一種熔鹽換熱實(shí)驗(yàn)裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于烙鹽工質(zhì)換熱技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，烙鹽具有溫變區(qū)域廣、熱穩(wěn)定性高、蒸汽壓低、熱容量大、對物質(zhì)溶解能 力強(qiáng)、粘度較低W及價(jià)格相對便宜等特點(diǎn)。因此，烙鹽作為傳熱儲(chǔ)熱流體具有廣闊應(yīng)用前 景，如在冶金、化學(xué)、核電W及太陽能等多個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用而且，世界已將烙鹽太陽能電 站運(yùn)用于商業(yè)發(fā)電。因此，大型烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)對于烙鹽應(yīng)用方面具有重要的指導(dǎo)性作用
[0003] 目前較多的一些常規(guī)烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)，都屬于小型的流量變化范圍小，操作簡單 的實(shí)驗(yàn)臺(tái)。運(yùn)些小型實(shí)驗(yàn)臺(tái)由于換熱器類型限制、流量溫度限制等原因，很難得到與實(shí)際貼 合的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此搭建大型烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)十分必要的。但是，考慮到烙鹽本身具有凝 固溫度高，腐蝕性等缺點(diǎn)，并且控制運(yùn)種大型烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊泊嬖诤芏?困難：
[0004] 1)溫度控制，對于大型烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)測試對象具有多變性，從大的整體 式換熱器到小型單根換熱管，都需要考慮。因此，溫度控制范圍要廣，控制精度要高，并且需 要考慮實(shí)驗(yàn)過程中，各種擾動(dòng)對溫度的影響，從而快速響應(yīng)，進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0005] 2)流量控制，對于大型烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，流量在一個(gè)較大的范圍內(nèi)變化，僅僅通 過調(diào)節(jié)累的頻率是很難精確調(diào)節(jié)流量，而僅僅通過電動(dòng)閥口調(diào)節(jié)流量有可能引起管路內(nèi)壓 力波動(dòng)太大，進(jìn)而引發(fā)實(shí)驗(yàn)管路或設(shè)備的泄漏和損壞事故，增加實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性。因此，需要 完善的控制系統(tǒng)來同時(shí)調(diào)節(jié)變頻累和電動(dòng)閥口。
[0006] 3)更換實(shí)驗(yàn)段，對于大型烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，跟換實(shí)驗(yàn)段是必須的，同時(shí)也是工 程巨大的，并且每次跟換實(shí)驗(yàn)段后，實(shí)驗(yàn)要從頭開始，能源的消耗也是很大的。
[0007] 4)能耗問題，對于大型烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，加熱、工質(zhì)循環(huán)W及冷卻都是十分耗能 的。
[000引5)安全問題，烙鹽本身具有很高的烙點(diǎn)，烙鹽與導(dǎo)熱油換熱實(shí)驗(yàn)的溫度更加高，同 時(shí)導(dǎo)熱油與烙鹽在高溫下進(jìn)行換熱也容易焦化產(chǎn)生固態(tài)雜質(zhì)，從而堵塞實(shí)驗(yàn)管道，并且對 于大型烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，運(yùn)種危險(xiǎn)性更大。因此完善智能控制十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明解決的問題在于提供一種烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)裝置及其控制方法，基于梯級控制 的智能控制系統(tǒng)，能夠在保證實(shí)驗(yàn)節(jié)能、精確W及安全的前提下，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作的簡單高 效。
[0010] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0011] -種烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)裝置，包括高溫烙鹽循環(huán)回路、導(dǎo)熱油循環(huán)回路、冷卻水循環(huán)回 路和控制系統(tǒng)，高溫烙鹽循環(huán)回路與導(dǎo)熱油循環(huán)回路分別連接相并聯(lián)的烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)段， 導(dǎo)熱油循環(huán)回路與冷卻水循環(huán)回路分別連接導(dǎo)熱油/冷卻水換熱器；
