加热炉的控制系统课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2024/11/16,1,加热炉的控制,2023/10/61加热炉的控制,2024/11/16,2,4.5 加热炉的控制,4.5.1 概述,加热炉是石油化工生产过程的主要设备之一,作用：,工艺介质的升温或气化,结构形式：,箱式炉、立式炉、圆筒炉,工作原理：,对象特点：,燃料,(油)分几路(雾化喷嘴),进炉燃烧,炉膛火焰辐射给炉管,炉管经热传导、对流传热给工艺介质,炉膛容量大、时间常数大、滞后时间长；,属多容过程；可用一阶加纯滞后环节近似描述；,理论分析比较困难。,操作特点：,避免温度过高，炉管内物料可能分解、结焦,严格控制加热炉出口温度,TT,101,燃料,工艺,介质,2023/10/624.5 加热炉的控制4.5.1 概述,2024/11/16,3,4.5.2 加热炉的单回路控制,1、对象分析,主要控制指标：,工艺介质的出口温度,操作手段：,燃料油或燃料气的流量,干扰因素：,负荷量、进料温度、组分；,燃料油(气)压力、性质、,雾化状况，空气量，喷嘴阻力等,2、控制回路,(1),主要控制系统：,出口温度控制,(2),辅助控制系统：,工艺介质的流量控制系统;,燃料压力控制系统；,燃料油雾化蒸汽压力控制。,加热炉,雾化蒸汽,工艺,介质,燃,料,油,回,油,TC,101,TT,101,FC,101,FT,101,PT,101,PC,101,PT,102,PC,102,TT,101,燃料,工艺,介质,2023/10/634.5.2 加热炉的单回路控制 1,2024/11/16,4,燃料油压力,波动较大时，单回路不能,保证良好,雾,化，可采用以下方案：,用燃料油阀后压力与雾化蒸汽压力之差来,调节雾化蒸汽。,燃料油阀后压力与雾化蒸汽压力比值控制。,（前提条件：管道应畅通）,加热炉负荷大、时间常数和滞后时间较大，,单回路控制很难满足要求，炉出口温度波动较大,3、单回路控制适用场合,对炉出口温度要求不高的场合,干扰较小，且不频繁,炉膛容量较小，滞后小,也可采用流量比值控制,PT,101,PC,102,至,喷嘴,燃料,油,雾化,蒸汽,PT,102,K,PdT,101,PdC,101,至,喷,嘴,燃,料,油,雾化,蒸汽,燃料油压力较平稳时，,回路可以,满足,雾化,要求。,2023/10/64 燃料油压力波动较大时，单回路不能,2024/11/16,5,4.5.3 加热炉的串级控制,炉出口温度对炉膛温度的串级控制,炉出口温度对燃料流量的串级控制,炉出口温度对燃料阀后压力的串级控制,采用压力平衡式控制阀的控制,2023/10/654.5.3 加热炉的串级控制,2024/11/16,6,4.5.3 加热炉的串级控制,2023/10/664.5.3 加热炉的串级控制,2024/11/16,7,1、炉出口温度对炉膛温度的串级控制,干扰,(燃料压力、性质等),优点：,有利于克服燃料性质变化,注意：,(1),炉膛温度的检测点位置，选择有代表性且反应较快的点；,(2),副控制器参数不应整定得过于灵敏；,(4),炉膛温度不应有大的波动；,(5),炉膛温度测温元件及保护套管应耐高温。,炉膛温度,炉出口温度,炉膛温度比出口温度滞后小,副回路克服干扰，减小对出口温度的影响,工艺,介质,燃,料,油,TC,101,TT,101,加热炉,TT,102,TC,102,(3),副控制器不引入微分作用；,2023/10/67 1、炉出口温度对炉膛温度的串级控,2024/11/16,8,工艺,介质,燃料,TC,101,TT,101,加热炉,FT,101,FC,101,2、炉出口温度对燃料流量的串级,优点：,有利于克服燃料量变化,三串级,:,出口温度、,炉膛温度、,燃料量三参数串级,特点：,关联回路多，实施困难,工艺,介质,燃,料,油,TC,101,TT,101,加热炉,TT,102,TC,102,FT,101,FC,101,缺点,:,燃料量小、粘度大时，,流量测量困难,2023/10/68工艺燃料TCTT加热炉FTFC 