锅炉领域中热能与动力工程的实践应用研究

苏格毅，张雅雯

（中北大学朔州校区，山西 朔州 036000）

0 引言

热能与动力工程在锅炉领域中的实践应用可以提高锅炉的能源利用率，最大程度地发挥出锅炉热能的动力功效。近年来，随着我国经济水平和社会生产水平的不断进步，人们在生产生活中对能源的依赖程度也越来越高，在为能源生产企业带来发展机遇的同时，也加大了人类对能源的消费量以及因能源消耗而对环境造成的污染。为了缓解全球的能源压力，降低能源生产对环境造成的危害，提高锅炉能源的燃烧效率，相关工程技术人员提出了在锅炉领域应用热能与动力工程应用的观点，为了使热能与动力工程在锅炉领域能够发挥出最优作用，本文就锅炉领域中热能与动力工程的实践应用进行研究。

1 锅炉的工作原理及结构

锅炉的工作原理主要是通过燃料燃烧产生热能，再通过传导装置生产规定参数(温度、压力)和品质的蒸汽、热水或其他工质的设备。锅炉作为社会生产生活中应用最为普遍的一种能源转换介质，其能源转换效率与当前锅炉技术水平的发展状况相关，同时也对企业生产产品的质量起到了一定的辅助作用，因此，对锅炉技术水平发展的研究将会对我国工业生产起到较大的影响[1-3]。

在我国的工业企业实际生产过程中，按照不同企业的产品需求，将锅炉分为不同的类型和规格，但其工作原理都大致相同，都是将燃料燃烧的热能转变为机械能。我国是当今世界上锅炉生产和使用最多的国家，在我国主要的生产活动中，锅炉的应用方向主要有两项：一是直接通过燃料燃烧直接为工业生产提供能源；二是为发电站提供能源，其中工业锅炉在工业生产领域中的应用较为广泛，例如化肥厂可用蒸汽汽化，以煤为原料，合成化肥，而发电站所使用的大多为专门的电站锅炉，仅能为发电站所使用。锅炉的结构主要可分为两个部分：即电气控制部分及外壳部分。电气控制系统是整个锅炉系统的控制中枢，用户通过自动控制系统来调节锅炉系统的运行。外壳主要分为两个部分：底部外壳和表面外壳。底部外壳的主要作用是为锅炉燃烧提供运行支持，支持锅炉燃烧，通常在底壳处安装了对应的交换器及电子控制装置，保证整个锅炉系统运行的连续性和稳定性，表面外壳的作用主要是防止外界烟尘等杂物飘入锅炉内对锅炉系统元器件造成损害，影响锅炉的正常运行，对锅炉起到保护作用。

2 热能与动力工程在锅炉领域的主要应用

热能与动力工程是一门以工程热物理学为理论研究基础，运用机械工程学、工程力学、自动控制、环境科学和计算机电子技术等学科的知识理论研究内燃机及其动力机械发展方向的课程。要使锅炉系统在能源转换中能发挥出最佳的效果，就需要针对锅炉具体的运行情况，结合热能与动力工程理论知识进行充分研究分析提高锅炉能源利用效率。随着我国能源资源的日益紧张，各工程研究人员对关于能源利用的高新技术也得到了巨大的发展，锅炉领域的技术进步离不开高新技术的引入引用，在提高能量转化效率的同时，提高能量转化的质量，降低各类污染物的产生排放，为我国工业整体水平的进步和电力行业的发展提供技术支持[4-6]。

2.1 热能与动力工程在锅炉风机方面的应用

锅炉风机的性能对提高锅炉系统的燃烧质量，保证能源利用率起着至关重要的作用，性能卓越的风机可以最大化将锅炉周围的空气鼓入锅炉内部，从而将锅炉的燃料质量以及燃料率提高。

随着我国经济生产对能源的需求量越来越高，在工业生产中采取有效措施实现节能降耗的生产目的，缓解我国能源资源紧张的现状具有重要意义。在企业长期实际经营生产过程中，工程技术人员发现，在锅炉的实际运行中，若适当延长锅炉风机的运行时间，则锅炉的能源消耗则会减小，但是若锅炉风机在长时间的连续运行下，自身产生的大量热能又会烧毁风机电机，对风机的正常运行造成损害，进而影响锅炉的使用。利用热能与动力工程中的理论对锅炉风机进行技术改造，尽可能延长风机的运行时间。因为锅炉风机内部系统构造较为复杂，普通的温度检测设备无法精确测量在运行过程中锅炉风机内部的温度，并且，由于当前我国温度监控技术的条件限制，暂时无法对风机的运行温度进行实时监控的技术设备，这也成为了无法有效控制锅炉在运行时能源消耗的主要原因之一。热能与动力工程中的理论技术可以定量分析风机叶片中从各方向流入的燃烧速度，将收集到的数据反馈给计算机，由计算机程序建立起风机的模拟运行状态二维模型，最终实现的对风机温度的实时监控。

