热工基础与设备论文

热工基础与设备论文（共7篇）

热工基础与设备论文 篇1

“卓越工程师教育培养计划”(简称“卓越计划”)是我国家中长期教育改革和发展的重大改革项目[1]。为了实现“卓越计划”培养卓越工程师所提出的要求以及目标,这就要求各参与高校根据本校实际情况制定“卓越计划”的培养标准,以及构建满足学校培养标准的课程体系和教学内容[2]。

无机非金属材料工程专业是我校化学与化工学院的特色专业,其中《热工基础与设备》又是本专业的主干课程。传统的课程教学内容是单一地让学生掌握气体力学基础理论、传热原理、传质过程等硅酸盐材料生产制备过程中所涉及的热工基本理论与设备的专业知识。从当前的教学形式及专业发展需求来看,存在一些不足之处:一是学生对热工操作单元认识不够,工程意识不强。二是课程教学内容采用讲解及灌输的教学模式,学生缺乏学习兴趣。三是理论与实践脱节,没有设置一些实践课程,学生缺乏解决和分析实际热工工程问题的能力。

因此,本文根据“卓越计划”的总体要求,面向卓越工程师的培养,对《热工基础与设备》课程教学内容进行了相应的改革探索。首先从促进学生的学习主动性出发,提高教学团队,改革课程教学内容,改变教学方法,注重实践教学环节的应用,培养学生的创新意识、创新思维、创新技能和创新素质为目标,达到本课程较理想的教学效果,以期为“卓越计划”参与高校进行专业课程教学内容的改革探索提供参考。

1 促进学习主动性

学生的思想状态,学习动机及心理等方面直接影响课程教学的效果。长期以来,我国的大学教育主要以学生未来就业为导向的教育模式,忽视了培养学生应对课程学习具有主动性的重要性,更没有从满足“卓越计划”培养要求的课程内容价值观以及学生主体发展的最终价值观出发[3]。导致在课程的教学过程中以教师为主体,以教代学,没有考虑学生个体性和学习的主动性。因此,在新的《热工基础与设备》课程上首先增设实践教学环节,使学生对热工操作单元及设备有一个初步的认识。在认识教学环节上,实行“导师”制,即学校导师和企业导师共同负责制。实践教学指导团队由学校导师和“卓越计划”实施企业指派的企业导师共同组成。通过到企业的实践学习,学生对完整的热工过程有一个较为全面的感性认识,在后续的理论教学模块中,学生能更快更好的接受和理解相关理论知识,建立工程观念,提升工程计算能力,更重要的是学生做课程的主人,才能积极地参与课程的学习,主动地去获取知识、不断提高自己的能力和创造性地探索热工基础理论及工程设计计算。

2 提高教学团队水平

任课老师应全面系统地掌握《热工基础与设备》课程的专业领域知识,这才能保证面向卓越工程师计划实施的有效进行。在水泥厂、煤化工以及磷化工等大型企业,这些工厂中所使用的热工设备,如回转窑,热风炉,燃烧室、气化炉等设备的操作与本课程的教学内容都有着紧密的联系。因此,授课老师应多去工厂实习,与有实际工作经验的技术员交流学习,使自己实践经验对理论教学工作起到促进作用。

通常,“卓越计划”实施企业指派的企业导师具有丰富的工程操作经验,但也缺乏系统的理论知识点。在给学生讲解时,容易忽视或漏掉一些关键的知识点。因此,对“卓越计划”实施企业指派的企业导师应加强理论学习指导,并制定相应的教学大纲及教学内容。

任课教师也要提高教学业务水平,掌握科学的教育方法,懂得教育规律。通过建立学校任课老师及企业导师的教学团队,教师之间可以通过讨论沟通,探索出更加有效的教学方法,相互促进,共同提高。

3 改革课程教学内容

3.1 加强基本概念和基本理论的教学

卓越工程师培养的基本要求是系统地掌握相关学科专业领域的知识和精髓,这就要求课程教学内容的组建要体现出工程学科的特征以及学生所学知识的效用,使卓越工程师培养的相关学科专业领域的知识得到全面系统的继承和发展。

在《热工基础与设备》课程中有许多物理概念,且这些物理概念都是通过大量公式推导而来。如气体动力学方程式是从质量方程、动量方程以及能量守恒原理出发,应用高等数学在微元体或控制体上建立微分方程或积分方程。在传热原理中,也出现大量的导热微分方程以及对流过程的微分方程组等。对这些数学推导过程,教学时不应过多地去探讨,可以通过对一些典型的工程问题展开分析,使学生理解这些基本概念,达到触类旁通的目的。学生只有在充分的理解、掌握这些基本概念和基本理论后,才能将其应用在实际的工程中。因此,首先要在教学内容上注重用于研究热工过程的基本概念及定理的讲解,使学生能真切地理解基本概念和定理的实质,而不是让学生死记硬背的记住公式及基本概念。其次,在讲解一些基本概念和理论上存在细微差别时,要给学生确切阐明出概念和理论的内涵本质,尤其要将一些概念融入在解题中,理清解题思路,让学生学会应用,掌握概念的本质含义。掌握基本概念和理论不仅为今后专业课的学习做准备,而且为面向“卓越计划”培养的目标奠定基础。

3.2 强化工程应用实践教学

学生应具有在实践中应用热工基础理论的能力。然而,以往的教学模式让很多学生只会利用公式解题,缺乏工程实践。经常会发生有些学生计算烟囱的高度精确到毫米,回转烘干机的热效率达到80%等错误的现象。因此,如何将基本理论与实践相结合起来,培养学生工程实践意识和工程设计能力是本课程应用实践教学的目标。首先,可以将热工工程技术的知识点融汇到实践教学中去,对一些工程例题加以分析讲解,组织学生参与讨论,逐步建立工程观念,增强解决工程实际问题综合意识和技能。其次,在教学手段上,可以组织学生到“卓越计划”实施企业或实训工程中心学习热工设备,让一些有实际工程应用的技术人员给学生进行讲解,使理论与实践应用相结合,进一步培养学生分析解决实际问题的能力。

3.3 开展实验及课程设计教学

《热工基础与设备》是工程应用性学科,学生应掌握扎实的理论知识与良好的实践技能。为了培养学生的实践能力,首先是加强实验课程内容的建设,如开设燃料的热工性质分析、烟气组成的测定、干燥速率曲线的测定等一系实验项目,让实验内容成为学生把课堂所学的理论知识与实践应用相结合,培养学生的动手能力,激发学习的积极性;其次指导老师建立课程设计题库,如燃烧室,回转烘干机,玻璃窑,烟囱等热工设备的设计及计算。学生可根据自己兴趣自主选题,并在教师的指导下完成某个设备的热工计算专题研究,促使学生在热工基础理论计算、设备选型、图纸绘制、以及设计说明书撰写等方面能得到实战训练。科学地开展课程设计,让学生更加系统地掌握《热工基础与设备》课程各章节的知识要点,通过课程设计的训练,使学生初步了解工程设计的步骤及方法,同时也为今后的专业毕业设计环节奠定基础。

4 改变教学方法

《热工基础与设备》课程通常采用的教学方法是按照各分章节进行课堂教学,这些章节的内容包括“气体力学在窑炉中的应用”、“传热原理”、“传质原理”、“燃料及其燃烧”、“固体燃料气化过程及设备”、“干燥过程与设备”等六个部分。但是,在这些章节中有的内容与学生在学习化工原理中有交叉,或重复的部分。因此,选择合理的教学方法才能做到事半功倍的效果。

在第一章“气体力学在窑炉中的应用”中气体力学基础与化工原理(上册)中流体力学就有相似之处,但又存在一定的差异。可以采用分析比较的教学方法让学生在复习原有知识的基础上,又增加新的公式及定律。又如第二章“传热原理”,学生在学习化工原理(上册)的时候就已经对传热过程有了一定的认识,但本课程又都有不同之处。化工原理(上册)仅介绍了一维方向上的传导公式,以及没有系统的介绍辐射换热中角系数的推导过程。因此,在《热工基础与设备》第二章“传热原理”的教学内容中应把此部分内容重点讲解,从而让学生能系统、全面的掌握“传热原理”。但同时应避免传热原理重复内容,否则教学效率低。

任课老师在讲授不易理解或抽象的课程内容时,可以借助多媒体给学生演示,如燃料燃烧过程的变化,炉内温度分布,气化炉及燃烧设备等,让学生能更加直观地对热工过程与设备的认识,掌握相关知识点[4]。同时,任课老师要不断采用多种教学方法,如讲授、研讨、实验、工程实训、课程设计等形式,调动学生学习的积极性与主动性,培养学生的创新能力,实现“卓越计划”对课程内容改革的培养目标。

5 采用多种形式的考核方式

《热工基础与设备》课程涉及定律多、计算公式繁多,而传统的考试方式多以闭卷方式的笔试为考核方式。这就要求学生在考试之前,花费大量的精力去记忆繁琐的计算公式,而单一的纯知识记忆考试方式并不能反映出学生对本课程学习掌握的程度。多元化的考核模式是在最终成绩评定中,兼顾了学生平时表现情况与期末考试情况。目前,采用多元化的考核模式是能较好反映出学生对本课程学习掌握的程度[5]。因此,面向卓越工程师培养的课程教学评价体系可参照多元化的考核模式加以制定。

《热工基础与设备》课程可以采取平时成绩(10%),实验课(10%),课程设计(20%)及闭卷考试(60%)相结合的多种形式考核方式。其中平时成绩主要是对学生平时学习态度的评价,包括了出勤率、作业完成情况、热工单元认识实训等方面。实验课成绩主要是对学生动手能力的评价,要求学生认真做好实验课的预习,制定实验方案及完成实验情况。课程设计成绩主要是对学生设计热工设备能力的评价。通过阅读指定参考资料,以及广泛查阅有关热工设备的最新资料,考察学生自主创新、综合运用热工基础理论知识等。闭卷考试成绩主要是对学生掌握热工基础理论及热工计算能力的评价,以课程的“考试大纲”为准则,建立试题库。任课老师从题库中筛选试题,注重以工程实际应用能力为重点,同时考核学生对理论知识的掌握与应用的综合能力。

6 结语

以实现“卓越计划”培养标准为目标,对原有课程内容进行全面系统的改革,采用促进学生的学习主动性出发,提高教学团队,改革课程教学内容,改变教学方法,注重实践教学环节的应用,并最终形成一个“实践、认识、再实践、再认识”的新课程学习体系,是可以满足卓越工程师培养的要求。

参考文献

[1]吴才章.高校自动化专业人才培养改革探索[J].中国电力教育,2012(14):25-27.

