对内燃机热能动力优化与节能改造的思考

2021-11-28刘磊

魅力中国 2021年33期

刘磊

（山东枣庄 277000）

纵观传统发电方式，能源浪费的现象令人忧心，各种因素导致的能源损耗的数字触目惊心、我国工业化的进程不断推进，工业化的技术水平不断提高，针对内燃机造成的能源损耗现象，受到社会上越来越多专业技术人员的关注，不少人把目光放在了对内燃机热能动力系统的优化上，希望可以优化热能动力系统，努力地做好能源的节约，有效的保护环境。

一、中外能源现状

内燃机的主要燃料源自石油。现在已查明全球已开采的石油可持续开采五十年左右，几十年后将会出现石油短缺现象。美国很早就实行了限制境内石油的对内政策，从1968年起就开始变成了一个迅速发展的石油进口国。目前中国石油进口依赖度已达50%，而中国内燃机的石油消费量占石油总消费量的2/3以上，持续快速增长的石油需求，迫使人们不断探寻现有的石油储量和其他代用能源。以上种种，都说明了内燃机的节能、提高燃料的利用率已刻不容缓。只有通过节能，开发新能源等方法，才能缓解对进口石油的依赖和节约有限的石油资源，走科学发展观的强国之路。

二、优化热能动力系统与提高节约意识的必要性

无论是工业的发展，还是日常的供电等，都需要消耗巨大的能源，而热能是提供能源的最主要形式，因此随着经济的深入发展，热能的消耗量的是巨大的，通过燃烧等方式获得热能并不是一种最优的方式，它不仅需要消耗大量的不可再生能源，热能的转换率也不高，而且通过燃烧还会产生有害物质污染环境，这些巨大的缺陷会阻碍经济的长远发展，而且也不符合我国科学发展观的要求。我国作为一个人口大国，各项能源消耗都排在世界前列，尤其是在用电量方面，我们必须要有足够多的发电厂才能够供应所需的发电量，大量的发电厂对环境的破坏相当严重。因此，对热能动力系统的优化，通过更加高效的方式节约能源，并且提高热能的获取效率，可以进一步促进工业生产的效率，不仅节约了成本，还能够获得更高的经济效益，并且对环境的防治也有帮助，最终促进我国的经济健康平稳发展。

三、热能动力系统的概述

热能动力系统顾名思义就是将生产过程中产生的热能收集起来将其转化为机械能，为其他的机械设备提供能源。热能动力系统在内燃机中发挥着重要的作用，它主要进行将热能转化成机械能的相关操作步骤。一般而言，热能的获取都是从矿物燃料进行燃烧，通过高温高压的作用下进行膨胀，并且将一些废热排除。然而，随着工业的深入发展，使用矿物燃烧等不可再生能源获取热能是一种极大的浪费，燃烧过程中能量还会转化成其他形式的能量，总体来说能源转化率不高，再加上燃烧能源对周边的环境污染非常巨大，因此为了提高能源的转化率以及减少能源的浪费，对热能动力系统的优化和朝着节能污染小的方向改进就成为一项急需解决的重要问题。

四、内燃机能源问题的发展方向及对策

（一）代用燃料的开发

可作为内燃机代用燃料的物质种类繁多。目前，发展前景比较好的内燃机代用燃料主要有天然气、甲醇和二甲醚等。天然气资源丰富，且成本较低。21世纪将会出现大规模商业化推广应用汽车代用燃料的浪潮，天然气是主要的代用燃料之一。

甲醇也是一种排放洁净的绿色燃料。早在上世界80年代末，美国政府曾花了三年（1985～1987年）时间写出了《世界上最清洁的汽车发动机燃料是甲醇》等两份政策性咨文。甲醇资源丰富，常温下是液体，储运方便，应用前景较好。二甲醚（DME）常温常压下为气体，高压下为液体，性能与液化石油气（LPG）极为相似。自上世纪90年代中期以来，各国研究发现二甲醚是一种性能十分优秀的超清洁燃料，它可以从煤、天然气中用低成本大规模生产，从而引起世界各国的重视。

（二）新能源的探索

随着化石燃料的逐步枯竭，寻找新的能源已是国际社会的燃眉之急，新能源资源必须蕴量丰富，使用安全、清洁。从目前的研究来看，有可能成为未来新能源的有：太阳能、核能、风能、水能、生物质能与废弃有机物等能源。当今世界上有很多的国家正在进行新能源内燃机的研发工作，由于这些能源利用技术上还存在很多问题，因此在未来相当长时间内，这些能源的利用技术还需要大量的投入和开发。

（三）内燃机现代设计技术的应用与开发

内燃机现代设计技术的应用与开发，可以缩短产品开发周期，提高产品智能化水平，改善发动机的综合性能。内燃机现代设计技术主要有：计算机数值模拟技术、人工智能技术、有限元法、电子控制技术、计算流体动力学等。切实推进内燃机现代设计技术的应用与开发，对内燃机核心技术的提高以及能源的节约及控制都有着莫大的好处。

（四）提高内燃机制造技术及周边技术

内燃机本身的制造技术及周边技术研究是一个永恒的话题。例如电控、增压器等一些关键零部件的产业；改进燃烧系统；解决整机匹配问题；改善内燃机制造工艺，开发应用新型材料，降低燃料消耗率等等都面临着重重困难。很具代表性的涡轮增压技术（Turbo），在20世纪中期才开始得到迅速发展和广泛地推广使用。通过采用增压技术，内燃机的功率可大大提高，如今涡轮增压技术在中小型内燃机的应用已十分普遍，譬如奥迪A6的1.8T，帕萨特1.8T等等。涡轮增压器正好能满足即提高燃油经济性，降低排放，同时又不会以失去驾驶乐趣为代价的综合性要求。此类技术的发展，使能源的利用效率问题得到了进一步的解决。

