熱能與動(dòng)力工程中的節(jié)能措施探討

吳臣

摘 要："十三五"以來我國城市化建設(shè)速度不斷提升，城市空間中人口密度也在不斷增加，直接導(dǎo)致電力需求持續(xù)旺盛。對比而言，我國電力系統(tǒng)建設(shè)速度遠(yuǎn)落后于城市化發(fā)展速度，一旦出現(xiàn)用電高峰就會(huì)容易出現(xiàn)電力中斷、跳閘等現(xiàn)象。本文中筆者結(jié)合熱電廠為案例展開分析，探討熱能與動(dòng)力工程中節(jié)能措施的必要性，分析其能源浪費(fèi)的原因，并進(jìn)一步針對熱能與動(dòng)力工程的發(fā)展方向、節(jié)能措施提出可行性方案。

關(guān)鍵詞：熱能與動(dòng)力工程，原因分析，節(jié)能措施，熱電廠

21世紀(jì)以來我國逐漸進(jìn)入了信息化時(shí)代，社會(huì)各行業(yè)、各機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都離不開電力資源，同時(shí)作為熱能與動(dòng)力工程的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，加強(qiáng)其節(jié)能措施的研究具有重要現(xiàn)實(shí)價(jià)值。從學(xué)科角度分析，“熱能與動(dòng)力工程”是一個(gè)典型的綜合型、應(yīng)用型學(xué)科，其主體要素是涉及熱能動(dòng)能設(shè)備、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、控制、信息處理、環(huán)境保護(hù)、能源高效清潔利用等方面，就國內(nèi)而言，主要面向熱力發(fā)電和電力公司、電力設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)、大中型企業(yè)電力管理等；當(dāng)前，中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、城市化水平不斷提高、互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)體系日益完善，從電力滿足角度而言，熱能與動(dòng)力工程節(jié)能研究至關(guān)重要，它是解決我國電能短缺、傳統(tǒng)發(fā)電生態(tài)環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的有效途徑。

一、熱能與動(dòng)力工程中節(jié)能必要性

狹義上的“熱能與動(dòng)力工程”探討，主要是從一門應(yīng)用學(xué)科角度展開的，熱能以“能源”為對象實(shí)現(xiàn)清潔、高效的開發(fā)利用，其中能源類型既包括傳統(tǒng)的煤炭、石油、水能等，也包括風(fēng)能、核能、光伏、生物能等新型能源；而“動(dòng)力”則主要針對鍋爐、內(nèi)燃機(jī)、制冷、發(fā)動(dòng)機(jī)等機(jī)械系統(tǒng)而言；就目前來說，熱能與動(dòng)力工程技術(shù)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是電力行業(yè)，既要求提供充足、穩(wěn)定和安全的電能，又強(qiáng)調(diào)綠色、環(huán)保和節(jié)約。

一方面，我國電廠生產(chǎn)主要以煤炭為主，客觀上這與我國的能源結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。煤炭資源豐富，導(dǎo)致分布在全國各地的電廠中大量消耗煤炭的過程中，形成了巨大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。基于此，科學(xué)地利用熱能和動(dòng)力工程技術(shù)，用以指導(dǎo)火力發(fā)電生產(chǎn)，是解決我國電力短缺、生態(tài)破壞和環(huán)境污染的有效途徑。其中，最為重要的是利用熱能和動(dòng)力工程知識(shí)制定節(jié)能措施，實(shí)現(xiàn)電廠生產(chǎn)模式的優(yōu)化。另一方面，我國當(dāng)前的城市化戰(zhàn)略布局現(xiàn)狀要求必須合理地使用熱能與動(dòng)力工程技術(shù)?！澳茉炊倘薄辈粌H僅作用于電力方面，更為廣泛地影響到社會(huì)各類產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)，進(jìn)而阻礙經(jīng)濟(jì)進(jìn)步。因此，節(jié)能減排與高效利用的雙重約束下，利用熱能和動(dòng)力工程符合國家發(fā)展戰(zhàn)略的要求。

同時(shí)，熱能與動(dòng)力工程在電力產(chǎn)業(yè)層面的必要性，還表現(xiàn)在煤炭和石油兩大能源的平衡性層面。眾所周知，我國是一個(gè)“富煤貧油”的國家，一方面，煤炭為主的能源應(yīng)用模式造成大氣質(zhì)量嚴(yán)重的影響，如近年來備受關(guān)注的“霧霾”天氣，與燃煤有直接的關(guān)系。另一方面，當(dāng)前我國是世界上最大的石油進(jìn)口國，石油資源的匱乏也必然要求能源轉(zhuǎn)化效率的提高。

基于以上分析，熱能與動(dòng)力工程中的節(jié)能措施直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定發(fā)展。

二、熱能與動(dòng)力損耗主要原因分析

以發(fā)電廠為例分析，熱能與動(dòng)力損耗的主要原因是能量轉(zhuǎn)化過程中的損失，先從熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，再從動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能；物理學(xué)的一個(gè)基本理論是，能量不會(huì)憑空消失也不會(huì)憑空產(chǎn)生，它只是不同形式之間的轉(zhuǎn)化，而這就涉及到一個(gè)轉(zhuǎn)化率的問題。很顯然，從熱能到電能的轉(zhuǎn)化不會(huì)毫無損耗。

