熱能與動力工程在鍋爐應用中的問題探析

摘" 要：熱能與動力工程在鍋爐中的應用是提高能源利用效率、優化燃燒過程和保障設備安全運行的關鍵。如何才能通過技術創新和管理優化，提高鍋爐的能源利用效率，減少能源浪費，這是當下很多企業面臨的重要課題。本文深入探討熱能與動力工程在鍋爐領域的應用情況，發掘當下的問題，提出解決措施，提高鍋爐的能源利用效率。

關鍵詞：熱能；動力工程；鍋爐應用

一、引言

熱能與動力工程在鍋爐中的應用對于提高能源利用效率和保障設備安全運行具有重要意義，但也面臨著一系列技術和管理上的挑戰。通過不斷的技術創新和優化，可以有效地解決這些問題，推動鍋爐領域的發展。

二、熱能與動力工程在鍋爐領域的應用現狀

（一）鍋爐設計與優化

在熱能與動力工程領域，鍋爐設計與優化意義重大，其核心在于通過精巧設計鍋爐結構來提升能源利用效能并削減污染排放。一方面，科學規劃燃燒室布局，精心改良煙氣通道與煤粉噴嘴構造，使燃料在爐內充分燃燒，促使熱能轉換效率達到峰值，實現能源的高效利用。另一方面，積極引入新材料與前沿技術，同時采用智能燃燒優化手段，既契合環保規范，又能增強企業在市場中的競爭實力，推動鍋爐領域邁向綠色低碳高質量發展新征程[1]。

（二）鍋爐控制與自動化

應用先進的控制系統和自動化技術，實現對鍋爐的智能化管理，這包括自動控制系統的設計與應用，實時監測鍋爐運行狀態，并根據需要進行自動調節。自動化控制技術可以減少原材料消耗、保障產品質量、改善勞動條件、優化生產工藝和管理體制，加速產業結構的有效變革及信息化進程。鍋爐控制與自動化技術的發展和應用，不僅提高了鍋爐的運行效率和安全性，還促進了能源的節約和環境的保護。隨著技術的不斷進步，鍋爐控制與自動化將繼續向智能化、精準化方向發展。

（三）空燃比例連續控制

通過熱電偶檢測鍋爐內部燃燒情況，將檢測結果傳輸給PLC，與預設參數比較后，通過微分運算和比例積分運算的方式輸出相應的差值，控制比例閥和電動碟閥，實現對鍋爐內部燃料和空氣比例的控制，掌控鍋爐內燃燒溫度。

（四）鍋爐風機監控

熱能與動力工程在鍋爐風機監控中，通過改良原有風機的運行機制，盡可能延長風機運行時間，同時分析不同方向流入風機葉片的燃燒速度，并借助構建二維模型的方式描述風機的運行狀態，得出對應的溫度數據，以延長風機運行時間。

三、熱能與動力工程在鍋爐應用中存在的問題

（一）能源轉化率問題

盡管熱能與動力工程在鍋爐中的應用提高了能源轉化效率，但目前我國針對鍋爐熱能方面的研究還比較少，距離理想的水平還存在一定的差距。鍋爐效率方面，我國鍋爐的能源利用率約為33%，與世界先進水平相差10個百分點，節能潛力巨大。排煙溫度方面，較低的排煙溫度有利于提高鍋爐效率，因為過高的排煙溫度可能意味著煙氣中攜帶的熱量未被充分利用，這方面的技術還需進一步提高。余熱方面，電廠鍋爐在發電過程中會產生大量余熱，這部分熱量若能得到有效利用，將對提高能源利用率、降低能源消耗具有重要意義，目前我國電廠鍋爐余熱利用水平相對較低，余熱資源尚未得到有效開發。

（二）風機溫控問題

鍋爐風機溫控問題是指在鍋爐運行過程中，對風機溫度進行有效控制的一系列技術和管理挑戰。這些問題直接影響風機的穩定性、壽命以及整個鍋爐系統的安全和效率。例如，軸承異常、冷卻時間不足、潤滑效果不好等因素可能導致風機軸承溫度過高。風機運行過程中出現異常振動，可能導致噪音增大、軸承損壞等問題。電機無法啟動、運行不穩定或電流、電壓異常。葉片長期使用后出現磨損，導致風量減小、噪音增大。風機長時間運轉生成的熱能多，如果忽視降溫處理，會導致風機燒毀，降低能量轉換效率。

（三）燃燒控制問題

鍋爐燃燒控制問題是指在鍋爐運行過程中，對燃料燃燒過程進行有效控制的一系列技術和管理挑戰。這些問題直接影響鍋爐的效率、安全性以及環保性能。例如，鍋爐的燃燒效率代表著完全燃燒的程度，若燃燒不充分，會導致氣體不充分燃燒損失和固體不完全燃燒損失增大，使鍋爐燃燒效率降低。燃料和空氣比例不合理會導致燃燒不完全，影響鍋爐效率和排放。爐膛負壓控制不當可能導致燃燒不穩定，影響鍋爐效率和安全性。排煙熱損失是鍋爐熱損失中比例較大的部分，直接影響鍋爐的熱效率。機械未完全燃燒熱損失會導致鍋爐效率降低。未能充分利用鍋爐排放的余熱，會導致能源浪費。鍋爐控制系統設計不合理可能導致燃燒控制不精確，影響鍋爐效率和穩定性。燃燒控制直接影響鍋爐運行期間的能量轉換，依靠燃燒控制技術可以起到能量轉換的調節作用，是提高能源轉換效率的關鍵方式之一。但現有的燃燒控制技術可能無法達到精細化的管理目標[2]。

