一種熔鹽換熱實驗裝置及其控制方法
【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)及一種烙鹽換熱實驗裝置及其控制方法。
【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、粘度較低W及價格相對便宜等特點。因此，烙鹽作為傳熱儲熱流體具有廣闊應(yīng)用前 景，如在冶金、化學(xué)、核電W及太陽能等多個領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用而且，世界已將烙鹽太陽能電 站運用于商業(yè)發(fā)電。因此，大型烙鹽換熱實驗臺對于烙鹽應(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)烙鹽換熱實驗臺，都屬于小型的流量變化范圍小，操作簡單 的實驗臺。運些小型實驗臺由于換熱器類型限制、流量溫度限制等原因，很難得到與實際貼 合的實驗數(shù)據(jù)。因此搭建大型烙鹽換熱實驗平臺十分必要的。但是，考慮到烙鹽本身具有凝 固溫度高，腐蝕性等缺點，并且控制運種大型烙鹽換熱實驗平臺達到實驗?zāi)康囊泊嬖诤芏?困難：
[0004] 1)溫度控制，對于大型烙鹽換熱實驗平臺，實驗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 要考慮實驗過程中，各種擾動對溫度的影響，從而快速響應(yīng)，進行調(diào)節(jié)。
[0005] 2)流量控制，對于大型烙鹽換熱實驗平臺，流量在一個較大的范圍內(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，而僅僅通過電動閥口調(diào)節(jié)流量有可能引起管路內(nèi)壓 力波動太大，進而引發(fā)實驗管路或設(shè)備的泄漏和損壞事故，增加實驗的危險性。因此，需要 完善的控制系統(tǒng)來同時調(diào)節(jié)變頻累和電動閥口。
[0006] 3)更換實驗段，對于大型烙鹽換熱實驗平臺，跟換實驗段是必須的，同時也是工 程巨大的，并且每次跟換實驗段后，實驗要從頭開始，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驗平臺，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，烙鹽與導(dǎo)熱油換熱實驗的溫度更加高，同 時導(dǎo)熱油與烙鹽在高溫下進行換熱也容易焦化產(chǎn)生固態(tài)雜質(zhì)，從而堵塞實驗管道，并且對 于大型烙鹽換熱實驗平臺，運種危險性更大。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驗裝置及其控制方法，基于梯級控制 的智能控制系統(tǒng)，能夠在保證實驗節(jié)能、精確W及安全的前提下，實現(xiàn)實驗操作的簡單高 效。
[0010] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0011] -種烙鹽換熱實驗裝置，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)的烙鹽換熱實驗段， 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鹽罐和烙鹽循環(huán)管路，W及設(shè)置在其上 的多個溫度控制組件和多個流量控制組件，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] 所述的儲鹽罐、儲油罐內(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控制的電加熱器組成;儲鹽罐、儲油罐內(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] 所述的烙鹽換熱實驗段、導(dǎo)熱油/冷卻水換熱器其進出口處均設(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;烙鹽換熱實驗段的并聯(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，水冷卻塔風(fēng)機受控制系 統(tǒng)調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)動頻率。
[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)對加熱器進行梯度控制:在初始加溫時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)的出口溫度達到預(yù)設(shè)值的70%時， 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；出口溫度達到預(yù)設(shè)值的 80%時，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)熱油達到預(yù)設(shè)值溫度。
[0026] 針對烙鹽換熱實驗段并聯(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驗段連通時，開始啟動時根據(jù)儲鹽罐/儲油罐的流量預(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)動頻率，之后根據(jù)第一烙 鹽換熱實驗段的流量監(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 一烙鹽換熱實驗段的烙鹽/導(dǎo)熱油的流量控制閥口和分流控制閥進行控制；
[0028] 若多個烙鹽換熱實驗段連通時，先對各個烙鹽換熱實驗段烙鹽/導(dǎo)熱油流量預(yù)設(shè) 值總和進行判斷，是否超過最大限度流量;若超過，控制系統(tǒng)將控制烙鹽換熱實驗段分別逐 次實驗連通;若沒有超過，初始時，控制系統(tǒng)將第一烙鹽換熱實驗段的烙鹽/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使第一烙鹽換熱實驗段 的流量控制閥口逐漸減小開度，同時通過PID使分流控制閥口逐漸增大，使第一實驗段的 流量監(jiān)測器達到預(yù)設(shè)值;然后，用通過PID同時調(diào)節(jié)第二烙鹽換熱實驗段和分流控制閥口， 達到烙鹽換熱第二實驗段的流量監(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，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對冷卻水閥口進行控制。
[0031] 所述的儲鹽罐、烙鹽循環(huán)管路、儲油罐、導(dǎo)熱油循環(huán)管路還分別通過氮氣控制閥 n、連接管路與氮氣罐相連通;氮氣罐內(nèi)存儲有氮氣，打開氮氣控制閥口后氮氣進入烙鹽循 環(huán)管路和導(dǎo)熱油循環(huán)回路排除其中的空氣，并保持儲鹽罐和儲油罐內(nèi)的氣壓大于外界大氣 壓;實驗結(jié)束后，打開氮氣控制閥口還可將管路內(nèi)的烙鹽和導(dǎo)熱油分別吹掃進儲鹽罐和儲 油罐中；
[0032] 儲鹽罐、烙鹽循環(huán)管路、儲油罐、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] 所述的烙鹽換熱實驗裝置的控制方法，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