【正文】 的高效換熱裝置。因此，無論從工廠循環(huán)冷卻水所蘊含的巨大熱量可作為城市低溫熱能資源加以再利用；還是從保證工廠安全經(jīng)濟運行，或是從降低冷卻水排放熱污染影響，進而一定程度削減工廠建設(shè)中關(guān)于取、排水工程問題難度而言，都應(yīng)該把循環(huán)冷卻水熱能回收利用的研究提到考慮的日程上來。在這個控制過程中，首先讓控制冷卻水的閥全開，此時，當冷流體的出口溫度達不到給定值時， 再打開蒸汽閥，以滿足出口溫度的要求。對于化學反應(yīng)器來講，更需要嚴格控制一定的反應(yīng)溫度，才能使化學反應(yīng)達到預(yù)定的要求。這些傳熱設(shè)備在控制中有一些共性，在大多數(shù)情況下，都是以工藝介質(zhì)的出口溫度為被控變量。 2G 1G 圖 2 換熱器傳熱情況 當換熱器兩側(cè)流體在換熱過程中均不起相變化時，采用控制載熱體（工業(yè)冷卻水）的流量。靜態(tài)放大系數(shù)也能作為系統(tǒng)整定分析以及控制閥流量特性選擇的依據(jù)。而載熱體流量的改變能有效地改變傳熱過程中的 mt? ,從而也就改變了傳熱量。另外，載熱體流量的變化會引起傳熱系數(shù)的變化，由于這種影響不會太大，可以不考慮。 而當閥前蒸汽壓力有波動時，它會影響進入加熱器的蒸汽流量，此時需要對蒸汽總管的壓力進行控制；或者采用串級控制系統(tǒng)以出口溫度為主參數(shù)，以蒸汽流量（或壓力）為副參數(shù)。假如要將工藝介質(zhì)加熱到 200℃以上或 30℃以下時，經(jīng)常要使用一些專門的有機化合物作為載熱體。在一般情況下，由于蒸汽冷凝所發(fā)出的熱量要比冷凝降溫時所發(fā)出的熱量大的多，所以為簡化起見，就不考慮冷凝降溫所發(fā)出的那部份熱量。有種方案將控制閥裝在凝液管線上，通過調(diào)節(jié)控制閥的開度來控制冷凝液的排出量。傳熱面積改變過程的滯后將降低控制質(zhì)量，有時需設(shè)法克服。 綜上所述，上面介紹的控制蒸汽流量和控制換熱器有效換熱面積。由于傳熱過程變化緩慢，因此可以防止局部過熱，所以對一些過程后會引起化學變化的介質(zhì)比較適用。 （ 2）在過程中加入所需吸收的熱 量或除去放出的熱量，使工藝過程能在規(guī)定的范圍內(nèi)進行。多數(shù)情況下被控變量為溫度，控制變量可視為不同應(yīng)用選擇熱量、載體流量等。攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 控制方案設(shè)計 9 3 控制方案設(shè)計 在工業(yè)生產(chǎn) 中，為了使工藝介質(zhì)達到給定的溫度，可以采用三種控制方案。目前，我國普遍存在能源利用率低，浪費嚴重等現(xiàn)象。以上所述的三種控制方案，參數(shù)的選擇基本一致，只是在一些參數(shù)的具體選擇上有些不同。如果被控變量選擇不當，不管組成什么形式的控制系統(tǒng)，也不管配上多么精密先進的工業(yè)自動化裝置，都不能達到預(yù)期的控制效果。綜上所述，物料的出口溫度 T 在這個控制中起著關(guān)鍵作用，它與給定值的比較影響著整個控制回路的 運轉(zhuǎn)，因此，選出口溫度 T為是被控變量。原則上，是在諸多影響下被控變量的輸入中，選擇一個對被控變量影響顯著而可控性良好的輸入，作為操縱變量，而其他未被選中的所有輸入量則視為系統(tǒng)的干擾。 ?Q 1T P K 2T T 被控變量 蒸Q 熱Q 圖 3 影響冷物料出口溫度的各種因素示意圖 現(xiàn)在的問題是選擇那一個變量作為操縱變量。如 ?Q 、蒸汽壓力 P 等，只是工藝上一般不允許這些變量去控制物料的出口溫度 2T （因為 ?Q 的波動意味著生產(chǎn)負荷的波動；蒸汽壓力的波動意味著該交換器的工況不穩(wěn)定，并會破壞溫度與成分的單值對應(yīng)關(guān)系，這些是不允許的。我們主要就是利用攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 控制方案設(shè)計 11 工業(yè)冷卻水供熱來達到節(jié)能。操縱變量與干擾變量作用在對象上，都會引起被控變量變化的。