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《热工学》课程论文

摘要2

1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3

2热工控制3

2.1简单热工控制3

2.2玻璃熔炉的热工控制32.3锅炉与热工控制3

2.4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8

参考文献9

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：

热工学热工学原理热工控制热工自动化

1.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。

1.1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。

1.2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

2.1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。

2.2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度的实时监测以及控制。

2.3锅炉与热工控制

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。



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。



6．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

自动控制仪表和控制对象通过信号的传递互相联系起来就构成一个自动控制系统。

运用上述术语来表述，控制就是根据被调量偏离给定值的情况，适当地动作调节机构，改变控制量，最后抵消扰动的影响，使被调量恢复到给定值。

2.4热工自动化系统

自动控制系统的分类方法很多，其中最基本分为：



1．反馈控制系统

这种系统的基本工作原理是根据被调量与其给定值之间的偏差进行调节，最后达到减小或消除偏差，简单说就是“按偏差调节”。

为了取得偏差信号，必须要有被调量测量值的反馈信号，因而将系统构成一个闭合回路，如图1-3所示。

这种系统也称为闭环控制系统。

反馈控制的特点一是按偏差调节，由于需要反复调节则控制过程时间长，但可以克服各种扰动。

二因是闭环系统则需要进行稳定性分析。

三是由于存在被调量的反馈，所以调节的精度是可测的，反馈控制可以消除被调量的稳态偏差。

。



2．前馈控制系统

这种控制系统的基本工作原理是根据扰动信号进行调节，即利用扰动信号产生的调节作用去补偿（抵消）扰动对被调量的影响。

简单说就是按“扰动调节”或“扰动补偿”。



图1-4表示一个前馈控制系统，扰动λ是引起被调量y的变化原因，而前馈调节器在扰动出现的同时就根据扰动信号λ进行调节，用此控制作用去抵消扰动λ对被调量的影响。

如果完全抵消，被调量就可保持不变。

在前馈控制系统中，没有被调量（及其它）的反馈信号，所以系统是不闭合的，因此也称开环控制系统。

前馈控制的特点，一是按扰动调节快于按偏差调节，这就可以有效地制止被调量的变化，并且控制过程时间短，但只能克服某种扰动。

二是因为属于开环系统就不存在稳定性分析问题。

三是因为不存在被调量的反馈，所以调节的精度是不可以检测的（不易得到静态偏差的具体数值）。

这种系统实际上不能单独使用。

3．前馈─反馈控制系统

在反馈控制系统的基础上加入前馈控制就称为前馈─反馈复合控制系统。

将经常发生的主要扰动（负荷）作为前馈信号，由于前馈信号快于被调量的偏差信号故可以进行“立即”调节，及时克服主要扰动对被调量的影响。

利用反馈来克服其它扰动，使系统的被调量在稳态时能准确地控制在给定值。

在复合控制系统中把前馈控制称为粗调，把反馈控制称为细调。

只要充分利用前馈与反馈的优点，可以提高控制质量。



前馈——反控制系统是目前广泛应用的系统。



2.4火电厂的热工自动控制系统及其发展

1仪表控制装置

80年代初，在引进300、600MW机组制造技术推动下，同时对仪表和控制装置采取技贸结合方式引进技术，或与国外公司合资生产具有80年代世界先进水平的仪表，克服了过去仪表和控制装置品种不全、可靠性低、稳定性差的局面，基本满足了火电厂的要求。

2分散控制装置

70年代中后期，随着电子技术和集成电路的发展，国外仪表公司开始推出以微处理器为基础的控制功能分散、管理监视集中的分散控制系统（DistributedControlSystem,DCS），并在生产过程中应用。

80年代中后期，为适应国内技术的发展，我国仪表制造部门相继与国外厂商合作，在电站自动化系统中推出相应的DCS。

“七五”期间成套进口的电站又随主机进口了DCS，据统计当时进入我国电站的DCS已达13种，它们是N-90（infi-90）、WDPF、HIACS-3000、MAX-1000、TDC-3000、Midas-8000、Procontrol-P、T-ME、T-20、Contronic-E、MOD-300、Centum、I/A系列。

3锅炉炉膛安全保护

FSSS装置一般包括炉膛压力、火焰检测、逻辑运算部件和输出控制元件如电磁阀等，与汽包水位构成炉膛安全保护系统（FSS），继而发展为根据负荷和炉膛安全的要求切投燃烧器的控制系统，即燃烧器管理系统（BMS），由“FSS”与“BMS”组合成FSSS。

