對(duì)內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力優(yōu)化與節(jié)能改造探尋

武英杰

摘要：我國是發(fā)展中國家，快速發(fā)展經(jīng)濟(jì)是當(dāng)務(wù)之急。但在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，不應(yīng)以資源枯竭、環(huán)境破壞為代價(jià)。只有在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，采用資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的生產(chǎn)理念，才能夠建立健康的可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)。目前內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)還無法做到可持續(xù)發(fā)展，存在較大的資源浪費(fèi)和能源轉(zhuǎn)化率低的問題。本文就這些問題產(chǎn)生的原理進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上提出科學(xué)的優(yōu)化與節(jié)能改造方案。

Abstract： China is a developing country， rapid economic development is a top priority. However， in the course of economic development， resource depletion and environmental damage should not be the cost. Only by adopting the concept of resource-saving and environment-friendly production along with economic development can we establish a virtuous circle of healthy and sustainable development. At present， the internal combustion engine thermal power system can not achieve sustainable development， there are a large waste of resources and energy conversion rate is low. In this paper， the principle of these problems are analyzed， and on this basis， scientific optimization and energy saving transformation scheme is put forward.

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī);熱能動(dòng)力優(yōu)化;節(jié)能改造

Key words： internal combustion engine;thermal energy dynamic optimization;energy saving reconstruction

中圖分類號(hào)：U269.5+5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）20-0100-02

0? 引言

內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)是多數(shù)企業(yè)采用的動(dòng)力系統(tǒng)，其通過消耗能源來產(chǎn)生機(jī)械能供企業(yè)生產(chǎn)。但內(nèi)燃機(jī)常用能源如煤炭等，是不可再生能源，即隨著大量的消耗最終會(huì)導(dǎo)致能源的枯竭。而經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要源源不斷的能源供應(yīng)，因此有限的資源與持續(xù)的發(fā)展需求之間必須通過技術(shù)手段加以平衡。目前內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)可以通過運(yùn)行方式的優(yōu)化和節(jié)能改造，來實(shí)現(xiàn)能源利用率的提高，從而減少能源的浪費(fèi)。

1? 內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力的運(yùn)行原理

內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化是通過對(duì)煤炭等能源的燃燒，將其中的熱能釋放并轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。在轉(zhuǎn)換的過程中，熱能動(dòng)力系統(tǒng)本身需要一定的熱能保持運(yùn)行。過程中產(chǎn)生的余熱即可以滿足這一要求，不需要消耗額外的能量保持系統(tǒng)內(nèi)的熱量。大部分內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)消耗的燃料能源均為煤炭、石油、天然氣。這些均為不可再生能源，如對(duì)其消耗不加以控制，最終將會(huì)導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的能源枯竭。同時(shí)這些能源在燃燒的過程中，會(huì)釋放污染環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)。在可持續(xù)發(fā)展的要求下，必須要對(duì)內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的能源消耗加以優(yōu)化和節(jié)能改造，使其獲得同樣的機(jī)械能時(shí)消耗的能源總量更少。最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的良性循環(huán)[1]。

2? 內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力優(yōu)化與節(jié)能改造途徑

2.1 內(nèi)燃機(jī)設(shè)備的廢煙、廢氣余熱回收改良

內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的余熱，將這些余熱加以回收利用是提高內(nèi)燃機(jī)工作效率的有效手段。內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生大量的高溫廢煙，如果直接排放不僅浪費(fèi)了其中的熱能，還會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境。通過對(duì)內(nèi)燃機(jī)廢煙余熱回收技術(shù)的提升，使得廢煙余熱能夠被有效回收和二次利用。能夠減少內(nèi)燃機(jī)對(duì)能源的消耗，同時(shí)增加內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)出的機(jī)械動(dòng)能，增加內(nèi)燃機(jī)的能源轉(zhuǎn)換率。有效的內(nèi)燃機(jī)廢煙余熱回收設(shè)備為節(jié)能器設(shè)備，裝備在內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)中。能夠達(dá)到廢煙回收利用的目的，同時(shí)將余熱發(fā)揮最大的效用，減少對(duì)熱能的浪費(fèi)，避免環(huán)境污染。內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生一定余熱，對(duì)余熱的利用回收能夠增加熱能的利用率，增加內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的產(chǎn)出率。對(duì)余熱回收的技術(shù)改造應(yīng)著眼于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的整體，將余熱回收技術(shù)與整體技術(shù)相整合。從內(nèi)燃機(jī)的整體運(yùn)行角度觀察優(yōu)化和節(jié)能改造技術(shù)的單獨(dú)運(yùn)行情況，并確保其能夠與整體運(yùn)行相協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從整體的角度切實(shí)達(dá)到增加能源轉(zhuǎn)換率的目的。內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)改造的過程中，對(duì)煙氣余熱回收技術(shù)加以優(yōu)化需要實(shí)現(xiàn)與其他相關(guān)控制技術(shù)相互配合。

