熱能與動力工程在鍋爐應(yīng)用中的問題探析

摘" 要：熱能與動力工程在鍋爐中的應(yīng)用是提高能源利用效率、優(yōu)化燃燒過程和保障設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵。如何才能通過技術(shù)創(chuàng)新和管理優(yōu)化，提高鍋爐的能源利用效率，減少能源浪費(fèi)，這是當(dāng)下很多企業(yè)面臨的重要課題。本文深入探討熱能與動力工程在鍋爐領(lǐng)域的應(yīng)用情況，發(fā)掘當(dāng)下的問題，提出解決措施，提高鍋爐的能源利用效率。

關(guān)鍵詞：熱能；動力工程；鍋爐應(yīng)用

一、引言

熱能與動力工程在鍋爐中的應(yīng)用對于提高能源利用效率和保障設(shè)備安全運(yùn)行具有重要意義，但也面臨著一系列技術(shù)和管理上的挑戰(zhàn)。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化，可以有效地解決這些問題，推動鍋爐領(lǐng)域的發(fā)展。

二、熱能與動力工程在鍋爐領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）鍋爐設(shè)計(jì)與優(yōu)化

在熱能與動力工程領(lǐng)域，鍋爐設(shè)計(jì)與優(yōu)化意義重大，其核心在于通過精巧設(shè)計(jì)鍋爐結(jié)構(gòu)來提升能源利用效能并削減污染排放。一方面，科學(xué)規(guī)劃燃燒室布局，精心改良煙氣通道與煤粉噴嘴構(gòu)造，使燃料在爐內(nèi)充分燃燒，促使熱能轉(zhuǎn)換效率達(dá)到峰值，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。另一方面，積極引入新材料與前沿技術(shù)，同時采用智能燃燒優(yōu)化手段，既契合環(huán)保規(guī)范，又能增強(qiáng)企業(yè)在市場中的競爭實(shí)力，推動鍋爐領(lǐng)域邁向綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展新征程[1]。

（二）鍋爐控制與自動化

應(yīng)用先進(jìn)的控制系統(tǒng)和自動化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對鍋爐的智能化管理，這包括自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，實(shí)時監(jiān)測鍋爐運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)需要進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。自動化控制技術(shù)可以減少原材料消耗、保障產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件、優(yōu)化生產(chǎn)工藝和管理體制，加速產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的有效變革及信息化進(jìn)程。鍋爐控制與自動化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，不僅提高了鍋爐的運(yùn)行效率和安全性，還促進(jìn)了能源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，鍋爐控制與自動化將繼續(xù)向智能化、精準(zhǔn)化方向發(fā)展。

（三）空燃比例連續(xù)控制

通過熱電偶檢測鍋爐內(nèi)部燃燒情況，將檢測結(jié)果傳輸給PLC，與預(yù)設(shè)參數(shù)比較后，通過微分運(yùn)算和比例積分運(yùn)算的方式輸出相應(yīng)的差值，控制比例閥和電動碟閥，實(shí)現(xiàn)對鍋爐內(nèi)部燃料和空氣比例的控制，掌控鍋爐內(nèi)燃燒溫度。

（四）鍋爐風(fēng)機(jī)監(jiān)控

熱能與動力工程在鍋爐風(fēng)機(jī)監(jiān)控中，通過改良原有風(fēng)機(jī)的運(yùn)行機(jī)制，盡可能延長風(fēng)機(jī)運(yùn)行時間，同時分析不同方向流入風(fēng)機(jī)葉片的燃燒速度，并借助構(gòu)建二維模型的方式描述風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，得出對應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)，以延長風(fēng)機(jī)運(yùn)行時間。

三、熱能與動力工程在鍋爐應(yīng)用中存在的問題

（一）能源轉(zhuǎn)化率問題

盡管熱能與動力工程在鍋爐中的應(yīng)用提高了能源轉(zhuǎn)化效率，但目前我國針對鍋爐熱能方面的研究還比較少，距離理想的水平還存在一定的差距。鍋爐效率方面，我國鍋爐的能源利用率約為33%，與世界先進(jìn)水平相差10個百分點(diǎn)，節(jié)能潛力巨大。排煙溫度方面，較低的排煙溫度有利于提高鍋爐效率，因?yàn)檫^高的排煙溫度可能意味著煙氣中攜帶的熱量未被充分利用，這方面的技術(shù)還需進(jìn)一步提高。余熱方面，電廠鍋爐在發(fā)電過程中會產(chǎn)生大量余熱，這部分熱量若能得到有效利用，將對提高能源利用率、降低能源消耗具有重要意義，目前我國電廠鍋爐余熱利用水平相對較低，余熱資源尚未得到有效開發(fā)。