四、熱能與動力工程在鍋爐應用中存在問題的解決措施

（一）能源轉化率問題的解決措施

可以通過優化燃燒器設計和調整空氣與燃料的混合比例，實現更充分的燃燒，減少氮氧化物排放，同時提高燃燒效率。在更高的溫度和壓力下進行燃燒，也可以提高燃燒效率和熱效率。另外，可以采用模糊控制、自適應控制和智能控制等技術，根據實時運行狀態和外部負荷變化自動調整燃燒參數和熱交換條件。在鍋爐尾部安裝省煤器和空氣預熱器，回收煙氣中的余熱，提高熱效率。及時對鍋爐進行維修保養，延長使用壽命，控制煤炭原料和機械參數。通過上述措施，可以顯著提升鍋爐的能源利用效率，減少能源浪費，并降低環境污染。

（二）風機溫控問題的解決措施

在鍋爐運行過程中，風機溫控問題至關重要，關乎系統的安全、穩定運行和經濟效益。為此，需要采用 PLC（可編程邏輯控制器）與變頻器構建的自動控制系統對鍋爐風機予以精準掌控。該系統憑借其高度自動化與智能化的特性，不但能夠保障鍋爐始終處于優良的運行狀態，達成節能降耗的目標，而且控制精準可靠、操作便捷簡易，極大地提升了鍋爐操作的安全性。

在具體的運行機制方面，借助自動/手動切換開關可對引風機和鼓風機分別實施變頻啟動或軟啟動操作，同時系統能夠實時判斷風機是否存在急停、故障、停機等異常狀況。為確保設備運行順序的合理性，引風機啟動 2 分鐘后才允許啟動鼓風機；停機時，必須先關停鼓風機，等待 5 分鐘后再停止引風機。當變頻器突發故障時，系統可自動切換至手動控制模式，以工頻運行維持設備基本運轉，待故障排除后，又能迅速恢復至高效的變頻運行狀態。

此外，借助現代信息技術，可通過手機 APP 或電腦網頁對變頻系統的運行狀態及各類數據進行實時、全方位的監控，顯著提升系統的監控能力與響應速度。通過嚴格要求出水溫度穩定在 80℃、回水溫度維持在 40℃以及出口壓力保持在 50Pa，并對這些關鍵參數進行精確把控，從而確保鍋爐系統的穩定運行。通過上述一系列綜合性措施的有效施行，能夠切實解決鍋爐風機溫控問題，全面提升鍋爐系統的安全性、穩定性與經濟性，為工業生產提供堅實可靠的動力保障。

（三）燃燒控制問題的解決措施

可以利用網絡動態建立燃煤鍋爐的NOx排放濃度和鍋爐煤耗的綜合優化模型，并實現模型參數的滾動優化，以保證模型的辨識能力和泛化能力，實現燃煤機組大范圍變負荷的動態優化。基于建立的優化模型，應用改進型量子蜂群算法優化一二次風量、燃煤量和各二次風門開度來實現鍋爐燃燒優化。另外，采用先進的燃燒器，提高燃油的燃燒效率，降低能耗。通過改善燃燒室外形、結構等，可有效改善燃燒效果。必要時，可以采用鍋爐煙道及爐膛CO網格式多點在線監測方法，實時采集煙道或爐膛側的煙氣；構建CO-鍋爐效率及CO-NO內在關聯關系模型，采用CO/O2雙參量的鍋爐動態燃燒評價方法；構建基于CO/O2雙參量的鍋爐動態智能燃燒模型，解決鍋爐高效燃燒、低氮排放、高溫腐蝕/結焦三者之間的矛盾。還可以通過鍋爐燃燒、脫硫脫硝優化、大數據自主尋優、機爐網協同、管網模擬優化，降低工藝控制波動、實現節能降耗、提升鍋爐效能。利用平臺+AppS模式，實現鍋爐汽機等裝置生產運行監控、裝置性能與安全預警、健康度診斷等，全面提升熱電企業自動化、數字化、智能化運營管控水平。通過實施上述措施，可以有效解決鍋爐燃燒控制問題，提高鍋爐的燃燒效率和熱效率，降低環境污染，確保鍋爐的安全、經濟運行[3]。

五、結束語

熱能與動力工程在鍋爐領域的應用顯著提高了鍋爐能源轉換率。通過優化鍋爐設計、提高燃燒效率等措施，可以節約能源和降低成本。未來的研究和應用將進一步優化鍋爐設計，提高燃燒效率和熱能利用率，減少污染物的排放，并結合智能化技術提高設備的可靠性和安全性。

參考文獻：

[1]郭長清。電廠鍋爐方面對熱能與動力工程的應用創新[J].中文科技期刊數據庫（引文版）工程技術， 2024（003）：000.

[2]杜航。關于熱能與動力工程在鍋爐中應用問題的探討[J].中國科技期刊數據庫 工業A， 2022（4）：3.

[3]趙亮，郝羊兵，龐連輝。熱能與動力工程在鍋爐中應用問題的創新[J].城市周刊， 2022（15）：73-75.

作者單位：華能（大連）熱電有限責任公司