鍋爐領(lǐng)域中熱能與動(dòng)力工程的實(shí)踐應(yīng)用研究

蘇格毅，張雅雯

（中北大學(xué)朔州校區(qū)，山西 朔州 036000）

0 引言

熱能與動(dòng)力工程在鍋爐領(lǐng)域中的實(shí)踐應(yīng)用可以提高鍋爐的能源利用率，最大程度地發(fā)揮出鍋爐熱能的動(dòng)力功效。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平和社會(huì)生產(chǎn)水平的不斷進(jìn)步，人們?cè)谏a(chǎn)生活中對(duì)能源的依賴程度也越來(lái)越高，在為能源生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，也加大了人類對(duì)能源的消費(fèi)量以及因能源消耗而對(duì)環(huán)境造成的污染。為了緩解全球的能源壓力，降低能源生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的危害，提高鍋爐能源的燃燒效率，相關(guān)工程技術(shù)人員提出了在鍋爐領(lǐng)域應(yīng)用熱能與動(dòng)力工程應(yīng)用的觀點(diǎn)，為了使熱能與動(dòng)力工程在鍋爐領(lǐng)域能夠發(fā)揮出最優(yōu)作用，本文就鍋爐領(lǐng)域中熱能與動(dòng)力工程的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 鍋爐的工作原理及結(jié)構(gòu)

鍋爐的工作原理主要是通過燃料燃燒產(chǎn)生熱能，再通過傳導(dǎo)裝置生產(chǎn)規(guī)定參數(shù)(溫度、壓力)和品質(zhì)的蒸汽、熱水或其他工質(zhì)的設(shè)備。鍋爐作為社會(huì)生產(chǎn)生活中應(yīng)用最為普遍的一種能源轉(zhuǎn)換介質(zhì)，其能源轉(zhuǎn)換效率與當(dāng)前鍋爐技術(shù)水平的發(fā)展?fàn)顩r相關(guān)，同時(shí)也對(duì)企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量起到了一定的輔助作用，因此，對(duì)鍋爐技術(shù)水平發(fā)展的研究將會(huì)對(duì)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)起到較大的影響[1-3]。

在我國(guó)的工業(yè)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中，按照不同企業(yè)的產(chǎn)品需求，將鍋爐分為不同的類型和規(guī)格，但其工作原理都大致相同，都是將燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。我國(guó)是當(dāng)今世界上鍋爐生產(chǎn)和使用最多的國(guó)家，在我國(guó)主要的生產(chǎn)活動(dòng)中，鍋爐的應(yīng)用方向主要有兩項(xiàng)：一是直接通過燃料燃燒直接為工業(yè)生產(chǎn)提供能源；二是為發(fā)電站提供能源，其中工業(yè)鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用較為廣泛，例如化肥廠可用蒸汽汽化，以煤為原料，合成化肥，而發(fā)電站所使用的大多為專門的電站鍋爐，僅能為發(fā)電站所使用。鍋爐的結(jié)構(gòu)主要可分為兩個(gè)部分：即電氣控制部分及外殼部分。電氣控制系統(tǒng)是整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的控制中樞，用戶通過自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行。外殼主要分為兩個(gè)部分：底部外殼和表面外殼。底部外殼的主要作用是為鍋爐燃燒提供運(yùn)行支持，支持鍋爐燃燒，通常在底殼處安裝了對(duì)應(yīng)的交換器及電子控制裝置，保證整個(gè)鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性和穩(wěn)定性，表面外殼的作用主要是防止外界煙塵等雜物飄入鍋爐內(nèi)對(duì)鍋爐系統(tǒng)元器件造成損害，影響鍋爐的正常運(yùn)行，對(duì)鍋爐起到保護(hù)作用。

2 熱能與動(dòng)力工程在鍋爐領(lǐng)域的主要應(yīng)用

熱能與動(dòng)力工程是一門以工程熱物理學(xué)為理論研究基礎(chǔ)，運(yùn)用機(jī)械工程學(xué)、工程力學(xué)、自動(dòng)控制、環(huán)境科學(xué)和計(jì)算機(jī)電子技術(shù)等學(xué)科的知識(shí)理論研究?jī)?nèi)燃機(jī)及其動(dòng)力機(jī)械發(fā)展方向的課程。要使鍋爐系統(tǒng)在能源轉(zhuǎn)換中能發(fā)揮出最佳的效果，就需要針對(duì)鍋爐具體的運(yùn)行情況，結(jié)合熱能與動(dòng)力工程理論知識(shí)進(jìn)行充分研究分析提高鍋爐能源利用效率。隨著我國(guó)能源資源的日益緊張，各工程研究人員對(duì)關(guān)于能源利用的高新技術(shù)也得到了巨大的發(fā)展，鍋爐領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步離不開高新技術(shù)的引入引用，在提高能量轉(zhuǎn)化效率的同時(shí)，提高能量轉(zhuǎn)化的質(zhì)量，降低各類污染物的產(chǎn)生排放，為我國(guó)工業(yè)整體水平的進(jìn)步和電力行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持[4-6]。

