在锅炉领域中热能与动力工程的运用

王飞腾

摘要：在社会生产活动不断增加的形势下，致使能源的使用越来越大，尤其生产活动中使用的锅炉设备，它作为能量转换的主要设备在进行能量转换时需要消耗大量的能源，而锅炉在各类生产活动中都有应用，这也是导致我国能源紧张的主要因素之一。而热能与动力工程的提出有效缓解了上述问题，不能能够提升能源的利用率，还可以对煤炭燃烧过程中形成的有毒气体进行特殊处理，使其对环境的影响降至最低，符合我国对生产活动节能环保的要求，这也是在热能与动力工程理论提出之后就被大多数生产企业所接受的原因之一。为了使热能与动力工程能够发挥出最佳的作用，我们对其在锅炉领域中的运用进行探讨。

关键词：热能与动力工程；锅炉；热能动力

热能与动力工程的融合可以使热能发挥出更高的动力能效，这也是其能够提升能源利用率的主要原因。近几年，我国的经济水平有了大幅度的提升，在不断发展的过程中，对于热能的需求量也在逐渐提升，为锅炉企业的发展带来生机的同时，也对能源和环境带来较大的影响。为了缓解锅炉运行排放气体对环境的影响以及运行中所消耗的大量能源进行优化，提出了将热能与动力工程融入到锅炉领域中的观念，文中就对热能与动力工程在锅炉领域中的应用进行研究。

一、锅炉结构分析

锅炉生产的主要目的是将燃烧过程中所产生的热能转换成电能、光能和各种机械能，可以说锅炉是作为能源转换的介质而存在的。锅炉作为重要的能源转换设备，其转换能量的质量与锅炉技术息息相关，而作为为生产活动提供能量的装置，又与生产质量和水平具有一定联系，可以说锅炉领域的发展将对工业发展产生直接影响。按照生产需求，将锅炉分成不同的规格和类型，但是运行的原理都是相同的。我国在生产活动中使用锅炉最多的要属工业生产方面和发电站方面，其中的工业生产使用的是工业锅炉，且用途较为广泛，可以应用到其他类型的生产活动中，而发电站所使用的则是专用的电站锅炉，仅能在发电厂中应用，活力发电厂中的应用率最大。

锅炉的结构主要由电气控制和外壳两个部分组成，而外壳又可分为底壳和面壳两个部分，其中的底壳作用较为明显是支持锅炉燃烧的关键部分，属于为锅炉运行提供支持的核心部分。在底壳中设置了对应的交换器和电控设备，确保与其他部件连接的紧密性。面壳的作用虽然相对较小，但是，在锅炉运行中起到对应的保护作用，可以防治灰尘进入内部，对系统元件造成影响。

二、热能与动力工程在锅炉领域的应用

热能与动力工程理论是在机械工程学和热能动力学的理论基础上提出的，对能源利用率具有一定改善作用的工程。在对热能和机械能之间的转换过程做出深入研究之后，提出了有效提升转化率的方法。由此可见，对热能与动力工程理论应用的过程需要掌握足够的专业知识，对于操作人员的个人能力素质具有较高的要求。为了保证热能与动力工程在锅炉系统中发挥出最佳的效果，需要在应用的过程中对相关的理论进行充分考虑，提升能源转换的几率，起到提升能源利用率的作用。锅炉运行的过程中除了需要热能与动力工程理论的支持之外，还涉及其他多种理论知识的支持，随着我国经济技术的快速发展，高新技术的发展也有了显著的提升，锅炉领域要想取得十足的发展就必须在后续的发展过程中不断引入高新技术，在提升能量转换率的同时，增强能量转换的质量，为工业发展和电力行业的发展提供支持。

（一）热能与动力工程在锅炉风机监控中的应用

为了提升锅炉的燃烧质量，需要在锅炉装置的适当位置安装一个性能较好的风机，让其在锅炉的运行中产生作用，使周边的空气充分进入锅炉内部，以此提升锅炉的燃料质量和燃烧率。随着社会经济的不断发展，对于能源的需求量也就越来越大，致使在很长的一段时间内我国都处于能源紧张的状态下，要想改变这一现状，就必须在生产的过程中采用有效的措施实现节能生产的目的，这也是现阶段我国对生产活动的要求。通过研究发现，延长风机的运行时间可以起到节约能源和提升能源利用率的作用，同时，风机进行较长时间的持续运行也会产生大量的热能，如果不加以降温处理就会引发风机烧毁的现象，严重影响能量转换的效率。为此，可以采用热能与动力工程的理论对风机的运行机制进行改良，使其尽可能的延长运行时间。

由于风机内部系统的结构较为复杂，无法采用常规的测量仪器对其运行中产生的温度进行测量，而我国也不具备对风机运行温度测量的有效方案，更是无法实现对风机运行温度的实时监控，这也是锅炉运行消耗能源无法得到有效控制的主要原因之一。对于现在的技术水平而言，可以运用热能与动力工程的研发系统，将不同方向流入风机叶片的燃烧速度进行分析，通过建立二维模型来模拟风机的运行状态，再通过网格划分出特定的数值，最终由求解器得出温度数据。

当前这种方式测定出的温度数据与风机运行的实际温度还存在一定的差异，但是对延长风机运行时间的操作起到一定的作用。

（二）热能与动力工程在锅炉燃烧控制中的应用

在锅炉运行的过程中，对燃烧的控制情况直接影响能量转换的效率，而锅炉的燃烧控制技术可以有效调节能量转换度，是确保能量转换效率的关键技术之一。在锅炉行业发展的初始，所采用的是人工填料的方式来控制锅炉燃烧进度，而在科技不断发展的形势下，已经由人工填料方式逐渐转换成自动填料，一些发展较好的企业引进先进的技术成果，甚至实现了全自动的锅炉控制体系。在自动技术方面可以将锅炉燃烧的控制类型分成空燃比例连续控制系统和双交叉限幅控制系统两种。

（1）空燃比例连续控制系统。该系统是利用热电偶对内部的燃烧情况进行检测之后，再将其传输给PLC，与设定好的数值进行对比之后，将产生的差值通过比例积分和微分运算之后将信号进行输出操作，同时对比例阀和电动碟阀发出对应的操作指令，控制阀门的开启度，进而达到控制锅炉内部空气、燃料比例的目的，并且对锅炉内部的燃烧温度进行控制，保证其可以长时间运行。

（2）双交叉限幅控制系统。其工作原理主要是通过温度传感器和热电偶把需要进行精确测量的温度变成电信号，这个电信号即测量点的实际温度，此测量点温度期望值是由预先存贮在上位机中的工艺曲线自动给定的，根据这两个数据之间偏差值的大小，由PLC自动调整燃料与空气流量阀门的开合程度，通过电动运行机构的定位及空气和燃料的比例控制，并借助孔板和差压变送器测量空气的流量，采用一个专用的质量控制装置来控制燃料量，從而使温度精确地控制在需要的数值上。

参考文献：

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[2]马云峰.浅谈锅炉与能源领域热能动力工程的发展及其应用概况[J].工程技术：文摘版，2016（6）：00230.