[2]林健.面向卓越工程师培养的课程体系和教学内容改革[J].高等工程教育研究,2011(5):1-9.

[3]张安富,刘兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究,2010(4):56-59.

[4]文进,朱明.多媒体课件在《热工基础与设备》中的应用[J].建材高教理论与实践,2001,20(2):107.

[5]姜秀榕,童长青,胡志彪,等.应用型本科院校《无机非金属材料工学》课程教学改革初探[J].广东化工,2011,38(2):215-216.

热工基础与设备论文 篇2

关键词：热工基础,教学改革,课程建设

《热工基础》主要是讲授热能与其他形式能量的转换规律的一门课,热工基础课程主要由工程热力学和传热学两部分组成,在工科很多专业中占有基础和重要地位。传统的热工基础备课方式是一节一节地教学,这使课程进程较慢,并且把握不到重点,存在很多问题,因此必须要对热工基础课程现状与原因进行思考,提出热工基础课程改革与建设的措施。

一、当前热工基础课程存在的问题

(一)热工基础课程对不同学科没有针对性。热工基础课程作为工科类的基础课程,每个专业的学生必须学好。由于各专业对热工基础课程内容的侧重点不同,对每部分知识的掌握与了解程度也有不同的要求。但当前热工基础课程在各专业的课本、教学内容与教学方式上区别并不明显,没有针对性,不能满足各个专业的学习需要,这导致教师在上课过程中没法根据专业特点进行讲解、因材施教。

(二)课程内容与知识不能紧跟技术的进步。当今时代发展飞速,科学技术也在时刻发生着变化,当前热工基础课程的内容没有紧跟时代的发展,未及时进行与热工基础课程内容相关的新技术,无法反映社会中各行业的工作要求。如经济性高和环保性的超临界和超越临界循环在目前的课本中表达较少,诸如此类的内容在课本上没法表达充分,传统教学课程跟不上时代更新的要求。

(三)创新型教学缺乏。当前热工基础课程教学中仍然采用传统的教师在课堂教授的方式,即使设置了研究性实验,实验方式也十分传统。引导学生发挥创新型思维的实验也十分少,而且方式不够先进。另外,热工基础课程不能只学习理论课程,要多动手实践,才能真正掌握相关知识,在实践中学习。但热工基础课程中设置的实训计划十分少,而且设计性实验不多,这使学生在热工基础课程的学习中不能达到学以致用的效果。

(四)教学方法单一。热工基础课程仅采用传统教学方法,形式比较单一。当前科技的快速发展对热工基础课程提出了新的要求,要求教学采用多元化教学方式,从多个方面提高学生的学习能力。另外,热工基础课程的课时是固定的,一般不能根据具体情况进行调整。热工基础课程有时采新的教学方法,但使用不够熟练,没有较好地与教学进行衔接,并且使用频率较少。

二、热工基础课程改革建设的着重点与过程

(一)根据教学内容,调整教学目标。教师在进行热工基础课程讲授之前必须要提前了解教学内容,分析教学内容是否符合当前社会的要求,是否符合学科的特点。教学内容中是否重要的是要考虑热工基础课程与其他专业课程进行联系,保证教学内容互相渗透。另外,教学内容要展现当前相关的新技术与新成果,同时要保证热工基础课程中知识在实际工作的实用性,通过调整教学目标,改革课程学习方式,促进学生学以致用。

(二)利用新资源,提高获取信息效率。教师要引导学生利用新时代的各种新资源,如校园的图书馆及网络图书馆及论坛、互联网、热工基础的网站等进行信息获取。这样可以减少在课堂中获取知识较少的弊端,发散学生的思维,增强对热工基础知识的深入了解。

(三)促进老师与学生进行学习交流。在进行热工基础课程的学习过程中,教师与学生的交流是十分重要的,学生可以及时向老师反馈,老师可以根据学生的学习情况及时调整教学方案。因此,教师在教学过程中要建立交流平台,对学生的学习进行指导,使每个学生都能很好地掌握热工基础课知识。

三、热工基础课程教学改革与建设的措施

(一)对热工基础课程教学内容进行改革与建设。热工基础课程的内容多、设计的概念与公式较多,因此要对教学内容进行改革与建设,帮助学生更好地掌握知识。首先,在进行教材选择时要根据教学目标与教学任务精选教材,要求教材内容符合学生的认知、符合专业的发展,能激起学生学习的兴趣,激发学生学习的主动性,激励学生发挥创造能力。如果现存的教材不能满足要求,教师可以进行校本课程开发,编写新教材和习题册。其次,教师要重点教授一些新思想和新技术,更新学生的认识,鼓励学生发现新知识,提高创新思维能力。

(二)对热工基础课程教学方式进行改革与建设。根据热工基础课程的性质、内容与学生学习的特点,改革热工基础课程教学方式是当前对热工基础课程改革与建设的重要任务。教师要多采用启发式的教学方式,引导学生独立思考,要采用问答法,由浅入深地引导学生分析问题,采用小组讨论的方式,发展学生合作、探究能力。另外,采用先进的教学方式,如多媒体教学等,使教学内容丰富有趣。

(三)对热工基础课程成绩考核进行改革与建设。对热工基础课程的考核是检测学生学习水平的重要措施,它决定着学生对热工基础课程教学目的的认识。

结语

综上所述,随着时代的发展和科学技术的日新月异,热工基础课程的内容与教学方式也需要与时俱进。根据教学的目标和专业要求对热工基础课程教学进行改革和建设势在必行,学校及教师必须从课程内容、教学方式和成绩考核等方面进行创新。

参考文献

[1]李桂芬,朱亚珠.热工基础课程教学改革与建设的思考[J].廊坊师范学院学报(自然科学版),2008,03:94-95+98.

[2]章国芳.机械专业“热工基础”课程教学改革的实践与思考[J].中国电力教育,2011,11:119-120.

[3]王红艳,唐婵.热工基础类课程模块教学改革初探[J].中国电力教育,2011,17:75-76.

热工基础与设备论文 篇3

关键词：火电厂,热工设备,汽轮机TSI系统,优化

引言

火力发电对于满足当前社会中电能的需求有着极为重要的意义。 在当前我国环境资源约束大、 能源供应日趋紧张的大背景下, 火电厂在我国人民日常生活和经济发展与建设中占据着十分重要的地位, 发挥着极为关键的作用。

随着技术的进步, 其单机容量不断增大, 体现出越来越高的自动化、 智能化等特征。 在火电厂所有的设备与设施中, 热工保护是非常重要的一环, 其能够在机组运行和启停的过程中发生危险及异常情况时采取及时有效的措施, 从而有效应对这些发生的紧急情况。 然而当前火电厂中, 大部分的热工保护系统多少都会存在拒动、 误动等现象, 对于机组的安全运行产生了极大的威胁[1,2]。下面笔者将对火电厂热工保护系统发生拒动、误动的原因进行分析, 并针对原因对热工保护系统提出相应的优化对策。

1 火电厂热工保护系统

1.1 硬件组成分析

火电厂热工保护系统的硬件构成部分主要有保护执行回路、 输出模件、 控制器、 输入模件以及测量元件。 其中, 测量元件主要的工作内容就是检测整个机组设备的大体工作状况, 然后通过输入模件的作用把获得的各方面信息最终传输到控制器之中。 此时, 控制器的主要作用就是在利用算法和设置的基础上, 进一步发出有用的控制信号, 最后借助输出模件的作用, 把控制信号输送到输出模件之中。 保护执行回路就能在参考动作信号作出动作, 最终对机组有关设备出现的危险或异常情况进行处理, 为机组的稳定及安全运行奠定重要的基础。

1.2 拒动、误动的影响因素分析

导致热工保护系统发生拒动、误动的主要原因有: 设计安装调试存在缺陷、 人为因素、 电源故障、 热控元件故障、 D C S软硬件故障以及电缆线故障等。 随着D C S控制系统应用的不断推广, 在火电厂人工保护过程中加入了一些十分重要的过程控制, 从而有效提升了机组运行能力和运行时的安全性。然而D C S软硬件发生故障的话, 则可能会导致出现保护误动等方面的文坛, 例如信号处理故障、 通讯障碍, 有时候也会发生设置错误。如:

