摘要：热能与动力工程广泛应用于能源开发利用、电能生产以及民生等领域，探索有效的节能减排措施对提升能源转换和利用效率至关重要。本文首先分析了热能与动力工程中节能途径，进而探讨了如何基于自动控制、人工智能和储能等技术的应用，通过优化能源转换设备和系统的设计并精确控制其运行，推动新能源及相关技术的利用，达到提高能量转换效率、降低能耗和控制排放的目的。
关键词：节能减排途径; 技术应用; 热能与动力工程;
在火力、水力发电和制造业等生产领域，热能转换与动力设备和系统是完成机械能、热能和电能等能量形式转换并服务于生产、生活需要的关键。而电能生产是能源开发与利用的核心环节，不仅要保障能量得到有效利用，而且其生产工艺设计、管理技术的应用还关系到排放指标的控制问题。所以，基于信息技术、能源科技和自动控制技术的应用，探索发电厂的热能转换与动力设备及系统的节能减排措施，有助于提升资源利用效率和能源开发利用的环境效益。
一、热能与动力工程及其应用
（一）概述
热能与动力工程涉及到多个学科专业技术的研究和应用，而且在各个生产领域都不可或缺，所有涉及到机械能与热能转换的场景，都需基于热能与动力转换设备和系统的设计与运行，满足电能供应、工业生产等社会生产生活需求。所以，在实践中围绕能源的转换要求进行发电厂等热能与动力工程的建设和运行管理，对保障经济与社会发展有着及其重要的作用。而保障能量转换和利用效率并有效控制排放，是热能与动力工程项目设计和运行管理的重要目标之一，所以，近年来节能减排成为了业界研究的重点。
（二）热能与动力工程的应用
由于电能是自然界燃料、风力等资源为人类所利用的最主要形式，工业生产所需机械能、建筑暖通空调等系统设备和各类生活电器的驱动，绝大部分都依赖电能的供应，而火力发电在未来相当长的时期依然会是最主要的电能生产方式。所以热电厂是应用最广、影响最大的热能与电力工程，在探讨节能减排技术及其应用时，火力发电厂的规划设计和机组运行过程的调控是最主要的研究课题。在线监测、智能化控制和新能源相关技术的运用，则是优化火力发电厂机组运行、提升燃料的热能转换和利用效率的关键。
二、热能与动力工程中的节能减排途径
在将燃料的热能转换为电能并加以利用的过程中，能量利用率一方面取决于燃料中的热能释放是否充分、热能传递和最终转变为电能的效率高低；另一方面则体现为火力发电厂整个工艺流程中热能的散失、驱动机组及其辅助设备运行的电能消耗量。所以，探索节能和减排途径应从提高能量转换、传递效率和降低热量散失、设备能耗两方面着手。
（一）余热的回收及利用
在热能与动力工程设备及系统的运行过程中，热能的产生、传递和转换依靠燃料燃烧、水蒸气驱动汽轮机和发动机的运行完成，各个环节未能完成转换的热能存在于锅炉烟气、冷凝水和炉渣当中，在不采取回收利用措施的情况下，这部分热能会被排放至外界。而据相关研究和统计结果显示，在现有的节能技术支持下，工业生产领域中的余热有60%可以得到有效利用。首先，火力发电厂汽轮机组的蒸汽余热可以通过热电联产等多种形式进行回收，用于城镇供暖或进入汽轮机组回热系统二次利用；其次运用节能技术还可以优化对燃料燃烧、热量传递过程的控制，减少锅炉通过烟气、炉渣散失的热量，从而提升热能转化和利用的效率，并且优化电能生产过程中的排放指标。此外，设备运行过程中的冷却用水也会带来热能散失，通过优化工艺路线同样可以加以利用。
（二）提升能量转换率和降低能耗
通过优化热能与动力工程设备和系统的运行或者改进生产工艺，可以直接提高能量转换效率和降低能耗，达到节能减排的目的。首先，锅炉、汽轮机及其辅助设备的运行均需依赖电力驱动，基于热能与动力工程学相关原理，通过改进自动化控制系统或优化生产工艺、机组构成，根据电网负荷变化精确控制各个环节的设备工况，可以使之在高效状态下运行，从而降低机组运行中的能量损耗；其次，对汽轮机和锅炉等核心设备的构造进行改进，通过提升其性能和减少燃料燃烧、热能传递等关键流程的能量损失，也可以有效提高燃料、蒸汽中能量的转换效率，达到节约能源并优化各项排放指标的目的。
