工業(yè)過程控制系統(tǒng)講座(編輯修改稿)
2025-05-26 05:34 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 制質(zhì)量。 一種可行的控制方案是設(shè)計串級控制系統(tǒng)，如下圖所示。 過熱蒸汽溫度串級控制 為進(jìn)一步提高控制質(zhì)量，還可以考慮將負(fù)荷干擾作為前饋信號，構(gòu)成前饋－反饋串級控制系統(tǒng)。 鍋爐燃燒過程的控制 1．鍋爐燃燒過程的控制任務(wù) 鍋爐燃燒過程的 控制任務(wù) 是使燃料所產(chǎn)生的熱量能夠適應(yīng)鍋爐產(chǎn)汽的需要，同時還要保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。其具體任務(wù)又可分為： ① 使鍋爐出口蒸汽壓力保持穩(wěn)定； ② 保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性和對環(huán)境保護(hù)的要求； ③ 使?fàn)t膛負(fù)壓保持恒定； ④ 確保燃燒過程的安全性等。 有三個可供選擇的調(diào)節(jié)量，即 燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量 。 該控制系統(tǒng)的 設(shè)計原則 是：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，達(dá)到既要適應(yīng)負(fù)荷變化、又要使燃料量和送風(fēng)量成一定比例、還要使?fàn)t膛負(fù)壓保持一定的效果；當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷相對穩(wěn)定時，應(yīng)保持燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量也相對穩(wěn)定，并能迅速消除外界干擾對它們各自的影響 。 此外，為確保設(shè)備與人身安全，對因燃料的流速過快而導(dǎo)致燒嘴背壓過高產(chǎn)生的 “脫火”現(xiàn)象、或因燒嘴背壓過低產(chǎn)生的“回火”現(xiàn)象，都應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的安全保護(hù)系統(tǒng)，防止上述現(xiàn)象的產(chǎn)生 。 2．蒸汽壓力控制方案 影響蒸汽壓力的外界因素主要是 蒸汽負(fù)荷的變化 與 燃料量的波動 。 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，可以采用 調(diào)節(jié)燃料量 以控制蒸汽壓力的簡單控制方案； 而當(dāng)燃料量波動較大、對燃燒的經(jīng)濟(jì)性又有較高要求時，則需采用 燃料量 /空氣量 對蒸汽壓力的串級 /比值控制方案。 下圖為燃燒過程的兩種基本控制方案。 在串級 /比值控制方案中，由于燃料量是隨蒸汽負(fù)荷而變化的，所以為主動量，它與空氣量（從動量）組成單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，使燃料量與空氣量保持一定比例，以確保燃燒的充分性。 燃燒過程基本控制方案 圖（ a） 所示的基本控制方案是將蒸汽壓力調(diào)節(jié)器 PC作為串級控制的主調(diào)節(jié)器，其輸出同時作為燃料流量調(diào)節(jié)器和空氣流量調(diào)節(jié)器 FC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。 圖（ b） 所示的基本控制方案是將蒸汽壓力與燃料流量構(gòu)成串級控制，而送風(fēng)量則隨燃料量變化而變化，從而構(gòu)成比值控制，這樣可以確保燃料量與送風(fēng)量的比例，但該控制方案的缺點(diǎn)是，當(dāng)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，導(dǎo)致燃燒不充分。 下圖為燃燒過程的改進(jìn)型控制方案 該控制方案在蒸汽負(fù)荷減小、壓力增大時，可通過低值選擇器 LS先減少燃料量，后減少空氣量；而當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加、壓力減小時，可通過高值選擇器 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。 燃燒過程的改進(jìn)型控制方案 3．燃燒過程的最優(yōu)化控制方案 液體燃料的過?？諝饬颗c能量損失的關(guān)系圖 過剩空氣量常用過?？諝饴? TP qq???1??來表示 ， 為實(shí)際空氣量和理論空氣量之比， 一般情況下， ?。 由此可知， ? 是衡量經(jīng)濟(jì)燃燒的一種 直接指標(biāo) 。但由于 ? 