[0012] 所述的高溫烙鹽循環(huán)回路包括相連通的儲(chǔ)鹽罐和烙鹽循環(huán)管路，W及設(shè)置在其上 的多個(gè)溫度控制組件和多個(gè)流量控制組件，溫度控制組件、流量控制組件分別受控制系統(tǒng) 控制調(diào)節(jié)；
[0013] 所述的導(dǎo)熱油循環(huán)回路包括相連通的儲(chǔ)油罐和導(dǎo)熱油循環(huán)管路，W及設(shè)置在其上 的溫度控制組件和流量控制組件，溫度控制組件、流量控制組件分別受控制系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)；
[0014] 所述的冷卻水循環(huán)回路包括相連通的水冷卻塔和冷卻水循環(huán)管路，W及設(shè)置在其 上的流量控制組件，流量控制組件分別受控制系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)；
[0015] 所述的溫度控制組件包括加熱器、加熱器控制器和溫度傳感器，溫度傳感器向控 制系統(tǒng)發(fā)送信號，加熱器控制器接收控制系統(tǒng)發(fā)送的控制信號，加熱器接收加熱器控制器 的調(diào)節(jié)；
[0016] 所述的流量控制組件包括變頻累、變頻累控制器和流量監(jiān)測器，或者流量控制組 件包括流量控制閥口、閥口控制器和流量監(jiān)測器；
[0017] 流量監(jiān)測器向控制系統(tǒng)發(fā)送信號，變頻累控制器或閥口控制器接收控制系統(tǒng)發(fā)送 的控制信號，變頻累接收變頻累控制器的調(diào)節(jié)，控制閥口接收閥口控制器的調(diào)節(jié)。
[0018] 所述的儲(chǔ)鹽罐、儲(chǔ)油罐內(nèi)均設(shè)有溫度控制組件，其包括電加熱器組、加熱器控制器 和溫度傳感器，電加熱器組由多根可單獨(dú)控制的電加熱器組成;儲(chǔ)鹽罐、儲(chǔ)油罐內(nèi)均設(shè)有流 量控制組件，其包括變頻累、變頻累控制器和位于儲(chǔ)鹽罐出口的流量監(jiān)測器；
[0019] 所述的烙鹽循環(huán)管路上設(shè)置有溫度控制組件，其包括纏繞在管路上的電伴熱帶、 加熱器控制器和溫度傳感器;烙鹽循環(huán)管路、導(dǎo)熱油循環(huán)管路上均設(shè)有流量控制組件，其包 括流量控制閥口、閥口控制器和流量監(jiān)測器；
[0020] 所述的烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)段、導(dǎo)熱油/冷卻水換熱器其進(jìn)出口處均設(shè)置有流量控制組 件和溫度傳感器，流量控制組件包括流量控制閥口、閥口控制器和流量監(jiān)測器，溫度傳感器 向控制系統(tǒng)發(fā)送溫度信號;烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)段的并聯(lián)分流處設(shè)有分流控制閥、閥口控制器和 流量監(jiān)測器，分流控制閥經(jīng)閥口控制器受控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)；
[0021] 所述的冷卻水循環(huán)管路上設(shè)置有流量控制組件，其包括變頻累、變頻累控制器和 位于儲(chǔ)鹽罐出口的流量監(jiān)測器;水冷卻塔上設(shè)置有水冷卻塔風(fēng)機(jī)，水冷卻塔風(fēng)機(jī)受控制系 統(tǒng)調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。
[0022] 所述的控制系統(tǒng)為包括化Z巧控制系統(tǒng)和PID控制系統(tǒng)的化zzy-PID控制系統(tǒng)，其 對溫度控制組件的調(diào)節(jié)為:Fuzzy-PID控制系統(tǒng)接收溫度傳感器反饋回的信號，并與其預(yù) 設(shè)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果通過化zzy控制系統(tǒng)來決定選用加熱器的工作個(gè)數(shù)，為控制系 統(tǒng)的快速調(diào)節(jié)部分;針對所選用的加熱器用PID控制系統(tǒng)對其工作功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，為控制系 統(tǒng)的微調(diào)節(jié)部分；
[0023] Fuzzy-PID控制系統(tǒng)對流量控制組件的調(diào)節(jié)為:Fuzzy-PID控制系統(tǒng)接收流量監(jiān)測 器反饋回的信號，并與其預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果通過化zzy控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)變頻累的 轉(zhuǎn)動(dòng)頻率；
[0024] 或者化zzy-PID控制系統(tǒng)接收流量監(jiān)測器反饋回的信號，并與其預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較， 根據(jù)比較結(jié)果通過PID控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)流量控制閥口的開度。