(1) 电磁阀元件老化、流量、压力以及温度等方面因素出现异常, 都会导致产生故障误发信号, 从而诱发输机、 主机出现拒动误动等故障。

(2) 空气潮湿、电缆线老化、接线进水以及绝缘破坏等则会导致电线发生很多的文坛, 如短路和断路等, 这些问题的存在同样会导致整个热工系统出现故障。

此外, 其也受到其他因素的影响, 如安装不当、 工作因素、 设备电源等方面存在不足, 都会在一定程度上导致热工保护系统出现拒动误动等故障。

2 火电厂热工保护系统优化研究

火电厂热工设备保护系统地位非常重要, 是系统中的重要内容。 传统开关控制系统存在很多不足之处, 其在设计的时候往往都是从火电厂生产方面需求考虑的, 在提高热工系统的运行能力方面则有所欠缺, 其合理的设计思路并没有过多的体现[3]。

2.1 开关容错优化设计分析

火电厂以往的热工保护系统运行过程中, 设计开关容错模块时都是按照设备和工艺要求开展的。 该设计思路存在多方面的问题, 特别是在变送器、 一次元件、 逻辑开关以及继电器等硬件设备, 这些元件是否能够一直可靠运行, 主要取决于维护管理、 运行时间、 运行环境以及产品质量等因素受到很大的影响, 一旦这些环节出现问题, 可可能直接导致热工保护系统将错误的动作发出去, 进而产生误动或拒动等现象, 对机组的安全生产和稳定运行产生很大的影响[4]。所谓的容错优化设计, 就是指的是在设计开关系统操作逻辑的时候, 对设备可能出现的故障进行分析与研究, 从而体现进行逻辑措施设置, 这样一来就能有效避免出现逻辑控制失效等方面的问题。

火电厂热工保护系统本身的容错能力只有在具备容错技术的前提下才能发挥出来, 借助其能够对故障作出科学的检测、 识别与隔离措施, 从而在发生故障之后使得整个开关控制系统进行重构, 逐步提升系统运行的可靠性和稳定性[5]。 就当前的情况而言, 一般说来, 容错控制技术就是为了针对变动器和执行器出现故障而发挥有效的作用的。 然而在火电厂的热工保护系统中, 该技术本身的逻辑参数一般都是通过对电机线圈和轴承的温度进行的, 一旦温度信号在设定值之上时, 则就会对保护动作产生触动[6]。然而因温度测量回路会出现断线故障和接触不良等情况, 有时候就会诱发拒动、 误动等问题, 所以需要全面监测测量回路, 当回路正常时再依据设定的值对保护动作进行设计触发, 当回路不正常时则就会触发报警信号, 等到回路故障消除之后再将其切换为正常的状态, 从而保证其能稳定运行。 该容错设计思路不仅能采用温度控制, 还能在风量保护系统和风烟系统压力中使用, 从而防止出现误动的问题。

2.2 逻辑代数优化设计分析

火电厂整个热工保护系统中, 当开关控制逻辑发生补充或是修改之后, 一般就会变得越来越复杂, 从而就导致整个系统发生错误。 对其维护管理和安全性产生影响。 然而在实际情况中, 在设计热工保护系统开关控制逻辑时, 相关设计人员应当追求的是简单方便、 容易操作, 因为无论多出何种元件, 或者增加了一个环节, 都可能会导致出现系统故障方面的风险。然而在以往的热工保护系统中, 缺乏PLC、D C S的应用, 导致其控制回路较为复杂[7]。采用逻辑代数则能够对逻辑控制回路进行科学的设计与分析, 对于开关量控制逻辑作出科学的等效变换, 这样就能够使得逻辑控制简化与分析变得较为容易。 逻辑非、 逻辑加、 逻辑乘是基本而常见的逻辑运算, 利用该逻辑运算, 在借助相关规则的基础上, 最终实现复杂的逻辑关系。 然而在实际应用中, 火电厂热工保护系统开关量控制逻辑其实不算复杂, 通过一系列的数学计算方法, 如定律交换、 逻辑代数等, 再应用配项法、 消去法、 吸收法以及并项法等就能实现逻辑控制的关系, 从使得整个系统变得更加简化与明了, 不会出现太过复杂的逻辑关系, 最终为系统运行的可靠性及安全性奠定保证。

3 汽轮机TSI系统保护优化对策分析

3.1 汽轮机TSI系统存在的问题分析

汽轮机安全监视系统T S I是汽轮机一项重要的监测保护系统。 该系统在整个运行的过程中, 可以对汽轮机参数发生的任何变化进行监视, 只要参数超过极限值就会触动报警信号, 此时保护系统就会自动驱动汽轮机出现跳闸现象。 要想保证汽轮机T S I系统的安全性和可靠性, 就应当对其存在的问题进行分析, 从而提出具有针对性的优化策略。

某省在线运行的TSI系统主要有德国Epro公司的MMS6000系统和本特利3500及3000装置, 经过该省各火电厂TSI系统展开的分析和研究, 对其在运行时发生的系统误动和拒动现象[3,4,5], 主要包括: 第一, 绝对振动单点信号保护误动的概率较大。 该省火电厂机组运行中对于汽机振动的保护, 一般都是通过绝对振动信号进行触发。 而对于外部的电磁场来说, 其产生的任何变化都会造成错误的振动速度, 进而导致输出错误信号。 第二, 从电缆延伸至前置器的接头出现了污染和松动的现象。 第三, 受到周边环境因素的影响, 就会使得整个信号出现问题。汽轮机TSI系统的一次元件使用的探头是电涡流的, 当外部的磁场影响到线圈的磁场的时候, 则电涡流强弱就很难将被测物与探头之间的距离反应出来, 诱发测量异常。 除此之外, 接地不规范, 导致串入干扰信号以及测量回路电缆老化等都是存在的问题。

3.2 汽轮机TSI系统保护优化分析

随着当前市场上发电成本的逐渐增加, 我国电力企业的市场竞争压力也在不断加大, 所以如何保证汽轮机TSI系统能够具有可靠的动作信号和准确的参数, 从而逐步提升系统运行的经济性和安全性, 逐渐成为各个发电集团面临的主要问题[6,7]。在全面分析故障问题及影响因素之后, 再对TSI系统作出进一步的优化处理, 最后降低单点信号保护导致的误动率, 是一项十分重要的优化措施。

第一, 汽轮机TSI系统建议采用常开信号作为跳闸信号;第二, ETS在接受TSI系统输出的停机开关量和轴承报警信号, ( 当机头所朝方向就是气机, 如果转子转动的顺序是顺时针, 则可以设左探头为X向;如果转子的转动方向是逆时针, 则可以取右探头为X向。) 无论是轴承方向任何一端轴振信号在达到停机设定值的时候, 同时其他的轴振信号达到报警设定值并持续数秒的时间。此时, ETS就会发出汽轮机遮断的信号 (参考某常规火电厂600MW机组振动停机逻辑) 。 其中涉及到的技术改进材料包括继电器、 接电线端子、 端板、 标记座、 空白标记条、屏蔽电缆、导线等等。

4 结束语

火电厂热工保护系统对于整个电厂机组设备的安全运行意义重大, 但由于整个系统涉及到很广的范围, 并且组成结构十分复杂, 工作较为繁琐, 因而往往容易由于自身系统的文坛导致出现拒动误动等现象, 为了避免出现这方面问题影响到火电厂的正常运行, 应当采用逻辑代数优化的方法进一步优化与完善系统。 尤其是在汽轮机TSI系统保护优化方面, 其在经过优化之后有效减少上述提到的各类问题的发生率。

参考文献

[1]丛雷, 李硕.浅析电厂热工保护系统的常见故障及防控措施[J].科技创新与应用, 2014, 08:132.

[2]朱晓星, 刘武林, 王伯春, 谢红卫, 袁艳纯.600MW机组热工主要保护系统的分析及完善[J].中国电力, 2010, 03:42-45.

[3]徐艳军.BN3500汽轮机监测保护系统在某厂300MW机组改造中的应用[J].湖南电力, 2012, 03:54-56.

[4]张秋生, 范永胜, 史文韬, 胡晓花, 丁俊宏, 高爱民.1000MW汽轮机组轴瓦振动保护误动的原因分析及对策[J].中国电力, 2012, 12:7-11.

[5]张步和.基于PLC的火电厂汽轮机热工保护系统的设计及实现研究[J].科技创业家, 2013, 09:128.

[6]费阳阳, 李兴照.汽轮机检测保护系统安装要点及示值异常的鉴别[J].科技创新导报, 2011, 04:78+80.

