【正文】 制：即通過分程控制手段減少能量消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。如圖 9 所示， A 閥用來控制熱水的開度， B 閥用來控制蒸汽流量的開度，它們都是接收到傳送來的氣動信號而改變開度的。 分程控制系統(tǒng)的方 框圖如圖 8 所示 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 控制方案設(shè)計(jì) 19 熱流體 （工業(yè)冷卻水） 熱水 蒸汽 降溫水 冷流體 （ a） X(s) + Y(s) Z(s) (b) 圖 8 溫度分程控制流程和方框圖 分程控制系統(tǒng)中控制器輸出信號的分段一般是由附設(shè)在控制閥上的閥門定位器來實(shí)現(xiàn)的。為此就設(shè)計(jì)了又能充分利用冷卻水的余熱又能達(dá)到給定值 的節(jié)能控制系統(tǒng)，即分程控制。所以，控制總是不及時(shí)，會引起被調(diào)量 ? 在動態(tài)過程中出現(xiàn)較大的動態(tài)偏差，或出現(xiàn)調(diào)節(jié)過頭的現(xiàn)象。這時(shí)被控對象是加熱器，被控變量是出口物料的溫度。 控制蒸汽流量 這種蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)，采用控制蒸汽流量而使出口物料溫度達(dá)到給定值。 由于熱水相對于冷流體的耗用量較少，當(dāng)過程處于原有穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，可近似認(rèn)為 000 qqq ac ?? 。在北方地 區(qū)應(yīng)用將更為普遍，冬季氣溫較低。設(shè)置為 T 上升， Z 也上升。調(diào)節(jié)器方塊實(shí)現(xiàn)各種調(diào)節(jié)規(guī)律，調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸入信號與輸出信號之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。調(diào)節(jié)變量是被控對象的輸入信號，被控變量是被控對象的輸出信號。圖 5 是該系統(tǒng)的方框圖 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 控制方案設(shè)計(jì) 12 干擾 f 偏差 E P Q 給定值 R 溫度（ T） 測量值 Z 圖 5 換熱器溫度控制方框圖 由于控制系統(tǒng)只有一個回路，因此也稱單回路控制系統(tǒng)。由此來看，兩者都很重要，都可以作為操縱變量，只是有先后關(guān)系。從工藝角度看，本系統(tǒng)中只有熱水和蒸汽流量為可控因素，其他一般為不可控因素。當(dāng)被控變量選定以后，接下去應(yīng)對工藝進(jìn)行分析，找出有那 些因素會影響被控變量發(fā)生變化的。在構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)時(shí)，被控變量的選擇十分重要。還有采用熱水和蒸汽共同供熱的分程控制系統(tǒng)。 （ 4）回收熱能?？刂普羝髁康姆桨竷?yōu)點(diǎn)是簡單易行，過度過程時(shí)間短，控制迅速，而缺點(diǎn)是需用較大口徑的蒸汽閥門、傳熱量變化比較劇烈，當(dāng)凝液冷卻到 100℃以下時(shí)，即常壓時(shí)的沸點(diǎn)以下，蒸汽的冷凝溫度降低，加熱器一側(cè)會產(chǎn)生負(fù)壓造成冷凝液的排放不暢，不能均勻的傳熱。在這種控制方案中，冷凝液積聚起來達(dá)到改變傳熱面積的過程是一個積分過程，因此調(diào)節(jié)起來比較遲鈍，變化較緩慢。它在整個冷凝過程中溫度保持不變但有相變。 一側(cè)有相變的加熱器 在實(shí)際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常利 用控制蒸汽流量來穩(wěn)定被加熱介質(zhì)的出口溫度。 另外，熱量總是從高溫物體向低溫物體傳遞，物體間的溫差是傳熱的動力，溫差越大 ，傳遞速率越大。