鍋爐應(yīng)用中熱能與動(dòng)力工程的具體研究

李坤

中國電建集團(tuán)山東電力建設(shè)第一工程有限公司 山東 濟(jì)南 250100

引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展背景下，人們生產(chǎn)生活對(duì)能源資源的需求也日漸提高，在帶動(dòng)能源生產(chǎn)企業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，因能源消耗出現(xiàn)的環(huán)境污染問題也愈發(fā)嚴(yán)峻。為有效緩解能源資源壓力、提高鍋爐能源燃燒效率和降低生產(chǎn)對(duì)環(huán)境帶來的影響，相關(guān)工程技術(shù)人員提出了熱能與動(dòng)力工程在鍋爐領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用的觀點(diǎn)，由于熱能與動(dòng)力工程是以跨熱能動(dòng)力工程及機(jī)械工程為理論基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械和熱能之間能量有效轉(zhuǎn)換，整個(gè)過程需要對(duì)鍋爐在燃燒過程中需要的動(dòng)力值進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，并通過在鍋爐設(shè)計(jì)中貫徹?zé)崮芘c動(dòng)力工程原則，達(dá)到提高燃燒效率和節(jié)能環(huán)保目的[1]。鑒于此，對(duì)熱能與動(dòng)力工程在鍋爐領(lǐng)域中的具體應(yīng)用展開研究與分析。

1 鍋爐工作原理及結(jié)構(gòu)

1.1 工作原理

鍋爐的工作原理就是通過燃燒燃料使之產(chǎn)生熱能，并經(jīng)過傳導(dǎo)裝置生產(chǎn)符合規(guī)定參數(shù)和品質(zhì)的蒸汽、熱水等的設(shè)備。鍋爐作為工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用最為普遍的一種能源轉(zhuǎn)換介質(zhì)，并且能源轉(zhuǎn)換效率與鍋爐技術(shù)水平密切相關(guān)，甚至還會(huì)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生極大影響。實(shí)際生產(chǎn)過程中，雖然需要根據(jù)產(chǎn)品不同需求對(duì)鍋爐類型和規(guī)格進(jìn)行科學(xué)合理選擇，但是鍋爐運(yùn)用工作原理都具有一致性，即將燃燒的熱能有效地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，應(yīng)用方向主要有直接通過燃燒燃料為工業(yè)生產(chǎn)提供能源和為發(fā)電站提供能源兩種[2]。

1.2 鍋爐結(jié)構(gòu)

鍋爐主要是由外殼和電氣控制兩部分構(gòu)成，其中外殼包含底部外殼和表面外殼兩項(xiàng)內(nèi)容，底部外殼主要發(fā)揮支持鍋爐燃燒作用，實(shí)際運(yùn)用通常會(huì)在底殼安裝交換器、電子控制裝置等，切實(shí)保障鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定和連續(xù)，表面外殼則主要發(fā)揮防止外界煙塵進(jìn)入鍋爐內(nèi)部作用，一旦引發(fā)系統(tǒng)元器件損壞，鍋爐正常運(yùn)行也勢(shì)必會(huì)受到影響[3]。此外，電氣控制作為整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的控制中樞，通過電氣控制系統(tǒng)發(fā)揮作用，可以實(shí)現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)化控制和有效調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鍋爐有效保護(hù)。

