熱能與動力工程之節(jié)能技術方法分析

楊 志

中國神華國際工程有限公司 北京 100007

在火力、水力發(fā)電和制造業(yè)等生產領域,熱能轉換與動力設備和系統(tǒng)是完成機械能、熱能和電能等能量形式轉換并服務于生產、生活需要的關鍵。而電能生產是能源開發(fā)與利用的核心環(huán)節(jié),不僅要保障能量得到有效利用,而且其生產工藝設計、管理技術的應用還關系到排放指標的控制問題。所以,基于信息技術、能源科技和自動控制技術的應用,探索發(fā)電廠的熱能轉換與動力設備及系統(tǒng)的節(jié)能減排措施,有助于提升資源利用效率和能源開發(fā)利用的環(huán)境效益。

1 熱能與動力工程的應用

由于電能是自然界燃料、風力等資源為人類所利用的最主要形式,工業(yè)生產所需機械能、建筑暖通空調等系統(tǒng)設備和各類生活電器的驅動,絕大部分都依賴電能的供應,而火力發(fā)電在未來相當長的時期依然會是最主要的電能生產方式。所以熱電廠是應用最廣、影響最大的熱能與電力工程,在探討節(jié)能減排技術及其應用時,火力發(fā)電廠的規(guī)劃設計和機組運行過程的調控是最主要的研究課題。在線監(jiān)測、智能化控制和新能源相關技術的運用,則是優(yōu)化火力發(fā)電廠機組運行、提升燃料的熱能轉換和利用效率的關鍵。

2 熱能與動力工程中能源損耗的主要類型分析

2.1 熱能損耗 無論是熱能裝置還是動力裝置,二者都會在運行中同時產生大量的熱能。這些熱能并不能實現(xiàn)完全的轉化,只有一部分熱能通過轉化應用到實際的生產當中,而另一部分熱能則直接消耗掉,這無疑導致了寶貴資源的浪費。熱能消耗使得裝置運行的質量降低,并且也降低了企業(yè)的經濟效益。很多企業(yè)都會采用裝設節(jié)流器的方法對熱能損耗實施預警,其還能根據(jù)設置的數(shù)值對設備進行運行調節(jié),目的是降低設備的運行負荷,從而減少熱能的損耗。

2.2 濕氣損耗 在熱動裝置的運行中,濕氣損耗也是重要的損耗類型,對節(jié)能減排目標的實現(xiàn)極為不利。濕氣損耗主要表現(xiàn)為三種形式:一是蒸汽在蒸發(fā)、膨脹的過程中普遍會產生小水滴,一旦小水滴形成大量聚集的水滴團,那么就會對蒸汽系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成不利影響;二是從移動速度角度來講,蒸汽的移動要快于小水滴的移動,這樣在同等距離下兩者的移動時長是不一樣的,濕氣損耗也由此產生;三是小水滴一旦大量聚集,不可避免地會產生水滴流,那么濕氣的運行就會受阻,熱量損失也會加重。

2.3 環(huán)境影響 在社會發(fā)展中,能源的大量使用會導致熱能排放,而這些因素是當前熱能、動力工程無法避免的,必然會對環(huán)境造成一定的影響。首先,目前很多企業(yè)選擇煤炭作為燃料供應,開展熱能和動力工程作業(yè)。在使用煤炭的過程中就會產生CO2氣體,CO2氣體的大量排放,就會破壞氣候,導致氣候變暖、臭氧層空洞。其次,很多企業(yè)使用的生產設備都存在嚴重的噪音問題,設備運行時發(fā)出很大的噪音,很多企業(yè)員工即便帶上耳塞也無法解決噪音問題。此外,住宅供暖、汽車尾氣以及工業(yè)生產時,都會排放大量熱能,這些熱能會導致城市溫度遠遠高于郊區(qū)和農村,致使熱島效應的出現(xiàn)。最后,核電站以及煉鋼廠等高耗能企業(yè)大量使用動力工程、熱能技術,為了冷卻水溫和設備,就會使用大量冷卻水。由于水溫升高使水中溶解氧減少,大量的水中生物死亡,進而導致水體無法凈化,水質持續(xù)惡化。

3 熱能與動力工程轉化過程中的一些弊端和缺陷

對熱能與動力工程的研究越來越重視,一些相關的熱能裝置在日常生活中也越來越常見,對環(huán)境也產生了很大的影響。因為熱能的產生大多都要依賴相關的燃料的燃燒,在這個過程中,避免不了的會產生一些煙氣,其實就包含著會污染大氣層的二氧化碳和二氧化硫。二氧化碳排放量過多會加快全球變暖的速度,同時也會加重溫室效應,這些有毒氣體對人體的損害也是非常大的。這只是現(xiàn)在熱能動力工程研究過程中的一個比較典型的問題,因為它與國家的環(huán)保理念相沖突。其次,熱力工程最經常運用到的地方,就是一些大型工廠,比如一些火力發(fā)電廠。但是在很多的熱能發(fā)電工廠中,都存在著相當多的問題,最簡單的一個就是與生活息息相關的噪音問題。因為國家在這種情況下,對于這種大范圍應用熱能裝置的研究還比較粗糙,有很多功能還沒有細化解決。最后,關于能源的利用效率問題,進行一些熱能的做功時,大部分情況下會產生一些水蒸汽,其實在工廠的能量轉化的過程中,也會出現(xiàn)這個問題。這種情況下的水蒸汽的產生和散失,其實就是熱能的丟失,而熱能丟失的越多,根據(jù)物理所學的能量守恒定律來進行分析,最終在熱能生電的工廠中,最后熱能轉化成的電能也就越少,能量利用效率是非常低的,有很多的能量以水蒸汽的形式散失了。

