热工性能分析（精选12篇）
热工性能分析 篇1
1 前言
水泥工业是传统的高能耗行业,就目前国内最先进的生产线工艺,仍有大量的350℃以下的废气被直接排出,其浪费的热量达到了系统总热量的30%左右[1]。因此充分利用水泥烧成系统的废气余热,进行低温余热发电对水泥工业的发展具有重要意义。本文主要通过对琉璃河水泥厂2500t/d新型干法窑余热发电项目前后的两次热工检测,对余热发电及烧成系统之间相互间的影响进行了探讨,为充分利用烧成系统产生的废气余热来进行余热发电提供了很好的参考依据。
2 纯低温余热系统配置情况
本项目利用水泥窑窑头熟料冷却机、窑尾预热器的废气余热进行发电。为充分利用窑头熟料冷却机和窑尾预热器的余热,设置了独立的ASH型过热锅炉、AQC型窑头余热锅炉及SP型窑尾余热锅炉。各设备布置如下:
为提高窑头锅炉饱和蒸汽品质和产量从冷却机中部抽出400℃左右的烟气管道引入AQC锅炉。原余风管路系统可做为锅炉的旁通烟道,当锅炉故障或水泥生产不正常时可关闭去AQC锅炉的阀门,气流可不经锅炉而由此旁路系统直接排至窑头收尘器。在冷却机原余风管路上、新设的去锅炉管路上和出锅炉管路上均增设电动阀门,以实现对气流的调节和切换。窑尾SP锅炉采用立式锅炉,ASH过热锅炉设置在三次风管主路上,并设置旁路烟道,可通过调节旁路三次风流量来调节锅炉负荷,并避免锅炉系统与水泥生产系统发生故障时相互影响。
ASH型过热锅炉的作用[2]是将AQC型窑头余热锅炉及SP型窑尾余热锅炉产生的饱和蒸汽利用少量高温三次风过热为400℃的过热蒸汽,供汽轮机发电使用。
3 系统热工标定主要参数对比汇总(表1~7)
4 余热发电系统对烧成系统的影响
通过对余热发电前后两次检测,分析了余热发电系统对烧成系统的影响,结果如下。
4.1 熟料产量分析
从前后两次热工检测结果来看,该系统的熟料产量都已经超过设计产量指标10%以上,分别达到2790t/d、2817t/d。从中可以看出增加余热发电系统后,熟料产量不但没有受到影响,而且略微有所提高。
4.2 系统热耗分析
从两次检测结果可以看出,燃料热耗虽然略有下降,从3487.4k J/kg熟料变为3476.0k J/kg熟料,但系统支出热耗还是增加了,从3516.74k J/kg熟料增加到3585.39k J/kg熟料。对于带五级旋风预热器的2500t/d新型干法窑来说系统热耗明显偏高。热耗偏高的主要原因有:
(1)出预热器废气带走热损失较高,两次检测,预热器一级筒出口温度都高达360℃以上,与较好的五级预热器窑低于300℃的水平比较,差距明显。预热器废气热耗分别达到854.86k J/kg熟料、833.42k J/kg熟料。一般来讲,当熟料热耗增加29.26~33.44k J/kg,吨熟料发电量相应增加1k Wh,即窑系统多消耗1~1.12kg标准煤(此热耗指标明显高于大型燃煤电站)[3]。因此虽然废气温度高,预热器废气热量高有利于余热发电,但从节能方面,能源的利用率上来考虑的话,最好还是能使一级筒废气出口温度降低到320℃左右的正常水平。
(2)预热器,尤其是一级筒分离效果不理想。两次检测过程中,预热器出口飞灰量分别高达196g/kg熟料、188.7g/kg熟料,飞灰不仅增加了出飞灰热损失,而且会吸附在余热锅炉换热面上,影响换热。
(3)从三次风取一部分风用于过热锅炉来增加发电,从而降低了入分解炉的三次风温,也是热耗高的一个原因。
4.3 冷却机系统分析评述
冷却机熟料冷却效果良好,两次检测过程中,出冷却机熟料平均温度仅有69.5℃和90.2℃,但热回收效率还不是很理想。尤其是增加窑头余热锅炉后,把冷却机余风出风口提前到了冷却机中部偏后位置后,虽然提高了余风温度和余风热量,但使二次风温和三次风温只有902℃和856℃,和正常水平有着明显的差距,这也是导致热耗偏高的一个原因。另外增加余热发电后,冷却机的用风量为1.8048m3(标)/kg熟料,余风排放量为0.6734m3(标)/kg熟料,与国内部分篦冷机比较以及表3中空气过剩系数来看,冷却机的用风量有些偏小。
4.4 TSD分解炉分析
作为新型干法窑系统的核心设备,分解炉功能发挥的优劣对于预分解窑的各项性能指标均有直接影响。该生产线分解炉原来是考虑采用无烟煤作燃料的,因而体积很大,容积(包括鹅颈管)达到1045m3,气体平均停留时间超过6s,从两次检测结果来看,出炉的煤粉燃烬度分别达到84.6%和86.8%,这为系统长期稳定生产奠定了最重要的基础。生料入窑的表观分解率也都达到了95%左右,分解炉的功能发挥情况比较合理。不过第一次热工检测时,该分解炉的旋流预燃室功能发挥得不是很理想,观察发现火焰忽明忽暗,稳定性很差。后来第二次时,旋流预燃室的燃烧情况得到了明显改善,这也是增加余热发电后烧成热耗反而有所下降的一个原因。
4.5 窑系统的预热器分析
作为五级预分解窑而言,该生产线出预热器的废气温度明显过高,但各级温降规律基本正常(表7)。从表3可以看出,空气过剩系数很低,说明用风量有些不足,另外窑尾系统用煤量有些偏大,分解炉未燃尽煤粉在C4、C5继续燃烧[4],因此导致了预热器系统整体温度偏高,影响了系统的能耗指标。
从预热器系统的各部位风速看,各级预分解系统的出口风速很低,但各级旋风筒进口风速比较高,除C1外,基本都在20m/s左右。高进口风速造成了相对比较高的系统压降。这是系统C1出口废气管负压达到6110Pa的基本原因。而高进口风速对分离效果也会产生负面影响,故C1分离效率不够理想,也与进口风速偏高有直接关系。
4.6 高温风机运行分析
该系统在高温风机设计选型时已经考虑了采用余热发电设备,所选高温风机的全压达到9100Pa,风量48万m3/h。但从风机电流看,余热发电前高温风机的电流已经达到额定电流90%~95%,虽然增加余热发电后,通过调整操作,窑尾负压有所下降,但是从表5空气过剩系数很低可以看出窑尾的用风量不足,如果把用风量调整到正常水平的话,窑尾负压还会增大,再加上增加窑尾余热锅炉所增加的负压,风压将接近全压,风机已经没有富余能力。
5 纯低温余热发电系统运行评价
5.1 余热发电锅炉系统主要参数(表8、9)
5.2 余热锅炉热平衡计算
5.2.1 窑尾SP锅炉热平衡计算
(1)入SP锅炉窑尾废气显热
Qf=833.44 k J/kg熟料
(2)入SP锅炉窑尾废气飞灰显热
Qfh=63.73 k J/kg熟料
(3)出SP锅炉废气显热
(4)出SP锅炉飞灰显热(假定沉落的飞灰与锅炉出口飞灰温度相同)
(5)SP锅炉漏风显热
(6)SP锅炉散热损失
(7)SP锅炉用于余热发电的热量
5.2.2 窑头AQC锅炉热平衡计算
(1)入AQC锅炉窑尾废气显热
(2)入AQC锅炉窑尾废气飞灰显热
(3)出AQC锅炉废气显热
(4)出AQC锅炉飞灰显热(假定沉落的飞灰与锅炉出口飞灰温度相同)
(5)AQC锅炉漏风显热
(6)AQC锅炉散热损失
QSAQC=6.84k J/kg熟料
(7)AQC锅炉用于余热发电的热量
5.2.3 三次风过热锅炉热平衡计算
(1)入过热锅炉窑尾废气显热
(2)入过热锅炉窑尾废气飞灰显热
(3)出过热锅炉废气显热
(4)出过热锅炉飞灰显热(假定沉落的飞灰与锅炉出口飞灰温度相同)
(5)过热锅炉漏风显热
(6)过热锅炉散热损失
(7)过热锅炉用于余热发电的热量
5.3 余热锅炉热效率分析
从此次标定的情况来看,熟料热耗为3476.01k J/kg,发电量平均可以达到5500k Wh以上,吨熟料发电量就可达到46.85k Wh。
从热平衡表10,11,12计算出余热系统总有效利用热∑Qif,窑头窑尾废气以及经过过热锅炉的三次风总热量∑Q以及它们的比值。
计算得出:有效利用热占窑头窑尾废气以及三次风可利用热量的百分比达到了51.21%,余热发电系统对废气热量有很好的利用率[5]。
再从理论上“混合热效率”进行分析:
“混合热效率η”的定义是可用于发电的水泥窑总余热量转化为电能的比例[6]。
上式计算得该系统的混合热效率η为20.25%。
5.4 综合热耗分析
按照测量数据分析,增加余热发电前后热耗差别不大,但通过热平衡分析,增加余热发电后热耗有所提高,增加余热发电前后的对比见表13、14。
由此可见增加余热发电后烧成热耗达到了3729.66k J/kg熟料,比余热发电前增加了253.64k J/kg熟料,与实际测量的煤耗有一定的差距,因为国内水泥厂煤粉计量装置普遍存在着较大的误差,还应通过实际测量进一步核实实际煤耗。
6 结束语
(1)从熟料烧成系统和余热发电系统整体来看,整个系统运行良好,余热发电量达到了设计时的发电要求,熟料烧成系统也运行稳定,熟料产量略微增加,但熟料烧成热耗有所增加。
(2)从熟料烧成系统来看,增加余热发电系统后熟料热耗和预热器出口负压仍有些偏高,还有进一步优化的空间,主要可对一下几个方面进行调整,从而达到进一步增加熟料产量降低熟料热耗的目的。a对预热器结构进行优化,降低出口负压并提高分离效率尤其是1级筒的分离效率。b适当减少窑尾系统用煤量和适当增加用风量,使用煤量和用风量调整到合理水平。c适当调整冷却机余风的取风,尽量使二次风温和三次风温能达到正常的水平。
(3)从余热发电系统来看,吨熟料发电量可达到46.85k Wh以上,有效利用热占窑头窑尾废气以及三次风可利用热量的百分比达到了51.21%,混合热效率也达到20.25%,但系统热耗相应增高。
参考文献
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[6]唐金泉.水泥窑纯低温余热发电技术评价方法的探讨[J].中国水泥,2007.5.
