對(duì)內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力優(yōu)化與節(jié)能改造的思考

劉磊

（山東 棗莊 277000）

縱觀傳統(tǒng)發(fā)電方式，能源浪費(fèi)的現(xiàn)象令人憂心，各種因素導(dǎo)致的能源損耗的數(shù)字觸目驚心、我國工業(yè)化的進(jìn)程不斷推進(jìn)，工業(yè)化的技術(shù)水平不斷提高，針對(duì)內(nèi)燃機(jī)造成的能源損耗現(xiàn)象，受到社會(huì)上越來越多專業(yè)技術(shù)人員的關(guān)注，不少人把目光放在了對(duì)內(nèi)燃機(jī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化上，希望可以優(yōu)化熱能動(dòng)力系統(tǒng)，努力地做好能源的節(jié)約，有效的保護(hù)環(huán)境。

一、中外能源現(xiàn)狀

內(nèi)燃機(jī)的主要燃料源自石油。現(xiàn)在已查明全球已開采的石油可持續(xù)開采五十年左右，幾十年后將會(huì)出現(xiàn)石油短缺現(xiàn)象。美國很早就實(shí)行了限制境內(nèi)石油的對(duì)內(nèi)政策，從1968年起就開始變成了一個(gè)迅速發(fā)展的石油進(jìn)口國。目前中國石油進(jìn)口依賴度已達(dá)50%，而中國內(nèi)燃機(jī)的石油消費(fèi)量占石油總消費(fèi)量的2/3以上，持續(xù)快速增長的石油需求，迫使人們不斷探尋現(xiàn)有的石油儲(chǔ)量和其他代用能源。以上種種，都說明了內(nèi)燃機(jī)的節(jié)能、提高燃料的利用率已刻不容緩。只有通過節(jié)能，開發(fā)新能源等方法，才能緩解對(duì)進(jìn)口石油的依賴和節(jié)約有限的石油資源，走科學(xué)發(fā)展觀的強(qiáng)國之路。

二、優(yōu)化熱能動(dòng)力系統(tǒng)與提高節(jié)約意識(shí)的必要性

無論是工業(yè)的發(fā)展，還是日常的供電等，都需要消耗巨大的能源，而熱能是提供能源的最主要形式，因此隨著經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，熱能的消耗量的是巨大的，通過燃燒等方式獲得熱能并不是一種最優(yōu)的方式，它不僅需要消耗大量的不可再生能源，熱能的轉(zhuǎn)換率也不高，而且通過燃燒還會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)污染環(huán)境，這些巨大的缺陷會(huì)阻礙經(jīng)濟(jì)的長遠(yuǎn)發(fā)展，而且也不符合我國科學(xué)發(fā)展觀的要求。我國作為一個(gè)人口大國，各項(xiàng)能源消耗都排在世界前列，尤其是在用電量方面，我們必須要有足夠多的發(fā)電廠才能夠供應(yīng)所需的發(fā)電量，大量的發(fā)電廠對(duì)環(huán)境的破壞相當(dāng)嚴(yán)重。因此，對(duì)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化，通過更加高效的方式節(jié)約能源，并且提高熱能的獲取效率，可以進(jìn)一步促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的效率，不僅節(jié)約了成本，還能夠獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，并且對(duì)環(huán)境的防治也有幫助，最終促進(jìn)我國的經(jīng)濟(jì)健康平穩(wěn)發(fā)展。

三、熱能動(dòng)力系統(tǒng)的概述

熱能動(dòng)力系統(tǒng)顧名思義就是將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱能收集起來將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為其他的機(jī)械設(shè)備提供能源。熱能動(dòng)力系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)中發(fā)揮著重要的作用，它主要進(jìn)行將熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的相關(guān)操作步驟。一般而言，熱能的獲取都是從礦物燃料進(jìn)行燃燒，通過高溫高壓的作用下進(jìn)行膨脹，并且將一些廢熱排除。然而，隨著工業(yè)的深入發(fā)展，使用礦物燃燒等不可再生能源獲取熱能是一種極大的浪費(fèi)，燃燒過程中能量還會(huì)轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，總體來說能源轉(zhuǎn)化率不高，再加上燃燒能源對(duì)周邊的環(huán)境污染非常巨大，因此為了提高能源的轉(zhuǎn)化率以及減少能源的浪費(fèi)，對(duì)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化和朝著節(jié)能污染小的方向改進(jìn)就成為一項(xiàng)急需解決的重要問題。

