热能与动力工程之节能技术方法分析

杨 志

中国神华国际工程有限公司 北京 100007

在火力、水力发电和制造业等生产领域,热能转换与动力设备和系统是完成机械能、热能和电能等能量形式转换并服务于生产、生活需要的关键。而电能生产是能源开发与利用的核心环节,不仅要保障能量得到有效利用,而且其生产工艺设计、管理技术的应用还关系到排放指标的控制问题。所以,基于信息技术、能源科技和自动控制技术的应用,探索发电厂的热能转换与动力设备及系统的节能减排措施,有助于提升资源利用效率和能源开发利用的环境效益。

1 热能与动力工程的应用

由于电能是自然界燃料、风力等资源为人类所利用的最主要形式,工业生产所需机械能、建筑暖通空调等系统设备和各类生活电器的驱动,绝大部分都依赖电能的供应,而火力发电在未来相当长的时期依然会是最主要的电能生产方式。所以热电厂是应用最广、影响最大的热能与电力工程,在探讨节能减排技术及其应用时,火力发电厂的规划设计和机组运行过程的调控是最主要的研究课题。在线监测、智能化控制和新能源相关技术的运用,则是优化火力发电厂机组运行、提升燃料的热能转换和利用效率的关键。

2 热能与动力工程中能源损耗的主要类型分析

2.1 热能损耗 无论是热能装置还是动力装置,二者都会在运行中同时产生大量的热能。这些热能并不能实现完全的转化,只有一部分热能通过转化应用到实际的生产当中,而另一部分热能则直接消耗掉,这无疑导致了宝贵资源的浪费。热能消耗使得装置运行的质量降低,并且也降低了企业的经济效益。很多企业都会采用装设节流器的方法对热能损耗实施预警,其还能根据设置的数值对设备进行运行调节,目的是降低设备的运行负荷,从而减少热能的损耗。

2.2 湿气损耗 在热动装置的运行中,湿气损耗也是重要的损耗类型,对节能减排目标的实现极为不利。湿气损耗主要表现为三种形式:一是蒸汽在蒸发、膨胀的过程中普遍会产生小水滴,一旦小水滴形成大量聚集的水滴团,那么就会对蒸汽系统的稳定运行造成不利影响;二是从移动速度角度来讲,蒸汽的移动要快于小水滴的移动,这样在同等距离下两者的移动时长是不一样的,湿气损耗也由此产生;三是小水滴一旦大量聚集,不可避免地会产生水滴流,那么湿气的运行就会受阻,热量损失也会加重。

2.3 环境影响 在社会发展中,能源的大量使用会导致热能排放,而这些因素是当前热能、动力工程无法避免的,必然会对环境造成一定的影响。首先,目前很多企业选择煤炭作为燃料供应,开展热能和动力工程作业。在使用煤炭的过程中就会产生CO2气体,CO2气体的大量排放,就会破坏气候,导致气候变暖、臭氧层空洞。其次,很多企业使用的生产设备都存在严重的噪音问题,设备运行时发出很大的噪音,很多企业员工即便带上耳塞也无法解决噪音问题。此外,住宅供暖、汽车尾气以及工业生产时,都会排放大量热能,这些热能会导致城市温度远远高于郊区和农村,致使热岛效应的出现。最后,核电站以及炼钢厂等高耗能企业大量使用动力工程、热能技术,为了冷却水温和设备,就会使用大量冷却水。由于水温升高使水中溶解氧减少,大量的水中生物死亡,进而导致水体无法净化,水质持续恶化。

