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關鍵詞:熱電廠 動力工程 熱能
中圖分類號:TM621.4 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2013)02(a)-0152-01
1 關于熱電廠的概述
1.1 熱電廠發電的原理
熱電廠在進行發電的過程中,先是讓鍋爐產生蒸汽,然后把蒸汽送到汽輪機當中,由汽輪機的轉動來帶動發電機使其發電。汽輪機所排出的氣體進入到凝汽器的冷端設備當中,使氣態的水變回液態,再由凝結水泵輸入到水泵中,最后再進入到鍋爐中。這就是發電廠利用蒸汽不斷的循環發電的工作原理。
1.2 熱電廠發電的流程
熱電廠所用的發電方式是火力發電,煤炭是它發電的最主要的能源,煤炭經過處理后變為煤灰,在運用皮帶傳送的技術,輸送到鍋爐當中,煤粉燃燒后產生的熱量用于鍋爐的加熱,把鍋爐中的水變為水蒸汽,經過第一次加熱之后,水蒸汽進入到高壓缸之中。為了使熱效率有所提高,可以對水蒸汽進行第二次加熱,讓水蒸汽進入到中壓缸之中。再利用中壓缸的蒸汽推動汽輪發電機讓其發電。
1.3 熱電廠的選址問題
熱電廠的裝機容量受熱負荷的性質以及大小等因素的制約,導致了目前熱電廠的機組規模比火電廠的主力機組小很多。熱電廠即要發電又要提供供熱服務,因此鍋爐的容量要比同規模的火電廠鍋爐的容量大一些。由于功能以及原料的限制,所以熱電廠必須靠近熱負荷中心,具體來說,熱電廠必須建立在人口密集的城鎮中心,它在環保要求、拆遷、用水量、征地等方面的問題上均高于同容量的火電廠,同時它還必須建立熱力管網,以便于供熱系統的運行。
2 熱電廠的熱能與動力的關系
2.1 熱能的轉換
在熱電廠的發電過程中,熱能被轉化成動能,動能再經過汽輪發電機的作用后,一部分被轉化為電能,其余部分再次從汽輪機中被轉送出去。在轉化的過程當中,蒸汽會有部分熱損失以及焓降,優化轉化的過程,不僅會使熱電廠在生產過程中的能耗大大減少,而且對操作技能的提高也有很大的幫助。把前級的損失用到下級的轉換過程中,讓下級的理想焓降值在同壓差下比前級在沒有損失情況下的理想焓降值大一點,此種現象就是多級的汽輪機的重熱現象。
2.2 導致機組變工的因素
電沒有辦法大量地儲存,功率隨著外界的需要不停地在變化;進入到汽輪機里的蒸汽的參數隨著鍋爐內燃料燃燒的不穩定而隨時在發生著變化;凝汽設界工況的變化,使得凝汽器的壓力發生變化;電網頻率的變化,汽輪機內部通流部分產生污垢等都是導致機組產生變工的主要因素。
(1)第一次調頻,并網運行的發電機組,當電網頻率隨著外界的負荷變化而發生改變時,每個發電機組就會根據自己的靜態特性,對調速系統進行自動的增減負荷,使電網的周波得以維持,這樣的過程就是我們所說的一次調頻。
(2)調節級,當第一閥把所有的工況全部打開后,電流量就會增加,瞬時的電壓比也就隨之增大,因此調節級的比焓降就會減小,相反,在流量減小的時候比焓降卻增大。第一閥全開,第二閥卻未開之時,調節級的比焓降就會達到中間級的最大值,而工況在發生變動時,壓力比在中間級的壓力是不會變化的,比焓降在中間級也不變。最未級,當流量增加時壓比就會減小,未級的比焓降隨之增加。
2.3 噴管調節的適用場合及其特點
(1)在每個調節閥上所通過的負荷的最大流量不完全相等。
(2)當有調節級,且負荷小于時1,時間的變化與調節閥的開啟數目的變化有關。
(3)當只有部分負荷時,噴管調節的效率比節流調節的效率要高一些。
(4)當工況發生變化的時候,調節級的汽室溫度的變化相對較大,導致負荷的適應性變差。
(5)同步器是對于任意類型的汽輪機都能平移其調節系統的靜態特性線的裝置。
(6)噴管調節的主要的作用是:在進行單機運行時,使機組的轉速在啟動的過程中快速的達到額定值;因此在它進行帶負荷運行的時候,機組在任意的穩態負荷下的轉速都會保持在額定值;在進行并列運行時,同步器可使汽輪機的功率進行改變,它還可以在每個機組之間進行對負荷進行重新分配,維持電網的頻率在大體上不會產生變化,這個過程就是二次調頻。
2.4 節流調節的適用場合及其特點
(1)無調節級,也就是第一級的全周進汽。
(2)在變工況進行的時候,各級的溫度變化相對較小,因此負荷的適應性就顯得比較好。
(3)在進行變工況時會有節流損失的情況存在,因此它的經濟性相對較差。
(4)節流調節的方法適用于只帶有基本的負荷的大機組以及小容量機組,級組中的任何一級處在臨界狀態時產生的最高背壓被稱為臨界壓力,級組的級數越多,臨界壓力的數值就越小,也就是說臨界的壓力比的數值就會越小。
2.5 調壓調節的特點
(1)加強了機組在運行過程中的可靠性以及對于負荷的適應性。
(2)使得機組在某些負荷的作用下的經濟性得到提高。
(3)對于高負荷區的滑壓調節的經濟效益有不良的影響。
(4)調壓調節對于單元大機組比較實用,當蒸汽在動葉柵當中做功之后,可以用余速的動能來離開動葉柵,它是沒有在動葉柵中被轉化為機械功的動能,因此也被稱為此級的余速損失。
3 熱電廠在發電過程中產生濕氣損失的原因以及解決辦法
3.1 產生濕汽損失的原因
(1)濕蒸汽膨脹,導致蒸汽凝結成水減少了做功的蒸汽量;(2)水珠的流速比蒸汽流速低,牽制了高速汽流,使得部分動能被消耗;(3)水珠對噴管背弧的撞擊使得主流被擾亂;(4)過冷的濕蒸汽現象的產生。
3.2 減少濕汽損失的方法
(1)在中間使用再熱循環;(2)安置去濕的裝置;(3)使用具有大量的吸水縫的空心噴管;(4)提高設備的抗沖蝕的能力。
4 結語
綜上所述,在熱電廠的生產過程中,必須掌握好熱能和動力工程的關系以及變化情況,在工作中做出正確的判斷,以便于在處理異常的情況;這樣做不僅可以提高生產過程中的操作技術,還可以把對熱能的利用率提到最高。
參考文獻
[1] 黃景利.熱電廠中的熱能與動力工程[J].黑龍江科技信息,2010(27):8.
[2] 高雷.熱電廠中的熱能與動力工程[J].城市建設理論研究:電子版,2012(11).
[3] 鄭飛飛.關于熱能與動力工程的討論[J].中國科技博覽,2011(22):74-74.
