節能減排技術在能源與動力工程中的應用

中圖分類號：TK1 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）05-0244-03

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.05.074

Abstract： To improve energy utilization eficiencyand reduce pollutant emissons，this paper analyze the application of energy saving and emisionreduction technologies inenergyand power engineering，and propose implementation strategies such as developing eficient combustion control systems，optimizing thermal cycle parameters，and improving equipment energy conversion effciency.Theresults indicatethatthe applicationof energysaving and emisionreduction technologies can significantlyreduce energy consumption，improve system operating eficiency，and provide a feasible path forachieving green and low-carbon development.

Keywords： energy conservationandemission reductiontechnology;energyand power engineering; combustion control

隨著能源需求的不斷增加和環境保護要求的日益嚴格，提升能源利用效率、減少污染物排放的重要性日益提升。本研究探討了節能減排技術在能源與動力工程中的應用，旨在提升系統效能，為實現低碳、高效的能源利用提供理論支持與實踐指導。

1節能減排技術在能源與動力工程中的應用價值

應用節能減排技術，能有效提升能源與動力系統的能效，并減少環境污染，為推動綠色發展和實現可持續發展目標提供技術保障。例如，應用高效燃燒技術與智能化控制系統，能夠實現對燃料的精準調控。采用低氮燃燒技術和空氣預熱器，能夠有效提高燃燒效率，減少燃料浪費[。采用高效渦輪材料和先進的冷卻技術，有助于提升汽輪機的熱效率并減少熱損失。

動態優化控制系統，能夠實時調整運行狀態，避免產生無效能耗。在減少排放方面，采用脫硝技術和高效除塵器可以有效降低氮氧化物、二氧化硫等有害氣體的排放，提升汽輪機的環保性。使用高效換熱器和改進熱交換材料，能夠顯著提高傳熱效率。采用高效電動機和變頻驅動技術，可以實現對電機負荷的精準調控。

應用節能減排技術，能夠提高系統運行效率，有效降低能耗。例如，使用高效換熱器，能夠顯著提高傳熱效率。采用智能化溫度監測和調節系統，可以精確控制換熱過程，減少熱量損失，從而達到節能目的。采用高效電動機和變頻驅動技術，可以實現對電機負荷的精準調控。在工業生產中，改造現有設備和應用先進的電機材料，能有效減少能耗和損耗。優化電機運行管理和維護制度，能夠進一步降低能耗，延長電機的使用壽命。

2.1機組負荷調節能力受限

火力發電機組的負荷調節過程較為緩慢且效率低下，在電網負荷波動較大或需求峰谷差異明顯的情況下，傳統機組難以在短時間內快速調節輸出功率，導致能源浪費與系統運行效率低下。隨著節能減排要求的提升，機組負荷調節的精度和靈活性要求不斷提高。然而，現有的機組控制系統多依賴傳統的比例-積分-微分（Proportional IntegralDerivative，PID）控制策略，缺乏足夠的智能化與自適應能力，難以應對復雜的運行環境和突發的負荷波動。負荷預測與動態調節技術對設備的硬件要求較高，現有設備在傳感器精度、數據處理能力、自動化控制方面存在不足，限制了技術的廣泛應用。

2.2熱力系統管網平衡失調

熱力系統管網的壓力和流量分布不均，導致部分區域出現供熱過剩或供熱不足的現象。在實際運行中，管網中的熱源分布較為集中，遠離熱源的末端管網存在熱量輸送不足的情況。熱力系統是一個復雜的動力傳輸系統，各區域需求的熱量與管網的供熱能力之間必須保持動態平衡，否則會導致系統效能下降和能源浪費。管網中的熱量無法均勻分配，不僅影響供熱效果，還會增加整體能耗。

