【導(dǎo)讀】在工業(yè)生產(chǎn)中，工藝過(guò)程往往要求在一定的溫度下進(jìn)行。器的應(yīng)用是比較廣泛的。生產(chǎn)中許多物料要進(jìn)行預(yù)熱或加熱，如在工藝生。自聚，低于給定值會(huì)發(fā)生凝結(jié)。而工業(yè)生產(chǎn)中為了冷卻，就會(huì)產(chǎn)生大量的。冷卻水）余熱進(jìn)行熱交換的自動(dòng)控制系統(tǒng)作了設(shè)計(jì)，目的是充分利用余熱，只有當(dāng)用熱水加熱不能滿足出口溫度要求時(shí)，才使用蒸汽補(bǔ)充加熱。一種節(jié)省能源，降低能耗的設(shè)計(jì)方案，也應(yīng)合了當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中節(jié)能控制，提高經(jīng)濟(jì)效益的指導(dǎo)思想。

　　

【正文】 閥用來(lái)控制熱水的開(kāi)度， B 閥用來(lái)控制蒸汽流量的開(kāi)度，它們都是接收到傳送來(lái)的氣動(dòng)信號(hào)而改變開(kāi)度的。蒸汽的溫度相對(duì)要高一些，它可以滿足更高溫度的需要。余熱得到最大限度的利用，而溫度給定值又達(dá)到了，因此它的利用將在很多方面得到改善。 這種充分利用熱水余熱的溫度分程控制的設(shè)計(jì)，把冷卻水的余熱利用發(fā) 揮到了極限。比如在工廠利用此熱量加熱，為居民提供生活熱水，方便人們洗澡、清洗之類的事情。當(dāng)要求較低溫度時(shí)，只需減少熱水流量，少量余熱也就被利用了。當(dāng)溫度要求較高時(shí)，將 A閥開(kāi)到最大，充分利用冷卻水的余熱。這種節(jié)能控制將會(huì)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，它的市場(chǎng)前景將會(huì) 很廣闊。 采用分程控制的理由 1. 用于節(jié)能控制：即通過(guò)分程控制手段減少能量消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。 在本系統(tǒng)中，蒸汽閥和熱水閥均選用氣開(kāi)式，調(diào)節(jié)器為反作用。在正常情況下，熱水閥全開(kāi)仍不能滿足出口溫度要求時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)同時(shí)使蒸汽閥 打開(kāi)，以滿足出口溫度的要求。可見(jiàn)采用分程控制，可節(jié)省能源，降低能耗。 2. 用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍，改善調(diào)節(jié)閥的工作特性。 在有些工業(yè)生產(chǎn)中，要求調(diào)節(jié)閥工作時(shí)，其可調(diào)范圍比較大，而目前同一設(shè)計(jì)的柱塞式調(diào)節(jié)閥，其可調(diào)范圍一般在 30 左右，因此能滿足小流量就不能滿足大流量，反之亦然。解決的辦法是設(shè)計(jì)和應(yīng)用分程控制，將兩個(gè)調(diào)節(jié)閥當(dāng)作一個(gè)調(diào)節(jié)閥使用，擴(kuò)大其可調(diào)范圍，改善其特性，以滿足其工藝要求。 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(kāi)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(kāi)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=。 當(dāng)兩只閥門以分程方式工作時(shí)， A 閥工作于控制信號(hào)的 ～ 段， B 閥工作于控制信號(hào)的 ～ 段。這時(shí)對(duì)于這兩只閥門并聯(lián)而成的起分程控制作用的整體來(lái)說(shuō)： 可控最小流量 min1Q = minQ = 可控最小流量 max1Q = maxQ + maxQ =400 則有 60m in1m ax139。 ?? R 可見(jiàn)，可調(diào)比增加了一倍。如果 A 閥的 maxQ 較小， B 閥的 maxQ 較大，則可調(diào)比增加的更多。 這樣也就保證了冷流體在換熱器中的溫度可調(diào) 范圍也增加了。這能滿足 不同生產(chǎn)階段的溫度要求，達(dá)到了自動(dòng)控制的需要。 分程控制系統(tǒng)的幾個(gè)問(wèn)題 (1) 控制閥流量特性要正確選擇。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。如果兩控制閥均為線性特性，情況更為嚴(yán)重。如果采用對(duì)數(shù)特性控制閥，分程信號(hào)重疊一小段，則情況會(huì)有所改善，如圖 10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) 22 Q / % 100 50 0 P 入 /Mpa 圖 10 閥門特性 （ 2） 大小閥并聯(lián)時(shí)，大閥的泄漏量不可忽視，否則就不能充分發(fā)揮擴(kuò)大可調(diào)范圍的作用。當(dāng)大閥的泄漏量較大時(shí)，系統(tǒng)的最小流通能力就不再是小閥的最小流通能力了。 （ 3） 分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上是簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，因此控制器的選擇和參數(shù)整定，可參照簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)處理。不過(guò)在運(yùn)行中，如果兩個(gè)控制通道 特性不同，就是說(shuō)廣義對(duì)象特性是兩個(gè)，控制器參數(shù)不能同時(shí)滿足兩個(gè)不同對(duì)象特性的要求。遇此情況，只好照顧正常情況下的被控對(duì)象特性，按正常情況下整定控 制器的參數(shù)。對(duì)另一臺(tái)閥的操作要求，只能在工藝允許的范圍內(nèi)即可。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)配置 23 4 系統(tǒng)配置 綜上所述，根據(jù)實(shí)際需 要，在簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中所采用的儀器儀表：一個(gè)熱電偶溫度計(jì)、一個(gè)溫度變送器（ 4~20mA）、一個(gè)調(diào)節(jié)器（ 4~20mA）或（單回路可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器 SLPC 的編程）、一個(gè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥（帶閥門定位器）。分程控制系統(tǒng)在選用儀表方面與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)一樣，只是采用了兩個(gè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥， 需要說(shuō)明的是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥選擇氣開(kāi)式，調(diào)節(jié)器選擇反作用。 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(huì)大大提高控制的精度和效率。因此需簡(jiǎn)單介紹一下，畢竟它是自動(dòng)化不斷發(fā)展過(guò)程中，又一科技產(chǎn)品。 