節(jié)能減排技術(shù)在能源與動(dòng)力工程中的應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TK1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）05-0244-03

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.05.074

Abstract： To improve energy utilization eficiencyand reduce pollutant emissons，this paper analyze the application of energy saving and emisionreduction technologies inenergyand power engineering，and propose implementation strategies such as developing eficient combustion control systems，optimizing thermal cycle parameters，and improving equipment energy conversion effciency.Theresults indicatethatthe applicationof energysaving and emisionreduction technologies can significantlyreduce energy consumption，improve system operating eficiency，and provide a feasible path forachieving green and low-carbon development.

Keywords： energy conservationandemission reductiontechnology;energyand power engineering; combustion control

隨著能源需求的不斷增加和環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格，提升能源利用效率、減少污染物排放的重要性日益提升。本研究探討了節(jié)能減排技術(shù)在能源與動(dòng)力工程中的應(yīng)用，旨在提升系統(tǒng)效能，為實(shí)現(xiàn)低碳、高效的能源利用提供理論支持與實(shí)踐指導(dǎo)。

1節(jié)能減排技術(shù)在能源與動(dòng)力工程中的應(yīng)用價(jià)值

應(yīng)用節(jié)能減排技術(shù)，能有效提升能源與動(dòng)力系統(tǒng)的能效，并減少環(huán)境污染，為推動(dòng)綠色發(fā)展和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)提供技術(shù)保障。例如，應(yīng)用高效燃燒技術(shù)與智能化控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)燃料的精準(zhǔn)調(diào)控。采用低氮燃燒技術(shù)和空氣預(yù)熱器，能夠有效提高燃燒效率，減少燃料浪費(fèi)[。采用高效渦輪材料和先進(jìn)的冷卻技術(shù)，有助于提升汽輪機(jī)的熱效率并減少熱損失。

動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，避免產(chǎn)生無(wú)效能耗。在減少排放方面，采用脫硝技術(shù)和高效除塵器可以有效降低氮氧化物、二氧化硫等有害氣體的排放，提升汽輪機(jī)的環(huán)保性。使用高效換熱器和改進(jìn)熱交換材料，能夠顯著提高傳熱效率。采用高效電動(dòng)機(jī)和變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)負(fù)荷的精準(zhǔn)調(diào)控。

應(yīng)用節(jié)能減排技術(shù)，能夠提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，有效降低能耗。例如，使用高效換熱器，能夠顯著提高傳熱效率。采用智能化溫度監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以精確控制換熱過程，減少熱量損失，從而達(dá)到節(jié)能目的。采用高效電動(dòng)機(jī)和變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)負(fù)荷的精準(zhǔn)調(diào)控。在工業(yè)生產(chǎn)中，改造現(xiàn)有設(shè)備和應(yīng)用先進(jìn)的電機(jī)材料，能有效減少能耗和損耗。優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行管理和維護(hù)制度，能夠進(jìn)一步降低能耗，延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。

2.1機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)能力受限

火力發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)過程較為緩慢且效率低下，在電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)較大或需求峰谷差異明顯的情況下，傳統(tǒng)機(jī)組難以在短時(shí)間內(nèi)快速調(diào)節(jié)輸出功率，導(dǎo)致能源浪費(fèi)與系統(tǒng)運(yùn)行效率低下。隨著節(jié)能減排要求的提升，機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)的精度和靈活性要求不斷提高。然而，現(xiàn)有的機(jī)組控制系統(tǒng)多依賴傳統(tǒng)的比例-積分-微分（Proportional IntegralDerivative，PID）控制策略，缺乏足夠的智能化與自適應(yīng)能力，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境和突發(fā)的負(fù)荷波動(dòng)。負(fù)荷預(yù)測(cè)與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)對(duì)設(shè)備的硬件要求較高，現(xiàn)有設(shè)備在傳感器精度、數(shù)據(jù)處理能力、自動(dòng)化控制方面存在不足，限制了技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

2.2熱力系統(tǒng)管網(wǎng)平衡失調(diào)

