一種蒸汽加熱器控制方法
【專利說明】一種蒸汽加熱器控制方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及加熱器控制的技術(shù)領(lǐng)域，特別是蒸汽加熱器自動(dòng)控制的技術(shù)領(lǐng)域。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 蒸汽加熱器的載熱體是蒸汽，通過蒸汽冷凝釋放熱量來加熱工藝介質(zhì)，大部分的 蒸汽加熱器的控制方案是通過調(diào)節(jié)加熱蒸汽流量來控制工藝介質(zhì)的出口溫度，該方法控制 靈敏，但是要求冷凝液排出暢通以確保在加熱器內(nèi)的冷凝液量可以忽略不計(jì)。
[0003] 在某些場(chǎng)合，當(dāng)被加工工藝介質(zhì)的出口溫度較低時(shí)，采用低壓蒸汽作載熱體，傳熱 面積裕量大時(shí)，將冷凝量作為操作變量，通過調(diào)節(jié)蒸汽氣相傳熱面積，以保持出口溫度恒 定。大多數(shù)情況下，當(dāng)工藝介質(zhì)較為穩(wěn)定而且蒸汽源壓力變化不大時(shí)，采用單回路控制就能 滿足要求；實(shí)際使用時(shí)，可根據(jù)傳熱設(shè)備滯后較大的特點(diǎn)，控制器采用微分信號(hào)以改善調(diào)節(jié) 品質(zhì)；否則，當(dāng)工藝介質(zhì)口流量波動(dòng)較大或蒸汽源壓力變化頻繁時(shí)，單回路控制方案無法滿 足控制要求時(shí)，則引入前饋控制、串級(jí)控制等。
[0004] 目前也有蒸汽加熱器的控制方法，如CN201410635162換熱器的控制方法及換 熱器，該控制方法是將換熱器的殼程壓力和管程壓力之間的壓力差值與承壓閾值進(jìn)行比 較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)管程壓力，但是并不涉及到自動(dòng)調(diào)節(jié)問題，是一種調(diào)整試驗(yàn)方法；如 CN201310460534蒸汽加熱器和該蒸汽加熱器的控制方法，主要涉及的是蒸汽加熱器的結(jié)構(gòu) 與工作方法，對(duì)于工藝介質(zhì)所需要達(dá)到的溫度控制并沒有進(jìn)行說明。本發(fā)明提出的一種蒸 汽加熱器控制方法，主要針對(duì)的是對(duì)被控的工藝介質(zhì)的出口溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而滿足對(duì) 下一生產(chǎn)過程對(duì)工藝介質(zhì)的初始要求，進(jìn)一步提高控制的精度和生產(chǎn)效率。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種蒸汽加熱器控制方法，可以 立刻消除因?yàn)檎羝磯毫Φ淖兓a(chǎn)生的干擾作用，而且對(duì)工藝介質(zhì)的輸出形成閉合回 路，把工藝介質(zhì)的出口溫度反饋給控制器，從而有效地提高過程系統(tǒng)的控制精度，并且易于 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種蒸汽加熱器控制方法，是在基于蒸汽加熱器 串級(jí)控制算法的基礎(chǔ)上，將蒸汽源的輸出壓力作為前饋信號(hào)，具體步驟包括：
[0007] a前饋建模：建立蒸汽源壓力表征的蒸汽流量變化的模型，確定前饋控制的數(shù)學(xué) 關(guān)系；
[0008] b過程建模：根據(jù)能量守恒與物流守恒方程進(jìn)行機(jī)理建模，建立蒸汽量與工藝介 質(zhì)出口溫度的數(shù)學(xué)表達(dá)式；
[0009] c初值給定：確定工藝介質(zhì)出口溫度的設(shè)定值θ T(|;
[0010] d數(shù)據(jù)采樣：確定采樣周期Τ，采樣當(dāng)前時(shí)刻蒸汽閥門前的蒸汽流量、閥門開度、 蒸汽閥門后的蒸汽壓力、主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)等；
[0011] e參數(shù)整定：根據(jù)工程整定方法，按照"先副環(huán)再主環(huán)"的原則，整定串級(jí)回路的參 數(shù)。
[0012] 作為優(yōu)選，所述蒸汽閥門前的蒸汽流量信號(hào)，是根據(jù)蒸汽源壓力變動(dòng)的特性等不 同而不同，在前饋信號(hào)建模過程中具有一一對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)，具有唯一性。
[0013] 作為優(yōu)選，所述一種蒸汽加熱器控制方法是在克服蒸汽閥門后的蒸汽壓力的擾動(dòng) 下，進(jìn)一步消除因?yàn)檎羝磯毫Φ淖兓a(chǎn)生的干擾作用，是前饋一串級(jí)控制方法。