2節能減排技術在能源與動力工程中的應用難點

管網設計和施工不當導致熱力系統的平衡失調。管網的布局、管徑的選擇及管道材料的適應性不匹配，導致了熱能在傳輸過程中的損失，影響了系統的整體運行效率[2。在這種情況下，原本可以通過優化管網設計來提升的節能減排效果，由于受到實際操作和系統設計缺陷的限制，無法實現預期的效益。隨著節能減排技術的推廣，傳統熱力系統管網往往缺乏實時監控與調節功能，難以應對不斷變化的負荷需求。對于某些高峰時段或突發事件，管網的壓力調節和流量分配不及時，導致局部區域過熱或過冷，無法滿足供熱需求，同時增加了系統的污染物排放。

2.3熱能梯級利用轉換損耗大

熱能梯級利用的效率受限于設備的熱轉換效率。對于傳統的熱力系統，熱交換器的設計、熱交換材料的性能以及系統的控制方式都會影響熱能的轉換效率。由于熱交換器在低溫端的傳熱效率較低，熱能從高溫到低溫的轉換過程中存在較大損失。當高溫廢熱進入低溫系統時，熱能傳遞過程中無法完全轉化為有用的低溫熱能，導致部分熱量以廢熱形式浪費，造成熱能梯級利用效果不佳。

熱能梯級利用中的多級熱交換過程，需要復雜的設備與管網系統，這些系統的熱損失會加劇總體的能源損耗。隨著熱能梯級的逐步降低，熱力系統中各個階段的熱量逐步減少，造成系統運行中每一級熱能轉化的效率遞減。在低溫階段，傳熱效率降低明顯[3]。在一些高溫廢熱回收利用的過程中，系統對熱源溫差的依賴較大，進一步增加了熱能梯級的損耗。熱能梯級利用的技術實現面臨控制系統與設備老化問題。現有的熱能梯級利用系統缺乏精準的溫度和壓力監控手段，導致熱能在轉換過程中未能有效優化調節，增加了能量的無效消耗。

2.4自動化控制精度不足

部分動力設備中的自動化控制系統未能精確調節負荷需求，導致設備運行狀態不穩定。在蒸汽鍋爐或汽輪機的運行中，負荷波動過大或調節不靈活，造成能源消耗超標且排放量增加。在負荷較低時，系統未能及時減少能源供應，仍然維持較高的輸出功率，造成能源浪費。

在復雜的能源系統中，不同設備之間的協調要求高度精準的控制系統。然而，由于現有系統的控制精度限制，往往無法實現最優的能量分配，導致部分設備過度運行而其他設備未得到有效利用。熱電聯產系統在運行中未能精確匹配熱能與電能的需求，常出現過度生產和資源浪費現象。很多系統依賴溫度、壓力、流量等傳感器來進行反饋調節，但由于傳感器的精度限制或環境因素的干擾，無法實時提供準確的運行數據，影響了控制系統的響應速度和準確性，進一步加劇了系統的節能減排難度。

3節能減排技術在能源與動力工程中的應用策略

3.1研發高效燃燒控制系統

針對機組負荷調節能力受限問題，應通過優化燃燒控制技術，提高機組負荷調節的響應速度和精度，實現更高效的能源利用。研發高效燃燒控制系統需要引入先進的燃燒調節技術。采用智能化控制算法來實時監測鍋爐內燃燒過程中的溫度、壓力和氧氣含量等關鍵參數，根據負荷波動，精準調整燃料供應量和空氣配比，減少不必要的能源消耗[4。利用先進的傳感器技術，實時檢測燃燒過程中燃料的熱值變化，確保燃燒過程處于最優狀態。采用低氮燃燒技術和分級燃燒技術，減少燃燒過程中產生的氮氧化物，提高燃燒效率。采用耐高溫合金和復合材料，提高燃燒器的熱效率，延長其使用壽命，降低設備維護成本。