热工性能分析 篇2
1、取样表管堵
托电在磨煤机、空预器等部位的压力、差压采用了导压管直接取样，取样表管堵塞的故障经常出现。故障现象：表现为压力无变化、差压升高、开关不动作、压力升高、差压降低等。故障原因： 1)设计缺陷：托电一期在设计中就没有取样管吹扫装置，造成取样管经常性被煤粉或灰堵塞。二期虽然设计了取样管吹扫装置，但一直未正常投用。发现这一问题后，经于热工室相关人员联系投用相关吹扫装置，未得到认可，主要担心吹扫装置投用时和投用后会影响到设备的运行工况。2)没有缓冲罐：设计中没有在取样口部位设置缓冲罐。3)吹扫不彻底：托电一期磨煤机的取样设计为一个取样口带多个设备，如压力、差压、开关等，吹扫时限于工况、时间、措施等原因，没有彻底将所有取样管线全部吹扫干净，遗留了隐患 处理方法：吹扫
处理效果：二期设备现在的办法是设备出现问题后，先吹扫，之后将吹扫装置投用，投用吹扫装置后，吹扫次数明显减少。遇小修或大修时，将所有取样管彻底吹扫后，将所有取样吹扫装置投用，相信会有很大的改善。一期限于设备的限制，现在只是出现问题立即吹扫，已经提出改造计划，希望能彻底解决这一问题。
2、温度测点波动
事故现象：测点表现为无规则波动 事故原因： 1)就地设备接线松动。2)接线盒接线松动。处理方法： 1)查找松动处。2)重新紧固。3)螺丝无法紧固的立即更换。
处理效果：螺丝松动的原因一是安装调试时没有紧固良好，另外由于没有使用防松动垫圈，机组长期振动较大造成。已经提计划采购防松动垫圈，逐步更换，争取最大程度减少这类事故。
3、温度测点坏点
事故现象：测点指示最小或最大，成为坏点 事故原因： 1)就地设备接线松动。2)接线盒接线松动。3)就地设备接线短路。4)接线盒接线短路。5)温度元件短路，元件已损坏。6)温度元件断路，元件已损坏。处理方法： 1)测量温度元件阻值。2)检查就地接线。3)检查接线盒接线。4)更换温度元件。5)紧固或更换螺丝。
处理效果：对于重复损坏的元件，采取更换取样地点、更换特殊保护套管。松动处紧固后，表现良好。
4、吹灰器行程开关
故障现象：吹灰器不动作、超限位 故障原因： 1)行程开关不动作：由于机械犯卡，造成开关不动作。开关本身损坏，造成不动作。机械限位超限，开关无法自动复位，造成不动作。2)行程开关位置设置不好：位置设置靠前或靠后，吹灰器行进到位后无法停止，继续行走，造成吹灰器脱位，需重新设置限位。3)线路故障：线路虚接或松动，造成开关不动作或误动作。处理方法： 1)检查开关：开关有无卡涩、动作是否灵活、准确。2)位置检查：手动运行吹灰器，观察行程是否到位、是否超限。重新合理、正确设置开关位置。3)线路检查：检查线路连接是否有松动现象，紧固接线端子，更换螺丝等必要的附件。
处理效果：吹灰器的主要问题就表现在行程开关上，只要对行程开关认真、仔细的重新设定，热工部分可以保证处于良好的运行工况。
5、二期低加液位开关
故障现象：开关经常性误动作 故障原因： 1)设计问题：二期低加液位开关设计的安装位置离设备太远，需经较长的连通管路。首先，响应时间有滞后。其次，低加的温度较高，较长的连通管路对保温要求较高。设计时没有考虑管路内气体排放的问题，管路有几处上下弯管。2)施工问题：施工时未严格按要求施工，管路布置为水平状。3)气体影响：由于上述两种原因，造成取样桶内及取样管内气体无法排放而堆积，取样桶及取样管内温度较高，从而造成液位波动，而使开关误动作。处理方法：二期设备自运行以来，低加液位开关经常出现问题，未实施改造前，只有强制联锁，避免造成由于开关的误动作而造成更严重的后果。后于临修期间，先后对三号、四号机组的低加取样进行了改造。将原取样管的多处折弯处全部改为直管段，并严格按照标准施工，避免管内积留气体。处理效果：改造后，经一周时间的观察，运行效果良好，解除联锁强制，正常投用。投用后至今，运行良好。
6、一期石子煤闸板门 故障现象：闸板门不动作 故障原因： 1)门体犯卡。2)开关反馈故障：由于石子煤所处环境恶劣，开关机械部分进灰，造成开关卡涩，无法正确动作。开关本体进灰，造成开关无法正确动作。开关本身故障，造成开关不动作或误动作。3)就地按钮（转换开关）故障：由于长期振动，就地按钮（转换开关）出现松动，运行人员不通知维护人员，强行操作，造成开关损坏。按钮（转换开关）本身故障，造成开关不动作或误动作。处理方法： a)通知机务人员处理门体犯卡问题。b)检查、清理开关：检查开关动作是否良好，是否进灰，动作反馈是否正确。c)检查就地按钮（转换开关）：检查就地按钮（转换开关）是否松动，动作是否良好，是否正确，紧固就地按钮（转换开关）。处理效果：处理效果良好。一方面使用质量好的按钮（转换开关），并加强巡检力度与频次，做到此类事故防患于未然。另外，定期清理行程开关的积灰，做好预防措施。
7、二期石子煤闸板门 故障现象：闸板门不动作 故障原因： 1)门体犯卡。2)开关反馈故障：由于环境温度较高，加之开关质量不好，造成开关内部动作部件（塑料制品）经常损毁。由于石子煤所处环境恶劣，开关机械部分进灰，造成开关卡涩，无法正确动作。开关本体进灰，造成开关无法正确动作。开关本身故障，造成开关不动作或误动作。3)就地按钮（转换开关）故障：由于长期振动，就地按钮（转换开关）出现松动，运行人员不通知维护人员，强行操作，造成开关损坏。按钮（转换开关）本身故障，造成开关不动作或误动作。处理方法： 1)通知机务人员处理门体犯卡问题。2)检查、清理开关：更换质量较好的开关。检查开关动作是否良好，是否进灰，动作反馈是否正确。3)检查就地按钮（转换开关）：检查就地按钮（转换开关）是否松动，动作是否良好，是否正确，紧固就地按钮（转换开关）。
处理效果：处理效果良好。一方面使用质量好的按钮（转换开关），并加强巡检力度与频次，做到此类事故防患于未然。另外，定期清理行程开关的积灰，做好预防措施。开关自身出现问题及时更换质量较好的开关。
8、磨煤机出口闸板门反馈故障
故障现象：磨煤机出口闸板门反馈不对或门无法动作 故障原因： 1)开关反馈故障：由于所处环境恶劣，开关机械部分进灰，造成开关卡涩，无法正确动作。开关本体进灰，造成开关无法正确动作。开关本身故障，造成开关不动作或误动作。2)由于开关的反馈不到位，造成程序无法正确的执行，如该打开时关到位的信号却没有回来，反馈不对造成门无法动作。
处理方法：检查、清理开关：更换质量较好的开关。检查开关动作是否良好，是否进灰，动作反馈是否正确。
处理效果：处理效果良好。加强巡检力度与频次，做到此类事故防患于未然，定期清理行程开关的积灰，做好预防措施。开关自身出现问题及时更换质量较好的开关。
9、磨煤机密封风门反馈故障
故障现象：磨煤机密封风门反馈不对或门无法动作 故障原因： 1)开关反馈故障：由于所处环境恶劣，开关机械部分进灰，造成开关卡涩，无法正确动作。开关本体进灰，造成开关无法正确动作。开关本身故障，造成开关不动作或误动作。2)由于开关的反馈不到位，造成程序无法正确的执行，如该打开时关到位的信号却没有回来，反馈不对造成门无法动作。
处理方法：检查、清理开关：更换质量较好的开关。检查开关动作是否良好，是否进灰，动作反馈是否正确。
处理效果：处理效果良好。加强巡检力度与频次，做到此类事故防患于未然，定期清理行程开关的积灰，做好预防措施。开关自身出现问题及时更换质量较好的开关。
10、点火枪、油枪故障
故障现象：点火枪、油枪故障反馈不对或无法动作 故障原因： 1)电磁阀故障：由于所处环境恶劣，电磁阀内部进灰，造成动作不到位，电磁阀串气、漏气，使得点火枪、油枪动作不到位或不动作。2)开关反馈故障：由于所处环境恶劣，开关机械部分进灰，造成开关卡涩，无法正确动作。开关本体进灰，造成开关无法正确动作。开关本身故障，造成开关不动作或误动作。3)由于开关的反馈不到位，造成程序无法正确的执行，如该打开时关到位的信号却没有回来，反馈不对造成门无法动作。处理方法： 1)检查清理电磁阀：手动试运，观察电磁阀是否动作，动作是否良好。若电磁阀有问题，拆开电磁阀进行清理、润滑、回装。更换新电磁阀。2)检查、清理开关：更换质量较好的开关。检查开关动作是否良好，是否进灰，动作反馈是否正确。
处理效果：处理效果良好。加强巡检力度与频次，做到此类事故防患于未然，定期清理电磁阀和行程开关的积灰，做好预防措施。电磁阀和开关自身出现问题及时更换质量较好的电磁阀和开关。
11、炉管泄漏报警
故障现象：炉管泄漏经常误报警
故障原因：设备质量不稳定造成。该设备运行极不稳定，其电子部分的灵敏度难于掌握，在说明书上没有明确表达，咨询厂家也没有具体的方案和标准。处理方法： 1)使用厂家配套的检测设备，对二次表进行检查。2)调整二次表的灵敏度。3)使用别的一次元件替换实验。4)使用别的二次元件替换实验。5)更换一次或二次元件。
处理效果：效果不是非常好，有重复故障的出现。已经联系厂家前来处理。
12、炉管泄漏堵灰报警
故障现象：炉管泄漏堵灰经常报警
故障原因：检测管确实堵灰，造成报警出现。堵灰的原因是该检测装置配有定期吹扫装置，但运行人员却不使用该装置，造成检测管堵灰。处理方法： 1)拆下一次元件。2)捅开灰。3)回装。4)检查是否报警。
处理效果：全是应急方法，未从根本上解决问题。
13、烟风系统风门挡板反馈
故障现象：烟风系统风门挡板反馈不对或挡板无法动作 故障原因： 1)门体犯卡：此原因占此类故障的大多数。2)开关反馈故障：由于所处环境恶劣，开关机械部分进灰，造成开关卡涩，无法正确动作。开关本体进灰，造成开关无法正确动作。开关本身故障，造成开关不动作或误动作。3)由于开关的反馈不到位，造成程序无法正确的执行，如该打开时关到位的信号却没有回来，反馈不对造成门无法动作。处理方法： 1)通知机务人员处理。2)检查、清理开关：检查开关动作是否良好，是否进灰，动作反馈是否正确。处理效果：加强巡检力度与频次，做到此类事故防患于未然，定期清理行程开关的积灰，做好预防措施。开关自身出现问题及时更换质量较好的开关。
14、压力变送器指示不准
故障现象：压力指示偏高或偏低 故障原因： 1)变送器零点漂移。2)变送器渗漏。处理方法： 1)关闭二次门。2)使用手操器检查变送器的零点。3)调整变送器零点。4)检查有无渗漏。
处理效果：变送器零点漂移属于正常现象，处理完成后效果较好。少数时候属于变送器外部问题，如渗漏造成，处理后效果良好。
15、就地压力表
故障现象：压力表指示不准、损坏 故障原因： 1)质量问题：一些就地表计选择厂家不好，仪表质量较差，造成损坏。2)选型不当：就地表计量程选择不当，量程选择较小，仪表波动极易造成损坏。泵体出口处应选择耐振型就地表，却选用普通压力表，造成损坏 3)安装问题：波动较大的地方，没有加装阻尼器，造成仪表损坏。处理方法： 1)拆回校验。2)检查修理。3)更换新表。4)增加阻尼器。处理效果：处理效果良好，基本没有发生重复性故障。限于设备运行工况的影响，以及备品备件的制约，无法全面的根除。
16、化学水转子流量计
故障现象：流量指示不准、无指示
故障原因：该流量计采用波轮式转子，由于测量管内被测液体较脏，液体内的塑料、生料带等细小而柔软的物品缠绕在波轮上面，造成波轮转动不灵活或不转动，甚至造成波轮的损坏，从而影响测量的准确性，或者造成设备的损坏。处理方法： 1)拆下转子。2)清理波轮。3)更换转子。4)回装转子。
处理效果：受运行工况的影响，无法彻底根除此类故障。已经提出改造计划，将现有流量计更换为非接触式的流量计（超声波流量计）。
17、化学水气动门
故障现象：反馈不对或门不动作 故障原因： 1)质量问题：该气动门的反馈开关选用的是微动开关，质量不过关，由于本身的问题，造成开关反馈不对。2)固定方式问题：该微动开关固定只有对角的两个螺丝，而气动门开关的力量较大，时间一长造成开关移位，无法正确反馈。处理方法： 1)检查开关动作情况是否良好。2)检查开关动作是否正确。3)更换开关。4)重新紧固开关。
处理效果：对于松动的开关，紧固后效果良好。损坏的开关，更换新的开关后，重新调整固定位置，效果良好。
18、氢站减压阀
故障现象：减压阀漏气或气动门动作不良好 故障原因： 1)气体腐蚀：氢站所处环境中，含有大量腐蚀性气体，对减压阀的密封圈的腐蚀较大，长时间的腐蚀造成密封圈损坏，造成减压阀泄漏。泄漏严重时造成气动门动作不良好。2)减压阀质量问题。处理方法： 1)拆开减压阀。2)更换垫圈、密封圈。3)紧固、回装。4)更换减压阀。
处理效果：建议全部更换为高耐腐蚀型减压阀。
19、：一期化学水空压机
故障现象：排气温度高报警经常出现 故障原因： 1)机务问题：未按时更换滤网、油脂。2)原件问题：测温元件采用热电阻，出现国一次因为元件损坏而发生报警的问题。处理方法： 1)通知机务人员处理。2)报警确认、消除。3)重新启动。
处理效果：受备品备件不足的影响，经常做重复性工作。20、二期化学水流量计
故障现象：流量计指示不准 故障原因： 1)安装问题：该流量计选用rosemount公司的皮托管流量计，安装时未进行良好、准确的校验，导致所有表计在运行后先后反映出测量不准的现象。2)零点漂移：使用一段时间后出现零点漂移，造成仪表测量不准。处理方法： 1)拆回。2)重新校验。3)使用手操器归零。4)回装。