換熱器的目的是為了使工藝介質(zhì)加熱到某一溫度，自動控制的目的就是要通過改變換熱器熱負(fù)荷，以保證工藝介質(zhì)在換熱器的出口溫度達(dá)到給定值。下面就怎樣充分利用（工業(yè)冷卻水）的余熱，作進(jìn)一步的探討。為保障 ‘ 循環(huán)水余熱利用 ’ 研究項(xiàng)目的實(shí)施，要建立 “ 產(chǎn)學(xué)研 ” 一體的技術(shù)開發(fā)體系，組織示范工程。許多國家都在進(jìn)行這方面的研究、開發(fā)，以充分利用各種類型的余熱。因此我們應(yīng)該重視這方面的問題。由于 工業(yè) 冷卻水余熱量占到了的工廠燃煤熱量的巨大比例 ,回收這部分熱能對于節(jié)約能源和煤炭資源的竭盡利用無疑是意義重大的。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 I 摘 要 在工業(yè)生產(chǎn)中，工藝過程往往要求在一定的溫度下進(jìn)行。為了保證社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和資源的最大限度利用，充分利用熱水（工業(yè)冷卻水）的余熱，在一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)提出 建立 “ 循環(huán)型社會 ” 的 21 世紀(jì)發(fā)展的重大戰(zhàn)略目標(biāo)，并從工業(yè)生產(chǎn)和人民生活的各個方面，在有機(jī)關(guān)聯(lián)的多層面予以實(shí)施。 工廠冷卻水的熱污染 我們?nèi)菀缀鲆暪S冷卻水所含巨大熱量棄置于環(huán)境可能帶來的熱污染的危害。這既可提高能源綜合利用率，符合 “ 總能系統(tǒng) ” 的操作原則 (高品位能做功，低品位能供熱 )，也可實(shí)現(xiàn)工廠燃煤熱能、核能的 “ 循環(huán)使用 ” 。隨著科技的發(fā)展，應(yīng)逐步加大熱泵、熱管高技術(shù)回用技術(shù)在工廠循環(huán)冷卻水余熱利用中的比例?？梢姡@節(jié)省了能源，充分實(shí)現(xiàn)了能源的回收利用，降低了能耗。而操縱變量通常是載熱體的流量。 靜態(tài)特性指導(dǎo)的兩個基本方程式 — 熱量平衡關(guān)系式及傳熱速率方程式如下： 如果忽略傳熱過程中損失掉的熱量，那么熱流體放出的熱量應(yīng)該等于冷流體所獲得的熱量，這樣可寫出下列平衡方程式： )()( 34222111 TTCGTTCGQ ???? (2) 式中， Q— 單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量； 21,GG — 分別為載熱體和冷流體的流量； 21,CC — 分別為載熱體和冷流體的比熱容； 21,TT — 分別為載熱體的入口和出口溫度； 43,TT — 分別為冷流體的入口和出口溫度。 換熱器的控制 方案中應(yīng)用最為普遍的是改變載熱體流量，這種方案最攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 熱交換工藝及控制要求 6 簡單，經(jīng)常用于載熱體流量的變化對溫度影響較靈敏，并且載熱體上游壓力比 較平穩(wěn)的場合。 蒸汽冷凝的傳熱過程不同于上一節(jié)介紹的兩側(cè)均無相變的傳熱過程。如果某種原因使得被加熱物料出口溫度高于給定值，表明傳熱量過大，此時(shí)可通過控制器的作用將凝液管線上的控制閥關(guān)小，蒸汽的凝液就會積聚起來，蒸汽冷凝的 有效換熱面積 F 就會減少了，從而傳熱量也減少了，工藝介質(zhì)出口溫度就會回復(fù)到給定值上來；反之；則相反。這兩種方案及其它們各自改進(jìn)的串級控制系統(tǒng)，各有優(yōu)缺點(diǎn)。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 熱交換工藝及控制要求 8 （ 3）工藝介質(zhì)改變相態(tài)。 其中控制熱水（工業(yè)冷卻水）流量及控制蒸汽流量的簡單控制系統(tǒng)。 被控變量 生產(chǎn)過程中希望借助自動控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量 稱為被控變量。