热工环境范文（精选7篇）
热工环境 第1篇
关键词：虚拟仪器,热工基础,实验教学
一、虚拟仪器和虚拟实验国内应用现状
随着计算机科学和微电子技术的发展与普及, 数字化测量平台逐渐成为测量仪器的基础。美国国家仪器公司于20世纪80年代中期提出了基于计算机技术的虚拟仪器概念, 把虚拟测试技术带入了新的发展时期, 虚拟仪器代表了仪器发展的一种新方向。虚拟仪器是以计算机为基础, 利用模块化的功能硬件和应用软件来完成信号采集、数据测试分析、结果表达处理等众多功能, 把传统仪器的专业化功能软件化, 使之与PC机结合起来融为一体全新的仪器系统。在虚拟仪器系统中, 硬件仅仅是为了解决信号的输入输出, 软件才是整个系统中的关键, 软件即是仪器。虚拟仪器的概念打破了传统的仪器由厂家定义、用户无法改变的局面, 这样用户就可以根据自己的需求很灵活地定义、设计仪器系统, 以满足各自的应用要求。与传统实验设备相比, 虚拟仪器的优点表现在以下几个方面: (1) 成本低。虚拟仪器的价格低廉, 是传统仪器的20%左右。虚拟仪器的结构是基于软件体系的, 不像传统仪器的硬件那样存在元器件老化及温度变化影响的问题, 从而延长设备的使用寿命, 也可以节省大笔的维护费用。 (2) 灵活性大。传统仪器系统自身封闭、功能固定、可扩展性差, 功能和模块由生产厂家定义, 而虚拟仪器可由用户自行定义功能模块, 大大扩展了其灵活性。而且任何计算机技术的提升皆可及时提高虚拟仪器的功能。 (3) 数据处理功能强大。虚拟仪器可方便地对数据进行编辑、存储和打印, 这是传统仪器无法做到的。 (4) 测量精确。传统仪器受系统误差的影响, 不同仪器之间个体差异较大, 而虚拟仪器在PC机上运行, 测量误差很小。通过将虚拟仪器技术植入通用计算机平台上, 使得使用者在操作这台计算机时, 就像是在操作一台传统测试仪器一样。由于虚拟仪器技术采用可视化界面, 数据采集过程全部由计算机控制, 达到数显绘图同步, 随时存贮、打印、调用、处理数据, 调试过程简单、易掌握, 直观性好、数据准确性高, 重复利用率高等特点。若将虚拟技术借助学校网络平台, 形成网上实验室, 学生无论身处学校或校外任何地方, 通过指定账户登录, 均可方便地随时进行相关的真实的“虚拟实验”实践活动。
二、虚拟实验对实践教学的作用
目前不少高校正在积极开展实践教学的研究与探索。如何在以应用型人才培养为目标的本科院校开展有效的实践教学是每个专业需要认真研究的课题。当前在工科实验实践教学的开展过程中逐渐暴露出一些问题, 如: (1) 随着实践教学的开展, 校内可利用的实验及实践场地不能满足不断增长的实践教学的需求, 传统实验的拓展与改进受到限制。 (2) 受实验时间及设备数量等条件的限制, 不能满足每个学生进行充分实验实践等等, 实验教学往往没有很好地起到促进消化、强化和应用理论知识的作用。 (3) 理论课程与实验课程时间安排不协调问题, 甚至出现实验课先于理论课程的现象, 导致学生不能很好地将理论知识与实验实践有机结合起来。探索研究将基于虚拟仪器技术的“虚拟实验”搬入能源与环境专业课程教学的环节, 在理论教学过程中导入“虚拟实验”的实践环节, 增强理论知识与实际应用之间关系, 同时是对实验教学环节的有效补充和引导, 这对提高工科学生的实践能力, 具有积极现实的意义。
三、热工基础虚拟实验改革内容、目标和拟解决关键问题
改革内容:主要以热工类课程包括工程热力学、流体力学、传热学等的实验教学为主要改革对象, 研究将其中涉及的实验包括喷管实验、气体横掠单管试验、圆球稳态导热试验等进行“虚拟实验”开发。在单个热工虚拟实验的基础上, 将原先必须在实验室完成的实验, 建立以计算机为载体的热工虚拟实验室;建立网上热工基础虚拟实验室, 教师可以在教学过程中利用虚拟实验室进行课题中的实验示范, 增强教学印象和效果;学生可随时登录虚拟实验室, 完成相应的实验操作, 提交实验报告。改革目标:建立以计算机为载体的热工虚拟实验室;探索研究将基于虚拟仪器技术的“虚拟实验”搬入能源与环境专业课程教学的环节, 在理论教学过程中导入“虚拟实验”的实践环节, 增强理论知识与实际应用之间的联系, 及时加深学生对理论知识的理解和应用, 提高工科学生的实践能力。拟解决的关键问题:基于热工实验的特性, 寻找合适的“虚拟实验”开发软、硬件, 拟打算利用图形化编程软件Lab VIEW, 开发相关的热工实验, 建立虚拟实验室, 拟解决 (1) 校内可利用的实验及实践场地不能满足不断增长实践教学的需求, 传统实验的拓展与改进受到限制; (2) 受实验时间及设备数量等条件的限制, 不能充分满足每个学生进行充分实验实践; (3) 理论课程与实验课程时间安排不协调问题等问题。
四、具体实施方案、方法
将“虚拟实验”搬入专业教学的教研项目, 总体上分三大步实施:第一步, 完成适用于热工实验虚拟开发的软硬件设备的研究与选择;完成单个典型热工虚拟实验的开发 (本项目研究部分) ;第二步, 完成选定热工实验的虚拟开发, 并逐步应用到实验教学环节和理论课程教学环节;第三步, 完成网上虚拟实验室的研发与建立, 部分或逐步代替传统的热工实验。选择美国仪器公司基于C语言开发的图形化编程平台Lab VIEW为开发软件, 以圆球稳态导热试验的虚拟实验开发为对象, 进行热工实验虚拟开发的软硬件设备的研究, 建立单个典型热工虚拟实验的开发的基本程序和范例, 具体实施方法与过程如下: (1) 以实际圆球稳态导热试验为基础, 建立传热数学模型。为了使虚拟实验更接近于实际设备的实验结果, 根据在实际设备上获得的实验数据, 以稳态导热基本理论为基础, 结合实验数据进行修正, 并通过origin等拟合软件对实验曲线进行拟合, 得到测定材料导热系数随材料平均温度变化的数学模型;得到在某一初始温度和加热功率下, 材料热面和冷面温度随时间变化的数学模型。 (2) 建立虚拟实验操作界面。利用Lab VIEW自定义控件的功能, 制作自定义阀门控件, 使虚拟实验能更直观、更形象地模拟实际设备的操作过程, 使Lab VIEW的操作界面更接近于实验设备。 (3) 开发实验数据分析和报告生成功能。在Lab VIEW中加载Lab VIEW报告生成工具包, 将虚拟实验的数据和图表导出到自定义格式的文档中, 并将文档制作成可对实验数据和图表进行分析的模式, 并完成实验报告。
