潘偉鋒

[摘 要]熱能與動(dòng)力工程是研究熱能和動(dòng)力轉(zhuǎn)化問(wèn)題的一門學(xué)科。其在鍋爐工程、熱電廠生產(chǎn)、空調(diào)及流體機(jī)械領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著國(guó)家對(duì)清潔能源和節(jié)能減排工作的不斷重視，通過(guò)科技創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能降耗，是熱能與動(dòng)力工程學(xué)科的重點(diǎn)研究課題。在燃燒控制、節(jié)能降耗、余熱回收等多個(gè)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，都可以為生產(chǎn)活動(dòng)的經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)明顯提高。

[關(guān)鍵詞]熱能與動(dòng)力工程；科技創(chuàng)新；分析

中圖分類號(hào)：TK-1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）05-0103-01

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開(kāi)安全、高效的能源供應(yīng)。在改革開(kāi)放過(guò)去的近40年中，我國(guó)依托大量的傳統(tǒng)能源供應(yīng)，使工業(yè)水平得到了飛速發(fā)展。但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)中能源使用的高效性、清潔性提出了更高的要求。如何提高能源利用的效率，使有限的能源更加全面的服務(wù)于國(guó)家的發(fā)展，是熱能與動(dòng)力工程相關(guān)領(lǐng)域需要重點(diǎn)關(guān)注的課題。只有依托于科技創(chuàng)新，落實(shí)節(jié)能減排新理念，才能在鍋爐、熱電、空調(diào)等領(lǐng)域取得更大的技術(shù)進(jìn)步。

1 熱能與動(dòng)力工程的基本概念

國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)必然伴隨著能源需求的上升，能源行業(yè)一直在國(guó)民生產(chǎn)活動(dòng)中扮演著十分重要的角色。而熱能與動(dòng)力工程就是為了解決能源與動(dòng)力問(wèn)題而誕生的學(xué)科，其以工程熱物理理論為基礎(chǔ)，研究各類動(dòng)力工程和機(jī)械的運(yùn)行規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)燃料的高效、安全使用。我國(guó)的熱能與動(dòng)力工程專業(yè)涵蓋了熱能過(guò)程與控制、動(dòng)力機(jī)械、流體機(jī)械和電廠熱能工程等多個(gè)專業(yè)方向，所培養(yǎng)的人才在各大發(fā)電廠、電力設(shè)計(jì)研究院、制冷設(shè)備企業(yè)、高校和政府環(huán)境規(guī)劃相關(guān)部門發(fā)揮著重要的作用。

2 熱能與動(dòng)力工程在現(xiàn)代生產(chǎn)活動(dòng)中的應(yīng)用

2.1 在鍋爐工程中的應(yīng)用

熱能與動(dòng)力工程在鍋爐中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在燃燒控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)上。所謂燃燒控制，就是對(duì)鍋爐內(nèi)燃料的燃燒轉(zhuǎn)化幅度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的技術(shù)。傳統(tǒng)的鍋爐燃燒，是靠人工向鍋爐內(nèi)填充燃料，但在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)不斷發(fā)展的今天，許多先進(jìn)的鍋爐設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用了自動(dòng)化、智能化填料設(shè)備。燃燒控制技術(shù)的主要思想，就是利用燃燒控制器、熱傳感器（熱電偶）、流量控制設(shè)備和PLC等組成自動(dòng)控制系統(tǒng)，PLC根據(jù)傳感器實(shí)測(cè)的鍋爐溫度，與預(yù)設(shè)溫度相比較，根據(jù)差值的大小和方向驅(qū)動(dòng)流量控制設(shè)備，以對(duì)燃燒狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

2.2 在熱電廠生產(chǎn)中的應(yīng)用

在熱電廠生產(chǎn)設(shè)備中，汽輪機(jī)可以將鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽（熱能）轉(zhuǎn)化為輪機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，是主要的熱能-動(dòng)能轉(zhuǎn)化設(shè)備。在熱能-動(dòng)能轉(zhuǎn)化過(guò)程中，一部分熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能后，經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)再轉(zhuǎn)化為電能輸送出去；但還有一部分熱能通過(guò)熱傳導(dǎo)損耗掉了。因此，熱能與動(dòng)力工程再熱電廠生產(chǎn)中起到的最重要作用，就是研究減少熱損耗的方法，提高能源的利用效率。一般來(lái)說(shuō)，熱電廠可以利用多級(jí)汽輪機(jī)的重?zé)岈F(xiàn)象來(lái)提高能源的利用率。所謂重?zé)岈F(xiàn)象，就是指蒸汽在上一級(jí)汽輪機(jī)做功的損失，可以被下一級(jí)汽輪機(jī)所利用的現(xiàn)象。重?zé)岈F(xiàn)象是提高熱電廠熱能利用率的重要理論基礎(chǔ)，一般可以用重?zé)嵯禂?shù)來(lái)表征。

2.3 在空調(diào)工程中的應(yīng)用

在空調(diào)工程中，以電能為代表的能源通過(guò)流體與制冷機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。因此空調(diào)工程是熱能與動(dòng)力工程中流體機(jī)械領(lǐng)域的一個(gè)典型應(yīng)用。在空調(diào)工程中，電力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，使得電力能源轉(zhuǎn)化為制冷劑的機(jī)械能，具備一定壓力和流速后的推動(dòng)制冷劑按照冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器的順序流動(dòng)，使得制冷劑在房間內(nèi)部的蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱，在外部的冷凝器完成冷凝放熱，以達(dá)到熱交換的目的。

