一種濕法制革多段加熱系統及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種濕法制革多段加熱系統及控制方法，該系統中換熱器產生的冷凝水進入閃蒸罐進行閃蒸，閃蒸后的二次蒸汽經熱泵由一部分新鮮蒸汽引射增壓后下段換熱器使用，當二次蒸汽溫度達不到加熱要求時，由新鮮蒸汽進行補汽，該控制方法通過溫度變送器將測量的熱風管出口溫度送入溫度控制器，流量變送器將測量的進入換熱器的冷空氣流量送入流量控制器，在溫度控制器和流量控制器對總控制器的共同作用下，對蒸汽閥開度進行調節，進而調節蒸汽進入換熱器的流量，將熱風管出口溫度控制在規定值。該發明在滿足基布干燥所需熱風溫度的同時能夠將蒸汽冷凝水的熱量充分回用，實現了熱電聯產中蒸汽高效地利用率，彌補了導熱油加熱的安全性問題。
【專利說明】一種濕法制革多段加熱系統及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種加熱系統，具體涉及一種濕法制革多段加熱系統及控制方法。
【背景技術】
[0002] 合成革是天然皮革的最佳替代品，目前合成革濕法生產工藝流程是將基材一 次經過浸涂、刮涂、凝固、水洗，然后使用熱風烘干得到成品。其中，干燥過程的目的是通過 干燥調整基布形態結構使基布定型的同時改善表觀性能，去除基布中的水分，促進油劑與 纖維的結合。傳統干燥所用的熱源為導熱油加熱冷空氣形成的熱風，熱風通過熱風循環系 統對濕基布進行吹風干燥。使用導熱油加熱的熱風溫度能夠滿足基布干燥要求，但在節能 降耗和安全性問題上，用導熱油加熱冷空氣進行基布干燥不甚理想。
【發明內容】
[0003] 為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種濕法制革多段加熱系 統及控制方法，該系統在滿足基布干燥所需熱風溫度的同時能夠將蒸汽冷凝水的熱量充分 回用，不僅實現了熱電聯產中蒸汽高效地利用率，節能降耗，而且彌補了導熱油加熱的安全 性問題。
[0004] 為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0005] -種濕法制革多段加熱系統，包括蒸汽總管、冷空氣總管、若干個閃蒸罐和若干個 換熱器；蒸汽總管上接有若干蒸汽支管，蒸汽支管沿進蒸汽方向依次排布，每個蒸汽支管均 對應一個換熱器，每個蒸汽支管均與其對應的換熱器的蒸汽入口相連，冷空氣總管上接有 若干冷空氣支管，冷空氣支管沿進冷空氣方向依次排布，每個冷空氣支管均對應一個蒸汽 支管，且每個冷空氣支管均與其對應的蒸汽支管所對應的換熱器的冷空氣入口相連，每個 換熱器下部均接有熱風管和冷凝水管，每個熱風管上均接有干燥烘箱，沿進蒸汽方向最后 一個換熱器下部的冷凝水管接有冷凝水罐，前面的換熱器下部的每個冷凝水管均對應一個 閃蒸罐，且每個冷凝水管均與其對應的閃蒸罐的冷凝水入口相連，每個閃蒸罐上部均連有 蒸汽回用管，且每個蒸汽回用管與蒸汽總管連通，每個蒸汽回用管上均設有熱泵，每個熱泵 上均接有進汽管，每個進汽管均與位于其后方的一個換熱器的蒸汽入口相連。