五、成果和与创新之处
热工环境 第2篇
热控保护系统是火力发电厂一个十分重要的、不可缺少的组成部分, 对提高机组主辅设备的可靠性和安全性具有十分重要的作用。大屯发电厂, 作为一个江苏安全质量标准化公司、中煤集团安全质量标准化特级企业的电厂来说, 如何加强热工保护的安全可靠性, 这就需要热控人员不断交流、探讨、并完善它。在主、辅设备发生某些可能引发严重后果的故障时, 及时采取相应的措施加以保护, 我厂近两年发生的停机、停炉事故80%都是因热工元件故障 (包括温度、压力、液位、流量、阀门位置元件、电磁阀、模块故障等) 误发信号而造成的主机、辅机保护误动、拒动占的比例也比较大, 有些电厂因热工元件故障引起热工保护误动、拒动甚至占到了一半。主要原因是元件老化和质量不可靠, 单元件工作, 模块故障等。
2 事件一、#6给泵甲跳闸导致#6炉MFT动作
2011年4月24日15点39分, #6机组网控屏上报出#6机综合故障, 同时#6机组的汽机DCS调整画面热工测点均变紫 (故障) , 随后#6机给泵甲跳闸, 给泵乙自启不成功;#6炉因两台给泵均在分闸位置MFT动作, 锅炉随即压火。16时23分, 锅炉热启开风机, 由于#6炉甲侧燃油阀位置不对应, 给煤机开不出, 导致锅炉床温急剧下降 (东侧降至730℃, 西侧降至660℃) , 为了确保床温, 锅炉再次压火。16时45分, #6炉甲侧燃油阀处理完毕, 锅炉再次热启, 在调整#6炉流化风量时, 发现一次风机甲在调整入口导叶的过程中流化风量没有变化, 经检修人员现场确认#6炉一次风机甲电机与风机靠背轮的柔性联接弹簧脱出, 并有部分损坏, 使得一次风机甲电机与风机脱开, 现场实际电机转风机不转, 此时锅炉床温下降已不满足锅炉热启条件, 锅炉再次停炉, 随后机组解列。20时21分#6炉点火成功。23时42分#6机组并网成功。
从#6机组网控屏上报出#6机综合故障, 同时#6机组的汽机DCS调整画面热工测点均变紫, 反应出是热工的DCS模件出了问题, 随即热工人员对DCS模件进行了检查, 发现#6机组的#8模件柜有一电源模件出现故障 (正常运行时是两路电源并列运行) , 由于一路电源模件出现问题, 导致另一路电源模件的输出电压瞬间波动, 出现瞬时供电不足, #8柜内的DCS模件出现瞬时故障, 从DCS的历史曲线中分析大约中断运行2s时间。
由于在2s后模件又恢复正常, 参与计算的除氧器水位选择器 (正常运行时为二选一) 一时间无法判断除氧器的真实水位而出现计算错误, 报出除氧器水位低二值, 如图1:直接导致#6机给泵甲跳闸。
由于#6机给泵甲故障跳闸时, #6机组的综合故障没有恢复, 除氧器水位低二值依然存在, 给泵乙的启动条件不满足, 因此#6机给泵乙在给泵甲跳闸后没有自动联锁投入成功。导致#6炉MFT动作, 锅炉压火。
在机组第一次热启过程中, 由于#6炉甲侧燃油阀没有关闭 (热启条件之一, 不能满足热启条件) #6炉给煤机不能正常投煤, 导致#6炉床温急剧下降, 为了确保床温, 锅炉再次压火。
锅炉第二次热启时, 在调整#6炉流化风量时, 发现一次风机甲在调整入口导叶的过程中流化风量没有变化, #6炉一次风机甲电机与风机靠背轮的柔性联接弹簧脱出, 并有部分损坏, 使得一次风机甲电机与风机脱开, 现场实际电机转风机不转, 流化风量无法调节, 导致锅炉热启失败。
3 事件二#2炉二次风机跳闸
2010年6月10日15时19分#2炉MFT动作, 原因是二次风机电机轴端温度突然升高 (最高99℃) , 造成锅二次风机跳闸, 锅炉MFT动作。 (机组没解列) 。运行人员检查设备无异常后, 重新启动二次风机。
从历史站的数据看不出该测点有突变现象, 但是在操做员站历史记录里有该测点温度值高达99℃的报警记录。运行人员现场检查电机轴承温度无异常升高现象, 检修人员检查发现该测点的电缆两端颜色不对应, 估计电缆中间有对接头, 由于电缆的虚接, 造成回路电阻变大, 引起风机误跳。
4 保证热工系统的安全可靠性
通过这两起事故来分析, 保证热工系统的安全可靠性必须加强热工日常维护, 采取必要的措施。
1) 热工人员在每天的巡检工程中加强对DCS模件柜的检查, 以便于及时发现隐患, 及时处理;
2) 运行值班人员在机组出现故障时, 热启的过程中, 认真核对一下各启动条件, 是否满足要求, 如条件不满足时, 及时联系检修人员处理。检修人员在机组出现故障时, 因及时赶到现场, 做好随时处理故障的准备;
3) 严格控制电子间的环境条件。温度、湿度、灰尘及振动对热控电子设备有十分大的影响。严格控制电子间的环境条件, 可以延长热控设备的使用寿命, 并且可以提高系统工作的可靠性。特别是电子通讯设备一定禁止使用, 防止误发信号;
4) 采用可靠的热控元件。随着热控自动化程度的提高, 对热控元件的可靠性要求也越来越高, 所以, 采用技术成熟、可靠的热控元件对提高DCS系统整体的可靠性有着十分重要的作用, 根据热控自动化的要求, 热控设备的投资也在不断地增加, 切不可为了节省投资而“因小失大”。在合理投资的情况下, 一定要选用品质、运行业绩较好的就地热控设备。以提高DCS系统的整体可靠性和保护系统的可靠性、安全性;
5) 加强就地热工原件的检查, 防止接线松动导致保护系统误动作, 热工原件信号线接触不良、断线、受干扰, 使信号值瞬间变化超过设定值或超量程的情况, 避免此类情况, 可通过DCS模拟量信号变化率保护功能的正确设置, 可以避免或减少这类故障引起的保护系统误动, 现场打扫时, 造成一次风机轴承温度热电阻接线松动, 导致一次风机跳闸, 轴承温度热电阻本身损坏, 引起引风机跳闸, 因现场干扰, 造成推力瓦温度测量失准等, 为了预防此类故障的发生, 一方面, 在机组检修时应对电缆和电缆接线进行紧固, 并采用手松拉方式确认无接线松动;另一方面, 完善信号故障诊断功能, 对参与连锁保护的模拟量信号, 可增加信号变化速率保护功能;当信号变化速率超过设定值时, 自动将该信号退出相应保护并报警;当信号低于设定值时, 自动或手动恢复该信号的联锁保护功能;
