熱能與動力工程中的節能措施探討

吳臣

摘 要："十三五"以來我國城市化建設速度不斷提升，城市空間中人口密度也在不斷增加，直接導致電力需求持續旺盛。對比而言，我國電力系統建設速度遠落后于城市化發展速度，一旦出現用電高峰就會容易出現電力中斷、跳閘等現象。本文中筆者結合熱電廠為案例展開分析，探討熱能與動力工程中節能措施的必要性，分析其能源浪費的原因，并進一步針對熱能與動力工程的發展方向、節能措施提出可行性方案。

關鍵詞：熱能與動力工程，原因分析，節能措施，熱電廠

21世紀以來我國逐漸進入了信息化時代，社會各行業、各機構的正常運轉都離不開電力資源，同時作為熱能與動力工程的主導產業領域，加強其節能措施的研究具有重要現實價值。從學科角度分析，“熱能與動力工程”是一個典型的綜合型、應用型學科，其主體要素是涉及熱能動能設備、系統的設計、運行、控制、信息處理、環境保護、能源高效清潔利用等方面，就國內而言，主要面向熱力發電和電力公司、電力設計機構、大中型企業電力管理等；當前，中國經濟高速發展、城市化水平不斷提高、互聯網經濟體系日益完善，從電力滿足角度而言，熱能與動力工程節能研究至關重要，它是解決我國電能短缺、傳統發電生態環境污染和資源浪費的有效途徑。

一、熱能與動力工程中節能必要性

狹義上的“熱能與動力工程”探討，主要是從一門應用學科角度展開的，熱能以“能源”為對象實現清潔、高效的開發利用，其中能源類型既包括傳統的煤炭、石油、水能等，也包括風能、核能、光伏、生物能等新型能源；而“動力”則主要針對鍋爐、內燃機、制冷、發動機等機械系統而言；就目前來說，熱能與動力工程技術最主要的應用領域是電力行業，既要求提供充足、穩定和安全的電能，又強調綠色、環保和節約。

一方面，我國電廠生產主要以煤炭為主，客觀上這與我國的能源結構有直接關系。煤炭資源豐富，導致分布在全國各地的電廠中大量消耗煤炭的過程中，形成了巨大的資源浪費和環境污染。基于此，科學地利用熱能和動力工程技術，用以指導火力發電生產，是解決我國電力短缺、生態破壞和環境污染的有效途徑。其中，最為重要的是利用熱能和動力工程知識制定節能措施，實現電廠生產模式的優化。另一方面，我國當前的城市化戰略布局現狀要求必須合理地使用熱能與動力工程技術。“能源短缺”不僅僅作用于電力方面，更為廣泛地影響到社會各類產業的生產，進而阻礙經濟進步。因此，節能減排與高效利用的雙重約束下，利用熱能和動力工程符合國家發展戰略的要求。

同時，熱能與動力工程在電力產業層面的必要性，還表現在煤炭和石油兩大能源的平衡性層面。眾所周知，我國是一個“富煤貧油”的國家，一方面，煤炭為主的能源應用模式造成大氣質量嚴重的影響，如近年來備受關注的“霧霾”天氣，與燃煤有直接的關系。另一方面，當前我國是世界上最大的石油進口國，石油資源的匱乏也必然要求能源轉化效率的提高。

基于以上分析，熱能與動力工程中的節能措施直接關系到國民經濟健康穩定發展。

二、熱能與動力損耗主要原因分析

以發電廠為例分析，熱能與動力損耗的主要原因是能量轉化過程中的損失，先從熱能轉化為動能，再從動能轉化為電能；物理學的一個基本理論是，能量不會憑空消失也不會憑空產生，它只是不同形式之間的轉化，而這就涉及到一個轉化率的問題。很顯然，從熱能到電能的轉化不會毫無損耗。