热工基础与设备论文 篇4

作为一名高职院校的大学生, 相信他们从跨入大学校门起, 就有急于了解本专业学习内容的强烈愿望, 而职业技能基础课是学生步入专业的起点课程, 此阶段课程正是引导学生建立专业意识, 培养专业素质的最有利时机。否则部分学生很可能由于专业意识淡化, 甚至出现所学知识不知如何在专业上应用的困惑, 给后续课程的学习和今后从事专业工作带来一定的困难。这就要求担任职业技能基础课的教师必须了解所教专业的性质, 该专业的专业课学习内容和该课程在专业体系中的位置, 在教学中有意识地对学生进行专业意识的强化教育, 提高学生学习职业技能基础课、职业技能课的兴趣。

在实际教学过程中, 职业技能基础课因其专业性与基础性的双重属性, 在高职教育课程体系中占有十分特殊的地位。如材料工程技术专业的硅酸盐热工基础课程, 一方面, 引导学生将基础课中所学的数学、物理、化学等纯理论的知识转化成为带有专业特色的流体力学、传热学等知识;另一方面, 它也为后续职业技能课如玻璃熔窑与熔化等课程的深入学习提供必要的基础理论知识。因此, 它就像一条纽带一样, 在整个课程体系中起到了承上启下的作用。

在教学设计时, 不再按照传统的章节进行组织, 而是把该课设计为六个情境, 对于每一个情境都给出明确的的学习要求包括教学效果、引导问题、应用案例等。主要三个情境设计见下表:

2 改革教学方法

2.1 三环节相结合的讲授法

讲授法作为一种传统的教学方法, 其教学信息量大, 能使学生短时间内获得大量的系统科学知识;一些相关的概念和相关理论的介绍适于运用这种教学法。为了提高教学效果, 采用“精讲、多练、分析讨论”三环节相结合, 以启发式教育为主的教学方法, 着重加强学生创新能力和综合素质的培养。精讲基本慨念、基本理论、基本方法, 力求使知识容易理解、掌握和记忆。例如对流体力学中伯努力方程的学习, 首先采用结合实际生活中高层楼房居住的用户感到水压较小、燃气压力较大等案例说明学习该方程的重要性, 然后讲解该方程的使用注意事项, 接着让学生进行解题训练, 对于解题过程中出现的问题, 再和学生一起分析讨论, 使学生对知识牢固掌握。

2.2 案例教学法

案例教学法可以启发学生独立自主地去思考、探索, 培养学生独立思考能力。通过典型案例结合学生认识实习过程中提出的问题, 实现从理论到实践的转化。教学中结合生产实际, 将流体力学、传热学、燃烧学的理论融入具体的案例之中, 让学生根据掌握的相关理论针对案例分析实际生产过程。例如在学习湿度和热含量的概念时结合“海边的气候为什么不热”进行分析, 不仅使学生学会了相关的理论知识, 也使学生加深了对概念的理解和应用。

2.3 知识结构导图法

知识结构导图法是一种通过有序、有效地组织知识点, 进而获取学习材料中的知识的有序、有效的学习方法。硅酸盐热工基础涉及的知识点繁多, 基本概念、基本公式如何和实际应用相结合, 明确教学设计中的引导问题, 联系要达到的教学效果, 促使学生把重要的知识点用结构导图罗列整理出来, 通过有序、有效地组织各知识点形成一个知识网络, 每一个情境以知识结构导图的形式展示出来。由于是学生自己总结画出的, 在总结过程中能发现问题, 及时向老师提问, 因此是一种高效的学习方法。

3 改革考核方式

合理的课程考核方式是提高教学改革效果的催化剂。合理规范的成绩考核制度能充分调动学生的学习积极性, 促进对学生创新能力和综合素质的培养。成绩由平时表现、作业和实验考评以及试卷三部分组成。实验部分的完成情况突出学生动手能力和团队合作能力的培养。试卷部分突出考核基础知识的掌握以及综合应用能力。例如能力分析题:“传热学是一门研究热能传递规律的科学, 热量的传递及与其他形式能量的转换现象广泛地存在于生产技术部门中, 而且常常成为制约某一技术发展的关键问题。分析硅酸盐工业生产中, 主要用到的传热方式有哪些?你认为有益的传热应该从哪几方面进行提高?有害的传热应该采取哪些措施进行控制?要求结合传热计算公式进行分析。”

改革后的考核方式更好地激发了学生学习该课的积极性, 得到学生的一致认可。

4 教学改革的效果

实施教学改革后硅酸盐热工基础课程受到了学校有关师生的好评。学生的学习热情明显提高, 在学生中深受欢迎, 课堂上学生积极参与, 踊跃发言, 活跃了课堂气氛;改革后的教学方法深得学校督导老师的好评, 认为上课方式新颖, 教学效果好

摘要：在高职院校工科课程体系中, 职业技能基础课发挥着承上启下的重要作用。《硅酸盐热工基础》课程改革与实践, 围绕职业技能基础课如何更好地为职业技能课服务这一原则, 对职业技能基础课的教学设计、教学方法、教学内容及考核方式进行了探讨。

关键词：高职教育,职业技能基础课,素质教育

参考文献

[1]许维丹.高职院校专业基础课教学的改革[J].科教文汇, 2010.

[2]覃惠芳《.热工基础》模块化的教学探讨[J].南宁职业技术学院学报, 2009, 1.

[3]尤长春.关于热工基础教学的思考[J].中国科教创新导刊, 2007.

[4]黎宾, 基于职业能力本位的《热工基础》课程教学改革初探[J].现代企业教育, 2008.

浅议烧结砖热工设备 篇5

1.1 隧道窑的优点

这里介绍的隧道窑是指我国燃煤普通隧道窑。隧道窑是在窑道外码坯垛至窑车上, 卸成品也是在窑道外进行, 工人操作条件较好, 且装、出窑车较易实现机械化。轮窑是在窑道内码坯垛和卸成品的, 环境温度高, 粉尘大, 操作条件差, 且装、出窑难以实现机械化。这也是轮窑的最大缺点。虽然国外的直通道轮窑有用叉车装、出窑的, 但没有隧道窑在室外操作方便。

隧道窑是定点焙烧, 窑墙和窑顶的温度是不变的, 属稳定传热。轮窑是周而复始的循环焙烧, 因而也周而复始地加热、冷却窑墙和窑顶, 属不稳定传热。就这一点讲, 隧道窑的热能利用率高于轮窑。但是, 隧道窑要周而复始地加热、冷却窑车, 增加了隧道窑的热损失。

在生产正常的情况下, 隧道窑的闸阀提法一旦确定, 无需再动。轮窑需随着火的走动, 频繁启、落闸阀。

隧道窑的闸阀较少, 主要布置在火前进方向的预热带, 且多数处于启用状态, 而未启用的闸较少, 即使漏气也是拉火前进的。轮窑一圈均要布置闸阀, 数量较多, 且多数处于未用状态。这些未用的闸阀要使之严实密闭不漏气是很困难的。负压处窑外冷气向窑内窜, 正压处窑内热气向窑外窜, 漏气量较大。由于这些闸多数不在火前进方向的预热带, 故影响了火行速度。

例如:A厂有一条92.84 m×2.5 m隧道窑, 9对 (18个) 闸, 其中7对为烟闸, 设在预热带;1对为车底闸, 也在预热带;1对高温放热闸, 在烧成带始端, 偏向预热带。无论正在使用的闸, 还是未使用产生漏气的闸, 均“齐心协力”将火拉向前进方向, 无逆向力产生。

B厂一座24门轮窑, 内、外哈风闸多达50个, 烧一把火, 处于逆向位置的闸占3/5以上。这些闸一旦漏气, 必然产生逆向力, 阻碍火的前进。

隧道窑投煤孔少, 且主要布置在中部零压点附近, 故漏出或漏入气体不太多。轮窑一圈布满投煤孔, 数量多, 各种压力状态下均有, 故漏出或漏入气体较多。例如:A厂的隧道窑计127个投煤孔, 而B厂的轮窑多达526个投煤孔, 是隧道窑的4倍以上。

如用自动加煤器外投煤粉, 或用气体、液体燃料焙烧, 这些系统在隧道窑上设置比在轮窑上设置简单得多。

轮窑要糊纸挡, 纸挡难免出现漏气。而隧道窑无纸挡。

一般情况下, 轮窑的漏气点大大多于隧道窑的漏气点, “拉后腿”的地方较多, 故它的火行速度低于隧道窑。隧道窑的火行速度为3.5 m/h～4 m/h较普遍;而轮窑的火行速度达2.5 m/h～3 m/h的不多, 故横断面积较小的隧道窑往往产量高于横断面积较大的轮窑。

轮窑一圈要设窑门, 窑门的数量多。频繁封门、打洞工作量较大, 且门是个薄弱环节, 散热多, 故靠近窑门的制品一般欠火。而隧道窑只有前后两个门。需要指出的是, 隧道窑进车端门靠近排烟风机, 此处负压大, 如密封不好, 大量外界冷空气要漏入窑内 (有的厂由窑门漏入窑内的冷空气高达1万Nm3/h以上) , 就近进入排烟风机。进车时排烟风机基本上全抽的是进车端窑门进来的风, 火处于停止前进状态, 牵制了窑的生产能力发挥, 故窑门开启时间越短越好, 最好进车端设置双层窑门。