關鍵詞:卓越計劃;實踐能力;師資隊伍;人才培養
作者簡介:胡鵬飛(1985-),男,河北邯鄲人,東北電力大學能源與動力工程學院,助教;曹麗華(1973-),女,山東單縣人,東北電力大學能源與動力工程學院,教授。(吉林 吉林 132012)
基金項目:本文系東北電力大學教學改革基金項目“研究性學習在卓越工程師人才培養中的應用”、東北電力大學教學改革基金項目“研究性學習和創新能力培養在《單元機組集控運行》課程中的研究與實踐”、東北電力大學教學改革基金項目“《汽輪機原理》實驗自主學習網絡教學平臺建設”的研究成果。
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)14-0028-02
東北電力大學熱能與動力工程專業已經有60多年的辦學歷史,該專業于2010年入選教育部“卓越工程師教育培養計劃”試點專業,2013年入選教育部“本科教學工程”地方高校第一批本科專業綜合改革試點專業。畢業生主要分布在五大發電集團,通過調研用人單位對畢業生就業后發展的反饋,發現東北電力大學熱能動力工程專業的畢業生在電廠工程實踐中存在一些問題,不能很好地適應現場環境,不能解決現場出現的一些簡單問題。這反映出現有的教學體系已經不能滿足電廠工程生產的需要,與教育部“卓越工程師教育培養計劃”(以下簡稱“卓越計劃”)的要求預期有一定差距。
“卓越計劃”是為貫徹落實黨的十七大提出的走中國特色新型工業化道路、建設創新型國家、建設人力資源強國等戰略部署,貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》實施的高等教育重大計劃。“卓越計劃”對高等教育面向社會需求培養人才、調整人才培養結構、提高人才培養質量、推動教育教學改革、增強畢業生就業能力具有十分重要的示范和引導作用。“卓越計劃”的宗旨是培養具有較強工程實踐技能、創新精神的國際化工程技術和管理人才,為國家走新型工業化發展道路和建設創新型國家提供保障。[1,2]東北電力大學熱能與動力工程專業是“卓越計劃”試點專業,結合筆者在該專業任教的經歷對熱能動力工程專業卓越工程師教育培養進行了探討。
一、熱能動力工程專業教學存在的問題
1.師資隊伍存在的問題
電廠熱能動力工程專業卓越工程師培養的關鍵在于擁有一支具有電廠現場經驗的教師。由于學生人數越來越多,師生比例嚴重失衡,很多青年教師沒有進行電廠實踐就開始給學生講授專業課的知識。[3]這樣學生只能從書本上學習到電廠系統和電力生產的流程,從圖片上看到現場的重要設備,所學知識太過書本化、理論化,而對現場設備沒有概念,不知道設備的內部構造和實際作用,甚至到現場都不知道該設備的位置,這樣的畢業生不能勝任電廠工程實際的要求。
由于現在大學對教師的考核重心從教學向科研傾斜,造成現在青年教師的精力也都放在了科研上,本科生的教學質量嚴重下降,目前的師資隊伍已不能滿足“卓越計劃”對教師的要求。
2.學生培養方案存在的問題
目前學生培養方案只是注重書本知識,而對今后工作中起重要作用的工程實踐技能、科研與工程創新及管理能力的培養卻是少之又少,學生只是考試的機器、應試教育的犧牲品。這種只注重傳授學生顯性知識,而對學生隱性知識置之不理的培養方案是不健全的。[4]只有增加實踐能力、創新能力等綜合能力在學生培養方案中所占的比重,才能使學生在學習電力生產理論知識的同時,培養和訓練觀察分析能力、解決工程實際問題的能力,最終使學生既具有良好的素質和專業的基礎知識又能夠解決電廠生產過程中簡單的事故,從而全面提高學生在電力領域的綜合素質。
二、熱能動力工程專業師資隊伍建設
1.提高學校專業教師的工程實踐能力
一方面可以通過加強學校和電廠之間的研究合作,比如工程項目合作、共同完成技術開發、技術服務等,讓青年教師到電廠進行中長期培訓,熟悉電力生產過程、機組的運行方式、了解電廠主要生產設備的結構和電廠運行管理制度,提高學校青年教師的電廠工程實踐能力。
另一方面可以在校內聘請具有豐富電廠生產經驗的老教師,對青年教師進行“一對一”的傳、幫、帶培訓指導。老教師可以帶領青年教師到生產現場進行指導,幫助青年教師盡快成長,提高青年教師的工程實踐能力,使教師隊伍的整體水平有顯著提高。
2.企業教師的聘用
根據“卓越計劃”的需要,可以從電廠聘用技術人員參加本科生的教學。
(1)聘請電廠顧問。聘請電廠技術人員擔任教學顧問。電廠顧問可以和校方共同制定熱能動力工程專業的培養計劃,對學生現場實習進行指導;還可以參與汽輪機、鍋爐、熱力發電廠和單元機組集控運行等專業課的大綱和教材的編寫。
(2)聘請電廠兼職教師。對實踐性和應用性較強的專業課,可以從電廠聘請技術人員作為兼職教師,以現場的實際運行情況為主體給學生授課;也可以聘請相關電廠技術人員進行專題講座,對電廠某一生產環節進行專題授課。
3.制定各項配套政策
制定各項激勵政策,提高教師參與工作實踐能力培訓的熱情。對于去現場進行工程實踐能力培訓的教師給予一定的工程量補貼。對于參與“一對一”傳、幫、帶培訓指導的老教師,當青年教師通過培訓考核后,給予一定的獎勵。
三、熱能動力工程專業學生培養方案改革
1.培養目標
東北電力大學熱能動力工程專業主要學習發電廠生產過程,發電廠主要設備運行和維護。著重培養學生的電廠運行實踐能力、解決電廠突發事故的能力和進行電廠運行節能降耗研究的能力,使學生成為具有一定的觀察分析能力、解決現場實際問題的能力,能夠從事電廠生產過程的設計、生產過程的控制以及生產過程技術改革,并且有較強的工程實踐能力和創新精神的新一代電力行業人才。
2.培養標準
(1)掌握電力生產過程的操作技能,能夠對國內主力機型進行啟停操作,對生產過程中出現的簡單故障能夠進行調試和處理。這樣,學生到今后的工作崗位上就可以很快上手,通過考核。
(2)具有分析和解決現有電力生產過程中問題的能力。由于能源和環境問題已經成為制約我國發展的主要瓶頸,節能減排尤為重要。如果學生能夠對電力生產過程中存在的問題進行分析和解決,就能夠在今后的工作中對現有電力生產提出自己的看法和方案,這對學生的發展是十分有利的。
(3)具備有效的溝通和交流能力,具備一定的外語交流能力,具有強大的人際交流及工程表達能力;具備協調、管理、競爭和合作的能力,領導團隊運行、成長的基本能力;具有良好的社會適應性,自我調整能力強,能快速適應社會環境的復雜變化;具有應對危機與突發事故的基本能力。
(4)具有良好的職業道德,掌握一定的職業健康安全的法律法規、標準知識,以及應遵守的職業道德規范;掌握自我提升身體素質的基本技能。
3.培養標準的實現
(1)校內實踐教學。校內實踐教學由兩個部分構成:一部分是在課內教學統一安排的集中實踐教學;另一部分是學生在課外通過自主性學習與實踐。
課內實踐教學包括以下幾個環節:一是英語聽說訓練,包括聽力理解能力、口語表達能力和交談中使用基本的會話策略,通過此訓練能使學生具備一定的外語交流能力。二是課程設計,包括汽輪機課程設計、鍋爐課程設計、熱力發電廠課程設計和單元機組集控運行課程設計。通過課程設計可以使學生了解電廠最基本的設備和流程,為以后的工作學習奠定基礎。三是畢業設計。通過給學生布置研究性課題,讓學生具有一定的創新能力和科研能力,使學生具備終身學習的能力。四是仿真學習。學習300MW、600MW國內主力機型啟停和故障消除等操作,考核合格后,頒發相應證書。
課外實踐包括以下幾個環節:一是參與科研課題。學生在教師的指導下利用課余時間參與科研課題的研究,驗收時提供相應的報告和論文,通過后給予獎勵。二是能力拓展訓練。學生自主選擇設計能力、表達能力和管理能力等方面的訓練項目,并通過相應考核。三是參加全國大學生創新競賽、大學生節能減排競賽、大學生數學建模競賽等競賽活動。
(2)校外實踐教學。主要是電廠生產實習,學生通過實習教學環節,可以在一定程度上融入電廠生產活動,要求學生帶著問題進現場,使學生在短時間內盡量貼近生產、貼近技術、貼近工藝,激發學生的主觀能動性,使學生變成學習的“主體”。通過校外實習的教學環節,使學生能加深理論知識的理解,提高自身的工程實踐能力,達到“卓越計劃”的培養要求。
四、結束語
卓越工程師培養計劃是我國提出的重大教育改革項目,是進一步完善我國工程教育質量的重要舉措。建設具有工程實踐能力的師資隊伍是卓越工程師計劃順利實施的保證,而健全良好的學生培養方案是卓越工程師計劃的基石。本文針對東北電力大學熱能與動力工程專業在卓越工程師計劃培養中存在的問題,提出了一些改革措施和方案,目的在于把學生培養成符合“卓越計劃”要求的合格畢業生,但學生的工程實踐能力和創新能力的培養是一個循序漸進的過程,需要學校、企業和社會的共同努力才能完成。因此,培養造就一大批創新能力強、適應我國電力工業發展需要的高質量工程技術人才任重而道遠。
參考文獻:
[1]吳江,鄭莆燕,任建興,等.關于熱能與動力工程專業卓越工程師培養的探索與實踐[J].中國電力教育,2011,(24):3-4.