6) DCS电源系统故障。日常加强对DCS电源系统进行检查, 主要是由于供电系统故障, 造成DCS柜内电源消失, 所有控制功能全部丧失, DPU停运, 网络通信中断, 数据无法采集, 无控制指令输出, 整个系统处于瘫痪状态。此时, 应及时查找原因, 恢复供电, 一旦确认电源模件故障, 应尽快更换故障的电源模件;
7) 加强日常热工技术监督, 热工技术监督是促进安全经济运行、文明生产和提高劳动生产率的不可缺少的手段, 它的重要性体现在它所监督的热工自动化系统及设备, 在保障机组安全启停、正常运行和故障处理过程中不可替代的作用, 它所制定的规章制度并被严格执行, 是热工设备可靠运行, 减少事故发生的保证。
5 结论
提高热工自动化系统的可靠性, 是一个系统工程, 从客体上涉及到热工测量、信号取样、控制设备与逻辑的可靠性, 主体上涉及到热工系统设计、安装调试、检修运行维护质量和人员的素质, 针对热工发生的故障, 我们热工技术人员要沉着冷静, 善于总结分析、胆大心细, 在最短时间内排除故障, 将故障危害降到最低程度。
摘要：本文对两起热工保护误动作进行了原因分析和总结, 并提出了分析的措施及对策, 对提高DCS系统的可靠性, 保证机组安全、经济、稳定运行有重要的参考价值。
关键词：热工保护,日常维护,重要性
参考文献
[1]朱北恒.火电厂热工自动化系统试验[M].中国电力出版社.
热工基础教学研究 第3篇
1. 重视基本理论, 运用准案例法, 密切联系生活实际
首先要重视基本理论, 使学生能清晰理解基本理论的实质, 而不过分强调公式如何推导;其次, 基本理论有些比较抽象, 在讲解时, 不仅要准确给出概念的内涵, 而且要通过多种方法讲解, 比如与相近或相反概念比较、概念在解题当中的应用等等。
为了使学生懂得基本理论在实践中如何发挥作用, 运用准案例教学法。从案例教学法的基本原理出发, 既要讲清楚基本理论和基本概念, 又通过讲解案例的方法来教学, 这就是准案例教学法。例如准静态过程和可逆过程, 可以先给出定义, 接着再分别列举气缸活塞上堆放砂子的例子和绝热气缸内气体的可逆膨胀和压缩过程, 分步讲解实现准静态过程和可逆过程的条件, 使学生从中得出概念之间的区别和联系, 以及将它们应用于实际过程的条件。
另外, 可以组织学生看录像、参观工厂设备等, 让学生了解本课程在实践中的具体应用, 使认识从理论到实践, 培养学生分析实际问题、解决实际问题的能力。
2. 针对不同专业调整授课内容与讲课方法
针对不同专业选择不同的授课内容。例如, 对工业工程的学生, 动力装置循环与其专业联系不大, 可简单讲解。但对农业机械自动化的学生来说, 动力装置循环就需要详细讲述。由于学生的程度不同, 针对不同层次的学生选择不同的讲课方法。例如, 针对本科生, 可适当加大作业量, 加深难度, 或以小论文的方式让学生自学部分内容。对于高职学生, 要着重培养学生动手的能力和独立思考的能力, 公式的推导可简单介绍。
3. 与科技英语相结合
在授课的过程中采用与科技英语相结合的方式, 目的是让学生在学好本专业课程的同时, 对一些科技术语的英文表述有基本的认识, 还可以给学生一定的新鲜感。在讲具体章节时, 每一章节的标题可采用英文书写。章节中涉及到的常用术语第一次出现时, 先采用中英文对照的方式, 以后再出现则只写出英文形式, 以强化学生的记忆。
4. 与多媒体相结合
以传统讲授 (板书) 方式为主, 辅以多媒体课件, 能增加课程的趣味性, 提高单位时间的教学信息量。在进行基础理论的教学时, 结合一些常见的具体实例进行分析、讲授, 特别是在讲授一些抽象的概念时, 通过举一些接近生活的例子, 并以动画的形式演绎出来, 能收到很好的效果。而在基础理论的应用部分就更能发挥多媒体的教学效果了, 例如在介绍三种传热方式时用常见救火场景的生动的动画, 来说明热量传递过程有无介质参与等情况, 给学生留下非常深刻的印象。
5. 重视实验课
实验课是本课程的重要教学环节, 其目的是通过实验教学增强学生对热工基础的基本概念和基本定律的理解, 并在计算与测试技能方面得到一定的训练。为了培养学生的动手能力, 实验开始前, 教师尽量少讲, 留更多的时间让学生动手, 自己去发现、分析和解决问题。实验结束后要求学生自己设计和填写实验报告。
6. 合理选择和组织作业
由于课时数较少, 学生自我思考空间少, 知识点印象不深刻。可在授课过程中抽出几分钟时间补充一些选择、填空和改错的小题目让学生思考, 加深学生对知识的理解, 起到二次学习的作用。合理选择和组织课后作业也十分重要。学生由于作业量大、课程安排过多等原因对作业有厌倦情绪, 又因为没有足够的习题课, 做作业时无从下手。针对上述情况, 布置作业时, 精选经典题型, 作业量少而精, 对于较难的题目提供一个大概的思路, 同时培养学生正确的学习态度, 鼓励认真做作业。
7. 改革考核方法
(1) 多种题型有机结合。在考试中设定了名词解释题、是非题和多项选择题, 帮助学生提高判别是非的能力。又精心设计了计算题和分析题, 来考查学生分析问题及解决实际工程问题的能力。 (2) 摒弃简单化和一次考试定成绩的方式, 采用合理的打分形式, 平时成绩占20%, 实验占10%, 期末考试占70% (采用闭卷考试) 。平时成绩包括学习态度、创新意识、思维能力以及平时作业是否认真、计算准确的程度等方面。这样使学生更加重视平时的学习, 一步一个脚印地提高自己的能力。
通过上述教学实践活动, 使教学过程更加完善。在有限的课时数内, 达到了良好的教学效果, 使学生奠定了坚实的理论基础, 培养了工程意识和实践能力。
摘要：随着我国教育政策的调整, 热工基础的课时数相应减少。本文作者从教学实践出发, 多方面阐述了如何在有限的课时数内, 取得良好的教学效果。
关键词：热工基础,教学方法,少课时数
参考文献
[1]张学学.热工基础 (第二版) [M].北京:高等教育出版社, 2006.