轮窑装、出窑时, 运输车辆需频繁进出窑道, 极易碰坏窑门, 而隧道窑不存在此问题。

隧道窑的内高可高可低;但轮窑由于要进人站立操作, 不能太低。

隧道窑的窑道可宽可窄;但轮窑由于在装出窑时要在窑道横向排放两辆或更多架子车, 故不能太窄。

隧道窑的拱顶矢高可做得很小, 甚至平顶;而轮窑 (尤其是国内用得较多的环形轮窑) 拱顶矢高一般较大, 做成平顶难度大, 投入费用高。

隧道窑的窑道内墙、内拱可用耐火材料砌筑。亦可在高温段用耐火材料砌筑, 低温段用普通烧结砖砌筑, 由于投煤孔处是薄弱环节, 且投煤孔数量不多, 故一般用异型耐火材料砌筑, 投煤孔处不易损坏。而轮窑窑道的任何一个部位都可能处于高温段, 也可能处于低温段, 且投煤孔数量很多, 如用耐火材料砌筑, 投入的费用较高, 故轮窑一般用普通烧结砖砌筑, 其使用寿命不长, 尤其投煤孔处易损坏。

隧道窑如用二次进风机, 风机的位置可固定不动, 而轮窑如用二次进风机, 风机的位置要跟随火移动, 不便操作。

如某制品在窑内焙烧的预热带、烧成带、保温冷却带的长度确定后, 采用轮窑的窑道展开长度应比采用隧道窑的窑道长度长一些, 因轮窑的窑道中要空出一段作为装、出窑位置。

1.2 隧道窑的缺点

隧道窑的建设费用高于轮窑, 这是因为要设窑车、电托车、顶车机和回车卷扬机等输送设备。由于这些设备的设置, 使得隧道窑的电耗高于轮窑。

隧道窑是由若干辆窑车组成的活动窑底, 窑车与窑车接缝处很难密封严实。砂封槽缺砂时也要漏气。正压处热气向检查坑道中漏入, 致使窑车金属部件变形、开裂, 窑车轴承润滑油结焦, 从而导致窑车运转不灵活, 增加顶车机负荷, 甚至导致窑体损坏事故。窑车上、下漏风是隧道窑的最大缺点。为了彻底堵绝漏风, 有人想到用水封, 因水的密封性能好, 但在有火的窑内用水封又谈何容易?而轮窑的砖坯是码在窑道地平面上, 无上下漏气之虞。鉴于窑车是活动的, 故隧道窑的结构密封难度大于轮窑。

窑道中的窑车是一群吃能的“老虎”, 出窑时将带出一些热量至外界。

由于每辆码了坯体的窑车, 从进车端到出车端, 要经过全窑道各部位, 一旦坯垛碰内墙擦内拱, 会导致倒垛乃至窑车脱轨事故, 为了防止这类事故的发生, 要求坯垛与内墙、内拱缝隙保持40 mm左右。但不少厂担心在生产过程中出现内拱下坠、内墙变形、窑车面耐火材料位移, 造成上述碰擦事故, 往往将边隙和顶隙留得较大, 有的大到200 mm～300 mm。须知, 该缝隙是被迫留的, 是“邪恶点”, 大量气体会由此通过, 而到不了坯垛内部去, 这不但增加了排烟风机负担, 而且降低了产量。另一方面, 由于气体热膨胀密度变小上浮, 冷收缩密度变大下沉, 故顶隙流动的气体温度高, 制品易过烧, 下边隙流动的气体温度低, 制品易欠火。据测定, 有些厂高至80%的气体是由顶隙和边隙通过的, 根本未起助燃作用。而轮窑的坯垛是不动的, 顶、边的缝隙可留得很小, 甚至紧靠内拱、内边, 轮窑不存在边隙和顶隙之虞。轮窑如某处内拱下坠或内墙向内凸鼓, 可在此处少码一层或横向少码1～2块坯体, 其他部位仍按原码窑图码垛, 比较灵活, 损失不大。而隧道窑不同, 如某处内拱下坠, 迫使窑车上的坯垛少码一层, 由于每辆窑车均要经过此处, 因此每辆窑车均要少码一层, 不但大大减少窑内制品数量, 而且造成顶隙增大, 走风增多, 损失较大。故和轮窑相比, 隧道窑的窑体砌筑质量更重要。

一旦隧道窑出现垮垛或窑车脱轨事故, 处理起来就很麻烦;而轮窑即是某窑室垮垛, 一般情况下仍然可让火继续前进, 特殊情况下, 如垮垛 (指坯垛) 面积较大, 火焰难以越过它时, 则可让火焰暂时反向行走一段距离, 创造条件使垮了的坯垛重新码好, 再恢复顺向行进。

隧道窑的窑道内要行进装着坯垛的窑车, 坯垛的稳定性显得比轮窑内的坯垛更重要;因而, 要求轨道安装精度、窑墙、窑拱的砌筑精度比轮窑的窑体更重要;隧道窑基础可靠性显得比轮窑更高, 一旦基础出现不均匀下沉, 造成轨道不平, 或窑内墙、内拱变形, 窑车就无法通过。总之隧道窑可以做到对温度曲线精确控制, 断面温度均匀, 而轮窑则不然。因此, 隧道窑可以适用焙烧高质量的产品, 而轮窑只适合生产一般性的产品。

2 其他类型的隧道窑

通常采用的隧道窑都是直条形的, 还有做成圆环等形状的, 但由于这样那样的缺陷, 此类窑形用的极少。为了集思广益, 使这类窑型不断有所提高和改进, 现特简介如下:

1972年1月丹麦锡克堡的里斯勃罗瓦厂的一座自动化圆形隧道窑投产, 其窑道形状是一圆截面, 用于烧瓦, 未能废除窑车。其特点是:作业时, 窑车底部的轨道在辊轮上滑动, 窑车不与轨道做相对运动。装、出窑在同一侧面进行, 便于搬运。

法国的一些砖厂采用自动旋转窑底的环形窑, 用连续环形旋转窑底取代窑车。其特点是: (1) 由于采用了连续式窑底, 因而消除了窑车与窑车之间的接缝, 改善了窑底的密封性能, 减少了热损失; (2) 窑底设有“连续砂封”存放砂子, 不存在砂子漏损问题, 省去了经常补充砂子的操作; (3) 利用旋转的窑底, 可在固定的位置连续装、出窑。不足之处是窑底旋转过程中有时出现偏移现象。

我国经过多年的潜心研究, 发明了“移动式隧道窑”。该窑的窑道为圆环形。生产时, 窑体沿直径为60 m～80 m的环形轨道上转动, 不用窑车, 将坯体直接码在窑道的地坪面上。其特点是: (1) 继承了轮窑不用窑车的做法, 从而克服了隧道窑的投资大和窑车运行费用高的缺点; (2) 继承了隧道窑在外界装窑、出窑的做法, 克服了轮窑在窑道内恶劣环境下操作的缺点。该窑的装、出窑的位置是移动的。

3 一次码烧一条龙隧道窑和一次码烧并列式隧道窑相比较

3.1 一条龙隧道窑的优点

因干燥和焙烧连为一体, 未分割, 经干燥后的坯体无须出干燥段而直接进入焙烧段, 故此窑形热损失要少些, 少进、出一次窑车, 少一道托、顶窑车工序。但这种干燥、焙烧工序均只码一次窑车。

3.2 一条龙隧道窑的缺点

干燥段只能负压排潮, 不能正压排潮;而并列式隧道窑可负压排潮, 亦可正压排潮。

干燥段顶部不宜盖钢筋混凝土板 (不能太简化) , 因为操作不当会使焙烧段的火偏移到干燥段, 烧坏钢筋混凝土板。而并列式隧道窑是干燥、焙烧段分开的, 可使干燥部分简化, 顶部可盖钢筋混凝土板。

应该指出的是, 有的厂采用并列式一次码烧隧道窑, 焙烧窑的内拱有一定的弧度, 而干燥窑的内拱是平的。这样若将就干燥窑, 坯垛顶部码成平的, 则焙烧窑中部顶隙太大, 风由此隙走的多, 致使横断面温差大, 火行速度慢;如将就焙烧窑, 坯垛顶部码成拱形, 则干燥窑两顶角空隙大, 风由此两顶角隙走的多, 造成坯垛底部脱水慢, 影响了干燥速度。正确的做法是, 干燥窑和焙烧窑的内拱形状应趋于一致。

4 二次码烧隧道窑 (配干燥室) 和一次码烧隧道窑相比较

4.1 二次码烧优点

可将干燥后的废坯剔出, 回收作为原料。而一次码烧窑干燥后的废坯必须进焙烧窑 (段) , 将其烧成废砖, 不但多耗原料、人力、能量, 而且减少了焙烧窑 (段) 的产量。

在上下温差允许的情况下, 二次码烧工艺中因坯体已经过干燥, 强度较高, 可适当增加窑车上坯垛的层数, 以提高产量;而一次码烧隧道窑窑车坯垛层数受到湿坯体强度限制, 往往码的层数较少, 尤其是原料中加入成孔剂生产高孔洞率自保温空心砖 (砌块) 时, 湿坯体强度一般很低, 宜采用二次码烧工艺。

4.2 二次码烧缺点

二次码烧的缺点是多码一次坯:第一次将湿坯体码在干燥车上, 干燥后再由干燥车卸下码上窑车, 共计两次;而一次码烧只需一次直接码上窑车。多码一次不但需多投入劳动力, 而且多一次碰坏坯体棱角的机会。