21、汽车采样
故障现象：经常报警而无法使用 故障原因： 1)原设计的汽车采样是用来抽样检查，现在托电实际的使用方式为每一个送煤车都要采样，造成设备长时间的超负荷运转。2)碎煤块清理不及时：采样系统有余煤回放的功能设计，在余煤回放的过程中，一些碎煤块落在设备和平台上面，由于清理不及时造成堆积，影响设备的正常运行。处理方法： 1)清理夹杂在设备间的碎煤块。2)确认报警、复位系统。3)重新启动。
22、伸缩头
故障现象：伸缩头不动作或脱轨 故障原因： 1)接近开关失灵：长期振动引起开关固定锁母松动，造成开关离接触片脱出有效距离。2)接近开关损坏：卫生清理人员野蛮操作，用水直接冲洗接近开关，长时间的野蛮操作造成开关内部损毁。3)控制箱内故障：环境潮湿，控制箱密封性不好，加之卫生清理人员用水直接冲洗控制箱，造成按钮、转换开关的内部短路，以及控制箱内部的短路，损毁设备并造成设备无法正常运行或出现脱轨现象。处理方法： 1)重新固定接近开关。2)检查接近开关的动作情况。3)检查按钮、转换开关的动作情况和绝缘情况。4)检查控制箱内部的绝缘情况。5)更换接近开关、按钮、转换开关等部件。
处理效果：如果不解决冲洗的问题，现在所做的工作只是临时救急。
23、多管除尘器进水球阀
故障现象：球阀不动作或长时间进水不停 故障原因： 1)球阀犯卡：由于除尘器所用的水是二次净化后水，水质较差，球阀经常性被杂物卡涩。2)球阀位置齿轮或电机损毁：球阀犯卡不严重时，阀体还可勉强动作，但力矩加大，又由于位置齿轮为塑料制品，长时间使用造成齿轮损毁或电机烧毁。3)控制箱进水：控制箱密封性不好，加之卫生清理人员用水直接冲洗控制箱，造成按钮、转换开关的内部短路，以及控制箱内部的短路，损毁设备并造成设备无法正常运行。处理方法： 1)通知机务人员处理。2)检查按钮、转换开关。3)更换按钮、转换开关。4)更换位置齿轮或电机。5)试运。
处理效果：由于水质的问题无法解决，所以提出改造方案，增加入口滤网，电动门改型，待改造后彻底解决此类问题。
24、多管除尘器推杆
故障现象：不动作或误动作 故障原因： 1)机务犯卡：机械卡涩造成不动作。2)虚假液位：煤泥堆积，造成虚假液位，使得推杆误动作。处理方法： 1)通知机务人员处理。2)拆开液位计。3)清理煤泥、液位计。4)回装、试运。
处理效果：已经提出改造方案。
25、输煤煤仓间排污泵
故障现象：液位高时不启动 故障原因： 1)液位浮飘损毁：有浮飘自然损毁，也有浮飘被卷入排污泵而损毁。2)控制箱进水：控制箱密封性不好，加之卫生清理人员用水直接冲洗控制箱，造成按钮、转换开关的内部短路，以及控制箱内部的短路，损毁设备并造成设备无法正常运行。处理方法： 1)更换浮飘。2)检查按钮、转换开关的动作情况和绝缘情况。3)检查控制箱内部的绝缘情况。4)更换按钮、转换开关等部件。
26、除灰电磁阀
故障现象：电磁阀不动作
故障原因：除灰系统的电除尘装置采用了许多电磁阀参与控制，除灰系统是克莱得公司的产品，电磁阀采用海隆公司的产品。该系统中，电磁阀控制气动门启停之后，去到泵体密封隔膜处，再返回到压力开关作为系统正常与否的反馈信号。实际运行中由于泵体密封隔膜除经常破损，导致大量的灰进入气路系统，造成电磁阀失灵和损毁。处理方法： 1)拆除电磁阀。2)清理、修复。3)更换电磁阀。4)吹扫管路和相关气路。5)回装、试运。
处理效果：清理、修复、更换电磁阀都不是彻底解决问题的办法，已经提出改造方案，彻底解决这类问题。
27、除灰冷干机
故障现象：发冷凝温度或蒸发温度报警造成停机 故障原因： 1)温度实际低：由于机器本身的问题造成冷凝温度和蒸发温度实际偏低。2)温变故障：温度变送器本身质量不过关，损毁后造成误发报警。处理方法： 1)通知机务人员、协调厂家。2)校验温变。3)更换温变。4)报警复位、重新启机。
处理效果：多次联系厂家前来，厂家也没有好的解决办法。
28、灰库雷达料位计
故障现象：料位计指示无变化或偏低 故障原因： 1)雷达料位计的信号缆绳接触到料位计安装保护套管上，造成信号无变化。2)雷达料位计的信号缆绳由于灰的流动而偏移、弯曲严重，造成指示偏低。处理方法： 1)将料位计拔出。2)重新施放。3)投用、观察。
处理效果：原设计中并未强调信号缆绳必须固定，经实际使用应该加以固定，待小修有机会放空灰库时加以固定，以彻底解决此问题。
29、渣水系统液位计
故障现象：液位计无指示或指示最大
故障原因：该系统的液位计选用妙声力的超声波液位计，该液位计运行比较稳定可靠。由于所测量的液位池内蒸汽很大，长时间对液位计进行熏蒸，造成液位计失灵。
处理方法： 1)拆除液位计。2)对液位计进行烘干、晾制。3)回装、试运。
处理效果：发现该问题后我们对液位计的安装方式进行了改进，减少蒸汽对其的直接熏蒸，效果非常明显。30、感温电缆
故障现象：感温误报警
故障原因：施工人员作业时，不文明施工，踩坏感温电缆，造成感温电缆短路。处理方法：更换感温电缆 处理效果：良好
31、烟感探测器
故障现象：误报警或上位机不识别 故障原因： 1)灰尘过大造成烟感误报警。2)蒸汽过大造成烟感误报警。3)烟感因进水而腐蚀。4)地址码丢失。5)底座与烟感接触不良 处理方法： 1)处理灰尘源。2)处理蒸汽源。3)更换烟感。
试论热工系统故障的诊断与分析 篇3
【关键词】热工系统；故障诊断；容错控制
目前，自动控制技术已广泛深入地应用到电力生产的各个方面。在电力工程中往往存在着复杂而庞大的自动控制系统，这些控制系统的稳定安全运行已经引起越来越多的注意，保证控制系统的安全性与可靠性已经成为首要目的。
1.控制系统故障诊断的发展
1971年美国专家提出用解析冗余代替硬件冗余，通过系统的自组织使闭环稳定，并通过比较观测器输出得到系统故障信息的新思想标志着这门科学的诞生。在以后的几十年里，故障诊断技术得到了很大的发展，目前，国际上每年发表的有关FDD的论文与报告在数千篇以上。目前，故障诊断主要方法有基于数学模型的方法，基于输入输出信号处理的方法，基于人工智能的方法。
1.1基于数学模型方法
从1971年以来，基于数学模型的故障诊断方法，在自动控制的过程系统的中受到越来越多的重视，它是一种与硬件冗余相对应的一种方法，它主要是利用系统可以测量的运行信息（系统的输入，输出）来和系统的数学模型所提供的各种先验知识所规定系统的理想无故障系统应输出信息比较得来的信号来进行检测，分离存在于系统的故障。
下面简要介绍一下基于数学模型的故障诊断的基本概念。
故障：系统至少一个特性或参数出现较大的偏差超出了可接受的范围。此时系统的性能明显低于正常水平，难以完成其预期的功能。
加性故障：故障加性地作用于系统的输入输出上，因此对残差信号的影响也是加性的。
严重故障：在特定的操作下，由于故障使系统丧失了完成给定任务的能力。
失灵：在系统完成特定的任务时出现了间断的不规则现象。
残差：故障指示器，由测量值与模型计算值的差得到。
症状： 由故障引起的系统的可观测的特性与其正常的特性相比所出现的异常变化。在基于解析模型和信号处理的诊断方法中，他们通常由传感器测量信号反映；在基于知识的故障诊断方法中，操作人员通过观察（如设备振动情况，声音信息等）用语言描述的故障现象也是重要的症状信息。
故障检测：确定系统是否发生了故障。
故障辨识：在故障分离之后，确定故障的大小和故障发生的时间。
故障的诊断：有狭义和广义之分。广义上它通常作为故障检测、分离和辨识的统称；狭义上它特指故障分离与故障辨识。
故障检测与分离：故障检测与分离之和。
故障检测与诊断：故障检测与诊断之和。
基于数学模型的故障诊断包括两个基本的阶段：残差产生和故障决策。
残差产生：残差产生单元的主要目的是利用被监控系统的可用输出输入产生故障指示信号残差，这个信号用来反映被分析系统的可能故障。当系统无故障时，残差信号应该为零或接近于零，当有故障时，残差信号应显著地不同于零值。残差信号在理想的情况下，应该独立于系统的输入，输出。用来产生残差的算法或处理单元称为残差产生器，从系统中抽取故障症状，出于鲁棒性的考虑残差信号理想情况下的应该只考虑故障信息。另外一方面，为了确保可靠的故障检测与辨识，残差信号中的故障信息的损失应该尽可能的小。
故障决策：残差被用来检测故障的可能性，决策的规则是检测故障所必须的。故障决策的方法有许多种，可以简单设定一个阀值，也可以用统计决策理论，比如一致似然比或序贯概率比的方法。
基于数学模型方法是最早发展起来的，此方法需要建立在被诊断对象较为精确的基础上，进一步可分为：基于参数估计法，基于状态估计方法，一致空间法。
1.2基于可测信号的故障诊断法
（1）可测值或其变量变化趋势诊断法。这种诊断方法根据直接可测的输入输出及其变化趋势进行故障诊断，其依据是：正常情况下被控过程的输入输出及其变化在一定范围变化。
（2）基于可测信号处理的故障诊断方法。它包括对于输入输出信号做小波变换来进行故障诊断以及利用系统输出在幅值、相位频率及相关性上与故障源之间会有联系。这些联系可用预定的数学形式来表达，在发生故障时则可利用这些量进行分析处理来判断故障源的存在，常用的方法有谱分析法，概率密度法及功率谱分析法。
1.3基于人工智能方法
（1）故障诊断的专家系统的方法。
（2）故障树的诊断方法。
（3）基于模式识别的诊断方法。
（4）基于模糊数学的诊断方法。
（5）基于人工神经元网络的方法等等。
2.容错控制的发展
2.1被动容错控制
被动容错控制大致可分为：可靠镇定、完整性、与联立镇定。
可靠镇定：它是针对控制器失效的容错控制，当任意一个或多个补偿器失效而剩余的补偿器正常工作，闭环控制系统仍可以保持稳定。
完整性：一直是被动容错控制的热点问题。它是专门针对控制系统执行器、传感器失效的一种被动容错控制。
联立镇定：主要研究给定N个有限维的连续时间线性时不变对象，构造一个固定的控制器，使其能够镇定上述任意一个被控对象，这是针对被控对象的一种被动容错控制。
2.2主动容错控制
主动容错控制是指在控制系统发生故障后重新调整控制器参数，也可能改变控制器的结构，大多数主动容错控制需要FDD子系统，少部分不需要FDD子系统，但需要已知各种故障的先验知识。
2.3容错控制研究的热点，难点问题及应用
容错控制作为一门新兴的交叉学科，其科学意义就是要尽量保证动态系统在发生故障时仍然可以稳定运行，并且具有可以接受的性能指标，因此容错控制为提高复杂动态系统的可靠性开辟了一条新的途径。由于任何系统都不可避免地会发生故障，因此容错控制也可以看成为是保证系统安全的最后一道防线，目前容错控制的难点与热点问题主要有以下几个方面： （1）快速FDI的方法研究。（2）主动容错中的鲁棒性分析与综合以及鲁棒故障检测与鲁棒控制集成设计的问题。（3）控制律的在线重组与重构。（4）非线性以及时滞动态系统，高维，时变多变量对象的容错控制设计问题。
3.热工过程故障诊断和容错控制的发展
电厂的火电机组设备昂贵，热工过程非常庞大和复杂，目前，电厂热工过程故障具有多样性的特点，包括机械设备故障、流程故障、液压系统故障等，有些故障属于渐变性故障，有些故障属于突变性故障，故障诊断的方法也具有多样性的特点，经过认真研究与分析得出如下结论：
（1）电厂热工过程的故障诊断集中在旋转机械中使用较多，特别是对汽轮机的故障检测和诊断应用的例子也较多。
（2）应用于电厂的故障诊断方法多集中在基于人工智能方法以及基于信号处理方法，对于基于数学模型的方法应用还很少。因为电厂热工过程对象复杂而庞大。系统的非线性和外界干扰复杂，有些根本不能进行精确的数学建模，因此基于人工智能的故障诊断方法和基于信号处理的故障诊断方法在电厂应用更加广泛。
综上所述，在电厂热工过程中的故障诊断研究已经取得很大进展，但针对热工过程控制系统故障诊断与容错控制的研究还很少，而电厂热工控制系统的可靠、稳定运行对于电厂的安全生产与经济效益又有着极端重要的意义。 [科]
【参考文献】
热工系统实用控制性能评价研究 篇4
在工业控制领域, 面对着生产过程控制回路不断增加, 生产工艺对生产过程的控制要求日益提高的现状, 对控制系统性能进行有效地评价, 将大大提高工作效率, 降低生产成本, 提高控制的有效性。但具体到热工控制系统, 控制系统性能评价的相关方法和工具应用较少。各种研究和开发成果并未发挥其应有的经济与社会效益。所以研究性能评价方法以及在热工系统中的应用是必要的。
随机性能评价指标首先是Harris在1989年提出的基于反馈不变项的最小方差性能指标 (Harris指标) [1]。之后, 基于历史数据定义的指标, 这是最简单最容易理解的指标。受内模控制思想的启发, Huang.B (1998) [2]给出了IMC指标.为避免时延的预估计, Desborough and Harris (1992) [3]和Thornhill et al. (1998;1999) [4,5]提出了扩展时域 (EHPI) 的性能评价指标.Horch and Isaksson (1999) [6]提出了基于极点配置的最小方差性能指标.考虑到控制行为的限制, 广义最小方差性能指标 (G M V) 在2002年由Grimble提出[7]除此之外, 线性二次型指标 (LQG) 和预测控制指标 (MPC) 分别由Huang和Kadali, R (2002) [8], Gao et al. (2003) [9]给出。