內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)排出廢煙、廢水并帶有大量的余熱，若不加回收直接排出，則不僅造成了對(duì)熱能的浪費(fèi)并且?guī)в袩釟獾臒熕欧诺阶匀唤缰袝?huì)導(dǎo)致環(huán)境污染。因此需要對(duì)廢煙、廢水余熱加以回收，通過在內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中增加節(jié)能器等設(shè)備，可以有效回收余熱并增加內(nèi)燃機(jī)的工作效率，減少廢煙、廢氣的排放。通常情況下，較好效果的煙氣余熱回收技術(shù)改良能夠達(dá)到23-27℃的余熱回收，這對(duì)于目前的煙氣余熱回收技術(shù)來講是較為關(guān)鍵的進(jìn)步。對(duì)余熱的合理回收，能夠在增加內(nèi)燃機(jī)燃料利用率的同時(shí)，從整體上增加內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行流暢程度[2]。具體改良措施如下：第一，根據(jù)發(fā)電廠運(yùn)行實(shí)際情況，切實(shí)提高節(jié)能機(jī)械設(shè)備利用率，適當(dāng)降低廢煙溫度，確保工業(yè)生產(chǎn)能夠高效進(jìn)行。第二，合理利用預(yù)熱空氣、預(yù)熱工件等優(yōu)化手段，促使發(fā)電廣生產(chǎn)效益能夠大幅度提高。

2.2 內(nèi)燃機(jī)設(shè)備的廢水余熱回收改良

內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的廢水同樣帶有一定余熱，對(duì)廢水余熱的回收也關(guān)系到內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的能源利用率。若直接排放高溫廢水，會(huì)對(duì)水資源造成污染從而引發(fā)生態(tài)環(huán)境的失衡。因此需要通過對(duì)內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的廢水余熱回收技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，以提高內(nèi)燃機(jī)的能源利用率。在升級(jí)的過程中，需要注意對(duì)內(nèi)燃機(jī)整體系統(tǒng)的優(yōu)化處理。廢水熱能回收設(shè)備的技術(shù)升級(jí)，應(yīng)與內(nèi)燃機(jī)整體運(yùn)行相和諧統(tǒng)一，并且能夠被內(nèi)燃機(jī)總控系統(tǒng)所控制。在整體控制狀態(tài)良好的情況下，廢水熱能回收設(shè)備本身需要保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)揮其全部的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。目前的廢水回收改良技術(shù)，可以通過整體的控制二次改水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廢水余熱回收的回收率。在廢水回收技術(shù)與內(nèi)燃機(jī)整體系統(tǒng)配合良好的情況下，可以有效提高內(nèi)燃機(jī)的整體工作效率，增加內(nèi)燃機(jī)對(duì)廢水余熱的利用率。廢水余熱回收技術(shù)的提升對(duì)內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的總體提升起到重要作用。但需要注意的是，廢水余熱回收技術(shù)要想發(fā)揮最大的優(yōu)勢(shì)，必須要保證其技術(shù)控制效果。只有這樣才能夠使得最終的結(jié)果滿足內(nèi)燃機(jī)設(shè)備整體節(jié)能減排的根本要求。這就要求在技術(shù)運(yùn)行過程中，需要對(duì)其運(yùn)行效果進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)發(fā)現(xiàn)影響運(yùn)行效果的問題，及時(shí)進(jìn)行研究解決。發(fā)電廠應(yīng)充分利用排污廢熱回收器，以此保證鍋爐污水余熱的有效回收，同時(shí)在擴(kuò)容條件下，為了充分利用污水，可利用排污冷卻器，在此基礎(chǔ)上，能源利用率將大幅度提高，同時(shí)也利于節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的達(dá)成[3]。

2.3 提高冷凝水的回收利用率

內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化是通過燃燒將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)能，而這一轉(zhuǎn)化是通過蒸汽實(shí)現(xiàn)的。燃燒過程中產(chǎn)生的水蒸氣可以推動(dòng)機(jī)械設(shè)備，從而轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。在內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸氣，水蒸氣熱能釋放完后會(huì)凝結(jié)成冷凝水。冷凝水中還存有二至三成的水蒸氣余熱，如果不對(duì)余熱加以回收則會(huì)導(dǎo)致大量的熱能被浪費(fèi)。并且在排污過程中，溫度過高的冷凝水直接被排放，將會(huì)導(dǎo)致水資源受到污染影響生態(tài)環(huán)境，極不利于環(huán)境保護(hù)。這不僅不符合可持續(xù)發(fā)展的原則，并且也違反了現(xiàn)行的環(huán)境保護(hù)相關(guān)法律法規(guī)。因此必須要對(duì)冷凝水的余熱加以回收，并合理控制冷凝水的排放。冷凝水的余熱回收方方式多采用新興科技，即在內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)外部加裝冷凝水余熱回收裝置。除了蒸汽降溫產(chǎn)生冷凝水之外，內(nèi)燃機(jī)熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)本身在運(yùn)行過程中也會(huì)殘留一定的冷凝水。這一部分冷凝水可以不予排放，循環(huán)利用在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中，既能夠節(jié)約熱能還可以節(jié)約水資源。