5 二次码烧轮窑 (配干燥室) 和一次码烧轮窑相比较

5.1 二次码烧优点

因入窑的是经过干燥的坯体, 强度较高, 窑内上、下温差在允许范围的情况下, 码的层数可适当多些, 因而有条件使窑道做得宽些 (轮窑一般不是平顶, 有一定的拱高, 只有窑道总高较高, 才为增加内宽创造条件;否则内宽增加到一定程度, 窑内直墙的高度就很低, 窑门砌筑有一定困难, 窑门最好在直墙上) 。总之, 轮窑窑道不能太低, 因操作人员要进、出窑门和在窑道内站立操作。

鉴于轮窑窑道不能太低, 因而湿坯垛码的也不能太低 (在一般情况下, 坯垛层数不宜少于18块) , 如湿坯体强度不高, 底层坯体承受不了上部坯体的压力, 就不能采用一次码烧轮窑。

5.2 二次码烧缺点

湿坯码到干燥车上, 经干燥后的坯体从干燥车转码到架子车上 (有些砖厂用胶轮车驼着装有干坯体的干燥车直接拖入窑内, 虽少码一次, 但也带来操作上的麻烦) , 又将架子车上的干坯体码至窑道内, 计码三次。而采用一次码烧轮窑时, 湿坯体码到架子车上, 再将架子车上的坯体码至窑道内, 共计码两次, 可少码一次。

6 隧道窑或轮窑配坯场和隧道窑或轮窑配干燥室相比较

6.1 配坯场优点

采用自然干燥, 其特点是干燥周期长、干燥速度缓慢。在人工呵护下, 对敏感性系数高的原料成型的坯体, 干燥开裂情况比人工干燥好些。因而, 在自然干燥的启发下, 有的厂即使采用人工干燥, 也先将湿坯体在厂房内静停24 h左右, 使其含水率向临界点慢速靠拢, 再进干燥室, 以提高干燥质量。利用了大自然“免费”的风能和太阳能。

6.2 配坯场缺点

受气候因素影响较大, 暴雨、大风、冰冻往往给坯场中的坯体造成损失。

一般需码四次:成型后的湿坯体码上架子车, 再由架子车卸码至坯场, 干燥后的坯体码上架子车, 再由架子车卸码至窑道内 (或窑车上) , 如需干燥中途“花架”, 则需码五次。而隧道窑配干燥室只需码两次, 轮窑配干燥室只需码三次。

坯场占地面积大, 需操作工人数量多。

7 负压排潮隧道干燥室和正压排潮隧道干燥室相比较

7.1 负压排潮优点

排出的潮气相对湿度较高, 一般为90%～95%。而正压排潮一般有5～8个排潮囱, 各个囱排出的潮气相对湿度也不一样, 某厂靠近出车端的一个囱 (排出气最多的一个囱) 相对湿度仅25%～30%, 热介质利用率不高。

由于是集中负压排潮, 气体基本上不通过干燥室进、出车端外泄, 进、出车端工人操作环境较好。集中排潮便于脱硫除尘。而正压排潮如控制不好, 热介质易通过进、出车端外泄, 恶化了进、出车端工人操作环境。由于其排潮点分为若干个, 故不便于脱硫除尘。因排潮囱的高度都较低 (如高了则阻力大) , 故对周围环境产生的污染较大。

7.2 负压排潮缺点

由于排出的气体湿含量高, 故排潮风机腐蚀较快, 如热介质中含SO2较高, 排潮风机会腐蚀得更快。而正压排潮不用排潮风机。

采用负压排潮, 坯体干燥均匀程度低于正压排潮。

8 国内中小断面隧道窑与国外大断面“箱式”隧道窑相比较

中小断面隧道窑以几十万块砖, 乃至上百万块砖用手工砌筑而成, 对工人的砌筑水平要求高;大断面“箱式”隧道窑是法国工商研究及发展中心于1968年首创, 该窑多为装配式, 只需将工厂化加工组成窑的各部件组装即成, 手工砌筑工作量小。它的特点是构造优良, 密封性能好。其外部为金属结构, 内部是耐火材料, 中间夹层为耐热保温材料, 可以加压焙烧, 故窑内温度均匀, 同一横截面上温差可控制在20℃以下, 焙烧出来的制品质地均匀。

中小断面隧道窑结构简单, 主要用一台排烟风机, 多数采用全自然进风, 少数窑用小风机进行强制二次进风, 电耗少, 由于控制手段简单, 故对烧火工的观察能力、操作水平相对要求高;而大断面“箱式”隧道窑结构比较复杂, 采用多台风机, 完全强制进风, 自动控制, 电耗多, 操作工人按仪表显示的数值进行调节, 由于其外露钢管多, 造成一些热损失, 加之烟热未作湿坯体的干燥介质, 而排放至外界。据天津蓟县国环页岩砖厂测试结果:它的热耗约高于中、小断面隧道窑15%～20%。因而如何缩短外露钢管并使其更好地保温和利用烟热, 是大断面“箱式”隧道窑一个值得研究的问题。

9 室式干燥室和隧道干燥室相比较

提高热工设备的可靠性措施 篇6

关键词：控制系统,可靠性,有效性,技术措施

1 伊敏发电厂自动化系统运行状况

伊敏电厂现建有2台500MW机组, 是从俄罗斯全套引进的超临界直流燃煤火力发电机组, 先后于1998年11月8日和1999年9月14日投产。

2002年6月, 我厂对热控系统进行了DCS改造, 热控系统采用ABB公司Symphony Rack分散控制系统组成电站控制和监视系统, DEH就地阀门采用哈尔滨汽轮机厂提供的膜盒阀控制, 改造后对协调控制也根据电厂实际情况进行了重新设计, 实现了机炉的协调控制, 进而实现了AGC控制以及快速减负荷RB (RUNBACK) 。

作为500MW俄供大型机组, 控制系统改造后采用ABB的symphony分散控制系统, 大量的测量信号没有改变, 控制逻辑基本采用原来俄供控制原理。

2007年二期又另外新建成2台600MW国产亚临界机组, 控制系统也采用ABB的symphony分散控制系统。

2011年三期项目两台国产直流超临界机组建设完成, 目前已经正式运营中, 控制系统仍然采用ABB的symphony分散控制系统。

2 有效的技术管理是热工设备安全运行的重要保证

检修工作全过程管理, 对所有涉及大系统安全的外部设备及设备的环境和条件进行全方位监督, 并确保控制系统各种故障下的处理措施切实可行, 才能保证自动化系统的安全稳定运行。

2.1 随着自动化控制系统的功能不断增强, 自动化范围迅速扩大,

故障的分散性增, 使得组成热控系统的控制逻辑, 保护信号取样及配置方式, 测量仪表的准确性、控制系统、测量和执行机构、电缆、电源、热控设备的外部环境以及为其工作的设计、安装、调试、运行、维护、检修人员的素质等等, 这中间任何一环节出现问题, 都可能引发自动化控制系统的不稳定, 都存在大量的隐患, 甚至会导致设备跳闸, 影响机组的安全运行。如何做好自动控制系统从设计、安装、调试、生产运行以及检修维护的全过程质量监督与管理, 提高自动化设备和系统运行的可靠性已经到了非常重要的地步。记得刚刚投产的#1、#2机组, 设备质量, 安装可靠等等达不到基本要求, 造成这两台机组频繁停机, 最多连续运行没有超过满月的时候, 竟然被称作“月机”。当然因素很多, 维护员工均是刚毕业不久的学生, 维护手段和技能不高也算其中因素质之一。

2.2 伊敏电厂对热控设备的管理逐步改变传统的管理模式, 在以前

的检修设备的过程当中, 无论整个设备系统的运转情况是什么样子, 我们一般都是使用定期检修与校验这样的方法来进行, 那么, 这样的过程所导致的是, 所有付出的努力, 人力和财力都没有能够充分的发挥其所应该发挥的效力, 比如仪表检修前合格率达98%甚至更高, 但仍按规定的周期全部进行检测校验, 结果不仅浪费人力、物力, 由于检修人员的素质不同、监督不到位等因素存在, 很有可能增加设备的不安全因素。加上设备采购时, 流入一些质量不高的设备, 可能会降低机组修后的设备的可靠性。另外, 控制系统世界性的升级换代, 数字控制系统稳定性逐步被认识, 被引用, 我电厂也从2002年我厂对一期两台机组进行控制系统的改造后, 重要测量设备进行了大量的改进, 引进世界先进测量手段和测量设备, 这些设备可靠性和精度都大大提高, 能够在线远方测试, 能够实现长期免维护的级别。

3 可靠的设备与合理的控制逻辑是热工设备安全运行的前提条件

对于自动化系统来说, 其可靠性毋庸置疑的是重中之重, 那么如果才能有力的提高呢, 包括以下的内容:系统软硬件的合理配置, 采集信号的可靠性、干扰信号的抑制, 控制逻辑的优化、控制系统故障处理手段的完善与冗余设计等等。需要从设计、安装、调试、运行维护、检修管理等贯穿整个过程。

目前大机组所采用的控制系统大多数都是从国外引进的设备, 即使是辅机控制系统也是从国外引进的技术, 这种技术的直接引用, 就是技术吸收和应用, 有其设计成本的降低。另外可靠性明显增强。

作为大型机组要把控制误动作为保护的首要出发点, 尤其是东北电网机组上网率在全国偏低, 加上机组启停费用较高, 对电网影响也较大, 所以充分采用冗余逻辑设计方式, 对运行中容易出现故障的这类设备, 双重管理。

