Схема регулирования поверхностных теплообменников воздействием на расход горячего теплоносителя и байпасированием холодного теплоносителя

Регулирование поверхностных теплообменников, заключается в поддержании постоянства температуры одного из теплоносителей на выходе из теплообменника, например, температуры T _x2

а б

Температура Т _х2 зависит от скорости передачи тепла или теплового потока q через стенку:

Решая (*) совместно с уравнениями теплового баланса, получают зависимость Т _х2 от входных переменных. Как правило Т _х2 регулируют изменением расхода горячего теплоносителя, однако расчеты показывают, что она более чувствительна к нагрузке холодного теплоносителя, чем к расходу горячего теплоносителя. В связи с этим затрудняется качественное регулирование теплообменников в широком интервале изменения расходов теплоносителей и требуются регуляторы с дифференциальной составляющей.

Если по условиям технологии не допускается изменение потоков теплоносителей, то температуру продукта на выходе из теплообменника регулируют путем байпасирования части продукта и изменения его расхода. При этом регулирующий клапан устанавливают на байпасной линии (рис. б).

Схема регулирования работы теплообменников путём воздействия на расход греющего пара и конденсата

Если в качестве греющего агента применяют водяной пар, то температуру технологического продукта обычно регулируют путем изменения подачи пара (рис. а). При значительных колебаниях давления пара применяют каскадную систему регулирования давления пара с корректировкой по температуре нагретогопродукта.

Возможно также регулирование скорости теплопередачи путем поддерживания постоянства температуры продукта на выходе из теплообменника клапаном, установленным на линии отвода конденсата (рис. б). Это приводит к частичному заполнению теплообменника конденсатом. Такая система реагирует медленнее, чем система с клапаном, установленным на линии подачи греющего пара. Но она позволяет лучше использовать тепло водяного пара, так как значения его давления и температуры более высоки, вследствие отсутствия дополнительных гидравлических сопротивлений на паропроводе, а отводимый конденсат принимает температуру несколько меньшую, чем температура конденсации пара. Это позволяет повысить эффективность работы теплообменника на 5 – 7%. Кроме того, клапан, установленный на линии отвода конденсата, будет меньше по размерам того, который установлен на линии подачи греющего пара.

Схема автоматизации печей

Цель регулирования печей – поддержание постоянства температуры продукта на выходе из печи. Возмущениями объекта являются расход и температура исходного продукта, теплотворная способность топлива, количество и температура воздуха, подаваемого для сжигания топлива, потери тепла в окружающую среду и ряд других. Эти возмущения можно скомпенсировать с помощью АСР температуры продукта на выходе из печи, управляющей подачей топлива в печь.

Если нагревается твердый или сыпучий материал, то тепло дымовых газов передается непосредственно материалу. Нагрев жидких сред производится в трубчатых печах. Они обладают запаздыванием при передаче тепла от дымовых газов через стенку змеевика к проходящему по нему продукту, что усложняет регулирование. Поэтому при использовании одноконтурной АСР динамическая ошибка и время регулирования достигают больших значений.

Вместе с тем температура газа над перевальной стенкой достаточно быстро реагирует на изменение режима работы печи, обусловленное изменением количества газа, подаваемого на сжигание. Поэтому существенное улучшение качества регулирования температуры продукта на выходе из печи может быть достигнуто применением системы каскадного регулирования, состоящей из регулятора температуры продукта на выходе из печи (корректирующий регулятор), воздействующего на задание регулятора температуры газов над перевальной стенкой (стабилизирующий регулятор), который управляет подачей топлива в печь. Стабилизирующий регулятор начинает компенсировать возникающие возмущения, влияющие на процесс сгорания топлива, прежде чем они приведут к изменению температуры продукта.

При резком изменении нагрузки печи по расходу нагреваемого продукта и при наличии возмущения по расходу топлива также используют систему каскадного регулирования, стабилизирующий регулятор которой воздействует на регулятор соотношения расходов продукта и топлива.

При принудительной подаче воздуха на горение (рис. в) его оптимальный расход, при котором температура в топке принимает максимальное значение, поддерживают с помощью регулятора соотношения «топливный газ – воздух», обеспечивающего заданное значение коэффициента избытка воздуха, определяющего интенсивность процесса сгорания. Если при этом теплотворная способность топлива существенно изменяется, то на регулятор соотношения направляют корректирующий сигнал от регулятора стабилизации содержания кислорода в топочных газах. Это обеспечивает полное сгорание топлива и высокое качество регулирования.

Сильным возмущением режима работы трубчатых печей со стороны топливного газа является изменение его давления. Это изменение компенсируют введением в АСР дополнительного регулятора давления, задание на который подают от регулятора температуры в топочном пространстве. Такие системы обеспечивают качественное регулирование расхода топливного газа, так как расход газа в большой степени зависит от его давления.