[2]童钧耕.工程热力学课程教学改革的几点看法[J].中国电力教育, 2002, 4.
[3]王修彦.准案例教学法在《工程热力学》课程中的实施[J].中国电力教育, 2002, 4.
[4]杨祥花, 颜玲.科技英语在热工基础课程教学中的应用[J].河海大学常州分校学报, 2002, 6.
热工过程预测控制简述 第4篇
关键词：模糊辨识,热力工程,预测控制
1 引言
非线性系统的辨识一直是国际辨识届所关心的问题。该问题的主要困难之一是缺乏描述一般非线性系统的统一的数学模型。为此，人们提出了多种类型的模型，如Hammerstein模型和Wiener模型、非线性参数模型、神经网络模型、模糊模型等。火电发电机组的热工自动化是保障设备安全、提高机组经济性、减轻劳动强度及改善劳动条件的重要技术措施。火力发电机组控制的中心问题是：一方面要求机组出力迅速地跟踪电网负荷的变化，另一方面在负荷变化时要保证机组的稳定运行，特别是保持主要参数（主汽压力、主汽温度、汽包水位等）的波动不超出运行规程规定的限制。火电机组是非常复杂的控制对象，其生产过程具有大滞后大惯性、时变、多变量和非线性等特点，本文研究预测控制策略，具有重要的理论意义和使用价值。在各种先进控制策略中，预测控制是目前很有应用潜力的一种。由于它采用多步预测、滚动优化和反馈校正等控制策略，因而控制效果好、鲁棒性强，适用于控制不易建立精确数学模型且比较复杂的工业生产过程。
2 预测控制的发展历史及现状
2.1 预测控制的基本特征。
预测控制是在70年代后期发展起来的一类新型计算机控制算法，一般包括三个基本要素：模型预测、滚动优化和反馈校正，这三个要素同时也是预测控制在实际工程应用中能否得到成功应用的关键。
a.预测模型。预测控制是一种基于模型的控制，这一模型称为预测模型。不同的被控对象要用不同的模型。对于线性系统，状态方程、传递函数等传统的模型都可以作为预测模型。对于线性稳定对象，阶跃响应、脉冲响应这类非参数模型，也可以直接作为预测模型使用。对于非线性对象，近年来很多学者都致力于用神经网络作为预测模型，并取得了一些成果。
b．滚动优化。预测控制是一种优化控制算法，它是通过某一性能指标的最优来确定未来的控制作用的。这一性能指标涉及到系统未来的行为，例如，通常可取对象输出在未来的采样点上跟踪某一期望轨迹的方差最小。然而需要强调的是，预测控制中的优化与传统意义下的离散最优控制
有很大的区别。这主要表现在预测控制的优化是一种有限时段的滚动优化。在每一采样时刻，优化性能指标只涉及到从该时刻起未来有限的时间，而到下一采样时刻，这一优化时段向前推移。因此，在预测控制中，优化不是一次离线进行，而是反复在线进行的，这就是滚动优化的含义，也是预测控制区别于传统最优控制的根本点。
c．反馈校正。预测控制是一种闭环算法。在通过优化确定了一系列未来的控制作用后，为了防止模型失配或环境干扰引起控制对理想状态的偏移，预测控制通常不是把这些控制作用逐一实施，而只是实现本时刻的控制作用。到下一采样时刻，则首先检测对象的实际输出，并利用这一实时信息对基于模型的预测进行修正，然后再进行新的优化。
2.2 预测控制的特点
与其他控制算法相比，预测控制有其自身的特点：a对模型的精度要求不高，建模方便，过程描述可由简单实验获得；b采用非最小化描述的模型，系统鲁棒性、稳定性较好；c采用滚动优化策略，而非全局一次优化，能及时弥补由于模型失配、畸变、干扰等因素引起的不确定性，动态性能好；d易将算法推广到有约束、大迟延、非最小相位、非线性等实际过程。尤为重要的是，它能处理多变量、有约束问题。故而，这种算法的综合控制质量较高，特别适用于过程控制。
2.3 预测控制的研究难点和热点。
近20年来，国内外关于预测控制的研究和应用日趋广泛，各种有关预测控制的文献越来越多地出现在各种刊物和会议上。这些说明，预测控制不仅是工业过程控制领域最具代表性的先进控制策略，而且相应的理论研究也是控制理论界研究的热点。下面着重从广义预测控制的算法改进研究、非线性预测控制、约束预测控制等方面对预测控制的研究现状加以归纳总结。
a.预测控制算法的改进研究。这里主要围绕广义预测控制展开，广义预测控制作为预测控制中最具代表性的算法之一，一直是预测控制领域研究的热点。十多年来，对广义预测控制的研究不断深入，其理论和算法不断完善，在工业界得到越来越广泛的应用。由于各类基本算法有各自的局限性，故在技术进步过程中，算法也在不断的更新。
b.非线性系统的预测控制。预测控制算法开始是针对线性系统提出的，由于其鲁棒性，作为一种模型失配，使得线性模型的预测控制算法可使用于弱非线性系统。但当系统是强非线性系统时，采用线性模型的预测控制与实际偏离较大，达不到优化控制的目的和控制效果，而且实际工业过程存在大量的强非线性系统，因此必须采用非线性预测控制。
c.约束预测控制。实际过程中，输入量和输出量常常受到物理条件的制约，因此，研究约束预测控制具有实际意义。预测控制的优点之一，就是能在控制器设计过程中显式地处理过程约束。
3 预测控制在热工过程中的研究及应用现状
