试论热能与动力工程应用

钟文龙

摘要：热能与动力工程是一项新兴的科技项目，其在应用中主要的作用就是高效节能，降低能源消耗。热能与动力工程科技在不断发展过程中实现了对资源的合理使用，减少了不必要的损失，同时，也避免出现了人力资源的浪费。热能与动力工程不仅仅能够提供能源的使用效率，在经济效益方面效果也非常好，对社会经济的发展也具有很大的促进作用。

关键词：热能与动力；应用；

一、节流调节中存在的问题

节流调节特点及节流调节适用场合：

（1）首先无调节级，第一级的全周进汽；

（2）变工况时各级温度变化比较小，负荷的适应性也比较好；

（3）变工况存在一定的节流损失，经济性能较差；

（4）适用于较小容量的机组与带基本负荷大机组级组临界的压力就是指当级组中任一级是处于临界的状态时级组最高背压，那么级组所包含的级数也就越多，机组的数值也就越小，也就是临界压力比数值越小，弗留格尔公式应用条件：工作级组中的各级数不应小于3～4级；在同一种工况下，通过各级级组的流量是相同的；而在不同工况下，各级组中的通流亚面积同时是保持不变的，属于恒定公式。弗留格尔公式的实际应用效果：可用来推算不同流量下的各级级前的压力以求得各级之间的压差、比焓降。从而可以确定相应功率效率以及零部件之间的受力情况；同时在监视汽轮机通流的部分是否是正常的，基石在已知流量条件下，可以根据运行时各级组前显示压力是否符合弗留格尔公式，来进行判断通流部分面积是否发生改变。

二、重热现象中存在的问题

重热现象：前级的损失被下级有效利用，使下级理想焓降在相同压差下比在前级无损失时的理想焓降有较大的增加，这样产生的想象被叫做多级汽轮机的重热现象。

有可能会引发机组变工况的几点因素：电不能进行大量的储存，外界需要的功率一直在不断的变化；锅炉燃烧无法稳定，促使进入汽轮机内的蒸汽参数时刻发生变化；同时凝汽设界工况发生变化，使凝汽器内部压力变化；其它的因素影响，例如电网频率的变化，汽轮机组件中通流部分结垢等。

三、一次调频中存在的问题

一次调频：意思是并网运行机组，遭遇外界负荷发生变化而引起电网的频率变动，并网各机组中的调速系统会根据各自不同的静态特性，启东自动增减负荷，维持电网周波，这一完整过程便是一次调频。

汽轮机发生变工况时各级焓降发生的变化（最末级、调节级中间级）：调节级是指在第一阀全开时，工况的流量增加时压会增大，调节级将比焓降减小，相反的，流量减小时会比焓降增大，而在第一阀进行全开第二阀没有开时，调节级相对焓降可达到最大的中间级，在出现工况变动的时候，各中间级压力比不变，各中间级比焓降亦不会变。最未级的流量增加，压比相对减小，未级相对焓降增加，反之喷管调节特点以及适用场合：

（1）各调节阀允许通过最大的流量不一定是相等的；（2）有的调节级，e<1，且t随着调节阀得开启数目而发生变化；（3）部分发生负荷时，会比节流调节的效率高；（4）工况发生变化时，调节级汽室的温度变化较大，负荷适应性差；（5）适用于各种类型的汽轮机能平移调节系统静态特性线的装置称为同步器，主要作用有：单机进行运行时，启动的过程中间提升机组转速到额定值；带负荷运行时可以保证机组在任何稳态负荷下转速维持在额定值；并列运行时，用同步器可以改变汽轮机的功率，并且可在各机组致之间进行负荷的重新分配，并保持电网频率基本不变，这个过程叫做二次调频。

四、调压调节中存在的问题

调压调节的特点是：（1）增加机组运行过程中的可靠性和对负荷的较强适应性；（2）提高机组在承受部分负荷下的经济性；（3）高负荷区域滑压调节的不经济性；（4）适用在单元大机组蒸汽在进行动叶栅中做功后，以余速动能进行离开动叶栅的操作，它是不能在动叶栅中进行转换为机械功的一部分动能消耗，统称它为这一级余速损失，工作喷管所占用的弧段的长度和整个圆周长派的比率值表示部分进汽的程度。在部分产生进汽的级中，喷管的分组布置，可进行分为工作弧段与非工作弧段，鼓风的损失发生在非工作弧段。旋转的动叶片每一个瞬间都会使处于喷管工作弧段或者非工作弧段，尤其在非工作弧段中，动静轴向间隙中间充满了停滞而产生的大量蒸汽，所以当动叶片转到非工作弧段时，会出现像鼓风机一样，导致这些停滞的蒸汽迅速从叶轮的一侧鼓到另一侧，这都需要消耗部分的有用功，这部分能量损失称为鼓风损失。与鼓风损失相反的是，斥汽损失常发生在喷管的工作弧段，刚从非工作弧段转到工作弧段的动叶栅内充满了停滞的蒸汽，喷管中流出的蒸汽需要首先排斥并加速这些停滞蒸汽，便要消耗部分动能，称为斥汽损失。

五、极组的变工况特性

1.级组中的变工况特性：（1）当变工况的前后级组没有达临界状态时，各级组的流量和级组前后产生压力平方差的平方根是正比；（2）当变工况前后级组全部显示为临界状态，就可通过级组中的流量与级前压力成为正比，同时与级后参数没有关系。