四、內(nèi)燃機(jī)能源問題的發(fā)展方向及對(duì)策

（一）代用燃料的開發(fā)

可作為內(nèi)燃機(jī)代用燃料的物質(zhì)種類繁多。目前，發(fā)展前景比較好的內(nèi)燃機(jī)代用燃料主要有天然氣、甲醇和二甲醚等。天然氣資源豐富，且成本較低。21世紀(jì)將會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化推廣應(yīng)用汽車代用燃料的浪潮，天然氣是主要的代用燃料之一。

甲醇也是一種排放潔凈的綠色燃料。早在上世界80年代末，美國政府曾花了三年（1985～1987年）時(shí)間寫出了《世界上最清潔的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料是甲醇》等兩份政策性咨文。甲醇資源豐富，常溫下是液體，儲(chǔ)運(yùn)方便，應(yīng)用前景較好。二甲醚（DME）常溫常壓下為氣體，高壓下為液體，性能與液化石油氣（LPG）極為相似。自上世紀(jì)90年代中期以來，各國研究發(fā)現(xiàn)二甲醚是一種性能十分優(yōu)秀的超清潔燃料，它可以從煤、天然氣中用低成本大規(guī)模生產(chǎn)，從而引起世界各國的重視。

（二）新能源的探索

隨著化石燃料的逐步枯竭，尋找新的能源已是國際社會(huì)的燃眉之急，新能源資源必須蘊(yùn)量豐富，使用安全、清潔。從目前的研究來看，有可能成為未來新能源的有： 太陽能、核能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能與廢棄有機(jī)物等能源。當(dāng)今世界上有很多的國家正在進(jìn)行新能源內(nèi)燃機(jī)的研發(fā)工作，由于這些能源利用技術(shù)上還存在很多問題，因此在未來相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)，這些能源的利用技術(shù)還需要大量的投入和開發(fā)。

（三）內(nèi)燃機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用與開發(fā)

內(nèi)燃機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用與開發(fā)，可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品智能化水平，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能。內(nèi)燃機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)主要有：計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)、人工智能技術(shù)、有限元法、電子控制技術(shù)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)等。切實(shí)推進(jìn)內(nèi)燃機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用與開發(fā)，對(duì)內(nèi)燃機(jī)核心技術(shù)的提高以及能源的節(jié)約及控制都有著莫大的好處。

（四）提高內(nèi)燃機(jī)制造技術(shù)及周邊技術(shù)

內(nèi)燃機(jī)本身的制造技術(shù)及周邊技術(shù)研究是一個(gè)永恒的話題。例如電控、增壓器等一些關(guān)鍵零部件的產(chǎn)業(yè)；改進(jìn)燃燒系統(tǒng)；解決整機(jī)匹配問題；改善內(nèi)燃機(jī)制造工藝，開發(fā)應(yīng)用新型材料，降低燃料消耗率等等都面臨著重重困難。很具代表性的渦輪增壓技術(shù)（Turbo），在20世紀(jì)中期才開始得到迅速發(fā)展和廣泛地推廣使用。通過采用增壓技術(shù)，內(nèi)燃機(jī)的功率可大大提高，如今渦輪增壓技術(shù)在中小型內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用已十分普遍，譬如奧迪A6的1.8T，帕薩特1.8T等等。渦輪增壓器正好能滿足即提高燃油經(jīng)濟(jì)性，降低排放，同時(shí)又不會(huì)以失去駕駛樂趣為代價(jià)的綜合性要求。此類技術(shù)的發(fā)展，使能源的利用效率問題得到了進(jìn)一步的解決。