2,2024/11/16,9,工艺,介质,燃,料,TC,101,TT,101,加热炉,PT,101,PC,101,工艺,介质,燃,料,油,TC,101,TT,101,加热炉,TT,102,TC,102,FT,101,FC,101,3、出口温度对燃料阀后压力的串级,燃料量小、粘度大时，流量测量困难,特点:,应用较广,4、采用压力平衡式控制阀,这种阀本身兼有压力控制器功能，相,当于炉出口温度对燃料压力的串级。,压力测量较方便,应注意管道堵塞,2023/10/69工艺燃TCTT加热炉PTPC工艺燃TCT,2024/11/16,10,浮动,(,压力平衡式,),阀工作原理,2023/10/610浮动(压力平衡式)阀工作原理,2024/11/16,11,加热炉的串级控制方案 总 结,优点,?,缺点,?,2023/10/611 加热炉的串级控制方案,2024/11/16,12,例1：催化裂化装置加热炉 控制系统,原料油加热到一定温度送给反应器,开工气体为燃料，出口温度控制浮动阀,正常生产重质油为燃料，采用炉出口温度,与燃料阀后压力串级,2023/10/612 例1：催化裂化装置加热炉,2024/11/16,13,例1：催化裂化装置加热炉 控制系统,开工,正常,2023/10/613 例1：催化裂化装置加热炉,2024/11/16,14,例2：常减压装置加热炉控制系统,原油加热到一定温度送至常压塔分馏,要求炉出口温度稳定,燃料油,来自初馏塔,常压塔,加热炉,FT,101,FC,101,FT,102,FC,102,PT,102,PC,102,TC,103,TC,104,TT,103,TT,104,PT,101,PC,101,TC,101,TT,101,TT,102,TC,102,温度控制：,炉出口温度对炉膛,温度的串级,负荷控制：,单回路流量控制,燃料干扰：,单回路压力控制,2023/10/614 例2：常减压装置加热炉控制系统,2024/11/16,15,4.5.4 加热炉的前馈 反馈控制,实际生产中，有时遇到进料量变化频繁、幅度较大,炉子时间常数大、滞后时间长,单回路或串级均很难满足要求,设计前馈 反馈控制系统,前馈主要克服进料流量的干扰,TT,101,TC,101,FT,101,FT,101,TT,101,TC,101,FT,102,FC,102,2023/10/6154.5.4 加热炉的前馈 反馈控制,2024/11/16,16,加热炉安全联锁保护控制系统,在以燃料气为燃料的加热炉中,主要危险包括,:,被加热工艺介质流量过少或中断；,熄火；,回火；,（什么情况下发生？）,脱火。,（什么情况下发生？）,2023/10/616加热炉安全联锁保护控制系统在以燃料气为,2024/11/16,17,4.5.5 加热炉的安全联锁保护系统,联锁保护系统的作用：为安全生产、防止事故,1,、,燃气加热炉,工艺介质流量过小或中断，切断燃料气,某种原因灭火时，切断燃料气,燃料气压力不能过低，流量不能太小,燃料压力不能过高，否则会引起脱气灭火,加热炉,TC,101,TT,101,PT,101,PC,101,LS,FT,102,FSL,102,FT,101,FSL,101,BS,101,2023/10/6174.5.5 加热炉的安全联锁保护系统,2024/11/16,18,LS,：,低选器；,BS,：,火焰检测器；,GL1,：,燃料气流量过低联锁装置；,GL2,：,进料流量过低联锁装置。,加热炉安全联锁保护控制系统,反作用？,反作用？,气开阀？