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工业过程控制系统讲座 二、典型生产过程控制 2.3 加热炉的过程控制 被控变量：工艺介质的出口温度。 控制变量：燃料油或燃料气的流量。 主要干扰：工艺介质的进料温度、流量、组分；燃料油/燃料气的压力、流量、成分（或热值）；燃料油的雾化情况；空气充分情况；火嘴的阻力，炉膛压力等。 对象特性建模方法：定性分析+实验测试，通常可用一阶加纯滞后环节来近似。 2.3.2 管式加热炉的单回路控制系统 管式加热炉的串级控制系统 2.4 换热器的过程控制 被控变量 (1) 被加热/冷却介质的出口温度（无相变）； (2) 加热/冷却所需的热量（有相变），如精馏塔底再 沸器的蒸发量。 控制变量 (1) 调载热体的流量；(2) 调节传热平均温差； (3) 调传热面积； (4) 将工艺介质分路，一路经换 热，另一路走旁路。 2.4.1 换热器的控制方案 2.5.1反应器种类 2.5.1反应器种类 2.5.2 反应器的入口温度控制 2.5.4反应温度的串级与分程控制 2.5.5 反应温度分段控制与关联分析 聚合釜反应温度控制方案一 聚合釜反应温度控制方案二 聚合釜反应温度-压力串级控制 具有压力补偿的聚合釜内温控制 3．燃烧过程的最优化控制方案 液体燃料的过剩空气量与能量损失的关系图 过剩空气量常用过剩空气率 来表示， 为实际空气量和理论空气量之比， 一般情况下， 。由此可知， 是衡量经济燃烧的一种直接指标。但由于 很难直接测量，因而可用 与烟气中含氧量 存在的近似关系，计算出 的最优值，即 例如，当 的最优值为1.08～1.15时，可得 的最优值为1.6%～2.9%。 因此，烟气中的含氧量 可作为一种衡量经济燃烧的间接指标。 在该控制系统中，只要把含氧量成分控制器的给定值按正常负荷下烟气含氧量的最优值设定，即可使过剩空气量稳定在最优值，从而保证锅炉燃烧最经济，热效率最高。 根据以上分析可知，只要在上图控制方案上对进风量用烟气含氧量加以校正，就可构成如下图所示的烟气含氧量的闭环控制系统。 烟气含氧量的闭环控制系统 要使不同负荷运行时的锅炉总是处于最佳燃烧状态，则烟气含氧量的最优值还需随之变化，这就需要对上图的闭环控制系统进一步加以改进。 蒸汽流量与烟气中最优含氧量之间呈一非线性曲线关系，在实际使用时可用下图所示的折线来近似。 由图可知，当负荷下降时，烟气中最优含氧量增大，也即意味着过剩空气量增大，反之亦然。 蒸汽流量与最优含氧量近似关系 在烟气含氧量的闭环控制系统图所示的闭环控制系统中增加一折线函数发生器，对空气过剩量进行修正，构成如下图所示的最佳烟气含氧量锅炉燃烧控制系统。 最佳烟气含氧量的锅炉燃烧控制系统 在该系统中，当蒸汽流量变化时，其变化的信号经函数发生器改变含氧量成分调节器的设定值，然后再由含氧量成分调节器校正过剩空气量，使锅炉燃烧过程在不同负荷下，始终处于最佳过剩空气量的状态。 4．炉膛负压控制与安全保护控制方案 下图所示为锅炉燃烧过程炉膛负压及安全保护控制系统。由图可知，该控制系统又由三个子系统构成。 （1）炉膛负压控制：一般可通过控制引风量来实现。 （2）防“脱火”控制：通常可以采用自动选择性控制方案。 （3）防“回火”控制：是一个连锁保护控制系统。 炉膛负压控制与安全保护控制系统 引风档板 空气 预热器 2.2　精馏塔的过程控制 精馏过程的目的是利用混合液中各组分挥发度的不同，将各组分进行分离以达到规定的纯度。 2.2.1 精馏塔的控制目标及变量分析 1．控制目标 精馏塔的控制目标通常表现在产品质量、产品产量及能量消耗三个方面。 （1）产品质量 精馏操作的目的是将混合液中各组分分离为产品，产品质量必须符合规定的要求。 （2）产品产量与经济效益 任何产品都要求在确保质量的前提下，尽可能提高产品的产量和降低成本、最大限度地提高经济效益 。 2．变量分析 精馏塔的进、出料流程图 （1）不可控干扰：进料流量及进料成分的变化是精馏过程中的主要干扰量。其它干扰如进料温度、进料热焓等，可以通过各自的控制系统使它们保持相对稳定。 （2）被控量与控制量：在精馏塔控制中，控制变量与被控变量之间的配对关系共有24种选择。 （3）变量配对原则：在变量配对时首先要解决产品成分的变量配对问题。 2.2.2　精馏塔的控制方案 1．一端产品质量控制 所谓一端产品质量控制，是指塔顶产品或塔底产品要达到规定的纯度，而对另一端的产品纯度只要保持在一定范围内即可。它分为塔顶产品成分控制和塔