摘 要 热能与动力工程是以工程热物理学科为主要理论基础,以内燃机和正在发展中的其它新型动力机械及系统为研究对象,运用工程力学、机械工程学、自动控制、计算机、环境科学、微电子技术等学科的知识和内容,研究如何把燃料的化学能和液体的动能安全、高效、低(或无)污染地转换成动力的基本规律和过程,研究转换过程中的系统和设备的自动控制技术。
关键词 风机翼型 数值模拟 锅炉仿真
中图分类号:TK12 文献标识码:A
1 热能动力工程的研究方向
热动主要研究热能与动力方面,是跨热能与动力工程、机械工程等学科领域的工程应用型专业。目前我国有120多所院校开设有该专业,它由旧本科的九个相关专业合并而成,包括了原来的热力发动机、热能工程、流体机械及流体工程、热能工程与动力机械、制冷与低温技术、能源工程、工程热物理、水利水电动力工程、冷冻冷藏工程专业。
热动主要学习机械工程、热能动力工程和工程热物理的基础理论,学习各种能量转换及有效利用的理论和技术。专业通过理论力学、材料力学、工程制图、机械设计、电工与电子技术等课程的学习,使我们具备工程热力学、流体力学、传热学和热工测试技术等热能与动力工程领域的基础理论、实验技能和基本专业知识,掌握制冷空调设备、制冷装置、动力机械与动力工程、流体机械等设计、制造和实验研究的基本技术。
2 热能工程技术在能源方面需要解决的问题
能源动力工业是我国国民经济与国防建设的重要基础和支柱型产业,同时也是涉及多个领域高新技术的集成产业,在国家经济建设与社会发展中一直起着极其重要的作用。近年来,随着我国各个方面改革的深化发展,包括市场经济的逐步建立,国有大中型企业机制的转换,加入WTO后面临的挑战,以及能源动力领域技术的发展,并考虑到我国核科技工业“十一五”以及到2020年发展所面临的形势与任务,我国能源动力类以及核相关专业人才的培养面临着严峻的挑战。
3 热能专业中工业炉的发展
工业炉是在工业生产中,利用燃料燃烧或电能转化的热量,将物料或工件加热的热工设备。
中国在商代出现了较为完善的炼铜炉,在春秋战国时期,人们在熔铜炉的基础上进一步掌握了提高炉温的技术,从而生产出了铸铁。1794年,世界上出现了熔炼铸铁的直筒形冲天炉。后到1864年,法国人马丁运用英国人西门子的蓄热式炉原理,建造了用气体燃料加热的第一台炼钢平炉。他利用蓄热室对空气和煤气进行高温预热,从而保证了炼钢所需的1600℃以上的温度。1900年前后,电能供应逐渐充足,开始使用各种电阻炉、电弧炉和有芯感应炉。20世纪20年代后又出现了能够提高炉子生产率和改善劳动条件的各种机械化、自动化炉型。工业炉的燃料也随着燃料资源的开发和燃料转换技术的进步,而由采用块煤、焦炭、煤粉等固体燃料逐步改用发生炉煤气、城市煤气、天然气、柴油、燃料油等气体和液体燃料,并且研制出了与所用燃料相适应的各种燃烧装置。二十世纪50年代,无芯感应炉得到迅速发展。后来又出现了电子束炉,利用电子束来冲击固态燃料,能强化表面加热和熔化高熔点的材料。为便于加热大型工件,又出现了适于加热钢锭和大钢坯的台车式炉,为了加热长形杆件还出现了井式炉。随着现代化管理水平的提高,计算机控制系统的不断完善,现代连续加热炉也应运而生。现代连续加热炉炉型可以归入两大类:推钢式炉和步进式炉。两类炉型的根本区别,仅在于炉内的输料方式。
4 炉内燃烧控制技术
其燃烧控制是步进炉的核心技术之一,手动控制已被自动控制方式所取代。目前大规格钢锭推钢式加热炉可选用的燃烧自控方式通常有:
(1)空燃比例连续控制系统,该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气比例阀、空气/燃气电动蝶阀、空气/燃气流量计、热电偶、气体分析装置、PLC等组成。工作原理是由热电偶或气体分析装置检测出来的数据传送到PLC与其设定值进行比较,偏差值按比例积分、微分运算输出4-20 mA的电信号分别对空气/燃气比例阀和空气/燃气电动蝶阀的开度进行调节,从而达到控制空气/燃气比例和炉内温度之目的。
(2)双交叉限幅控制系统,该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气流量阀、空气/燃气流量计、热电偶等组成。工作原理是:通过一个温度传感器热电偶把测量的温度变成一个电信号,该信号表示测量点的实际温度,该测量点的温度期望给定值是由预存贮在上位机中的工艺曲线自动给定的。根据这两个温度值偏差的大小,PLC自动校准燃气/空气流量阀的开度。该阀通过电动执行机构定位。空气/燃料比控制,借助于孔板和差压变送器来测量空气流量,燃气的流量是借助于一台安装在燃气支管上的质量流量计来测量,使精确的温度控制得以实现。
参考文献
[1] 安连锁.泵与风机[M].北京:中国电力出版社,2001.
[2] 袁春杭.锅炉引风机事故的预防[J].中国锅炉压力容器安全,2005,14(6).