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【關鍵字】:鍋爐;能源領域;熱能動力工程;發展現狀;
就現階段的世界能源使用情況來看,積極的開發新能源,已經成為了一項重要的責任指標,我們從能源的利用率出發,對其工程的能源資源利用率來說,其高低就決定了工程的合理性。專業領域在研究的過程中,會 影響到自身能源資金的有效性,因工程領域內的環境來說,其所發揮出的基本能力以及供給發揮作用,都能夠對其運行效率有所提升。下面我們對鍋爐與能源領域額熱能動力工程進行簡要分析。
一、能源動力工程概述
能源動力工程是對現代熱能工程以及熱力發動機的研究,其主要包括了對基本工程技術與熱物冷藏等多個工程方面的合理化設計,這一點與熱能的動力轉化形式來說,可根據其技術的熱能工程以及熱力發動機的多個方面,其作用在于對熱能和動力發動機的綜合設計。在我國的煤炭資源豐富建設上,可結合企業的節制性質來看,可結合世界范圍內的場景分析,并完善其在廢氣的處理,根據土壤環境的諸多危害,改善對脫硫技術等多方面的改進,對于基本的威脅作用,都會嚴重影響到資源的使用率,在應用的過程中,我們從環境的污染情況進行綜合發展研究,其利用率是影響其轉化率的重點。
就我國近年來的社會發展程度來說,對于工業鍋爐的電站鍋爐發展情況,其作用對于鍋爐的使用來說,作用也可以確保其基本的設施需求,在連接上,根據整體的能應用渠道進行整體檢測控制,這從基本的燃氣閥冰箱調控等,都會產生主體形式上的調控失調,從配件的通過率上,可滿足其整體的設計。其作用技術形式,對熱力的發動機以及工程物理作用等,都會形成一套有效的促進作用,這在我國的人口基數以及促進的煤炭效應等方面,根據其科技水平的發展,也逐漸的影響到了對科技水平的實踐作用。對于存儲量的資源設施受益建設,其科技的進步是確保電腦控制方法得體的根本所在。
二、鍋爐與能源領域的動力工程中存在的相關問題
從現代的設施發展情況來看,其動力工程中存在的諸多問題,都會因鍋爐內部問題而導致其基本運行出現故障問題,這就需要我們加強基本的設施建設,并通過安全威脅上的控制,從而確保其發展過程中的有效性。下面從不同方面的問題進行簡要分析。
(一)鍋爐方面存在的諸多問題
鍋爐建設過程中對主要問題的設施檢查,則主要集中在了鍋爐的內部以及風機上,從現代鍋爐的主體設施,在建設中,就可根據其相互的轉換過程,實現對基本器件設施上的安全防護建設,這對于風機在轉動上的策略發展上,間接的影響到基本設施上的基本設施建設,這對于我們的鍋爐基本設施,其設施風機的安置工作,也就形成了對整體運動負荷作用的合理化創建,對于經濟損失操作上的現象調整問題,可根據人員的安全威脅,促進其不同階段上的安全性能保障,從而讓避免出現操作中的特重大事故發生。對于熱能的動力工程設置,就需要建立在對基本發展措施上的有機控制,這對于基本形式上的有效控制,都能避免事故發生。
(二)熱能動力工程在風機應用中的問題
從我們現階段所出現的風機作用來看,其機械的轉化率,對人們在應用過程中對動能形式上的控制,這對隨著能源的需求量問題來說,是促進其增加作用上的有機發展,我們從風機運行過程中所呈現出來的算壞問題,都會影響到基本設施的正常使用,對于基本的措施控制來說,促進熱能的使用作用,可結合實際的使用規律來進行綜合的控制調整。但是在實際使用過程中自身存在的問題,會影響到對風機裝備的設施改善。
三、熱能動力工程在建設過程中的鍋爐應用策略
從現代社會的發展情況來看,對于基本設施的建設發展規律,需要結合以下的幾點應用來進行相應的調整,其主要分為以下幾點。
(一)熱能動力工程的應用
能源動力的發展,是影響國家經濟發展的重點,這在國防、民生多個方面都有極大的影響作用,我們從現代經濟的發展積極性來看,其適應效果對熱能動力工程的影響來說,都是影響自身發展的重點,為加強這一形式的風機作用應用等,需要從風機的應用效果來進行電廠等多個角度上的就控制,并促進對領域內通風效果的全面監控管理。為滿足現代社會的告訴發展,對已有的機組容量與效率等,都需要進行操作上的控制強化,并通過安全性分析,從而實現對需求上的加強。這對系統的安全性,以及可靠性等,都能夠為其提供有效的保障作用。
(二)動力工程的鍋爐應用
從我國現階段的動力工程應用來說,其燃料的使用對電能的轉化作用等,都需要加強對物料以及使用工件形態結構上的有效控制,這對于鍋爐隊伍的動力能力來說,需要促進其在工程應用過程的綜合作用,并以軟件的方針鍋爐效應進行綜合的發展,并以此來加強對鍋爐內部燃燒技術上的有效控制,通過有效的策略控制建設,從而是吸納對控制方式上的交叉控制,這對于幅度的控制體系來說,都能夠極大的促進其燃料比例上的有效控制,是促進其連續性的根本所在。
對于動力工程的應用,熱能鍋爐的使用,是將機械能轉化為電力的根本所在,因此只有更好的完成對這掛歷形式上的控制,才能夠確保其使用的運作正常。
四、鍋爐與能源動力工程的未來發展路線展望
伴隨著現代社會的不斷發展,在能源的使用理論上,需要結合實際使用過程中的是操作,而這對實際的生產需求來說,其能源的不可缺少效果,均會影響到對基本設施上的控制。從能源動力的利用效率來看,基本的熱能控制,需要從風機的實際應用范圍進行機械設施上的嚴格監控。
為提高能源動力的應用效率,我們從無用功率形式損耗形式上的有效 調控,并以此來加強對工業發展渠道內部的合理控制,這樣對工業的發展持續作用來說,也能更好的促進其在基本設施方向上的有效控制,并促進其生產設備的安全性發展建設。
對于現代能源的綜合性應用,我們需要加強對電廠、船舶等方面的控制,并通過風機的有效控制實現對主要能源需求上的控制,并促進其機械能的有效運作。
結語:
對于現代社會的不斷發展,對能源需求上逐漸出現了供能不足的情況,這一問題的出現,在現代的社會發展中,就成為了主要的影響因素,我們需要結合綜合行為上的合理化調控,從根本上完成對基本行為策略上的調整,真正的做到可持續發展。在實踐中,通過不斷的挖掘相關工程的技術動能,從領域內的潛力發展上,哇哈才能對高效率鍋爐的有效轉變,并以此來完成對高燃料利用率形式上的創新創建。
參考文獻:
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【關鍵詞】熱電廠 熱能 動力工程 提高
電力資源是現代化生產的主要動力,同樣也是促進現代化工農業生產、推動科學技術發展,以及不斷提高人們物質文化生活的必要條件。然而長期以來,我國電力工業基礎薄弱,電力生產技術相對落后,并伴隨有生產中能源損耗量大,環境污染日益嚴重等方面問題。在我國大力提倡節約型社會的時代背景下,如何有效提高能源的利用效率,以成為了促進我國經濟社會可持續化和健康化發展的重要課題。
一、改善熱電廠的熱負荷特性
(一)選擇合適的重熱系數
重熱現象是指熱電廠多級汽輪機內上一級損失的部分熱能,在以后各級中還能繼續利用,這種現象即被稱為重熱現象。由于重熱現象的存在,汽輪機全機的相對內效率會高于各級平均的相對內效率。
