能源動力工程概論范文

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篇1

[關鍵詞]熱能動力工程；鍋爐技術；能源；發展

中圖分類號：TK221 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）35-0085-01

隨著常規能源的日漸短缺，人類環境保護意識的不斷增強，節能、高效、降低或消除污染排放物、發展新能源及其它可再生能源成為本學科的重要任務，在能源、交通運輸、汽車、船舶、電力、航空宇航工程、農業工程和環境科學等諸多領域獲得越來越廣泛的應用，在國民經濟各部門發揮著越來越重要的作用。

一、 熱能動力工程概念及在能源方面的現狀

（一）、熱能動力工程概念

熱能動力工程顧名思義主要研究熱能與動力方面，其包括熱力發動機，熱能工程，流體機械及流體工程，熱能工程與動力機械，制冷與低溫技術，能源工程，工程熱物理，水利電動力工程，冷凍冷藏工程等九個方面，其中鍋爐的運行方面主要運用熱力發動機，熱能工程，動力機械，能源工程以及工程熱物理等部分專業技術。熱能動力工程主要研究方面為熱能與動力之間的轉換問題，其研究方面橫跨機械工程、工程熱物理等多種科學領域。其發展方向多為電廠熱能工程以及自動化方向、工程物理過程以及其自動控制方向、流體機械及其自動控制方向、空調制冷方向、鍋爐熱能轉換方向等，熱能動力工程是現代動力工程的基礎。熱能動力工程主要需要解決的問題是能源方面的問題，作為熱能源的主要利用工程，熱能動力工程對于我國的國民經濟的發展中具有很高的地位。？

（二）、熱能工程技術的現狀

隨著我國市場經濟的建立，社會需求和經濟分配狀態的變化、科技發展的趨勢、對本專業的生源、就業等形成了挑戰，更是熱能動力專業教育的關鍵。同時，熱動還是現代動力工程師的基本訓練，可見熱動是現代動力工程的基礎。熱動主要研究熱能與動力方面，是跨熱能與動力工程、機械工程等學科領域的工程應用型專業。熱動主要學習機械工程、熱能動力工程和工程熱物理的基礎理論，學習各種能量轉換及有效利用的理論和技術。本專業涵蓋的產業領域十分廣泛。能源動力產業既是國民經濟的基礎產業，又在各行各業中有特殊的應用，也是國家科技發展基礎方向之一。能源動力領域人才教育的成敗關系到國家的根本利益。

能源問題在當今社會舉足輕重，熱能與動力工程專業在國民經濟中的地位可想而知。

能源動力工業是我國國民經濟與國防建設的重要基礎和支柱型產業，同時也是涉及多個領域高新技術的集成產業，在國家經濟建設與社會發展中一直起著極其重要的作用。

風機是一種裝有多個葉片的通過軸旋轉推動氣流的機械。葉片將施加于軸上旋轉的機械能，轉變為推動氣體流動的壓力，從而實現氣體的流動。風機廣泛應用于發電廠、鍋爐和工業爐窯的通風和引風，礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風、排塵和冷卻等。尤其是在電站，隨著機組向大容量、高轉速、高效率、自動化方向的發展，電站也對風機的安全可靠性提出了越來越高的要求，鍋爐風機在運行中常發生燒壞電機、竄軸、葉輪飛車、軸承損壞等事故，嚴重危害設備、人身安全，也給電廠造成巨大的經濟損失。此外，風機一直是電站的耗電大戶，電站配備的送風機、引風機和冷煙風機是鍋爐的重要輔機，降低其耗電率是節能的一項重要措施。