2 熱能與動(dòng)力工程在鍋爐中應(yīng)用需要面臨的問題

當(dāng)前，在鍋爐中應(yīng)用熱能與動(dòng)力工程，為取得理想效果，就要對(duì)以下問題加以關(guān)注：①鍋爐風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)在鍋爐中主要發(fā)揮增加燃燒室氧氣含量作用，進(jìn)而達(dá)到使燃燒更加充分目的。隨著我國工業(yè)事業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)能源資源的需求量也不斷增大，在開展工業(yè)生產(chǎn)時(shí)鍋爐運(yùn)行時(shí)間不斷延長，而風(fēng)機(jī)裝置沒有考慮這一情況進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，持續(xù)運(yùn)行產(chǎn)生較大負(fù)荷情況下，電機(jī)燒壞、系統(tǒng)受損等情況也頻頻發(fā)生，不僅對(duì)工業(yè)正常生產(chǎn)帶來極大影響，還嚴(yán)重降低了企業(yè)生產(chǎn)效率，甚至還會(huì)對(duì)生產(chǎn)人員生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，這時(shí)候就要聯(lián)系實(shí)際情況，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行科學(xué)改造，以保障鍋爐正常穩(wěn)定開展工作[4]。②鍋爐熱能效率，鍋爐在對(duì)燃燒燃料所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行吸收轉(zhuǎn)化時(shí)，其中一部分熱能會(huì)跟隨煙氣進(jìn)行排放，所損失的這部分熱能，也會(huì)導(dǎo)致鍋爐生產(chǎn)熱能出現(xiàn)不足情況。與此同時(shí)，涉及的煙煤、生物質(zhì)等燃燒，在鍋爐中沒有得到充分燃燒，在加劇熱能損失狀況的同時(shí)，也引發(fā)更多煙氣和粉塵，不僅降低了鍋爐的熱效率，還引發(fā)嚴(yán)重環(huán)境污染問題，與當(dāng)今時(shí)代提倡的節(jié)能降耗和清潔生產(chǎn)理念相違背。③鍋爐燃燒控制，鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行中，燃燒控制占據(jù)著十分重要的地位，并且燃燒系統(tǒng)運(yùn)行效率高低也將直接影響到整個(gè)鍋爐燃效，通過單回路控制、比值控制、串級(jí)控制等在鍋爐燃燒控制中提供支持，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)量、燃煤量、燃煤與空氣比例等參數(shù)科學(xué)調(diào)整，在更好開展生產(chǎn)任務(wù)的基礎(chǔ)上，鍋爐生產(chǎn)安全性也能得到有力保證[5]。然而從實(shí)際來看，雖然現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使鍋爐自動(dòng)化燃燒控制水平得到極大提升，但是依然存在控制缺陷問題，需要加強(qiáng)研究與改進(jìn)，切實(shí)解決鍋爐控制系統(tǒng)偏差問題。

3 熱能與動(dòng)力工程在鍋爐領(lǐng)域中的具體應(yīng)用研究

3.1 爐內(nèi)燃燒控制技術(shù)

由于鍋爐能量轉(zhuǎn)化效率與爐內(nèi)燃燒效率存在十分緊密聯(lián)系，對(duì)爐內(nèi)燃燒加強(qiáng)控制，就可以使燃燒效率得到進(jìn)一步提高，并促進(jìn)能量有效進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在控制方法上就可以需要堅(jiān)持與時(shí)俱進(jìn)，使之由手動(dòng)控制向自動(dòng)化控制方向轉(zhuǎn)變，具體方法有以下兩種：①空燃比例聯(lián)系控制，當(dāng)前這一系統(tǒng)在鍋爐中已經(jīng)得到十分廣泛應(yīng)用，并通過該系統(tǒng)發(fā)揮作用，可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)夂涂諝獗壤行д{(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)燃燒過程有效監(jiān)控，整個(gè)燃燒效率也會(huì)明顯提高，實(shí)際操作時(shí)要取得較好燃燒控制效果，就要對(duì)溫度控制引起高度重視；②雙向交叉限幅控制，對(duì)該種方式進(jìn)行運(yùn)用，需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)控和對(duì)比，溫度測(cè)量工作也要加強(qiáng)關(guān)注，實(shí)踐中要充分利用溫度傳感器和熱電偶，對(duì)鍋爐風(fēng)機(jī)運(yùn)行溫度進(jìn)行測(cè)量，并將之與風(fēng)機(jī)期望溫度進(jìn)行比較分析，在準(zhǔn)確把握數(shù)據(jù)偏差值以后，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)燃料與空氣流量閥門的開合程度進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，并透過對(duì)鍋爐燃燒使用燃料量進(jìn)行合理控制，風(fēng)機(jī)溫度也能準(zhǔn)確把控[6]。