五、热能动力系统优化节能改进方法

（一）回收利用蒸汽凝结水

发电过程中，是通过将热能转化成机械能的方式来进行有效发电。热能的获得就是通过燃烧煤炭，使得水温达到100摄氏度，在此过程中获取到所需要的热能，那么在要想在这个过程中进行优化节能，就可以通过回收蒸馏凝结水来降低对水资源的消耗。但在实际操作过程中，有大量的蒸馏凝结水没有被合理的回收利用，而是直接排走，导致水资源浪费现象的产生。针对这一情况，就可以合理地设计出一套冷凝水回收利用系统，进行管道铺设，对水蒸气的产生进行有效的引流，利用水蒸气液化产生的热能，巧妙地转化成机械能，在管道中合理应用，以将蒸汽排出管道，进行后续的凝结收集。收集完成后，再进行进一步的净化操作，完成后再继续将其应用到工业循环中，进行有效利用。这样的思路，很好地应用了节能的思想，对水资源进行了合理地利用，节约了水资源，优化了操作系统，同时也减少了对环境的伤害。

（二）回收利用锅炉废烟

煤炭燃烧过程中，主要就是通过排出大量的烟尘来危害空气环境，但同时，排烟过程中的烟尘温度可以达到近乎200摄氏度的高温，假如对这一过程中产生的能量有效地利用，转化成有效的机械能，那对发电过程做出的贡献不容小觑。所以发电厂就要敏锐地意识到，通过有效地利用锅炉废烟中的高温，能够为企业降低一些能源方面的支出，同时也可以使得工厂排出的烟雾达到国家规定的标准，就可以有效地对环境进行保护。目前常见的改进方案就是利用导烟管道，将锅炉废烟引入热能动力系统，当系统将可利用的热能转化成机械能之后，再将废烟排出到过滤净化装置中，对废烟进行净化，过后再将经过处理，达到国家排放标准的废烟排出。这种思路可以在提高企业利润的基础上保护环境，也可以做到对能源最大程度地节约，所以推广价值比较高。

（三）回收利用锅炉废水余热

上文提到合理地利用水蒸气凝结水，能够对资源合理应用。对于锅炉废水，也可以对其进行合理利用达到节约能源保护环境的目的。在每一次煤炭燃烧过后，电厂在热能收集过程中都只是收集水蒸气产生的较多的热能，反而忽略了锅炉中水中蕴含的热能，这一部分热能虽然与水蒸气相比不是很多，但如果合理利用，也可以优化发电过程，起到节约资源的作用。发电厂可以通过分析自身设备，设置适合自己企业的锅炉废水回收装置，对锅炉废水进行二次的回收利用，这样一来，就可以显著地看到煤炭资源和水资源的节约效果，同时促进了企业的技术更新，推动了厂家的发展。

（四）化学补充水系统

化学补充水的系统，就是通过化学的方式，尽可能地减少发电设备对热量的损失，尽可能地减少热量的损失，确保能量的充分应用。比如在凝汽器式化学补充水的方式中，就是通过高速雾化的方式，迅速地将化学补充入的水变成细小的水珠，进而对热量进行快速充分的回收。其原理就是减少凝汽器中冷凝过程中的热量损失，来充分地利用能量，达到节约能源的目的，同时提高经济效益。

六、热能动力系统的发展前景

我国前期的经济迅速发展，对能源的损耗极其严重，所以当前我国的经济发展必须考虑到对环境的保护。在经济发展前期，由于可持续资源的技术还没有发展成熟，所以可循环能源的应用并不是非常广泛，发电厂一味地利用石油、煤炭等资源进行发电，在这样的发电过程中，对环境造成了严重的危害，所以当下我们应该做的就是要不断地研究可持续能源的同时，对传统的电力发电方式不断的进行革新，引进先进的技术理念，不断地对热能动力系统进行优化改进，最大限度地达到节能的目标，对环境保护做出贡献，同时也促进了我国基础行业的发展。

七、热能动力系统的优化节能改造发展趋势的展望

中国经济的不断发展，工业水平的不断提高，对工业的技术要求也越来越高，在经济发展的前期我们只看重了经济发展的结果，没有思考对环境的危害。如今国家经济发展已经步入正轨，我们就要思考如何更好更优的促进经济的发展，在节约能源，保护好环境的基础上提高工业收益，从上文中我们可以看出来，在发电过程中，利用煤炭进行锅炉烧水产生热能的过程能源损耗较大，这就提醒我们在这个方面应当进行进一步的技术革新，提高能量的利用率。在内燃机的最重要的热能动力系统中，对锅炉设备及时地进行升级优化。应该在优化的过程中，应用最新的技术理念，尽可能地将锅炉改造技术和热能动力系统联系得更加紧密一些，为将来锅炉升级产业打好基础。为了促进工业更好的发展，必须提高在锅炉产热过程中能源的利用率，让热能动力系统和高新的前沿科技接轨，成为内燃机产热过程中节约能源的中坚力量，确保能源的有效利用和对环境的有效保护。同时企业也要将眼光放得更加长远，不能只着眼于当下技术方面大额的资金支出，而不去想这项支出是为了企业能够更好地发展，只有让技术得到保障，才能够让企业得收益得到保障。