[0006] 進一步地，每個閃蒸罐下部均接有排水管，閃蒸罐之間以排水管連通，閃蒸罐與冷 凝水罐之間也通過排水管連通，每個排水管上均設有單向閥和冷凝水閥，每個單向閥的兩 端均接有吸水管，每個吸水管上均接有冷凝水泵，冷凝水泵的兩端均接有閥門；每個蒸汽支 管上均接有蒸汽閥，每個冷凝水管上均接有疏水閥，每個換熱器的熱風管上均接有溫度變 送器，溫度變送器上連有溫度控制器，溫度控制器上接有總控制器，每個換熱器的冷空氣支 管上均接有流量變送器，流量變送器上連有流量控制器，流量控制器與總控制器相連，總控 制器與蒸汽支管上的蒸汽閥相連；每個閃蒸罐上均接有液位傳感器，液位傳感器上連有液 位控制器，液位控制器與冷凝水閥相連。
[0007] 進一步地，所述的換熱器有三個，分別為第一換熱器、第二換熱器和第三換熱器， 閃蒸罐有兩個，分別為第一閃蒸罐和第二閃蒸罐，蒸汽總管上接有第一蒸汽支管、第二蒸汽 支管和第三蒸汽支管，第一蒸汽支管與第一換熱器的蒸汽入口相連，第二蒸汽支管與第二 換熱器的蒸汽入口相連，第三蒸汽支管與第三換熱器的蒸汽入口相連，冷空氣總管上接有 三根冷空氣支管，三根冷空氣支管分別與第一換熱器、第二換熱器和第三換熱器的冷空氣 入口相連，第一換熱器下部接有第一熱風管和第一冷凝水管，第一熱風管通向一段干燥烘 箱，第二換熱器下部接有第二熱風管和第二冷凝水管，第二熱風管通向二段干燥烘箱，第三 換熱器下部接有第三熱風管和第三冷凝水管，第三熱風管通向三段干燥烘箱，第一冷凝水 管與第一閃蒸罐的冷凝水入口相連，第二冷凝水管與第二閃蒸罐的冷凝水入口相連，第三 冷凝水管與冷凝水罐的冷凝水入口相連，第一閃蒸罐上部接有第一蒸汽回用管，且第一蒸 汽回用管與蒸汽總管連通，第一蒸汽回用管上設有第一熱泵，第一熱泵上接有第一進汽管， 第一進汽管與第二換熱器的蒸汽入口相連，第二閃蒸罐上部接有第二蒸汽回用管，第二蒸 汽回用管上接有第二熱泵，第二熱泵上接有第二進汽管，第二進汽管與第三換熱器的蒸汽 入口相連。
[0008] 進一步地，第一閃蒸罐下部接有第一排水管，底部接有第一雜質排出管，第一排水 管與第二閃蒸罐相連，且第一排水管上設有第一單向閥和第一冷凝水閥，第一單向閥的兩 端之間接有第一吸水管，第一吸水管上設有第一冷凝水泵，第一冷凝水泵的兩端均接有閥 門；第二閃蒸罐下部接有第二排水管，底部接有第二雜質排出管，第二排水管與冷凝水罐相 連，且第二排水管上設有第二單向閥和第二冷凝水閥，第二單向閥的兩端之間接有第二吸 水管，第二吸水管上設有第二冷凝水泵，第二冷凝水泵的兩端均接有閥門。
[0009] 進一步地，第一蒸汽支管、第二蒸汽支管和第三蒸汽支管上分別設有第一蒸汽閥、 第二蒸汽閥和第三蒸汽閥，第一冷凝水管、第二冷凝水管和第三冷凝水管上分別設有第一 疏水閥、第二疏水閥和第三疏水閥；第一熱風管上接有第一溫度變送器，第二熱風管上接有 第二溫度變送器，第三熱風管上接有第三溫度變送器，第一溫度變送器、第二溫度變送器和 第三溫度變送器上分別連有第一溫度控制器、第二溫度控制器和第三溫度控制器，第一溫 度控制器、第二溫度控制器和第三溫度控制器上分別接有第一總控制器、第二總控制器和 第三總控制器，三個換熱器的冷空氣支管上分別接有第一流量變送器、第二流量變送器和 第三流量變送器，第一流量變送器、第二流量變送器和第三流量變送器上分別連有第一流 量控制器、第二流量控制器和第三流量控制器，第一流量控制器、第二流量控制器和第三流 量控制器分別與第一總控制器、第二總控制器和第三總控制器相連，第一總控制器、第二總 控制器和第三總控制器分別與第一蒸汽閥、第二蒸汽閥和第三蒸汽閥相連。
