鍋爐應用中熱能與動力工程的具體研究

李坤

中國電建集團山東電力建設第一工程有限公司 山東 濟南 250100

引言

在社會經(jīng)濟不斷發(fā)展背景下，人們生產(chǎn)生活對能源資源的需求也日漸提高，在帶動能源生產(chǎn)企業(yè)快速發(fā)展的同時，因能源消耗出現(xiàn)的環(huán)境污染問題也愈發(fā)嚴峻。為有效緩解能源資源壓力、提高鍋爐能源燃燒效率和降低生產(chǎn)對環(huán)境帶來的影響，相關工程技術人員提出了熱能與動力工程在鍋爐領域中進行應用的觀點，由于熱能與動力工程是以跨熱能動力工程及機械工程為理論基礎，實現(xiàn)機械和熱能之間能量有效轉換，整個過程需要對鍋爐在燃燒過程中需要的動力值進行科學計算，并通過在鍋爐設計中貫徹熱能與動力工程原則，達到提高燃燒效率和節(jié)能環(huán)保目的[1]。鑒于此，對熱能與動力工程在鍋爐領域中的具體應用展開研究與分析。

1 鍋爐工作原理及結構

1.1 工作原理

鍋爐的工作原理就是通過燃燒燃料使之產(chǎn)生熱能，并經(jīng)過傳導裝置生產(chǎn)符合規(guī)定參數(shù)和品質的蒸汽、熱水等的設備。鍋爐作為工業(yè)生產(chǎn)中運用最為普遍的一種能源轉換介質，并且能源轉換效率與鍋爐技術水平密切相關，甚至還會對企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品質量產(chǎn)生極大影響。實際生產(chǎn)過程中，雖然需要根據(jù)產(chǎn)品不同需求對鍋爐類型和規(guī)格進行科學合理選擇，但是鍋爐運用工作原理都具有一致性，即將燃燒的熱能有效地轉化為機械能，應用方向主要有直接通過燃燒燃料為工業(yè)生產(chǎn)提供能源和為發(fā)電站提供能源兩種[2]。

1.2 鍋爐結構

鍋爐主要是由外殼和電氣控制兩部分構成，其中外殼包含底部外殼和表面外殼兩項內(nèi)容，底部外殼主要發(fā)揮支持鍋爐燃燒作用，實際運用通常會在底殼安裝交換器、電子控制裝置等，切實保障鍋爐系統(tǒng)運行穩(wěn)定和連續(xù)，表面外殼則主要發(fā)揮防止外界煙塵進入鍋爐內(nèi)部作用，一旦引發(fā)系統(tǒng)元器件損壞，鍋爐正常運行也勢必會受到影響[3]。此外，電氣控制作為整個鍋爐系統(tǒng)的控制中樞，通過電氣控制系統(tǒng)發(fā)揮作用，可以實現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)運行自動化控制和有效調節(jié)，進而實現(xiàn)鍋爐有效保護。

2 熱能與動力工程在鍋爐中應用需要面臨的問題

當前，在鍋爐中應用熱能與動力工程，為取得理想效果，就要對以下問題加以關注：①鍋爐風機，風機在鍋爐中主要發(fā)揮增加燃燒室氧氣含量作用，進而達到使燃燒更加充分目的。隨著我國工業(yè)事業(yè)不斷發(fā)展，對能源資源的需求量也不斷增大，在開展工業(yè)生產(chǎn)時鍋爐運行時間不斷延長，而風機裝置沒有考慮這一情況進行優(yōu)化改進，持續(xù)運行產(chǎn)生較大負荷情況下，電機燒壞、系統(tǒng)受損等情況也頻頻發(fā)生，不僅對工業(yè)正常生產(chǎn)帶來極大影響，還嚴重降低了企業(yè)生產(chǎn)效率，甚至還會對生產(chǎn)人員生命安全構成嚴重威脅，這時候就要聯(lián)系實際情況，對風機進行科學改造，以保障鍋爐正常穩(wěn)定開展工作[4]。②鍋爐熱能效率，鍋爐在對燃燒燃料所產(chǎn)生的熱能進行吸收轉化時，其中一部分熱能會跟隨煙氣進行排放，所損失的這部分熱能，也會導致鍋爐生產(chǎn)熱能出現(xiàn)不足情況。與此同時，涉及的煙煤、生物質等燃燒，在鍋爐中沒有得到充分燃燒，在加劇熱能損失狀況的同時，也引發(fā)更多煙氣和粉塵，不僅降低了鍋爐的熱效率，還引發(fā)嚴重環(huán)境污染問題，與當今時代提倡的節(jié)能降耗和清潔生產(chǎn)理念相違背。③鍋爐燃燒控制，鍋爐系統(tǒng)運行中，燃燒控制占據(jù)著十分重要的地位，并且燃燒系統(tǒng)運行效率高低也將直接影響到整個鍋爐燃效，通過單回路控制、比值控制、串級控制等在鍋爐燃燒控制中提供支持，可以實現(xiàn)進風量、燃煤量、燃煤與空氣比例等參數(shù)科學調整，在更好開展生產(chǎn)任務的基礎上，鍋爐生產(chǎn)安全性也能得到有力保證[5]。然而從實際來看，雖然現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，使鍋爐自動化燃燒控制水平得到極大提升，但是依然存在控制缺陷問題，需要加強研究與改進，切實解決鍋爐控制系統(tǒng)偏差問題。

