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城市集中供热系统热力站换热机组的系统建模及研究

作　者: 祁振强
导　师: 俞树荣
学　校: 甘肃工业大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 热力站、二段式换热机组动态数学模型、自动控制、实时监控
分类号: TU833.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

本课题旨在进行城市集中供热系统热力站换热机组的数学建模和自动控制研究及设计换热机组运行的动态模拟和实时监控软件系统。本文首先回顾了集中供热事业的发展和热力站换热机组在其中的重要地位，分析了现行换热机组温度调节效果不理想、热能利用率低的不足，说明了本课题研发的必要性和重要意义。针对传统结构配置的换热机组运行中表现出的不足，本文提出了二段式的结构配置，借助一段的减压阀及列管式换热器等部件，成功的把二段板式换热器的进口参数调整到其允许操作范围之内。两段式的结构既有效的保证了板式换热器的正常工作及高效换热特性的发挥，提高了换热机组的整体工作质量，又充分利用了热电厂的余热，实现了高效益的热电联产集中供热，并在实际工程应用中表现了良好的品质。本文综合应用热力学、流体动力学、自动控制理论等知识，在充分考虑了流体传输及热交换的诸多细节，并对机组进行合理的简化和假设的基础上，建立了换热机组的动态数学模型，并提出了bang-bang控制和PID控制相结合的控制算法。大量的仿真实验结果表明，该数学模型正确反映了换热机组工作的内在机理和本质，所提出的控制算法能对强非线性、大惯性和大时滞的换热机组温度调节进行有效的控制，而且响应速度快、鲁棒性好、控制精度高。同时，由于该算法简单明了、易于工程实现，可在化工、医药和集中供热等工业过程中推广应用。此外，本文还以实际应用为背景，应用北京昆仑通态自动化科技软件有限公司的MCGS工控组态软件，嵌入了我们所建立的数学模型和提出的控制算法，完成了热力站二段式换热机组运行动态模拟和实时监控系统的软件设计。该自动控制系统实现了换热机组运行的动态模拟和实施监控、数据查询、趋势图分析和简单的在线帮助等功能，实际运行结果较为满意。

全文目录

中文摘要  2-3
英文摘要  3-6
符号说明  6-7
第一章绪论  7-13
  1．1 课题研究的意义、目的及可行性论证  7-9
    1．1．1 课题研究的意义  7
    1．1．2 课题研究的目的  7-8
    1．1．3 研究的可行性论证  8-9
  1．2 国内外热力站供热机组的研究现状及发展趋势  9-11
    1．2．1 国内外热力站供热机组的研究现状概述  9-10
    1．2．2 热力站换热机组配置及运行的发展趋势  10-11
  1．3 课题研究中的难点  11
  1．4 本文研究的主要内容  11-13
第二章二段式换热机组的新型配置  13-23
  2．1 热力站供热机组的运营现状  13
  2．2 热力站二段换热机组新型配置  13-20
    2．2．1 二段式换热机组的主体配置  14-15
    2．2．2 安全阀及备用设备  15-16
    2．2．3 冷凝水排放系统  16
    2．2．4 定压补水系统  16-17
    2．2．5 水温自动调控系统  17-20
  2．3 热力站二段换热机组的安全运行  20-23
    2．3．1 投运注意事项  20-21
    2．3．2 运行调节  21
    2．3．3 循环水路突然大量失水时的处理  21
    2．3．4 安全运行事项  21
    2．3．5 冷凝水的利用  21-23
第三章二段式换热机组的动态数学模型研究  23-35
  3．1 过程模型化概述  23
  3．2 建模的总体思路  23-24
  3．3 换热机组动态数学模型的建立  24-32
    3．3．1 过程的简化和假设  24-25
    3．3．2 列管式换热器单元的动态数学模型的建立  25-30
    3．3．3 介质传输管路单元的动态数学模型的建立  30-31
    3．3．4 板式换热器单元的动态数学模型的建立  31-32
    3．3．5 换热机组的动态数学模型  32
  3．4 换热机组的动态数学模型的计算机仿真研究  32-35
    3．4．1 输入信号的选取  33
    3．4．2 模型的计算机仿真  33-34
    3．4．3 计算机仿真结果的评价  34-35
第四章换热机组自动控制的研究  35-45
  4．1 换热机组自动控制概述  35-36
    4．1．1 换热机组介质温度的自动调节  35-36
    4．1．2 换热机组介质压力的自动调节  36
  4．2 换热机组自动控制的研究  36-42
    4．2．1 控制系统的设计  37-38
    4．2．2 控制算法的研究  38-41
    4．2．3 控制器的设计  41-42
  4．3 换热机组控制器的计算机仿真  42-45
第五章换热机组运行动态模拟与实时监控软件的设计  45-59
  5．1 MCGS组态软件概述  45-47
    5．1．1 软件的功能和特点  45
    5．1．2 软件的系统构成  45-47
    5．1．3 软件的工作方式  47
  5．2 换热机组运行动态模拟与实时监控实现的总体方案  47-50
    5．2．1 目标工程简介  47-48
    5．2．2 工程实现方案剖析  48-50
  5．3 换热机组运行动态模拟与实时监控系统  50-59
    5．3．1 换热机组运行的动态模拟  50-51
    5．3．2 换热机组运行的实时监控  51-53
    5．3．3 趋势图与数据显示  53-55
    5．3．4 系统管理与工程安全机制  55-57
    5．3．5 其他功能实现  57-59
第六章总结  59-60
参考文献  60-62
致谢  62-63
攻读硕士学位期间所发表的论文  63

城市集中供热系统热力站换热机组的系统建模及研究

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