但是實際生產中,并非重熱系數選值越大越好。當重熱系數值α過大時,整機的內效率反而會降低。通常而言,多級汽輪機的重熱系數取值為0.03~0.08之間,其具體取值與以下因素有關:
1.與汽輪機的級數多數相關。當汽輪機的級數越多時,則前級的損失在后面級中被回收的程度也就越大,所以重熱系數α的取值也越大。
2.與汽輪機各級的內效率相關。如果汽輪機各級效率為100%時,即使沒有損失發生,重熱系數仍然為0。因此當級效率越低時,重熱系數α的取值也越大。
3.與工作蒸汽的狀態相關。通常而言,過熱蒸汽區的重熱系數會比飽和區大,這是由于過熱蒸汽區中等壓線向熵增方向的擴散速度比飽和區大的緣故。
在實際生產中,我們可采用下列經驗公式,來選擇適宜的重熱系數α:
在方程式中,Z為汽輪機級數,η為汽輪機內效率,H為汽輪機的理想焓降。K為蒸汽狀態的修正系數,當汽輪機各級均在過熱區工作時,K=0.2;各級全在飽和區工作時,K=0.12;部分在過熱區,部分在飽和區工作時,K=0.14~0.18。
(二)提高蒸汽初參數
熱電廠的綜合熱效率,會隨著主蒸汽壓力和溫度的上升而提高,也可以說,熱電廠汽輪機的熱能與動力工程性能是隨著耐高溫金屬材料的水平而提高的。當熱電廠機組采用初壓為16~24.5MPa,初溫為535~565℃的主蒸汽參數后,其綜合熱效率可達到40%以上。
(三)降低蒸汽損失
蒸汽在熱電廠汽輪機內由熱能轉換為機械功的過程中,存在著各種損失,使蒸汽的可用熱能無法完全被轉換為機械功。在理想狀況下,蒸汽的膨脹過程應當是絕熱的等熵過程,熱焓降應為h0。然而在實際生產中,熱電廠蒸汽的膨脹過程并非是絕熱過程,總是伴隨著能力的損失,因此蒸汽在汽輪機內的實際熱焓降h1總是小于h0。蒸汽在汽輪機中的損失,主要有以下幾種:
1.節流損失。由鍋爐傳遞來的新蒸汽,在經過主汽門和調節汽門時,會受到閥門的節流作用,使得蒸汽的壓力降低,蒸汽的可用焓值會減少,從而降低了蒸汽在汽輪機內的做功能力,這種損失通常被稱為節流損失。對于節流損失,通常采用將節流調節閥開大的方式,一方面可以加大蒸汽的流量,另一方面也減少了節流損失。
2.濕氣損失。熱電廠中的凝汽式汽輪機,其排汽壓力通常較低,汽輪機在飽和蒸汽區內工作時,因蒸汽濕度較大,常伴隨有水滴出現。這些水滴會隨著蒸汽一起流動,不但不會做功,反而會大量消耗能量,增加了汽輪機的軸向推力。
(四)選擇合適的進汽調節方式
熱電廠汽輪機的進汽調節方式主要有節流調節、噴嘴調節和旁通調節這三種,應根據熱電廠的實際生產情況,選擇合適的進汽調節方式,其提高機組的熱經濟性。
1.節流調節。節流調節最大優點是結構簡單,且當汽輪機組滿負荷運行時,其節流損失較小,而機組的內效率較高。但是當機組在低負荷工況運行時,由于節流損失的影響,必然會導致機組內效率的顯著下降,并影響到熱電廠的經濟性。因此,節流條件主要用于小功率機組中。
2.噴嘴調節。噴嘴調節的主要優點是可有效克服節流調節在部分負荷時,機組內效率降低的缺點,其在低負荷運行時比節流調節的損失小,經濟性好。缺點主要是其安裝、檢修和調整的過程較為復雜,當實施變工況運行時,負荷的變動整度不能太快。
3.旁通調節。旁通調節并非一種獨立的調節方法,而是針對以上兩種調節方式的輔助方法。對于熱電廠部分汽輪機組在超出負荷工況運行時,不能僅僅通過繼續開大汽閥來實現,而應當將新蒸汽繞過汽輪機的前幾級,并旁通到中間級去做功,這樣能更有效的增加機組的內效率。
二、改善熱電廠供熱機組的形式
(一)采用聯合循環系統提高效率
為了減少傳熱溫差損失,提高循環上限溫度,隨著我國高溫金屬材料的開發以及汽輪機組效率的提升,采用燃氣/蒸汽聯合循環發電,可將燃汽輪機排出的溫度較高的廢熱,用以加熱蒸汽循環,有利于提升熱電廠的綜合效率與熱能經濟性。近年來,世界各發達國家中,新增加的發電裝機有50%以上均采用的燃氣/蒸汽聯合循環發電的方式。燃氣/蒸汽聯合循環的主要特點有:
1.提高熱經濟性。只要汽輪機與燃氣輪機的容量匹配,并蒸汽選擇各項參數和熱力系統,熱電廠的綜合熱效率可提高到45%以上。
2.減輕環境的污染。由于聯合循環系統是利用了燃氣輪機的廢熱,因此蒸汽鍋爐中有害氣體的排放量會得到極大的降低。
(二)提高機組的運行水平
隨著現代化熱電廠中機組容量的逐步增加,其參數提高必然會導致機組零部件的增多、機組尺寸和熱應力也會相應出現變化。因此,也相應增加了事故因素,使機組運行的安全性和動力可靠性降低。為了提升熱電廠機組運行、維護和檢修水平,以增加機組動力可靠性與安全性,應使用現代化的實時監測設備和電子系統。同時,為了確保機組運行的經濟性,還應當采用各種最優化的運行方式,例如推廣在低負荷范圍內的變壓運行,采用滑參數啟停的運行方式等等,以綜合性提高熱電廠機組的運行水平。
三、改善熱電廠機組連接電網的特性
對熱電廠機組連接電網特性的改善,主要通過適當的調頻選擇來加以實現,包括了一次調頻和二次調頻。
(一)一次調頻
當熱電廠機組在電網中并列運行時,如果外界負荷出現變化,將導致電網的頻率也會發生改變,從而引起電網中各機組均自動的按照其靜態特性承擔一定的負荷變化,以減少電網頻率改變的過程,即被稱為一次調頻。
(二)二次調頻
由于一次調頻只能夠緩和電網頻率改變的程度,并不能維持電網頻率不發生改變,這就需要再利用同步器增加或減少部分機組的功率,來恢復電網頻率的正常,這一過程就被稱為二級調頻,只有通過二次調頻后,才能精確的使電網的頻率能保持在一個恒定值。通常情況下,二次調頻主要包括了自動調頻和手動調頻這兩種形式,其中因自動調頻的準確可靠、方便快捷等優勢在當前熱電廠中得到了普遍應用和推廣。在熱點廠的實際生產中,選擇合適的調頻方式,對改善熱電廠機組連接電網的特性以及提高自身運行水平都有著重要的影響。
關鍵詞: 熱能動力;能源利用;節能減排;研究
中圖分類號:TE08 文獻標識碼:A
0 引言
能源是一個國家和民族發展的基石,同時,也是人類賴以生存的關鍵。現階段,在全世界范圍之內,相關的不可再生能源,例如天然氣、石油、煤炭等,依然是占到了能源使用率的百分之九十左右,就現今而言,這些不可再生的能源,依然是人類生活和生產當中所使用的主體能源,但是,從長遠的角度來看,這些能源遲早都會有使用枯竭的一天,所以,如何開發和利用新型能源,并且深入地研究其對環境帶來的影響以及節能減排方面的內容,是現今非常關鍵的一點工作內容,同時,也是國家相關工作當中的重點。將針對熱能與動力工程的利用和開發,進行詳細的分析,針對其發展的前景、對環境的影響以及節能減排方面,進行細致的探析,力求幫助此項能源更好地開發和利用,為人類的發展做出更加突出的貢獻。
1 熱能動力裝置