[0010] 進一步地，第一閃蒸罐和第二閃蒸罐上分別接有第一液位傳感器和第二液位傳感 器，第一液位傳感器和第二液位傳感器上分別連有第一液位控制器和第二液位控制器，第 一液位控制器和第二液位控制器分別與第一冷凝水閥和第二冷凝水閥相連，同時，第一液 位控制器和第二液位控制器分別與第一冷凝水泵和第二冷凝水泵相連。
[0011] 進一步地，冷凝水罐底部接有第三雜質排出管、第一管道和第二管道，第一管道和 第二管道上分別設有第一水泵和第二水泵，第一水泵和第二水泵的出口均與水洗管相連； 冷凝水罐的上部還接有出汽管，出汽管上接有表面冷凝器，表面冷凝器的出水口接有出熱 水管，進水口接有進冷水管，表面冷凝器的底部接有下水管，且下水管與冷凝水罐連通。
[0012] -種濕法制革多段加熱系統的控制方法，對于第一換熱器，設定第一熱風管出口 溫度為T1，實際測得第一熱風管出口溫度為T11,若T11 > T1或者T11 < T1時，第一溫度控制 器將信號傳遞給第一總控制器，同時，第一流量控制器將冷空氣的流量波動傳遞給第一總 控制器，第一總控制器通過溫度反饋值和流量波動反饋值調節第一蒸汽閥，使第一熱風管 出口實際溫度值與T 1相等；
[0013] 對于第二換熱器，設定第二熱風管出口溫度為T2，實際測得第二熱風管出口溫度 為T 22，若T22 > T2或者T22 < T2時，第二溫度控制器將信號傳遞給第二總控制器，同時，第二 流量控制器將冷空氣的流量波動傳遞給第二總控制器，第二總控制器通過溫度反饋值和流 量波動反饋值調節第二蒸汽閥，使第二熱風管出口實際溫度值與T 2相等；
[0014] 對于第三換熱器，設定第三熱風管出口溫度為T3，實際測得第三熱風管出口溫度 為T 33，若T33 > T3或者T33 < T3時，第三溫度控制器將信號傳遞給第三總控制器，同時，第三 流量控制器將冷空氣的流量波動傳遞給第三總控制器，第三總控制器通過溫度反饋值和流 量波動反饋值調節第三蒸汽閥，使第三熱風管出口的實際溫度值與T 3相等；其中，T1 > T2 > T3;
[0015] 在對熱風管出口溫度控制的同時，第一閃蒸罐和第二閃蒸罐也在進行液位控制。
[0016] 進一步地，所述的控制方法均通過前饋-反饋控制系統實現，其中I(S)為反饋控 制器，Wtj(S)為過程控制通道傳遞函數，Wf(S)為過程擾動通道傳遞函數，W m(S)為前饋控制 器，F(S)為系統可測不可控擾動，在系統可測不可控擾動F(S)的作用下，輸出對系統可測 不可控擾動F(S)的傳遞函數為
[0017]
【權利要求】
1. 一種濕法制革多段加熱系統，其特征在于，包括蒸汽總管（I)、冷空氣總管（16)、若 干個閃蒸罐和若干個換熱器；蒸汽總管（1)上接有若干蒸汽支管，蒸汽支管沿進蒸汽方向 依次排布，每個蒸汽支管均對應一個換熱器，每個蒸汽支管均與其對應的換熱器的蒸汽入 口相連，冷空氣總管（16)上接有若干冷空氣支管，冷空氣支管沿進冷空氣方向依次排布， 每個冷空氣支管均對應一個蒸汽支管，且每個冷空氣支管均與其對應的蒸汽支管所對應的 換熱器的冷空氣入口相連，每個換熱器下部均接有熱風管和冷凝水管，每個熱風管上均接 有干燥烘箱，沿進蒸汽方向最后一個換熱器下部的冷凝水管接有冷凝水罐（32)，前面的換 熱器下部的每個冷凝水管均對應一個閃蒸罐，且每個冷凝水管均與其對應的閃蒸罐的冷凝 水入口相連，每個閃蒸罐上部均連有蒸汽回用管，且每個蒸汽回用管與蒸汽總管（1)連通， 每個蒸汽回用管上均設有熱泵，每個熱泵上均接有進汽管，每個進汽管均與位于其后方的 一個換熱器的蒸汽入口相連。