具體原因相對復(fù)雜，通過分析包括三個(gè)方面的原因：（1）重?zé)岈F(xiàn)象。這種現(xiàn)象用來描述及其的第二次運(yùn)轉(zhuǎn)中所消耗的熱能，即要維持機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，本身就要消耗一部分能量，客觀上說電力生產(chǎn)設(shè)備越落后、管理手段越落后，所導(dǎo)致的無用功也就越多。它直接影響了電廠的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，并進(jìn)一步造成電力生成的穩(wěn)定性，降低電力品質(zhì)。（2）節(jié)流調(diào)節(jié)不合理。發(fā)電作業(yè)中發(fā)電機(jī)組狀態(tài)不是一成不變的，動(dòng)態(tài)變化的過程必然存在能量消耗，因此，能否實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，也是影響損耗的主要原因。（3）外部環(huán)境影響。如水蒸氣、雜質(zhì)等會(huì)造成能量損失。

三、熱能與動(dòng)力工程中的節(jié)能措施

結(jié)合前面提到的提到的“重?zé)岈F(xiàn)象”，根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，我國發(fā)電廠的重?zé)嵯禂?shù)大概在4%-8%之間，重?zé)嵯禂?shù)與發(fā)電廠的熱能重復(fù)利用的程度是成正比的，與熱能消耗的情況成反比。那么加強(qiáng)熱能與動(dòng)力工程中的節(jié)能措旋的具體措施是什么呢？以下我們進(jìn)一步展開分析。

第一，降低發(fā)電過程中出現(xiàn)的濕氣。值得一提的是，發(fā)電廠供電中相對于發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行的過程，主要遵循的是熱傳遞的原理，不僅產(chǎn)生大量熱能，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的濕氣；而濕氣在揮發(fā)的過程中必然會(huì)帶走熱量，造成熱量的損失，直接導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率的降低。加強(qiáng)對濕氣的處理是熱能與動(dòng)力工程中的一項(xiàng)有效節(jié)能措施，從源頭上避免水蒸氣的形成。隨著時(shí)間的累積，發(fā)電機(jī)組的動(dòng)葉上存留著一定的濕氣，會(huì)對動(dòng)葉造成腐蝕的現(xiàn)象，因此，在發(fā)電系統(tǒng)中安裝一個(gè)去濕的裝置具有很大的必要性，另外還可以加裝一個(gè)循環(huán)的裝置，讓發(fā)動(dòng)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的濕氣得到有效的解決，在外界措施的影響下加快揮發(fā)的速率，減少熱能的損壞。

第二，加強(qiáng)對節(jié)流調(diào)節(jié)工作的控制。熱能與動(dòng)力工程的節(jié)能措施還可以通過加強(qiáng)對氣流調(diào)節(jié)的控制工作來實(shí)現(xiàn)。在發(fā)電廠的運(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生一定的節(jié)流損耗，要想提高發(fā)電廠的供電效率就必須加強(qiáng)發(fā)電廠對節(jié)流調(diào)節(jié)的控制工作，合理的利用弗留格爾公式，然后根據(jù)變工況的臨界狀態(tài)開展調(diào)節(jié)工作，使得級(jí)組的流量與級(jí)組前后的壓力平方差的平方根比成正比。為了更好的增強(qiáng)熱能與動(dòng)力工程在發(fā)電廠的運(yùn)用效果，立足發(fā)電廠的實(shí)際情況，結(jié)合弗留格爾公式所需要的條件，對外力條件和工作效率等進(jìn)行計(jì)算，加強(qiáng)對汽輪機(jī)的監(jiān)視工作和對流量的確認(rèn)工作，結(jié)合所有的因素，推算出流動(dòng)部分面積的變化情況，從而提高發(fā)電廠的效率。

第三，減少調(diào)壓調(diào)節(jié)的損失。減少調(diào)壓調(diào)節(jié)的損失，也是一項(xiàng)重要的節(jié)能措施，調(diào)壓調(diào)節(jié)的工作可以有效的增強(qiáng)發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性，另外還可以增強(qiáng)其負(fù)荷的承載壓力，提高供電的效率。但是就調(diào)壓調(diào)節(jié)的不足之處來看，在不符合經(jīng)濟(jì)要求的條件下，很難實(shí)現(xiàn)在高負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的調(diào)壓調(diào)節(jié)工作，在發(fā)電的過程中，難免會(huì)產(chǎn)生蒸汽，導(dǎo)致熱能的損耗情況出現(xiàn)，因此加強(qiáng)對發(fā)電廠的施工技術(shù)和工藝的完善與改進(jìn)工作具有重要意義，在時(shí)代的發(fā)展條件下，創(chuàng)新科技，研發(fā)新的產(chǎn)品，有效的減少調(diào)壓調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)的損失問題，從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)電廠熱能與動(dòng)力工程的技術(shù)應(yīng)用效率的提高。

第四，注意一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。所謂的一次調(diào)頻是一種被動(dòng)的調(diào)頻措施，是通過調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的，但是這種調(diào)頻措施并不能對外界的數(shù)值進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。而二次調(diào)頻是一種相對可靠準(zhǔn)確的調(diào)頻措施，主要是在電網(wǎng)頻率的控制下，形成一定的數(shù)值，利用先對智能的調(diào)節(jié)預(yù)先設(shè)定的方程式，對發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行重組和分配，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效控制，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠用電效率的提高，節(jié)約能源。

四、結(jié)束語

總體而言，我國乃至全世界在未來的發(fā)展中對于電力需求越來越迫切，能源需求量也在不斷上升，通過熱能和動(dòng)力工程技術(shù)的應(yīng)用，可以有效地提高能源利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)。本文中筆者分析了熱能與動(dòng)力工程中能量損耗的一半原因，也針對節(jié)能提出了相應(yīng)的措施，主要是針對現(xiàn)階段的需求而言。在未來還需要進(jìn)一步創(chuàng)新相關(guān)技術(shù)、設(shè)備和管理模式，才能發(fā)揮更好的節(jié)能環(huán)保作用。

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