熱力系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力和流量分布不均，導(dǎo)致部分區(qū)域出現(xiàn)供熱過剩或供熱不足的現(xiàn)象。在實(shí)際運(yùn)行中，管網(wǎng)中的熱源分布較為集中，遠(yuǎn)離熱源的末端管網(wǎng)存在熱量輸送不足的情況。熱力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力傳輸系統(tǒng)，各區(qū)域需求的熱量與管網(wǎng)的供熱能力之間必須保持動(dòng)態(tài)平衡，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效能下降和能源浪費(fèi)。管網(wǎng)中的熱量無(wú)法均勻分配，不僅影響供熱效果，還會(huì)增加整體能耗。

2節(jié)能減排技術(shù)在能源與動(dòng)力工程中的應(yīng)用難點(diǎn)

管網(wǎng)設(shè)計(jì)和施工不當(dāng)導(dǎo)致熱力系統(tǒng)的平衡失調(diào)。管網(wǎng)的布局、管徑的選擇及管道材料的適應(yīng)性不匹配，導(dǎo)致了熱能在傳輸過程中的損失，影響了系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率[2。在這種情況下，原本可以通過優(yōu)化管網(wǎng)設(shè)計(jì)來(lái)提升的節(jié)能減排效果，由于受到實(shí)際操作和系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效益。隨著節(jié)能減排技術(shù)的推廣，傳統(tǒng)熱力系統(tǒng)管網(wǎng)往往缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)節(jié)功能，難以應(yīng)對(duì)不斷變化的負(fù)荷需求。對(duì)于某些高峰時(shí)段或突發(fā)事件，管網(wǎng)的壓力調(diào)節(jié)和流量分配不及時(shí)，導(dǎo)致局部區(qū)域過熱或過冷，無(wú)法滿足供熱需求，同時(shí)增加了系統(tǒng)的污染物排放。

2.3熱能梯級(jí)利用轉(zhuǎn)換損耗大

熱能梯級(jí)利用的效率受限于設(shè)備的熱轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于傳統(tǒng)的熱力系統(tǒng)，熱交換器的設(shè)計(jì)、熱交換材料的性能以及系統(tǒng)的控制方式都會(huì)影響熱能的轉(zhuǎn)換效率。由于熱交換器在低溫端的傳熱效率較低，熱能從高溫到低溫的轉(zhuǎn)換過程中存在較大損失。當(dāng)高溫廢熱進(jìn)入低溫系統(tǒng)時(shí)，熱能傳遞過程中無(wú)法完全轉(zhuǎn)化為有用的低溫?zé)崮埽瑢?dǎo)致部分熱量以廢熱形式浪費(fèi)，造成熱能梯級(jí)利用效果不佳。

熱能梯級(jí)利用中的多級(jí)熱交換過程，需要復(fù)雜的設(shè)備與管網(wǎng)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的熱損失會(huì)加劇總體的能源損耗。隨著熱能梯級(jí)的逐步降低，熱力系統(tǒng)中各個(gè)階段的熱量逐步減少，造成系統(tǒng)運(yùn)行中每一級(jí)熱能轉(zhuǎn)化的效率遞減。在低溫階段，傳熱效率降低明顯[3]。在一些高溫廢熱回收利用的過程中，系統(tǒng)對(duì)熱源溫差的依賴較大，進(jìn)一步增加了熱能梯級(jí)的損耗。熱能梯級(jí)利用的技術(shù)實(shí)現(xiàn)面臨控制系統(tǒng)與設(shè)備老化問題。現(xiàn)有的熱能梯級(jí)利用系統(tǒng)缺乏精準(zhǔn)的溫度和壓力監(jiān)控手段，導(dǎo)致熱能在轉(zhuǎn)換過程中未能有效優(yōu)化調(diào)節(jié)，增加了能量的無(wú)效消耗。