2. 根據權利要求1所述的一種濕法制革多段加熱系統，其特征在于，每個閃蒸罐下部 均接有排水管，閃蒸罐之間以排水管連通，閃蒸罐與冷凝水罐（32)之間也通過排水管連 通，每個排水管上均設有單向閥和冷凝水閥，每個單向閥的兩端均接有吸水管，每個吸水管 上均接有冷凝水泵，冷凝水泵的兩端均接有閥門；每個蒸汽支管上均接有蒸汽閥，每個冷凝 水管上均接有疏水閥，每個換熱器的熱風管上均接有溫度變送器（52)，溫度變送器（52)上 連有溫度控制器（53)，溫度控制器（53)上接有總控制器（54)，每個換熱器的冷空氣支管上 均接有流量變送器（56)，流量變送器（56)上連有流量控制器（55)，流量控制器（55)與總 控制器（54)相連，總控制器（54)與蒸汽支管上的蒸汽閥相連；每個閃蒸罐上均接有液位傳 感器（58)，液位傳感器（58)上連有液位控制器（57)，液位控制器（57)與冷凝水閥相連。
3. 根據權利要求1所述的一種濕法制革多段加熱系統，其特征在于，所述的換熱器有 三個，分別為第一換熱器（18)、第二換熱器（38)和第三換熱器（44)，閃蒸罐有兩個，分別為 第一閃蒸罐（21)和第二閃蒸罐（26)，蒸汽總管（1)上接有第一蒸汽支管（2)、第二蒸汽支 管（7)和第三蒸汽支管（11)，第一蒸汽支管（2)與第一換熱器（18)的蒸汽入口相連，第二 蒸汽支管（7)與第二換熱器（38)的蒸汽入口相連，第三蒸汽支管（11)與第三換熱器（44) 的蒸汽入口相連，冷空氣總管（16)上接有三根冷空氣支管，三根冷空氣支管分別與第一換 熱器（18)、第二換熱器（38)和第三換熱器（44)的冷空氣入口相連，第一換熱器（18)下部 接有第一熱風管（17)和第一冷凝水管（20)，第一熱風管（17)通向一段干燥烘箱，第二換熱 器（38)下部接有第二熱風管（37)和第二冷凝水管（40)，第二熱風管（37)通向二段干燥 烘箱，第三換熱器（44)下部接有第三熱風管（43)和第三冷凝水管（46)，第三熱風管（43) 通向三段干燥烘箱，第一冷凝水管（20)與第一閃蒸罐（21)的冷凝水入口相連，第二冷凝水 管（40)與第二閃蒸罐（26)的冷凝水入口相連，第三冷凝水管（46)與冷凝水罐（32)的冷 凝水入口相連，第一閃蒸罐（21)上部接有第一蒸汽回用管（4)，且第一蒸汽回用管（4)與蒸 汽總管（1)連通，第一蒸汽回用管（4)上設有第一熱泵（5)，第一熱泵（5)上接有第一進汽 管（6)，第一進汽管（6)與第二換熱器（38)的蒸汽入口相連，第二閃蒸罐（26)上部接有第 二蒸汽回用管（9)，第二蒸汽回用管（9)上接有第二熱泵（10)，第二熱泵（10)上接有第二 進汽管（59)，第二進汽管（59)與第三換熱器（44)的蒸汽入口相連。