二、熱能動力工程技術運用

（一）爐內燃燒控制技術

其燃燒控制是步進爐的核心技術之一，手動控制已被自動控制方式所取代。目前大規格鋼錠推鋼式加熱爐可選用的燃燒自控方式通常有：

（1）空燃比例連續控制系統，該系統主要由燒嘴、燃燒控制器、空氣/燃氣比例閥、空氣/燃氣電動蝶閥、空氣/燃氣流量計、熱電偶、氣體分析裝置、PLC等組成。工作原理是由熱電偶或氣體分析裝置檢測出來的數據傳送到PLC與其設定值進行比較，偏差值按比例積分、微分運算輸出4-20 mA的電信號分別對空氣/燃氣比例閥和空氣/燃氣電動蝶閥的開度進行調節，從而達到控制空氣/燃氣比例和爐內溫度之目的。

（2）雙交叉限幅控制系統，該系統主要由燒嘴、燃燒控制器、空氣/燃氣流量閥、空氣/燃氣流量計、熱電偶等組成。工作原理是：通過一個溫度傳感器熱電偶把測量的溫度變成一個電信號，該信號表示測量點的實際溫度，該測量點的溫度期望給定值是由預存貯在上位機中的工藝曲線自動給定的。根據這兩個溫度值偏差的大小，PLC自動校準燃氣/空氣流量閥的開度。該閥通過電動執行機構定位?？諝?燃料比控制，借助于孔板和差壓變送器來測量空氣流量，燃氣的流量是借助于一臺安裝在燃氣支管上的質量流量計來測量，使精確的溫度控制得以實現。

（二）、軟件仿真鍋爐風機翼型葉片

由于鍋爐葉輪機械內部流場非常復雜，并帶有強烈的非定常特征，進行細致的實驗測量非常困難，目前尚沒有完善的流體力學理論解釋諸如流動分離、失速和喘振等流動現象，這就迫切需要可靠詳細的流動實驗和數值模擬工作來了解機械內部流動本質。將利用軟件對鍋爐風機翼型葉片進行二維的數值模擬，研究空氣以不同的方向流入翼型葉片入口所造成的流動分離。根據數值模擬的一般步驟：創建二維模型，進行網格劃分，設定邊界條件和區域，輸出網格，再利用求解器求解，對不同空氣來流攻角角下的流動進行二維數值模擬。在得到模擬結果后，對不同攻角下模擬所得到的速度矢量圖進行比較分析，得出鍋爐風機翼型邊界層分離和攻角的關系。

三、熱能動力工程的發展方向

1、熱能動力及控制工程方向（含能源環境工程方向）主要掌握熱能與動力測試技術、鍋爐原理、汽輪機原理、燃燒污染與環境、動力機械設計、熱力發電廠、熱工自動控制、傳熱傳質數值計算、流體機械等知識。

2、熱力發動機及汽車工程方向掌握內燃機（或透平機）原理、結構，設計，測試，燃料和燃燒，熱力發動機排放與環境工程，能源工程概論，內燃機電子控制，熱力發動機傳熱和熱負荷，汽車工程概論等方面的知識。

3、制冷低溫工程與流體機械方向掌握制冷、低溫原理、人工環境自動化、暖通空調系統、低溫技術學、熱工過程自動化、流體機械原理、流體機械系統仿真與控制等方面的知識。使學生掌握該方向所涉及的制冷空調系統、低溫系統，制冷空調與低溫各種設備和裝置，各種軸流式、離心式壓縮機和各種容積式壓縮機的基本理論和知識。

4、水利水電動力工程方向掌握水輪機、水輪機安裝檢修與運行、水力機組輔助設備、水輪機調節、現代控制理論、發電廠自動化、電機學、發電廠電氣設備、繼電保護原理等方面的知識，以及水電廠計算機監控和水電廠現代測試技術方面的知識。

四、結束語

熱能動力工程的迅速發展使得熱力發動機專業方向，其中包括熱力發動機主要研究高速旋轉動力裝置，包括蒸汽輪機、燃氣輪機、渦噴與渦扇發動機、壓縮機及風機等的設計、制造、運行、故障監測與診斷以及自動控制等行業的發展都到了提速。熱動能的發展為航空、航天、能源、船舶、石油化工、冶金、鐵路及輕工等部門培養高級工程技術人才，若能將這些理論知識轉換成實際的運用，我國的能源壓力將大大降低。

參考文獻

[1] 安連鎖.泵與風機[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2] 袁春杭.鍋爐引風機事故的預防[J].中國鍋爐壓力容器安全，2005，14（6）：38-39.

