比值控制习题

1． 某一锅炉的空燃比逻辑比值控制方案如题图1所示，其中FC23.SP与FC23.PV分别表示流量控制器FC23的给定值与过程测量值，FC24.SP与FC24.PV分别表示流量控制器FC24的给定值与测量值，PC22.OP表示压力控制器PC22的输出；“LS”模块表示低选器，其输出FC23.SP取两输入中的较小者；“HS”模块表示高选器，其输出FC24.SP取两输入中的较大者。

假设燃料量与空气量的检测仪表FT23、 FT24均为质量流量仪，且仪表量程分别为0 – 5T/hr、0 – 100T/hr，流量仪测量输出RFm、RAm的范围均为0 – 100（%）；乘法器输出为KFA*RAm，其中KFA为无因次的乘法系数。假设工艺过程所希望的空气燃料的质量比为18:1。试回答：

（1）KFA如何设定，以满足工艺要求？

（2）当该控制系统达到稳态时，为什么以下等式恒成立？

PC22.OP = FC23.SP = FC23.PV = FC24.SP = FC24.PV

（3）该系统采用蒸汽压力变送器PT 22来反映产汽与用汽的平衡关系。若蒸汽压力下降，说明用汽量大于产汽。试确定压力控制器PC 22的正反作用，以构成负反馈控制系统。

（4）假设该系统初态为稳定状态，当蒸汽用量突然增加或减少时，试描述该系统的自动控制过程。

蒸汽PT 22PmPC 22PC22.OPLSHSFC23.SPFC23.PVRFmFT 23FC 23FC24.SPFC 24FC24.PV×RAmFT 24KFAPSP燃料VFVA空气

题图1 锅炉空燃比逻辑比值控制方案

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2． 考虑如题图2所示的制氢反应器。同锅炉一样，该反应器需要通过燃料和空气进行燃烧才能提供反应所需要的能量（为简单起见，温度控制系统并未全部在图中画出）。甲烷和水蒸气反应产生氢气，反应方程为

CH4+2H2OCO2+4H2

该反应发生在反应器的内部管道中，管道内填充着反应所需的催化剂。为避免催化剂结焦，保证反应混合物中水蒸气富余十分重要。如果碳沉积在催化剂表面，将会使催化剂中毒。通过保证输入混合物中水蒸气富余，就可以避免此种现象。然而，过多的水蒸气又会引起能量消耗过大。工程部门估算，应当保证的最佳甲烷-水比为2/5（质量比）。

请设计一套控制方案，可使实际比例维持在最佳比例；并且在生产过程中，无论产量增加或减少，都要保证反应混合物中水蒸气富余（即高于最佳比例）。注意：甲烷需求量由另外专门的信号控制。此外，假设所采用的流量检测仪表均为质量流量计，甲烷与水蒸汽流量计的仪表量程分别为0 – R1max T/hr、0 – R2maxT/hr。具体任务包括：

（1） 在原流程图上添加控制单元，即完成带控制点的流程图（类似于题图1）； （2） 确定比值器的比值系数；

（3） 当甲烷需求量增加或减少时，说明：该控制系统如何响应，并保证反应混合物

中水蒸气富余。

FT01甲烷V1TT3TC3FT02V3水蒸汽V2燃料题图2 制氢反应器

FT4FC4

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