在現階段當中,熱能動力工程,其無論是在人們的生產還是生活當中,都發揮著極其重要的作用,對于人類的發展,有著積極的意義,所以,深入地對其相關設備裝置進行研究,對設備的工藝技術以及操作的具體流程進行探析,對于此項技術的建設是非常有必要的。其工作的原理,首先,將其工程所需的燃料,放置在相應的設備當中進行燃燒,進而產生熱能,然后在相關的熱能動力裝置之中,通過技術手段,將其熱能轉化成有效的機械能。燃燒的相關裝置以及相應的熱能動力機,再加上輔助的設備,此套整體稱之為熱能動力裝置。主要的來講,熱能動力裝置分為兩大基本類型:a) 主要是以燃燒之中產生的燃氣進入到發動機之中,進而進行相關能量的轉換,并且加以循環利用,比如內燃機等裝置,是此種類型的典型代表;b) 首先將燃料燃燒過程之中所產生的熱能,通過技術手段,傳遞至相關液體之中,并且使液體汽化,進而氣化之后產生的蒸汽導入到發動機當中,從而進行熱能的傳遞以及轉換,蒸汽機是其典型的代表。
2 熱能的特點以及利用
根據上文的詳細闡述和分析,可以對熱能動力的裝置使用情況有一個詳細的掌握,接下來,將針對熱能動力工程當中的熱能特點以及實際的使用情況,進行研究。
2.1 熱能的利用
熱能在我國許多行業當中都有著廣泛的運用,并且,在國民經濟當中,也占據了核心的地位。總的來講,熱能的相關利用,在以下幾個行業當中最為廣泛:a) 電力工業,熱能動力工程在其中有著非常重要的應用,在核發電、火力發電等裝置設備的使用之中,熱能動力工程及相關的技術,是其工作的基礎;b) 鋼鐵工業,尤其在高爐煉鐵、煉鋼以及軋鋼等工藝當中,應用極為廣泛;c) 相關的有色金屬工業,其中包括有鋁、銅等有色金屬,其冶煉,均使用的是熱能;d) 化學工業,在化學工業的相關應用之中,合成氮、酸堿等的相關生產工藝程序,主要使用到的是熱能動力工程之中的技術手段,以其基本的原理來作為理論依據;e) 石油工業,其中包括石油的采集、冶煉、運輸等等多個環節,都運用到了熱能動力工程當中的相關技術理論;f) 機械工業以及相關的建筑工業,包括材料的生產、材料的制造、相關工藝鍛造、焊接技術以及鑄造等,都有熱能的利用;g) 交通運輸領域當中,包括汽車、輪船、飛機等的使用;h)農業生產以及水產養殖等方面,也有著廣泛的運用,包括蔬菜的溫室培養、魚池的加溫加熱、電力方面的農業灌溉等方面,均有著廣泛的使用。同時,在人們的日常生活之中,熱能也有著廣泛的使用,例如冬天之時的供暖設備等。根據上述的分析,可以看出,熱能及其相關的動力工程,在人們的生活以及生產當中,發揮著非常重要的作用,是一項極為重要的能源,下文將針對熱能的特點,進行深入細致的探究,幫助在日常的使用過程當中,發揮出更大的效應。
2.2 熱能的特點
現階段當中,人類所使用的熱能,主要是通過一次能源的轉換而得來的,所以,分析熱能的特點,需要從以下三個方面來入手進行:a) 太陽能及其能量的轉換。太陽能,通過對植物的照射,進而使植物的內部存有的葉綠素,發生一系列的能源轉換以及光合作用,進而將太陽能轉換成為生物的質能,而太陽能的光,則是經過熱量的轉換以及點的轉換,進而成為我們所使用的能源物質;b) 燃料化學能及其轉換過程。燃料化學能的轉換,主要是通過燃燒的方式,將存在于其中的化學能,轉換成為熱能,進而再通過相關的技術手段,將其轉換成為人類生活和生產所需要的機械能,例如常見的汽輪機等,其工作的方式,就是首先將化學能源,轉換成為蒸汽的熱能,進而再通過相關的設備以及技術,將汽輪機之內的熱能轉換成為機械發動所需的機械能;c) 熱能的轉換,其中主要包括兩種能量的形式,即電能以及機械能,電能包括熱電發電機,而機械能,則主要有汽輪機以及內燃機。
3 熱能動力工程對于環境的影響
熱能動力工程對于環境的影響,主要存在于四個方面,即熱污染、空氣污染、噪音污染以及放射性的危害等,在熱污染當中,帶來的主要危害是溫室效應,其主要是河水發電站等,在很大程度上會影響水源當中生物的生存以及空氣質量的變化,空氣污染,則主要是發電廠、工業設備企業以及暖氣、汽車尾氣的排放,同樣會造成溫室效應,所以,針對以上幾點問題,需要在相關的工作當中予以改進,更好地為環境的可持續性發展做出積極的貢獻。
4 節能減排工作重點
根據上文的詳細分析和闡述,可以對熱能動力工程的技術要點、實際的應用以及對于環境的影響等多個方面,有著清晰的了解和認識,接下來,將著重地針對熱能動力工程當中的節能減排工作,進行研究和分析,力求更加高效率地使用能源,并且減少對于環境的污染以及能源的損耗等。
4.1 工作的重點
針對熱能動力工程的實際特點和具體的應用,相關工作的重點,應該從以下幾個方面來入手進行:
a) 加快相關產業結構的調整。針對熱能動力工程,需要很好地對其相關的產業結構進行調整和改進,力求提升能源的使用效率,同時,積極地針對生產性的服務業,進行發展,以滿足人們的方便、提升生產質量為核心內容,來進行改進,在工業生產之中,需要淘汰過時的產品,對于陳舊的工藝技術以及相關的設備,要加快淘汰的速度,并且適時地發展新型的技術,力求全面地提升生產質量以及生產效率,優化產業結構,進一步地推動產業的轉型以及升級;
b) 強化技術創新。針對熱能動力工程及相關的產業,需要很好地針對其技術手段進行更新,例如在電力工業以及鋼鐵工業之中,很好地發展新型的技術手段,針對現今存在的主要劣勢,進行改進和提升,很好地結合當前市場經濟環境和體制的發展,加強和相關科研院校的合作,合力構建起技術性的研究發展以及服務平臺,將技術的發展和規范化,作為工作的重點和核心來進行,建設好相關的能源高效循環利用模式,積極地開展相關的減量技術、替代技術、再利用技術以及資源化技術,全面地將熱能動力工程當中生產效率較為低下的方面進行改進,力求減少排放、減少對于環境的污染,同時提升能源的利用效率。
4.2 具體措施的實施
具體措施的實施,需要從根本做起、從基礎性的建設做起,逐步地控制增量,并且要針對相關的不足,進行產業的調整以及結構的優化,逐漸地強化相關的污染防治措施,全面地實施重點工程建設[3]。同時,還需要發展創新性的模式,進而加快經濟的循環,依靠現代化的科學技術手段,將節能減排工作管理,作為工作當中的重點內容以及核心內容,加快新技術的發展步伐,并且很好地結合熱能動力工程的實際特點和具體的應用情況,發展新型的熱能技術,開發出新的能源,投入到具體的使用當中,針對高能耗的企業以及相關的生產,要采取相關的節能措施,例如窯爐的熱效率等,要降低其排煙并且很好地進行相關的熱損失回收工作,針對煙氣以及余熱等,進行回收再利用,進而達到節能的效果和目的。此外,相關的政府部門單位,還需要針對其中的法制進行健全,加大監督和管理工作的力度,完善政策和約束機制、相關體系的建設,并且加強宣傳的力度,提升全體公民的節能減排意識,全面地對熱能動力工程的使用進行提升和改進。
5 結語
綜上所述,根據對熱能動力工程的詳細闡述,重點地分析了相關熱能動力工程設備裝置的使用、工藝流程,并且針對熱能的特點、利用以及對于環境的污染、節能減排工作的重點和具體的實施措施等,進行了探析,力求更加全面地掌握熱能動力工程的實際狀況,更好地加以運用,逐步地提升生產的質量和效率,為相關的節能減排工作做出突出的貢獻,同時,也為社會的可持續性發展做出積極的貢獻。
參考文獻:
[1] 張蘭.論熱能動力工程的建設和發展
關鍵詞 熱電廠;熱能與動力;運用
中圖分類號 TM6 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708(2016)160-0133-02