以往的性能评价指标有如下的共性:1、一直强调越接近于0或者1, 系统的性能越好或者越坏, 但是没法给出定性的判断, 怎样是好, 怎样是坏;2、以上指标是独立于噪声的, 就是噪声水平的大小对性能指标的计算没有影响, 从另一个方面来说, 噪声对系统的影响应该怎样来衡量;3、指标计算出来了该做什么没有说明。针对以上问题, 本文定义了基于方差上下界的性能指标评价指标。通过该指标在不同范围内可知此时控制系统的状态。对不同的范围内的控制系统给出针对性的优化或者选择建议。
控制系统的性能评价在实际应用时最好是无侵入性的, 即对控制系统的正常运行不产生影响。那么无侵入性的最好方式就是使用闭环操作数来计算其性能。但是闭环操作数不能直接用来进行性能计算。原因是闭环操作数存在着两个基本问题:1、随机性能计算需要稳态数据, 而闭环操作数并不一定是稳态数据;2、控制系统的采样速率与闭环操作数的采集速度不一定一致。
针对第一问题有很多解决办法, 主要有统计组合检验法 (CST) [10], MTE (Mathtmdical Theory of Evidence) 法[11], 这两者主要的问题假设测量值只含有随机误差, 并且服从正态分布, 一旦出现较大的干扰就会导致算法是较大的外扰就会导致算法的误判。除此之外还有些采用模糊集, 小波分析等方法来进行稳态判别, 这些都有算法复杂的特点。熵作为从平均意义上来表征总体信息的测度, 反映了随机变量的不确定程度, 其值越小, 随机性越小、不确定程度越小。为此, 本文采用离散信息熵来判断数据是否处于稳态, 并给出了简便的稳态数据选择算法。
通常, 过快的采样不现实, 在实际工业中很少。那么第二个问题主要是性能指标计算用数据的采样速率通常小于控制器的采样速度。这样会引起输出方差不必要的增大, 性能计算变得不可靠。S?derstor?m给出了确定性重采样的方法[12], Alexander Horch等人在给出精确地再采样A R M A模型的计算方法[13], 但是这两者计算复杂, 需要解李雅普诺夫方程, 后者还要求解黎卡提方程, 这就给该算法的应用带来了困难。为避免解李雅普诺夫方程和黎卡提方程, 本文提出了基于分段线性插值的数据再采样算法。通过对闭环操作数进行再采样估计出采样速率和控制系统速率相同步的数据用于性能评估。
2 新的性能指标
新的随机性能指标定义如下:
其中η为性能指标, δe2为控制误差的方差, δ2minδ2max分别为控制误差方差的上下界
假定δ2max>δ2min, 对于该指标, 其值在不同的范围内, 表征控制系统处于不同状态, 其具体划分如表1所示。
3 方差界限的计算
3.1 最小方差的计算
如图1所示, 控制系统通常可以作如下描述:
其中:q-1为延迟因子, Yt为过程变量, Ut为操作变量, d为过程的延迟, B (q-1) , A (q-1) 为对象的离散传递函数的分子分母, Dt为过程扰动。过程扰动Dt表示如下:
其中∇=1-q1-即后项差分因子, αt为零均值白噪声, b为差分次数。
过程采用线性反馈控制器的形式:
εt=Ysp-Yt, 假定Ysp=0, 易得:εt=-Yt, 此时对控制误差的研究可以通过研究系统输出来得到。由以上各式可得闭环表达式如下:
最小方差计算如下:
计算最小方差主要有以下几种思路:
过程完全辨识后, 按照上述理论进行计算。
ARMA建模, 计算最小方差[1]。
FCOR (Filtering and Correlation analysis) 算法[14]。
递归最小二乘算法[15]。
3.2 最大允许方差的给定
在实际的控制系统, 不管控制系统处于何种噪声环境, 不管控制系统采用何种控制策略, 何种控制结构, 控制系统的输出的方差应该有个上限δ2user, max。超过这个上限就说明此时控制系统没有满足控制的要求。规定这一上界在实际的工业过程中是必要的, 也是有实际意义的。
取:δ2max=δ2user, max
Remark1:δ2mv>δ2max是可能出现的, 此时的控制系统无论怎样调节都无法满足用户的要求。此时就需要考虑改变控制结构, 加入必要的前馈, 或者是进行控制回路再设计。
Remark2:由于执行机构的限制, 控制量的方差不能太大。在此限制下能通过广义最小方差的方法算出可达的广义最小方差δ2ac, 使其代替 (1) 式中的δ2min计算性能指标即可。
Remark3:由 (6) 式可知最小方差的值与控制系统所受的随机性扰动直接相关.而最小方差性能指标如下:
有上式可知最小方差性能指标是独立于噪声环境的, 是独立于随机性扰动, 其值只与控制系统有关。由于系统的输出可以表示为:。很可能的情况是在最小方差性能指标ηmv很接近于1 (最小方差性能意义下的性能很好) 时, 此时的δy2却很大, 不满足实际的要求。在3.2中给出的最大允许方差是与随机性扰动无直接关系。正是这种无关性才对进入控制系统的随机性扰动做出了限制。避免了噪声很大使得输出方差很大而性能指标值却显示很好状况的出现。
4 用日常操作数计算性能指标
4.1 实际计算中的问题
为计算系统的随机性能, 要求已知系统的延迟和闭环操作数。采用闭环操作数进行性能评价, 无需实验, 对控制系统本身无影响。但是, 不是所有的闭环操作数都可以直接被用来计算系统的性能。
在3.1中计算最小方差的各种方法中, 所用的数据是稳态数据。这就对计算用的闭环操作数提出了要求。对于控制系统进行性能评价需要稳态数据。通俗的讲, 如果数据是非稳态的, 计算系统的随机控制性能是不准的, 这就是为什么在采用通常算法计算系统的随机性能是会出现计算不稳定的现象的主要原因之一。除此之外, 计算用数据的采样速率通常小于控制器的采样速度的问题, 大多数情况下是这样的, 这就需要对闭环操作数进行再采样, 以得到符合要求的数据进行性能评价。
4.2 基于shannon熵的稳态数据选择
4.2.1 信息熵定义与计算
熵原本是热力学中的基本概念, 是度量系统内部微观粒子的无序程度的量。Shannon在上世纪40年代提出了信息熵的概念, 从平均意义上来表征总体信息的测度, 反映了随机变量的不确定程度, 其值越小, 随机性越小、不确定程度越小。
对于某离散型的随机变量Y, 其概率分布图表2所示。
则其信息熵定义如下:
4.2.2 误差信息熵的计算
对长度为N的控制误差e的数据列, 首先选其最大值en与最小值e0;然后将其等分为n个子区间[emin, e1], (e1, e2], L, (en-1, emax], 故子区间长度如下:
则:第i个等分点计算如下:
数据落在第i个区间 (ei-1, ei) 内的个数记为Ni, 则数据在该区间上的概率为:
在整个计算样本按照信息熵的定义计算误差的信息熵。
4.2.3 样本的选择算法
通过信息熵对数据的平稳性进行度量, 进而选择合适的样本计算控制系统的性能。样本的选择算法如下:
1.对于给定数据长度为M的样本y (1:M) , M应大于样本计算所需的最小数据量N, i表示预选样本首值的位置, 令i=0;
2.i=i+1;
3.j表示预选样本末值位置, 则易得预选样本的长度为j-i+1, 预选样本为y (i:j) , 令j=i+N-1;
4.j=j+1;
5.对数据y (i:j) 计算其信息熵E (i, j) , 若j
6.如果i
7.找出信息熵矩阵E中的最小值所对应的行row和列col, 则易知y (row:col) 最平稳, 选择为终选样本, 终选样本的长度为col-row+1。
4.3 数据再采样
假定控制器的采样率大于数据收集的速度。假设控制器的采样周期为T1, 输出数据的收集间隔是T2。对于通常的性能评价, 采用日常操作数进行A R M A建模, 得到不可测噪声到系统输出的传递函数模型如下:
而日常操作数的收集间隔T2>T1, 假设系统的实际模型如下:
日常操作数n个采样如下:
在时间段[0, n T2], 直接使用建模, 得到系统模型是
A2 (q-1) yt=B2 (q-1) q-dut+C2 (q-1) αt, 对系统进行评价所需模型是:
需要的数据是:
对于采样数据Y2的一阶差分如下:
定义如下的质量因子:
对于采样数据Y2求二阶差分如下:
其压缩比定义如下:
其中n0为采样数据中的二阶差分为零的点的个数。Thornhill et al. (2004) 指出当CF>3并且QF>0.4时数据用来计算系统的性能是不合适的[16]。当数据可以用来计算系统的性能指标时, 对采样数据进行重采样。假设对象有个连续模型存在, 那么由日常操作数的n个采样Y2, 采用分段线性插值进行重采样。
当m T2≤k T1≤ (m+1) T2时, 可得;
k= (1, 2, L N)
5 仿真
对于如下的过程:
ε (k) 零均值方差时变的白噪声.其方差如下:
控制采用PI控制器 (PI1) 其比例系数和积分系数kc=0.27, Ti=7.14。如图2所示, 采用原采样数据计算的最小方差和重采样后计算的最小方差性能指标做了对比, 从中可以发现, 重采样的计算较原采样的计算更为准确。
此时的控制并不是很好, 需要对控制器进行进一步的优化, 为此分别进一步优化了PI控制器的参数, 得到PI2的参数为kc=0.31和Ti=182.在最小方差意义此时的PI控制还不够好, 为此设计了近似最小方差控制器 (MVC) 为:
在最小方差意义下, 三者性能由好到差排序:PI1, PI2, MVC。但是, 应用本文的性能指标计算的性能图3所示。据此可得PI2的性能最好。尤其在初始段, MVC的指标值大于0低于0.25表明其控制过于激烈, 如果对输出或者执行器稍加限制则该控制器就不可使用。
6 实际应用
本文数据取自某1000M W燃煤机组, 3月8日4:00:00~12:19:57, 每3秒一个采样点的, 共计10 000个采样数据。采样数据如图4所示, 从中可以看出在动态变化过程中, 主汽压控制系统的跟踪性能是不错的。由于是动态过程无法直接评价其随机性能, 故进行分段评价, 因为可以认为是是稳定的。图5给出了主汽压跟踪误差曲线, 从图中可以看出在不同的阶段误差随机差异比较大。性能计算采用分段计算, 前一千个采样记为时段1, 一千到两千记为时段2, 以此类推分为10个时段, 但是时隔时段中数据特性也各有不同。性能指标的计算值如图7所示。其中直观的给出控制系统性能的情况。但是对比发现, 采用熵选计算的结果和直接计算的结果在第4时段计算结果上有本质的区别, 对比误差图可以直观看出直接计算的结果是不对的。从中可以看出, 在第4, 5, 7, 10时间段, 系统的性能较差, 其中5的性能值是正大值, 其它的是负值, 结合图6可知最小方差均小于最大允许方差。依据表1, 可知在这四个时间段内, 系统的随机性能较差, 需要进一步调整控制器参数。这个结果和对图5的直观观察是一致的。这采用最小方差指标做不到。从中可以看出其实不是一定是控制器出问题了, 也有可能是系统中出现了新的扰动, 尤其是在第4段的后面和第10段。
7 结束语
根据热工控制性能评价的特点, 本文主要工作如下:
1、定义了基于方差上下界的性能的评价指标, 并给出不同指标值所处范围代表的意义并给出了性能优化提升建议;
2、针对实际应用中的稳态数据选择问题, 给出了基于最小熵的稳态数据选择算法;
3、针对控制系统采样速率与闭环操作数的采集速度不一定一致的问题, 给出分段线性插值的数据重采样算法;
4、在主汽压控制系统中进行了应用。
建筑热工复习要点 篇5
第1．1章建筑室内外热环境
一、室内热环境要素及其对人体热舒适的影响
室内热环境是指室内空气温度、空气湿度、气流速度及环境辐射温度等因素综合组成的一种热物理环境。
影响人体热舒适的六个因素：人体所处的运动状态、人体的衣着状态、室内空气温度、空气湿度、气流速度和环境辐射温度。
满足热舒适的必要条件和充分条件：Δq=0；人体与环境换热处于合适范围。
二、室内环境的评价方法和标准
有效温度、热应力指数、预测热感指数PMV（房格尔，6个参数，7个等级）
三、建筑室外热环境（气候）
室外热环境是指作用在外围护结构上的由太阳辐射、室外气温、空气湿度、风、降水等因素综合构成的一种热环境。
太阳辐射（0.3-3um）属短波辐射，包括直射辐射和散射辐射。影响辐射照度的因素有太阳高度角、大气质量、海拔高度以及地理纬度。
四、建筑热工设计分区
我国各地气候分为五个气候分区，分区指标（最热月、冷月平均气温）和建筑设计要求。
五、城市气候和热岛效应
城市气候的成因：特殊的下垫面、人为热、空气污染。
第1．2章建筑的传热和传湿
一、传热方式——导热、对流和辐射
导热系数：是表征材料导热能力大小的物理量。它的物理意义是，1m厚的材料的两侧温度相差1℃时，单位时间内通过单位面积所传导的热量。
影响导热系数的因素：材质（矿棉、轻混凝土、砖墙等），随密度、湿度、温度增大而增大。
物体按其辐射特性分为黑体、灰体和选择性辐射体（非灰体如玻璃）三大类。物体对短波辐射的反射，颜色起主导作用；但对长波辐射，材性（是否导体）起主导作用。物体对太阳辐射的吸收系数（红砖>水泥>灰色水刷石>白色大理石墙面）