4. 根據權利要求3所述的一種濕法制革多段加熱系統，其特征在于，第一閃蒸罐（21) 下部接有第一排水管（25)，底部接有第一雜質排出管（22)，第一排水管（25)與第二閃蒸罐 (26)相連，且第一排水管（25)上設有第一單向閥（41)和第一冷凝水閥（42)，第一單向閥 (41)的兩端之間接有第一吸水管（23)，第一吸水管（23)上設有第一冷凝水泵（24)，第一冷 凝水泵（24)的兩端均接有閥門；第二閃蒸罐（26)下部接有第二排水管（30)，底部接有第 二雜質排出管（27)，第二排水管（30)與冷凝水罐（32)相連，且第二排水管（30)上設有第 二單向閥（47)和第二冷凝水閥（48)，第二單向閥（47)的兩端之間接有第二吸水管（28)， 第二吸水管（28)上設有第二冷凝水泵（29)，第二冷凝水泵（29)的兩端均接有閥門。
5. 根據權利要求4所述的一種濕法制革多段加熱系統，其特征在于，第一蒸汽支管 (2)、第二蒸汽支管（7)和第三蒸汽支管（11)上分別設有第一蒸汽閥（3)、第二蒸汽閥（8) 和第三蒸汽閥（12)，第一冷凝水管（20)、第二冷凝水管（40)和第三冷凝水管（46)上分別 設有第一疏水閥（19)、第二疏水閥（39)和第三疏水閥（45);第一熱風管（17)上接有第一 溫度變送器，第二熱風管（37)上接有第二溫度變送器，第三熱風管（43)上接有第三溫度變 送器，第一溫度變送器、第二溫度變送器和第三溫度變送器上分別連有第一溫度控制器、第 二溫度控制器和第三溫度控制器，第一溫度控制器、第二溫度控制器和第三溫度控制器上 分別接有第一總控制器、第二總控制器和第三總控制器，三個換熱器的冷空氣支管上分別 接有第一流量變送器、第二流量變送器和第三流量變送器，第一流量變送器、第二流量變送 器和第三流量變送器上分別連有第一流量控制器、第二流量控制器和第三流量控制器，第 一流量控制器、第二流量控制器和第三流量控制器分別與第一總控制器、第二總控制器和 第三總控制器相連，第一總控制器、第二總控制器和第三總控制器分別與第一蒸汽閥（3)、 第二蒸汽閥（8)和第三蒸汽閥（12)相連。
6. 根據權利要求5所述的一種濕法制革多段加熱系統，其特征在于，第一閃蒸罐（21) 和第二閃蒸罐（26)上分別接有第一液位傳感器和第二液位傳感器，第一液位傳感器和第 二液位傳感器上分別連有第一液位控制器和第二液位控制器，第一液位控制器和第二液位 控制器分別與第一冷凝水閥（42)和第二冷凝水閥（48)相連，同時，第一液位控制器和第二 液位控制器分別與第一冷凝水泵（24)和第二冷凝水泵（29)相連。
7. 根據權利要求3所述的一種濕法制革多段加熱系統，其特征在于，冷凝水罐（32)底 部接有第三雜質排出管（31)、第一管道（33)和第二管道（34)，第一管道（33)和第二管道 (34)上分別設有第一水泵（36)和第二水泵（35)，第一水泵（36)和第二水泵（35)的出口 均與水洗管（51)相連；冷凝水罐（32)的上部還接有出汽管（13)，出汽管（13)上接有表面 冷凝器（14)，表面冷凝器（14)的出水口接有出熱水管（15)，進水口接有進冷水管（50)，表 面冷凝器（14)的底部接有下水管（49)，且下水管（49)與冷凝水罐（32)連通。