[0014] 作為優(yōu)選，所述整參數(shù)步驟是先將主調(diào)節(jié)器的比例帶放在100%處，用"衰減曲線 法"整定副回路，然后將副回路視為調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一部分，用同樣的方法整定主回路。
[0015] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過蒸汽加熱器串級(jí)控制和蒸汽源壓力表征的蒸汽流 量作為前饋信號(hào)，在主調(diào)節(jié)器控制工藝介質(zhì)的出口溫度，保證工藝介質(zhì)的溫度要求，副調(diào)節(jié) 器接受主調(diào)節(jié)器的校正信號(hào)和蒸汽閥門之后的蒸汽壓力信號(hào)的同時(shí)，消除因?yàn)檎羝麎毫Φ?變化而產(chǎn)生的干擾，還能夠立刻克服因蒸汽源壓力的變動(dòng)所產(chǎn)生的干擾，是一種能夠?qū)?藝介質(zhì)所需的出口溫度進(jìn)行精確、有效的控制方法，有利于計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)控制與在線校正， 對(duì)相關(guān)控制過程的具有推廣意義。
[0016] 本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。 【【附圖說明】】
[0017] 圖1是本發(fā)明一種蒸汽加熱器控制方法的前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)方案；
[0018] 圖2是本發(fā)明一種蒸汽加熱器控制方法的流程圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0019] 參閱圖1、圖2,本發(fā)明一種蒸汽加熱器控制方法，具體步驟包括：
[0020] 步驟一、建立蒸汽源壓力表征的蒸汽流量變化的模型，確定前饋控制的數(shù)學(xué)關(guān) 系；
[0021] 步驟二、根據(jù)能量守恒與物流守恒方程進(jìn)行機(jī)理建模，建立蒸汽量與工藝介質(zhì)出 口溫度的數(shù)學(xué)表達(dá)式；
[0022] 步驟三、確定工藝介質(zhì)出口溫度的設(shè)定值θτ。；
[0023] 步驟四、確定采樣周期Τ，采樣當(dāng)前時(shí)刻蒸汽閥門前的蒸汽流量、閥門開度、蒸汽閥 門后的蒸汽壓力、主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)等；
[0024] 步驟五、根據(jù)工程整定方法，按照"先副環(huán)再主環(huán)"的原則，整定串級(jí)回路的參數(shù)。
[0025] 所述一種蒸汽加熱器控制方法是在改進(jìn)串級(jí)控制控制的基礎(chǔ)上，考慮蒸汽源的波 動(dòng)，加入前饋信號(hào)，從而改善蒸汽加熱器的控制效果。
[0026] 步驟二中，熱量平衡關(guān)系忽略熱損失等次要因素，蒸汽釋放出的熱量等于工藝介 質(zhì)吸收的熱量：
[0027] q = G2C2 ( Θ 2廠 Θ 2〇) = G1C1 ( θ 1〇- θ π)
[0028] 式中，q為傳熱速率（J/h) ;G為質(zhì)量流量（kg/h) ;C為平均比熱[X/(kg · K)] ; Θ 為溫度（K);式中的下標(biāo)為工藝介質(zhì)，2為蒸汽，i為進(jìn)口，〇為出口。
[0029] 傳熱速率關(guān)系式為：
[0030] q = UAmA 0m
[0031] 式中，Δ θπ是平均溫差，逆流、單程條件下是一個(gè)對(duì)數(shù)平均數(shù)。
[0032]
在1/3~3之間時(shí)，算術(shù)平均值可以表示為：
[0036] 所述蒸汽閥門前的蒸汽流量信號(hào)，是根據(jù)蒸汽源壓力變動(dòng)的特性等不同而不同， 在前饋信號(hào)建模過程中具有一一對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)，具有唯一性；所述一種蒸汽加熱器控制方法 是在克服蒸汽閥門后的蒸汽壓力的擾動(dòng)下，進(jìn)一步消除因?yàn)檎羝磯毫Φ淖兓a(chǎn)生的 干擾作用，是前饋一串級(jí)控制方法；所述整參數(shù)步驟是先將主調(diào)節(jié)器的比例帶放在100% 處，用"衰減曲線法"整定副回路，然后將副回路視為調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一部分，用同樣的方法整 定主回路。
[0037] 本發(fā)明工作過程：