五、熱能動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能改進(jìn)方法

（一）回收利用蒸汽凝結(jié)水

發(fā)電過程中，是通過將熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的方式來進(jìn)行有效發(fā)電。熱能的獲得就是通過燃燒煤炭，使得水溫達(dá)到100攝氏度，在此過程中獲取到所需要的熱能，那么在要想在這個(gè)過程中進(jìn)行優(yōu)化節(jié)能，就可以通過回收蒸餾凝結(jié)水來降低對(duì)水資源的消耗。但在實(shí)際操作過程中，有大量的蒸餾凝結(jié)水沒有被合理的回收利用，而是直接排走，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生。針對(duì)這一情況，就可以合理地設(shè)計(jì)出一套冷凝水回收利用系統(tǒng)，進(jìn)行管道鋪設(shè)，對(duì)水蒸氣的產(chǎn)生進(jìn)行有效的引流，利用水蒸氣液化產(chǎn)生的熱能，巧妙地轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，在管道中合理應(yīng)用，以將蒸汽排出管道，進(jìn)行后續(xù)的凝結(jié)收集。收集完成后，再進(jìn)行進(jìn)一步的凈化操作，完成后再繼續(xù)將其應(yīng)用到工業(yè)循環(huán)中，進(jìn)行有效利用。這樣的思路，很好地應(yīng)用了節(jié)能的思想，對(duì)水資源進(jìn)行了合理地利用，節(jié)約了水資源，優(yōu)化了操作系統(tǒng)，同時(shí)也減少了對(duì)環(huán)境的傷害。

（二）回收利用鍋爐廢煙

煤炭燃燒過程中，主要就是通過排出大量的煙塵來危害空氣環(huán)境，但同時(shí)，排煙過程中的煙塵溫度可以達(dá)到近乎200攝氏度的高溫，假如對(duì)這一過程中產(chǎn)生的能量有效地利用，轉(zhuǎn)化成有效的機(jī)械能，那對(duì)發(fā)電過程做出的貢獻(xiàn)不容小覷。所以發(fā)電廠就要敏銳地意識(shí)到，通過有效地利用鍋爐廢煙中的高溫，能夠?yàn)槠髽I(yè)降低一些能源方面的支出，同時(shí)也可以使得工廠排出的煙霧達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，就可以有效地對(duì)環(huán)境進(jìn)行保護(hù)。目前常見的改進(jìn)方案就是利用導(dǎo)煙管道，將鍋爐廢煙引入熱能動(dòng)力系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)將可利用的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能之后，再將廢煙排出到過濾凈化裝置中，對(duì)廢煙進(jìn)行凈化，過后再將經(jīng)過處理，達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的廢煙排出。這種思路可以在提高企業(yè)利潤的基礎(chǔ)上保護(hù)環(huán)境，也可以做到對(duì)能源最大程度地節(jié)約，所以推廣價(jià)值比較高。

（三）回收利用鍋爐廢水余熱

上文提到合理地利用水蒸氣凝結(jié)水，能夠?qū)Y源合理應(yīng)用。對(duì)于鍋爐廢水，也可以對(duì)其進(jìn)行合理利用達(dá)到節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境的目的。在每一次煤炭燃燒過后，電廠在熱能收集過程中都只是收集水蒸氣產(chǎn)生的較多的熱能，反而忽略了鍋爐中水中蘊(yùn)含的熱能，這一部分熱能雖然與水蒸氣相比不是很多，但如果合理利用，也可以優(yōu)化發(fā)電過程，起到節(jié)約資源的作用。發(fā)電廠可以通過分析自身設(shè)備，設(shè)置適合自己企業(yè)的鍋爐廢水回收裝置，對(duì)鍋爐廢水進(jìn)行二次的回收利用，這樣一來，就可以顯著地看到煤炭資源和水資源的節(jié)約效果，同時(shí)促進(jìn)了企業(yè)的技術(shù)更新，推動(dòng)了廠家的發(fā)展。

（四）化學(xué)補(bǔ)充水系統(tǒng)