4 熱能與動力工程中的節(jié)能技術運用

4.1 余熱回收技術運用 通過對發(fā)電廠運行狀況的分析,在電能生產和能源利用過程中,為了實現(xiàn)有效的能源輸送和科學轉化,整個能源改造中會有熱量散失的問題。因此,為了減少熱損失,應根據(jù)電廠的運行狀況分析容量損失現(xiàn)象,并具體分析余熱恢復過程。在余熱回收中,需要改變以前的工藝,通過處理余熱回收資源來減少余熱排放,然后根據(jù)余熱的數(shù)量和質量的基本特征來確定余熱回收的方法。結合目前的熱能和電力系統(tǒng)的運行狀況,應用加熱冷凝裝置可以有效提高電力裝置的運行效率,節(jié)約燃料,有效減少熱損失現(xiàn)象。此外,在電廠運行過程中,由于生產需求會限制整個系統(tǒng)的運行,通常會產生大量廢水等,需要對這些廢水資源進行科學、系統(tǒng)的處理,從而實現(xiàn)余熱回收技術的節(jié)能價值。

4.2 產業(yè)結構的優(yōu)化調整 產業(yè)結構調整應該作為熱動領域實現(xiàn)節(jié)能發(fā)展的重要途徑,產業(yè)結構的調整和優(yōu)化,能夠使得以往的運行方式和發(fā)展狀況得到很大程度的改善,從而實現(xiàn)整個行業(yè)的節(jié)能發(fā)展。產業(yè)結構的優(yōu)化調整可從以下幾個方面入手:第一,對產業(yè)發(fā)展所需的能源結構進行調整,并引進先進的環(huán)保型設備,優(yōu)化工藝流程,降低生產對環(huán)境的污染程度,提升整個產業(yè)生產和運行的效率。第二,重點抓好工藝技術的改造工作,實施因地制宜的技術原則,重視對水資源的充分利用,最終綜合利用熱能資源。例如,空氣機組具有出色的熱回收技術,將其運用到熱能回收當中,再將回收的熱能用于供暖環(huán)節(jié),這樣一來,熱能和動力工程便能實現(xiàn)節(jié)能運用。第三,對生產設備進行節(jié)能改造,提高其使用性能和生產效率,這也是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑。

4.3 優(yōu)化控制系統(tǒng)并提升熱能轉換和傳輸效率 對熱能與動力系統(tǒng)的設備運行和能量轉換工藝流程進行精確調控,是節(jié)能減排的最佳技術手段。首先,通過完善在線實時監(jiān)控系統(tǒng),運用大數(shù)據(jù)技術等技術實時分析、預測電網(wǎng)的負荷變化規(guī)律,提升發(fā)電機組調頻控制系統(tǒng)的響應速度,改進對鍋爐燃燒、汽輪機組運行等關鍵環(huán)節(jié)的控制,讓設備的運行更為高效;其次,基于對具體設備運行歷史數(shù)據(jù)的分析,不斷優(yōu)化其控制模式并探索改進途徑,通過調整設定參數(shù)或改進汽輪機葉片、風道形狀等形式,降低生產設備的能耗和提升其運行效率。

4.4 選擇適宜的調頻技術 熱動工程可以被看作一個熱能向機械能和熱能轉換的系統(tǒng),其本質便是實現(xiàn)能量的轉化,該系統(tǒng)本身便十分容易利用能源來實現(xiàn)節(jié)能降耗。同時,使用熱能更為環(huán)保,對環(huán)境的傷害更小。石油、煤炭這些傳統(tǒng)的不可再生能源具有對環(huán)境污染更嚴重的特點,熱能可逐漸用于替代這些不可再生能源作為新的節(jié)能型能源。從調頻方法的角度來講,其要與電廠發(fā)電機組的實際相結合,根據(jù)每個裝置不同的內部構造對調頻方法進行設置,這樣設置出的調節(jié)量才是適當?shù)?符合機組裝置的實際情況,這對電廠運行的安全穩(wěn)定具有重要的意義。此外,設備也需要進行調頻,常見的如水泵的閉環(huán)調頻,必須對外部的溫度和氣壓條件變化等信息進行收集,依據(jù)變化實現(xiàn)對變頻器頻率值的調節(jié),以使其充分適應外界的條件變化,為水泵的安全平穩(wěn)運行提供保障。

結論

綜上所述,熱動工程在我國工業(yè)生產領域的應用十分廣泛,尤其是在發(fā)電廠實踐中,能夠大大提升能源的利用效率,降低不可再生能源的使用率,增加電能的生產量,促進我國電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。