Файл: Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов.pdf

значение направляется как задание на регулятор расхода топлива. Если же расход топлива превышает заданное зпачение, его текущее значение автоматически подается в качестве задания на регулятор расхода воздуха. Таким образом, обеспечивается защита промыш­ ленной печи от образования в ней взрывоопасной смеси.

Огневые нагреватели. На нефтеперерабатывающих заводах при­ меняют нагреватели, в которых высокие температуры продукта получают непосредственным сжиганием топлива. Необходимая тем­ пература нагреваемой жидкости па выходе из нагревателя поддер­ живается изменением расхода топлива. Это влечет за собой необхо­ димость регулирования соотношения расходов воздуха, подаваемого

втаком случае аналогично уравнению, выведенному ранее для

теплообменника и графически представленному на рис. V I I I - 4 . Единственное отличие заключается в том, что вместо расхода водя­ ного пара здесь фигурирует расход топлива, а вместо теплоты паро­ образования — теплота сгорания топлива. Потери тепла с дымовыми газами могут быть значительными, но они изменяются прямо про­ порционально нагрузке нагревателя, что легко компенсируется регулятором температуры по отклонению, как это показано на рис. V I I I - 1 7 .

Если применяется газообразное топливо, его массовый расход нетрудно вычислить даже прп частых или быстрых изменениях температуры и давления.

Паровые котлы

Для успешной автоматизации процесса парообразования необ­ ходимо знание термодинамических свойств водяного пара. Энтальпия пара является функцией его температуры. Если пар находится в равновесии с жидкостью, увеличить его энтальпию можно повы­ шением давления. При невозможности повышения давления энталь­ пия пара может быть увеличена путем перегрева его прп отсутствии

233

жидкости Б занимаемом пм пространстве. Перегретый пар можно получить дросселированием насыщенного пара. Этот процесс про­ текает при постоянстве энтальпии. При этом давление пара падает, но температура остается практически постоянной.

Массовый расход пара может быть измерен обычным расходомером по перепаду давления, состоящим из диафрагмы и дифманометра,

всоответствии с уравнением:

W=kVhp

где W — массовый расход пара; к — коэффициент, пропорциональ­ ный площадп отверстия диафрагмы;-/г — перепад давления на диаф­ рагме; р — избыточное давление.

При использовании такого расходомера следует вводить поправку в его показания, если условия его эксплуатации отличны от условий калибровки. Давление и температура насыщенного водяпого пара взаимозависимы, поэтому для определения плотности пара исполь­ зуют любой из этих параметров. Заметим, что давление и плотность пара связаны между собой линейной зависимостью.

При приближенном расчете9 массового расхода перегретого пара можно принять, что плотность его изменяется обратно пропорцпональпо изменению температуры и прямо пропорционально изменению давления. Если расходомер используется для контроля действительного расхода тепла, следует иметь в виду, что с измене­

ростью циркулирует по трубам, частично испаряясь. Освободившись от пара в верхней части котла, вода возвращается через относи­ тельно холодные сливные трубы в нижнюю его часть, а затем снова перемещается вверх. Регулирование уровня жидкости в сепарационном пространстве барабанного котла связано с определенными трудностями. Комбинированная система регулирования, предназна­ ченная для регулирования уровня жидкости в таком аппарате, была

Рассмотрим влияние некоторых кратковременных теиловьтх воз­ действий на уровень жидкости. Допустим, что питательная вода

в трубах, вызывая разрушение паровых пузырей и снижая кажу­ щийся уровень жидкости в барабане котла. В результате появляется

234

где V — объем парового пространства в барабане котла. Заменим производную dp[dt величиной рассогласования между текущим и заданным значениями параметра, определяемой по регулятору давления:

где К — коэффициент, зависящий от технических характеристик котла; рг, — заданное значение параметра регулятора давления.

В статическом состоянии р — pD и WD = W. Внезапное открытие клапана на линии пара приведет к кратковременному увеличению расхода пара W н постепенному падению давления р. Затем расход пара начнет уменьшаться, возвращаясь к первоначальному значе­ нию. Это происходит до тех пор, пока не начнет сказываться влияние

Рис. I X - 9 . Схема регулирования давления пара в котле путем поддержания постоянства соотпошепня расходов подаваемого в топку топлива и водяного пара.

изменения скорости горения. Вследствие прямо пропорциональной зависимости между величиной рассогласования на регуляторе и увеличением расхода пара скорость горения будет поддерживаться па более высоком уровне. Расход пара при этом повысится до тре­ буемого значения, а давление в котле восстановится. На рис. 1Х-9 представлена описанная система регулирования с контуром обратной связи.

Энтальпия перегретого пара при данном давлении является функцией его температуры. Регулирование температуры часто осу­ ществляется изменением места подачи греющих газов к трубам пароперегревателя. Однако такое перераспределение греющих газов существенно не влияет на энтальпию пара. Поэтому применяют впрыскивание воды в паропровод на згчастке между пароперегре­ вателем и термочувствительным элементом регулятора. Тепловой процесс в данном случае представляет собой процесс смешения, поэтому установка регулятора именно на этом участке позволяет эффективно осуществить регулирование.

Прямоточные котлы. Анализ процесса управления прямоточным котлом-объектом с плавными характеристиками более прост, чем анализ процесса управления барабанным котлом. В паровых котлах пар обращается в трубах, причем ие имеет значения, где именно. В водогрейных котлах вода нагревается без изменения агрегатного

236

в основном давлением и температурой пара и производительностью. Первые два параметра должны поддерживаться на заданных уров­ нях, а третий представляет собой тепловую нагрузку установки. Эти параметры регулируются изменением скорости горения, расхода питательной воды и степени открытия проходного сечения клапана, установленного па линии пара.

Рпс. IX-10. Схема прямоточного котла:

1 — насос; г — пламенный нагреватель; з — форсунка; i — пламенный пере­ греватель; 5 — клапан (в кружках приведены обозначения измеряемых параметров).

Указанные переменные величины взаимодействуют во всем диа­ пазоне их изменения, поэтому работа трех не связанных между собой замкнутых контуров регулирования будет неудовлетворительной. Для оценки взаимного влияния параметров процесса сравним реак­ цию регулируемых переменных на ступенчатые возмущения каждой из изменяемых величин1 9 .

1. Увеличение скорости горения вызовет возрастание произво­ дительности котла и температуры пара. Прп фиксированном поло­ жении парового клапаиа давление до него будет увеличиваться, так как известно, что при увеличении производительности котла возрастают давление пара п перепад давления на клапане.

2. Увеличение расхода питательной воды вызовет увеличение расхода пара при неизменных производительности котла и давлении пара. При увеличении расхода пара его температура снизится.

3. Увеличение степени открытия проходного сечения парового клапана приведет к постепенному снижению давления пара до нового постоянного значения и, следовательно, к некоторому изменению- в течение этого времени отбираемого количества пара. Однако при достижении нового равновесного состояния расход пара должен возвратиться к первоначальному, так как подача питательной воды и скорость горения не изменились.

Не" рассчитывая значения коэффициентов передачи процесса, представим приведенные выше переходные процессы в виде безраз­ мерной матрицы. Для этого введем следующие обозначения: Q —

237