3 熱能與動力工程在鍋爐領域中的具體應用研究

3.1 爐內(nèi)燃燒控制技術

由于鍋爐能量轉化效率與爐內(nèi)燃燒效率存在十分緊密聯(lián)系，對爐內(nèi)燃燒加強控制，就可以使燃燒效率得到進一步提高，并促進能量有效進行轉換。在控制方法上就可以需要堅持與時俱進，使之由手動控制向自動化控制方向轉變，具體方法有以下兩種：①空燃比例聯(lián)系控制，當前這一系統(tǒng)在鍋爐中已經(jīng)得到十分廣泛應用，并通過該系統(tǒng)發(fā)揮作用，可以實現(xiàn)燃氣和空氣比例有效調整，進而實現(xiàn)燃燒過程有效監(jiān)控，整個燃燒效率也會明顯提高，實際操作時要取得較好燃燒控制效果，就要對溫度控制引起高度重視；②雙向交叉限幅控制，對該種方式進行運用，需要對參數(shù)進行合理調控和對比，溫度測量工作也要加強關注，實踐中要充分利用溫度傳感器和熱電偶，對鍋爐風機運行溫度進行測量，并將之與風機期望溫度進行比較分析，在準確把握數(shù)據(jù)偏差值以后，通過自動控制系統(tǒng)，對燃料與空氣流量閥門的開合程度進行科學調整，并透過對鍋爐燃燒使用燃料量進行合理控制，風機溫度也能準確把控[6]。

3.2 模擬鍋爐風機翼型葉片

從現(xiàn)實情況出發(fā)，發(fā)現(xiàn)鍋爐葉輪設備配置較為復雜，一旦運行過程中出現(xiàn)任何差錯，進行分析解決也十分困難，并對正常運行帶來極大影響。同時，在遭遇這類情況時，通常不會對其展開緊密檢查和試驗，涉及的鍋爐系統(tǒng)數(shù)據(jù)也不夠完善，這時候就要采取有效方法加強控制，實踐中可以采用模仿風機翼型葉片方法，并對其二維模型進行構建，不僅可以實現(xiàn)整個標準及范疇有效確定，還能對整個風機運行狀態(tài)進行準確把控，并保障風機運行達到實際工作要求。

3.3 調整燃燒技術

對于電廠鍋爐而言，再熱器多存在中間吸熱較少、左右吸熱較多問題，為保證鍋爐燃料燃燒充分，加強燃燒計算調整工作十分有必要，不僅可以縮小受熱面吸熱偏差，還能保證溫度控制在均勻狀態(tài)下[7]。實際操作中，除了要對上下擺角、二次風門擋板等進行檢查和調平以外，還要依托SOFA水平擺動執(zhí)行機構，將氣溫控制在均勻狀態(tài)，通過調整燃燒技術以后，再對鍋爐內(nèi)部再熱器進行使用，不僅可以吸收相應熱量，還能保證鍋爐運行處于平穩(wěn)狀態(tài)，鍋爐自身燃燒效率也能得到進一步提高。

3.4 風機優(yōu)化

風機是鍋爐內(nèi)部最為重要的結構，確保其運行穩(wěn)定可靠，不僅可以減少鍋爐內(nèi)能損耗，還能提高實際能量轉換效率，然而受到技術條件制約，科學合理風機發(fā)展體系還尚未形成，為實現(xiàn)風機工作狀態(tài)有效評定，就要充分借助實驗模擬手段，對氣體內(nèi)部流動情況進行分離實驗，并結合所得數(shù)值信息，進行多組數(shù)據(jù)對比，在得到鍋爐風機翼型邊界層分離和弓角間之間關系以后，并可以建立矢量關系圖展開更深一步研究，進而達到鍋爐運行時能源消耗有效控制目的[8]。

