【正文】 壓力 （設(shè)定值應(yīng)為負壓），操縱量為引風(fēng)量，由控制器 來控制煙道中的蝶閥開度，以改變引風(fēng)量，實現(xiàn)爐膛中負壓恒定。這對于鍋爐蒸汽負荷波動較小的情況，是可以的。但是，如果負荷變化較大，燃料量與送風(fēng)量會有相應(yīng)改變，由于引風(fēng)量僅在爐膛負壓有偏差時才作調(diào)整，所以引風(fēng)量的變化落后于送風(fēng)量的變化，從而使?fàn)t膛負壓產(chǎn)生較大波動。此時如果仍用單回路控制，恐怕難以解決問題。為此，可將送風(fēng)量作為一種干擾，通過前饋的方式將其引入爐膛壓力反饋控制系統(tǒng)中來，形成前饋 反饋控制系統(tǒng)，以確保爐膛負壓穩(wěn)定。實踐中，也可以考慮將蒸汽壓力控制器 的輸出作為前饋輸入，因為它直接反映了燃料量和空氣量的變化，如圖 1016 所示左半部分。 1PT1PC2PC （ 2）安全保護系統(tǒng) 這里的安全保護一是防止脫火，二是防止回火。其目的是保護鍋爐的正常運行，并對工作人員的生命和鍋爐設(shè)備具有保護作用。 當(dāng)燃料壓力過高，流速過快時，噴嘴易發(fā)生脫火事故。正常情況下，由蒸汽壓力控制器 的輸出，控制燃料閥，以維持鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定。當(dāng)噴嘴壓力異常高時，背壓控制器 通過低選器 LS 控制燃料閥，即關(guān)小閥門，減小背壓，防止脫火的出現(xiàn)。如圖 1016 左上半部分。 2PC3PC 當(dāng)燃料壓力過低，爐膛內(nèi)壓力大于燃料壓力時，噴嘴易發(fā)生回火事故。一旦噴嘴背壓過低（由 檢測），壓力開關(guān) PSA 動作，將燃料調(diào)節(jié)閥前的閥門關(guān)斷，以保護鍋爐安全。見圖 1016 右上半部分所示。 4PTP C1P T1P C2P T2?P S AP T4P C3KL SP T3燃 料蒸 汽汽 包鍋爐空 氣圖 1016 爐膛壓力控制及安全保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 蒸汽過熱過程的控制 過熱蒸汽溫度是鍋爐設(shè)備，尤其是火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備的重要參數(shù)。由于過熱蒸汽溫度很 高，通常是接近設(shè)備材料允許的最高溫度。如果溫度再高，將損壞過熱器，同時熱膨脹會引起設(shè)備變形；如果過熱蒸汽溫度偏低，則設(shè)備或機組效率變低。所以，應(yīng)控制過熱器出口溫度，使設(shè)備安全有效地運行。蒸汽過熱設(shè)備包括一級過熱器、降溫器、二級過熱器和輸出管道等幾部分，對這一過程控制的任務(wù)是：使過熱蒸汽出口溫度維持在既定的范圍之內(nèi)，并且不讓過熱器管壁溫度超過允許范圍，使水生氣的生產(chǎn)過程高效、安全地運行。 通過對蒸汽過熱過程的分析，不難看出，采用降溫水作操縱量、出口過熱蒸汽溫度作被控量較為合理。但是，由于過熱器管道較長、金屬管壁有較大的熱慣性，過程數(shù)學(xué)模型中的純時延時間和慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)均不小，若采用單回路控制方式，則有控制不及時的問題，難以滿足生產(chǎn)需要。為此，可選用串級控制系統(tǒng)，將降溫器蒸汽出口溫度作副被控量，過熱器出口溫度作主被控量，可明顯提高控制性能，具體控制結(jié)構(gòu)如圖 1017 所示。 由于副控制器 需迅速消除副回路中干擾的影響，且對降溫器出口處溫度差無特別要求，可選擇副控制器為比例控制規(guī)律，主控制器 需要控制過熱器出口處溫度為設(shè)定值，因而選用比例 積分控制規(guī)律或者比例 積分 微分控制規(guī)律。 2TC1TC 有了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，畫出系統(tǒng)控制方框圖就比較容易，這可作為一個練習(xí)，留給讀者自己完成。 以上的討論基本涵蓋了工業(yè)鍋爐的主要流程控制問題，根據(jù)各個部分作用和功能的不同，將其分為汽包水位控制系統(tǒng)、燃燒控制系統(tǒng)和蒸汽過熱控制系統(tǒng)。實際上它們在運行過程中是互相聯(lián)系、有序進行的。通過燃燒加熱，使水變?yōu)檎羝?，最終為生產(chǎn)提供有壓力和溫度要求的蒸汽動力和熱源，滿足生產(chǎn)需要。