2.2 热能与动力工程在锅炉燃烧控制方面的应用

在工业生产过程中，对锅炉燃烧器进行精确自动化控制，对保证锅炉风机温度安全，节约锅炉燃料消耗，提高锅炉燃烧效率具有重要意义，实行对燃烧器进行自动控制可以有效实现对锅炉燃烧的实时控制，在实际的生产应用中主要分为以下两种[7-8]。（1）空燃比例连续控制系统。空燃比例连续控制系统运行原理主要是通过热电偶分析锅炉内部的燃料燃烧情况，将检测数据传输给自动控制系统与设定数值进行比较分析，运用积分运算得到阀门开启度的控制比例关系，进而实现对锅炉燃料和锅炉内部空气的比例关系，实现对锅炉风机的温度控制。（2）双交叉限幅控制系统。双交叉限幅控制系统的工作原理是利用温度传感器和热电偶对锅炉风机运行的实际温度进行精确测量并形成电信号，将该温度与预选储存在上位机中的期望温度进行对比分析，计算出两个温度数据之间的偏差值，再由自动控制系统调整燃料与空气流量阀门的开合程度，借助对锅炉燃烧使用燃料的量进行控制，实现对风机温度的准确控制。

3 热能与动力工程在锅炉领域的主要应用问题

3.1 热能与动力工程在锅炉风机的应用中存在的问题

风机在锅炉中的主要作用是增加燃烧室内的氧气含量，起到助燃的作用，使燃烧更充分、更彻底。随着当前工业生产对能源需求量的逐渐增加，锅炉的运行时间逐渐延长，风机装置由于没有随之进行改进，所有风机装置在实际的持续运行产生越来越大负荷情况下，经常会发生烧坏电机的情况，导致系统受损，不仅会对工业生产造成巨大影响，降低锅炉使用企业的生产效益，甚至会对锅炉生产人员的生命安全造成威胁，因此，只有合理地引入热能与动力工程技术，针对实际情况对风机进行科学化改造，才能更好地保证锅炉的正常运行，保障生产企业及运行人员的生命财产安全[9]。

3.2 热能与动力工程在锅炉热能效率应用中存在的问题

锅炉在对燃料燃烧产生的热能进行吸收转化时，会有相当一部分热能会随着烟气的排放而损失热导致归路热能不足，进而影响到锅炉燃料的燃烧量，同时，一些固体燃料如烟煤、生物质燃料在锅炉中并没有充分燃烧，导致更严重的热能损失情况出现，这类热损失现象对锅炉的应用价值造成了严重的影响，最终导致锅炉的热效率大大降低，并且增加锅炉燃烧而产生的烟气和粉尘，不符合当前“节能降耗，减污增效”的清洁生产发展理念。

3.3 热能与动力工程在锅炉燃烧控制应用中存在的问题

燃烧系统作为整个锅炉系统运行的核心部分，提高锅炉燃烧系统的运行效率是提高整个锅炉燃效的关键。根据锅炉运用的热能动力，工业锅炉燃烧的控制系统就是在单回路控制、串级控制、比值控制、前馈控制等控制方式下，通过调节燃煤量、燃煤与空气比例、进风量、引风量等参数，在保证安全的前提下，通过锅炉的自动化控制来实现锅炉燃烧产热，满足蒸汽负荷，实现生产任务。甚至如今一些高自动化锅炉已经实现了锅炉进料、除渣、给风速率、温度控制全程自动化运行，提高了锅炉的热效率[10-11]。虽然如今已经实现了锅炉自动化燃烧控制，但是其仍存在一定的控制力不足的问题，相关技术人员还需要针对控制缺陷根据实际情况进行研发改进，尽可能减少锅炉控制系统存在的偏差问题。

4 结语

总而言之，作为一门现代新型工程学科，热能与动力工程在锅炉领域中的应用对于提高锅炉的使用效率，促进我国能源行业发展具有重要意义。因此，相关研究人员应当加强对热能与动力工程学科的研究力度，利用专业知识，在实践中不断研究探索，研究出促进热能与动力工程在锅炉领域的应用措施，最终推动我国热能与动力工程及能源行业的进步。