锅炉应用中热能与动力工程的具体研究

李坤

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 山东 济南 250100

引言

在社会经济不断发展背景下，人们生产生活对能源资源的需求也日渐提高，在带动能源生产企业快速发展的同时，因能源消耗出现的环境污染问题也愈发严峻。为有效缓解能源资源压力、提高锅炉能源燃烧效率和降低生产对环境带来的影响，相关工程技术人员提出了热能与动力工程在锅炉领域中进行应用的观点，由于热能与动力工程是以跨热能动力工程及机械工程为理论基础，实现机械和热能之间能量有效转换，整个过程需要对锅炉在燃烧过程中需要的动力值进行科学计算，并通过在锅炉设计中贯彻热能与动力工程原则，达到提高燃烧效率和节能环保目的[1]。鉴于此，对热能与动力工程在锅炉领域中的具体应用展开研究与分析。

1 锅炉工作原理及结构

1.1 工作原理

锅炉的工作原理就是通过燃烧燃料使之产生热能，并经过传导装置生产符合规定参数和品质的蒸汽、热水等的设备。锅炉作为工业生产中运用最为普遍的一种能源转换介质，并且能源转换效率与锅炉技术水平密切相关，甚至还会对企业生产产品质量产生极大影响。实际生产过程中，虽然需要根据产品不同需求对锅炉类型和规格进行科学合理选择，但是锅炉运用工作原理都具有一致性，即将燃烧的热能有效地转化为机械能，应用方向主要有直接通过燃烧燃料为工业生产提供能源和为发电站提供能源两种[2]。

1.2 锅炉结构

锅炉主要是由外壳和电气控制两部分构成，其中外壳包含底部外壳和表面外壳两项内容，底部外壳主要发挥支持锅炉燃烧作用，实际运用通常会在底壳安装交换器、电子控制装置等，切实保障锅炉系统运行稳定和连续，表面外壳则主要发挥防止外界烟尘进入锅炉内部作用，一旦引发系统元器件损坏，锅炉正常运行也势必会受到影响[3]。此外，电气控制作为整个锅炉系统的控制中枢，通过电气控制系统发挥作用，可以实现锅炉系统运行自动化控制和有效调节，进而实现锅炉有效保护。

2 热能与动力工程在锅炉中应用需要面临的问题

当前，在锅炉中应用热能与动力工程，为取得理想效果，就要对以下问题加以关注：①锅炉风机，风机在锅炉中主要发挥增加燃烧室氧气含量作用，进而达到使燃烧更加充分目的。随着我国工业事业不断发展，对能源资源的需求量也不断增大，在开展工业生产时锅炉运行时间不断延长，而风机装置没有考虑这一情况进行优化改进，持续运行产生较大负荷情况下，电机烧坏、系统受损等情况也频频发生，不仅对工业正常生产带来极大影响，还严重降低了企业生产效率，甚至还会对生产人员生命安全构成严重威胁，这时候就要联系实际情况，对风机进行科学改造，以保障锅炉正常稳定开展工作[4]。②锅炉热能效率，锅炉在对燃烧燃料所产生的热能进行吸收转化时，其中一部分热能会跟随烟气进行排放，所损失的这部分热能，也会导致锅炉生产热能出现不足情况。与此同时，涉及的烟煤、生物质等燃烧，在锅炉中没有得到充分燃烧，在加剧热能损失状况的同时，也引发更多烟气和粉尘，不仅降低了锅炉的热效率，还引发严重环境污染问题，与当今时代提倡的节能降耗和清洁生产理念相违背。③锅炉燃烧控制，锅炉系统运行中，燃烧控制占据着十分重要的地位，并且燃烧系统运行效率高低也将直接影响到整个锅炉燃效，通过单回路控制、比值控制、串级控制等在锅炉燃烧控制中提供支持，可以实现进风量、燃煤量、燃煤与空气比例等参数科学调整，在更好开展生产任务的基础上，锅炉生产安全性也能得到有力保证[5]。然而从实际来看，虽然现代科学技术的不断发展，使锅炉自动化燃烧控制水平得到极大提升，但是依然存在控制缺陷问题，需要加强研究与改进，切实解决锅炉控制系统偏差问题。

3 热能与动力工程在锅炉领域中的具体应用研究

3.1 炉内燃烧控制技术

由于锅炉能量转化效率与炉内燃烧效率存在十分紧密联系，对炉内燃烧加强控制，就可以使燃烧效率得到进一步提高，并促进能量有效进行转换。在控制方法上就可以需要坚持与时俱进，使之由手动控制向自动化控制方向转变，具体方法有以下两种：①空燃比例联系控制，当前这一系统在锅炉中已经得到十分广泛应用，并通过该系统发挥作用，可以实现燃气和空气比例有效调整，进而实现燃烧过程有效监控，整个燃烧效率也会明显提高，实际操作时要取得较好燃烧控制效果，就要对温度控制引起高度重视；②双向交叉限幅控制，对该种方式进行运用，需要对参数进行合理调控和对比，温度测量工作也要加强关注，实践中要充分利用温度传感器和热电偶，对锅炉风机运行温度进行测量，并将之与风机期望温度进行比较分析，在准确把握数据偏差值以后，通过自动控制系统，对燃料与空气流量阀门的开合程度进行科学调整，并透过对锅炉燃烧使用燃料量进行合理控制，风机温度也能准确把控[6]。