（二）風(fēng)機(jī)溫控問題

鍋爐風(fēng)機(jī)溫控問題是指在鍋爐運(yùn)行過程中，對風(fēng)機(jī)溫度進(jìn)行有效控制的一系列技術(shù)和管理挑戰(zhàn)。這些問題直接影響風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定性、壽命以及整個鍋爐系統(tǒng)的安全和效率。例如，軸承異常、冷卻時間不足、潤滑效果不好等因素可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)軸承溫度過高。風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常振動，可能導(dǎo)致噪音增大、軸承損壞等問題。電機(jī)無法啟動、運(yùn)行不穩(wěn)定或電流、電壓異常。葉片長期使用后出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致風(fēng)量減小、噪音增大。風(fēng)機(jī)長時間運(yùn)轉(zhuǎn)生成的熱能多，如果忽視降溫處理，會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)燒毀，降低能量轉(zhuǎn)換效率。

（三）燃燒控制問題

鍋爐燃燒控制問題是指在鍋爐運(yùn)行過程中，對燃料燃燒過程進(jìn)行有效控制的一系列技術(shù)和管理挑戰(zhàn)。這些問題直接影響鍋爐的效率、安全性以及環(huán)保性能。例如，鍋爐的燃燒效率代表著完全燃燒的程度，若燃燒不充分，會導(dǎo)致氣體不充分燃燒損失和固體不完全燃燒損失增大，使鍋爐燃燒效率降低。燃料和空氣比例不合理會導(dǎo)致燃燒不完全，影響鍋爐效率和排放。爐膛負(fù)壓控制不當(dāng)可能導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定，影響鍋爐效率和安全性。排煙熱損失是鍋爐熱損失中比例較大的部分，直接影響鍋爐的熱效率。機(jī)械未完全燃燒熱損失會導(dǎo)致鍋爐效率降低。未能充分利用鍋爐排放的余熱，會導(dǎo)致能源浪費(fèi)。鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理可能導(dǎo)致燃燒控制不精確，影響鍋爐效率和穩(wěn)定性。燃燒控制直接影響鍋爐運(yùn)行期間的能量轉(zhuǎn)換，依靠燃燒控制技術(shù)可以起到能量轉(zhuǎn)換的調(diào)節(jié)作用，是提高能源轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵方式之一。但現(xiàn)有的燃燒控制技術(shù)可能無法達(dá)到精細(xì)化的管理目標(biāo)[2]。

四、熱能與動力工程在鍋爐應(yīng)用中存在問題的解決措施

（一）能源轉(zhuǎn)化率問題的解決措施

可以通過優(yōu)化燃燒器設(shè)計(jì)和調(diào)整空氣與燃料的混合比例，實(shí)現(xiàn)更充分的燃燒，減少氮氧化物排放，同時提高燃燒效率。在更高的溫度和壓力下進(jìn)行燃燒，也可以提高燃燒效率和熱效率。另外，可以采用模糊控制、自適應(yīng)控制和智能控制等技術(shù)，根據(jù)實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)和外部負(fù)荷變化自動調(diào)整燃燒參數(shù)和熱交換條件。在鍋爐尾部安裝省煤器和空氣預(yù)熱器，回收煙氣中的余熱，提高熱效率。及時對鍋爐進(jìn)行維修保養(yǎng)，延長使用壽命，控制煤炭原料和機(jī)械參數(shù)。通過上述措施，可以顯著提升鍋爐的能源利用效率，減少能源浪費(fèi)，并降低環(huán)境污染。

（二）風(fēng)機(jī)溫控問題的解決措施

在鍋爐運(yùn)行過程中，風(fēng)機(jī)溫控問題至關(guān)重要，關(guān)乎系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。為此，需要采用 PLC（可編程邏輯控制器）與變頻器構(gòu)建的自動控制系統(tǒng)對鍋爐風(fēng)機(jī)予以精準(zhǔn)掌控。該系統(tǒng)憑借其高度自動化與智能化的特性，不但能夠保障鍋爐始終處于優(yōu)良的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)成節(jié)能降耗的目標(biāo)，而且控制精準(zhǔn)可靠、操作便捷簡易，極大地提升了鍋爐操作的安全性。