[0038] 本發(fā)明通過蒸汽加熱器PID串級(jí)控制和蒸汽源壓力表征的蒸汽流量作為前饋信 號(hào)，在主調(diào)節(jié)器控制工藝介質(zhì)的出口溫度，保證工藝介質(zhì)的溫度要求，副調(diào)節(jié)器接受主調(diào)節(jié) 器的校正信號(hào)和蒸汽閥門之后的蒸汽壓力信號(hào)的同時(shí)，消除因?yàn)檎羝麎毫Φ淖兓a(chǎn)生的 干擾，還能夠立刻克服因蒸汽源壓力的變動(dòng)所產(chǎn)生的干擾，是一種能夠?qū)に嚱橘|(zhì)所需的 出口溫度進(jìn)行精確、有效的控制方法，有利于計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)控制與在線校正，對(duì)相關(guān)控制過 程的具有推廣意義。
[0039] 上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的說明，不是對(duì)本發(fā)明的限定，任何對(duì)本發(fā)明簡單變換后 的方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 本發(fā)明提出了一種蒸汽加熱器控制方法，是在基于蒸汽加熱器串級(jí)控制算法的基礎(chǔ) 上，將蒸汽源的輸出壓力作為前饋信號(hào)，具體步驟包括： a前饋建模：建立蒸汽源壓力表征的蒸汽流量變化的模型，確定前饋控制的數(shù)學(xué)關(guān) 系； b過程建模：根據(jù)能量守恒與物流守恒方程進(jìn)行機(jī)理建模，建立蒸汽量與工藝介質(zhì)出 口溫度的數(shù)學(xué)表達(dá)式； c初值給定：確定工藝介質(zhì)出口溫度的設(shè)定值0T(I; d數(shù)據(jù)采樣：確定采樣周期T，采樣當(dāng)前時(shí)刻蒸汽閥門前的蒸汽流量、閥門開度、蒸汽 閥門后的蒸汽壓力、主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)等； e參數(shù)整定：根據(jù)工程整定方法，按照"先副環(huán)再主環(huán)"的原則，整定串級(jí)回路的參數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種蒸汽加熱器控制方法，其特征在于：(a)步驟中，所述蒸汽 閥門前的蒸汽流量信號(hào)，是根據(jù)蒸汽源壓力變動(dòng)的特性等不同而不同，在前饋信號(hào)建模過 程中具有一一對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)，具有唯一性。3. 如權(quán)利要求1所述的一種蒸汽加熱器控制方法，其特征在于：(b)步驟中，所述一種 蒸汽加熱器控制方法是在克服蒸汽閥門后的蒸汽壓力的擾動(dòng)下，進(jìn)一步消除因?yàn)檎羝磯?力的變化而產(chǎn)生的干擾作用，是前饋一串級(jí)控制方法。4. 如權(quán)利要求1所述的一種蒸汽加熱器控制方法，其特征在于：（e)步驟中，所述整參 數(shù)步驟是先將主調(diào)節(jié)器的比例帶放在100%處，用"衰減曲線法"整定副回路，然后將副回路 視為調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一部分，用同樣的方法整定主回路。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種蒸汽加熱器控制方法，是在基于蒸汽加熱器串級(jí)控制算法的基礎(chǔ)上，將蒸汽源的輸出壓力作為前饋信號(hào)，具體步驟包括：(a)前饋建模：建立蒸汽源壓力表征的蒸汽流量變化的模型；(b)過程建模：根據(jù)能量守恒與物流守恒方程進(jìn)行機(jī)理建模，建立蒸汽量與工藝介質(zhì)出口溫度的數(shù)學(xué)模型；(c)初值給定；(d)數(shù)據(jù)采樣；(e)參數(shù)整定。本發(fā)明在主調(diào)節(jié)器控制工藝介質(zhì)的出口溫度，保證工藝介質(zhì)的溫度要求，副調(diào)節(jié)器接受主調(diào)節(jié)器的校正信號(hào)和蒸汽閥門之后的蒸汽壓力信號(hào)的同時(shí)，消除因?yàn)檎羝麎毫Φ淖兓a(chǎn)生的干擾，還能夠立刻克服因蒸汽源壓力的變動(dòng)所產(chǎn)生的干擾，是一種能夠?qū)に嚱橘|(zhì)所需的出口溫度進(jìn)行精確、有效的控制方法。
【IPC分類】F22B1/08
【公開號(hào)】CN104976602
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510355438
【發(fā)明人】楊海霞, 呂碧升
【申請(qǐng)人】潘秀娟
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年6月23日