80年代中后期的600t/h及以下锅炉一般装有简易FSSS装置（即只包括火焰检测、炉膛压力保护和吹扫功能），在成套进口电站中开始应用包括燃烧器管理的FSSS。

在大规模集成电路技术发展的今天，用可编程控制器（PLC）替代固态元件或继电器组成的逻辑部件，可以进一步提高FSSS的可靠性；但要注意设计好通信接口，以便与DCS进行通信，形成一个有机的整体。

4汽轮机液压控制

50年代后期，我国在200MW机组上开始研究电调系统，经历了一个漫长的过程，概括起来可分为两个阶段，即电液并存与纯电调两个阶段。

实际运行中电液并存的控制系统使用电调的时间是很短的，甚至弃而不用，仍以机械液调维持运行。

随着电气元件、电液转换器可靠性的提高，再加上动力油源采用了独立的抗燃油系统，使得电调系统的可靠性大为提高，出现了不依靠机械液压式控制系统作后备的纯电调系统。

初期采用的电调是以模拟电路组成，称为模拟式电气液压控制系统，简称模拟电调或AEH（AnalogElectro-HydraulicControl）。

以后随着数字计算技术的发展及其在过程自动化领域中的应用，发展了以计算机为基础组成的数字式电气液压控制系统（DigitalElectro-HydraulicControl），也称数字电调或DEH，并在一些进口机组上应用。

3结语

生产过程中实时监测热变化的热工控制与热工自动化技术正在蓬勃发展中，开放系统（OpenSystemInterconect，OSI），DCS与PLC相互融合，以及远程智能I/O、先进的控制策略与专家系统、现场总线与现场总线控制系统（FCS）是未来热工控制，热工控制自动化的发展方向，不仅如此，热工自动化水平也与国家的自动化水平息息相关，只有我们开拓进取，锐意创新，才能真正意义上的实现国家的自动化。

参考文献（黑体5#）

[1]侯树文.火电厂热工自动化的现状与发展.山西建筑，2007-01-20

[2]杨庆柏.21世纪火电厂热工自动化展望.中国电力,1999-01-15.

[3]霍耀光.中国火电厂热工自动化技术改造建议.电力系统自动化,2004-01-30

[4]宋清双.自动化技术在热工控制中的应用.中国仪器仪表,2012-7-25

[5]刘见平.玻璃窑炉热工自控情况调查.玻璃与搪瓷,1984-12-26

[6]王友乐.平板玻璃熔窑热工测试与能耗分析.材料科学与工程学报,2012-02-20

[7]马铁成.谈锅炉施工的热工实验.黑龙江科技信息,2011-11-15

[1]要求：

1、字数3000~4000字左右；

2、A4纸打印。

课程论文的排版格式规范化要求

1.版面尺寸：

A4（210×297毫米）。

2.装订位置：

左面竖装，装订位置距左边界8～10毫米。

3.版芯位置（正文位置）：

上、下边界25毫米、左边界30毫米、右边界20毫米、装订线位置定义为0毫米。

4.页码：

采用页脚方式设定，采用五号宋体，处于页面下方、居中、距下边界15毫米的位置。

5.目录：

采用多级符号版式。

如：

一级标题用阿拉伯数字（1、2、3……）标引，采用四号宋体并左对齐排列；二级标题缩进2个字符并用阿拉伯数字（1.1、1.2、1.3……）标引，字体采用四号宋体。

三级标题以此类推。

在每一级标题后要标注页码。

6.正文文本：

宋体小四号、标准字间距、行间距为1.5倍行距、所有标点符号采用宋体全角、英文字母和阿拉伯数字采用半角的要求排版。

7.论文标题：

三号黑体，居中。

8.作者和指导教师：

标题下隔一行，居中，采用小四号仿宋体，作者在上，指导教师在下。

9.中文摘要和中文关键词：

用五号仿宋体、两端对齐方式排列。

10.英文摘要和英文关键词：

用五号TimesNewRoma体、左面对齐排列。

11.正文内标题：

一级标题采用阿拉伯数字（如1、2、3、……）标引、小三号黑体并左对齐排列；二级标题采用阿拉伯数字（如1.1、1.2、1.3、……）标引、四号黑体并左对齐排列；三级标题的数字标引以此类推，并采用与正文相同的字体，左对齐排列；一级标题与上一段落和下一段落之间均隔一行；一级标题与二级标题之间隔一行；二级标题单独一行，但与正文不隔行；三级标题与正文处于同一行，与正文文字间隔两个字符。