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 控制方案設(shè)計(jì) 10 操縱變量 在自動控制系統(tǒng)中，把 用來克服干擾對被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量稱為操縱變量。為此，可先將這些影響因素分為兩大類，即可控的和不可 控的。首先控制工業(yè)冷卻水流量達(dá)到工藝要求再控制蒸汽流量。 簡單控制方案 簡單控制系統(tǒng)是由一個調(diào)節(jié)器、一個變送器（測量儀表）、一個執(zhí)行器 （調(diào)節(jié)閥）和被控制物理對象所組成的控制系統(tǒng)。 1. 被控對象 從圖 5看到，該控制系統(tǒng)由一個被控變量，即換熱器被加熱的出口溫度 T，一個被控對象，即換熱器；一個調(diào)節(jié)變量，即載熱體（熱水或蒸汽）的流量。調(diào)節(jié)器的輸入信號是由測量及變送單元送來的被控變量溫度 T的測量值的信號，給定值與測量值的偏差送給調(diào)節(jié)器方塊作為輸入信號。我們所看到的僅僅是被控變量 T 的測量值 Z。這些冷卻水都有一定的余熱，可以利用這些余熱通過熱交換器對（工藝介質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱）或?qū)λ訜幔_(dá)到一定的溫 度，用于小區(qū)熱水供應(yīng)進(jìn)行洗澡和清洗過程。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 控制方案設(shè)計(jì) 14 sQ 熱水（ 冷卻水） ccc Qq? 熱流體 冷流體 aaa Qq? 圖 6 控制熱水流量的控制方案 圖中： a? 為熱流體出口溫度； aQ 為熱流體在單位時(shí)間內(nèi)帶走的熱量； c? 為冷流體進(jìn)口溫度； cq 為冷流體流量； cQ 為熱流體在單位時(shí)間內(nèi)帶入的熱量； sQ 為熱水在單位時(shí)間內(nèi)帶入的熱量。 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，因此它不是本次設(shè)計(jì)中的最佳設(shè)計(jì)方案。溫度控制器的輸出送至控制閥，以改變加熱蒸汽流量來維持出口物料的溫度不變。如果，對象在內(nèi)擾下的動態(tài)特性 )(0sG 具有較大的延遲及慣性， 1D改變時(shí)要經(jīng)歷較長時(shí)間才能 從出口溫度 ? 的變化上了解調(diào)節(jié)效果。但是控制的出口溫度與給定值比較不是偏高就是偏低，且也不能充分利用熱水（冷卻水）的余熱，浪費(fèi)能源。由于是分段控制，故取名為分程控制系統(tǒng)。 這種自動控制設(shè)計(jì)將非常有利于熱水（工業(yè)冷卻水）余熱的回收利用。這種節(jié)能控制將會帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，它的市場前景將會 很廣闊。 設(shè)調(diào)節(jié)閥的可控制最小流量為 minQ ，可流量控制最大 maxQ ，則定義： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 控制方案設(shè)計(jì) 21 m inm a xR ? 式中， R 稱為閥門的可調(diào)比或可調(diào)范圍 閥門開度 % 100 A B 0 p/paM 圖 9 閥門的分程控制特性 在圖 9中 兩只閥門均為氣開特性，設(shè)可控制最大流量 maxQ ,均為 200，R=30，可控制最小流量 minQ = maxQ ／ R=。因?yàn)樵趦砷y分程點(diǎn)上，控制閥的放大倍 數(shù)可能出現(xiàn)突變，表現(xiàn)在特性曲線上產(chǎn)生斜率突變的折點(diǎn)，這在大小控制閥并聯(lián)時(shí)尤其重要。對另一臺閥的操作要求，只能在工藝允許的范圍內(nèi)即可。但是這種控制方案成本很高，在實(shí)際應(yīng)用中不是很普遍。將高技術(shù)含量的回收利用與一般性回用途徑結(jié)合起來。 在熱水蒸汽共同供熱的熱交換器的自動控制設(shè)計(jì)中，主要采用分程控制 系統(tǒng)。 感謝在論文寫作過程中幫助過我的每一個人。 最后對答辯委員會的專家表示崇高的敬意和深深的謝意！