化學(xué)補(bǔ)充水的系統(tǒng)，就是通過化學(xué)的方式，盡可能地減少發(fā)電設(shè)備對(duì)熱量的損失，盡可能地減少熱量的損失，確保能量的充分應(yīng)用。比如在凝汽器式化學(xué)補(bǔ)充水的方式中，就是通過高速霧化的方式，迅速地將化學(xué)補(bǔ)充入的水變成細(xì)小的水珠，進(jìn)而對(duì)熱量進(jìn)行快速充分的回收。其原理就是減少凝汽器中冷凝過程中的熱量損失，來充分地利用能量，達(dá)到節(jié)約能源的目的，同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益。

六、熱能動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展前景

我國前期的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，對(duì)能源的損耗極其嚴(yán)重，所以當(dāng)前我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須考慮到對(duì)環(huán)境的保護(hù)。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展前期，由于可持續(xù)資源的技術(shù)還沒有發(fā)展成熟，所以可循環(huán)能源的應(yīng)用并不是非常廣泛，發(fā)電廠一味地利用石油、煤炭等資源進(jìn)行發(fā)電，在這樣的發(fā)電過程中，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害，所以當(dāng)下我們應(yīng)該做的就是要不斷地研究可持續(xù)能源的同時(shí)，對(duì)傳統(tǒng)的電力發(fā)電方式不斷的進(jìn)行革新，引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)理念，不斷地對(duì)熱能動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，最大限度地達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，對(duì)環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)，同時(shí)也促進(jìn)了我國基礎(chǔ)行業(yè)的發(fā)展。

七、熱能動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化節(jié)能改造發(fā)展趨勢(shì)的展望

中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)水平的不斷提高，對(duì)工業(yè)的技術(shù)要求也越來越高，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前期我們只看重了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的結(jié)果，沒有思考對(duì)環(huán)境的危害。如今國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)步入正軌，我們就要思考如何更好更優(yōu)的促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在節(jié)約能源，保護(hù)好環(huán)境的基礎(chǔ)上提高工業(yè)收益，從上文中我們可以看出來，在發(fā)電過程中，利用煤炭進(jìn)行鍋爐燒水產(chǎn)生熱能的過程能源損耗較大，這就提醒我們?cè)谶@個(gè)方面應(yīng)當(dāng)進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)革新，提高能量的利用率。在內(nèi)燃機(jī)的最重要的熱能動(dòng)力系統(tǒng)中，對(duì)鍋爐設(shè)備及時(shí)地進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化。應(yīng)該在優(yōu)化的過程中，應(yīng)用最新的技術(shù)理念，盡可能地將鍋爐改造技術(shù)和熱能動(dòng)力系統(tǒng)聯(lián)系得更加緊密一些，為將來鍋爐升級(jí)產(chǎn)業(yè)打好基礎(chǔ)。為了促進(jìn)工業(yè)更好的發(fā)展，必須提高在鍋爐產(chǎn)熱過程中能源的利用率，讓熱能動(dòng)力系統(tǒng)和高新的前沿科技接軌，成為內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)熱過程中節(jié)約能源的中堅(jiān)力量，確保能源的有效利用和對(duì)環(huán)境的有效保護(hù)。同時(shí)企業(yè)也要將眼光放得更加長遠(yuǎn)，不能只著眼于當(dāng)下技術(shù)方面大額的資金支出，而不去想這項(xiàng)支出是為了企業(yè)能夠更好地發(fā)展，只有讓技術(shù)得到保障，才能夠讓企業(yè)得收益得到保障。

結(jié)束語

綜合上文所述，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電支撐著我國工業(yè)發(fā)展，是一切發(fā)展的基礎(chǔ)性條件，但同時(shí)能源問題也不能忽視，我們不能再犯只顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展，不考慮環(huán)境的錯(cuò)誤。所以我們?cè)诎l(fā)展過程中必須重視對(duì)一些重要系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)化更新，只有這樣，才能夠保障經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)更快更好地向前發(fā)展。