热能动力工程在锅炉方面的发展

热能动力工程在锅炉方面的发展

许芳

华电郑州机械设计研究院有限公司    河南郑州 450000

摘要：随着科学技术的快速发展，热能的应用在某种程度上能够降低我国能源不足压力。而热能在锅炉领域中的普及，是热能动力工程发展的一种展现方式，这对锅炉领域的发展起到了重要的意义。在热能动力工程发展过程中，锅炉作为能源生产的核心装备，同样需要不断的发展创新。本文首先阐述热能动力工程，分析锅炉领域热能与动力工程应用必要性，详细探讨热能动力工程在锅炉方面的发展，以供参考。

关键词：热能与动力工程；锅炉领域；能源生产

前言

现阶段，热能动力工程应用更倾向于热能和动能生产，是作为关键构成的锅炉装备长期存在能耗高、污染大等问题的原因，由于无法满足国家提出的清洁能源生产要求，需结合行业发展推动锅炉技术的创新发展，促使工业锅炉规格体系逐步完善，为今后能源生产行业的可持续发展提供保障。

1热能动力工程概述

热能动力工程将工程热物理学当成是理论基础，主要研究内燃机及其他动力机械，通过有效利用机械学、工程学、力学、信息技术等专业知识探索将燃料化学能和液体动能转化为动力的方式。目前，热能动力工程涵盖各种热力发动机、动力机械、热能工程等工程，需要通过机械做功实现热能持续输出。伴随着学科技术的发展，在探寻能量转换规律和系统设备过程中，强调采用高效、无污染方式实现热能和动能的相互转换，做到高效利用能源。从工程内涵来看，强调热能和动能的转化和利用，因此在实现能源生产过程控制的基础上，应重视现有能源利用和新能源开发，从而为社会发展提供源源不断的能源支撑。

2锅炉领域热能与动力工程应用必要性

热能与动力工程在锅炉的应用中，根据锅炉运行依靠的机械工程学原理，及时在其中注入跨热能动力学内容，从而对转化规律进行掌握，梳理与总结将能量进行最大化转化的方法。从整体上来讲，热能与动力工程在锅炉中的应用，工程专业性特点非常突出。实际应用中，研究的主体为热能与动力转化，根据锅炉应用特点，注重转化效率提高的同时，还要综合机械、工程热物理以及其他领域工程变化规律，以达到锅炉运行中热能与动力工程应用目的。作为锅炉运行中的重要组成，热能与动力工程实际应用中，必须尊重其中的系统性变化，并且总结锅炉运行规律。加大信息技术与自动化技术等的应用，明确锅炉发展的方向，核心在于综合应用自动化技术，有效将其融合到热能与动力工程中，将其作用发挥到最大化。与此同时，还要将锅炉运行效率提高，保证锅炉运行安全的同时，激发锅炉运行的经济价值。

3热能动力工程在锅炉方面的发展探讨

3.1超超临界锅炉发展

在燃煤锅炉发展过程中，能耗高和环境污染大是始终需要克服的问题，制约了整个火力发电行业的发展。而超超临界锅炉技术的发展，扭转了火电机组煤耗居高不下的局面，能够缩小国内火力发电技术与国外的差距，有助于高效、节能、环保的锅炉技术发展。超超临界锅炉在燃烧状态时，超超临界参数为蒸汽压力≥25MPa，蒸汽温度≥580℃，相较于超临界机组可以将热效率提升1.2%~4%，节省大量煤炭资源的同时，减少锅炉燃烧产生的污染。

目前，超超临界锅炉研究主要需要解决燃烧调整问题，如在褐煤燃烧方面，660MW超超临界变压直流锅炉炉膛内分布四层低NOX旋流式煤粉燃烧器，周围侧墙布置贴壁风。在炉内空气组织上，划分为中心风、一次风、二次风，配置间距缩口、扩锥、浓淡分离器等设施，用于提升回流区高温烟气范围和气流温度，达到促进燃烧高效、稳定的效果。从热能动力学角度展开研究，开展锅炉冷态空气动力试验，可以根据动力场特性为后续调整燃烧参数提供依据，有效减少锅炉污染物排放。

3.2核聚变反应锅炉发展

在热能动力工程发展过程中，强调重视太阳能、生物质能等清洁能源的利用。而核能作为高效清洁能源形势，已经用于发电，在供热研究领域则处于发展早期，需要积累更多的供热经验和获取更多技术条件，为产业推广奠定扎实基础。早在2018年底，中科院在“人造太阳”装置研究方面取得了重大突破，研制出了加热功能达10万兆瓦的核聚变反应装置，使等离子体中心达到了1亿度的电子温度。而核聚变将产生超高温，直接导致现有容器无法承受过高温度，因此现有研究主要采用核电机组热电联供方式供热。但就目前来看，核聚变反应锅炉研究对内部反应装置等各种装置提出了严苛要求，在短时间内难以实现，距离商用化仍然有较远距离。

