鍋爐領域中熱能與動力工程的實踐應用研究

蘇格毅，張雅雯

（中北大學朔州校區，山西 朔州 036000）

0 引言

熱能與動力工程在鍋爐領域中的實踐應用可以提高鍋爐的能源利用率，最大程度地發揮出鍋爐熱能的動力功效。近年來，隨著我國經濟水平和社會生產水平的不斷進步，人們在生產生活中對能源的依賴程度也越來越高，在為能源生產企業帶來發展機遇的同時，也加大了人類對能源的消費量以及因能源消耗而對環境造成的污染。為了緩解全球的能源壓力，降低能源生產對環境造成的危害，提高鍋爐能源的燃燒效率，相關工程技術人員提出了在鍋爐領域應用熱能與動力工程應用的觀點，為了使熱能與動力工程在鍋爐領域能夠發揮出最優作用，本文就鍋爐領域中熱能與動力工程的實踐應用進行研究。

1 鍋爐的工作原理及結構

鍋爐的工作原理主要是通過燃料燃燒產生熱能，再通過傳導裝置生產規定參數(溫度、壓力)和品質的蒸汽、熱水或其他工質的設備。鍋爐作為社會生產生活中應用最為普遍的一種能源轉換介質，其能源轉換效率與當前鍋爐技術水平的發展狀況相關，同時也對企業生產產品的質量起到了一定的輔助作用，因此，對鍋爐技術水平發展的研究將會對我國工業生產起到較大的影響[1-3]。

在我國的工業企業實際生產過程中，按照不同企業的產品需求，將鍋爐分為不同的類型和規格，但其工作原理都大致相同，都是將燃料燃燒的熱能轉變為機械能。我國是當今世界上鍋爐生產和使用最多的國家，在我國主要的生產活動中，鍋爐的應用方向主要有兩項：一是直接通過燃料燃燒直接為工業生產提供能源；二是為發電站提供能源，其中工業鍋爐在工業生產領域中的應用較為廣泛，例如化肥廠可用蒸汽汽化，以煤為原料，合成化肥，而發電站所使用的大多為專門的電站鍋爐，僅能為發電站所使用。鍋爐的結構主要可分為兩個部分：即電氣控制部分及外殼部分。電氣控制系統是整個鍋爐系統的控制中樞，用戶通過自動控制系統來調節鍋爐系統的運行。外殼主要分為兩個部分：底部外殼和表面外殼。底部外殼的主要作用是為鍋爐燃燒提供運行支持，支持鍋爐燃燒，通常在底殼處安裝了對應的交換器及電子控制裝置，保證整個鍋爐系統運行的連續性和穩定性，表面外殼的作用主要是防止外界煙塵等雜物飄入鍋爐內對鍋爐系統元器件造成損害，影響鍋爐的正常運行，對鍋爐起到保護作用。

2 熱能與動力工程在鍋爐領域的主要應用

熱能與動力工程是一門以工程熱物理學為理論研究基礎，運用機械工程學、工程力學、自動控制、環境科學和計算機電子技術等學科的知識理論研究內燃機及其動力機械發展方向的課程。要使鍋爐系統在能源轉換中能發揮出最佳的效果，就需要針對鍋爐具體的運行情況，結合熱能與動力工程理論知識進行充分研究分析提高鍋爐能源利用效率。隨著我國能源資源的日益緊張，各工程研究人員對關于能源利用的高新技術也得到了巨大的發展，鍋爐領域的技術進步離不開高新技術的引入引用，在提高能量轉化效率的同時，提高能量轉化的質量，降低各類污染物的產生排放，為我國工業整體水平的進步和電力行業的發展提供技術支持[4-6]。

2.1 熱能與動力工程在鍋爐風機方面的應用

鍋爐風機的性能對提高鍋爐系統的燃燒質量，保證能源利用率起著至關重要的作用，性能卓越的風機可以最大化將鍋爐周圍的空氣鼓入鍋爐內部，從而將鍋爐的燃料質量以及燃料率提高。

隨著我國經濟生產對能源的需求量越來越高，在工業生產中采取有效措施實現節能降耗的生產目的，緩解我國能源資源緊張的現狀具有重要意義。在企業長期實際經營生產過程中，工程技術人員發現，在鍋爐的實際運行中，若適當延長鍋爐風機的運行時間，則鍋爐的能源消耗則會減小，但是若鍋爐風機在長時間的連續運行下，自身產生的大量熱能又會燒毀風機電機，對風機的正常運行造成損害，進而影響鍋爐的使用。利用熱能與動力工程中的理論對鍋爐風機進行技術改造，盡可能延長風機的運行時間。因為鍋爐風機內部系統構造較為復雜，普通的溫度檢測設備無法精確測量在運行過程中鍋爐風機內部的溫度，并且，由于當前我國溫度監控技術的條件限制，暫時無法對風機的運行溫度進行實時監控的技術設備，這也成為了無法有效控制鍋爐在運行時能源消耗的主要原因之一。熱能與動力工程中的理論技術可以定量分析風機葉片中從各方向流入的燃燒速度，將收集到的數據反饋給計算機，由計算機程序建立起風機的模擬運行狀態二維模型，最終實現的對風機溫度的實時監控。