2.1 熱能與動(dòng)力工程在鍋爐風(fēng)機(jī)方面的應(yīng)用

鍋爐風(fēng)機(jī)的性能對(duì)提高鍋爐系統(tǒng)的燃燒質(zhì)量，保證能源利用率起著至關(guān)重要的作用，性能卓越的風(fēng)機(jī)可以最大化將鍋爐周圍的空氣鼓入鍋爐內(nèi)部，從而將鍋爐的燃料質(zhì)量以及燃料率提高。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)對(duì)能源的需求量越來(lái)越高，在工業(yè)生產(chǎn)中采取有效措施實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的生產(chǎn)目的，緩解我國(guó)能源資源緊張的現(xiàn)狀具有重要意義。在企業(yè)長(zhǎng)期實(shí)際經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)過程中，工程技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行中，若適當(dāng)延長(zhǎng)鍋爐風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，則鍋爐的能源消耗則會(huì)減小，但是若鍋爐風(fēng)機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)運(yùn)行下，自身產(chǎn)生的大量熱能又會(huì)燒毀風(fēng)機(jī)電機(jī)，對(duì)風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行造成損害，進(jìn)而影響鍋爐的使用。利用熱能與動(dòng)力工程中的理論對(duì)鍋爐風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，盡可能延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。因?yàn)殄仩t風(fēng)機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)構(gòu)造較為復(fù)雜，普通的溫度檢測(cè)設(shè)備無(wú)法精確測(cè)量在運(yùn)行過程中鍋爐風(fēng)機(jī)內(nèi)部的溫度，并且，由于當(dāng)前我國(guó)溫度監(jiān)控技術(shù)的條件限制，暫時(shí)無(wú)法對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的技術(shù)設(shè)備，這也成為了無(wú)法有效控制鍋爐在運(yùn)行時(shí)能源消耗的主要原因之一。熱能與動(dòng)力工程中的理論技術(shù)可以定量分析風(fēng)機(jī)葉片中從各方向流入的燃燒速度，將收集到的數(shù)據(jù)反饋給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)程序建立起風(fēng)機(jī)的模擬運(yùn)行狀態(tài)二維模型，最終實(shí)現(xiàn)的對(duì)風(fēng)機(jī)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.2 熱能與動(dòng)力工程在鍋爐燃燒控制方面的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，對(duì)鍋爐燃燒器進(jìn)行精確自動(dòng)化控制，對(duì)保證鍋爐風(fēng)機(jī)溫度安全，節(jié)約鍋爐燃料消耗，提高鍋爐燃燒效率具有重要意義，實(shí)行對(duì)燃燒器進(jìn)行自動(dòng)控制可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒的實(shí)時(shí)控制，在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中主要分為以下兩種[7-8]。（1）空燃比例連續(xù)控制系統(tǒng)?？杖急壤B續(xù)控制系統(tǒng)運(yùn)行原理主要是通過熱電偶分析鍋爐內(nèi)部的燃料燃燒情況，將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給自動(dòng)控制系統(tǒng)與設(shè)定數(shù)值進(jìn)行比較分析，運(yùn)用積分運(yùn)算得到閥門開啟度的控制比例關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃料和鍋爐內(nèi)部空氣的比例關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐風(fēng)機(jī)的溫度控制。（2）雙交叉限幅控制系統(tǒng)。雙交叉限幅控制系統(tǒng)的工作原理是利用溫度傳感器和熱電偶對(duì)鍋爐風(fēng)機(jī)運(yùn)行的實(shí)際溫度進(jìn)行精確測(cè)量并形成電信號(hào)，將該溫度與預(yù)選儲(chǔ)存在上位機(jī)中的期望溫度進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算出兩個(gè)溫度數(shù)據(jù)之間的偏差值，再由自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)整燃料與空氣流量閥門的開合程度，借助對(duì)鍋爐燃燒使用燃料的量進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)溫度的準(zhǔn)確控制。