冷凝水回收技術(shù)的節(jié)能改良原理在于，將低壓蒸汽替換為冷凝水余熱，減少低壓蒸汽對(duì)能源的消耗，從而達(dá)到增加能源利用率的目的。目前成熟的冷凝水回收技術(shù)有兩種。一是加壓回水技術(shù)，這一技術(shù)承載于氣動(dòng)凝結(jié)水加壓泵裝置中，可以增加冷凝水的運(yùn)輸壓力。優(yōu)勢(shì)在于穩(wěn)定性較強(qiáng)，且裝置不耗電，更加節(jié)約資源，同時(shí)回收效果更好，適用范圍更廣。二是背壓回水技術(shù)，通過增加疏水閥背壓以實(shí)現(xiàn)將水蒸氣和冷凝水回收至指定位置，再對(duì)其進(jìn)行二次利用。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其高效性，電廠汽輪機(jī)的冷凝水回收至除氧器，因溫度高可提高鍋爐給水溫度，減少蒸汽用量。而且還可以增加水蒸氣的利用率。兩種技術(shù)均可以提高冷凝水余熱的回收率，增加內(nèi)燃機(jī)的整體運(yùn)行效率，減少對(duì)能源的浪費(fèi)，為達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)助力。

2.4 化學(xué)補(bǔ)水系統(tǒng)裝置

內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，需要通過燃料的燃燒，將水加熱形成水蒸氣，并利用水蒸氣的動(dòng)力推動(dòng)機(jī)械設(shè)備。因此內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)行的過程中需要不斷的補(bǔ)水。目前內(nèi)燃機(jī)常見的能夠節(jié)能的補(bǔ)水方式有兩種：化學(xué)補(bǔ)水方式和噴霧補(bǔ)水方式?；瘜W(xué)補(bǔ)水方式是指水里面含有化學(xué)成分。補(bǔ)水的過程是通過特殊的裝置實(shí)現(xiàn)的。需要注意的是，在補(bǔ)水過程中要監(jiān)控水溫是否符合要求，如果過低需要利用冷凝器進(jìn)行調(diào)整。噴霧補(bǔ)水方式是直接將水以噴霧的形式進(jìn)行補(bǔ)水，這一方式對(duì)水溫沒有要求，既可以有效的進(jìn)行補(bǔ)水。若需要調(diào)節(jié)水溫，可以通過低壓加熱裝置進(jìn)行。無論是哪種補(bǔ)水方式都可以達(dá)到減少內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中能源浪費(fèi)的問題，讓內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械動(dòng)能產(chǎn)出效率更高，提升內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)初參數(shù)，降低終參數(shù)。

3? 內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

我國屬于能源緊缺型國家，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源的需求與越來越緊缺的能源之間的矛盾隨著時(shí)間推移越發(fā)尖銳。只有解決這一根本矛盾，才能夠確保經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中沒有任何阻礙。內(nèi)燃機(jī)的工作需要消耗大量的煤炭、石油、天然氣等不可再生能源，因此為解決能源短缺的問題，需要通過一定方式來減少內(nèi)燃機(jī)的能源消耗。內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能減排可以通過兩個(gè)方面共同的努力來實(shí)現(xiàn)。一方面是通過技術(shù)革新，對(duì)內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行原理進(jìn)行改良。從整體上增加內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行中的能源轉(zhuǎn)換率，將熱能更大限度的轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)能。在消耗同樣的能源的情況下，能夠獲得更多的機(jī)械動(dòng)能。這就需要不斷加大科研投入，增加科研人員并改善科研環(huán)境使得技術(shù)革新能夠更快的實(shí)現(xiàn)。另一方面是通過減少熱能浪費(fèi)來實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)燃機(jī)在工作過程中產(chǎn)生的熱能并未完全轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)能，還會(huì)有一定的余熱。因此對(duì)余熱的回收利用能夠有效防止對(duì)能源的浪費(fèi)。

4? 結(jié)語

經(jīng)濟(jì)發(fā)展不應(yīng)以破壞生態(tài)環(huán)境為代價(jià)，這是我國各行各業(yè)均達(dá)成的共識(shí)。但現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)增長仍舊是重要的發(fā)展任務(wù)的前提下，對(duì)能源的消耗是不可避免的問題。因此，探究經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源消耗間的平衡點(diǎn)是我國現(xiàn)階段重要的課題。在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，通過創(chuàng)新內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行原理和回收利用余熱等方式更好的實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的節(jié)能減排。在可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能減排的明確指引下，有效提高內(nèi)燃機(jī)的能源轉(zhuǎn)換率，為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)更為堅(jiān)實(shí)的力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]后睿.對(duì)內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力優(yōu)化與節(jié)能改造的探討[J].機(jī)械管理開發(fā)，2020（1）：232-233.

[2]李娟，李虎.對(duì)內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力優(yōu)化與節(jié)能改造的分析探討[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2019（3）：156.

[3]趙志鵬.對(duì)內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力優(yōu)化與節(jié)能改造的探討[J].汽車世界，2019（21）：88.