在熱電廠的汽輪機組運用中,會產生相應的熱能與動力,這些都是能夠得到充分有效利用的能源,從而帶來更多的效益。而對這些附加能源的有效利用,就比較有利于人們的日常生產生活。通過將一些新的技術在在這一過程中加以應用,就會從很大程度上為我國的熱電企業帶來技術上的革命,推動我國的熱電廠領域的高效發展。
1 熱電廠中的熱能和動力工程理論
處在全面改革發展階段,為能夠有效滿足社會實際發展的需求,通過將熱能以及動力工程進行有機結合,就能得到創新發展。社會的進步需要對自然資源的充分利用,而面對當前社會的多元化發展現狀,就要在工業領域實施多樣化的變通。而熱能是科技研發中的重要成績,這是人類文明的進步,而將熱電廠中的熱能和動力進行相互的轉化,就能將附加能源得到有效的利用,從而產生新的發展模式[1]。對熱電廠的進一步發展就有著很大促進作用,從而提升熱電廠的經濟效益和社會效益。
2 熱電廠熱能和動力工程的有效運用問題和影響因素
2.1 熱電廠熱能和動力工程的有效運用問題分析
熱電廠的熱能和動力工程有效運用過程中,由于受到多方面因素的影響,還存在著一些問題有待解決。這些問題主要體現在監控系統中,在接口位置采用了開關實施接口的控制,這樣在開關接口方面就能夠和進行交換的信號能夠得到有效的響應。這一方法的運用最為突出的特征就是在連接過程中相對比較方便,出現問題的時候也能方便的加以處理。但是也存在著相應的不足,也就是在接線比較多的情況下,在控制功能的調整就不能靈活,從而對這一運行系統的正常運行就會帶來諸多的不便[2]。
對熱電廠的監控系統電源的設置過程中,通過直流電源以及交流電源的使用,并要能在當中的自動化裝置以及監控系統方面,要能通過雙電源以及無擾切電來加以設置。安裝的具體操作要能符合國家的相關標準。熱電廠的電氣自動化系統中,由于在電機的內存以及采樣速率的影響,記錄事件就很難達到要求的波形,對信號的采集過程中就比較容易出現重復采集的情況,也比較容易造成信號采集的不完整。這些方面對電纜布局就會產生很大的影響。
另外,在節流調節的相關問題上,在發電設備工作發生狀況的時候,系統在能耗方面就比較嚴重,這就對熱電廠的經濟效益造成很大的損失。還有是重熱現象的出現,對熱電廠的效益提升就會有著諸多的阻礙,另外還有濕汽損失等方面的問題。對這些問題要能詳細充分的重視,并采取科學化的手段加以解決[3]。
2.2 熱電廠熱能和動力工程的有效運用影響因素
熱電廠的熱能和動力工程的有效運用的影響因素是多方面的,其中在電能的儲存影響方面就比較突出。電能儲存主要是對外界的用電功率變化情況的滿足,如果是在電能儲存的不合理,就會造成熱能的浪費,從而就會使得熱能和電能的分離。當電能不充足的時候,對熱能的充分開發利用效率也會因此而降低。
再者,對熱能和動力的有效運用的影響因素中鍋爐燃燒也是比較重要的因素,如果是燃燒的工況不能穩定,就會對其有效運用產生影響。熱點廠的熱能獲得主要就是依靠著鍋爐的燃燒,倘若在變化的幅度比較大,就會造成汽輪機在性能方面不能有效充分的發揮,從而就會熱能的有效利用效率降低了[4]。
另外,旋轉動葉片以及凝器設備因素,也是比較突出的影響因素。旋轉動葉片如果不能正常運轉就會使得大量有用功被消耗,從而影響了熱能和動力工程的有效運用。而在凝器設備的變化也會熱能的作用充分發揮有著直接的影響。
3 熱電廠中熱能和動力工程有效運用策略和發展前景
3.1 熱電廠中熱能和動力工程有效運用策略
對熱電廠中的熱能和動力工程的有效運用要從多方面進行考慮,對節流調節有效的實施。為能夠使得熱能以及動力工程在投入以及應用上能充分保證,可以充分的對弗留格爾公式,促進機組內的節流調節能夠有效性的發揮。還要能夠對熱能和動力工程最大化的優化,這就要和實際情況緊密結合,對重熱系數進行選擇。蒸汽在汽輪機的某級做功產生的損失加以集合,然后提供下一級吸收,從而在每級的吸收效能就能不斷的提升,對熱能的充分利用效率也比較高。所以對重熱系數的科學化選擇就對能源的充分利用有著積極作用。
還要能夠對的工況變動狀況加以有效的調配和選擇,這樣才能有效對外界負荷變化得到有效的適應。在這一選擇過程中,可對二次調頻技術充分的應用,這就要在一次調頻基礎上進行對較大負荷波動采用措施[5]。通過自動或者是手動的方式,進行比較占據優勢或者是自動調頻技術的應用,還有是能夠把濕氣損失進行最大化的減少,通過去濕的一些特定裝備,或者是通過對機組的增加的方式,來進行阻抗沖蝕,將中間再熱循環得到充分有效的應用。
3.2 熱電廠中熱能和動力工程有效運用發展前景
對于熱電廠的熱能和動力工程的發展,要能從技術層面進行優化改造,在設備的效益上要能得到有效的提升。可以將先進的生產設備得以引進,將設備的運用效率得以提升,從長遠的發展著手考慮。再有是能夠對新技術的應用要加強,要向著全集成自動化的效益層面進行邁進,可以將全集成自動化編程統一數據管理目標有效實現,對管理的方式進行改進,這樣才能有效保證熱能和動力工程的有效運用。
4 結論
總而言之,對于當前熱電廠的發展現狀,要充分重視熱能和動力工程的有效運用情況,從多方面進行考慮,保證運行的效率最大化。只有在熱能方面得到充分有效的利用,才能真正的促進熱電廠的經濟效益和社會效益的最大化。此次主要對熱電廠熱能和動力工程的有效運用問題和影響因素等方面進行了相應分析,然后結合實際對有效運用效率策略進行了探究,將有助于實際發展。
參考文獻
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關鍵詞 卓越工程師;課程融合;開放性實驗平臺
中圖分類號:G642.423 文獻標識碼:B
文章編號:1671-489X(2015)10-0151-03
Research on Open Experimental Platform based on Curriculum Integration of Thermal Energy & Power Engineering//XU Li
Abstract Under the guidance of excellent engineer training program,
active exploration was carried out for the open experimental platform based on curriculum integration according to the professional characteristics, which can change the status of the present single experimental content of the traditional professional courses, and the method to solve the problem can be enhanced and the practice ability and innovation ability can also be improved consequently.