2.4自動(dòng)化控制精度不足

部分動(dòng)力設(shè)備中的自動(dòng)化控制系統(tǒng)未能精確調(diào)節(jié)負(fù)荷需求，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定。在蒸汽鍋爐或汽輪機(jī)的運(yùn)行中，負(fù)荷波動(dòng)過大或調(diào)節(jié)不靈活，造成能源消耗超標(biāo)且排放量增加。在負(fù)荷較低時(shí)，系統(tǒng)未能及時(shí)減少能源供應(yīng)，仍然維持較高的輸出功率，造成能源浪費(fèi)。

在復(fù)雜的能源系統(tǒng)中，不同設(shè)備之間的協(xié)調(diào)要求高度精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)。然而，由于現(xiàn)有系統(tǒng)的控制精度限制，往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的能量分配，導(dǎo)致部分設(shè)備過度運(yùn)行而其他設(shè)備未得到有效利用。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在運(yùn)行中未能精確匹配熱能與電能的需求，常出現(xiàn)過度生產(chǎn)和資源浪費(fèi)現(xiàn)象。很多系統(tǒng)依賴溫度、壓力、流量等傳感器來(lái)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，但由于傳感器的精度限制或環(huán)境因素的干擾，無(wú)法實(shí)時(shí)提供準(zhǔn)確的運(yùn)行數(shù)據(jù)，影響了控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性，進(jìn)一步加劇了系統(tǒng)的節(jié)能減排難度。

3節(jié)能減排技術(shù)在能源與動(dòng)力工程中的應(yīng)用策略

3.1研發(fā)高效燃燒控制系統(tǒng)

針對(duì)機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)能力受限問題，應(yīng)通過優(yōu)化燃燒控制技術(shù)，提高機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度和精度，實(shí)現(xiàn)更高效的能源利用。研發(fā)高效燃燒控制系統(tǒng)需要引入先進(jìn)的燃燒調(diào)節(jié)技術(shù)。采用智能化控制算法來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鍋爐內(nèi)燃燒過程中的溫度、壓力和氧氣含量等關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)負(fù)荷波動(dòng)，精準(zhǔn)調(diào)整燃料供應(yīng)量和空氣配比，減少不必要的能源消耗[4。利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)燃燒過程中燃料的熱值變化，確保燃燒過程處于最優(yōu)狀態(tài)。采用低氮燃燒技術(shù)和分級(jí)燃燒技術(shù)，減少燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物，提高燃燒效率。采用耐高溫合金和復(fù)合材料，提高燃燒器的熱效率，延長(zhǎng)其使用壽命，降低設(shè)備維護(hù)成本。

3.2優(yōu)化熱力循環(huán)參數(shù)

針對(duì)熱力循環(huán)系統(tǒng)中存在的能源利用效率低下、技術(shù)兼容性不佳問題，需要精確計(jì)算與模擬不同工況下的熱力循環(huán)過程，利用計(jì)算流體力學(xué)（ComputationalFluidDynamics，CFD）軟件和熱力學(xué)模擬工具，結(jié)合實(shí)際設(shè)備特性，確定最佳的蒸汽參數(shù)、壓力比和溫度分布等關(guān)鍵參數(shù)。在蒸汽動(dòng)力循環(huán)中，依據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化精準(zhǔn)調(diào)整蒸汽初參數(shù)，提升循環(huán)熱效率。

借助智能控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)負(fù)荷波動(dòng)、環(huán)境溫度變化等動(dòng)態(tài)調(diào)整熱力循環(huán)參數(shù)。當(dāng)外界環(huán)境溫度降低時(shí)，自動(dòng)優(yōu)化回?zé)嵯到y(tǒng)參數(shù)，提高余熱利用效率。在優(yōu)化熱力循環(huán)參數(shù)時(shí)，充分結(jié)合鍋爐、汽輪機(jī)等設(shè)備的技術(shù)特性，確保參數(shù)調(diào)整不會(huì)給設(shè)備帶來(lái)額外損耗或兼容性問題，使整個(gè)能源動(dòng)力系統(tǒng)在高效節(jié)能的同時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行，從而提升系統(tǒng)的整體節(jié)能減排效果。