因此在選擇操縱變量時，要認真分析對象特性，以提高控制 系統(tǒng)的控制質(zhì)量。簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，所需的自動化裝置數(shù)量少投資低操作維護也比較方便，而且在一般情況下，都能滿足控制質(zhì)量的要求。 下面簡要介紹控制系統(tǒng)的各個組成部分。換熱中其他對被控變量 T 具有影響作用的因素都看作為干擾， 干擾有時在方框圖上不標出。將信號送至氣動調(diào)節(jié)閥，也可以直接將電信號送至帶電氣閥門定位器的氣動調(diào) 調(diào)節(jié)器 執(zhí)行器 （氣動調(diào)節(jié)閥冷卻水閥） 對 象 （ 換熱器 ） 溫度測量元件及變送器 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 控制方案設(shè)計 13 節(jié)閥。設(shè)置偏差 E上升， P 也上升。方框圖中所標的被控溫度 T是真實值，但這個真實值是無法確知的。 4. 執(zhí)行器 過程控制中，執(zhí)行器以氣動執(zhí)行器居多，電動執(zhí)行器的用量在增加，但總量較少。 控制熱水（工業(yè)冷卻水）的流量 工業(yè)冷卻水長期排放，浪費大?，F(xiàn)在就設(shè)計了直接利用冷卻水余熱的控制方案，控制冷卻水的流量對其加熱。 這個自動化控制系統(tǒng)，雖然自動化裝置少，投資低，但可靠性不是很好。 當熱水（工業(yè)冷卻水）帶入的熱量和冷流體溫度作階躍增加時，必將導(dǎo)致過程蓄熱量的變化，其熱量平衡方程為 acs QdtdQ ??? )()( 00000 aaccss cqcq ???? ????????? cas cqcqQ ?? 00 ???? （ 9） TC 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 控制方案設(shè)計 15 式中 dtdQ 為過程蓄熱量的變化率； sQ? 為熱水流量的增量； a?? 為熱流體出口溫度的增量； c?? 為冷物料進口溫度的增量。這種情況就得引起我們的重視。蒸汽在傳熱過程中起相變化，其傳熱機理是同時改變傳熱速率方程中的 T? 和傳熱面積 F 。 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 控制方案設(shè)計 17 蒸汽 冷卻水 熱流體 冷流體 圖 7 控制蒸汽流量的控制方案 當進料流量或溫度變化等因素引起出口物料溫度變化時，可以將該溫度變化測量后送至溫度控制器 TC。 此次控制的任務(wù)是保證外界熱水用戶負荷要求的前提下使出口物料的溫度 ? ℃等于溫度給定值 g? 。同時，調(diào)節(jié)動作使 1D 發(fā)生變化，它的調(diào)節(jié)效果即對出口溫度的影響只能從出口溫度 ? 上反映出來。此時此控制系統(tǒng)很難保證控制性能指標要求，此設(shè)計方案不適用。 分程控制方案 上述所采用的簡單控制系統(tǒng)雖然簡單方便，成本低。即所述的分程控制系統(tǒng)。在這里，控制器的輸出信號被分割成若干個信號范圍段，由每一段信號去控制一臺控制閥。如果在分程控制系統(tǒng)中采用了兩臺分程閥。當控制器輸出信號在 ～ 范圍內(nèi)變化時，控制閥 A 因已移動到極限位置開度不再變化，控制閥 B的開度卻隨著信號大小的變化而變化。余熱得到最大限度的利用，而溫度給定值又達到了，因此它的利用將在很多方面得到改善。當溫度要求較高時，將 A閥開到最大，充分利用冷卻水的余熱。在正常情況下，熱水閥全開仍不能滿足出口溫度要求時，調(diào)節(jié)器輸出信號同時使蒸汽閥 打開，以滿足出口溫度的要求。解決的辦法是設(shè)計和應(yīng)用分程控制，將兩個調(diào)節(jié)閥當作一個調(diào)節(jié)閥使用，擴大其可調(diào)范圍，改善其特性，以滿足其工藝要求。 ?? R 可見，可調(diào)比增加了一倍。 分程控制系統(tǒng)的幾個問題 (1) 控制閥流量特性要正確選擇。 