热工过程往往具有较大的惯性和滞后，且是非线性和慢时变的，这使采用固定参数的PID常规调节系统不能与生产上越来越高的控制要求相适应。现代控制理论由于对模型精度要求过高而使其应用受到限制。而预测控制由于采用滚动优化、反馈校正，对模型要求不高，因此在热工过程控制中具有很大的应用潜力。近年来许多学者结合热工过程对预测控制进行深入研究，并取得了一些进展:东南大学吕剑虹采用GPC方法来控制锅炉的过热汽温，当被控对象特性在较大范围变化时，GPC方法仍能保持汽温调节系统具有良好的调节质量。华北电力大学王东风提出用多模型广义预测控制方案来解决火电厂变负荷机组汽温系统动态特性的时变大迟延特性。清华大学张青在国内首次介绍了统一预测控制理论 (UPC) ，并从UPC的框架出发，提出UPC简约设计方法，对蒸汽温度系统和球蘑机系统进行了仿真实验。目前针对热工对象的各种预测控制方法主要是以被控对象的数学模型为基础来进行研究的，而热工对象的一个重要特点是影响被调量 (即输出变量) 的扰动来源较多，而且大部分的扰动是不可测的，无法建立一个包括各种扰动在内的数学模型。由于预测模型中不能考虑各种扰动，势必造成较大的预测偏差，从而影响预测控制的品质。如何比较准确获得热工对象输出变量的预测值，将是预测控制能否成功应用于热工过程控制的一个关键问题。目前T-S模糊模型是一种本质非线性模型，且结论采用线性方程式描述，宜于表达复杂系统的动态特性，本文将在日后的研究中深入研究T-S模糊辨识的优点。
结束语。模型预测控制是一种基于模型和基于优化的控制。预测控制之所以能在工业过程中显示出巨大的魅力，应归功于其基本原理对于工业环境的适应性。这些原理可归结为模型预测、滚动优化、反馈校正。模型预测控制蕴含了一种强有力的方法论思想，实际上反映了人们在处理复杂对象以及带有不确定问题时的一种通用的处理思想方法。它非常类似于人类在复杂的动态环境中进行决策的行为，这种方法论思想应该具有更广泛的适用性。线性系统的模型预测控制已有很好的发展，而对于非线性系统的模型预测控制方法并不多。本文针对热工过程存在强非线性的特点，对预测控制算法进行了简单论述。
由于热工过程控制是一个十分复杂的问题，它涉及多种学科，渗透了各种专业知识。由于作者水平有限，文中错误和不妥之处敬请批评指教
参考文献
[1]王伟.广义预测控制理论及应用北京:科学出版社, 1998.
[2]席裕庚.预测控制北京:国防工业出版社, 1993
[3]余世明, 杜维.有约束加权广义预测控制算法石油化工自动化.2000, (6) .pp27-29.
[4]郭巧, 曹海璐.一种改进的广义预测控制及其应用控制理论与应用.2001, 18 (2) .pp310-313.
浅析电厂热工自动化 第5篇
当前, 随着我国火力发电事业的快速增长, 电厂热工自动化也随之发展起来, 并且电厂热工自动化技术的发展也促进了电力事业的发展, 二者具有相互促进的作用。
随着科技水平的提高, 电厂热工自动化的水平也得到了很大的提高。从电厂的自动装置看来, 组装仪表有以前的非数字化的发展到现在的数字化仪表的应用, 自动控制设备得到了全面的革新, 有些机组采用了微型计算机来开环监控, 数据的采集和处理, 并且配以CRT显示, 提高了人机交互界面, 也大大提高了机组的监控水平;局部程控和热工保护的研制, 使用工作取得了很大的进展;大型火力发电机组的一个重要特点是使用了协调控制系统, 不论是国产的大型机组还是进口的机组都采用了协调控制系统;另外, 微机分散控制系统的引进和和消化工作也正在进行中。这一切都使我国的电厂热工自动化技术达到了一个新的高度。
虽然现在我国的电厂热工自动化技术有了很大改善和提高, 但是和欧美等发达国家相比, 我们还有相当的差距。我们和国外最大的差距是自动装置的使用率很低, 具体除了主设备的可操控性差外, 还有一个就是测量装置和执行机构存在问题, 这些问题都将会影响到热工自动化的进程。随着电厂高参数, 大容量机组的安装使用, 尤其是600 WM机组越来越普遍, 近些年, 1000WM机组数量也逐渐的增加, 为了保证这些大机组能够安全经济的工作运行, 其对自动化的要求也越来越高。对这些大型机组只有采用先进的自动化技术, 对机组的状况进行准确, 全面迅速的检测分析, 综合职能判断, 并进行相应的自动操作和控制, 才能更加有效的控制机组使之安全经济的工作。
2 自动化技术在电厂的应用
2.1 自律分布式的系统
现在电厂中最重要的控制系统就是自律控制系统了。自律控制系统可以在同一时间内实现自律的可控性和自律的可协调系统。自律的可控性是指在系统中的任意一个部件系统如果出现了问题, 那么其他的系统就能够在实现自我保护的基础上控制好自身的系统, 自律的可协调性是指整个系统中的任意系统出现错误, 电厂的系统可以自动的协调控制好自身的工作状态, 并在运行中相互的协调。
现在使用的DCS和自律性的DCS是有很大差别的。现有的DCS有两种类型, 一种是层次分布型系统, 另一种是水平分布型系统。层次分布型系统的上位子系统出现问题时, 下位子系统则无法的实施调节但是会进行局部范围内的控制, 具有自律控制性, 虽然具有自律控制性但是缺乏系统的协调性。水平分布型系统的部分子系统出现问题时, 则剩下的子系统会继续的工作, 子系统出现的问题不影响其他系统的正常工作, 但是这种情况也会有一定的缺陷, 系统之间无法相互交换信息, 没有实现系统之间相互的控制, 因此他具备协调性, 但是缺乏控制性。而在传统的集中式系统中, 其只有唯一一个控制器, 所以它即没有自律的可控性, 也没有自律的可协调性。