二、外围护结构的传热过程
表面吸热——结构导热——表面放热三个阶段。
表面换热：热量在围护结构的内表面和室内空间或在外表面和室外空间进行传递的现象。
表面换热系数和换热阻：αi=8.7，Ri=0.11；αe=23，Re=0.04（冬）；αe=19，Re=0.05（夏）
三、平壁的稳定传热
具有稳定温度场的传热过程叫做稳定传热。温度场随时间变化的传热过程叫做不稳定传热。
热阻：是热流通过平壁时所受到的阻力，是平壁抵抗热流通过的能力。计算公式为 R= d/λ，增大平壁层导热热阻的方法：壁层的厚度增加、选择导热系数较小的材料。
围护结构的传热系数：表示围护结构两侧空气温差为1℃，单位时间内通过1m2面积传递的热量。单位是W/(m2·K)。数值上等于围护结构传热阻的倒数。K0=1/R0
封闭空气间层，传热主要是辐射换热（占70%，在间层内高温侧贴铝箔并将间层置于平壁低温侧），其热阻与间层厚度不成比例增长，间层厚度超过4cm，热阻不再增加。
稳定传热的特点：通过平壁内各点的热流强度相等，各材料层内的温度分布为一条直线。
围护结构总热阻，RRRRR；多层平壁各界面层的内表面温度，jag0ie
j
mtiRiRj
j1m
1R0(tite)
四、周期性不稳定传热
半无限厚平壁周期性传热的特征：空气温度、表面温度、内部温度是同周期谐波；温度波的衰减；温度波的相位延迟。
谐波作用下材料和围护结构的热特性指标：材料的蓄热系数（S=Aq/Aef）、热惰性指标（D= Aq/Aif =RS）
蓄热系数越大，材料的热稳定性越好，材料表面的温度波幅就小；反之亦然。材料蓄热系数的大小取决于导热系数λ、比热容c、密度ρ以及热流波动的周期T。空气层S=0。
热惰性指标的大小也能够很好地表明围护结构内部温度波幅衰减的快慢程度。空气层D=0。
温度波的振幅衰减倍数和相位延迟，ν0 =Ae / Aif,e
五、建筑传湿
湿空气的物理性质，绝对湿度（随温度而增加）、相对湿度（随温度而减小）、露点温度。
在湿空气的压力和含湿量保持不变的情况下冷却空气，未饱和湿空气成为饱和湿空气时所对应的温度叫湿空气的露点温度，用td表示。
围护结构的蒸汽渗透与计算
蒸汽渗透系数： l m厚的物体，两侧水蒸气分压力差为1 Pa，单位时间内通过l m2面积渗透的水蒸气量。它与材料的密实程度、温度和相对湿度有关。蒸汽渗透阻：H = d / μ
第1．3章建筑保温
一、建筑保温的途径
建筑保温的原则和途径（建筑体形、建筑保温和供热性能、建筑朝向与间距、建筑的密闭性、避免潮湿防止冷凝）
对采暖地区的建筑，外表面尽量避免过多的凹凸，居住建筑的体形系数宜控制在0.30及0.30以下；若体形系数大于0.30，则屋顶和外墙应加强保温。公共建筑的体形系数应小于或等于0.40。
二、围护结构的保温设计
围护结构保温设计的主要指标：传热阻R0或传热系数K0
最小传热阻R0,min，采暖建筑围护结构保温性能满足的基本要求，计算公式
R0,min=(ti – te)n Ri / [Δt]
围护结构冬季室外计算温度te，由围护结构的热惰性D（四种类型）决定；
冬季室内计算温度ti，一般居住建筑取18℃，高级居住建筑取20℃；
围护结构外表面不直接与室外空气接触需温差修正（如不采暖楼梯间的隔墙）；
室内空气与围护结构内表面之间的允许温差，根据房间性质及结构类型取值（办公、居住建筑为6℃）。对有热稳定性要求的轻质外墙R0,min必须进行附加修正。
采暖区居住建筑节能设计标准：规定性指标如各部分围护结构的传热系数限值；综合性指标如建筑物采暖耗热量指标（室内计算温度取16℃）。
三、围护结构保温构造方案
自保温构造、复合保温构造、轻质保温构造。
外保温复合构造的优越性：结构耐久性提高；房间热稳定性好；防止内部冷凝；减少热
桥传热；利于旧房改造；但对外饰面的处理要求高。
空调建筑围护结构内侧保温材料使用规定：间歇房宜采用轻质材料，连续使用房间采用重质材料。
四、外窗、外门、地面、热桥和外转角等传热异常部位的保温设计
外窗——《民用建筑节能设计标准》规定采暖居住建筑窗墙面积比应符合以下要求： 北
向不应大于0.25；东、西向不应大于0.30；南向不应大于0.35。居住建筑的外窗气密性等级，在1～6层建筑中，不低于国家标准规定的3级水平（单位缝长空气渗透量≤2.5m3/mh）；在7～30层建筑中，不应低于标准规定的4级水平（单位缝长空气渗透量≤1.5m3/mh）。
提高外窗保温能力的措施：选用木材、塑料、复合型窗框或断热型铝合金窗框；双层窗、双玻窗、Low-e中空玻璃窗；增加气密性，减少冷风渗透。
外门——在采暖期室外平均温度为－0.1～－6℃的地区，楼梯间不采暖时，应采取保温
措施；在－6℃以下地区，楼梯间应采暖，人口处应设置门斗等避风设施。
地面——地板面层材料的热工性能用其吸热指数B描述。采暖地区，应对建筑物外墙附
近地面采取局部保温措施，外墙内侧2 m范围内铺设保温层。
热桥——指容易传热的构件或部分，如外墙中的钢或钢筋混凝土骨架、圈梁、板材中的肋等。
转角——外墙角低温的影响带大约是墙厚d的1.5～2.0倍。
五、围护结构受潮的防止和控制措施
围护结构内表面结露的判断：内表面温度是否低于露点温度。
围护结构内部冷凝的检验：围护结构内部各处温度是否低于露点温度、水蒸汽分压力是否高于该处饱和蒸汽压力。可由结构内部水蒸汽P线与Ps线是否相交来判断。
围护结构受潮的防治和控制措施
表面冷凝，正常房间（满足保温设计、内表面气流通畅、内表面蓄热要求）；
高湿房间（设防水层、间歇房使用吸湿饰面材料、增设吊顶与通风）。
内部冷凝，材料层布置为“进难出易”；蒸气流入的高温侧设置隔气层（采暖房隔气
层应布置在保温层的内侧）；设置通风间层或泄气沟道；冷侧设置密闭空
气间层。
第1．4章建筑防热和通风
一、建筑过热原因和防热途径
建筑防热途径：减弱室外热作用、结构隔热和散热、窗口遮阳、组织自然通风、减少室内余热。
二、围护结构隔热设计
室外综合温度：是将室外气温和太阳辐射对外围护结构的作用综合而成的一个假想的室
外气象参数。计算公式为tsa=te+I ρs/αe，隔热设计时，室外热作用应选
择室外综合温度。
tsa呈周期性波动，与气象参数（室外气温、太阳辐射）、结构朝向、外
表面材料性质相关。
隔热设计标准：在自然通风情况下，建筑物屋顶和东西外墙的内表面最高温度不高于夏
季室外计算温度的最高值，θi,max ≤ te,max
三、围护结构隔热措施与效果
隔热的重点依次是屋顶、西墙、东墙、南墙、北墙。
屋顶隔热措施：浅色外表面；结构增加热惰性材料；通风屋顶；蓄水屋顶；种植屋顶。外墙隔热措施：外表面采用浅色饰面；增加墙体隔热性能；垂直绿化遮阳；通风墙。
四、房间的自然通风
形成自然通风的动力因素： 热压通风、风压通风和综合作用通风。
建筑朝向、间距和建筑群布局与自然通风的关系；
房间的纵轴宜尽量垂直于夏季主导风向，主要房间应布置在夏季的迎风面。影响涡流区长度的主要因素是房屋空间尺寸以及风向投射角。
从通风效果来看，错列式和斜列式较并列式和周边式为好。
房间的平剖面设计对自然通风的影响；
房间的开口位置、面积、开启方式及通风构造的设置。
室内形成穿堂风，开口位置和面积设置适当，保证室内气流分布均匀，气流通过人们经常活动的区域。
第1．5章建筑日照与遮阳
一、日照的基本原理
日照设计要求：根据房间使用性质、当地气候和周围遮挡情况决定，房屋朝向和间距、建筑体形、窗口位置和遮阳处理。
太阳的位置：太阳赤纬角δ（－23º27΄～＋23º27΄）和时角Ω；
太阳高度角hS和太阳方位角AS。目的是为了进行日照时数、日照面积、房屋朝向和间距以及房屋周围阴影区范围等问题的计算。影响太阳高度角
和方位角的因素有三个： 赤纬角、时角、地理纬度。正午时刻(As = 0)的太阳高度角hS=90°-︱φ-δ︱
日照标准：住宅建筑冬至或大寒日的日照时间为2h，建筑日照间距DHcothscoss,w
二、棒影日照图原理利用棒影关系描述太阳运行的规律，影的长度和方位角。
三、窗口遮阳设计
遮阳设计要求：防止直射阳光；利于采光、通风和防雨；不阻挡视线，与建筑协调；构造简单且经济耐久。
遮阳的形式和遮阳效果：水平式遮阳适用于接近南向的窗口；垂直式遮阳适用于东北、西北及北向的窗口；综合式遮阳用于东南或西南附近的窗口；挡板式遮阳适用于东、西向附近的窗户。遮阳效果用遮阳系数表示。
热工性能分析 篇6
关键词：乏汽回收 除盐水 除氧水 溶解氧
中图分类号：TE624.42 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（c）-0194-01
1 连续重整热工系统乏汽回收装置概述
该装置产汽消耗除氧水由装置除氧水系统提供，装置内设置25 t/h除氧器1台，锅炉给水泵2台。
经计算，余热锅炉产过热蒸汽量18.97 t/h，压力3.82 MPa，温度450 ℃。余热锅炉给水由装置除氧水系统提供。为提高四合一炉整体效率，除氧水与炉水混合加热至149 ℃后进入加热炉的省煤段，如果运行中燃料气的含硫量确保炉管不发生露点腐蚀，也可将除氧水直接进入省煤器以提高加热炉效率。除氧水经省煤器加热温度升至216 ℃，然后进入中压汽包。汽包内的炉水通过下降管由强制循环泵送入余热锅炉蒸发段蒸发产汽，汽水混合物再经上升管回汽包。汽水混合物在汽包内经分离装置后，饱和蒸汽进入余热锅炉过热器，过热至456 ℃；再由喷水减温器减温后控制为450 ℃进入中压蒸汽管网。喷水减温器用水为锅炉给水。
该装置设置除氧器乏汽回收系统，利用除盐水射水引射器将除氧器排放的乏汽回收；热量用于加热除盐水，同时回收乏汽中的水分。做到节能、节水、消灭装置乏汽排放。为了充分利用烟气余热，降低能耗，在重整加热炉上部对流室内设置余热锅炉。余热锅炉型式为逆流强制循环。
2 连续重整热工系统工艺流程对比分析
目前连续重整装置余热锅炉设计了流程大致分为两种：一种为无乏汽回收装置的工艺流程如图1；另一种为设计乏汽回收装置工艺流程如图2。
图1为设计乏汽回收装置的工艺流程，图2为未涉及乏汽回收装置的工艺流程。从工艺流程图中，可以看出两者主要流程与功能基本相似，从节能方面考虑，增加乏汽回收设施，将会产生较好的经济效益与环境效益。
3 除氧水的控制指标对比分析
除氧水主要控制指标（如表1）。
由数据可以看出，设计除氧部分增设乏汽回收设施后，除盐水中溶解氧仍然符合工艺指标。乏汽回收设施的安装并不会影响除氧部分的正常运行。
4 乏汽回收应用后的经济效益分析与环境效益分析
4.1 年节约或创造价值计算
除氧器乏器的排汽管径φ40，乏汽压力为0.4 MPa，比体积为0.8 m3/kg，流速取80 m/s。
每小时所回收乏汽的体积为：3.14×
0.022×80×3600=361 m3即每小时回收乏汽量：361/0.8=0.452T/H以上为理论计算值，结合现场实际运行状况和与相关技术人員沟通，认为乏汽压力以0.4 MPa，排气量以0.5T/H计算较适宜。
4.2 经济效益核算
（相关参数参照《动力工程师手册》相应国家标准）
压力：0.4 MPa，P蒸汽热焓值：655 kcal/kg，温度：151 ℃
年运行：8000 h。
标煤发热量：7000 kcal/kg。
原煤发热量：5000 kcal/kg。
原煤价格：400元/吨。
脱盐水价格：54.36元/吨。
锅炉效率为：85%。
每小时所回收乏汽所含热焓值为：
0.5×1000×655=0.33×106 kcal
每年回收热焓值为：
0.33×106×8000=0.26×1010 kcal
折合原煤为：
0.26×1010/0.85/5000/1000=611.7 t
节约软化水为：0.5×8000=4000 t
其年回收效益为：
611.7×400+4000×54.36=46212元 约为46万元
乏汽设备购置以及安装费用：10.166万元，所以增加该乏汽回收设施1年即可完成投资回本，并产生良好的经济效益。
4.3 环境效益核算
呼和浩特温度为零下的时间约为3个月，时间为90天。
按乏汽结冰率40%计算：
结冰质量：
90×24×0.5×40%=432t
大量结冰堆积在仪表线或管线上会对余热锅炉的安全生产产生极大的影响，并且对操作人员的生命安全造成威胁。采用了乏汽回收这一新技术，不仅具有表观的经济效益，还存在着不可估量的安全生产效益。
5 乏汽回收应用小结
当前，乏汽回收装置在多数电厂与化工企业应用非常广泛，随着国家对环境保护力度的加大和企业节能减排工作的重视，炼化装置中热工系统所用除盐水的热力除氧模式逐渐得到关注，通过对除氧器乏汽的回收利用，极大地减少了锅炉系统的能耗，该设施设计施工简单，固定投资少，便于实际操作，在不影响除氧效果的前提下，节能效果明显，值得在石油炼化装置中大力推广。
参考文献
[1]聂勇.企业自备热电厂乏汽回收综合利用[J].漯河职业技术学院学报，2013（2）：1-3.
[2]刘明宝.除氧器乏汽回收技术在节能减排中的应用[J].四川电力技术，2009（6）：62-63.
[3]殷贤炎.乏汽回收的经济性评价[J].节能，2007（10）：37-39.