3.2 模擬鍋爐風(fēng)機(jī)翼型葉片

從現(xiàn)實(shí)情況出發(fā)，發(fā)現(xiàn)鍋爐葉輪設(shè)備配置較為復(fù)雜，一旦運(yùn)行過程中出現(xiàn)任何差錯(cuò)，進(jìn)行分析解決也十分困難，并對(duì)正常運(yùn)行帶來極大影響。同時(shí)，在遭遇這類情況時(shí)，通常不會(huì)對(duì)其展開緊密檢查和試驗(yàn)，涉及的鍋爐系統(tǒng)數(shù)據(jù)也不夠完善，這時(shí)候就要采取有效方法加強(qiáng)控制，實(shí)踐中可以采用模仿風(fēng)機(jī)翼型葉片方法，并對(duì)其二維模型進(jìn)行構(gòu)建，不僅可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)及范疇有效確定，還能對(duì)整個(gè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確把控，并保障風(fēng)機(jī)運(yùn)行達(dá)到實(shí)際工作要求。

3.3 調(diào)整燃燒技術(shù)

對(duì)于電廠鍋爐而言，再熱器多存在中間吸熱較少、左右吸熱較多問題，為保證鍋爐燃料燃燒充分，加強(qiáng)燃燒計(jì)算調(diào)整工作十分有必要，不僅可以縮小受熱面吸熱偏差，還能保證溫度控制在均勻狀態(tài)下[7]。實(shí)際操作中，除了要對(duì)上下擺角、二次風(fēng)門擋板等進(jìn)行檢查和調(diào)平以外，還要依托SOFA水平擺動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將氣溫控制在均勻狀態(tài)，通過調(diào)整燃燒技術(shù)以后，再對(duì)鍋爐內(nèi)部再熱器進(jìn)行使用，不僅可以吸收相應(yīng)熱量，還能保證鍋爐運(yùn)行處于平穩(wěn)狀態(tài)，鍋爐自身燃燒效率也能得到進(jìn)一步提高。

3.4 風(fēng)機(jī)優(yōu)化

風(fēng)機(jī)是鍋爐內(nèi)部最為重要的結(jié)構(gòu)，確保其運(yùn)行穩(wěn)定可靠，不僅可以減少鍋爐內(nèi)能損耗，還能提高實(shí)際能量轉(zhuǎn)換效率，然而受到技術(shù)條件制約，科學(xué)合理風(fēng)機(jī)發(fā)展體系還尚未形成，為實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)有效評(píng)定，就要充分借助實(shí)驗(yàn)?zāi)M手段，對(duì)氣體內(nèi)部流動(dòng)情況進(jìn)行分離實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合所得數(shù)值信息，進(jìn)行多組數(shù)據(jù)對(duì)比，在得到鍋爐風(fēng)機(jī)翼型邊界層分離和弓角間之間關(guān)系以后，并可以建立矢量關(guān)系圖展開更深一步研究，進(jìn)而達(dá)到鍋爐運(yùn)行時(shí)能源消耗有效控制目的[8]。