2.2 APS技术应用
ASP就是电厂机组顺序控制的代名词。仅仅需要按下机组启动按钮中的一个控制按钮, 剩余的机组就会按照程序设计的顺序, 在设计的时间和各个子控制系统的工作状况, 启动的智能化或暂停相关的设备, 对各个系统进行协调控制, 在极少量人的参与下或不需人的参与下, 能够自动化的完成机组的整个开关工作。ASP系统本质就是实现电厂的自动化工作, 其主要特点就是减少电厂工作人员的劳动强度, 减少或杜绝人为操作中的各种不稳定的因子。ASP作为电厂提高生产效率和电厂机组的整体自动化水平, 是能够增强电厂在电力行业竞争能力方面行之有效的方法, ASP也注定会成为机组控制在以后发展的一个重要方向, 指导控制电子厂商和电厂技术人员更多的去深入研究, 设计和改进功能, 并付诸实施。
2.3 无线测量技术应用
无线测量技术能监视和控制运行过程中发生的更多情况, 获得关键的工艺信息, 整合进入DCS。除节省大量安装成本以外, 还将推动基本过程和自动化技术的改善。如供热、供油和煤计量, 酸碱、污水区域测量等, 都可能通过无线测量技术实现远程监控。
3 提高热工自动化系统可靠性研究
由于电厂的热控系统的软件性能和质量, 控制逻辑的完善性和合理性, 保护信号的取信方式和配置, 保护连锁信号的定值和延迟时间设置, 以及热控管理人员的检测和维护水平方面存在一定的不足, 由此会使得热控系统的保护系统误动作引起机组的跳闸时间时有发生。电力生产单位在面临市场竞争剧烈和安全考核风险提高的双重压力下, 还应坚持“安全生产, 预防为主”的电力生产方针, 企业的最大利益为优先原则, 从提高电厂热工自动化的可依靠性入手, 加大投资, 加强力度, 更深入的开展技术研究, 是实现电厂热工自动化的一项急需要解决的问题。
提高电厂的热工自动化系统的可靠性研究工作, 包括控制软硬件的合理配置, 采集信号的可靠性、干扰信号的抑制, 控制逻辑的优化、控制系统故障应急预案的完善等。随着机组控制可靠性要求的提高, 重要控制子系统的硬件配置中, 将会采用安全型控制器、安全型PLC系统或者它们的整合, 保护采集信号将会更多的采用三选二判断逻辑。独立的测量装置需要设计干扰信号抑制功能。此外基建机组一味以最低价中标的招标模式也应得到扭转。
摘要：文章介绍电厂热工自动化在电厂应用中的发展历史和现状, 并简述了自律分布式系统、ASP系统等热工自动化系统在电力行业的应用, 同时对热工自动化的可靠性提出了新的要求。
关键词：电厂,热工自动化,应用
参考文献
[1]霍耀光, 侯子良, 李麟章等.中国火电厂热工自动化技术改造建议[J].电力系统自动化, 2004.
[2]于金芳, 刘涛.电厂热工自动化技术分析[J].中小企业管理与科技, 2008.
[3]车朝瑞.浅谈大型火电厂的热工自动化水平[J].中国高新技术企业, 2009.
冬期施工砼热工计算 第6篇
以C30混凝土, 每立方米混凝土中的材料用量为:水180kg, 温度80℃;水泥410kg, 温度5℃;砂520kg, 温度-3℃;石1338kg, 温度-3℃;砂含水率3%, 石含水率1%, 搅拌房内温度10℃, 混凝土拌和物采用封闭式泵车运输, 运输和成型共历时1h, 当时气温-5℃。
1 普通混凝土
1.1 混凝土拌和物的理论温度
式中:
T0—混凝土拌和物的理论温度 (℃) ;Gw、Gc、Gs、Gg—每立方米水、水泥、砂、石的用量 (kg) ;Tw、Tc、Ts、Tg—水、水泥、砂、石的温度 (℃) ;Ps、Pg—砂石的含水率;b—水的比热 (kj/kg·k) ;B—水的溶解热 (kj/kg·k) 。
当骨料温度>0℃时, b=4.2 B=0
当骨料温度≤0℃时, b=2.10 B=335
1.2 混凝土从搅拌机中倾出时的温度
T1=T0-0.16 (T0-Td)
式中:
T1—混凝土从搅拌机中倾出时的温度 (℃) ;Td—搅拌棚内温度 (℃) 。
T1=12.3-0.16× (12.3-10) =11.9℃
1.3 混凝土经运输成型后的温度
T2=T1- (at+0.032n) (T1-Tp)
式中:
T2—混凝土经过运输成型后的温度 (℃) ;t—混凝土自运输至成型的时间 (h) ;n—混凝土倒运次数;Tp—室外气温 (℃) ;a—温度损失系数 (封闭式自卸汽车a=0.1) 。
T2=11.9- (0.1×1+0.032×1) × (11.9+5) =9.7℃
1.4 混凝土因钢筋及模板吸热后的温度
T3= (CnT2+GmCmTm) / (GnCn+GmCm)
式中:
T3—混凝土因钢筋及模板吸热后的温度 (℃) ;Gm—1立方米混凝土的重量 (kg) ;Gn—与1立方米混凝土相接触的模板和钢筋的总重量 (kg) ;Cn—混凝土比热, 取1kj/kg.k;Cm—钢材比热, 取0.48k J kg.k;Tm—模板钢筋的温度, 即当时的大气温度 (℃) 。
T3= (2400×1×9.7-450×0.48×5) / (2400×1+450×0.48) =8.5℃
1.5 蓄热法养护过程温度计算及强度验算
