热能与动力工程在锅炉领域的应用分析

闫天明

(中国能源建设集团广东省电力设计研究院，广东广州 510663）

热能与动力工程在锅炉领域的应用分析

闫天明

(中国能源建设集团广东省电力设计研究院，广东广州 510663）

在介绍锅炉结构的基础上，对热能与动力工程在锅炉风机监控及燃烧控制中的应用进行了研究，并探讨了热能与动力工程的发展方向。

热能与动力工程；锅炉；应用

0 引言

经济的持续提升需要有充足的能源作支撑，当下能源日益紧张，提高能源的利用率是经济发展的关键。在我国的工业生产中锅炉有着非常广泛的应用，是能源转换的主要媒介，同时也是热能与动力工程最为主要的研究对象。我国虽然资源储备量大，但是由于一些企业的无节制开采，能源被大量浪费，加之我国人口基数大，人均资源量很少，仅为全球人均水平的60%左右，能源业已成为制约经济发展的关键性因素。

煤炭燃烧后会产生二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮等对动植物生存、土壤环境产生威胁的有害气体。所以，努力研发新的脱硫技术，减少有害气体的产生和对环境的污染危害，将煤炭资源较为高效地转化和利用，成为一项十分艰巨的任务。我国能源利用率较低，在锅炉领域有着较大的改善和提升空间。首先，要做好阶段性目标和总体目标的规划，这样才能在充分了解热能与动力工程的基础上规避风险；其次，要充分了解锅炉的运行原理，提出可行性方案，有的放矢地进行建设；最后，要提升热能与动力工程的应用创新水平和人才培养力度，推进热能与动力工程的发展。

1 锅炉结构分析

锅炉作为能源转换设备，能够将燃料中的热能转换成电能、化学能、光能等。锅炉是工业生产的动力源，锅炉的技术水平直接决定工业的发展程度。根据用途、外形、内部结构的不同，锅炉可以分为许多种类，但其本质都是相同的，都是能源转换装置。在我国大量应用的锅炉大致有两种:工业锅炉和电站锅炉。前者应用范围较广，在钢铁、机电生产、矿产加工等行业都有应用，后者主要应用在发电厂，是火力发电厂主要的供能设备。

锅炉包括外壳和电气控制部分。外壳可以分为底壳和面壳两部分，其中每个部分都有不同的作用，底壳承担着锅炉燃烧的任务，是锅炉燃烧的主要环节，底壳上有热交换器和电控盒等部件，通过底壳的连接锅炉形成一个整体结构，从而保证其能够更好地与其他部分进行连接。面壳的主要作用是防止灰尘等进入锅炉内部，它能够更好地保护锅炉，从而延长锅炉的使用寿命。电气控制部分是锅炉的核心部件，对于控制锅炉的燃烧及其他各项工作有着重要的作用。现如今，锅炉的控制都已经实现了自动化，这对于锅炉的燃烧控制和热平衡控制都有着非常好的效果，能够更好地提高锅炉燃烧的效率及热能利用率，从而减少资源的浪费。

2 热能与动力工程在锅炉领域的应用

热能与动力工程以机械工程学和跨热能动力学为理论基础，研究热能和机械能之间相互转化的规律，探究在生产中如何持续保持最优的能量转化效率，具有很强的工程专业性。热能与动力之间的转化是热能与动力工程的研究主体，我们在加强对热能与动力工程研究的同时，还要注意对机械工程、工程热物理等多种领域的研究。锅炉涉及热能和动力工程的方方面面，并且有着一定的系统性，因此，锅炉运行属于热能与动力工程的研究内容。随着信息技术、自动化技术的发展，热能与动力工程和自动化技术的结合应用成为锅炉发展的一个重要方向，综合应用多种学科，充分发挥热能与动力工程的重要作用，才能进一步提高锅炉的运行效率，从而为我国国民经济发展打下良好的基础。