數(shù)字調(diào)節(jié)器 SLPC 的編程。將更加靈活方便，形象而直觀的數(shù)字或圖形顯示，高度的完全可靠性，實(shí)現(xiàn)了儀表和計(jì)算機(jī)的一體化。 這種控制設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了儀表和計(jì)算機(jī)的一體化，應(yīng)用起來(lái)很方便。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。 總的來(lái)說(shuō)不管采用何種儀器、儀表，何種自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，就是要在工業(yè)生 產(chǎn)中能夠最有效、最經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。本次設(shè)計(jì)是以工業(yè)冷卻水余熱的充分利用為主要設(shè)計(jì)理念，使其能量在熱交換器中得到充分利用，實(shí)現(xiàn)能量的回收利用。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 系統(tǒng)特色和優(yōu)勢(shì) 24 5 系統(tǒng)特色和優(yōu)勢(shì) 與其它兩種控制方案相比，分程控制更加符合這次設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想。充分利用熱水（工業(yè)冷卻水）的余熱，沒(méi)有讓這 部分熱量再次流失，完成了能量的回收利用。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(shí)、準(zhǔn)確的使出口溫度達(dá)到給定值。 在當(dāng)今全球規(guī)模的環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重的情勢(shì)下，以往那種 “ 大量生產(chǎn)、大量流通、大量浪費(fèi)、 大量廢棄 ” 的生產(chǎn)模式己經(jīng)越來(lái)越不被人們所接受。因此，應(yīng)切實(shí)關(guān)注這一巨大的低溫?zé)嵩吹馁Y源效益，在 “ 把節(jié)約放在首位，依法保護(hù)和合理使用資源，提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)永續(xù)利用 ” 的方針指導(dǎo)下，樹(shù)立開(kāi)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(jī)構(gòu)，統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一管理。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(lái)。以高技術(shù)為龍頭，因地制宜、因時(shí)制宜地開(kāi)展這一余熱利用的事業(yè)；在宏觀監(jiān)控上，國(guó)家應(yīng)出臺(tái)鼓勵(lì)工廠余熱利用的政策，對(duì)于利用余熱進(jìn)行生產(chǎn)加工的企業(yè)給予優(yōu)先發(fā)展的條件，對(duì)其產(chǎn)品銷售給予優(yōu)惠；在技術(shù)研發(fā)上， 要研制和開(kāi)發(fā)低成本高效率、能充分利用工廠自身廢熱能為驅(qū)動(dòng)能的熱泵機(jī)組，以及開(kāi)發(fā)采用熱管這一熱超導(dǎo)元件的高效換熱裝置。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。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(kāi)發(fā)體系，組織示范工程 。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)束語(yǔ) 25 結(jié)束語(yǔ) 污水處理資源化的三大支柱之一便是污水熱能回收利用，這是環(huán)境保護(hù)及資源循環(huán)利用先導(dǎo)者們面對(duì)世界生態(tài)環(huán)境日趨惡劣、可用資源日漸匱乏的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)所提出的戰(zhàn)略。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(hù)上的深深寓意應(yīng)不辨自明。因此，當(dāng)前問(wèn)題所在已不是應(yīng)不應(yīng)該開(kāi)展工廠循環(huán)冷卻水余熱利用的研究，而是如何把利用的研究工作搞得更好；不是有幾個(gè)工廠對(duì)循環(huán)冷卻水余熱已有所利用，熱泵技術(shù)已相對(duì)成熟，可照搬過(guò)來(lái)了，而是如何緊密結(jié)合工廠實(shí)際情況，提高利用的效益，充分使用工廠生產(chǎn)過(guò)程中排放的其它廢熱源，而去研制更適合工廠回收低品位熱能的高效廉價(jià)的熱泵、熱管換熱器。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(shí)局面，確信隨著國(guó)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(xiàng)研究的深入進(jìn)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(huì)實(shí)現(xiàn)。 在熱水蒸汽共同供熱的熱交換器的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)中，主要采用分程控制 系統(tǒng)。主要是在實(shí)際應(yīng)用、工業(yè)生產(chǎn)中，考慮到經(jīng)濟(jì)及控制效果等因素，采用分程控制是最經(jīng)濟(jì)、又最有可靠性的設(shè)計(jì)。 它主要是充分利用了熱水（工業(yè)冷卻水）的余熱，工廠循環(huán)冷卻水余熱利用問(wèn)題正是實(shí)施“循環(huán)型社會(huì)”戰(zhàn)略目標(biāo)中的一個(gè)層面，它關(guān)系到節(jié)能、資源綜合利用以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題。這種設(shè)計(jì)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(cái)富 。 這也正應(yīng)合了國(guó)際、國(guó)內(nèi)在工業(yè)生產(chǎn)中所提倡的環(huán)保、節(jié)約能源的思想。這是一種積極的自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)，它蘊(yùn)藏著巨大效益。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn) 26 參考文獻(xiàn) [1] 歷玉鳴?化工儀表及自動(dòng)化?北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20xx 年 [2] 何離慶，張壽明，朱文嘉?過(guò)程控制系統(tǒng)與裝置?重慶：重慶大學(xué)出版社， 20xx年 [3] 侯志林?過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表?西安理工大學(xué)：機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx 年 [4] 王俊杰，王家楨? 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