3.3生物质锅炉发展

目前，生物质锅炉可以划分为电能和热能两类，根据国家能源局数据可知，截止2020年底全国生物质发电装机量达到2952万千万，全年发电1326亿千瓦，同比增长19.4%，增长态势良好。与此同时，生物质热能锅炉应用日广，在农业、工业、民用等领域用于代替燃煤和燃气锅炉，减少污染排放的同时，突显成本优势。如在工业供热方面，采用层状燃烧方式，可以保证炉内生物质燃烧完全，温度达到1000℃以上，每吨蒸汽价比燃气低约百元。但目前该类锅炉多存在对流管束受热不均、热量吸收不全、燃烧室易积灰、单锅筒负荷低、保温性差等系列问题，引发了严重的热能损失。未来在锅炉研究方面，需要根据燃烧的生物质种类和能源生产工艺探究锅炉结构改进问题。现阶段生物质燃烧的燃料多为压制成型，需要使锅炉达到100~200Pa排放压力，并通过室燃+层燃方式获得较高炉腔结构，保证烟气长时间停留，从而提高锅炉燃烧充分性。

3.4燃气锅炉发展

在燃气采暖技术发展过程中，燃气锅炉为核心装备，具有较高自动化程度，不存在灰渣处理费用，燃料运输也十分便利。但就目前来看，锅炉燃烧机依然主要依赖进口，国产燃烧机则存在排放物中氮氧化物含量较高的问题，无法满足清洁能源生产要求。因此在锅炉研究上，集中向低氮燃烧方向发展，重点需要解决低氮燃烧机的研制问题。与此同时，燃气锅炉存在烟气中水蒸气含量过大问题，引发了大量热能散失，需要研究冷凝换热技术，通过降低排烟温度锅炉热效率。应用该技术，至少可以将燃气锅炉热效率提升10%，因此研制冷凝式燃气锅炉将带来较大的经济效益，同时节约大量化石能源。此外，单纯使用天然气将限制燃气锅炉的应用范围，提高锅炉多能源适应能力，可以有效增加燃气锅炉市场份额。考虑到当前国内城市依然重视煤业、矿业发展，需要通过创新燃气锅炉技术顺利使用煤气、焦炉气等燃料气体生产热能，在保证锅炉热效率较高的同时，达到环保要求，继而为推动燃气锅炉行业发展奠定扎实基础。

3.5蓄热电锅炉发展

在太阳能、风能等新能源开发量日渐增加的背景下，为解决新能源消纳问题，国家提出了“互联网+”智慧能源发展战略，通过实现互联网、先进信息技术和能源产业深度融合探索“洁能+储能+智能”发展方向。而蓄热电锅炉的应用，使锅炉开始参与能源互联，为解决工序不平衡问题提供有效方案。不同于传统锅炉，蓄热电锅炉容量大，并且控制简单，通过在二级热网侧布置，可以解决能源消纳问题。未来随着能源互联网的发展，需要实现电网和可再生能源的高度融合，因此需要实现蓄热电锅炉的多目标分布控制，解决蓄热系统和供热系统复杂耦合问题，实现资源的优化配置。为此，需要加强智能感应、自动报警、智能计量、远程控制等技术应用，推动蓄热电锅炉控制模式的智能化、物联化发展，完成锅炉技术的更新换代，实现发电量和蓄热量的合理分配和控制优化，为能源生产行业注入新的发展活力。

结束语

通过将热能动力工程运用到锅炉中，能够起到理想的应用效果，但是在此过程中，要想将热能动力工程作用充分发挥，还要加大探究和分析力度，这对热能动力工程今后发展发挥着一定意义。未来为加强燃煤、核能、生物质、燃气等各种能源的充分利用，各种类型锅炉将作为核心设备得到不断研制，并且根据锅炉装配现有问题有针对性地提出改良方案，促进锅炉充分燃烧的同时，降低锅炉运行成本和减少污染物排放，实现热能动力工程应用效果的充分发挥，引导热能动力工程健康发展。

参考文献

[1]吴彦平.热能动力工程在锅炉和能源方面的发展概况[J].南方农机，2018，49（18）：200.

[2]满莉莎.热能与动力工程的应用及其对环境的影响[J].当代化工研究,2021(1):107-108.