2.1 热能与动力工程在锅炉风机监控中的应用

锅炉在工作中必不可少的一个装置就是风机，风机将外界含有氧气的气体送入锅炉中，来促进炉中燃料的燃烧。社会经济的发展对能源的需求不断增加，因此延长锅炉风机运行时间可以有效提升锅炉的能源供应能力。但是盲目增加风机的工作量，在长时间运行中风机就会产生大量的热量，加上和锅炉距离较近，风机得不到有效降温，就会被烧坏，这非但起不到增加供能的目的，反而会由于风机被烧坏影响锅炉的正常工作。针对上述矛盾，运用热能与动力工程的基本原理来改善风机的运行状况，在风机运行过程中找出正常工作和散热之间的平衡点是关键。

风机内部结构十分复杂，利用常规的测量方式难以得到有效的温度数据，受到技术发展的限制，目前尚没有可行的电气技术方案能实时直接地对风机的运行温度作出监控。现在可行的一种解决措施是应用热能与动力工程研发软件，从不同的方向来测定流入风机叶片燃料的速度，并通过创建数值模拟的二维模型，然后进行网格划分，最后利用求解器求出所需结果，也就是锅炉风机翼型边界层分离和攻角的关系。当然，这种方式虽然有一定的效果，但仍然存在一定的温度误差。

2.2 热能与动力工程在锅炉燃烧控制中的应用

锅炉的燃烧控制是调整能量转换幅度的核心技术，在当今社会，锅炉由人力向炉内填充燃料逐渐转型为步进式自动控制填充燃料，更加先进的锅炉甚至使用全自动燃烧控制。根据其运用热能与动力自动控制技术的不同，锅炉的燃烧控制分为以下两种:

(1）以烧嘴、燃烧控制器、电动蝶阀、热电偶、比例阀、流量计、气体分析装置以及PLC等部件组成的空燃比例连续控制系统。这种燃烧控制系统是由热电偶检测出数据传送至PLC，与其本身设定的数值进行比较，偏差值通过使用比例积分及微分运算输出电信号，同时分别对比例阀及电动蝶阀的开合程度进行调节，从而达到控制空气与燃料比例、 调节锅炉内温度的目的。此种方式温度控制并不十分精确，需要仔细确认额定数值。

(2）由烧嘴、燃烧控制器、流量阀、流量计、热电偶等组成的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，从而使温度精确地控制在需要的数值上。

3 热能与动力工程的发展方向

热能与动力工程的应用范围十分广泛，不仅仅是在锅炉领域，在机车内燃机控制、空调制冷等方面它也都有着很好的应用前景。

(1）热能动力及控制工程方向(含能源环境工程方向），关注热能与动力测试技术、锅炉原理、汽轮机原理、燃烧污染与环境、动力机械设计、热力发电厂、热工自动控制、传热传质数值计算、流体机械等知识。

(2）热力发动机及汽车工程方向:关注内燃机(或透平机）原理、结构、设计、测试，燃料和燃烧，热力发动机排放与环境工程，能源工程概论，内燃机电子控制，热力发动机传热和热负荷，汽车工程概论等知识。

(3）制冷低温工程与流体机械方向:关注制冷、低温原理、人工环境自动化、暖通空调系统、低温技术学、热工过程自动化、流体机械原理、流体机械系统仿真与控制等知识。

4 结语

总而言之，热能与动力工程在诸多领域都有应用，其在火电领域对于提高锅炉运行效率和燃料燃烧率也有着突出作用，无论是改进锅炉燃烧方式还是对锅炉燃烧系统进行精细化控制，都涉及热动知识体系。我国在锅炉燃烧水平方面有很大的提升空间，综合交叉应用其他学科的知识，深度探究热能与动力工程在锅炉运作和能源生产中的应用，可以促进我国能源利用率的不断提高和经济的不断发展。谨希望本文能够对实际的工程生产有一定的指导作用，由于笔者知识体系和实践研究有限，文章尚存在一些不足之处，还望读者包涵。

[1]齐盛.热能与动力工程在锅炉运用中存在的问题及解决对策[J].科技创新与应用，2014(17）:109

[2]田青.热能与动力工程在锅炉领域的应用探究[J].科技创新与应用，2014(19）:21

2014-10-14

闫天明(1979—），男，吉林长春人，工程师，研究方向:项目管理。