3.2 模拟锅炉风机翼型叶片

从现实情况出发，发现锅炉叶轮设备配置较为复杂，一旦运行过程中出现任何差错，进行分析解决也十分困难，并对正常运行带来极大影响。同时，在遭遇这类情况时，通常不会对其展开紧密检查和试验，涉及的锅炉系统数据也不够完善，这时候就要采取有效方法加强控制，实践中可以采用模仿风机翼型叶片方法，并对其二维模型进行构建，不仅可以实现整个标准及范畴有效确定，还能对整个风机运行状态进行准确把控，并保障风机运行达到实际工作要求。

3.3 调整燃烧技术

对于电厂锅炉而言，再热器多存在中间吸热较少、左右吸热较多问题，为保证锅炉燃料燃烧充分，加强燃烧计算调整工作十分有必要，不仅可以缩小受热面吸热偏差，还能保证温度控制在均匀状态下[7]。实际操作中，除了要对上下摆角、二次风门挡板等进行检查和调平以外，还要依托SOFA水平摆动执行机构，将气温控制在均匀状态，通过调整燃烧技术以后，再对锅炉内部再热器进行使用，不仅可以吸收相应热量，还能保证锅炉运行处于平稳状态，锅炉自身燃烧效率也能得到进一步提高。

3.4 风机优化

风机是锅炉内部最为重要的结构，确保其运行稳定可靠，不仅可以减少锅炉内能损耗，还能提高实际能量转换效率，然而受到技术条件制约，科学合理风机发展体系还尚未形成，为实现风机工作状态有效评定，就要充分借助实验模拟手段，对气体内部流动情况进行分离实验，并结合所得数值信息，进行多组数据对比，在得到锅炉风机翼型边界层分离和弓角间之间关系以后，并可以建立矢量关系图展开更深一步研究，进而达到锅炉运行时能源消耗有效控制目的[8]。

4 热能与动力工程发展趋势分析

热能与动力工程是一门研究热能与动力转化的学科，并且在国民经济建设发展中占据着举足轻重的地位，再加上我国是人口和资源消耗的大国，加强热能与动力工程的相关研究，对能源工业建设和环境保护也有着十分重要的现实意义。要促进热能与动力工程在锅炉及其他领域中得到更加深入应用与发展，就要对以下内容引起重视：①改进管理方式，实施全集成能源管理，不仅可以提高企业生产透明度，还能促使管理水平得到提升，实践中最好联系实际做好前期规划工作，在配备好热能与动力工程系统装备的同时，充分利用系统提供信息，为设备调度停运、故障预防处理、检修计划安排等提供有力支持，并且在全集成能源管理下，实际生产效率与安全也能得到可靠保障；②加快产业结构调整，随着热能与动力工程在各领域中不断深化应用，企业原本生产管控模式也会发生极大变化，并且要取得理想应用效果，加快产业结构调整至关重要，特别是在能源使用、燃烧效率、产品品质等方面，要求积极淘汰陈旧工艺技术和相关机械设备，并积极采用新设备和新技术，促进产业结构优化升级，在提升能源使用效率的同时，工业生产质量与效益也会得到提高；③加强技术创新，在现代科学技术不断发展背景下，各种先进科学技术也被融入热能与动力工程当中，在更好适应时代发展步伐的同时，实际生产需求也能得到更好满足，特别是在减少能源浪费和保护生态环境方面，在对热能与动力工程进行运用时，做好技术创新工作，不仅可以实现高效能源利用模式构建，还能减少有害物质排放，真正实现清洁生产；④增强燃烧控制，针对出现的通过人工使设备提供热能情况，虽然可以确保设备稳定开展工作，但是需要耗费较多人力成本，不利于企业健康发展和创造更多经济效益，这时候有效运用现代科学技术，对燃烧实施自动化、智能化控制，不仅可以减少设备运行偏差，还能保证运行数值科学准确，尤其是在温度控制上面，借助先进技术和软件，可以对锅炉燃烧控制器、烧嘴、流量阀、热电偶等数值进行观察和计算，在提高实际工作效率的同时，温度控制精准性也能得到保证，并在工业生产中进行更加深入应用。

5 结束语

本文是对热能与动力工程在锅炉中具体应用的研究，随着社会经济不断发展，工业领域开展生产工作，对能源资源的需求日益增长，锅炉燃烧燃料转化为热能存在的燃烧效率低、能源消耗较大、引发环境污染等问题也引发人们广泛关注，而将热能与动力工程有效运用到锅炉领域当中，就可以充分发挥提高燃烧效率、节能能源资源、减少安全事故、保护生态环境等积极作用。然而从现实情况来看，锅炉与热能动力工程相结合的研究还比较少，尽管热能与动力工程在锅炉燃烧控制、风机方面等已经得到较为深入应用，并取得一定提高燃烧效能和生产效率效果，但是要更好满足实际企业生产需求，还要将理论与实践有效结合起来，并在不断创新中促进热能与动力工程在锅炉及其他领域中进行深化应用，进而推动我国工业事业朝着更好方向发展。