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 控制方案設(shè)計 22 Q / % 100 50 0 P 入 /Mpa 圖 10 閥門特性 （ 2） 大小閥并聯(lián)時，大閥的泄漏量不可忽視，否則就不能充分發(fā)揮擴大可調(diào)范圍的作用。遇此情況，只好照顧正常情況下的被控對象特性，按正常情況下整定控 制器的參數(shù)。 這里需要特別指出的是在采用（單回路可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器 SLPC 的編程）將會大大提高控制的精度和效率。 這種控制設(shè)計方案，實現(xiàn)了儀表和計算機的一體化，應(yīng)用起來很方便。攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 系統(tǒng)特色和優(yōu)勢 24 5 系統(tǒng)特色和優(yōu)勢 與其它兩種控制方案相比，分程控制更加符合這次設(shè)計的主導(dǎo)思想。因此，應(yīng)切實關(guān)注這一巨大的低溫熱源的資源效益，在 “ 把節(jié)約放在首位，依法保護和合理使用資源，提高資源利用率，實現(xiàn)永續(xù)利用 ” 的方針指導(dǎo)下，樹立開展熱水（工廠循環(huán)冷卻水）余熱利用的超前理念，設(shè)立專門的組織機構(gòu)，統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一管理。為保障 ‘ 循環(huán)水余熱利用 ’ 研究項目的實施，要建立 “ 產(chǎn)學研 ” 一體的 技術(shù)開發(fā)體系，組織示范工程 。不應(yīng)該躊躇于初期階段有可能出現(xiàn)的 “ 投入 ” 微勝、甚至不抵“ 產(chǎn)出 ” 的暫時局面，確信隨著國家宏觀調(diào)控政策的逐漸完善、世界科技水平的日益發(fā)展，在 此項研究的深入進程中，低成本、高產(chǎn)出的效益型工廠循環(huán)水余熱回收利用系統(tǒng)定會實現(xiàn)。這種設(shè)計是 低成本、高產(chǎn)出的效益型工廠循環(huán)水余熱回收利用系統(tǒng)，把巨額數(shù)量能源的回用，本身就是資源財富 。感謝母校為我們提供的良好的學習環(huán)境，給我們深造的機會，使我們能繼續(xù)學習和提升自我。在初稿完成后，經(jīng)過老師的檢查，老師給了我很多建議和指導(dǎo)。在這里請允許我向 周 老師致以最真誠的謝意 感謝所有關(guān)心、愛護我成長的親人、朋友、老師和同學們！特別感謝我的父母對我學習的鼓勵和支持，他們是我能夠順利完成學業(yè)的精神支柱。在完成畢業(yè)設(shè)計這段時間里，老師對我真誠的關(guān)懷和幫助，這段美好時光，我將永銘于心。首先，也是最主要感謝的是本文的指導(dǎo)老師， 周榮富老師和張學通老師 ，在整個過程中他 們 給了我很大幫助。這是一種積極的自動化控制設(shè)計，它蘊藏著巨大效益。主要是在實際應(yīng)用、工業(yè)生產(chǎn)中，考慮到經(jīng)濟及控制效果等因素，采用分程控制是最經(jīng)濟、又最有可靠性的設(shè)計。污水熱能回用尚且如此，工廠循環(huán)冷卻水所含巨大余熱量的回 收利用，在能源節(jié)約及環(huán)境保護上的深深寓意應(yīng)不辨自明。以高技術(shù)為龍頭，因地制宜、因時制宜地開展這一余熱利用的事業(yè)；在宏觀監(jiān)控上，國家應(yīng)出臺鼓勵工廠余熱利用的政策，對于利用余熱進行生產(chǎn)加工的企業(yè)給予優(yōu)先發(fā)展的條件，對其產(chǎn)品銷售給予優(yōu)惠；在技術(shù)研發(fā)上， 要研制和開發(fā)低成本高效率、能充分利用工廠自身廢熱能為驅(qū)動能的熱泵機組，以及開發(fā)采用熱管這一熱超導(dǎo)元件的高效換熱裝置。更重要的是前面兩種控制方案不能很好的控制流體的出口溫度，然而分程控制能夠及時、準確的使出口溫度達到給定值。 總的來說不管采用何種儀器、儀表，何種自動控制設(shè)計，就是要在工業(yè)生