[0025] 所述的控制系統(tǒng)對加熱器進(jìn)行梯度控制:在初始加溫時(shí)加熱器全部開啟并采用最 大功率加熱，當(dāng)烙鹽循環(huán)管路、導(dǎo)熱油循環(huán)管路中工質(zhì)的出口溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值的70%時(shí)， Fuzzy-PID控制系統(tǒng)通過模糊規(guī)則逐步關(guān)閉為工質(zhì)加熱的加熱器；出口溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值的 80%時(shí)，只保留必須保留的加熱器，之后化zzy-PID控制系統(tǒng)通過PID調(diào)節(jié)所保留的加熱器 的工作功率，至烙鹽、導(dǎo)熱油達(dá)到預(yù)設(shè)值溫度。
[0026] 針對烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)段并聯(lián)情況，控制系統(tǒng)對烙鹽/導(dǎo)熱油的流量控制為：
[0027] 若只第一烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)段連通時(shí)，開始啟動(dòng)時(shí)根據(jù)儲(chǔ)鹽罐/儲(chǔ)油罐的流量預(yù)設(shè)值， 化zzy-PID控制系統(tǒng)通過模糊規(guī)則選擇烙鹽/導(dǎo)熱油的變頻累的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，之后根據(jù)第一烙 鹽換熱實(shí)驗(yàn)段的流量監(jiān)控其的流量反饋和其流量預(yù)設(shè)值，F(xiàn)uzzy-PID控制系統(tǒng)通過PID對第 一烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)段的烙鹽/導(dǎo)熱油的流量控制閥口和分流控制閥進(jìn)行控制；
[0028] 若多個(gè)烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)段連通時(shí)，先對各個(gè)烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)段烙鹽/導(dǎo)熱油流量預(yù)設(shè) 值總和進(jìn)行判斷，是否超過最大限度流量;若超過，控制系統(tǒng)將控制烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)段分別逐 次實(shí)驗(yàn)連通;若沒有超過，初始時(shí)，控制系統(tǒng)將第一烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)段的烙鹽/導(dǎo)熱油流量控 制閥口開度調(diào)至最大，分流控制閥口關(guān)閉，之后，控制系統(tǒng)通過PID使第一烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)段 的流量控制閥口逐漸減小開度，同時(shí)通過PID使分流控制閥口逐漸增大，使第一實(shí)驗(yàn)段的 流量監(jiān)測器達(dá)到預(yù)設(shè)值;然后，用通過PID同時(shí)調(diào)節(jié)第二烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)段和分流控制閥口， 達(dá)到烙鹽換熱第二實(shí)驗(yàn)段的流量監(jiān)測器的預(yù)設(shè)值。
[0029] 所述的控制系統(tǒng)對水冷卻塔和冷卻水循環(huán)管路的控制為：
[0030] 初始時(shí)，根據(jù)烙鹽和導(dǎo)熱油溫的出口預(yù)設(shè)值、烙鹽和和導(dǎo)熱油的出口流量預(yù)設(shè)值 W及環(huán)境溫度，控制系統(tǒng)通過模糊規(guī)則控制冷卻塔風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率和冷卻水累的轉(zhuǎn)速頻 率，之后，導(dǎo)熱油/冷卻水換熱器中導(dǎo)熱油出口溫度傳感器反饋和導(dǎo)熱油出口溫度預(yù)設(shè)值， 控制系統(tǒng)通過PID對冷卻水閥口進(jìn)行控制。
[0031] 所述的儲(chǔ)鹽罐、烙鹽循環(huán)管路、儲(chǔ)油罐、導(dǎo)熱油循環(huán)管路還分別通過氮?dú)饪刂崎y n、連接管路與氮?dú)夤尴噙B通;氮?dú)夤迌?nèi)存儲(chǔ)有氮?dú)?，打開氮?dú)饪刂崎y口后氮?dú)膺M(jìn)入烙鹽循 環(huán)管路和導(dǎo)熱油循環(huán)回路排除其中的空氣，并保持儲(chǔ)鹽罐和儲(chǔ)油罐內(nèi)的氣壓大于外界大氣 壓;實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開氮?dú)饪刂崎y口還可將管路內(nèi)的烙鹽和導(dǎo)熱油分別吹掃進(jìn)儲(chǔ)鹽罐和儲(chǔ) 油罐中；
[0032] 儲(chǔ)鹽罐、烙鹽循環(huán)管路、儲(chǔ)油罐、導(dǎo)熱油循環(huán)管路上還分別設(shè)有壓力傳感器，壓力 傳感器向控制系統(tǒng)發(fā)送壓力信號。
[0033] 所述的烙鹽換熱實(shí)驗(yàn)裝置的控制方法，包括W下控制操作：
[0034] 1)在控制系統(tǒng)中錄入各溫度控制組