伊敏发电厂机组热工自动化系统采用的是ABB的symphony分散控制系统。分散控制系统可能存在的故障, 如操作员站“黑屏”或“死机”、部分操作员站故障、控制系统主从控制器切换故障或电源故障、通讯中断、模件损坏等故障时有发生, 甚至还存在过端子板起火事件。因此防止分散控制系统失灵、热控保护拒动造成事故的发生也就成为机组安全经济运行的重要任务。伊敏发电厂热控监督从2005年开始, 制定分散控制系统故障时的应急处理预案, 并对运行和检修人员进行事故演练。并且制定了每日的控制硬件巡回检查制度。保证设备故障能够及时发现, 通过巡检制度, 我们也发现了大量的卡件故障, 并且及时消除, 对控制系统的稳定运行起了保障作用。

2009年9月, 伊敏电厂二期#3#4机组经过2年的艰苦努力, 顺利通过了国家电力生产安全性评价达标。但随着机组的运行时间延长, 为了机组在负荷变动频繁, 也不会引起的机组跳闸事件的发生, 系统的薄弱环节进行排查, 在大修期间都进行彻底改善。我们开展了一些工作:

(1) 提高TSI系统运行可靠性的若干技术措施

由于TSI系统导致机组运行异常的情况时有发生, 为提高TSI系统的可靠性, 组织研讨和专业会议, 制定相应的反事故措施。提出了“优化TSI系统电源及保护逻辑, 降低单点信号保护引起机组误动, 通过全面核查TSI系统连接线路的规范性, 完善TSI系统的检修和运行维护管理, 提高TSI系统的运行可靠性”的思路, 并本着“既要防止拒动, 也要防止误动”的原则, 依据热工技术监督有关规定, 制定了提高TSI系统运行可靠性方案:一期500MW机组采用相邻轴瓦同方向的两个振动危险值“相与”输出跳机的逻辑。二三期600MW机组采用同轴瓦一方向振动危险值和另一方向振动报警值“相与”输出跳机的逻辑。在实际运行过程中, 时常发生测量一次元件与前置器或延伸电缆接触不良的情况, 造成振动值大范围波动, 而以上的控制逻辑较好的避免了上述情况发生而造成保护误动的情况。这些方案的应用卓有成效的预防多次设备误动现象, 明显改善了机组TSI系统的可靠性。

(2) 重要一次元件可靠性管理

在设计之初, 控制逻辑仅根据被控设备的工艺要求设计, 而对现场的许多实际情况未加考虑, 因此往往经不起运行实践的考验。还因为构成控制系统的测量部件 (测温元件、导压管、阀门、逻辑开关、变送器) 、过程部件 (继电器接点、模件等) 、执行部件 (执行机构、电磁阀、气动阀等) 和连接电缆等, 由于产品质量、环境影响、运行时间延伸和管理维护等因素的变化, 容易出现故障而引起。具统计, 不少故障仅仅是因为某一个位置开关接触不良或某一个挡板卡涩而造成机组跳闸。在总结、提炼伊敏发电厂热工自动化设备运行检修、管理经验和事故教训的基础上, 对保护连锁信号取样点的可靠性进行确认。例如:#4机组凝汽器真空取样管路敷设不合理, 存在积水问题, 从而导致测压不准确的现象。在2009年机组大修期间重新对取样点进行设计, 并对仪表管路进行重新设计、敷设, 经过改造后大大提高了凝汽器真空低保护的可靠性。改进部分保护、联锁的一次采样设备, 将压力开关用压力变送器替代, 此方法取得非常好的效果。

(3) 单点信号保护逻辑优化升级

当联锁保护用的一次元件信号不可靠, 对应系统的误动概率将会大大增加。然而火电机组保护联锁系统中的触发信号, 采用了不少单点信号。由于这些设备和系统运行在一个强电磁场环境, 来自系统内部的异常 (测量部件、装置异常等) 和外部环境因素产生的干扰 (接线松动、电导耦合、电磁辐射等) , 都可能引发单点信号保护回路的误动。如温度测量和振动信号易受外界因素干扰, 变送器故障时有发生, 位置开关接触不良或某一个挡板卡涩不到位, 一些压力开关稳定性差等等。而事实上统计数据表明, 单点信号保护回路的异动, 相当部分是外部因素诱导下的瞬间误发信号引起。#5机组刚刚投产, 因给水泵前置泵入口电动门运行中故障, 发错的全关信号, 造成5A给水泵跳闸。原因就是单点保护, 即入口电动门关闭, 给水泵跳闸。因一个故障错误导致机组险些停运。逻辑修改优化十分重要。其实该门故障既发全关也发全开信号, 在逻辑修改中采用全关信号“与”上全开的“非”, 这样有效遏制因阀门故障而引起的非正常设备停运。

为避免单个部件或设备故障而造成机组跳闸, 在新机组逻辑设计或运行机组检修时, 应采用冗余逻辑设计方法, 对运行中容易出现故障的设备、部件和元件, 从控制逻辑上进行优化和完善, 通过预先设置的逻辑措施来降低或避免单点信号的误动。

加强灵敏度等故障诊断功能, 设置保护联锁信号坏值切除与报警逻辑, 减少或消除因接线松动、干扰信号或热电阻故障引起信号突变而导致的系统故障。

对控制系统的硬件、逻辑条件、定值进行可靠性整理和评估分析, 对机组设备安全运行有严重影响的保护逻辑从提高可靠性角度进行优化, 对经常误跳又无法实现信号冗余的单点信号保护, 对安全运行影响不大或报警后通过运行人员的操作能确保设备安全的改为报警。例如#1、#2汽轮机轴承温度、胀差由原来的保护改为报警提示功能。#3、#4机组轴瓦温度在机组启动过程中投入保护, 并网后解除, 机组运行期间投入声光报警, 从而有效防止单点保护误发信号而跳机现象。逻辑优化7取得了良好的效果, 大大提高了机组的安全运行可靠性, 有效地降低了设备误动次数。

(4) 进行有效地周期性的隐患排查活动和开展设备安全性评价

开展设备安全性评价。对于新建#5、6机组, 我厂已经从设计阶段的设备配置开始, 安排大量人员进行重点深化基建的安装调试质量的评估, 热工自动化专业派出了两位有经验的技师进行参与评估, 在审视设计、选型、安装调试过程中的安全隐患和遗留问题, 提高基建移交商业运行机组热控系统的可靠性, 改变过去新投产机组移交生产就是改造工作开始的局面。对于运行的4台机组各种设备不断的进行评估, 量化到点。从运行、维护、检修到管理, 重点是对控制逻辑的条件合理性和系统完善性, 保护信号的取信方式和配置, 保护联锁信号定值和延时时间的设置, 系统的安装调试和检修维护质量, 技术监督力度和管理水平等方面的评估, 通过对设备内部过程和微观变化的分析, 掌握设备状况的变化趋势, 以此判断安全程度, 对出现的新问题老问题提出大量的有效的预防措施, 从而有效的防患于未然。

(5) 坚持不懈地进行职工培训

随着新建机组增加, 新人的涌入以及成熟技术人才资源的流逝, 伊敏电厂面临人员技术素质跟不上需求的局面。加强技术培训、提高人员技术素质, 是做好检修维护工作的基础。因此为推动培训工作健康开展, 我厂热工专业编制了系统培训教材, 并建立岗位证书制度, 用以指导热工专业及班组的培训工作;通过班前会对班组成员技术问题提问式的测试, 促进技术培训工作的深入;另外, 我厂每年还开展行业技术操作比武竞赛, 调动专业人员自觉学习, 达到一岗多能的的效果。更主要的, 最近一年来, 产领导对技术培训的支持, 下令每周三下午为培训时间, 进行专业技术培训。提前制定人员做好教材的准备工作, 经过班组, 专业验收和合格后方可进行公开讲课, 效果很好。这些工作都有效了遏制了热工技术人员的在检修和维护工作中可能会出现错误的操作, 对设备安全都起到了至关重要的作用。

4 总结

热工基础与设备论文 篇7

复合型、创新型人才是21世纪经济发展和社会进步的需要,也是高校培养人才的最终目标。因此,在热工专业相关课程的实验教学中,我们开设了大量的换热设备的开放性试验,此类开放性实验可以进行创新性实验、设计性实验和综合性实验,可以使学生的科学研究能力、利用所学知识解决实际问题的能力和实践能力得以锻炼和提高,有助于培养适合新世纪要求的人才[1~2]。

在开放性实验也遇到了新的问题,较突出的是实验所用仪表的校验及加热器的设置问题,这些成套购置的标准实验台上,厂家已安装调试好,而在开放性实验需要自行配置。在成套购置的标准实验台上,厂家已有设定好的数据处理方法,而开放性实验因无现成的模板,需要自行研究处理方法,特别是对大量实验数据的精确定量分析,更是新的课题。本文结合热工换热设备的典型性开放实验“换热器或换热通道的传热系数测量”实验中经常遇到的几个问题,如测试软件的CJC校正、加热方式的选择以及后期数据处理等进行了详细分析,并给出了解决方法,以供同行参考。

