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 【技術領域】
[0001] 本發明涉及加熱器控制的技術領域，特別是蒸汽加熱器自動控制的技術領域。 【【背景技術】】
[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，大部分的 蒸汽加熱器的控制方案是通過調節加熱蒸汽流量來控制工藝介質的出口溫度，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的冷凝液量可以忽略不計。
[0003] 在某些場合，當被加工工藝介質的出口溫度較低時，采用低壓蒸汽作載熱體，傳熱 面積裕量大時，將冷凝量作為操作變量，通過調節蒸汽氣相傳熱面積，以保持出口溫度恒 定。大多數情況下，當工藝介質較為穩定而且蒸汽源壓力變化不大時，采用單回路控制就能 滿足要求；實際使用時，可根據傳熱設備滯后較大的特點，控制器采用微分信號以改善調節 品質；否則，當工藝介質口流量波動較大或蒸汽源壓力變化頻繁時，單回路控制方案無法滿 足控制要求時，則引入前饋控制、串級控制等。
[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行比 較，根據比較結果調節管程壓力，但是并不涉及到自動調節問題，是一種調整試驗方法；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構 與工作方法，對于工藝介質所需要達到的溫度控制并沒有進行說明。本發明提出的一種蒸 汽加熱器控制方法，主要針對的是對被控的工藝介質的出口溫度的自動調節，從而滿足對 下一生產過程對工藝介質的初始要求，進一步提高控制的精度和生產效率。 【
【發明內容】
】
[0005] 本發明的目的就是解決現有技術中的問題，提出一種蒸汽加熱器控制方法，可以 立刻消除因為蒸汽源壓力的變化而產生的干擾作用，而且對工藝介質的輸出形成閉合回 路，把工藝介質的出口溫度反饋給控制器，從而有效地提高過程系統的控制精度，并且易于 實現計算機控制。
[0006] 為實現上述目的，本發明提出了一種蒸汽加熱器控制方法，是在基于蒸汽加熱器 串級控制算法的基礎上，將蒸汽源的輸出壓力作為前饋信號，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，確定前饋控制的數學 關系；
[0008] b過程建模：根據能量守恒與物流守恒方程進行機理建模，建立蒸汽量與工藝介 質出口溫度的數學表達式；
[0009] c初值給定：確定工藝介質出口溫度的設定值θ T(|;
[0010] d數據采樣：確定采樣周期Τ，采樣當前時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、主調節器和副調節器的控制參數等；
[0011] e參數整定：根據工程整定方法，按照"先副環再主環"的原則，整定串級回路的參 數。
[0012] 作為優選，所述蒸汽閥門前的蒸汽流量信號，是根據蒸汽源壓力變動的特性等不 同而不同，在前饋信號建模過程中具有一一對應的特點，具有唯一性。
[0013] 作為優選，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 下，進一步消除因為蒸汽源壓力的變化而產生的干擾作用，是前饋一串級控制方法。
[0014] 作為優選，所述整參數步驟是先將主調節器的比例帶放在100%處，用"衰減曲線 法"整定副回路，然后將副回路視為調節系統中的一部分，用同樣的方法整定主回路。
[0015] 本發明的有益效果：本發明通過蒸汽加熱器串級控制和蒸汽源壓力表征的蒸汽流 量作為前饋信號，在主調節器控制工藝介質的出口溫度，保證工藝介質的溫度要求，副調節 器接受主調節器的校正信號和蒸汽閥門之后的蒸汽壓力信號的同時，消除因為蒸汽壓力的 變化而產生的干擾，還能夠立刻克服因蒸汽源壓力的變動所產生的干擾，是一種能夠對工 藝介質所需的出口溫度進行精確、有效的控制方法，有利于計算機的實時控制與在線校正， 對相關控制過程的具有推廣意義。
[0016] 本發明的特征及優點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。 【【附圖說明】】
[0017] 圖1是本發明一種蒸汽加熱器控制方法的前饋-串級控制系統方案；
[0018] 圖2是本發明一種蒸汽加熱器控制方法的流程圖。 【【具體實施方式】】
[0019] 參閱圖1、圖2,本發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，確定前饋控制的數學關 系；
[0021] 步驟二、根據能量守恒與物流守恒方程進行機理建模，建立蒸汽量與工藝介質出 口溫度的數學表達式；
[0022] 步驟三、確定工藝介質出口溫度的設定值θτ。；
