熱能與動(dòng)力工程科技創(chuàng)新探析

王哲

摘 要：由于資源有限，能源問題已經(jīng)成了全球關(guān)注的重點(diǎn)問題，因此有關(guān)人員在研究如何開發(fā)新能源。在這一點(diǎn)上，對(duì)熱能與動(dòng)力工程的探索有助于做好能源的開發(fā)和利用工作。同時(shí)，研究人員也要分析現(xiàn)有工程中的不足之處，設(shè)法改進(jìn)和創(chuàng)新，以便更好地實(shí)現(xiàn)能源的有效利用。

關(guān)鍵詞：熱能與動(dòng)力工程；科技創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：TK11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）21-0167-02

1 熱能與動(dòng)力工程

從實(shí)際情況來看，熱能與動(dòng)力工程直接關(guān)系到電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且在對(duì)于解決能源利用的問題有重要貢獻(xiàn)。這一工程涉及到的學(xué)科非常廣泛，而且學(xué)科相互之間的聯(lián)系非常復(fù)雜和系統(tǒng)，因此，要科學(xué)地發(fā)展熱能與動(dòng)力工程，通過能量轉(zhuǎn)化產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

從專業(yè)構(gòu)成的角度來看，可以將熱能與動(dòng)力工程的相關(guān)內(nèi)容劃分為幾個(gè)專業(yè)模塊，進(jìn)行合理的分析、開發(fā)和研究。這些模塊分別為：以熱能轉(zhuǎn)換和利用為基礎(chǔ)的熱能動(dòng)力及其控制工程；以內(nèi)燃機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的熱力發(fā)電機(jī)和汽車工程；以電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能為基礎(chǔ)的流體機(jī)械和制冷低溫工程；以機(jī)械功轉(zhuǎn)化為電能為基礎(chǔ)的火力火電和水利水電動(dòng)力工程。

2 熱能與動(dòng)力工程的應(yīng)用

2.1 熱電廠中的應(yīng)用

2.1.1 噴管調(diào)節(jié)

隨著調(diào)節(jié)閥數(shù)量的不同，可以通過調(diào)節(jié)閥的最大流量是變化的。在滿足負(fù)荷適應(yīng)性的基礎(chǔ)上，各種不同的汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)和變化可以通過噴管調(diào)節(jié)，從而達(dá)到平衡，進(jìn)而使汽輪機(jī)的工作效率得到提高。

在控制各類調(diào)節(jié)的數(shù)值中，單機(jī)運(yùn)行和多級(jí)運(yùn)行存在差異：前者能把負(fù)載控制在有限值以內(nèi)，并使增加機(jī)組的速度達(dá)到合理范圍；后者在保證電網(wǎng)頻率的前提下，重組和分配負(fù)載，是新的一輪調(diào)頻過程。

2.1.2 節(jié)流調(diào)節(jié)

在工作狀況發(fā)生變化時(shí)，節(jié)流調(diào)節(jié)會(huì)產(chǎn)生一些負(fù)面影響，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)損失。負(fù)載荷度在溫度變化不大時(shí)，適應(yīng)性相對(duì)較高。相對(duì)而言，熱能動(dòng)力工程在小一些的企業(yè)生產(chǎn)中，這一情況較明顯，因此多被用于小容量的機(jī)組。

2.2 鍋爐中的應(yīng)用

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和信息技術(shù)的應(yīng)用，使得熱能與動(dòng)力工程可以被用在鍋爐中。在使用過程中，燃燒使鍋爐產(chǎn)生極大的熱能，作為保護(hù)鍋爐安全的重要措施之一，爐底的控制器可以隨時(shí)監(jiān)控鍋爐的運(yùn)行情況。

實(shí)際運(yùn)行中，鍋爐自身會(huì)形成一個(gè)自我保護(hù)系統(tǒng)，將一定的機(jī)械熱能轉(zhuǎn)化為其他能量，以保護(hù)自身。然而，因?yàn)橐恍┮馔?，這部分轉(zhuǎn)化的能量往往會(huì)燒壞鍋爐。因此，對(duì)鍋爐運(yùn)行的管理和控制方法需要提高。

3 熱能與動(dòng)力工程在當(dāng)前應(yīng)用的問題

3.1 需要解決的能源方面的問題

我國(guó)是能源消耗的大國(guó)，每年要消費(fèi)大量的石油和煤炭，而煤炭主要用于火力發(fā)電。目前，全國(guó)發(fā)電量的80%以上都是火力發(fā)電，其中又有96%是依靠燃煤。這一過程中，循環(huán)水和水汽帶走了大量的余壓和熱能，它們被直接排放到大氣中，能源因此就被浪費(fèi)了。當(dāng)前，我國(guó)火電廠的能源利用率大約有35%，利用率較低。因此，我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能工作的重點(diǎn)，就是實(shí)現(xiàn)火電的節(jié)能降耗。