[3] 蔡兆林，吳克啟，穎達.離心風機損失的計算[J].工程熱物理學報，1993，14（1）：53-56.

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[5]安連鎖.泵與風機[M] .北京：中國電力出版社，2001.

[6]袁春杭.鍋爐引風機事故的預防[J].中國鍋爐壓力容器安全，2005，14（6）：38-3 9 .

篇2

【關鍵詞】熱力動力工程；能源；鍋爐仿真

熱能動力工程專業的應用性增強，它主要是以機械工程學和跨熱能動力工程作為理論基礎，通過熱能和機械能的轉換，來產生動力。而鍋爐正是能量轉換的工具，只有在鍋爐進行合理的設計，才可以達到一定的使用效果，最近幾年，我國鍋爐的種類逐漸增多，但在鍋爐的制造和使用方面，還存在很多問題，這樣導致能源的利用率較低，所以怎樣才能提高能源的利用率是目前國家熱能動力工程方面需要研究的問題。

1.我國當前動力工程的情況以及發展趨勢

1.1我國當前動力工程的發展情況

我國熱力動力工程專業形成于20世紀50年代，興起于蘇聯，主要包括的學科有鍋爐、電廠熱能、內燃機、壓縮機、制冷、低溫、供熱通風與空調工程等幾十個小專業。而在我國，改革開放之后，我國由幾十個小專業壓縮為九個，隨即不久，就從原來的幾十個專業合并為一個專業，目前我國已有120多所高效舍友熱能與動力工程專業。

對于熱動主要研究的方面是熱能與動力，是一種應用性強的專業，主要學習的基礎知識有：機械工程、熱能動力工程和工程熱物理，還要學習能量轉換以及有效利用的理論和技術，掌握制冷空調設備、制冷裝置、動力機械與動力工程、流體機械等設計、制造和實驗研究的基本技術。這個專業在很多領域上有著很廣泛的應用，同時也是我國科技發展的基礎方向。隨著我國的經濟發展，市場經濟的建立，社會需求和經濟分配狀態以及科技發展的趨勢等都成為我國現階段的挑戰，也是當前本專業在我國教育發展的主要方向，而且熱動也是當前動力工程師的基本訓練。

1.2我國當前動力工程的發展趨勢

首先是在動力控制工程方向發展，主要掌握熱能與動力測試技術、鍋爐原理、汽輪機原理、燃燒污染與環境、動力機械設計、熱力發電廠、熱工自動控制、傳熱傳質數值計算、流體機械等知識。其次是在熱力發動機及汽車工程方向上主要掌握內燃機原理、內燃機的結構、設計、測試、燃料和燃燒，還有熱力發動機排放、環境工程概論以及內燃機電子控制、熱力發動機傳熱和熱負荷等方面的知識。在制冷低溫工程和流體機械方向上，需要掌握制冷、低溫原理、人工環境自動化、暖通空調系統、低溫技術學、熱工過程自動化、流體機械原理、流體機械系統仿真與控制等方面的知識。使學生掌握該方向所涉及的制冷空調系統、低溫系統，制冷空調與低溫各種設備和裝置，各種軸流式、離心式壓縮機和各種容積式壓縮機的基本理論和知識。除此之外，在水利水電工程方向上主要掌握掌握水輪機、水輪機安裝檢修與運行、水力機組輔助設備、水輪機調節、現代控制理論、發電廠自動化、電機學、發電廠電氣設備、繼電保護原理等方面的知識，以及水電廠計算機監控和水電廠現代測試技術方面的知識。