,2023/10/618LS：低选器；加热炉安全联锁保护控制系,2024/11/16,19,2,、,燃油加热炉,(,哪个回路实现此功能,?),工艺介质流量过小或中断，切断燃料油,燃料油压力过低会回火；燃料油压力过高会脱火,雾化蒸汽压力过低或中断，造成燃料油雾化不良无法燃烧,FT,102,FSL,102,PT,102,PSL,102,BS,101,加热炉,雾化蒸汽,燃料油,TC,101,TT,101,PT,101,PC,101,LS,FT,101,FSL,101,还有什么功能,?,和燃气加热炉有什么区别,?,2023/10/619 2、燃油加热炉 工艺介,2024/11/16,20,蒋慰孙,过程控制工程,(,第,2,版,),中国石化出版社,金以慧,过程控制,清华大学出版社,参考文献,:,2023/10/620蒋慰孙过程控制工程(第2版)参考文,2024/11/16,21,锅炉设备的控制,2023/10/621锅炉设备的控制,2024/11/16,22,4.6,锅炉设备,的控制,4.6.1,概述,重要动力设备。,耗能大户,节能研究的重点,;,污染大户,环保治理的重点。,1、作用：,动力源,热源,2、组成：,2023/10/6224.6 锅炉设备的控制4.6.1 概述,2024/11/16,23,2、组成：,燃料,热空气,烟气,经引风机排出,过热器,减温器,炉膛,汽包,过热蒸汽,空气预热器,冷空气,给水,热空气送炉膛,省,煤,器,由给水泵来,3、工作原理,燃料,空气,混合燃烧发热,汽包,饱和蒸汽,过热蒸汽,母管输出,燃烧烟气,饱和蒸汽,过热蒸汽,省煤器,（给水）,空气预热器（给风）,过热器,引风机排出,采用了哪些节能措施,?,2023/10/6232、组成：燃料热空气烟气经引风机排出过,2024/11/16,24,4、对象分析,特点：,锅 炉,给水量,燃料量,送风量,引风量,减温水,汽包水位,蒸汽温度,蒸汽压力,烟气氧含量,炉膛负压,负荷,锅炉的主要输入、输出,多入多出（,MIMO,）,变量之间关联,蒸汽负荷,汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度,燃料量,蒸汽压力、汽包水位、蒸汽温度、过剩空气、炉膛负压,给水量,汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度,燃料,空气,烟,气,过热器,减温器,炉膛,汽包,过热蒸汽,空气,预热器,冷空气,给水,热空气,送炉膛,省,煤,器,由给水泵来,2023/10/6244、对象分析特点：锅 炉给水量燃料量,2024/11/16,25,多输入多输出问题,转化为若干单输入单输出问题,:,（为什么不用现代控制理论解决？）,汽包水位控制,(,物料平衡,),燃烧系统控制,(,能量平衡,),过热蒸汽系统控制,(,质量控制,),炉膛负压系统控制,(,安全控制,),工业锅炉控制方案的特点,2023/10/625多输入多输出问题 工业锅炉控制方案的特,2024/11/16,26,任务：,安全、合理的运行条件下，,提供一定温度和压力的蒸汽,要求：,蒸汽量应适合负荷变化的需要，或保持给定的负荷,蒸汽压力保持一定的范围,蒸汽温度保持一定的范围,汽包水位保持一定的范围,炉膛负压保持一定的范围,保持燃烧的经济性和安全运行,2023/10/626任务：安全、合理的运行条件下，要求：蒸,2024/11/16,27,6、主要控制系统,(1),汽包水位控制,受控变量：汽包水位,(保证安全运行的重要指标之一),(2)燃烧系统控制,操纵变量：给水流量,使给水适应锅炉的蒸发量，保持水位在一定范围内,目的：,使燃烧产生的热适应蒸汽负荷的变化,受控变量：蒸汽压力、烟气氧含量、炉膛负压,操纵变量：燃料量、送风量、引风量,(3),过热蒸汽系统控制,目的:,维持过热器出口温度、保证管壁温度不超过允许的温度,受控变量：蒸汽温度,操纵变量：减温水量,2023/10/6276、主要控制系统 (1)汽包水位控,2024/11/16,28,4.6.2 汽包水位控制,汽包水位：锅炉运行的主要指标,水位过低：负荷加大时，汽化速度加快，控制不及时会全部汽化,水位过高：影响汽水分离