3.2 需要解決的環(huán)境污染方面的問題

燃煤電廠會(huì)排放二氧化硫、粉塵、氮氧化物等污染物，因此被稱為“環(huán)境殺手”。燃煤電廠的數(shù)量隨著電力工業(yè)的發(fā)展而增多，而且有排污量大、污染物單一、排污集中等特點(diǎn)，電力工業(yè)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響越來越大，嚴(yán)重干擾了附近居民的生活、工作和身體健康。因此，電力工業(yè)面臨著愈發(fā)嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)問題。

3.3 需要解決的安全方面的問題

在電站，鍋爐中風(fēng)機(jī)是為了壓縮和運(yùn)輸氣體，也就是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，在實(shí)際運(yùn)行中，將氣體運(yùn)輸?shù)教囟ㄔO(shè)備。隨著機(jī)組的容量增大，轉(zhuǎn)速和效率也越來越高，因此，對(duì)風(fēng)機(jī)的安全可靠性的要求也越來越高。

然而在實(shí)際情況中，風(fēng)機(jī)往往要運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間，而且沒有專業(yè)人員對(duì)其進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)，因此，鍋爐風(fēng)機(jī)常常發(fā)生發(fā)生燒壞電機(jī)、軸承損壞、竄軸、葉輪飛車等事故，不但影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，還給電廠造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至對(duì)人身安全造成威脅。

4 熱能與動(dòng)力工程的科技創(chuàng)新

4.1 在熱電廠方面的發(fā)展

4.1.1 科學(xué)合理利用重?zé)岈F(xiàn)象

在多級(jí)汽輪機(jī)內(nèi)，上一級(jí)損失的一部分熱量，在之后的各級(jí)中可以得到利用，這一現(xiàn)象就被稱為重?zé)岈F(xiàn)象。在熱電廠運(yùn)行過程中，重?zé)岈F(xiàn)象是不可避免的。利用重?zé)岈F(xiàn)象可以使整個(gè)設(shè)備的效率大于各級(jí)的平均效率，在一定的數(shù)值范圍內(nèi)，重?zé)岈F(xiàn)象可以減少一部分能量的損失，即可以提高能源的利用率，在這一范圍內(nèi)，數(shù)值自然越大越好。然而，重?zé)岈F(xiàn)象是以降低各級(jí)的效率為前提的，所以數(shù)值并不是越大越好，也就是不能超過一定范圍。

因此，必須根據(jù)熱電廠的實(shí)際運(yùn)行情況來確定重?zé)嵯禂?shù)（即重?zé)釘?shù)值），既保證各級(jí)的效率，又盡可能地減少能量損耗，通過科學(xué)的計(jì)算，合理利用重?zé)岈F(xiàn)象，使重?zé)岈F(xiàn)象的效果達(dá)到最大。

4.1.2 一次調(diào)頻和二次調(diào)頻

作為一種被動(dòng)的調(diào)頻措施，一次調(diào)頻調(diào)節(jié)的是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，只能大體控制外界數(shù)值的變化，而不能比較精確地調(diào)節(jié)。但是，將電網(wǎng)頻率保持在一定范圍的數(shù)值上，就能通過智能調(diào)節(jié)，預(yù)先對(duì)設(shè)定二次調(diào)頻的方程式，對(duì)機(jī)組進(jìn)行重新分配和組合。它比一次調(diào)頻更為精確和可靠，能夠有效地控制數(shù)據(jù)。

4.1.3 降低濕氣損失

在熱電廠的實(shí)際運(yùn)行過程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生濕氣，當(dāng)濕氣過多，會(huì)給熱電廠的運(yùn)行過程造成許多潛在的威脅。例如，隨著溫度的變化， 濕氣會(huì)凝結(jié)成小水珠，這些水珠可能影響汽流的流速，造成不必要的動(dòng)能損耗。

此外，若蒸汽的溫度過低，濕氣同樣會(huì)加重。針對(duì)這種現(xiàn)象，有關(guān)人員可以安裝祛濕裝置，以便減少濕氣，進(jìn)而降低濕氣所帶來的損失及其對(duì)整體機(jī)組的影響力。要注意的是，一定要定期檢查和更換祛濕裝置，保證這一過程的效果，也避免一些意外情況。不過，會(huì)增加成本支出，因此有關(guān)人員可以在此過程中增加熱循環(huán)，以此提高熱電廠在運(yùn)行過程中的經(jīng)濟(jì)適用性。

4.2 在鍋爐方面的發(fā)展

4.2.1 鍋爐燃燒控制技術(shù)

設(shè)備運(yùn)行時(shí)，要對(duì)燃燒進(jìn)行控制，這中間的關(guān)鍵就是調(diào)節(jié)能量。以前，我國(guó)的大多數(shù)鍋爐是通過人工來添加燃料，從而提供熱能。盡管這種方式有利于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，卻需要大量的人力資源，也難以控制鍋爐在燃燒過程中的熱量?？萍嫉倪M(jìn)步帶來了自動(dòng)化、智能化模式的全面普及，它們被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

