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1、1目目 录录摘要摘要21 前言前言21.1 热工工业生产与热工控制21.2 热工工业生产与热工自动化自动化32 热工控制热工控制32.1 简单热工控制32.2 玻璃熔炉的热工控制32.3 锅炉与热工控制32.4 热工自动化系统66.2 火力发电厂的热工自动控制系统及其发展73 结语结语8参考文献参考文献92热工学与工业生产热工学与工业生产孙伟西南大学工程技术学院2012 级机械设计制造及其自动化 2 班摘摘 要：要：热工学随着时代的进步也在不断发展，热工学原理与工业领域的联系越来越多，虽然热工学原理并非基础的生产理论，但是热工学的实际应用在电力、建筑、冶金工业中具有非常广泛的实际应用，工业生产
2、领域中也往往伴随着着复杂的热变化过程，我们集中讨论了工业生产中对热变化过程的控制，以及热工自动化在火力发电厂的具体应用以及现状的发展水平。本文重点介绍了工业领域中的热工过程控制以及火电厂的热工自动化发展水平以及现状。 关键词：关键词：热工学 热工学原理 热工控制 热工自动化 1. 前言前言热工学主要以热力学为基础，而热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律。热力学是总结物质的宏观现象而得到的热学理论，不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用。因此它是一种唯象的宏观理论，具有高度的可靠性和普遍性。热力学原理最初广泛应用于建筑领域，促进
3、了建筑学的整体进步，随着科学技术的不断发展，热工学原理逐渐应用到了产品设备中，整个工业领域内，热工学原理比较成熟在火电厂，以及设备的热工控制当中。 1.11.1 热工工业生产与热工控制热工工业生产与热工控制实际的生产过程中，往往伴随着极其复杂的热变化，这些复杂的变化与生产效率息息相关，为了追求优效率，热工控制便应运而生，以玻璃熔窑为例，热工控制包括对玻璃熔窑各热工参数(如温度、压力、液面、气氛、流量和流速等)的测量与自动控制。热工测量是检查热工过程的基本手段，自动控制是保证热工设备维持最佳状态的重要措施。正确地安装与使用热工测量与自动设备仪表，可以正确、及时地了解与控制热工设备的工作状态，保证
4、设备的安全运转，提高玻璃的产量和质量、降低燃料消耗，提高劳动生产率。31.21.2 热工工业生产与热工自动化热工工业生产与热工自动化热工实质上是继续发展的热工控制，热工自动化技术是一种运用控制理论，热能工程技术，智能仪器仪表，计算机技术和其他信息技术，对热力学相关参数进行检测，控制，从而对生产过程实现检测，控制，优化，调度，管理，决策，达到确保安全，增加产量，提高质量，降低消耗，减员增效等目的的综合性高新技术。由于采用热工自动化技术之后，可以明显地降低生产成本和能耗，lootou能够给企业带来直接的经济效益，因此发电企业都非常重视热工自动化产品的选择和使用，与此同时，热工自动化技术对于节能减排
5、也有着直接的贡献，因此国家对于这一领域的技术开发，国产化产品的推广都非常重视。2. 热工控制热工控制2.12.1 简单控制系统简单控制系统简单控制系统是由一个被调量、一个控制量而且只用一个调节器、一个调节阀所组成的一个闭合回路，在热工过程控制中简单控制系统是最基本的，也是应用最多的，既使是复杂控制系统也是在简单控制系统的基础上发展起来的。因此，学习和掌握简单控制系统是非常重要的。2.22.2 玻璃熔炉的热工控制玻璃熔炉的热工控制熔窑自动控制系统若按工艺参数的种类可分为温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统、液位控制系统和气氛控制系统等。按系统的结构和所担负的任务可分为单回路控制系统、串级控制
6、系统、比值控制系统等。按给定值的不同又可分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。温度是玻璃工业中最重要的热工参数。它直接影响到玻璃产品的质量、产量与成本等指标，因此，准确地进行温度的测量与控制是十分重要的。现简单介绍空气炉燃烧方式、全氧燃烧方式的玻璃熔炉中的热力学简单计算。全氧燃烧时:Q1 + Q2 + Q3 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 ( 1)空气燃烧时:q1 + q2 + q3 + q4 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 + q7 + q8 ( 2)通过对温度实现控制，均可以实现效率的提高，而热工控制系统就实现了对温