（三）过剩能量的存储和利用
电能的生产和利用是人类消耗自然资源与能源的最主要方式，在其不间断的生产和分配过程中，由于电力负荷处于动态变化之中。所以，为了保障电能供应的稳定性，必须对发电厂的机组运行状态进行相应的调控，通过改变燃料供应量、蒸汽压力等方式，让电能输出与终端用电负荷相匹配。而这一过程势必导致汽轮机等设备的有功概率下降，而且由于系统响应时间问题，无法避免电力负荷变化对电力系统的冲击。所以电能存储与利用是热电厂节能技术研究和应用的主要方向之一。
（四）基于新技术应用优化火力发电厂的运营模式
在火力发电厂的生产过程中，燃料燃烧产生的热能只有成功转化为汽轮机动能的部分才有机会被转换为电能和有效利用，而其余部分的利用则受到蓄热和导热技术的制约，在其回收和利用的过程中，能够被有效利用的比例不高。而近年来兴起的热泵技术与蓄冷、蓄热技术，则给优化热电厂的运营模式、提高热能的利用效率带来了新的思路。依赖这几项技术实现热能、电能以及冷量的联产，是未来热电厂生产运营的发展方向。
三、节能减排技术的应用策略
（一）发电机组的优化设计
优化发电机组的设计对能量转换效率具有根本性影响，所以，结合流体力学、热工设备运行原理，优化汽轮机组的配置方式，或者改造燃煤、燃气锅炉的燃烧和热量传递系统构造，可以显着提高燃料能量的利用率，并且减少排放物中的有害成分。首先，基于对系统重热系数的精确计算优化汽轮机组的设计，可以提高蒸汽中热能的利用率，实践中应将重热系数控制在0.6±0.2的范围；其次，改进锅炉的燃烧和热量传递系统，通过优化燃料供给方式和使用高性能的保温、导热材料，确保燃料能够完全燃烧，同时提高热量传递到下一生产流程的效率。
（二）火力发电厂的余热回收利用
火力发电厂烟气等中间产物中余热的回收利用可以确保排放达标，还能够提高燃料能量的利用率。首先，可以基于工艺路线的优化和改造，收集余热并使之再重回生产流程。利用烟气、炉渣余热加热锅炉中的循环水，或者将汽轮机中完成做工的蒸汽导入多级汽轮机的再热系统，使之在锅炉中再度加热后继续驱动下一级汽轮机的运转；其次，以热电联产模式运行的热电厂，可以运用热泵技术提升余热的收集效率，并将之用于市政供热，有效减少电能生产过程中热能损失的同时，还能够基于对烟气、废水的深度处理降低污染物排放。
（三）优化控制系统并提升热能转换和传输效率
对热能与动力系统的设备运行和能量转换工艺流程进行精确调控，是节能减排的最佳技术手段。首先，通过完善在线实时监控系统，运用大数据技术等技术实时分析、预测电网的负荷变化规律，提升发电机组调频控制系统的响应速度，改进对锅炉燃烧、汽轮机组运行等关键环节的控制，让设备的运行更为高效；其次，基于对具体设备运行历史数据的分析，不断优化其控制模式并探索改进途径，通过调整设定参数或改进汽轮机叶片、风道形状等形式，降低生产设备的能耗和提升其运行效率。
四、结束语
热能与动力工程是资源和能源转化和利用的关键，针对热电厂的运行分析其节能减排途径，通过优化机组配置、改进设备关键零部件的设计，并且运用自动控制、人工智能等技术对能量转换、传输和利用过程进行精确控制，加之蓄热、导热和新能源相关技术的应用，可以有效提升能源的利用率并减少烟气等废弃物中的污染物浓度，减少生产活动对自然环境的不利影响，实现资源环境效益的最大化。
参考文献
[1] 高世臣.浅谈热能与动力工程的应用及其对环境的影响[J].工程技术(引文版), 2016, 000(004):P.17-17.
[2] 欧丹.热能与动力工程中的节能技术探讨[J].中国战略新兴产业(理论版), 2019, 000(005):1-1.
[3] 欧丹.热能与动力工程中的节能技术探讨[J].中国战略新兴产业(理论版), 2019, 000(005):1-1.
[4] 王家有.节能降耗在热能与动力工程中的应用与措施分析[J].建筑工程技术与设计, 2018, 000(031):3295.