3 熱能與動(dòng)力工程的前沿科技創(chuàng)新

3.1 燃燒控制技術(shù)的優(yōu)化創(chuàng)新

鍋爐燃燒控制技術(shù)的優(yōu)化創(chuàng)新，主要體現(xiàn)在節(jié)能和減排兩個(gè)方面。所謂節(jié)能，就是通過(guò)合理調(diào)節(jié)送料量和送風(fēng)量以優(yōu)化燃料的燃燒效率，達(dá)到節(jié)省燃料的目的。在國(guó)家推行節(jié)能減排政策力度不斷加大的背景下，可以采用燃燒優(yōu)化技術(shù)改造（Advanced Process Control，簡(jiǎn)稱APC）系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。APC系統(tǒng)可以通過(guò)外掛的計(jì)算機(jī)通信設(shè)備對(duì)鍋爐燃燒實(shí)現(xiàn)閉環(huán)或開(kāi)環(huán)控制，其中采用的模糊邏輯控制技術(shù)可以應(yīng)付多種工業(yè)控制問(wèn)題。在已經(jīng)采用了APC技術(shù)的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中，鍋爐符合升降能力明顯提高，負(fù)荷爬坡能力增強(qiáng)；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了過(guò)熱溫度優(yōu)化控制、噴水控制和智能吹灰控制等，達(dá)到了較好的節(jié)能效果。在減排方面，燃料用量的減少，使得溫室氣體排放量得到控制，同時(shí)，通過(guò)燃煤送風(fēng)量的智能控制，可以促使煤的完全燃燒，減少氮氧化合物的排放，也降低了鍋爐飛灰的排放

3.2 熱電廠節(jié)能降耗技術(shù)創(chuàng)新

熱電廠是熱能與動(dòng)力工程技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域，其在節(jié)能降耗技術(shù)創(chuàng)新中也走在前列。其中，超超臨界機(jī)組的應(yīng)用使得熱效率明顯提高，具有顯著的節(jié)能減排效果。所謂超超臨界機(jī)組，是以鍋爐內(nèi)部介質(zhì)的工作壓力為判別標(biāo)準(zhǔn)的。當(dāng)鍋爐內(nèi)蒸汽壓力在31MPa以上時(shí)，被稱為超超臨界鍋爐，在超超臨界機(jī)組機(jī)組中，燃煤具有更高的熱效率。另外，在百萬(wàn)千瓦級(jí)的超超臨界機(jī)組中，由于其設(shè)備數(shù)量較多、機(jī)組結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，在進(jìn)行手動(dòng)操作數(shù)，容易由于誤操作引起設(shè)備事故，因此機(jī)組自?？刂萍夹g(shù)的應(yīng)用顯得十分必要。機(jī)組自?？刂葡到y(tǒng)（Automatic Power Plant Starup And Shutdown System，簡(jiǎn)稱APS），可以通過(guò)安裝在鍋爐、汽輪機(jī)等各處的監(jiān)視系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并利用預(yù)先寫入的程序調(diào)動(dòng)各個(gè)設(shè)備的順序控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的自啟自停。APS作為具有先進(jìn)控制理念的控制技術(shù)，對(duì)于提高熱電廠運(yùn)行效率和自動(dòng)化水平，以更好實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗具有重要的作用。

3.3 空壓機(jī)余熱回收技術(shù)創(chuàng)新

空氣壓縮機(jī)，簡(jiǎn)稱空壓機(jī)，是一種用以壓縮氣體的機(jī)械設(shè)備，其作用原理和水油壓力泵類似，工廠中能耗較高的動(dòng)力設(shè)備之一?？諌簷C(jī)將輸入的電能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣能，從而驅(qū)動(dòng)其他設(shè)備運(yùn)作，其在流體機(jī)械領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用。但值得關(guān)注的是，供應(yīng)給空壓機(jī)的電能，通常僅有兩成轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而剩余八成能量以熱能的形式散失，從而造成了極大的能源浪費(fèi)，不符合節(jié)能減排的生產(chǎn)要求。而空壓機(jī)余熱回收技術(shù)設(shè)備的出現(xiàn)，大大改善了這一狀況?？諌簷C(jī)通過(guò)冷熱交換的原理，將壓縮氣體過(guò)程中產(chǎn)生的熱量重新利用，將原本耗散到空氣中的熱量收集起來(lái)，作為加熱生活、生產(chǎn)用水所需熱能，替代原本的用水加熱設(shè)備，大大減少了能量的浪費(fèi)狀況。

結(jié)語(yǔ)

隨著科技和經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，國(guó)家對(duì)于能動(dòng)行業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求。傳統(tǒng)的熱能與動(dòng)力工程粗放、高能耗型應(yīng)用模式已經(jīng)不再適用。為了保障可持續(xù)發(fā)展，提高能源的利用率，相關(guān)技術(shù)人員和理論研究人員應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)有的鍋爐、熱電生產(chǎn)、空調(diào)等高能耗產(chǎn)業(yè)出發(fā)，進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新研究針對(duì)鍋爐燃燒的節(jié)能減排控制技術(shù)、熱電廠的高效運(yùn)行控制、以及空壓機(jī)等高能耗設(shè)備的節(jié)能降耗等進(jìn)行科技創(chuàng)新，為熱能與動(dòng)力工程專業(yè)研究開(kāi)辟新的方向。本文僅針對(duì)當(dāng)前能動(dòng)專業(yè)的幾個(gè)典型應(yīng)用實(shí)例，給出了一些較有前景的創(chuàng)新方向，對(duì)于相關(guān)研究工作的進(jìn)行具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 叢永峰，呂鑫.熱能與動(dòng)力工程應(yīng)用創(chuàng)新及發(fā)展方向[J].大科技，2016（13）.

[2] 韓振宇.關(guān)于熱能與動(dòng)力工程科技創(chuàng)新的探討[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015（35）.