小议玻璃幕墙的热工性能 篇7
玻璃幕墙的热工性能包括多个方面, 主要有:传热系数K、遮阳系数Sc和抗结露系数。传热系数K值是指由于玻璃热传递和室内外温差, 所形成的空气到空气的传热量。其传热过程包括对流和导热两种方式。传热系数是玻璃幕墙热工性能的重要方面, 我国《建筑幕墙物理性能分级》中的保温性能即由此划分。K值越低, 通过玻璃的传热量也越低。玻璃幕墙的遮阳系数是指在相同条件下, 太阳辐射能量透过幕墙玻璃的热量与透过3mm透明玻璃的热量之比。Sc值越小, 阻挡阳光直接辐射的性能越好。所以较低的K值和较小的Sc值即可有效地降低三种热传递。
1 K值的计算
1.1 单一材料层的热阻
其中:R材料层的热阻 (m2.K/W) 。
δ材料层的厚度 (m) 。
λ材料的导热系数, 按《民用建筑热工设计规范》取定。
1.2 幕墙构件的有效传热系数
传热阻Ro=Ri+R+Re
其中:Ro-围护结构的传热阻 (m2.K/W) 。
Ri-内表面换热阻 (m2.K/W) , 按规范取0.11
Re-外表面换热阻 (m2.K/W) , 按规范取0.04
R-围护结构热阻 (m2.K/W)
传热系数
1.3 平均传热系数
单一幕墙构件的计算结果不能代表玻璃幕墙的平均传热系数, 应通过对数个幕墙构件的传热系数的计算结果, 进行面积加权平均计算得到。
其中: 建筑幕墙的平均传热系数, W/ (m2·K)
K1、K2…Kn各个幕墙构件的传热系数W/ (m2·K)
F1、F2…Fn各个幕墙构件的面积 (m2) 。
值得注意的是, 我国的传热系数是以K表示, 而美国、欧盟是以U表示, 它们的区别在于测试条件的不同。目前我国的一些书籍和玻璃供应商也常常给定U值, 在不同标准的测试条件下, 测试结果显示中国的K值低于美国的U值而高于欧盟的U值, 且美国的U值更接近实际情况。因此在谈及玻璃的传热系数时, 必须明确测试条件。不同测试条件下的传热系数没有可比性, 也不存在换算关系。
2 在我国南方炎热地区, 幕墙的隔热性能比保温性能更为重要, 通过太阳辐射产生的热量占主导地位, 所以要尽可能多地阻止太阳辐射进入室内, 玻璃的遮阳系数即反映了玻璃反射室外太阳辐射能的能力。
从上表可以看出, 热反射玻璃具有较低的遮阳系数, 其可以反射较多室外的太阳辐射能, 使其尽可能少地进入室内, 从而降低室内温度, 节省空调开支。另外, Low-E中空玻璃膜面位置的不同其遮阳系数也不相同, 当膜面在第2、3面时, 其K值是相同的, 但膜面在第二面上时, 中空玻璃遮阳系数比放在第三面上时低出15%。所以一般在南方炎热地区Low-E膜镀在第二面上, 而在北方寒冷地区Low-E膜镀在第三面上。
3 在我国北方采暖地区, 幕墙的抗结露性能更为重要。由于室内外温差较大, 当玻璃内表面及型材热桥部位内表面温度低于附近空气露点温度时, 则内表面出现冷凝水的现象。这也就是为什么夏季给水管道产生冷凝水的原因。所谓露点温度, 即在大气压力一定、含湿量不变情况下, 未饱和空气因冷却而达到饱和状态时的温度。所以要使玻璃内表面和型材热桥部位内表面不产生结露现象, 其基本原则是确保玻璃幕墙构件内表面温度高于当地气象条件下的露点温度。
综上所述, 玻璃幕墙的热交换主要有导热、对流和辐射三种基本方式。通过控制传热系数K值和遮阳系数Sc值, 即可有效地降低三种热传递。在保证玻璃幕墙构件内表面温度高于当地气象条件下的露点温度时, 则可避免在玻璃幕墙室内一侧产生结露现象。
摘要：上世纪九十年代初, 随着我国国民经济和社会发展的不断提高, 大量的玻璃幕墙被逐渐采用, 到二十一世纪初已发展成世界第一玻璃幕墙生产和使用大国。玻璃幕墙的应用揭开了建筑发展史的新篇章, 它是融建筑技术、建筑艺术、建筑功能为一体的建筑外围护构件, 从某种意义上讲玻璃幕墙已成为现代建筑的标志。本文针对玻璃幕墙作为一种建筑外围护结构对其热工性能进行分析。
热工性能分析 篇8
关键词：再生混凝土小型空心砌块,孔型,空洞率,热工性能
引言
采用清洁生产技术, 少用天然资源和能源, 大量使用工业或城市固态废弃物生产的无毒害、无污染、无放射性, 有利于环境保护和人体健康的建筑材料被称为绿色墙体材料, 发展绿色墙体材料是节能减排的重要措施之一。被拆除的废旧建筑物以及新建建筑产生的废弃混凝土成为城市建筑垃圾的重要组成部分, 为了号召节能减排的举措, 利用再生混凝土生产砌筑墙体的空心砌块墙体材料已经得到社会的认可, 肖建庄等人对再生混凝土的热工理论进行了计算与分析, 得到再生混凝土在不同再生集料取代率的情况下的再生混凝土的有关热工参数[1];梁倚等试验研究了再生混凝土空心砖的抗压强度以及热工性能[2]。本文对不同孔洞率的再生混凝土空心砌块的热工性能进行了计算分析。
1 再生混凝土砌块的材料性能和砌块规格
本文研究的再生混凝土空心砌块所用的再生混凝土的表观密度为2478kg/m3, 导热系数为1.35W/ (m·K) 。设计空洞率分别为30%和40%两种形式6种规格砌块, 砌块尺寸为目前使用较多的390mm×190mm×190mm。砌块型号分别为A、B、C、D、E和F如图1所示, 其中A、B、C、D为空洞率30%的砌块, E和F为空洞率40%的砌块。
2 再生混凝土砌块平均热阻的计算方法[3]
根据GB50176-93《民用建筑热工计算规范》附录二规定的方法计算再生混凝土砌块的平均热阻, 有两种以上材料组成的、两向非均匀质空心砌块等材料的平均热阻按下式计算[3]:
式中:-平均热阻, m·K/W;
F0-与热流方向垂直的总传热面积, m2;
F1、F2、Fn-按平行于热流方向划分的各个传热面积, m2;
Ro.1、RO.2......Ro.n-各个传热面部位的传热阻, m2·K/W;
R、iRe-分别为内、外表面换热阻, 可分别取0.11和0.04m2·K/W;
ϕ-修正系数, 按表1取值。
注:λ为砌块材料和空气间层的导热系数, 空气间层的λ值按《民用建筑热工计算规范》[3]附录二附表2.4空气间层厚度及热阻计算得到。
为了便于理解上式含义, 图2给出了计算示意图。
3 六种规格再生混凝土砌块平均热阻计算分析
以A、B、C、D、E和F六种规格砌块为例计算平均热阻。根据文献[4]再生混凝土空心砌块最小外壁厚度取值不小于30mm, 最小肋厚取值不小于25mm, 砌块具体规格尺寸见图3。
根据再生混凝土砌块平均热阻的计算方法得到以上六种规格砌块的平均热阻图4所示。
从图4可以看出, C、D两种规格的砌块平均热阻最小, 其次为F砌块, 平均热阻最大的砌块为E砌块, 也就是空洞率40%的单一孔洞砌块。
根据围护结构热传阻的计算式 (2) :
上式 (2) 中
由式2计算得到表2所示的六种规格砌块组成的围护结构的传热阻。
分析以上计算结果可知, A与E砌块以及C与F砌块孔洞形式相同孔洞率不同, 孔洞率40%的E、F砌块的计算传热阻均大于孔洞率30%的A、C砌块。因此, 不同孔洞形式以及孔洞率的差异对砌块的传热阻有不同影响, 孔洞形式相同孔洞率越大传热阻也越大。对于孔洞率相同的A、B砌块, 由于孔洞形式不同, B砌块的传热阻大于A砌块的传热阻。
4 砌块隔热性能分析
砌块的隔热性能除受原材料的种类、容重影响外, 砌块的孔型、空洞率、孔洞排数、排孔方式、孔洞大小等均不同程度影响砌块的隔热性能。陈建芳等人[5]的研究表明, 在孔洞率一定的情况下, 普通混凝土多排孔砌块的热绝缘系数大于单排孔砌块的热绝缘系数;孔洞率一定时, 空气间层孔型为椭圆形、平行四边形、三角形和圆形时的砌块的热绝缘系数均小于孔型为矩形的砌块的热绝缘系数。杨郑梁等人[6]的研究表明, 三排孔再生混凝土砌块的保温隔热性能较粘土砖要好, 在空心砌块中塞聚苯板可以进一步提高砌块的保温性能。
5 结语
通过对设计的A、B、C、D、E、F六种规格的再生混凝土砌块进行热工性能的计算分析比较表明, 再生混凝土砌块的孔洞大小、孔洞排列以及空洞率对其热工性能均有不同程度的影响。孔洞形式相同孔洞率越大传热阻也越大, 砌块隔热性能也相对较好。
参考文献
[1]肖建庄, 黄运标, 任红梅.混凝土热工参数影响因素及理论计算[J].粉煤灰, 2008 (5) :17-20
[2]梁倚, 黄廷剑, 赵娟等.新型再生混凝土空心砖抗压强度和热工性能试验研究[J].中国高新技术企业, 2009 (19) :165-166.
[3]GB50176-93民用建筑热工设计规范[S]。
[4]GB8239-1997普通混凝土小型空心砌块[S]。
[5]陈建芳, 叶必朝.普通混凝土小型空心砌块的热工性能分析[J].新型建筑材料, 2011 (2) :74-75、89
火电机组热工保护可靠性分析 篇9
如今, 火电机组的单机容量和装机容量日益增加, 热工保护系统在火力发电厂中的地位也在不断提升, 提高其可靠性可以有效地降低机组运行中的不安全事件发生概率, 显著提高发电企业的经济效益。但是机组在实际的运行工况中, 常常有很多不可控的因素, 致使热工保护系统出现拒动或误动的事件, 给发电企业造成巨大的经济损失和设备损坏。因此, 如何提高热工保护系统的可靠性, 也逐渐成为火力发电企业日益关注的焦点。
1 提高热工保护系统可靠性的意义
热工保护系统在火力发电机组中占据着重要的位置, 是不可或缺的部分, 其可靠性对于机组的主辅设备能否安全稳定运行起着至关重要的作用。当机组的主辅设备运行出现参数超出可控范围时, 热工保护系统会联动相关设备, 同时采取及时有效的措施对机组加以保护, 从而避免出现重大设备损坏甚至更严重的后果。因此, 热工保护系统是否可靠是提高发电机组主辅设备正常运行的关键所在。近年来, 我国火电机组的设备不断更新换代, 直接表现为发电机组的容量增大、参数提高、热工自动化程度也不断提升, DCS (分散控制系统) 也已广泛被火电企业采用, 凭借其强大的功能及优越性, 使机组的稳定性、安全性、经济性和可靠性都得到极大的提升。但由于机组容量越来越大, 工艺越来越发杂, 致使参与保护控制的热工测量参数也不断地增多, 使得设备和机组发生误动和拒动事件的几率明显升高。所以, 想要消除或减少误动和拒动, 就要提高机组热工保护系统的可靠性。
2 热工保护系统误动及拒动的原因
2.1 误动与拒动
在机组主辅设备正常运行时, 由于热工保护系统本身存在故障而动作, 致使机组主辅设备停机, 这种情况被称为保护误动。还有一种情况为保护拒动, 是指机组主辅设备在运行过程中出现异常, 参数超出可控范围, 但热工保护系统因故障而无法动作。热工保护误动, 会造成发电企业不必要的经济损失, 而拒动, 会造成设备损坏或者更严重的后果。这两种事件都是我们在生产运行中应该极力避免的。
2.2 原因分析
由于当今火电机组的自动控制技术越来越先进, 随之控制系统也越来越“庞大”, 热工保护系统发生误动或拒动的原因也变得越来越多样化。总结起来, 大致可以归结为以下几类:
(1) 人为因素。人为因素多为热工人员在工作中思想麻痹或者技能不够成熟导致。例如将端子排接线看错、对信号进行漏强制或错强制、使用万用表时操作不当造成短路或是走错间隔等等, 都会引起保护系统的误动、拒动。例如, 某厂热工人员办理#3机组 (停运) 火检系统检修工作票后, 走到#4 (运行) 机组电子设备间内将火检控制柜电源断开, 造成#4机组火检丧失触发锅炉MFT, 联动汽轮机、发电机, 机组被迫停运。
(2) 控制系统的软、硬件故障。随着DCS (分散控制系统) 的日益发展, BMS (燃烧管理系统) 、CCS (协调控制系统) 、DEH (数字电液调节系统) 、FSSS (炉膛安全监视系统) 、ETS (汽轮机危急遮断系统) 等过程均纳入DCS (分散控制系统) , 由于加入了这些子功能, 使得DCS (分散控制系统) 的负荷越来越高, 其信号处理卡件、设定值模块、网络通讯以及输出模块等会出现故障而引起误动、拒动的发生。
(3) 现场热控元件故障。控制系统的功能日益强大也意味着生产现场测量元件和执行机构越来越多, 如果质量不过关、维护不到位、或是存在元件老化和单元件工作等情况时, 就会误发信号, 最终造成保护系统的误动或者拒动。此类原因引发的保护误动或拒动的比例相对较高。
(4) 热工电源系统故障。热工系统的自动化程度不断提高, 系统设计软硬件设置越来越复杂, 使得热工电源系统成为保护系统可靠与否的一个重要因素。电源的冗余配置、电源监视以及失电报警都应该成为电源系统的着重点。某厂曾发生过控制柜直流电源模块损坏而冗余电源切换不及时造成失电, 导致信号翻转触发机组保护动作的案例。
(5) 机组设计、安装、调试阶段存在缺陷、隐患。机组在设计、安装、调试阶段存在的缺陷、隐患也会导致热工保护系统的误动与拒动。例如保护回路采用单点保护, 尤其是温度保护采用单点, 而现场采用热电阻元件, 元件开路时会使信号示值变大, 导致超温保护动作。
3 提高热工保护系统可靠性
针对以上所述, 对于提高热工保护系统的可靠性, 可从以下几方面入手:
(1) 增强从业人员的专业技能与风险意识。定期组织技术讲课, 提高热工从业人员的技能并树立其风险意识, 杜绝单人作业, 当两台机组的电子设备间互通式, 应设置明显的提示和警告标识, 将人为的因素降至最低。
(2) 严格执行设备的定期维护, 建立完善的设备维护台账。加强对现场设备的日常管理工作, 严格执行定期维护工作, 建立并完善设备维护台账, 及时发现设备存在的隐患, 做好维护和保养工作。利用机组停运的时机对保护回路进行传动试验。
(3) 提高DCS (分散控制系统) 的抗干扰能力。DCS (分散控制系统) 的抗干扰能力, 是关系到整个控制系统能否可靠运行的关键。从系统的接地、电缆的抗干扰、信号的防干扰等方面入手, 可以有效的提高系统的抗干扰能力。系统应正确的选择接地点, 完善接地系统。应采用直接一点接地的接地方式, 接地点必须与强电设备接地点相距10米以上。信号电缆应选用铠装屏蔽电缆, 降低动力线产生的电磁干扰。信号电缆应按传输信号种类分层敖设, 严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号, 避免信号线与动力电缆靠近平行敖设, 以减少电磁干扰。信号电缆的屏蔽层应单端接地。
