熱能與動力工程在鍋爐領域的應用分析

閆天明

(中國能源建設集團廣東省電力設計研究院，廣東廣州 510663）

熱能與動力工程在鍋爐領域的應用分析

閆天明

(中國能源建設集團廣東省電力設計研究院，廣東廣州 510663）

在介紹鍋爐結構的基礎上，對熱能與動力工程在鍋爐風機監控及燃燒控制中的應用進行了研究，并探討了熱能與動力工程的發展方向。

熱能與動力工程；鍋爐；應用

0 引言

經濟的持續提升需要有充足的能源作支撐，當下能源日益緊張，提高能源的利用率是經濟發展的關鍵。在我國的工業生產中鍋爐有著非常廣泛的應用，是能源轉換的主要媒介，同時也是熱能與動力工程最為主要的研究對象。我國雖然資源儲備量大，但是由于一些企業的無節制開采，能源被大量浪費，加之我國人口基數大，人均資源量很少，僅為全球人均水平的60%左右，能源業已成為制約經濟發展的關鍵性因素。

煤炭燃燒后會產生二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮等對動植物生存、土壤環境產生威脅的有害氣體。所以，努力研發新的脫硫技術，減少有害氣體的產生和對環境的污染危害，將煤炭資源較為高效地轉化和利用，成為一項十分艱巨的任務。我國能源利用率較低，在鍋爐領域有著較大的改善和提升空間。首先，要做好階段性目標和總體目標的規劃，這樣才能在充分了解熱能與動力工程的基礎上規避風險；其次，要充分了解鍋爐的運行原理，提出可行性方案，有的放矢地進行建設；最后，要提升熱能與動力工程的應用創新水平和人才培養力度，推進熱能與動力工程的發展。

1 鍋爐結構分析

鍋爐作為能源轉換設備，能夠將燃料中的熱能轉換成電能、化學能、光能等。鍋爐是工業生產的動力源，鍋爐的技術水平直接決定工業的發展程度。根據用途、外形、內部結構的不同，鍋爐可以分為許多種類，但其本質都是相同的，都是能源轉換裝置。在我國大量應用的鍋爐大致有兩種:工業鍋爐和電站鍋爐。前者應用范圍較廣，在鋼鐵、機電生產、礦產加工等行業都有應用，后者主要應用在發電廠，是火力發電廠主要的供能設備。

鍋爐包括外殼和電氣控制部分。外殼可以分為底殼和面殼兩部分，其中每個部分都有不同的作用，底殼承擔著鍋爐燃燒的任務，是鍋爐燃燒的主要環節，底殼上有熱交換器和電控盒等部件，通過底殼的連接鍋爐形成一個整體結構，從而保證其能夠更好地與其他部分進行連接。面殼的主要作用是防止灰塵等進入鍋爐內部，它能夠更好地保護鍋爐，從而延長鍋爐的使用壽命。電氣控制部分是鍋爐的核心部件，對于控制鍋爐的燃燒及其他各項工作有著重要的作用。現如今，鍋爐的控制都已經實現了自動化，這對于鍋爐的燃燒控制和熱平衡控制都有著非常好的效果，能夠更好地提高鍋爐燃燒的效率及熱能利用率，從而減少資源的浪費。

2 熱能與動力工程在鍋爐領域的應用

熱能與動力工程以機械工程學和跨熱能動力學為理論基礎，研究熱能和機械能之間相互轉化的規律，探究在生產中如何持續保持最優的能量轉化效率，具有很強的工程專業性。熱能與動力之間的轉化是熱能與動力工程的研究主體，我們在加強對熱能與動力工程研究的同時，還要注意對機械工程、工程熱物理等多種領域的研究。鍋爐涉及熱能和動力工程的方方面面，并且有著一定的系統性，因此，鍋爐運行屬于熱能與動力工程的研究內容。隨著信息技術、自動化技術的發展，熱能與動力工程和自動化技術的結合應用成為鍋爐發展的一個重要方向，綜合應用多種學科，充分發揮熱能與動力工程的重要作用，才能進一步提高鍋爐的運行效率，從而為我國國民經濟發展打下良好的基礎。

2.1 熱能與動力工程在鍋爐風機監控中的應用

鍋爐在工作中必不可少的一個裝置就是風機，風機將外界含有氧氣的氣體送入鍋爐中，來促進爐中燃料的燃燒。社會經濟的發展對能源的需求不斷增加，因此延長鍋爐風機運行時間可以有效提升鍋爐的能源供應能力。但是盲目增加風機的工作量，在長時間運行中風機就會產生大量的熱量，加上和鍋爐距離較近，風機得不到有效降溫，就會被燒壞，這非但起不到增加供能的目的，反而會由于風機被燒壞影響鍋爐的正常工作。針對上述矛盾，運用熱能與動力工程的基本原理來改善風機的運行狀況，在風機運行過程中找出正常工作和散熱之間的平衡點是關鍵。