具體原因相對復雜，通過分析包括三個方面的原因：（1）重熱現象。這種現象用來描述及其的第二次運轉中所消耗的熱能，即要維持機器設備運轉，本身就要消耗一部分能量，客觀上說電力生產設備越落后、管理手段越落后，所導致的無用功也就越多。它直接影響了電廠的生產效率和質量，并進一步造成電力生成的穩定性，降低電力品質。（2）節流調節不合理。發電作業中發電機組狀態不是一成不變的，動態變化的過程必然存在能量消耗，因此，能否實現發電機系統的穩定運轉，也是影響損耗的主要原因。（3）外部環境影響。如水蒸氣、雜質等會造成能量損失。

三、熱能與動力工程中的節能措施

結合前面提到的提到的“重熱現象”，根據相關的數據顯示，我國發電廠的重熱系數大概在4%-8%之間，重熱系數與發電廠的熱能重復利用的程度是成正比的，與熱能消耗的情況成反比。那么加強熱能與動力工程中的節能措旋的具體措施是什么呢？以下我們進一步展開分析。

第一，降低發電過程中出現的濕氣。值得一提的是，發電廠供電中相對于發電機組在運行的過程，主要遵循的是熱傳遞的原理，不僅產生大量熱能，同時還會產生大量的濕氣；而濕氣在揮發的過程中必然會帶走熱量，造成熱量的損失，直接導致發電機組發電效率的降低。加強對濕氣的處理是熱能與動力工程中的一項有效節能措施，從源頭上避免水蒸氣的形成。隨著時間的累積，發電機組的動葉上存留著一定的濕氣，會對動葉造成腐蝕的現象，因此，在發電系統中安裝一個去濕的裝置具有很大的必要性，另外還可以加裝一個循環的裝置，讓發動機組運轉過程中產生的濕氣得到有效的解決，在外界措施的影響下加快揮發的速率，減少熱能的損壞。

第二，加強對節流調節工作的控制。熱能與動力工程的節能措施還可以通過加強對氣流調節的控制工作來實現。在發電廠的運行過程中，會產生一定的節流損耗，要想提高發電廠的供電效率就必須加強發電廠對節流調節的控制工作，合理的利用弗留格爾公式，然后根據變工況的臨界狀態開展調節工作，使得級組的流量與級組前后的壓力平方差的平方根比成正比。為了更好的增強熱能與動力工程在發電廠的運用效果，立足發電廠的實際情況，結合弗留格爾公式所需要的條件，對外力條件和工作效率等進行計算，加強對汽輪機的監視工作和對流量的確認工作，結合所有的因素，推算出流動部分面積的變化情況，從而提高發電廠的效率。

第三，減少調壓調節的損失。減少調壓調節的損失，也是一項重要的節能措施，調壓調節的工作可以有效的增強發電廠發電機組的穩定性，另外還可以增強其負荷的承載壓力，提高供電的效率。但是就調壓調節的不足之處來看，在不符合經濟要求的條件下，很難實現在高負荷的運轉條件下的調壓調節工作，在發電的過程中，難免會產生蒸汽，導致熱能的損耗情況出現，因此加強對發電廠的施工技術和工藝的完善與改進工作具有重要意義，在時代的發展條件下，創新科技，研發新的產品，有效的減少調壓調節過程中出現的損失問題，從而實現對發電廠熱能與動力工程的技術應用效率的提高。

第四，注意一次調頻和二次調頻。所謂的一次調頻是一種被動的調頻措施，是通過調節發動機的轉速來實現調節的，但是這種調頻措施并不能對外界的數值進行準確的調節。而二次調頻是一種相對可靠準確的調頻措施，主要是在電網頻率的控制下，形成一定的數值，利用先對智能的調節預先設定的方程式，對發電廠的發電機組進行重組和分配，實現對數據的有效控制，從而實現發電廠用電效率的提高，節約能源。

四、結束語

總體而言，我國乃至全世界在未來的發展中對于電力需求越來越迫切，能源需求量也在不斷上升，通過熱能和動力工程技術的應用，可以有效地提高能源利用率，實現節能減排和環境保護。本文中筆者分析了熱能與動力工程中能量損耗的一半原因，也針對節能提出了相應的措施，主要是針對現階段的需求而言。在未來還需要進一步創新相關技術、設備和管理模式，才能發揮更好的節能環保作用。

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