主要的燃燒方式有兩種。

第一種是持續(xù)控制體系，它的組成是燃燒的控制器及各種氣體的分析裝置等，數(shù)值設(shè)定的依據(jù)是熱電偶的檢測(cè)，之后，計(jì)算機(jī)會(huì)算出偏差。這一數(shù)值比較精確，在設(shè)備的燃燒方面可以實(shí)現(xiàn)合理的控制。但與此同時(shí)，多次的實(shí)踐也證明，在運(yùn)行初期，它的結(jié)構(gòu)在對(duì)溫度進(jìn)行控制時(shí)還存在一定的偏差，因此，有關(guān)人員還需對(duì)其做進(jìn)一步的研究，以提高數(shù)值的準(zhǔn)確性。

第二種是交叉式燃燒控制系統(tǒng)。鍋爐的構(gòu)成元件是燃燒的控制器、流量閥、燒嘴、熱電偶等，在它進(jìn)行溫度的轉(zhuǎn)換時(shí)，必須通過計(jì)算，觀察結(jié)果是否符合設(shè)定，從而控制燃燒。與上一種方法相比，它更具優(yōu)勢(shì)，不僅節(jié)省設(shè)備，在溫度的控制上也比較精確，因此在工業(yè)生產(chǎn)中，這一方法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

4.2.2 仿真鍋爐風(fēng)機(jī)翼型葉片

鍋爐內(nèi)部的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且需要較精密的運(yùn)行，因此，想要對(duì)它進(jìn)行測(cè)量是一項(xiàng)比較困難的工作。到目前為止，還沒有一套完整且科學(xué)的體系，可以實(shí)現(xiàn)鍋爐葉輪相關(guān)制造和運(yùn)作發(fā)展的完善。想要獲取一些準(zhǔn)確數(shù)值，一個(gè)有效的方法是模擬實(shí)驗(yàn)，以便有效地評(píng)估機(jī)械內(nèi)部的氣體流動(dòng)。實(shí)驗(yàn)主要是模擬不同方式的空氣吹入風(fēng)機(jī)時(shí)的流動(dòng)分離，再用電腦網(wǎng)絡(luò)來模擬設(shè)定相應(yīng)的數(shù)值。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是為了便于分析不同速度得到的矢量圖，對(duì)多組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后，就可以確定出鍋爐風(fēng)機(jī)的翼型邊界層攻角和分離之間的關(guān)系，進(jìn)而施行下一步的研究。

上述的幾種方法和應(yīng)用的前提是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。因?yàn)榭茖W(xué)的發(fā)展，技術(shù)的可靠性、安全性和精確性才能不斷地得到改進(jìn)和提高，有了更多優(yōu)良的設(shè)計(jì)，可以取代傳統(tǒng)的和缺陷較多的設(shè)備。

5 熱能與動(dòng)力工程中科技創(chuàng)新的影響

對(duì)熱能與動(dòng)力工程進(jìn)行合適的科技創(chuàng)新，不單單符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，也對(duì)人們的生活質(zhì)量和生活品質(zhì)有著重要的影響。

5.1 熱能與動(dòng)力工程科技創(chuàng)新對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響

對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展來說，熱能與動(dòng)力工程的科技創(chuàng)新極大的使能源的利用率得以提高，并在解決我國(guó)乃至全球各個(gè)國(guó)家和地區(qū)對(duì)于能源日益增長(zhǎng)的需求方面有不可替代的作用，為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定了能源基礎(chǔ)。

同時(shí)，科技創(chuàng)新提高了設(shè)備的安全性、可靠性，減少了意外的發(fā)生，也就避免了相當(dāng)一部分的經(jīng)濟(jì)損失。

5.2 熱能與動(dòng)力工程科技創(chuàng)新對(duì)生活的影響

如今，環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為了人們的共識(shí)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必須將其列入考慮范圍。而熱能與動(dòng)力工程的科技創(chuàng)新就很好的結(jié)合了綠色生產(chǎn)的理念。能源利用率的提高和排放污染物的減少是相關(guān)的，當(dāng)企業(yè)排放的污染物減少，大氣和水資源的質(zhì)量也相應(yīng)得到了改善，有助于提高人們的生活質(zhì)量與品質(zhì)。

同時(shí)，它也使人們不知不覺地接受了“綠色生產(chǎn)、綠色生活”的理念。

6 結(jié) 語

熱能與動(dòng)力工程在工業(yè)生產(chǎn)中有著極為重要的應(yīng)用，科技創(chuàng)新促進(jìn)了這一工程的應(yīng)用，并大大改善了傳統(tǒng)方法和設(shè)備的不良影響，提高了這一工程的價(jià)值。

然而，僅僅局限于現(xiàn)有的成果也是不合適的，隨著科技的進(jìn)步，會(huì)有更多先進(jìn)的技術(shù)、方法來改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)備，不斷提高熱能和動(dòng)力工程對(duì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的積極作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔣景.探究熱能與動(dòng)力工程的現(xiàn)狀及科技創(chuàng)新[J].農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技， 2016，（8）.