12.文中图表：

所涉及到的全部图、表，不论计算机绘制还是手工绘制，都应规范化，符号、代号符合国家标准，字体大小与正文协调，手工绘制的要用绘图笔，图表名称和编号准确无误。

13.参考文献：

位于正文结尾后下隔2行，“参考文献”四字左对齐，采用宋体小四号加粗；具体参考文献目录按五号宋体、靠左对齐、阿拉伯数字标引序号（[1]、[2]……）的方式排列。

14.附录：

附录必须按正文中出现的顺序编号排列，并用小三号黑体靠左对齐方

本科课程论文

题目________________________

学院工程技术学院

专业专业全名

年级_____________________

学号_____________________

姓名_____________________

指导教师_____________________

成绩_____________________

年月日

特别说明：

1、若有图表，图表的标题应有中英文对照，字体为宋体，五号，居中，表格采用三线表；

2、A4纸打印，页边距上下右均为2.5厘米，左3厘米；

3、若为基金项目资助，在首页脚注中注明；

4、参考文献中应有外文文献；

5、中文标点一律采用全角。

（目录编排格式）（新起一页）（空1行）

摘要………………………………………………………………………………2

1引言………………………………………………………………………………2

1.1考试模式现状………………………………………………………………2

1.1.1传统考试模式及其特点……………………………………………5

1.1.2C/S模式考试系统及其特点………………………………………5

1.2考试系统建设………………………………………………………………7

1.2.1系统建设原则………………………………………………………7

1.2.2系统建设目标………………………………………………………7

2考试系统的相关技术介绍和分析………………………………………………8

2.1ASP动态网站开发技术……………………………………………………8

2.1.1ASP特点……………………………………………………………8

2.2系统的运行环境和开发工具……………………………………………10

2.2.1Windows2000Server和IIS………………………………………10

3考试系统数据结构………………………………………………………………14

3.1系统分析－数据流图……………………………………………………14

4信息技术考试系统结构设计框图………………………………………………16

5信息技术考试系统各个功能及其关系…………………………………………17

5.1学生子系统功能介绍……………………………………………………17

5.1.1身份确认子系统…………………………………………………18

5.2……………………………………………………………………………30

6结论……………………………………………………………………………40

附录…………………………………………………………………………………42

参考文献……………………………………………………………………………44

（论文摘要编排格式）（新起一页）（空1行）

（题目*******）（采用三号黑体，居中）

（空1行）

王宜兰（宋体小四号、居中）

西南大学工程技术学院，重庆400716（宋体、五号、居中）

（空1行）

摘要（仿宋体五号加粗）：

（仿宋体五号）关于高等教育改革体制问题的思想观念问题，……。

关键词（仿宋体五号加粗）：

（宋体，五号）开放性实验室；运行机制；

1引言（黑体四号，左对齐）（一级标题前空1行）

（正文用宋体小四号）能力和素质培养……。

1.1有关关系的处理（黑体小四号,左对齐）

（正文用宋体小四号，1.5倍行距）在知识传授与能力和素质培养的关系上，树立注重素质教育，融传授知识、培养能力与提高素质为一体，……。

在理论与实践的关系上，树立理论联系实际，……。

2考试系统的相关技术介绍和分析（一级标题前空1行）

公式：

（用word公式编辑器编辑）

（2-1）

＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊,可表示为:

（2-2）

图表：

表2＊＊＊＊数据表

Tab.2（英文）

（表格后空0.5行）

……………………………………………………………………………。

……………………………＊＊＊＊如图2所示。

图2＊＊＊＊流程图

Fig.2（英文）

（图名称后空0.5行）

……………………………………………………………………………。

（空2行）

参考文献（黑体四号，左对齐）

参考文献的著录格式如下：

（顶格，连续编号，宋体，五号，单倍行距。

请注意标点符号）

连续出版刊物：

[标引序号]作者.文题[J].刊名，年，卷（期）：

起止页码.

专著：

[标引序号]作者.书名[M].出版地：

出版者，出版年.起止页码.

译著：

[标引序号]作者.书名[M].译者.出版地：

出版者，出版年.起止页码.

论文集：

[标引序号]作者.文题[A].编者.文集[C].出版地：

出版者，出版年.起止页码.

学位论文：

[标引序号]作者.文题[D].所在城市：

保存单位，年份.

专利：

[标引序号]申请者.专利名[P].国名及专利号，发布日期.

技术标准：

[标引序号]技术标准代号.技术标准名称[S].

技术报告：

[标引序号]作者.文题[R].报告代码及编号，地名：

责任单位，年份.

报纸文章：

[标引序号]作者.文题[N].报纸名，出版日期（版次）.

在线文献（电子公告）：

[标引序号]作者.文题[EB/OL].http:

//...，日期.

光盘文献（数据库）：

[标引序号]作者.文题[DB/CD].出版地：

出版者，出版年

（注：

作者不超过3人的全部写出，超过3人的只写前3名，后加“等”或“etal”；英、美、德、俄等国人名书写时，应姓前名后，名用缩写；中国人名不用缩写。

）

★要求；参考文献15篇以上，其中有5种以上期刊，外文资料2篇以上。