热能与动力工程中的节能技术研究

引言：随着经济社会的快速发展，能源需求不断增长，资源环境约束日益趋紧，发展高效、清洁、低碳的热能与动力工程已成为应对能源和环境挑战的迫切需要，因此深入研究热能与动力工程节能技术，对于提升能源利用效率、缓解能源供需矛盾、推动经济社会可持续发展具有重要意义。

一、热能与动力工程的概述

热能与动力工程作为研究热能高效利用与转化的一门工程学科，涉及热力学、流体力学、传热学、燃烧学等多个领域，通过技术手段达成热能向机械能、电能等其他能量形式转化且最大限度提高能量转化效率、减少能源损耗，同时热能与动力工程在现代工业生产和日常生活中发挥着不可或缺的作用，如火力发电、汽车发动机、供暖制冷等都是热能与动力工程的典型应用。

二、热能与动力工程应用中存在的问题

（一）热能损耗

在热能与动力工程实际应用中普遍存在的热能损耗问题，对能源利用效率有着严重影响，其主要发生在热能生成、传输和使用等环节，像锅炉、热交换器、管道等设备的热损失以及工业余热未被充分回收利用这类情况，导致该热能损耗的原因多样，有设备老化、保温措施不足、工艺流程不合理等，此热能损耗不但增加了煤化工企业的能源成本，而且造成能源浪费，与节能减排目标背道而驰[1]。

（二）能源流失

制约热能与动力工程性能发挥的除热能损耗外另一个问题即能源流失，指在能量转化和使用过程中因技术、管理等因素致使部分能量未有效利用而流失的现象，以煤化工生产为例，其主要表现在余热余压利用不足、低品位能源未开发、能源梯级利用程度低等方面，造成能源利用率偏低、增加单位产品能耗、降低企业经济效益，且流失的能源还可能对环境有一定负面影响。

（三）环境污染

在追求能源高效利用的同时，热能与动力工程所产生的对环境的影响不容忽视，就如煤化工行业于其应用过程中面临着废气、废水、固废等带来的环境污染问题，其中燃煤锅炉、工艺加热炉等设备排放的烟气含硫化物、氮氧化物等污染物，这不但影响大气环境质量，还可能诱发酸雨等次生环境问题，且含油废水、含盐废水若处理不善，会给水体和土壤造成污染，而含重金属、化学品残留的固体废物也存在着环境风险。

（四）湿气损耗

湿气损耗是热能与动力工程领域一个容易被忽视但影响较大的问题。在煤化工生产过程中，原料煤和空气中往往含有一定量的水分，高温环境下这些水分会转化为水蒸气混入烟气或蒸汽中。湿气的存在一方面会稀释可燃气体，降低燃烧效率，另一方面湿气携带的潜热会随烟气或蒸汽排出系统，造成热量损失，同时还可能引发设备结垢、腐蚀等问题，影响系统的安全稳定运行。

三、热能与动力工程中节能技术的应用

（一）补水技术的应用

在热能与动力工程的运行过程中，补水技术的合理应用可以有效减少水资源浪费，提高水的利用率，从而达到节能降耗的目的。一方面可以通过建立完善的水处理系统，对补充水进行软化、除氧等预处理，降低水中杂质含量，减少水垢和腐蚀对设备的危害，延长设备使用寿命，同时采用先进的节水装置如真空锅炉给水泵，可显著降低锅炉排污率和耗水量；另一方面应加强补水管网的维护和管理，定期检查阀门、管道的密封性，及时修复漏点，杜绝“跑冒滴漏”现象，例如在煤化工企业中，可利用水质在线监测系统实时掌控水质情况，根据生产需求优化调配补水水质，在保证水质合格的前提下最大限度循环利用，减少新水用量。同时建立健全的计量体系，在补水、给水、疏水等环节安装流量计，加强用水统计和考核，强化全员节水意识。

（二）调频技术的应用

调频技术是热能与动力工程领域一项重要的节能手段，通过优化调节设备的运行参数，使之在变工况下均能在高效区运行，从而降低能耗，提高能源利用率。首先，可采用先进的自动控制算法，根据负荷需求实时调整设备转速、频率等运行参数，使之始终在最佳工况下运行。以汽轮机为例，传统的调节方式难以适应电网频率的波动，而采用先进的电液调频系统，可实现汽轮机在 30%～10% 负荷范围内的无级调速，显著提高发电效率。其次，对于负荷波动较大的场合，宜采用储能装置与调频技术相结合，削峰填谷、平滑负荷，在提高电能质量的同时减少能源浪费。在煤化工装置中，可利用汽轮机低真空供热系统，通过蒸汽参数的优化调控，在满足生产需求的同时提高热电联产效率[2]。再次，采用大数据分析和智能算法，对历史负荷数据进行挖掘分析，优化调频策略，使系统在全工况下实现能效最大化，如某煤制油项目通过优化汽轮机调频方式，在保证装置安全平稳运行的前提下，汽耗下降 6% ，年节约标煤近万吨，产生了可观的经济效益。

（三）废热回收技术的应用

废热回收技术是热能与动力工程中的一项关键节能技术，通过捕集和再利用生产过程中产生的余热废热，可大幅降低系统能耗，减少温室气体排放。一方面应加强对高温烟气、蒸汽、热水等废热资源的梯级利用，例如在锅炉烟气系统中设置省煤器、低温省煤器，通过烟气余热加热给水，可提高锅炉热效率 2～4 个百分点。在蒸汽管网中设置闪蒸回收装置、梭式换热器等，回收系统顶端高品质的蒸汽冷凝水，用于生产工艺加热，既减少了蒸汽耗量，又提高了水资源利用率；另一方面对于分散的低品位余热，可采用热泵技术、吸收式换热等方式集中回收利用，通过提高热源温度，扩大余热的应用范围，从而最大限度地减少能源浪费，在煤化工生产中，合成废水、黑水均属于低品位废热，传统工艺直接排放，造成热量和水资源的巨大浪费，采用吸收式热泵回收黑水余热，可使黑水温度从常温提高至 80% 以上，用于生产装置和生活区的供暖，年回收废热 30 万吉焦以上。

结束语

综上所述，面对日益严峻的能源和环境形势，发展热能与动力工程节能技术势在必行。今后应进一步加大节能技术研发和推广力度，完善产业政策和标准规范，加快先进适用技术的产业化应用，同时还要强化能源管理，优化用能方式，培育节能文化，推动行业绿色低碳转型。唯有如此，才能实现热能与动力工程的高质量发展，为建设美丽中国、实现可持续发展贡献力量。

参考文献：

[1]徐世泽.热能与动力工程中的节能技术研究[J].产品可靠性报告，2023，（07）：126-128.

[2]徐以昌，韩静，张燕斌.热能与动力工程中的节能技术[J].化工管理，2022，（08）：38-40.