8. 權利要求6所述的一種濕法制革多段加熱系統的控制方法，其特征在于，對于第一 換熱器（18)，設定第一熱風管（17)出口溫度為T1，實際測得第一熱風管（17)出口溫度為 T11,若T11 >T1或者T11 <T1時，第一溫度控制器將信號傳遞給第一總控制器，同時，第一流 量控制器將冷空氣的流量波動傳遞給第一總控制器，第一總控制器通過溫度反饋值和流量 波動反饋值調節第一蒸汽閥（3)，使第一熱風管（17)出口實際溫度值與T1相等； 對于第二換熱器（38)，設定第二熱風管（37)出口溫度為T2，實際測得第二熱風管（37) 出口溫度為T22，若T22 >T2或者T22 <T2時，第二溫度控制器將信號傳遞給第二總控制器， 同時，第二流量控制器將冷空氣的流量波動傳遞給第二總控制器，第二總控制器通過溫度 反饋值和流量波動反饋值調節第二蒸汽閥（8)，使第二熱風管（37)出口實際溫度值與!^相 等； 對于第三換熱器（44)，設定第三熱風管（43)出口溫度為T3，實際測得第三熱風管（43) 出口溫度為T33，若T33 >T3或者T33 <T3時，第三溫度控制器將信號傳遞給第三總控制器， 同時，第三流量控制器將冷空氣的流量波動傳遞給第三總控制器，第三總控制器通過溫度 反饋值和流量波動反饋值調節第三蒸汽閥（12)，使第三熱風管（43)出口的實際溫度值與 T3 相等；其中，T1ST2ST3; 在對熱風管出口溫度控制的同時，第一閃蒸罐（21)和第二閃蒸罐（26)也在進行液位 控制。
9. 權利要求8所述的一種濕法制革多段加熱系統的控制方法，其特征在于，所述的控 制方法均通過前饋-反饋控制系統實現，其中WJs)為反饋控制器，Wtj(S)為過程控制通道 傳遞函數，Wf(S)為過程擾動通道傳遞函數，Wm(S)為前饋控制器，F(S)為系統可測不可控擾 動，在系統可測不可控擾動F(S)的作用下，輸出對系統可測不可控擾動F(S)的傳遞函數為
IV, (s) 其中，前饋模型為：冗⑴=-T^TT;當冷空氣的流量發生變化時，前饋控制器Wm(S)及 WJs) 時發出控制指令，補償冷空氣流量變化對熱風管出口溫度的影響；而熱風管出口溫度的波 動通過反饋控制器WJs)來克服。
10. 根據權利要求8所述的一種濕法制革多段加熱系統的控制方法，其特征在于，第一 閃蒸罐（21)和第二閃蒸罐（26)的液位控制方法為：對第一閃蒸罐（21)和第二閃蒸罐（26) 分別設定一個液位值L，死區上限I. 1L，死區下限0.9L，第一閃蒸罐（21)的實際液位值為 L1，第二閃蒸罐（26)的實際液位值為L2 ; 對于第一閃蒸罐（21)，若0.KL1 <I. 1L，在第一液位控制器的控制下第一閃蒸罐 (21)利用第一冷凝水閥（42)進行冷凝水的外排； 若L1 >I. 1L，第一液位控制器控制開啟第一冷凝水泵（24)協同進行冷凝水的外排； 若L1 < 0.9L，第一冷凝水泵（24)停止，切換到利用第一冷凝水閥（42)進行冷凝水的 外排； 對于第二閃蒸罐（26)，若0. 9L<L2 <I. 1L，在第二液位控制器的控制下第二閃蒸罐 (26)利用第二冷凝水閥（48)進行冷凝水的外排； 若L2 >I. 1L，第二液位控制器控制開啟第二冷凝水泵（29)協同進行冷凝水的外排； 若L2 < 0.9L，第二冷凝水泵（29)停止，切換到利用第二冷凝水閥（48)進行冷凝水的 夕卜排。
【文檔編號】F26B21/00GK104315755SQ201410539144
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2014年10月13日
【發明者】湯偉, 張怡真, 于東偉 申請人:陜西科技大學