2.2 熱能與動力工程在鍋爐燃燒控制方面的應用

在工業生產過程中，對鍋爐燃燒器進行精確自動化控制，對保證鍋爐風機溫度安全，節約鍋爐燃料消耗，提高鍋爐燃燒效率具有重要意義，實行對燃燒器進行自動控制可以有效實現對鍋爐燃燒的實時控制，在實際的生產應用中主要分為以下兩種[7-8]。（1）空燃比例連續控制系統。空燃比例連續控制系統運行原理主要是通過熱電偶分析鍋爐內部的燃料燃燒情況，將檢測數據傳輸給自動控制系統與設定數值進行比較分析，運用積分運算得到閥門開啟度的控制比例關系，進而實現對鍋爐燃料和鍋爐內部空氣的比例關系，實現對鍋爐風機的溫度控制。（2）雙交叉限幅控制系統。雙交叉限幅控制系統的工作原理是利用溫度傳感器和熱電偶對鍋爐風機運行的實際溫度進行精確測量并形成電信號，將該溫度與預選儲存在上位機中的期望溫度進行對比分析，計算出兩個溫度數據之間的偏差值，再由自動控制系統調整燃料與空氣流量閥門的開合程度，借助對鍋爐燃燒使用燃料的量進行控制，實現對風機溫度的準確控制。

3 熱能與動力工程在鍋爐領域的主要應用問題

3.1 熱能與動力工程在鍋爐風機的應用中存在的問題

風機在鍋爐中的主要作用是增加燃燒室內的氧氣含量，起到助燃的作用，使燃燒更充分、更徹底。隨著當前工業生產對能源需求量的逐漸增加，鍋爐的運行時間逐漸延長，風機裝置由于沒有隨之進行改進，所有風機裝置在實際的持續運行產生越來越大負荷情況下，經常會發生燒壞電機的情況，導致系統受損，不僅會對工業生產造成巨大影響，降低鍋爐使用企業的生產效益，甚至會對鍋爐生產人員的生命安全造成威脅，因此，只有合理地引入熱能與動力工程技術，針對實際情況對風機進行科學化改造，才能更好地保證鍋爐的正常運行，保障生產企業及運行人員的生命財產安全[9]。

3.2 熱能與動力工程在鍋爐熱能效率應用中存在的問題

鍋爐在對燃料燃燒產生的熱能進行吸收轉化時，會有相當一部分熱能會隨著煙氣的排放而損失熱導致歸路熱能不足，進而影響到鍋爐燃料的燃燒量，同時，一些固體燃料如煙煤、生物質燃料在鍋爐中并沒有充分燃燒，導致更嚴重的熱能損失情況出現，這類熱損失現象對鍋爐的應用價值造成了嚴重的影響，最終導致鍋爐的熱效率大大降低，并且增加鍋爐燃燒而產生的煙氣和粉塵，不符合當前“節能降耗，減污增效”的清潔生產發展理念。

3.3 熱能與動力工程在鍋爐燃燒控制應用中存在的問題

燃燒系統作為整個鍋爐系統運行的核心部分，提高鍋爐燃燒系統的運行效率是提高整個鍋爐燃效的關鍵。根據鍋爐運用的熱能動力，工業鍋爐燃燒的控制系統就是在單回路控制、串級控制、比值控制、前饋控制等控制方式下，通過調節燃煤量、燃煤與空氣比例、進風量、引風量等參數，在保證安全的前提下，通過鍋爐的自動化控制來實現鍋爐燃燒產熱，滿足蒸汽負荷，實現生產任務。甚至如今一些高自動化鍋爐已經實現了鍋爐進料、除渣、給風速率、溫度控制全程自動化運行，提高了鍋爐的熱效率[10-11]。雖然如今已經實現了鍋爐自動化燃燒控制，但是其仍存在一定的控制力不足的問題，相關技術人員還需要針對控制缺陷根據實際情況進行研發改進，盡可能減少鍋爐控制系統存在的偏差問題。

4 結語

總而言之，作為一門現代新型工程學科，熱能與動力工程在鍋爐領域中的應用對于提高鍋爐的使用效率，促進我國能源行業發展具有重要意義。因此，相關研究人員應當加強對熱能與動力工程學科的研究力度，利用專業知識，在實踐中不斷研究探索，研究出促進熱能與動力工程在鍋爐領域的應用措施，最終推動我國熱能與動力工程及能源行業的進步。