很難直接測量，因而可用 ? 與煙氣中含氧量 a 存在的近似關(guān)系，計算出 a 的最優(yōu)值，即 aaa ?????1?例如，當(dāng) 的最優(yōu)值為 ～ ，可得 a 的最優(yōu)值為 %～ %。 因此，煙氣中的含氧量 a 可作為一種衡量經(jīng)濟(jì)燃燒的 間接指標(biāo) 。 ? 在該控制系統(tǒng)中，只要把含氧量成分控制器的給定值按正常負(fù)荷下煙氣含氧量的最優(yōu)值設(shè)定，即可使過?？諝饬糠€(wěn)定在最優(yōu)值，從而保證鍋爐燃燒最經(jīng)濟(jì)，熱效率最高。 根據(jù)以上分析可知，只要在上圖控制方案上對進(jìn)風(fēng)量用煙氣含氧量加以校正，就可構(gòu)成如下圖所示的煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統(tǒng) 要使不同負(fù)荷運(yùn)行時的鍋爐總是處于最佳燃燒狀態(tài)，則煙氣含氧量的最優(yōu)值還需隨之變化，這就需要對上圖的閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)一步加以改進(jìn)。 蒸汽流量與煙氣中最優(yōu)含氧量之間呈一非線性曲線關(guān)系，在實(shí)際使用時可用下圖所示的折線來近似。 由圖可知，當(dāng)負(fù)荷下降時，煙氣中最優(yōu)含氧量增大，也即意味著過?？諝饬吭龃螅粗嗳?。 蒸汽流量與最優(yōu)含氧量近似關(guān)系 在 煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統(tǒng) 圖所示的閉環(huán)控制系統(tǒng)中增加一折線函數(shù)發(fā)生器，對空氣過剩量進(jìn)行修正，構(gòu)成如下圖所示的最佳煙氣含氧量鍋爐燃燒控制系統(tǒng)。 最佳煙氣含氧量的鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 在該系統(tǒng)中，當(dāng)蒸汽流量變化時，其變化的信號經(jīng)函數(shù)發(fā)生器改變含氧量成分調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，然后再由含氧量成分調(diào)節(jié)器校正過?？諝饬浚瑰仩t燃燒過程在不同負(fù)荷下，始終處于最佳過?？諝饬康臓顟B(tài)。 4．爐膛負(fù)壓控制與安全保護(hù)控制方案 下圖所示為鍋爐燃燒過程爐膛負(fù)壓及安全保護(hù)控制系統(tǒng)。由圖可知，該控制系統(tǒng)又由三個子系統(tǒng)構(gòu)成。 （ 1）爐膛負(fù)壓控制：一般可通過控制引風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)。 （ 2）防“脫火”控制：通常可以采用自動選擇性控制方案。 （ 3）防“回火”控制：是一個連鎖保護(hù)控制系統(tǒng)。 爐膛負(fù)壓控制與安全保護(hù)控制系統(tǒng) 引風(fēng)檔板 空氣 預(yù)熱器 精餾塔的過程控制 精餾過程的 目的 是利用混合液中各組分揮發(fā)度的不同，將各組分進(jìn)行分離以達(dá)到規(guī)定的純度。 精餾塔的控制目標(biāo)及變量分析 1．控制目標(biāo) 精餾塔的控制目標(biāo)通常表現(xiàn)在 產(chǎn)品質(zhì)量 、 產(chǎn)品產(chǎn)量 及能量消耗 三個方面。 （ 1） 產(chǎn)品質(zhì)量 精餾操作的目的是將混合液中各組分分離為產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量必須符合規(guī)定的要求。 （ 2） 產(chǎn)品產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益 任何產(chǎn)品都要求在確保質(zhì)量的前提下，盡可能提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和降低成本、最大限度地提高經(jīng)濟(jì)效益 。 2．變量分析 精餾塔的進(jìn)、出料流程圖 （ 1）不可控干擾：進(jìn)料流量及進(jìn)料成分的變化是精餾過程中的主要干擾量。其它干擾如進(jìn)料溫度、進(jìn)料熱焓等，可以通過各自的控制系統(tǒng)使它們保持相對穩(wěn)定。 （ 2）被控量與控制量：在精餾塔控制中，控制變量與被控變量之間的配對關(guān)系共有 24種選擇。 （ 3）變量配對原則：在變量配對時首先要解決產(chǎn)品成分的變量配對問題。 精餾塔的控制方案 1．一端產(chǎn)品質(zhì)量控制 所謂一端產(chǎn)品質(zhì)量控制，是指塔頂產(chǎn)品或塔底產(chǎn)品要
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