風機內部結構十分復雜，利用常規的測量方式難以得到有效的溫度數據，受到技術發展的限制，目前尚沒有可行的電氣技術方案能實時直接地對風機的運行溫度作出監控。現在可行的一種解決措施是應用熱能與動力工程研發軟件，從不同的方向來測定流入風機葉片燃料的速度，并通過創建數值模擬的二維模型，然后進行網格劃分，最后利用求解器求出所需結果，也就是鍋爐風機翼型邊界層分離和攻角的關系。當然，這種方式雖然有一定的效果，但仍然存在一定的溫度誤差。

2.2 熱能與動力工程在鍋爐燃燒控制中的應用

鍋爐的燃燒控制是調整能量轉換幅度的核心技術，在當今社會，鍋爐由人力向爐內填充燃料逐漸轉型為步進式自動控制填充燃料，更加先進的鍋爐甚至使用全自動燃燒控制。根據其運用熱能與動力自動控制技術的不同，鍋爐的燃燒控制分為以下兩種:

(1）以燒嘴、燃燒控制器、電動蝶閥、熱電偶、比例閥、流量計、氣體分析裝置以及PLC等部件組成的空燃比例連續控制系統。這種燃燒控制系統是由熱電偶檢測出數據傳送至PLC，與其本身設定的數值進行比較，偏差值通過使用比例積分及微分運算輸出電信號，同時分別對比例閥及電動蝶閥的開合程度進行調節，從而達到控制空氣與燃料比例、 調節鍋爐內溫度的目的。此種方式溫度控制并不十分精確，需要仔細確認額定數值。

(2）由燒嘴、燃燒控制器、流量閥、流量計、熱電偶等組成的雙交叉限幅控制系統。其工作原理主要是通過溫度傳感器和熱電偶把需要進行精確測量的溫度變成電信號，這個電信號即測量點的實際溫度，此測量點溫度期望值是由預先存貯在上位機中的工藝曲線自動給定的，根據這兩個數據之間偏差值的大小，由PLC自動調整燃料與空氣流量閥門的開合程度，通過電動運行機構的定位及空氣和燃料的比例控制，并借助孔板和差壓變送器測量空氣的流量，采用一個專用的質量控制裝置來控制燃料量，從而使溫度精確地控制在需要的數值上。

3 熱能與動力工程的發展方向

熱能與動力工程的應用范圍十分廣泛，不僅僅是在鍋爐領域，在機車內燃機控制、空調制冷等方面它也都有著很好的應用前景。

(1）熱能動力及控制工程方向(含能源環境工程方向），關注熱能與動力測試技術、鍋爐原理、汽輪機原理、燃燒污染與環境、動力機械設計、熱力發電廠、熱工自動控制、傳熱傳質數值計算、流體機械等知識。

(2）熱力發動機及汽車工程方向:關注內燃機(或透平機）原理、結構、設計、測試，燃料和燃燒，熱力發動機排放與環境工程，能源工程概論，內燃機電子控制，熱力發動機傳熱和熱負荷，汽車工程概論等知識。

(3）制冷低溫工程與流體機械方向:關注制冷、低溫原理、人工環境自動化、暖通空調系統、低溫技術學、熱工過程自動化、流體機械原理、流體機械系統仿真與控制等知識。

4 結語

總而言之，熱能與動力工程在諸多領域都有應用，其在火電領域對于提高鍋爐運行效率和燃料燃燒率也有著突出作用，無論是改進鍋爐燃燒方式還是對鍋爐燃燒系統進行精細化控制，都涉及熱動知識體系。我國在鍋爐燃燒水平方面有很大的提升空間，綜合交叉應用其他學科的知識，深度探究熱能與動力工程在鍋爐運作和能源生產中的應用，可以促進我國能源利用率的不斷提高和經濟的不斷發展。謹希望本文能夠對實際的工程生產有一定的指導作用，由于筆者知識體系和實踐研究有限，文章尚存在一些不足之處，還望讀者包涵。

[1]齊盛.熱能與動力工程在鍋爐運用中存在的問題及解決對策[J].科技創新與應用，2014(17）:109

[2]田青.熱能與動力工程在鍋爐領域的應用探究[J].科技創新與應用，2014(19）:21

2014-10-14

閆天明(1979—），男，吉林長春人，工程師，研究方向:項目管理。