3.3提升設(shè)備能量轉(zhuǎn)換效率

采用復(fù)合材料換熱器、納米流體換熱技術(shù)，提高熱能在轉(zhuǎn)換過程中的傳導(dǎo)效率。應(yīng)用耐高溫、低摩擦的金屬合金材料，提高設(shè)備的熱交換能力，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少因設(shè)備老化導(dǎo)致的能量損失[5。在設(shè)計(jì)上，合理選擇換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸，減少流體阻力和熱量損失，提高熱能轉(zhuǎn)換過程中的整體效率。引入余熱鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、有機(jī)朗肯循環(huán)（OrganicRankineCycle，ORC）等能量回收裝置，將廢氣或廢水中的余熱轉(zhuǎn)化為有用的能量，使得系統(tǒng)能夠在不同溫度等級(jí)下實(shí)現(xiàn)高效回收，減少能源浪費(fèi)。在低溫余熱回收方面，通過提高回收系統(tǒng)的靈敏度和響應(yīng)速度，在不同負(fù)荷變化時(shí)有效捕捉和利用廢熱，提升整個(gè)系統(tǒng)的能量利用效率。

采用智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，確保每個(gè)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)都處于最佳工作狀態(tài)。采用實(shí)時(shí)溫度、壓力監(jiān)測(cè)傳感器，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，精確控制每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，減少能量轉(zhuǎn)換過程中的損失。根據(jù)能源需求的變化，動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行方式，減少不必要的能耗。對(duì)設(shè)備的熱交換器、燃燒器、壓縮機(jī)等關(guān)鍵部件進(jìn)行定期檢查與清理，減少積碳、結(jié)垢等因素造成的能量損失。采用先進(jìn)的故障預(yù)測(cè)技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題并進(jìn)行維修，避免設(shè)備在運(yùn)行中的性能下降，進(jìn)一步提升能量轉(zhuǎn)換效率。

3.4完善在線監(jiān)測(cè)與診斷

在鍋爐、汽輪機(jī)、換熱器等關(guān)鍵設(shè)備上安裝高精度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、壓力、流量、振動(dòng)等重要運(yùn)行參數(shù)，為控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確且靈敏的數(shù)據(jù)。這些高精度數(shù)字傳感器能夠捕捉設(shè)備的運(yùn)行變化，確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，減少由于傳感器誤差帶來(lái)的控制精度問題。采用高頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠在短時(shí)間內(nèi)獲取大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)傳輸至中央控制系統(tǒng)。為提高數(shù)據(jù)分析的效率和準(zhǔn)確性，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)建立在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)，該平臺(tái)通過實(shí)時(shí)采集并分析設(shè)備運(yùn)行的各類數(shù)據(jù)，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤設(shè)備性能變化，識(shí)別潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)。通過大數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的異常情況，并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，為節(jié)能減排提供數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)。

在智能化技術(shù)的支持下，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別技術(shù)，開發(fā)智能診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對(duì)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，能夠識(shí)別設(shè)備的運(yùn)行模式，發(fā)現(xiàn)潛在的故障跡象，并預(yù)測(cè)設(shè)備可能出現(xiàn)的問題。系統(tǒng)能夠提前預(yù)警，避免因設(shè)備故障造成的非計(jì)劃停機(jī)，減少能源浪費(fèi)。通過早期診斷，能夠?yàn)樵O(shè)備維護(hù)提供指導(dǎo)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和運(yùn)行效率。為進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能，應(yīng)建立反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果，自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。通過匹配負(fù)荷變化，自動(dòng)優(yōu)化燃料供給量和空氣配比，確保燃燒過程的效率和節(jié)能效果。此外，應(yīng)根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整負(fù)荷，確保在負(fù)荷波動(dòng)的情況下，系統(tǒng)始終能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

4結(jié)論

節(jié)能減排技術(shù)在能源與動(dòng)力工程中的應(yīng)用，有助于實(shí)現(xiàn)提升能源利用效率與環(huán)境保護(hù)的雙重目標(biāo)。優(yōu)化燃燒控制系統(tǒng)、熱力循環(huán)設(shè)計(jì)及在線監(jiān)測(cè)與診斷，能夠顯著降低能耗和減少污染物排放助力實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展。

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