第十六章_传热设备的控制.pptx

16.2 换热器的特性
仿真分析（静态放大倍数）： T1i → T1o ： 式11-8
T2i → T1o ： 式11-9
T10 1
1
T1i
G1c1 KF
1 2
1
G1c1 G2c2
T10
1
T2i
G1c1 KF
1 2
1
G1c1 G2c2
16.2 换热器的特性
仿真分析（静态放大倍数）：
① 控制载热体流量
用载热体流量控制介质出口温 度，最常用的方法
特点：简单易行
TC
但是，当G2已经很大， 而温差较小时，迟钝 控制
另外，若工艺上不允许
对载热体节流时，不 能采用这种方案
载热体 G2
图16-8
工业 介质 G1
16.3.1 换热器的控制
② 介质旁路控制
介质混合过程
控制及时（相当于前馈机理）
过程控制系统及工程
第16章 传热设备的控制 信息学院自动化系：孙洪程 Email:Sunhc@mail.buct.edu.cn
第11章
传热设备的控制
16.1 概述 16.2 传热设备的特性 16.3 一般传热设备的控制 16.4 锅炉设备的控制 16.5 加热炉的控制 16.6 蒸发器的控制
16.1 概述
16.2 换热器的特性
① 对象静态特性分析 基于热量平衡方程和传热速率方程， 用于系统扰动分析及
静态控制设计依据假设工艺介质与载热体均无相变，而且 没有热损失。 即 被加热物料得到的热量/单位时间 = 载热体放出的热量/单位时间
q G1c1(T10 T1i ) G2c2 (T2i T20 )
蒸汽G2
TC
FC
G1 凝液
图16-14 前馈-反馈控制系统
16.3.3 冷凝冷却器的控制
热载体为液态冷却剂，通过在换热器内蒸发，带走介质热量
① 控制载热体流量
优点：控制平稳，对出口气相压力没有影响
缺点：控制不灵活，另外要保证液位不能过高，防止汽带液
T-L串级控制系统
气氨
TC 图16-16
液氮
16.3.3 冷凝冷却器的控制
q=KFΔT
T10 T1i
1
T2i T1i
G1c1 KF
1 2
1
G1c1 G2c2
单程、逆流管式换热器静态特性基本表达式
16.2 换热器的特性
热交换过程的传热速率方程
q KFmTm
K 为传热系数；Fm 为传热面积； ΔTm 为传热壁两侧流体的平均温差.
对于逆流单程换热器， 可取对数平均值
备，而蒸汽质量对过程生产有直接影响
分类： 锅炉有多种分类，根据锅炉用途、燃料性质（煤、油、气）
结构： 燃烧系统、给水系统、蒸汽产生系统
压力：
低压小于或等于2.45MPa的锅炉，蒸汽温度多为饱和温度或不
对物料进行加热或冷却的设备称为传热设备 16.1.1传热设备的类型
传热方式： 传导、对流、辐射 物流接触关系： 直接接触式，间壁式、蓄热式 热量交换形式： 无相变的热量交换、有相变的热量交换
结构形式：列管式、蛇管式、夹套式、套管式 一般传热设备（以上） 特殊传热设备：加热炉、锅炉、蒸发器等
16.2 一般传热设备的控制
另外，还可以组成前馈——串级控制方案图 载热体
G2
TC
图16-9
工业介质G1
16.3.2 蒸汽加热器的控制
蒸汽作为热载体，工业常用 ① 控制载热体流量 蒸汽发生相变，可同时通过ΔT和传热面积控制，只是
要注意出口液体能够连续排出。 蒸汽G2
TC
G1
图16-12
凝液
16.3.2 蒸汽加热器的控制
② 控制冷凝液排量 热载体的出口控制，通过改变F控制 控制阀控制液体，口径可以小些，液体 控制平稳， 缺点：滞后
Tm
(T2o T1i ) (T2i T1o )
ln
T2o T2i
T1i T1o
若 T2o T1i 在1/3 ~ 3 之间，则可用算术平均近似
T2i T1o
Tm
(T2o
T1i ) (T2i 2
T1o )
16.2 换热器的特性
热交换过程的静态方程
q1 c1G1(T1o T1i ) c2G2 (T2i T2o )
Pm
3
5 6 2
热空气
燃料 1
热空气送往炉膛
7
8
给水（由水泵来）
冷空气（由送风机来）
烟气（经引风机送往烟囱）
1一燃烧嘴；2一炉膛；3一汽包；4一减温器；5一炉墙； 6一过热器；7一省煤器；8一空气预热器
16.4 锅炉设备的控制
16.4.1概述 作用： 锅炉产生蒸汽，而蒸汽一般是过程设备的能量来源——动力设
q
KFm
(T2o
T1i ) 2
(T2i
T1o )
c1G1 (T1o
T1i )
c1G1 KFm
(T1o
T1i )
(T2i
T1i )
1 2
1
c1G1 c2G2
(T1o
T1i
)
T1o T1i
1
T2i T1i
c1G1 KFm
1 2
1
c1G1 c2G2
单程、逆流管式换热器静态特性基本表达式
T1i→T1o ：
又是空间的函数
W1 s
精确描述：偏微分方程， G(s) K1e G1 K1e s
求解困难
动态纯滞后环节
经验公式近似描述：
T2i→T1o、 G1→T1o 、 G2→T1o
G(s)
K
e 2 s
(1s 1)( 2s 1)
带纯滞后的二阶惯性环节
16.3 换热器的控制
控制方案
两类基本方案：控制载热体流量、旁路控制介质流量
② 控制汽相流量
控制灵活，但出口压力波 动，若 直接进入压缩机，对压缩机有影响
气氨
TC
LC 液氮
第11章
传热设备的控制
16.1 概述 16.2 传热设备的特性 16.3 一般传热设备的控制 16.4 锅炉设备的控制 16.5 加热炉的控制 16.6 蒸发器的控制
教学进程
D 过热蒸汽送负荷设备
DS
换热器、蒸汽加热器、再沸器、冷凝器等
16.1.2传热设备作用及控制
控制要求： （1） 对工艺介质进行加热或冷却 （2） 使工艺介质发生相变 （3） 热量回收
主要是进行温度控制，以及一些保护性控制
16.2 换热器的特性
G2c2
T2i
G1c1 T10
G1c1 T1i
G2c2 T20 图 逆流单程换热器
T1o --G2 ：
T1o --G1 ：
严重非线性，若其它环节为线性，调节阀需选用等 百分数阀。
T10 T1i T2i T1i
G1c1 Fra Baidu bibliotek1 KF
2 4
T10 T1i T2i T1i
G2c2 KF
G2c2 3 KF 1
G1c1 KF
16.2 换热器的特性
② 对象动态特性分析
分布参数对象：既是时间函数，