2.轴向推力变化的规律：（1）新蒸汽温度相对降低；（2）汽轮机产生水冲击时；（3）负荷突然增大时；（4）甩负荷时；（5）叶片结成垢时，轴向推力会全部增大。

六、湿气损失中存在的问题

产生湿汽损失的主要原因：（1）湿蒸汽在进行膨胀的过程中，一部分蒸汽会凝结成水滴促使做功的蒸汽量大幅度减少；（2）一些水珠的流速大大低于蒸汽流速，高速汽流便会被低速水珠牵制，消耗大部分部分动能造成损失；（3）水珠应为撞击喷管背弧而扰乱主流造成的损失，撞击动叶背弧阻碍动叶旋转而消耗叶轮有用功；（4）湿蒸汽变得过冷现象也是其中一种造成湿汽损失的原因。危害便是：损伤动叶进汽的边缘，特别叶顶背弧处冲蚀最严重。减少湿汽损失的方法：（1）使用中间再热循环；（2）使用去湿装置；（3）使用具有吸水缝的空心喷管；（4）提高抗冲蚀能力。汽轮机运行时，要克服支持轴承和推力轴承的摩擦阻力，还要带动主油泵、调速器，这都将消耗一部分有用功而造成损失，为机械损失。在轴流式汽轮机中，经常是高压蒸汽由一端进入，低压蒸汽由另一端流出，从整齐观察，蒸汽对汽轮机转子施加了一个由高压端指向低压的轴向力，使汽轮机转子存在一个向低压端移动的趋势，这个力便叫转子的轴向推力。

七、热能动力的应用

7.1热电厂中的应用

当下，对于循环流化床锅炉的控制问题众多国内外的学者和专家一般通过两方面进行研究：一方面是通过运用智能控制的理念，采用预测控制、模糊控制、专家系统、自适应控制等方法对循环流化床的控制进行研究；第二方面是改进现阶段被普遍采用的PID控制器，进一步加大PID控制器的鲁棒性和解耦性能。

7.1.1改进PID控制

当下的工业领域中，约有90%左右的控制是采用PID控制器来实现的，因其结构相对简单并且鲁棒性也较好。现阶段DCS系统被一些自动化公司运用在循环流化床锅炉中，但也是通过PID控制器对其进行控制。但PID控制器的解耦性能和鲁棒性基本上不能满足循环流化床锅炉的控制需要，因此导致这些控制系统的控制性能普遍降低。

7.1.2预测控制

控制输入结构成为预测函数控制的关键因素，对于建造的模型进行实时预测，因此跟踪能力和鲁棒性将会得到提高，此种方式适于控制循环流化床锅炉。采用多模型自适应方法，提出了一种多模型预估控制方案，对循环流化床锅炉的主汽温控制对象进行了研究，仿真效果良好，进而将其应用于床温控制。

7.1.3模糊控制

模糊控制作为一种智能的人工控制手段，其基本理论是以模糊集合理论为基础，从而进一步的模拟人的表达方式、推理方法使得智能控制，模糊控制的算法比较的简单，且其性能相对优良，具有较强的鲁棒性，对于难以运用数学模型进行精确描述、延迟时间比较长的系统具有明显的特点，将会为循环流化床锅炉的控制问题提供了很好的解决方案。

7.2锅炉中的应用

锅炉主要由两个部分组成，一个部分是外壳，另外一部分是电器控制系统。在锅炉中，底壳的主要功能就是固定锅炉，然后进行燃烧，在底壳上还要安装一些控制锅炉的控制部件，这样能够保证锅炉具有非常良好的保护功能。在锅炉中，底壳是非常重要的组成部分，也是保护锅炉正常运行的关键部分。近年来，随着科学技术的不断发展，热能控制过程中应用了很多的先进技术，全自动控制转换系统已经慢慢实现，利用计算机能够对锅炉进行智能控制，同时，能够提高锅炉的运行精密度，使其在进行燃烧时能够更加的均衡。

燃烧控制技术，锅炉燃烧中产生的能量如果能合理使用，可以帮助电气企业缓解能源紧张的局面。目前锅炉种类很多，使用的燃料也在发生变化，随着技术的进步，可以研究出更加有效的燃料。要实现对燃烧的控制，可以从锅炉的温度和燃烧数值方面进幸予周节二要控制锅炉的温度需要把空气和燃烧结合起来一起调整，这种调整需要控制的因素太多，需要分析各方面的清况。对于空气和燃料的调节需要进行多次试验，才可以保证这种方法有效。还可以根据燃烧清况控制空气和燃料，这种方法的技术要求很高，需要分析的数据也非常多二通过分析收集的数据得出最终的结论，可以保证它的有效性。

7.3热能与动力工程的未来发展

从实际清况看，热能与动力工程专业就业前景被看好，工业的发展使其就要前景乐观，从近年就业市场上能够看出，该专业学生处于供不应求的局面，占据主动。目前，中国就业形势严峻，高校毕业生就业压力不被看好，一些理科学生选择热能与动力工程专业，这就足以说明该专业就业前景好。由于热能与动力工程的专业幽虽，从近年的就业市场来看，市场上大量缺乏技术型人才，技术人才待遇较好，在工资、福利等方面均比其他专业高，由于该专业在能源、环保和航空航天等领域应用普遍，因止比扰业不成问题，收入也十分罕见。

结束语：

我们的社会的热能和动力工程的研究所存在的主要问题，我们也都提出了一些解决问题的办法，这些措施也都是我们社会能源进步的标志性做法，我们的最终目的就是希望我们的热能和动力工程的发展过程能够更加的环保和高效，将能源的利用达到最大化的状态，同时也应该使得我们的热能研究和动力工程研究得到一个很好的联系。

参考文献：

[1]何平.关于热能与动力工程专业卓越工程师培养的探索与实践2015.2

[2]闫天明.热能与动力工程在锅炉领域的应用分析2012.9

[3]林日亿.热能与动力工程专业认识实习的探索与实践2014.9