由于控制過程中的物理量不少都是相互關(guān)聯(lián)的，實際上鍋爐 T C1T T2T T1T C2降 溫 水降 溫 器平 衡 蒸 汽一 級 過 熱 器二 級 過 熱 器煙 道過 熱 蒸 汽 送 負 載圖 1017 過熱蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 設(shè)備的過程控制是多輸入多輸出的控制問題，只是在一些條件下，盡量保持次要物理量不變，而著重考慮主要物理量的變化與控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有不少鍋爐設(shè)備的控制用上了計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其控制方式也是以儀表控制為基礎(chǔ)，適當(dāng)?shù)匾胗嬎銠C和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與技術(shù)，使得鍋爐設(shè)備的控制性能與水平上了一個新的臺階。限于篇幅，在此不繼續(xù)討論了。 本章小結(jié) 過程控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個很大的題目，由于控制涉及的行業(yè)和部門不同，過程控制的形式會有不小的差別，但是設(shè)計內(nèi)容和方法卻大同小異。根據(jù)設(shè)計原則，做到具體問題，具體分析、區(qū)別對待、謹慎處理，這倒是有技巧，值得研究。本章介紹了過程控制系統(tǒng)設(shè)計的基本知識，包括設(shè)計內(nèi)容和方法，并以工業(yè)鍋爐設(shè)備的控制為例，討論了具體的設(shè)計方法，提出了一些解決問題的思路，這些對其它控制系統(tǒng)的設(shè)計具有參考和借鑒作用。 一個完整的過程控制系統(tǒng)設(shè)計與建立，主要包括 ： 控制方案設(shè)計、工程設(shè)計、工程安裝與儀表調(diào)試，以及控制器參數(shù)整定等四部分。前兩項是設(shè)計的主要內(nèi)容，后兩項著重于實施，也就是系統(tǒng)的建立與完善。 工業(yè)鍋爐汽包水位控制是保證鍋爐正常工作和安全運行的基礎(chǔ)，鍋爐燃燒控制是保證鍋爐經(jīng)濟、安全運行的關(guān)鍵，鍋爐過熱蒸汽溫度控制是實現(xiàn)鍋爐生產(chǎn)重要質(zhì)量指標(biāo)的方法。這三種控制構(gòu)成了鍋爐設(shè)備控制的主體。 思考題與習(xí)題 101 過程控制系統(tǒng)的設(shè)計有哪些內(nèi)容？ 102 過程控制系統(tǒng)的方案設(shè)計有哪些具體內(nèi)容？ 103 什么是工程設(shè)計？它主要包括哪些內(nèi)容？ 104 有習(xí)題 104 圖所示的蒸汽加熱器系統(tǒng)，要求工藝介質(zhì)出口溫度達到規(guī)定的控制指標(biāo)，試分析下列情況下應(yīng)選哪種控制方案，并畫出帶控制點的流程圖與方框圖。 vpfi,GT凝 液蒸 汽工 藝 介 質(zhì)TT T習(xí)題 104 圖 （ 1）工藝介質(zhì)流量 與蒸汽壓力 均比較穩(wěn)定。 fG vpvpfGfGvp （ 2）工藝介質(zhì)流量 比較穩(wěn)定，但蒸汽壓力 波動較大。 （ 3）蒸汽壓力 比較穩(wěn)定，但工藝介質(zhì)流 量波動較大。 105 根據(jù)圖 1017，畫出相應(yīng)的控制系統(tǒng)方框圖。 106 習(xí)題 106 圖所示的加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)，其中 T 和 分別為被加熱介質(zhì)的加熱爐出口溫度及其測量值， p 和 分別為燃料氣的閥后壓力及其測量值， u 為 PC 控制器輸出信號， 和 分別為壓力控制器 PC 和溫度控制器 TC 的設(shè)定值， PT 為壓力檢測器， TT 為溫度檢測器， PC 和 TC 分別為壓力控制器和溫度控制器。 mTmpsppspTP TT CT TP C pmp mTuspT spp燃 料 氣出 料進 料習(xí)題 106 圖 （ 1）畫出該控制系統(tǒng)的完整方框圖（要求注明每個方塊的輸入輸出信號）。 （ 2）確定燃料氣調(diào)節(jié)閥的氣開、氣閉形式，并說明理由。 （ 3）確定控制器 PC 和 TC 的正反作用方式。 （ 4）假設(shè)控制器 PC 和 TC 均采用 PID 規(guī)律，請說明 “積分飽和” 現(xiàn)象，并提出有效的防積分飽和措施。