2.工業爐的發展

工業爐的作用是將燃料燃燒產生的熱量，用來對物料和工件加熱。工業爐是工業加熱的關鍵設備，廣泛應用于國民經濟的各行各業，量大面廣，品種多，影響極大。我國在很久以前就出現了很完善的煉銅爐，隨著技術的發展，煉銅爐發展迅速。而發展到現在，據不完全統計，全國12個行業縣以上企業，工業爐裝備11萬臺以上，機械行業占7.5萬臺（占爐窯總數66%）。工業爐中燃料爐約6萬臺，占爐窯總數55%以上，電爐絕5萬臺。也就是說大部分地區都在使用工業爐，而燃燒爐又是工業爐中使用最多的，所以對于工業爐發展對于我國的工業發展有著很重要的作用。

3.關于爐內燃燒控制技術的運用

對于燃燒控制技術是當前步進爐發展的核心技術之一，而當前控制技術已逐漸由原來的手動控制轉換為自動控制，而當前加熱爐選用的自控方式主要有空燃比例連續控制系統以及雙交叉限幅控制系統。

3.1空比例連續控制系統

該系統主要由燒嘴、燃燒控制器、空氣/燃氣比例閥、空氣/燃氣電動蝶閥、空氣/燃氣流量計、熱電偶、氣體分析裝置、PLC等組成。工作原理是由熱電偶或氣體分析裝置檢測出來的數據傳送到PLC，由此得到的偏差值按比例積分、微分運算分別對空氣/燃氣比例閥和空氣/燃氣電動蝶閥的開度進行調節，可以達到控制空氣/燃氣比例和爐內溫度之目的。

3.2雙交叉限幅控制系統

該系統主要由燒嘴、燃燒控制器、空氣/燃氣流量閥、空氣/燃氣流量計、熱電偶等組成。工作原理是：通過一個溫度傳感器熱電偶把測量的溫度變成一個電信號，該信號表示測量點的實際溫度。

4.仿真鍋爐風機翼型葉片

對于鍋爐的葉輪機械內部，流場復雜，有著非定長特征，所以在實驗檢測方面就會有很大的困難，而目前沒有完善的流體力學理論解釋諸如流動分離、失速和喘振等流動現象，需要流動實驗和數值模擬了解機械內部流動本質。

5.熱能工程技術在能源方面發展

5.1在能源方面出現的問題

對于當今世界，各個國家都很重視能源的問題，而能源動力工業又是我國國民經濟與國防建設的重要基礎和支柱產業，所以在國家各方面的發展上起到了很重要的作用。對于風機，是一種能源利用中產生的機械，它本身裝有多個葉片，通過軸旋轉推動氣流，這種風機主要廣泛應用在發電廠、鍋爐和工業路遙的通風和引風，對礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和很多大型的建筑物實現內部通風，同時實現排塵和進行冷卻。對于在一些發電站里，隨著機組的發展，電站需要向更安全、更可靠地方向發展才行，所以電站對風機也提出了更高的要求，解決掉一些安全問題，像鍋爐經常出現燒壞電機、竄軸、葉輪飛車等事故，這種事故嚴重危害到設備的使用以及工作人員的生命安全，同時在經濟方面也有大量的損失。

5.2在能源方面的發展前景

能源是人類社會賴以生存和經濟可持續發展的重要物質基礎，所以怎樣讓能源更合理的開發和使用就會很大程度上推進世界經濟和人類社會的發展，而我國經濟發展同樣離不開能源，當前我國在能源發展方面主要以“新能源、核能、只能電網、常規能源、節能減排”為主要發展方向，而熱能與動力工程專業正是符合國家的能源戰略發展方向，通過結合很多門專業課程的學習，來培養能適應國家能源領域快速發展要求的高級研究應用型人才。

6.結語

本研究主要根據我國熱能動力工程在鍋爐方面的應用和發展做了一些研究，在鍋爐的燃燒控制方面，在燃燒方式、風機的旋轉問題以及資源利用率方面做出了一系列的分析和闡述，總結出熱能動力工程無論在鍋爐的發展或是其他方面都起著很重要的作用，通過結合和利用一些理論知識能夠轉換成實際的應用，將更利于熱能動力工程的發展。

參考文獻