Key words excellent engineer; curriculum integration; open experi-mental platform
1 前言
近年來,通過對國內一些高校的專業實驗室建設進行調研,發現普遍存在建設投資較大,但利用效率相對較低、應用范圍相對較窄的問題[1]。專業實驗室的建設初衷是為了更好地培養學生的實驗和實踐技能,理應讓專業實驗室充分向本科生開放,然而目前國內大多數高校的實驗室側重服務于科研項目,參與人員基本上是研究生,專有的本科教學實驗設備相對陳舊,一般僅僅按課程教學計劃開展指定的實驗,因而大多數本科生除了教材知識之外,對科研工作并沒有足夠的認識,缺乏新時代所需要的各種實踐能力和創新能力。現今大學生參與科學研究的積極性很高,眾多本科生都在申請自主創新基金項目、節能減排大賽等科技競賽活動,因此,為提升創新實踐能力,使本科生在將來的科研工作和生產工作中奠定良好基礎,是本科教學實驗改革需要重點關注的方向。
目前主流的實驗教學改革思路是打破傳統專業實驗室相互獨立的局限和過去只在課程內開設有限學時數實驗的機制,在充分保證基礎實驗項目的基礎上,以開設大型綜合性實驗和開放自主創新性實驗為建設目標,通過相關聯專業課程融合、跨實驗室進行實驗,使實驗教學能夠融入多學科理論知識和實驗資源,既能有機結合各門課程的核心理論體現其關聯性,又能讓學生通過實驗更深刻理解專業知識并運用知識。合理引導本科生參與科學實驗工作[2],充分理解科學研究的內涵,為大學生今后走入社會或融入科研工作起到促進作用,將有利于培養學生在多學科交叉并且快速發展的科學領域中發現問題和尋找解決問題突破口的初步科研能力。
本文結合武漢理工大學熱能工程系實驗教學現狀以及科研項目特色,進行課程融合的開放性實驗平臺探索研究。
2 實驗教學現狀分析
熱能工程系經過“十一五”和“十二五”前幾年的實驗室建設,取得一定成績,但也還存在諸如設備嚴重老化、一些新設計實驗甚至傳統基礎實驗難以開展的問題。
1)動力裝置設計平臺方面:目前在船舶動力裝置教學方面偏重于理論,與造船企業的實際需求有一定偏差。就現狀而言,實驗室購置的軟件中已經包含船舶工藝設計的內容,但由于計算機數量的限制并且實驗目的單一,無法實現在有限學時數內讓本科生得到充分的實踐機會。
2)動力裝置實驗室方面:船舶動力裝置實驗室設備老化較為嚴重,無法開展動力裝置原理與設計、船舶動力裝置課程教學大綱中要求完成的部分實驗環節;同時由于相關基本物理量的測試儀器在動力裝置實驗室和熱工實驗室中大量重復配置,資源存在一定閑置。
3)熱工實驗儀器方面:主要服務于工程熱力學、傳熱學課程,利用率相對較高,但也存在設備臺套數不足、設備老化的問題;制冷實驗設備現在主要用于每年少量的開放性實驗教學,利用率非常低,未能充分應用于本科生創新性科技競賽中。
不僅如此,本科生在完成各實驗室的實驗內容之后,對學科體系的認識依然不足,不知道專業基礎課程工程熱力學、傳熱學的理論如何應用到核心專業課程動力裝置原理與設計的動力系統設計中,因而亟待建立一套服務于相關課程實驗教學的綜合實驗平臺。
3 課程融合的開放性實驗平臺建設目的
基于如上分析,搭建一套課程融合的開放性實驗平臺顯得尤為迫切和重要,建設目的包括:
1)通過利用實踐環節反向補充理論教學,拓展傳統熱力循環理論框架,闡明熱能與動力知識體系在工程應用中的基本規律和合理性;
2)按照通用標準和行業標準培養本科生的工程測試能力,能源與動力系統的設計、優化能力以及不斷探索和創新的意識;
3)為本科生船舶動力裝置原理、工程熱力學與傳熱學、工程熱力學、傳熱學、熱能動力機械測試技術、機械振動分析與應用、輪機工程測試技術及船舶管理等課程提供完善的實驗平臺。
4 課程融合的開放性實驗平臺建設意義
早在2010年6月23日,教育部聯合有關部門和行業協會共同在有關高校中組織實施“卓越工程師教育培養計劃”[3-4]。武漢理工大學作為第一批“卓越工程師教育培養計劃”高校之一,清晰的定位也對本校教育培養工作提出更明確的要求。“卓越計劃”具有三個特點:一是行業企業深度參與培養過程;二是學校按通用標準和行業標準培養工程人才;三是強化培養學生的工程能力和創新能力。
本文提出的綜合節能實驗平臺正是在“卓越工程師教育培養計劃”的要求下,結合國際形勢和行業背景,培養卓越工程人才,切實有效地應對航運業面臨的主流問題。
5 編制的依據
在環境保護科學研究廣泛開展的態勢下,嚴格控制溫室氣體排放、保護大氣環境問題已經受到航運界的普遍關注。CO2是最重要的人為溫室氣體。由于目前大多數船舶仍然依賴燃油燃燒獲取的推進力來驅動船舶前進,而該結果必然產生大量CO2排入大氣。為此,國際海事組織的部分成員國(包括歐盟國家、澳大利亞、新西蘭和日本等)全力主張在航運界應不加區分地對所有船舶實行全球一致的溫室氣體排放強制標準。而船舶作為船旗國的浮動領土,能源系統具有一定的獨立性,對能源的依賴性也較強,因而能源系統的合理有效應用及可再生能源的應用顯得非常重要。
目前工業應用較多的能源綜合梯級利用解決方案是冷熱電聯產系統(CCHP,Combined Cooling Heating and Power),其總的能源利用率可以達到75%~90%的程度。該系統一般以燃氣(如天然氣、生物質氣等)作為一次能源,是將發電系統和供熱、供冷系統相結合的一種綜合供能方式,已經廣泛應用于商用辦公樓等處所,在大幅提高能源轉換效率和降低溫室氣體排放方面,相較于常規能源轉換系統具有很大的優勢。在傳統動力船舶上進行節省燃料或提高能效的設計或改造顯得極為迫切,而作為熱能與動力工程專業的本科生畢業后即將走向船舶、航運、能源企業工作,承擔著節能減排這項責無旁貸的重要任務。因此,在本科實驗教學中必須理論聯系實際,進行相關的先進船舶節能系統的實驗環節培養。本實驗平臺正是依據這樣的能源技術進行搭建設計。
6 建設內容
本文所研究的“船舶CCHP綜合節能實驗平臺”按本科專業教學課程的特點,可以構建工程熱物理實驗系統、工程測試技術實驗系統、船舶節能優化實驗系統三個相互關聯的部分,本科生可以通過科技活動指導教師的啟發,也可以結合縱向、橫向科研項目或畢業設計任務書,利用開放性實驗平臺,選擇合理的實驗設計并有效地處理、分析實驗數據。
1)工程熱物理實驗系統。
功能模塊1:吸收式制冷模塊。單效熱水型吸收式制冷機組可以利用98 ℃左右的熱水作為機組的熱源,將冷劑水加熱汽化,然后冷凝成液體去真空度較高的蒸發器中吸熱汽化,對冷媒水進行降溫達到制冷的目的。該設備具有的優點包括:①能利用柴油機的余熱;②具有自動抽空的能力;③具有防止溶液結晶的保護功能;④能實現遠程監控;⑤可以裝在室外,節約實驗室的使用面積。
功能模塊2:換熱器性能綜合測試模塊。換熱器性能綜合測試試驗臺的控制系統由工業控制臺和工業過程控制軟件組成。工業過程控制軟件由專用的組態軟件組成,能夠進行數據采集、顯示、信號處理及過程自動控制等功能。除此之外,還要求軟件具有很強的數據處理功能,包括對數據值的記錄、整理、保存和打印。數據整理結果可記錄于數據表內,并可對數據進一步處理,如計算對數誤差、傳熱系數或換熱量等,并可根據這些數據和傳熱理論形成趨勢曲線,擬合得出努謝爾特數(Nu)的實驗關系式。
2)工程測試技術實驗系統。
功能模塊1:基本物理量測試模塊。本系統主要檢測的功能有:①天然氣發動機主要性能參數的測試;②天然氣發動機缸套水的流量、進出口溫度測試;③冷媒水的流量、進出口溫度測試;④電加熱器的進出口溫度、熱水流量測
試;⑤制冷空調房間的溫度、濕度測試;⑥天然氣發動機實驗房間的可燃氣體檢測與報警功能。
功能模塊2:振動噪聲測試模塊。本系統主要檢測的功能有:①實驗區域噪聲監測;②柴油機振動烈度測試分析實驗。
功能模塊3:DW電渦流測功測試模塊。DW系列測功器具有寬廣的測試范圍,容許轉速高,轉動慣量小,測量控制精度高,對突變負荷響應快,不受冷卻水進水壓力變化的影響,且對輔助設施要求低,尤其適合于各種自動化的試驗臺架,與具有自動化控制功能的電控系統配套,能實現遠距離操縱及數顯測量。相對水力測功器而言,電渦流測功器在低速、小功率加載以及配套實現電控方面具有無可比擬的優越之處。