4 熱能與動力工程發(fā)展趨勢分析

熱能與動力工程是一門研究熱能與動力轉化的學科，并且在國民經(jīng)濟建設發(fā)展中占據(jù)著舉足輕重的地位，再加上我國是人口和資源消耗的大國，加強熱能與動力工程的相關研究，對能源工業(yè)建設和環(huán)境保護也有著十分重要的現(xiàn)實意義。要促進熱能與動力工程在鍋爐及其他領域中得到更加深入應用與發(fā)展，就要對以下內(nèi)容引起重視：①改進管理方式，實施全集成能源管理，不僅可以提高企業(yè)生產(chǎn)透明度，還能促使管理水平得到提升，實踐中最好聯(lián)系實際做好前期規(guī)劃工作，在配備好熱能與動力工程系統(tǒng)裝備的同時，充分利用系統(tǒng)提供信息，為設備調度停運、故障預防處理、檢修計劃安排等提供有力支持，并且在全集成能源管理下，實際生產(chǎn)效率與安全也能得到可靠保障；②加快產(chǎn)業(yè)結構調整，隨著熱能與動力工程在各領域中不斷深化應用，企業(yè)原本生產(chǎn)管控模式也會發(fā)生極大變化，并且要取得理想應用效果，加快產(chǎn)業(yè)結構調整至關重要，特別是在能源使用、燃燒效率、產(chǎn)品品質等方面，要求積極淘汰陳舊工藝技術和相關機械設備，并積極采用新設備和新技術，促進產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化升級，在提升能源使用效率的同時，工業(yè)生產(chǎn)質量與效益也會得到提高；③加強技術創(chuàng)新，在現(xiàn)代科學技術不斷發(fā)展背景下，各種先進科學技術也被融入熱能與動力工程當中，在更好適應時代發(fā)展步伐的同時，實際生產(chǎn)需求也能得到更好滿足，特別是在減少能源浪費和保護生態(tài)環(huán)境方面，在對熱能與動力工程進行運用時，做好技術創(chuàng)新工作，不僅可以實現(xiàn)高效能源利用模式構建，還能減少有害物質排放，真正實現(xiàn)清潔生產(chǎn)；④增強燃燒控制，針對出現(xiàn)的通過人工使設備提供熱能情況，雖然可以確保設備穩(wěn)定開展工作，但是需要耗費較多人力成本，不利于企業(yè)健康發(fā)展和創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益，這時候有效運用現(xiàn)代科學技術，對燃燒實施自動化、智能化控制，不僅可以減少設備運行偏差，還能保證運行數(shù)值科學準確，尤其是在溫度控制上面，借助先進技術和軟件，可以對鍋爐燃燒控制器、燒嘴、流量閥、熱電偶等數(shù)值進行觀察和計算，在提高實際工作效率的同時，溫度控制精準性也能得到保證，并在工業(yè)生產(chǎn)中進行更加深入應用。

5 結束語

本文是對熱能與動力工程在鍋爐中具體應用的研究，隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，工業(yè)領域開展生產(chǎn)工作，對能源資源的需求日益增長，鍋爐燃燒燃料轉化為熱能存在的燃燒效率低、能源消耗較大、引發(fā)環(huán)境污染等問題也引發(fā)人們廣泛關注，而將熱能與動力工程有效運用到鍋爐領域當中，就可以充分發(fā)揮提高燃燒效率、節(jié)能能源資源、減少安全事故、保護生態(tài)環(huán)境等積極作用。然而從現(xiàn)實情況來看，鍋爐與熱能動力工程相結合的研究還比較少，盡管熱能與動力工程在鍋爐燃燒控制、風機方面等已經(jīng)得到較為深入應用，并取得一定提高燃燒效能和生產(chǎn)效率效果，但是要更好滿足實際企業(yè)生產(chǎn)需求，還要將理論與實踐有效結合起來，并在不斷創(chuàng)新中促進熱能與動力工程在鍋爐及其他領域中進行深化應用，進而推動我國工業(yè)事業(yè)朝著更好方向發(fā)展。