3 热能与动力工程转化过程中的一些弊端和缺陷

对热能与动力工程的研究越来越重视,一些相关的热能装置在日常生活中也越来越常见,对环境也产生了很大的影响。因为热能的产生大多都要依赖相关的燃料的燃烧,在这个过程中,避免不了的会产生一些烟气,其实就包含着会污染大气层的二氧化碳和二氧化硫。二氧化碳排放量过多会加快全球变暖的速度,同时也会加重温室效应,这些有毒气体对人体的损害也是非常大的。这只是现在热能动力工程研究过程中的一个比较典型的问题,因为它与国家的环保理念相冲突。其次,热力工程最经常运用到的地方,就是一些大型工厂,比如一些火力发电厂。但是在很多的热能发电工厂中,都存在着相当多的问题,最简单的一个就是与生活息息相关的噪音问题。因为国家在这种情况下,对于这种大范围应用热能装置的研究还比较粗糙,有很多功能还没有细化解决。最后,关于能源的利用效率问题,进行一些热能的做功时,大部分情况下会产生一些水蒸汽,其实在工厂的能量转化的过程中,也会出现这个问题。这种情况下的水蒸汽的产生和散失,其实就是热能的丢失,而热能丢失的越多,根据物理所学的能量守恒定律来进行分析,最终在热能生电的工厂中,最后热能转化成的电能也就越少,能量利用效率是非常低的,有很多的能量以水蒸汽的形式散失了。

4 热能与动力工程中的节能技术运用

4.1 余热回收技术运用 通过对发电厂运行状况的分析,在电能生产和能源利用过程中,为了实现有效的能源输送和科学转化,整个能源改造中会有热量散失的问题。因此,为了减少热损失,应根据电厂的运行状况分析容量损失现象,并具体分析余热恢复过程。在余热回收中,需要改变以前的工艺,通过处理余热回收资源来减少余热排放,然后根据余热的数量和质量的基本特征来确定余热回收的方法。结合目前的热能和电力系统的运行状况,应用加热冷凝装置可以有效提高电力装置的运行效率,节约燃料,有效减少热损失现象。此外,在电厂运行过程中,由于生产需求会限制整个系统的运行,通常会产生大量废水等,需要对这些废水资源进行科学、系统的处理,从而实现余热回收技术的节能价值。

4.2 产业结构的优化调整 产业结构调整应该作为热动领域实现节能发展的重要途径,产业结构的调整和优化,能够使得以往的运行方式和发展状况得到很大程度的改善,从而实现整个行业的节能发展。产业结构的优化调整可从以下几个方面入手:第一,对产业发展所需的能源结构进行调整,并引进先进的环保型设备,优化工艺流程,降低生产对环境的污染程度,提升整个产业生产和运行的效率。第二,重点抓好工艺技术的改造工作,实施因地制宜的技术原则,重视对水资源的充分利用,最终综合利用热能资源。例如,空气机组具有出色的热回收技术,将其运用到热能回收当中,再将回收的热能用于供暖环节,这样一来,热能和动力工程便能实现节能运用。第三,对生产设备进行节能改造,提高其使用性能和生产效率,这也是实现节能减排的重要途径。

4.3 优化控制系统并提升热能转换和传输效率 对热能与动力系统的设备运行和能量转换工艺流程进行精确调控,是节能减排的最佳技术手段。首先,通过完善在线实时监控系统,运用大数据技术等技术实时分析、预测电网的负荷变化规律,提升发电机组调频控制系统的响应速度,改进对锅炉燃烧、汽轮机组运行等关键环节的控制,让设备的运行更为高效;其次,基于对具体设备运行历史数据的分析,不断优化其控制模式并探索改进途径,通过调整设定参数或改进汽轮机叶片、风道形状等形式,降低生产设备的能耗和提升其运行效率。

4.4 选择适宜的调频技术 热动工程可以被看作一个热能向机械能和热能转换的系统,其本质便是实现能量的转化,该系统本身便十分容易利用能源来实现节能降耗。同时,使用热能更为环保,对环境的伤害更小。石油、煤炭这些传统的不可再生能源具有对环境污染更严重的特点,热能可逐渐用于替代这些不可再生能源作为新的节能型能源。从调频方法的角度来讲,其要与电厂发电机组的实际相结合,根据每个装置不同的内部构造对调频方法进行设置,这样设置出的调节量才是适当的,符合机组装置的实际情况,这对电厂运行的安全稳定具有重要的意义。此外,设备也需要进行调频,常见的如水泵的闭环调频,必须对外部的温度和气压条件变化等信息进行收集,依据变化实现对变频器频率值的调节,以使其充分适应外界的条件变化,为水泵的安全平稳运行提供保障。

结论

综上所述,热动工程在我国工业生产领域的应用十分广泛,尤其是在发电厂实践中,能够大大提升能源的利用效率,降低不可再生能源的使用率,增加电能的生产量,促进我国电力行业的可持续发展。