3 熱能與動(dòng)力工程在鍋爐領(lǐng)域的主要應(yīng)用問題

3.1 熱能與動(dòng)力工程在鍋爐風(fēng)機(jī)的應(yīng)用中存在的問題

風(fēng)機(jī)在鍋爐中的主要作用是增加燃燒室內(nèi)的氧氣含量，起到助燃的作用，使燃燒更充分、更徹底。隨著當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)對(duì)能源需求量的逐漸增加，鍋爐的運(yùn)行時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，風(fēng)機(jī)裝置由于沒有隨之進(jìn)行改進(jìn)，所有風(fēng)機(jī)裝置在實(shí)際的持續(xù)運(yùn)行產(chǎn)生越來(lái)越大負(fù)荷情況下，經(jīng)常會(huì)發(fā)生燒壞電機(jī)的情況，導(dǎo)致系統(tǒng)受損，不僅會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)造成巨大影響，降低鍋爐使用企業(yè)的生產(chǎn)效益，甚至?xí)?duì)鍋爐生產(chǎn)人員的生命安全造成威脅，因此，只有合理地引入熱能與動(dòng)力工程技術(shù)，針對(duì)實(shí)際情況對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行科學(xué)化改造，才能更好地保證鍋爐的正常運(yùn)行，保障生產(chǎn)企業(yè)及運(yùn)行人員的生命財(cái)產(chǎn)安全[9]。

3.2 熱能與動(dòng)力工程在鍋爐熱能效率應(yīng)用中存在的問題

鍋爐在對(duì)燃料燃燒產(chǎn)生的熱能進(jìn)行吸收轉(zhuǎn)化時(shí)，會(huì)有相當(dāng)一部分熱能會(huì)隨著煙氣的排放而損失熱導(dǎo)致歸路熱能不足，進(jìn)而影響到鍋爐燃料的燃燒量，同時(shí)，一些固體燃料如煙煤、生物質(zhì)燃料在鍋爐中并沒有充分燃燒，導(dǎo)致更嚴(yán)重的熱能損失情況出現(xiàn)，這類熱損失現(xiàn)象對(duì)鍋爐的應(yīng)用價(jià)值造成了嚴(yán)重的影響，最終導(dǎo)致鍋爐的熱效率大大降低，并且增加鍋爐燃燒而產(chǎn)生的煙氣和粉塵，不符合當(dāng)前“節(jié)能降耗，減污增效”的清潔生產(chǎn)發(fā)展理念。

3.3 熱能與動(dòng)力工程在鍋爐燃燒控制應(yīng)用中存在的問題

燃燒系統(tǒng)作為整個(gè)鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行的核心部分，提高鍋爐燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行效率是提高整個(gè)鍋爐燃效的關(guān)鍵。根據(jù)鍋爐運(yùn)用的熱能動(dòng)力，工業(yè)鍋爐燃燒的控制系統(tǒng)就是在單回路控制、串級(jí)控制、比值控制、前饋控制等控制方式下，通過調(diào)節(jié)燃煤量、燃煤與空氣比例、進(jìn)風(fēng)量、引風(fēng)量等參數(shù)，在保證安全的前提下，通過鍋爐的自動(dòng)化控制來(lái)實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒產(chǎn)熱，滿足蒸汽負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)。甚至如今一些高自動(dòng)化鍋爐已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鍋爐進(jìn)料、除渣、給風(fēng)速率、溫度控制全程自動(dòng)化運(yùn)行，提高了鍋爐的熱效率[10-11]。雖然如今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鍋爐自動(dòng)化燃燒控制，但是其仍存在一定的控制力不足的問題，相關(guān)技術(shù)人員還需要針對(duì)控制缺陷根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研發(fā)改進(jìn)，盡可能減少鍋爐控制系統(tǒng)存在的偏差問題。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，作為一門現(xiàn)代新型工程學(xué)科，熱能與動(dòng)力工程在鍋爐領(lǐng)域中的應(yīng)用對(duì)于提高鍋爐的使用效率，促進(jìn)我國(guó)能源行業(yè)發(fā)展具有重要意義。因此，相關(guān)研究人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)熱能與動(dòng)力工程學(xué)科的研究力度，利用專業(yè)知識(shí)，在實(shí)踐中不斷研究探索，研究出促進(jìn)熱能與動(dòng)力工程在鍋爐領(lǐng)域的應(yīng)用措施，最終推動(dòng)我國(guó)熱能與動(dòng)力工程及能源行業(yè)的進(jìn)步。