[0023] 步驟四、確定采樣周期Τ，采樣當前時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、主調節器和副調節器的控制參數等；
[0024] 步驟五、根據工程整定方法，按照"先副環再主環"的原則，整定串級回路的參數。
[0025] 所述一種蒸汽加熱器控制方法是在改進串級控制控制的基礎上，考慮蒸汽源的波 動，加入前饋信號，從而改善蒸汽加熱器的控制效果。
[0026] 步驟二中，熱量平衡關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為質量流量（kg/h) ;C為平均比熱[X/(kg · K)] ; Θ 為溫度（K);式中的下標為工藝介質，2為蒸汽，i為進口，〇為出口。
[0029] 傳熱速率關系式為：
[0030] q = UAmA 0m
[0031] 式中，Δ θπ是平均溫差，逆流、單程條件下是一個對數平均數。
[0032]
在1/3~3之間時，算術平均值可以表示為：
[0036] 所述蒸汽閥門前的蒸汽流量信號，是根據蒸汽源壓力變動的特性等不同而不同， 在前饋信號建模過程中具有一一對應的特點，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下，進一步消除因為蒸汽源壓力的變化而產生的 干擾作用，是前饋一串級控制方法；所述整參數步驟是先將主調節器的比例帶放在100% 處，用"衰減曲線法"整定副回路，然后將副回路視為調節系統中的一部分，用同樣的方法整 定主回路。
[0037] 本發明工作過程：
[0038] 本發明通過蒸汽加熱器PID串級控制和蒸汽源壓力表征的蒸汽流量作為前饋信 號，在主調節器控制工藝介質的出口溫度，保證工藝介質的溫度要求，副調節器接受主調節 器的校正信號和蒸汽閥門之后的蒸汽壓力信號的同時，消除因為蒸汽壓力的變化而產生的 干擾，還能夠立刻克服因蒸汽源壓力的變動所產生的干擾，是一種能夠對工藝介質所需的 出口溫度進行精確、有效的控制方法，有利于計算機的實時控制與在線校正，對相關控制過 程的具有推廣意義。
[0039] 上述實施例是對本發明的說明，不是對本發明的限定，任何對本發明簡單變換后 的方案均屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 本發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控制算法的基礎 上，將蒸汽源的輸出壓力作為前饋信號，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，確定前饋控制的數學關 系； b過程建模：根據能量守恒與物流守恒方程進行機理建模，建立蒸汽量與工藝介質出 口溫度的數學表達式； c初值給定：確定工藝介質出口溫度的設定值0T(I; d數據采樣：確定采樣周期T，采樣當前時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、主調節器和副調節器的控制參數等； e參數整定：根據工程整定方法，按照"先副環再主環"的原則，整定串級回路的參數。2. 如權利要求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，是根據蒸汽源壓力變動的特性等不同而不同，在前饋信號建模過 程中具有一一對應的特點，具有唯一性。3. 如權利要求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下，進一步消除因為蒸汽源壓 力的變化而產生的干擾作用，是前饋一串級控制方法。4. 如權利要求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 數步驟是先將主調節器的比例帶放在100%處，用"衰減曲線法"整定副回路，然后將副回路 視為調節系統中的一部分，用同樣的方法整定主回路。
【專利摘要】本發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控制算法的基礎上，將蒸汽源的輸出壓力作為前饋信號，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：根據能量守恒與物流守恒方程進行機理建模，建立蒸汽量與工藝介質出口溫度的數學模型；(c)初值給定；(d)數據采樣；(e)參數整定。本發明在主調節器控制工藝介質的出口溫度，保證工藝介質的溫度要求，副調節器接受主調節器的校正信號和蒸汽閥門之后的蒸汽壓力信號的同時，消除因為蒸汽壓力的變化而產生的干擾，還能夠立刻克服因蒸汽源壓力的變動所產生的干擾，是一種能夠對工藝介質所需的出口溫度進行精確、有效的控制方法。
【IPC分類】F22B1/08
【公開號】CN104976602
【申請號】CN201510355438
【發明人】楊海霞, 呂碧升
【申請人】潘秀娟
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月23日