基于导热油的烟气余热回收装置的预警与控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于导热油的烟气余热回收装置的预警与控制系统及方法，包括第一热电偶测温装置、第二热电偶测温装置、第一流量计、第二流量计、控制单元、控制阀及报警单元；利用测温装置和流量计采集烟气温度、烟气流量、导热油温度及导热油流量，基于流体力学、传热学机理，应用CFD数值仿真手段，获得导热油温度偏差与阀门开度之间的转换关系，实时监控导热油温度，通过控制系统自动调节阀门开度，实时实现导热油温度和阀门的自动调节，在导热油温度超过预设值时，实现自动报警。有效避免管道内导热油因局部高温而出现结焦的现象，确保了余热回收装置的稳定运行与生产，减少了企业更换设备的成本。

主权项

一种基于导热油的烟气余热回收装置的预警与控制方法，其特征在于，利用一种基于导热油的烟气余热回收装置的预警与控制系统，进行导热油温度控制和第一储油罐液位控制；所述基于导热油的烟气余热回收装置的预警与控制系统包括第一热电偶测温装置、第二热电偶测温装置、第一流量计、第二流量计、控制单元、控制阀及报警单元；所述基于导热油的烟气余热回收装置包括导热油炉、第一油泵及第一储油罐；其中，所述导热油炉入口和出口均与烟气输送管道相连，导热油炉中的输油管入口与第一储油罐的出口相连，导热油炉中的输油管出口与第一油泵的输入端相连，第一油泵的输出端与第一储油罐的入口相连；所述第一热电偶测温装置设置于所述导热油炉中输油管弯折处，用于测量导热油炉内壁温度，第二热电偶测温装置设置于导热油炉的烟气管道进口处；所述第一流量计安装在导热油炉中的输油管进口处，第二流量计设置于导热油炉的烟气管道进口处；所述控制阀安装于所述第一储油罐的出口与导热油炉的输油管入口之间的输油管上；所述第一热电偶测温装置、第二热电偶测温装置、第一流量计、第二流量计、液位计、控制阀及报警单元均与控制单元相连；还包括第二储油罐、第二油泵及液位计；所述液位计安装于第一储油罐上，与控制单元相连；所述第二储油罐与第一储油罐之间设有第一输油管和第二输油管，且第一储油罐的水平安装位置高于第二储油罐的水平安装位置；其中，第一输油管连接第一储油罐的第一上端开口和第二储油罐的第一上端开口，第二输油管连接第一储油罐的第二上端开口和第二储油罐的第一下端开口，第二油泵设置于第二储油罐第一下端开口和第二输油管之间，且与控制单元相连；所述第一储油罐和第二储油罐之间还设有第三输油管，第三输油管与第一输油管相连，第三输管上设有手动控制阀；所述控制阀为气关式角型阀，其流量特性为等百分比形式；所述流量计为节流式流量计、均速管流量计、电磁流量计、容积式流量计及质量流量计当中的一种；所述的第一油泵和第二油泵为变频泵或变速泵；导热油温度控制过程如下：步骤1：利用热电偶测温装置实时获取导热油炉内壁的温度并将温度信号输入到控制单元，导热油炉内壁温度与导热油温度相同；步骤2：控制单元判断导热油温度是否超出设定的温度范围，若超出设定的温度范围，则控制单元发出控制指令触发报警单元报警；控制单元依据当前导热油炉温度发出控制指令至控制阀，调节控制阀阀门开度，改变进入导热油炉的导热油的流速；导热油的流速由第一流量计测得的流量转换获得；第一储油罐液位控制过程如下：步骤1：利用液位计实时采集第一储油罐的液位并将液位信号输入控制单元；步骤2：基于输入液位信号与设定液位之间存在偏差，利用PID控制方法控制第一油泵的流量，使得第一储油罐中液位保持恒定；当第一油泵的流量已开到最大，而第一储油罐的液位与设定液位相差超过设定液位的3％‑5％时，则发出控制指令至第二油泵，将导热油从第二储油罐补充至第一储油罐；所述导热油温度控制的步骤2中导热油温度偏差与控制阀阀门开度之间的控制关系如下：1)导热油温度偏差值(T_最佳－T_油)和导热油流速偏差值ΔV_油之间的转换关系：其中，e为自然对数的底数，b＝m₁V_烟+m₂，c＝m₃T_烟×V_烟+m₄T_烟‑m₅；T_最佳为导热油温度设定值，T_油为实时采集的导热油炉内壁温度即导热油温度，V_烟为实时采集的烟气流速，由第二流量计测得烟气流量转换获得；ln为以e为底的对数函数；通过运用流体力学和传热学机理，基于烟气与导热油换热的热量与烟气与输油管内壁的换热量相同的关系，对整个系统进行多次试验，将试验数据进行拟合获得输油管内壁温度与烟气温度、烟气流速、导热油温度及导热油流速之间的函数关系，具体拟合过程如下：步骤a)设定恒定的烟气流速V_烟和管道内导热油温度T_油，在不同的烟气温度下依次改变导热油流速，记录对应的输油管内壁的温度，对导热油流速与输油管内壁的温度关系进行拟合，获得不同烟气温度下输油管内壁温度T_壁与导热油流速V_油的函数关系；对上述函数关系中常数项与烟气温度之间的函数关系进行拟合，获得输油管内壁温度T_壁与导热油流速V_油和烟气温度T_烟的函数关系，即公式一；其中，D₁、D₂和D₃为公式一的数据拟合过程中得到的常数项；步骤b)设定恒定的烟气流速V_烟、导热油流速及烟气温度，改变导热油温度T_油，获得公式一中常数项系数与导热油温度T_油之间的对应数据，对数据进行拟合获得公式二；其中，A、B、C为公式二的数据拟合过程中得到的常数项；步骤c)设定恒定的导热油流速、烟气温度及导热油温度，改变烟气流速V_烟，获得公式二中常数项与烟气流速之间的对应数据，对数据进行拟合获得公式三；所述数据拟合是指采用对数、指数、线性和幂类型的函数关系式进行数据拟合，选取误差最小的函数作为最终的函数关系式；拟合过程中，导热油输油管内壁温度与导热油温度大小相同；所述m₁、m₂、m₃、m₄及m₅通过上述拟合方法确定；n依据T_油和V_烟从下表中确定；2)导热油流速偏差值ΔV_油和阀门开度变化值Δl之间的转换关系为：其中，L为控制阀的最大开度，V_max为导热油最大流速，R为可调比，R＝30；所述第一储油罐液位控制过程中，第一储油罐的液位与第一油泵转速之间的控制关系如下：液位设定值与液位输入值的偏差Δh为：Δh＝H_设定‑H_输入第一油泵转速的变化值Δn为：$\mathrm{\Delta n}=K_P(\mathrm{\Delta h}+\frac{1}{T_1}\underset{0}{\overset{T_I}{\int }}\mathrm{\Delta hdt}+T_D\frac{\mathrm{d\Delta h}}{\mathrm{dt}})$式中：K_P＝1.25，T_I＝300s，T_D＝180s。