4 熱能與動(dòng)力工程發(fā)展趨勢(shì)分析

熱能與動(dòng)力工程是一門研究熱能與動(dòng)力轉(zhuǎn)化的學(xué)科，并且在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展中占據(jù)著舉足輕重的地位，再加上我國是人口和資源消耗的大國，加強(qiáng)熱能與動(dòng)力工程的相關(guān)研究，對(duì)能源工業(yè)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)也有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。要促進(jìn)熱能與動(dòng)力工程在鍋爐及其他領(lǐng)域中得到更加深入應(yīng)用與發(fā)展，就要對(duì)以下內(nèi)容引起重視：①改進(jìn)管理方式，實(shí)施全集成能源管理，不僅可以提高企業(yè)生產(chǎn)透明度，還能促使管理水平得到提升，實(shí)踐中最好聯(lián)系實(shí)際做好前期規(guī)劃工作，在配備好熱能與動(dòng)力工程系統(tǒng)裝備的同時(shí)，充分利用系統(tǒng)提供信息，為設(shè)備調(diào)度停運(yùn)、故障預(yù)防處理、檢修計(jì)劃安排等提供有力支持，并且在全集成能源管理下，實(shí)際生產(chǎn)效率與安全也能得到可靠保障；②加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，隨著熱能與動(dòng)力工程在各領(lǐng)域中不斷深化應(yīng)用，企業(yè)原本生產(chǎn)管控模式也會(huì)發(fā)生極大變化，并且要取得理想應(yīng)用效果，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整至關(guān)重要，特別是在能源使用、燃燒效率、產(chǎn)品品質(zhì)等方面，要求積極淘汰陳舊工藝技術(shù)和相關(guān)機(jī)械設(shè)備，并積極采用新設(shè)備和新技術(shù)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，在提升能源使用效率的同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與效益也會(huì)得到提高；③加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展背景下，各種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)也被融入熱能與動(dòng)力工程當(dāng)中，在更好適應(yīng)時(shí)代發(fā)展步伐的同時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)需求也能得到更好滿足，特別是在減少能源浪費(fèi)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面，在對(duì)熱能與動(dòng)力工程進(jìn)行運(yùn)用時(shí)，做好技術(shù)創(chuàng)新工作，不僅可以實(shí)現(xiàn)高效能源利用模式構(gòu)建，還能減少有害物質(zhì)排放，真正實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)；④增強(qiáng)燃燒控制，針對(duì)出現(xiàn)的通過人工使設(shè)備提供熱能情況，雖然可以確保設(shè)備穩(wěn)定開展工作，但是需要耗費(fèi)較多人力成本，不利于企業(yè)健康發(fā)展和創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益，這時(shí)候有效運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，對(duì)燃燒實(shí)施自動(dòng)化、智能化控制，不僅可以減少設(shè)備運(yùn)行偏差，還能保證運(yùn)行數(shù)值科學(xué)準(zhǔn)確，尤其是在溫度控制上面，借助先進(jìn)技術(shù)和軟件，可以對(duì)鍋爐燃燒控制器、燒嘴、流量閥、熱電偶等數(shù)值進(jìn)行觀察和計(jì)算，在提高實(shí)際工作效率的同時(shí)，溫度控制精準(zhǔn)性也能得到保證，并在工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行更加深入應(yīng)用。

5 結(jié)束語

本文是對(duì)熱能與動(dòng)力工程在鍋爐中具體應(yīng)用的研究，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域開展生產(chǎn)工作，對(duì)能源資源的需求日益增長，鍋爐燃燒燃料轉(zhuǎn)化為熱能存在的燃燒效率低、能源消耗較大、引發(fā)環(huán)境污染等問題也引發(fā)人們廣泛關(guān)注，而將熱能與動(dòng)力工程有效運(yùn)用到鍋爐領(lǐng)域當(dāng)中，就可以充分發(fā)揮提高燃燒效率、節(jié)能能源資源、減少安全事故、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等積極作用。然而從現(xiàn)實(shí)情況來看，鍋爐與熱能動(dòng)力工程相結(jié)合的研究還比較少，盡管熱能與動(dòng)力工程在鍋爐燃燒控制、風(fēng)機(jī)方面等已經(jīng)得到較為深入應(yīng)用，并取得一定提高燃燒效能和生產(chǎn)效率效果，但是要更好滿足實(shí)際企業(yè)生產(chǎn)需求，還要將理論與實(shí)踐有效結(jié)合起來，并在不斷創(chuàng)新中促進(jìn)熱能與動(dòng)力工程在鍋爐及其他領(lǐng)域中進(jìn)行深化應(yīng)用，進(jìn)而推動(dòng)我國工業(yè)事業(yè)朝著更好方向發(fā)展。