1 测试软件的CJC校正

1.1 测温说明

换热实验中,流体介质的温度测量精确与否直接关系到传热量、传热系数等计算数值的准确性,而完成该参数的测定需要比较精确的测量仪表和正确的使用方法,热电偶以其制作简单、价格适当、现场可操作性强等优点而成为温度测量的首选;温度数据的采集则多为多点数字采集系统(本文以研华集团生产的数采系统为例进行说明),数采系统往往具有功能全面,应用灵活,具有模块式的,开放型的整体构件方式等特点,并且人机界面可以显示采集自传感器的数据和系统运行状态。实验进行时通过布置在测试段的多对热电偶,测量系统工作时各处的温度随工况和时间的变化。实验测试段、热电偶、测试软件模块的连接可见图1。

1.2 CJC校正的常见问题

利用测试软件进行温度数据采集时,为了保证结果的准确性,往往需要进行CJC校正,CJC,即Cold Junction Compensation也称冷结点补偿,具体操作步骤如下。

(1)首先需要制造0℃冰水混合物;

(2)其次在测试模块的0通道上连接一热电偶;

(3)接着将热电偶的另一端置于水浴中;

(4)最后进行CJC校正,使各通道的温度读值相同。

实验时受实验条件限制,有时需要现场制造冰水混合物,实践发现,冰水混合物的制造是有较严格的要求的,如果冰水混合物的温度分布不理想,则进行CJC校正时,虽然力求各模块0通道读值相同,但是现实情况却不尽人意,无论如何调整测试软件电脑屏幕上的温度读值仍然是波动的,误差甚至达到1℃。

分析出现上述情况原因主要有:周围环境温度、空气流动等因素的影响;热电偶的个体差异;热电偶测端感受温度不同,即冰水混合物内并非各个点的温度都一致等几方面。提出了如下解决方案:,用体积大概为40 L左右的容器装2/3的水,在电冰箱中冷冻150 min,此时,容器内上、下侧为冰,中间部分为水,操作时要注意热电偶在冰水混合物中放置的位置,将热电偶的测端放置于中间水部分,具体形式可见图2。实践表明,通过这些操作,基本上可以避免温度的波动,使温度误差在允许的±0.2℃范围之内。

2 电加热方式及其连接

换热设备进行实验测试时,我们往往采取电加热方式对换热通道内的介质进行加热,实验系统的加热形式直接影响换热通道内介质的受热情况,也影响换热系数计算结果的精确性。目前常用的电加热方式主要有电加热丝加热和电加热膜加热两种,下面将分别介绍其使用方法。

2.1 电加热丝加热方式

采用电加热丝加热时,首先根据实验需要,计算出所需电加热丝的粗细、长度等参数,接着将电加热丝缠绕在所需加热的物件上,并依次将进行测量的电流表和电压表接入电路中,最后与电源相连。

图3所示为电加热丝加热方式,该形式主要通过缠绕在测试实验段上实现加热,适用于圆形管道,若是矩形管道就会存在如下问题:(1)若实验段为四周壁面加热,则加热丝不能紧密敷设在实验段上,实验段内空气受热不均匀;(2)若实验段为上下壁面加热,由于实验段有一定长度,则加热系统敷设困难,加热丝敷设不均匀;(3)常用电加热丝没有绝缘保护,在加热功率大时存在漏电危险。因此电加热丝的应用有一定的局限性。

2.2 电加热膜加热方式

电加热膜是一种新型的加热元件,电热膜元件是将金属箔制作成各种电阻线路,并将其夹在两层绝缘层之间形成的电热元件,目前,我们主要采取该种加热方式,金属电热膜元件有许多传统电热元件不可比拟的优点:厚度仅为面状发热,热效率高,节能省电。电热膜是面状发热材料,与被加热体形成最大限度的导热面。这种加热方式传导性能好,辐射热损很小,能得到很均匀的热分布,并且可以根据需要任意切割组合实现加热。

(1)电加热膜连接方式

采用电加热膜加热时,根据实验需要,设计计算出加热模式,主要包括电加热膜的长宽,连接形式等。接着采用导热胶将电加热膜粘贴在所需加热的物件上,并依次将进行测量的电流表和电压表接入电路中,最后与电源相连。常见电加热膜加热方式可见图4所示。该图中黑色部分为电加热膜,采用导热胶粘贴在实验的受热壁面上。

(2)电加热膜与电源的连接

电加热膜中电流的均匀与否直接影响换热效果,而电流的均匀与否又与电加热膜与电源的连接形式有直接关系,如果连接不好就会出现局部电流过大,电加热膜被击穿的问题。在实践过程中,笔者摸索出了一种安全新型的连接形式,见图5所示,该方式首先在机床上加工出4个铜制“凸”型连接模块,接着将电加热膜的一端夹在两个连接模块之间,将螺栓上紧,最后将电线缠绕在模块一侧,电加热膜的另一端也照此连接,最后将电线分别与电源正负级相连。连接后,电加热膜与凸型连接模块紧密结合,可以充分保证电加热膜内的电流均匀,进而保证实验受热元件的受热均匀,并且易于拆卸,方便进行实际操作。

3 实验数据处理

在换热实验中,我们往往要采集成千上万个实验数据,并采用最小二乘法对其进行归纳计算,了解其换热特性的变化规律,通过拟合经验公式进而发现换热系数,加热量,流速等参数之间的关系。该处理过程繁琐、费时,经过一段时间的实践和探索,笔者认为可以运用Excel、Origin等相关数据处理软件进行后期实验数据处理,其处理过程简便而且容易掌握,如:Excel的超链接功能、数据传递等可以实现随时根据数据输入情况更新计算结果;采用函数Linest无须编程便可进行高次多项式拟合等,令人受益匪浅,可起到事半功倍的效果。这样即可以调动学生的学习兴趣,使他们能够用最少的时间来对自己的实验结果进行分析和评价,也可以启发他们使用现代化的工具处理自己在学习中遇到的相关问题,真正的起到开设开放性实验的目的。当然,利用Excel、Origin等相关数据处理软件还有许多处理数据的小技巧,由于篇幅所限,本文仅给出了利用函数Linest拟合关联式和数据传递的相关步骤。

3.1 关联式的拟合

采用函数Linest进行拟合,具体操作步骤如下:

(1)首先选择第一行作为数据标志行,依次将待拟合数据输入相应位置;

(2)选择足够的数据输出区;

(3)在编辑栏输入函数Linest公式;

(4)将待处理数据的编号输入函数Linest公式的相应位置;

(5)同时按下[Ctrl]+[Shift]+[Enter]复合键可得回归计算结果。

(6)根据输出数据回归结果写出拟合式及回归系数标准误差,R2值,回归标准误差,F检验值等。

其中,各个步骤进行完后,在数据输出区就会出现表格1,其中,表格1中各个对应单元格的数字的物理意义如表2所示。

举例说明:某强化换热实验中,部分实验数据及计算结果可参见文献[7,8],其中影响Nu数变化的主要参数有Re,d/de、s1/de和s2/de,实验过程中将Pr数视为不变。求Nu的经验关联式。

按照3.1所示步骤进行操作,最后在数据输出区返回表格3,则,由表格2可知,回归系数分别为n=0.55、m=0.11、m1=0.30、m2=0.11、b=1.42,最终可得换热关联式如下:

另外,由表格3还可以知道,F观测值=279.40,远大于F临界值2.53。说明回归效果非常显著。

3.2 数据传递

数据传递可在同一工作表中、不同工作表之间、甚至不同Excel的文件之间进行,Excel的数据传递步骤。

(1)将原始数据输入相应位置;

(2)选择待编辑的单元格,然后在编辑栏内输入“=”,然后点击待传递数据的单元格;接着点击回车即可;

数据处理时,往往要针对原始数据进行一些计算处理工作,当原始数据改变时,我们只需更改原始数据,则基于原始数据获得的一切参数均会同时得以更改,无须再采用VB,C语言等进行编程处理。

4 结论

结合实际实验体会,对热工换热设备实验教学中的几个常见问题,如:测温设备的CJC校正,电加热方式的使用方法和后期实验数据处理分析等进行了分析探讨。介绍了现场制造冰水混合物的方法,给出了一种简单易拆卸的电加热膜的连接方式,并介绍了利用数据处理软件处理实验数据的具体应用。当然,上述的几个问题仅是我们遇到的所有问题的冰山一角,学生在参与实验的过程中,通过对这些问题的思考和解决,让学生感同身受,可以激发他们积极主动的学习热情,培养他们浓厚的科研兴趣,为创新意识和创新能力的培养奠定基础,真正实现培养“复合型、创新型”的新世纪大学生的目标。

参考文献

[1]谌素华,王维民,黄和,等.实验项目开放式实验教学探索与实践[J].实验室研究与探索,2009,28(2):142-144.

[2]赵洪霞,鲍吉龙,丁志群,等.在实验教学改革中培养学生的创新能力[J].实验科学与技术,2009,7(1):91-92.

[3]李志敏,等.Excel2000即学即用[M].北京:科学出版社,1999.

[4]颜清.应用Excel处理实验数据[J].计算机与现代化,2004,32(4):108-110.

[5]徐抗成.用Excel处理稳定常数实验数据[J].大学化学,2002,6(3):35.

[6]王荣鑫.数理统计[M].西安:西安交通大学出版社,2000.

[7]林宗虎.强化传热及其工程应用[M].北京:机械工业出版社,1985.