在具體的運(yùn)行機(jī)制方面，借助自動/手動切換開關(guān)可對引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)分別實(shí)施變頻啟動或軟啟動操作，同時系統(tǒng)能夠?qū)崟r判斷風(fēng)機(jī)是否存在急停、故障、停機(jī)等異常狀況。為確保設(shè)備運(yùn)行順序的合理性，引風(fēng)機(jī)啟動 2 分鐘后才允許啟動鼓風(fēng)機(jī)；停機(jī)時，必須先關(guān)停鼓風(fēng)機(jī)，等待 5 分鐘后再停止引風(fēng)機(jī)。當(dāng)變頻器突發(fā)故障時，系統(tǒng)可自動切換至手動控制模式，以工頻運(yùn)行維持設(shè)備基本運(yùn)轉(zhuǎn)，待故障排除后，又能迅速恢復(fù)至高效的變頻運(yùn)行狀態(tài)。

此外，借助現(xiàn)代信息技術(shù)，可通過手機(jī) APP 或電腦網(wǎng)頁對變頻系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及各類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時、全方位的監(jiān)控，顯著提升系統(tǒng)的監(jiān)控能力與響應(yīng)速度。通過嚴(yán)格要求出水溫度穩(wěn)定在 80℃、回水溫度維持在 40℃以及出口壓力保持在 50Pa，并對這些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行精確把控，從而確保鍋爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。通過上述一系列綜合性措施的有效施行，能夠切實(shí)解決鍋爐風(fēng)機(jī)溫控問題，全面提升鍋爐系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性，為工業(yè)生產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)可靠的動力保障。

（三）燃燒控制問題的解決措施

可以利用網(wǎng)絡(luò)動態(tài)建立燃煤鍋爐的NOx排放濃度和鍋爐煤耗的綜合優(yōu)化模型，并實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)的滾動優(yōu)化，以保證模型的辨識能力和泛化能力，實(shí)現(xiàn)燃煤機(jī)組大范圍變負(fù)荷的動態(tài)優(yōu)化。基于建立的優(yōu)化模型，應(yīng)用改進(jìn)型量子蜂群算法優(yōu)化一二次風(fēng)量、燃煤量和各二次風(fēng)門開度來實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化。另外，采用先進(jìn)的燃燒器，提高燃油的燃燒效率，降低能耗。通過改善燃燒室外形、結(jié)構(gòu)等，可有效改善燃燒效果。必要時，可以采用鍋爐煙道及爐膛CO網(wǎng)格式多點(diǎn)在線監(jiān)測方法，實(shí)時采集煙道或爐膛側(cè)的煙氣；構(gòu)建CO-鍋爐效率及CO-NO內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系模型，采用CO/O2雙參量的鍋爐動態(tài)燃燒評價方法；構(gòu)建基于CO/O2雙參量的鍋爐動態(tài)智能燃燒模型，解決鍋爐高效燃燒、低氮排放、高溫腐蝕/結(jié)焦三者之間的矛盾。還可以通過鍋爐燃燒、脫硫脫硝優(yōu)化、大數(shù)據(jù)自主尋優(yōu)、機(jī)爐網(wǎng)協(xié)同、管網(wǎng)模擬優(yōu)化，降低工藝控制波動、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、提升鍋爐效能。利用平臺+AppS模式，實(shí)現(xiàn)鍋爐汽機(jī)等裝置生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控、裝置性能與安全預(yù)警、健康度診斷等，全面提升熱電企業(yè)自動化、數(shù)字化、智能化運(yùn)營管控水平。通過實(shí)施上述措施，可以有效解決鍋爐燃燒控制問題，提高鍋爐的燃燒效率和熱效率，降低環(huán)境污染，確保鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[3]。

五、結(jié)束語

熱能與動力工程在鍋爐領(lǐng)域的應(yīng)用顯著提高了鍋爐能源轉(zhuǎn)換率。通過優(yōu)化鍋爐設(shè)計(jì)、提高燃燒效率等措施，可以節(jié)約能源和降低成本。未來的研究和應(yīng)用將進(jìn)一步優(yōu)化鍋爐設(shè)計(jì)，提高燃燒效率和熱能利用率，減少污染物的排放，并結(jié)合智能化技術(shù)提高設(shè)備的可靠性和安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭長清。電廠鍋爐方面對熱能與動力工程的應(yīng)用創(chuàng)新[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（引文版）工程技術(shù)， 2024（003）：000.

[2]杜航。關(guān)于熱能與動力工程在鍋爐中應(yīng)用問題的探討[J].中國科技期刊數(shù)據(jù)庫 工業(yè)A， 2022（4）：3.

[3]趙亮，郝羊兵，龐連輝。熱能與動力工程在鍋爐中應(yīng)用問題的創(chuàng)新[J].城市周刊， 2022（15）：73-75.

作者單位：華能（大連）熱電有限責(zé)任公司