7、度的实时监测以及控制。2.32.3 锅炉与热工控制锅炉与热工控制4自动调节是在人工调节的基础上产生，发展起来的。所以在开始介绍自动调节的时候，首先分析人工调节，并与自动调节加以比较，这对初学者了解和分析自动调节是有益的。锅炉给水人工调节示意图如图 1-1 所示。给水经过给水调节阀 5，省煤器 3 加热后进入汽包。用以调节汽包水位。为了使水位保持在要求的数值上或在一定范围内变化，必须在汽包上设置一个水位计 6，操作人员根据水位计的指示，不断地改变调节阀 5 的开度，控制进入汽包的水量，从而使水位维持在某个要求的范围内。例如，当操作人员从水位计上观察到的数值低于要求的水位值时，则开大阀门，增大给水
8、流量，使水位上升到要求的数值；当从水位计上观察到的数值高于要求的水位值时，就关小阀门，减小给水流量，使水位下降到要求的数值。归纳起来，操作人员所进行的工作是：1观察水位计的指示值；2将汽包水位的指示值与汽包水位要求的数值比较，并算出两者的差值；3当偏差值偏高时，则关小给水调节阀门，而当偏差值偏低时，则开大给水调节阀门，阀门开大或关小的程度与偏差的大小有关。将上述三步工作不断重复下去，直到水位计指示值回到要求的数值上，这种由人来直接进行的操作就叫做人工调节。从上述可知，要进行人工调节，必须有一个测量元件(如上例中的水位计)和一个被人工操纵的器件(如上例中的给水调节阀)。人们把指示水位与要求水位进
9、行比较，就会得到水位偏差的大小，根据这个偏差大小进行判断，并决定如何去控制阀门，使偏差得到纠正。所以人在调节过程中起到了观测、比较、判断和控制的作用。人工调节就是“检测偏差，纠正偏差”的过程。2W给水53416蒸汽D图 1-1 锅炉给水人工调节示意图1. 过热器；2. 汽包；3.省煤器；4. 水冷壁；5. 给水调节阀；6. 水位计。h5如果用一整套自动控制仪表(自动调节器)来代替操作人员的作用，使生产过程不需操作人员的直接参与而能自动地执行调节任务，这就叫做自动调节。 图中测量单元、给定、调节单元、执行单元、代替操作人员完成调节给水的任务。测量单元(相当于人的耳目)用来测量水位的大小，并把水位
10、信号转变成与之成一定关系(一般为比例关系)便于远距离传送的电流或电压信号。调节单元(相当于人的大脑)接受测量单元来的测量信号，并把它与水位希望保持的值（由给定单元给出）进行比较，当有偏差时，调节单元发出一定规律的指挥指令、给执行单元。执行单元(相当于人的手)按照调节单元这一命令去操作调节机构(给水调节阀)，调节效果如何，再由测量单元测出水位的变化，并将这一信号给调节单元，与水位希望保持的数值再比较，根据偏差，调节器再发出调节指令，执行单元再次改变给水调节阀，直到调节系统达到一个新的平衡状态为止即调节过程结束。这样就实现了用自动控制仪表代替人工调节的自动调节。在人工调节到自动调节演变过程中，人工
11、调节中人用眼睛、大脑、手完成观测、比较、判断和控制的任务。自动调节中则用测量单元、调节单元、执行单元完成，也就是说用这套控制仪表完全能代替人。在人工调节中，人是凭经验支配双手操作的，其效果在很大程度上取决于经验，而在自动调节中，调节单元是根据偏差信号，按一定规律去控制调节阀的，其效果在很大程度上决定于调节单元的调节规律选用的是否恰当。通过上述实例可以概括出自动调节中的一些常用术语。1被调量（被控制量）表征生产过程是否正常运行并需要加以调节的物理量。例如图 1-1 中的水位 h 。 2给定值按生产要求被调量必须维持的希望值。简称给定值。在许多情况下给定值是不变的(如正常运行时锅炉的汽包水位，汽机
12、转速等)，但在有些情况下给定值是变化的，如汽轮机启动过程中转速的给定值就应不断改变。3控制对象（被控对象）被调节的生产过程或设备称为控制对象。例如图 1-1 中的汽包。4调节机构可用来改变进入控制对象的物质或能量的装置称为调节机构。5控制量（调节量）由调节机构(阀门、挡板等)改变的流量(或能量)，用以控制被调量的变化。称为控制量。例如图 1-1 中的给水量 W 。给水 w蒸汽 D测量单元调节单元给定单元执行单元124356图 1-2 汽包锅炉给水自动调节示意图6h66扰动引起被调量偏离其给定值的各种原因称为扰动。如果扰动不包括在控制回路内部(例外界负荷)，称为外扰。如果扰动发生在控制回路内部，称为内扰。其中，由于调节机构开度变化造成的扰动，称为基本扰动。变更控制器的给定值的扰动称为给定值扰动有时也称控制作用扰动。7控制过程（调节过程）原来处于平衡状态的控制对象，一旦受到扰动作用，被调量就会偏离给定值。要通过自动控制仪表或运行人员的调节作用使被调量重新恢复到新的平衡状态的过程，称为调节过程。8自动控制系统自动控制仪