(4) 采用技术成熟、质量可靠的元件。目前热工保护系统对热控元件可靠性的要求不断提高, 要提高其可靠性就要保证采用的热控元件技术成熟、质量可靠。由于控制系统的不断发展, 热控设备的投资也“水涨船高”, 切不可为了算经济账而“因小失大”。在合理的投资下要选用质量可靠、口碑较好的设备, 才会达到高“性价比”。
(5) 对控制逻辑进行优化。对控制系统中的保护回路进行优化设计, 尽量避免单点保护, 采用“三取二”、“三选中”等思路, 尤其是温度保护, 受元件质量、现场环境、接线松动等各种因素的影响, 极易出现信号的跳变。所以在保护回路的设计中应采用速率限制, 质量判断, 并增加声光报警, 以便第一时间发现故障, 及时处理, 消除隐患。
(6) 新建机组在设计、安装、调试阶段严格把关。新建机组在设计阶段应该严格把关, 及时发现错误和不合理的地方, 并论证修改。设备的现场安装须严格遵循工艺要求和施工规范, 以保证测量的准确性。调试阶段要做到细致、认真, 不放过每一个细节, 及早发现隐患并及时处理。
(7) 提高和改善就地设备的运行环境。就地热控设备应尽量避免受潮、受热、腐蚀, 尽量远离热源、辐射源, 高纬度地区的机组还应注意现场设备的防冻, 对取样管和仪表柜应加装伴热系统。
(8) 对重要保护配备硬手操。对于一些重要的保护回路, 应合理配备硬手操, 以防分散控制系统失灵的情况下对机组运行设备失控。此时通过人工操作, 来直接作用于现场设备来达到保护设备的目的。例如MFT (主燃料跳闸) 和ETS (汽轮机危急遮断系统) 的硬手操, 可以实现在DCS (分散控制系统) 失灵的时候对锅炉和汽轮机的保护功能。
(9) 增加DCS (分散控制系统) 硬件的自诊断报警功能, 严格控制电子设备间的温度和湿度, 保证电子设备的运行环境。
4 结语
综上所述, 热工保护系统的可靠性与火电机组主辅设备的安全稳定运行息息相关, 随着发电设备日趋高度自动化, 系统的安全性、稳定性也变得日益重要。同时也对保护系统提出了更高的要求。热工保护系统可靠性的提高也将成为一个永久的课题。
参考文献
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辅助系统热工自动化的分析 篇10
1 热工自动化系统
发电行业的快速发展促进了热工系统的自动化, 而且自动化技术的创新也给电力行业的发展带来了积极影响, 二者可谓是相互促进、相互发展。随着目前科技实力的上升, 火电厂各大系统也都进入了自动化行列。例如, 火电厂的一些仪表配置上, 已经从传统模式转变为具有现代化特色的数字化仪表, 其控制设备以及监控仪器也都进行了自动化改革。而且仪器获取数据时也有传统的人员操作变为了人机交互, 为电厂减少了人力及财力的投入, 为工作人员的人身安全提供了保障, 也有效地提高了工作效率, 最终为电厂经济效益的提高作出重大贡献。
虽然国内火电厂辅助系统都进行了自动化改革, 但是相对于发达国家, 国内技术实力还需提高。其中最明显的差距就在于对自动化装置的使用频率, 以及系统核心组件的可操控性仍需改善, 测量装置的精确度虽然能够满足一般性的使用, 但是对于电厂长期发展来讲还不够高。在自动化推进的过程中, 某些执行机构不够给力, 而这些看似简单的问题都能对整个进程起到相反作用。而且对着一些容量相对较大发电机组的建立, 对整个热工系统的自动化又提出了新挑战。要想保障大型机组安全稳定的运行, 一定要对其自动化处理, 并且要随时了解机组运行状况, 对整个系统做全面高效的检测, 对可能出现的问题做到未雨绸缪, 提前做好各项解决措施, 只有这样火电厂才会给人类提高更高质量的服务。
2 热工自动化系统的运行环境与形势
由于用电需求量的增加, 使得国内火电厂的规模迅速扩大, 而电厂各种辅助系统的自动化也受到了众多领导人的青睐, 现就电厂辅助系统, 即热工自动化的运行环境与未来发展形势进行浅析。
2.1 运行环境分析
第一, 随着用电行业的增加, 造成国内电力行业的供电需求急剧扩大, 而各大电厂的发电量受到了严峻的挑战。为满足需求, 国内新建了很多火电厂, 与之伴随的就是艰巨的电厂管理任务。火电机组数量增加了, 该行业内的竞争也就变得更为激烈, 各个电厂为了能够在竞争中不落后于其它厂家, 都在争先恐后的提高本厂的发电量。一些新建机组为了能够早日投入生产, 在电厂系统构建时大大缩短工期, 造成负责系统调试的人员工作量及工作强度加大。工作人员一方面要在短暂的工期内将系统调试运行好;另一方面, 还要保障热工系统再投入工作后能够保持长期的稳定性、安全性, 这些问题都会给工作人员带来一定的难度。
第二, 热工自动化系统新增的功能越来越多, 并且也都在不断完善。由于火电厂的需要, 电厂辅助系统的各项功能急需增强, 在范围上也在不断扩大, 最终导致系统出现系统的可能性也越来越大, 系统总体结构也变得更为复杂, 使得系统的配置方式、日常维护及管理、各项设备的安装及设计等环节在整个系统中的位置变得更重要, 任何一项任务出现差错都有可能给电厂给来巨大损失。
第三, 随着发电任务的增加, 电厂行业内竞争压力的增大, 热工系统构建的科学性与稳定性还都有待于考查, 并且各项控制系统的完善性还有待于加强, 设计系统人员的专业技能以及机器日常管理的质量、热工自动化日常监督与维护等方面还存在有不足之处, 各大电厂由于各种情况系统操作失误的情况也时有发生。由于人们逐渐关注发电的质量, 厂商在电力生产时必须加大投入成本, 为了能够尽快收回各项投入, 造成很多电厂正在猛力扩建, 而新建电厂各项装置的安全性却具有一定风险。
第四, 虽然各大电厂发电设备已经更新, 但是不少企业的管理模式还没有跟上发展, 依旧采取对旧设备的管理体制。不考虑系统是否正常运行, 对自动化系统的日常检修依旧是采取定期检校, 这样就会造成人力物力的浪费, 因为有些设备在调试时合格率相当高, 但是检修人员仍然是按时对其检修, 结果还有可能造成设备出现无端的异常;同时, 对一些质量不是太好的装置, 也没有根据实际情况增加检修次数, 使得整个系统时常面临着无形的威胁。
2.2 发展形势分析
第一, 面对紧张的供电形势, 即使增建发电机组也要保障调试员在规定工期内如实调试好仪器设备, 不能给系统工作埋藏定时炸弹, 尤其是对一些核心设备要对其工作运行情况做出详细记录, 因为这些设备能否正常运行会直接关系到整个发电厂热工系统的可靠性, 所以在投入生产前一定要确认设备的合格性。
第二, 针对热工系统实际情况及时对一些陈旧设计标准更新, 以适应新的发电机组。从根本上提高系统设计的技术性, 在系统进行安装时要进行监督, 运行时进行合理维护, 最大限度的增加热工系统运行时的稳定性与可靠性。
第三, 为了系统能够可持续利用, 并增加火电厂在行业内的竞争实力, 要在系统设计时使每个发电机组的控制系统尽量智能化, 让各个主体的技术都有所创新。为提高企业整体的生产效益, 控制系统还要全面引用一些著名的专用软件, 以及无线测量技术, 逐步让系统向集中化方向发展。此外, 为跟得系统更新的步伐, 系统管理人员要根据实际及时更新管理方式, 尽量减少因为人为因素给电厂带来的损失。
3 提高热工监督有效性的探讨
DCS系统是热工系统的重要组成, 要提高热工监督系统的有效性, 就要不断提高DCS系统技术的可靠性。
第一, 要从系统设计出发, 为适应热工系统的自动化程度, 对DCS系统组成配件的稳定性要严格要求, 要尽可能采取已经发展成熟的技术。由于热工系统运行时的环境比较复杂, 外界条件的影响会造成个别设备出现故障, 从而影响系统正常工作, 因此系统设计时还要提高其对外界因素的抵抗能力。
第二, 提高热工系统工作电源的稳定性。工作系统只有靠电源持续提供电量, 设备才能够正常运行, DCS系统才能够实现其强大的功能, 因此要对系统电源进行合理保护, 并不断优化各个系统的控制逻辑。
第三, 合理维护DCS系统及系统的工作环境。工作人员要及时记录系统运行情况及工作环境的各项指标, 例如要严格控制系统操作室人员的进出、保障室内清洁度、室内温度及空气湿度等。
4 结语
综上所述, 随着各个行业综合实力的上升, 促使火电厂行业热工自动化不断向前发展, 并且对已有的技术也要不断完善。热工自动化是火电厂运行系统的核心组成, 为保障整个电厂自动化能够稳定有效的运行, 就必须确保热工自动化整个系统的安全。自动电力行业引入了这一自动化系统, 电厂整体的运行效率得到很大的提高, 并且还为电厂工作人员创造了良好的工作环境, 大量减少了人力及物力的消耗, 对电厂经济实力的提高也具有重要促进作用。
摘要：随着电力系统改革的进一步深入, 保证设备优质高效的运行, 提高劳动生产率, 进一步提高经济效益就成了电厂发展的目标。火电厂辅助系统的自动化控制是全厂热工控制的重要组成部分, 其自动化水平直接影响全厂的自动化水平。本文对热工自动化系统的运行环境与形势进行分析, 对提高热工监督的有效性进行了讨论。
关键词：辅助系统,自动化,PLC
参考文献
[1]段冰.发电厂热工自动化辅助设计平台的现状及发展[J].华北电力技术, 2009 (3) .
我的热工节能生涯 篇11
1950年6月，我响应祖国经济建设的号召，奔赴东北沈阳新成立的东北航务总局和新建的北洋区海运管理局工作。1953年随着体制的调整，我转入上海海运管理局的大门，并伴随着她近四十年的成长。一路走来，中海集团已成为举足轻重的大型航运企业，真是感慨万分！
（一）
我从事热工节能，始于一次偶然。那是在1950年8月9日，奉命出差安东，搭乘一艘150吨载重的机动货船，主机是烧球式发动机，俗称“蹦蹦船”，在汽缸顶部罩有一个个小的“和尚头”。每次发动主机前，必须用火油喷灯将每一个“和尚头”烧红后才能将主机开动。“这种船机太落后了！太费油了！”每当我想起在英国学习时曾接触航空母舰，还特地拜访过的最大战列舰“密苏里”号（即日本签字投降所在的船），这么大的落差，刺痛我的心。
1951年，开始有起义北归的船到达大连，北洋区海运管理局正式成立。我从此走上了热工节能之路。如今早已耄耋的我，内心深处永远铭记一路走来的经历，自己的执着和毅然难以磨灭。我曾长期背着所谓政治历史问题的包袱（指为什么从英国回来），养成淡泊一生，埋头工作的习性，默默无闻地在“热工节能领域”耕耘，在不断推演和积累中找到了节能措施，创造了一定的节煤节油成果，为国家增加了财富。
（二）
从小船到大船，从“蹦蹦机”到蒸汽机、汽轮机，再到柴油机，似乎我经历了船舶技术发展历史的进程。首先在北洋区海运局接触大批起义北归的蒸汽机船，热工节能的基础工作是要建立船舶燃煤油技术消耗定额的考核制度和主机功率的测定调整。前者是累积数据，分析消耗作出标定；后者是跟船帮助船舶对主机示工图的计算分析，调整配合各气缸断汽率的最佳位置和气门匹配，发挥有效功率2%～3%。
上世纪五十年代后期，海运局尚未进入以调度为中心的船舶管理模式，一切是以机务管理为主，所以有机会跟船长共同探讨开船计划甚至决定主机使用的转速和船舶航速。大家都知道，减速航行的手段和方法远比高价改造和更新设备有利，而创造的节约价值是较高的，一个航次节约10～20吨煤是完全可能的。
首次与船长交锋，在开船前已明确被告知到达目的港的时间安排，我们就可以很容易计算出必须的航速、航行时间，最后确定主机的开度和转速。如某船从13海里/时减速到12海里/时，速度比12/13≤0.92，主机负荷减少75%，燃料消耗比为0.81，因此相应减速1海里/时，就可减少燃料消耗15%。不久，海运局的管理模式进入以调度为中心后，我们机务部门无权干涉船长开船命令，就此结束了特定的历史使命。
上世纪五十年代初期，国内业界仍处于蒸汽机时代。交通部组织苏联考察团访华，其中有航运企业的热工考察团。双方各自示范生火操作，同时由双方派遣的热工人员作热工测试，通过热效计算决定成绩。此前，我们总结出成套的“生火左右两次清炉法”，作为规范化操作在全局推开，后来由交通部推广实施。
这次中苏比试热工效率测定，凸显我方的“生火操作法”高于苏联方面2%～3%，他们心服口服。“生火操作法”的特点是：
1.焚火法的燃烧过程稳定，有利锅炉保养；
2.生火操作得力，有利于降低劳动强度；
3.测定热工效率高出苏方3个百分比。
热工节能工作逐步深入，不久全国范围（指烧火船）引发了机炉舱严重高温，船员面临60℃以上的环境温度下操作，这是一个残酷的事实。为了防暑降温急需依靠数百万元投入，安装大量通风设施，温度虽然有所下降，但又冒出了发电机超负荷频频“跳闸”的问题。当时我虽不是主管，但经过我现场了解，深知导致机舱高温的真实原因是由于设备老化。我在英国曾参观过美国最大主力舰“密苏里”号和航母，目睹了整个机舱动力设备外表都完整地包扎了一层绝热材料，而我们这些老旧船的机舱设施，有些都已破烂不堪，主副机设施系统甚至光秃秃得根本没有绝热包扎层，赤裸暴露的蒸排管系，将蒸汽热量全部发散出来。
提出要自行解决它，可在当时一切全无数据可查的情况下，只能去市科技图书馆翻阅国外的技术资料，竟然找到了国际船舶技术要求和方法，经过整理后的绝热包扎的整套计算要素重点在于求出最为经济的包扎厚度即热损失与投入费用的最佳优选点。全部报告经上级单位和领导核准后交修船科执行。一艘船的整套动力系统和装置若缺少绝热包扎设施，这种散热损失可达3%～4%。
当时，海运局一批运煤的主力船是自由轮，经过大跃进的“飞跃”，卸煤速度超越世界纪录，在上海港仅用了几个小时就能将万吨煤炭卸完开船。我关心他们是如何操作的。由于擅自将甲板起货机的蒸汽管系减压阀直接开通后导致起货机的汽缸漏气惊人，严重时泊港装卸的蒸汽供应需要多用一台锅炉供汽的问题也引起了我的警觉。想到蒸排汽管的流动阻力过大，可能这是核心问题之一，随即亲自动手对甲板蒸汽排气管系流通点先焊接装设若干压力表，观察卸煤操作过程中蒸汽流通的阻力变化，证实了很多管系口径安排不合理造成局部阻力过大，流通不畅。经过全部的系统流速阻力计算，重新合理安排管系的大小和布置，按新设计图择日改装。通过实测，证实了在快速卸煤过程中，蒸汽排气的漏泄基本消除，完全可以使用单台锅炉供气，从而节约大量燃料。
