程教学进程前馈（蒸汽流量）前馈（蒸汽流量）前馈（蒸汽流量）前馈（蒸汽流量）反馈（汽包水位）控制系统反馈（汽包水位）控制系统反馈（汽包水位）控制系统反馈（汽包水位）控制系统16.4.216.4.2锅炉汽包水位的控
50、制锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制（2 2）双冲量控制系统双冲量控制系统双冲量控制系统双冲量控制系统 为了克服虚假水位现象，引入蒸汽流量，为了克服虚假水位现象，引入蒸汽流量，为了克服虚假水位现象，引入蒸汽流量，为了克服虚假水位现象，引入蒸汽流量，“双冲量双冲量双冲量双冲量”I=C1ICC2IFI0蒸汽蒸汽ICIFI0LC给水给水 静态前馈静态前馈静态前馈静态前馈教学进程教学进程教学进程教学进程GCC1GVGPCGmFC2GmGPDIFL0ICI0I图图图图16-2516-25（b）D16.4.216.4.2锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位的控制锅炉汽包水位