蓄热材料采用5cm厚阻燃草帘被, 覆盖养护7d, 养护期间的平均温度计算如下:
得平均温度24.8℃, 养护7天, 强度65%>30%, 满足要求。
式中:
t—混凝土养护时间, 取7天;C—混凝土比热, 取1kj/kg·k;ρ—混凝土密度;Mce—每立方米混凝土水泥用量;Qce—水泥水化累计最终放热量;Vce—水泥水化速度系数;ω—透风系数;K—草帘被传热系数;M—结构表面系数;To—设室外温度为-6℃。
2 混凝土计算
2.1 混凝土内部中心温度计算
假设龄期6d, 混凝土厚1.5m。
Tt=WQ (1-e-mt) /Cρ
取最大值则e-mt=0
Tt=WQ/Cρ=410×461÷ (1×2400) =78.75℃
W—每立方米混凝土水泥用量 (k8/m3) ;Q—每千克水泥水化热量 (kj/kg) ;ρ—混凝土密度取2400kg/m3;t—混凝土龄期 (d) 。
Tj—混凝土浇注温度;Tt—龄期t时混凝土绝热温度;ξ—不同浇注块厚度降温系数, ξ=0.46。
2.2 混凝土表面温度计算
Tb (τ) =Tq十4h' (H-h') △T (τ)
Tb (τ) —龄期τ混凝土表面温度;Tq—大气平均温度;H—混凝土计算厚度 (m) , H=h+2h';h—混凝土实际厚度 (m) ;h'—混凝土需厚度 (m) , h'=Kλ/U;λ—混凝土的导热系数取胜2.33W/m·K;K—计算折减系数, 可取0.666;U—模板及保温层的传热系数 (W/K) ;U=1/[Σ (δi/λi) +Rw];δi—各种保温材料的厚度 (m) ;λi—各种保温材料的导热系数 (W/m·K) ;Rw—外表面散热阻, 可取0.043m2K/w;△T (τ) —龄期τ时混凝土内最高温度与外界气温之差 (℃) , △T (τ) =Tmax-Tq。
摘要：本文通过阐述冬季施工中如何进行砼热工计算, 进而保证混凝土工程施工质量。
农村墙体材料热工性能研究 第7篇
我国“十二五”期间的节能减排目标,单位国内生产总值能耗比2010年下降16%,目前,我国每年的建筑能耗达3.67亿t标准煤,约占社会终端能耗总量的27.60%[1],农村住宅能耗约占全国总能耗的13%,村镇住宅实际采暖能耗高出国家标准1.5~3.2倍,且未达到相应的舒适度[2,3]。从居住和节能角度考虑,必须采取一定的措施,既能保证住宅舒适的室内环境,又能达到国家降低能耗的目标,其中主要措施之一是通过提高农村建筑围护结构保温隔热能力实现[4,5,6]。
目前相关文献中对农村围护结构热工性能的系统研究较少,大多侧重研究围护结构部件对建筑能耗的影响,其中王宝民等[5]从材料角度分析研究适合农村住宅使用的屋面保温隔热材料;许东等[6]针对辽宁地区农村住宅窗户朝向、形状、窗墙比、气密性等因素对建筑的热损耗研究,对农村建筑窗户的选择和施工提出参考意见;李峥嵘等[7]从不同地区农村的特点分析总结遮阳设施在建筑节能方面的应用;刘雁[8]以农村住宅要素进行规划设计,以期达到减低建筑能耗的效果;芮玮玮等[9]对我国农村住宅从墙体、窗户、屋面等建筑部位节能的适用技术进行分析和研究等。但目前研究存在的问题有:(1)对农村围护结构热工性能系统的研究还不够;(2)由于我国地域广阔,大多研究主要针对研究者所在地区农村的研究,对其它地区难以适用;(3)专门针对适用于农村的墙体材料的研究较少;(4)广大农村节能的推广处于初级阶段,室内热环境尚未得到根本改变;(5)沿用城市节能方式,对于农村投资大、费用高,结合农村的具体情况实践应用较少。
针对上述问题,本文结合本地区的气候环境、资源以及房屋结构,对农村墙体材料热工性能开展系统研究。选取浙南地区农村常用墙体材料进行当量导热系数、墙体热工性能的理论分析,开展相应的试验研究。通过研究对比,提出农村墙体材料应用的指导意见,对促进本地区建筑节能的发展具有一定的参考价值。
1 农村墙体材料的热工性能理论计算
1.1 墙体材料的选择和相关性能
实地调研浙南地区农村房屋的建筑形式、结构以及建筑材料,当地农村房屋结构的演变过程是从早期现存少有的木质结构房屋和以当地特色石砌加工砌筑的石砌房屋,到随后发展的实心黏土砖和青砖房屋,再到目前新建的大多以砖混结构为主的房屋。并且对各类型房屋,分别走访居民,调查询问居住房屋的室内环境热舒适性,冬天和夏天室内的冷热情况。通过室内的热环境分析,农村的外围护结构体系保温效果远远达不到我国现提出的节能减排的指标。针对浙南地区气候环境、人文特点、当地的资源,选取目前农村常用的建筑材料:混凝土实心砖、用废弃土制成的烧结大仑砖(非标准的烧结砖)、用废弃土和工业废渣制成的烧结多孔砖,以及混凝土多孔砖做为研究对象,分析比较不同墙体材料的保温隔热性能。各种材料基本性能及立面示意见表1、图1。
1.2 多孔材料的当量导热系数
混凝土实心砖和烧结大仑砖导热系数分别为0.93 W/(m·K)和0.81 W/(m·K)。由于烧结多孔砖和混凝土多孔砖是多孔材料,需要计算其当量导热系数,其中烧结多孔砖和混凝土多孔砖的实体导热系数分别为0.58 W/(m·K)和1.51 W/(m·K),传热通道划分示意见图2、图3。
烧结多孔砖和混凝土多孔砖的当量导热系数计算结果见表2。