由于某大国单方面撕毁合同，使得海运局长期依赖国外进口的船用透平油陷入供油恐慌，船停航迫在眉睫。我通过查阅大量国外的船用润滑油的技术标准，在交通部支持下，会同石油部组织炼油厂共同详细研讨了有关在ASTM的抗氧化、抗锈蚀方面的特定性能要求和模拟实验可行标准，为炼油厂配置添加剂创造条件。不到半年，成功生产了国产船用透平油，亦为后来的船用柴油机油研制打下了基础。
余热利用量是热工节能技术的根本，船舶动力设备的热排放取决于燃料使用热效率。柴油机近乎近一半将损失的热量排放入大气中，试看下表所列：
nlc202309020941
在如此众多的热损失中，如有加以回收利用，主要是余热利用的回收。
因为当时大型船和大功率主机尚少见，也曾设想对增压空冷的利用余热产生热水，后因工作量较大，无能为力被搁置。攻关电站的排气加以利用，因为常常要多点一台锅炉来供气，但电站的负荷有时较低，波动大，余热利用难匹配。为解决这些矛盾，想到早已在陆地推广的余热制冷装置，船舶为使用空调改善生活，常常要多开一台发电机或多点一台锅炉，以满足供电和供气。如一艘船解决全船空调制冷量20万大卡的双效溴化锂制冷机组仅需20万大卡热供量即可，甚至热源为50℃～70℃的热水也可用来制冷。为此，与船舶设计院合作，首先在“和平28”轮使用发电机排汽，试作一台单效副机余热利用溴化锂制冷4万大卡机组供甲板船员舱室的空调使用。实效证明良好，无需照料，直到该船退役报废（共两年），继而又进一步在油轮试装20万大卡的机组，试供全部船员舱室，后因该油轮的余热量不稳定和振动问题使发生器结晶宣告失败。但查历史资料，这种设备早已在日本陆地和船舶成功使用。
总之，船舶余热利用的潜力极大，退休后又为地方企业航运公司开发了余锅炉的合作作为重点推广，但为数有限。
曾在七十年代后期借调到交通部，为落实总理提出的“节约燃油，增加出口”的指示，组织筹备直属水运船舶单位的“热工会议”，草拟了“船舶热工节约管理办法”，推动全国航运单位船舶的热工节能工作的开展。交通部举办第一期热工进修班，培训热工节能队伍，为了讲课需要介绍“国外航运船舶的节能技术”，较多查阅了世界各国节约能源的技术文献，编译了六篇文章，如船舶应用热流、均质器的未来、热管、未来船舶节能设想、柴油机余热利用、综合工业节能53个方法。
随着世界船舶节能的发展，现今已提高到国际号召节能减排的高标准要求，提出碳排放为全世界人民谋福利。有数据说明，世界航运企业每年碳排放量超过12亿吨，国际油轮约占全球总排放6%。
时代在前进，万万没有想到当今船舶节能工作已列入世界的主流——为节能减排出台一系列政策。IMO议定书从2013年开始400吨以上的船EEDI下降10%，到2024年再下降10%，2024年后要减排30%，到2050年要实现90%，甚至提出了柴油机可能就退出历史舞台了。虽然我们那时早已离开人间，但作为热工节能从事者是可以聊以自慰了。
目前世界航运船舶节能技术的发展新动向、新成果值得我们深思。如液化天然气的利用、生物混合燃料的使用、核能绿色燃料的使用、海上利用风筝风帆、用风能发电、太阳能利用、废气再循环、采用极低速航行。
从碳排放到碳税已看到节能减排的重大责任已落到世界航运企业，我认为中海集团应考虑迅速组织类似过去的热工节能专职机构，配备专职热工节能技术人员来担当如此高、新、难的节能工作。
热工性能分析 篇12
城市建筑主要通过外墙铺设保温材料的方法来提高外墙热工性能, 但由于铺设保温材料会造成建造成本增加, 为此一些农村地区传统民居的围护结构外墙则采取了空心墙的保温的方法, 如图1所示。本文对这种墙体构造的优缺点进行了分析研究, 重点对其热工性能进行了计算, 目的是对传统民居围护结构进行继承与改良。
1 传统民居外墙构造
1.1 几何构造
南方传统民居外墙几何构造如图2所示, 结合图1与图2可以看出, 该墙体主要由两层砖体和空气层构成, 两层砖体之间通过交错设置搭接砖连为一体。不同朝向的墙面交接处, 为了增强结构的稳定性, 主要为实体砖墙结构。墙体内墙面通常抹10~20 mm厚的石灰水泥砂浆, 墙体的外墙面部分建筑抹10~20 mm厚的水泥砂浆, 部分未抹灰 (砖体砌块裸露于室外空气中) 。
1.2 物理构造
南方传统民居外墙由内向外技术措施及热工参数如表3所示。其中复合砖体结构 (包含空气层部分) 热工参数待计算后确定。
1.3 此类构造的优缺点
1.3.1 优点
由于该墙体构造设置空气层, 所以墙体所用建材相对于实心墙体而言较少, 节省砖体砌块量与空气层的体积相同。同时, 由于空气层的设置使得墙体热工性能得以提高, 有利于建筑能耗的降低和室内热舒适水平的提高。可见, 该墙体构造具有节省材料与热工性能良好的优点。
1.3.2 缺点
由于该墙体构造设置空气层, 砖体立着砌筑, 导致砖块砌体不够稳定, 抗震性能差, 故不适于处于地震带或者抗震要求较高的地域。
2 热工计算方法
2.1 假设条件
(1) 假设墙体中间空气层不受砖体阻挡作用所造成的流体扰动的影响。
(2) 假设墙体中间空气层密闭性良好, 不受室内外空气渗透造成的影响。
(3) 忽略搭接砖与空气层接触部分之间的热传递。
(4) 假设室内外表面对流换热系数、材料导热系数为定值。
2.2 计算模型的建立
经过以上假设后, 可以认为经过墙体所造成的热传递主要包括两部分。第一部分为通过空气层墙体的传热, 包括五个阶段: (1) 热量以复合换热的方式传递给外墙外侧; (2) 热量以导热方式通过外墙; (3) 外墙内侧以复合换热的方式传递给内墙外侧; (4) 热量以导热的方式通过内墙; (5) 热量以复合换热的方式传递给室内环境。第二部分为搭接砖墙体的热传递, 包括三个阶段: (1) 热量以复合换热的方式传递给外墙外侧; (2) 热量以导热的方式通过搭接砖砖体墙; (3) 热量以复合换热的方式传递给室内环境。
2.2.1 空气层墙体的传热
(1) 外壁面对流换热。
墙体外表面和空气热量以复合形式换热, 该过程的热流密度可用式 (1) 进行计算:
式 (1) 中:q为通过空气层墙体热流密度, W/m2;h0为外墙外表面复合换热系数, W/ (m2·K) ;tf0为室外空气温度, ℃;tw0为外墙外侧表面温度, ℃。
(2) 外墙导热。
热量从外墙体外侧表面以导热的方式通过 (内墙与外墙计算方法相同) , 该过程的热流密度可用公式 (2) 进行计算:
式 (2) 中:tw1为外墙内侧表面温度, ℃;δ0为砖的厚度, mm;λz为砖的导热系数, W/ (m2·K) 。
(3) 空气间层换热。
热量以复合换热的方式通过空气层, 该过程可看作是有限空间中的自然对流换热, 墙体中的空气层为竖直壁夹层, 自然对流换热准则关联式及相关计算式如式 (3) 所示:
式 (3) 中:Nu为努谢尔特数;Gr为格拉晓夫数;H为空气层高度, m。
格拉晓夫准则:
式 (4) 中:g为当地的重力加速度, m2/s;α为体积膨胀系数, 1/K;δa为空气层厚度, mm;ν为空气在定性温度下的运动黏度, m2/s。
由此可得出当量表面传热系数:
式 (5) 中:he为当量表面传热系数, W/ (m2·K) ;λa为空气的导热系数, W/ (m2·K) 。
墙体辐射表面传热系数:
式 (6) 中:hr为辐射表面传热系数, W/ (m2·K) ;ε为砖的表面发射率;Cb为黑体辐射系数, W/ (m2·K4) 。
因此空气层复合换热表面传热系数:
式 (8) 中:h1为空气层复合表面传热系数, W/ (m2·K) 。
(4) 内墙导热。
热量从内墙体外侧表面以导热的方式通过 (内墙与外墙计算方法相同) , 该过程的热流密度可用公式 (2) 进行计算:
式 (9) 中:tw2为内墙外侧表面温度, ℃;δc为水泥砂浆的厚度, mm;λc为水泥砂浆的导热系数, W/ (m2·K) ;tw3为内墙内侧表面温度, ℃。
(5) 内墙面对流换热。
墙体内表面和空气热量以复合形式换热, 该过程的热流密度可用式 (10) 进行计算:
式 (10) 中:h2为内墙内表面复合换热系数, W/ (m2·K) ;tf1为室内空气温度, ℃。
2.2.2 搭接砖墙体传热
搭接砖墙体内外壁面换热计算公式同空气层墙体的传热过程, 按照式 (1) 与 (10) 计算。搭接砖墙体传热按式 (11) 计算:
式 (11) 中:q'为通过搭接砖墙体热流密度, W/m2;δ1为砖的长度, mm。
2.2.3 墙体平均传热
由此可以得出该墙体的总传热系数:
式中:K为墙体平均传热系数, W/ (m2·K) ;A为空心墙面积占整个墙面积的比例, m2/m2;B为实心墙面积占整个墙面积的比例, m2/m2。
换热计算采用试算法, 试算过程 (试算过程如图3所示) 要求各段热流密度误差控制在5%以内。
3 工程算例
3.1 案例概述
现以荆州地区一实际传统民居建筑为例进行计算。该建筑外墙墙体高3.3 m, 宽10.3 m, 所使用砖砌体尺寸为240 mm×115 mm×53 mm。
3.2 计算参数输入
由于不同季节, 空气温度不同, 将会影响空气层内部的流态, 进而影响空气层的热工性能, 故分别对夏季、过渡季、冬季的传热情况进行了计算。详细计算参数输入如表4所示。
3.3 计算结果与分析
不同季节工况下传统民居墙体传热系数计算结果如图4所示。从图中可以看出, 全年外墙传热系数在0.7 W/ (m2·K) 左右, 完全可以满足南方地区居住建筑节能设计标准的相关要求。可见, 其具有良好的热工性能。
为了解不同发射率对热工性能的影响, 以确定是否可通过改善空气层所接触壁面发射率来增加保温隔热性能, 故分别取发射率ε从0.9减小为0.4, 进行了热工计算, 计算结果如图5~图7所示。从图中可以看出, 发射率在该范围内变化时, 并不能引起墙体传热系数发生较大变化, 即通过在墙体内部设置普通铝板材料 (由于普通铝板等易于氧化, 严重氧化后的铝板发射率0.2~0.31之间[6]) , 对于增强墙体热工性能效果不明显。但设置抗氧化的金属材料则容易增加成本, 而且施工工艺困难, 故不建议在与空气层接触的表面设置低发射率材料。
以上热工计算是基于墙体中间空气层密闭性良好的假设进行的, 但对于一些老旧的传统民居 (如图1所示) , 由于其外墙外侧未抹灰处理以及一些其他因素, 导致室外空气通过渗透的方式进入空气间层, 这将会大大降低墙体的保温隔热性能, 建议实际使用过程中, 应加强墙体空气间层的气密性。
4 结论
围护结构内采用空气间层可减少传热量。由于空气间层传热是辐射与对流换热的综合过程, 对于该类型墙体构造, 加强墙体空气间层的气密性尤为重要, 一定要在内外墙均作相应处理;在空气间层壁面涂覆发射率小得反射材料 (如铝箔等) , 可以有效增大空气间层的热阻[8], 但对于涂覆易于氧化的材料, 则起不到明显效果。
本文推荐的传统民居外墙构造, 可在一些抗震要求不高的城市建筑填充墙中加以应用 (如处于非地震带的武汉、长沙等地) , 一方面可以节约工程建设成本, 同时还能起到良好的保温隔热效果以及降低建筑能耗的作用。
摘要：介绍了南方地区传统民居外墙的一种构造措施, 分析了该类型墙体的优缺点, 并通过建立数学模型, 计算了该墙体的热工性能。结果表明, 该墙体全年外墙传热系数在0.7 W/ (m2·K) 左右, 可以满足夏热冬冷地区与夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准的相关要求;对于该类型墙体构造, 加强墙体空气间层的气密性尤为重要, 一定要在内外墙均作相应处理;由于普通铝箔等氧化后辐射发射率明显升高, 所以在空气间层壁面涂覆非抗氧化性铝箔, 不仅对于提高隔热性能效果不佳, 还将造成施工工艺复杂。介绍的传统民居外墙构造可在一些抗震要求不高的城市建筑填充墙中加以应用, 一方面可以节约建设成本, 同时还能起到良好的节能效果。
关键词：传统民居,外墙,围护结构,建筑节能,自然对流换热,复合换热
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[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ75—2003, 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准.北京:中国建筑工业出版社, 2003Ministry of Housing and Urban-Rural Construction of the People's Republic of China.JGJ75—2003.Design standard for energy efficiency of residential buildings in hot summary and cold winter zone.Beijing:China Building Industry Press, 2010
[6] 中华人民共和国建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验疫总局.GB50736—2012.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范.北京:中国建筑工业出版社, 2012Ministry of Construction of the People's Republic of China, The People's Republic of China National Quality Supervision and Inspection and Quarantine Bureau.GB50736—2012.Civil building heating ventilation and air conditioning design specification.Beijing:China Building Industry Press, 2012
[7] 章熙民, 任泽霈, 梅飞鸣.传热学.北京:中国建筑工业出版社, 2007Zhang X M, Ren Z P, Mei F M.Heat transmission science.Beijing:China Building Industry Press, 2007