功能模塊4:綜合集成虛擬儀器模塊。上述功能模塊1~3需要對基本物理量、振動噪聲和DW電渦流等物理量進行監測,可以對監測數據進行綜合集成顯示,建立虛擬儀器模塊。虛擬儀表模塊由傳感器、數據采集卡、主控計算機和相關的虛擬儀器軟件平臺等組成。數據采集卡從傳感器和其他待測設備等模擬和數字被測單元中自動采非電量或者電量信號,送到主控計算機中進行分析、處理。基于LabVIEW開發相應的虛擬儀器軟件平臺,以動態曲線、虛擬儀表等形式實時地顯示測試數據,并自動記錄實驗測試結果。此模塊便于教師引導大學生開展相關實驗,加強大學生的感性認識,有助于提高大學生的實際操作能力。
3)船舶節能優化實驗系統。
功能模塊1:船舶節能系統虛擬設計模塊。該系統可以實現的主要功能:①船舶CCHP綜合節能系統發電單元設計和改造模擬;②船舶CCHP綜合節能系統制冷單元設計和改造模擬;③船舶CCHP綜合節能系統熱利用單元設計和改造模擬。
功能模塊2:船舶節能系統優化模塊。該系統結合相關測試數據對節能效能進行評價,并進行重新調整,優化CCHP零部件及系統,實現較為滿意的節能效果。
7 結語
在國家實施“卓越工程師教育培養計劃”的大背景下,為有效提升本科生的工程實踐能力和科研素養,結合當前船舶行業節能減排的嚴峻形勢,本文進行了將相關專業課程實驗內容以整體形式有機融合的開放性實驗平臺建設的探索,從而尋求一種能有效提供本科生完成課程實驗、參加學科競賽、進行畢業設計等的基礎平臺,最終提高本科生創新實踐能力,努力培養優秀的畢業生,使其為今后的科研工作和生產工作中奠定良好的基礎。
參考文獻
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[關鍵詞]熱能 動力工程 熱電廠
中圖分類號:TK 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)11-0245-01
能源動力工程是涉及國家多個領域高新技術的集成性產業,同時也是我國國防建設和國民經濟發展的支柱型產業和重要基礎,在我國社會的發展與國家經濟建設中占據著相當重要的地位。熱電廠不僅能夠發電,還能在發電的同時進行供熱,實現“電熱聯產”。熱電廠的這種“電熱聯產”形式在節能、環保方面有著相當重要的意義。本文從以下幾個方面闡述了熱能與動力工程在熱電廠中的巧妙運用,希望能給予相關人士一些參考性意見或者建議。
一、減少濕氣的損失
熱電廠能耗損失的重要組成部分之一則為濕氣損失,熱能與動力工程在熱電廠中的有效運用必須以減少濕氣損失為前提。經過分析發現,引起濕氣損失的主要原因包括:蒸汽的流動速度要遠遠大于部分水珠的流動速度,在這些水珠的牽絆下,許多動能被消耗掉,造成濕氣損失,或者濕蒸汽過冷;在濕蒸汽開始產生膨脹現象的過程中,蒸汽會產生部分凝結作用,使得濕氣量損失。濕氣損失的直接影響就是會損傷動葉進氣的邊緣,尤其是葉頂端背弧處,所受到的沖蝕更為嚴重。因此,必須采取措施減少濕氣損失情況。在熱電廠中,可以采取以下措施減少濕氣在運行中的損失:可以運用帶有吸水縫的噴灌,也可以提高機組的抗沖蝕能力,還可以運用中間再熱循環,或者運用去濕裝置等等,以上措施都能夠很好地減少在熱電廠運行過程中濕氣的損失。在運行汽輪機的過程中,除外要克服支撐軸承與推力軸承之間的摩擦力,還應該啟動主油泵和調速器,以上動作的實現都需要消耗一定量的能力,即機械損失。在這種情況下,就可以考慮應用軸流式汽輪機,從一端將高壓蒸汽引入,從另外一端將低壓蒸汽排除出去,無形中就實現了高壓向低壓的指向力,減少了能量的消耗,確保了熱能與動力工程在熱電廠中的運用的可靠性。
二、降低調壓調節的損失
調壓調節不僅增加了機組對自身運行的可靠性,同時還增加了機組對負荷的適應性,實現了機組在部分負荷之下經濟性的提高,是熱能與動力工程在熱電廠中運用的基礎條件。但與此同時,調節調壓本身也存在一些問題,比如在高負荷壓力之下實行滑壓調節違背了經濟性要求,在動葉柵內的大機組蒸汽做功之后,就會轉化機械能,會導致斥氣損失、鼓風損失與余速損失等。在調節調壓過程中產生的這些損失,也即是熱能與動力工程在熱電廠中的運用損失,需要我們加以關注,采取措施盡量降低。分析后可以發現,這部分損失并不是簡單的由人為失誤或者系統故障產生的,在很大程度上是由于機組的運行機理而造成的。由此,若想降低調壓調節的損失,就必須引進較為先進的工藝技術,依靠技術上的突破來盡量降低這部分損失。
三、開展較為有效的節流調節工作
在節流調節中沒有調節級一說,通常情況下,在第一級就可以實現全周進汽,在工況出現變化時,由于各級的溫度變化較小,這種現象使得其具備較好的符合適應性,適用于小容量機組和基本負荷大機組。但變工況會產生節流損失,使得熱能與動力工程在熱電廠中的運用的經濟效益不高。因此,必須在熱電廠的運行中展開較為有效的節流調節工作,減少節流損失。在熱電廠的實際運行中,可以運用弗留格爾公式確保熱能與動力工程在熱電廠中的運用的可靠性。結合弗留格爾公式的運用條件,就以同流量之下各級的壓差和焓降加以推算,進而確定相關零部件的功率效率和受力的基本情況,同時監視汽輪機是否正常流通,也即在已知流量的前提下,將運行汽輪機時組前的各級壓力的公式的符合度作為依據,判斷流動部分的面積的相應變化情況。
四、恰當的工況變動與調配選擇
1、恰當的工況變動。汽輪機工況的變化和焓降的變化有著密切的關系,當全開第一閥工況的流量增加時,其壓力也會隨著增大,調節級與焓降相比較要減小;而當流量減少時,其壓力也會隨著減小,調節級與焓降相比較則會增大。在全開第一閥,關閉第二閥時,跟焓降相比,調節級要達到最大中間級,如果在這種情況下工況發生恰當的變動,那么各中間級的焓降不會發生變化,各中間級的壓力比也不會發生變化。實際工況的調節就有了現實性的依據,我們可以在結合所需要得到的焓降的變化的基礎上,展開恰到好處的工況變化,實現熱能與動力工程在熱電廠中的運用的需求。
2、恰當的調配選擇。除此之外,由于外界負荷的變化導致并網運行機組在遇到不斷變動的電網頻率時會依據自身的差異動態特性自動啟動增減負荷,維持電網周波,這個過程被稱作一次調頻。一次調頻負荷的增量由負荷功率隨頻率的下降而自動減少和調速器作用使發電機有功出力增加兩個方面共同調節來平衡。一次調頻是有差調節,只能將頻率控制在一定范圍內。一次調頻的主要特點就是頻率的調速非常快,然而發電機組會隨著不同的調整量而存在特定的差異性,且這個調整量較為有限,這就給值班調度控制人員帶來了工作難度。且當負荷存在比較大的變化或者在電力系統發出電力時,選用一次調頻很難恢復常規頻率,在這種情況下,就需要選用二次調頻的方法。通常情況下,二次調頻包括兩種調頻形式,一種為自動調頻方式,另外一種為手動調頻方式。在熱電廠運行中,對提高其自身的運行效率與水平方面來說,選擇恰當的調頻方式十分有必要且相當重要。因此,恰當調配方式的選擇要立足于正確認識并掌握并網運行機組,以防因選擇了錯誤的調配方式而導致熱能與動力工程在熱電廠中的運用效率的低下。
五、合理、科學利用重熱現象
在多級汽輪機內上一級損失中的一小部分可以在以后各級中得到利用,這種現象被稱之為多級汽輪機的重熱現象。將各級的理想焓降之和比汽輪機理想焓降部分多出來的值所占汽輪機理想焓降的比例叫做重熱系數。由于合理、科學利用重熱現象能夠使得整體的效率要大于各級的平均效率,但是它的實現是以降低級效率為前提的,因此只能回收熱損失的一部分,所以重熱系數并不是越大越好,通常重熱系數維持在0.04-0.08之間為最佳。基于此,在熱電廠中要想實現合理、科學利用重熱現象,則必須選取恰當的重熱系數。在實際運用中,要在結合自身動力工程與熱能的基礎上,確定較為合理、科學的重熱系數,進而確保機組的最佳運行狀態,在熱電廠中實現更加完美的運行服務。
結語
在熱電廠中利用、轉換能量除了風能、潮汐能和水力等極少數能源之外,大部分都是直接利用熱能或者將熱能轉化為其它形式的能量進行多種形式的間接利用。本文主要從減少濕氣的損失、降低調壓調節的損失、展開較為有效的節流調節工作、恰當的工況變動與調配選擇以及合理、科學利用重熱現象等五方面論述了熱能與動力工程在熱電廠中的巧妙運用,僅供參考。
參考文獻
[1] 沈曉艷.論熱電廠中熱能與動力工程的有效運用[J].黑龍江科技信息,2013(01).
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我是XX大學XX校區汽車學院XX班的學生我的專業是熱能與動力工程。我叫XXX,來自陜西省興平市。
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