1.3 农村墙体材料热工性能计算
4种墙体材料砌筑的墙体厚度均为240 mm;以强度5MPa,密度1800 kg/m3的水泥砂浆砌筑。墙体基本砌筑形式见图4。墙体传热系数计算,选取墙体传热阻计算基本单元模型,见图5。
根据文献[10-11],对计算单元进行传热通道划分,计算墙体平均传热阻和传热系数,其结果见表3。
2 墙体的热工性能试验研究
2.1 测试原理及设备
试验采用热流计法[12]对混凝土实心砖墙、烧结大仑砖空斗墙、烧结多孔砖墙以及混凝土多孔砖墙进行测试,其原理参照文献[13]。
测试装置用可调温度和湿度的测试平台,分别模拟室内空间和室外空间,模拟冬季环境时,采用先进的NA227温控系统对制冷机组进行精确控温(控温精度0.1°C),可实现冷室温度在-10~10°C的连续可调。温度传感器,采用进口金属封装数字温度传感器PT1000,无线路损耗,常温可达±0.1℃。热流传感器,利用50 mm×100 mm热流密度传感器,标定系数不确定度小于5%。XSR70B/D-64LS1V0USBN采集记录仪,可实现48通道的温度数据及16通道的热流数据采集。
2.2 测点布置及测试方法
砖块和砂浆两者导热系数不同,同一环境下传热阻不同,要精确地测试整个墙体的传热系数,需要按照砖块和砂浆组合位置的不同来布置热流计片,各个测点的测试结果经过面积加权平均来计算整个墙体的传热系数。测点布置见图6。
试验模拟室内温度和室外温度,温差控制在18~35℃,将热流计片用黄油粘贴在热室墙体的检测部位,并且在热流计片周边用双面胶封堵,以防出现空隙,进入空气。在热流计片周围布置2个Pt铂电阻,在冷室箱内对称地布置Pt铂电阻即可。按照热流计法对墙体的传热阻分别进行测试,待温度和热流的显示值达到稳定状态后,采用XSR70B高精度巡检仪进行数据采集,记录墙体内、外表面的温度和热流计读数,最后,按式(1)、式(2)、式(3)计算墙体的传热阻和传热系数,本次测试时间控制在3.5 d。
式中:C——热流计常数,W/(m2·K);
ΔE——热流计读数平均值,m V;
ti、te——墙体内、外表面平均温度,°C;
Q——通过墙体的热流密度,W/m2。
2.3 测试结果的计算
采用热流计法测试墙体的热工性能,各类墙体的试验结果见图7、图8。
根据公式(1)、(2)、(3),计算墙体传热阻和传热系数,结果见表4。
3 农村墙体的热工性能对比分析
基于墙体材料热工性能理论计算和试验研究。不同的材料以及形成墙体的热工性能差别较大。
(1)从4种墙体材料的导热系数理论计算对比可见,混凝土实心砖导热系数最大,其次是大仑砖、混凝土多孔砖,最小的是烧结多孔砖,可知烧结多孔砖的保温性能最好。
(2)通过墙体热工性能的理论计算,混凝土实心砖墙、大仑砖空斗墙、烧结多孔砖墙和混凝土多孔砖墙体的传热系数分别是3.08、2.52、1.88和2.0 W/(m2·K),其中最大的是混凝土实心砖墙,最小为烧结多孔砖墙。烧结多孔砖墙和混凝土多孔砖墙的传热系数相差不大。从4种墙体材料的空隙率对比可知,空隙率大的,一般隔热性能较好。但当空隙率较大且单孔的厚度较大时,易使孔隙间具有热传导,并且易形成热对流和热辐射[14],导致墙体传热系数较大。
(3)对各墙体进行的测试研究,混凝土实心砖墙、大仑砖空斗墙、烧结多孔砖墙和混凝土多孔砖4种墙体的实测传热系数分别是2.03、1.75、1.56和1.96 W/(m2·K),其中混凝土实心砖墙传热系数较大,其次混凝土多孔砖墙,再次大仑砖空斗墙、最小为烧结多孔砖墙。试验证明,虽然大仑砖空斗墙空隙率大,但其单孔的空隙厚度较厚,封闭的空气间层内容易产生热对流[15],严重影响墙体的传热系数,试验中冷室和热室控温的温差越大,封闭空气层的对流换热效果加剧,空气层隔热效果越差,对应热阻越小。
(4)4种墙体的理论计算和实测墙体传热系数结果对比分析,理论计算的传热系数明显偏大,4种墙体理论计算和试验值相差分别是1.05、0.77、0.32和0.04 W/(m2·K),其中混凝土实心砖墙的传热系数值理论值与实测值偏差最大,混凝土多孔砖墙偏差最小。
从4种材料形成的墙体结构传热系数对比分析可见:混凝土实心砖墙传热系数较大,不宜用于外墙的保温体系,不适用于农村墙体材料;采用大仑砖空斗墙体,空气间层较大,隔热保温效果较差,若在空气层填充保温材料,如稻壳、珍珠岩、塑料泡沫板等,降低空气间层的热对流,可获得良好的保温效果,可以作为农村非地震区的外墙保温墙体材料;混凝土多孔砖墙传热系数较大,可作为内墙的墙体材料使用,若作为外墙材料使用,则需与性能良好的保温材料配套使用;烧结多孔砖墙的保温性能尚好,辅助于外墙保温砂浆,即可达到墙体的节能设计标准要求。
4 结论
(1)材料的当量导热系数和墙体的传热系数理论计算可知,就材料的(当量)导热系数最小是烧结多孔砖,对应墙体的传热系数最小是烧结多孔砖墙,由此可见烧结多孔砖墙的保温性能最好。
(2)墙体的传热系数试验研究可知,混凝土实心砖墙传热系数较大,其次混凝土多孔砖墙,再次大仑砖空斗墙,最小为烧结多孔砖墙,由此可见烧结多孔砖墙的保温隔热性能最好。
(3)4种墙体的理论计算和试验测试表明,理论计算的传热系数明显偏大,采用理论计算,用于工程设计,偏于保守,有利于墙体的保温隔热性能。