3.2優化熱力循環參數

針對熱力循環系統中存在的能源利用效率低下、技術兼容性不佳問題，需要精確計算與模擬不同工況下的熱力循環過程，利用計算流體力學（ComputationalFluidDynamics，CFD）軟件和熱力學模擬工具，結合實際設備特性，確定最佳的蒸汽參數、壓力比和溫度分布等關鍵參數。在蒸汽動力循環中，依據機組負荷變化精準調整蒸汽初參數，提升循環熱效率。

借助智能控制系統實時監測熱力系統的運行狀態，根據負荷波動、環境溫度變化等動態調整熱力循環參數。當外界環境溫度降低時，自動優化回熱系統參數，提高余熱利用效率。在優化熱力循環參數時，充分結合鍋爐、汽輪機等設備的技術特性，確保參數調整不會給設備帶來額外損耗或兼容性問題，使整個能源動力系統在高效節能的同時穩定運行，從而提升系統的整體節能減排效果。

3.3提升設備能量轉換效率

采用復合材料換熱器、納米流體換熱技術，提高熱能在轉換過程中的傳導效率。應用耐高溫、低摩擦的金屬合金材料，提高設備的熱交換能力，延長設備使用壽命，減少因設備老化導致的能量損失[5。在設計上，合理選擇換熱器的結構和尺寸，減少流體阻力和熱量損失，提高熱能轉換過程中的整體效率。引入余熱鍋爐、熱電聯產系統、有機朗肯循環（OrganicRankineCycle，ORC）等能量回收裝置，將廢氣或廢水中的余熱轉化為有用的能量，使得系統能夠在不同溫度等級下實現高效回收，減少能源浪費。在低溫余熱回收方面，通過提高回收系統的靈敏度和響應速度，在不同負荷變化時有效捕捉和利用廢熱，提升整個系統的能量利用效率。

采用智能調節系統實時監控和調整設備的運行狀態，確保每個轉換環節都處于最佳工作狀態。采用實時溫度、壓力監測傳感器，結合大數據分析技術，精確控制每個設備的運行參數，減少能量轉換過程中的損失。根據能源需求的變化，動態優化設備的運行方式，減少不必要的能耗。對設備的熱交換器、燃燒器、壓縮機等關鍵部件進行定期檢查與清理，減少積碳、結垢等因素造成的能量損失。采用先進的故障預測技術，及時發現潛在的問題并進行維修，避免設備在運行中的性能下降，進一步提升能量轉換效率。

3.4完善在線監測與診斷

在鍋爐、汽輪機、換熱器等關鍵設備上安裝高精度傳感器，實時監測溫度、壓力、流量、振動等重要運行參數，為控制系統提供準確且靈敏的數據。這些高精度數字傳感器能夠捕捉設備的運行變化，確保數據的穩定性與準確性，減少由于傳感器誤差帶來的控制精度問題。采用高頻數據采集系統，能夠在短時間內獲取大量的運行數據，并實時傳輸至中央控制系統。為提高數據分析的效率和準確性，基于大數據技術建立在線監測平臺，該平臺通過實時采集并分析設備運行的各類數據，能夠實時跟蹤設備性能變化，識別潛在的故障風險。通過大數據分析，系統能夠及時發現設備運行中的異常情況，并進行優化調整，為節能減排提供數據支持和決策依據。

在智能化技術的支持下，結合機器學習和模式識別技術，開發智能診斷系統。該系統通過對歷史運行數據和實時監測數據進行比對分析，能夠識別設備的運行模式，發現潛在的故障跡象，并預測設備可能出現的問題。系統能夠提前預警，避免因設備故障造成的非計劃停機，減少能源浪費。通過早期診斷，能夠為設備維護提供指導，延長設備使用壽命，提高系統的整體穩定性和運行效率。為進一步提升系統性能，應建立反饋調節系統，根據實時監測結果，自動調節設備的運行參數。通過匹配負荷變化，自動優化燃料供給量和空氣配比，確保燃燒過程的效率和節能效果。此外，應根據實時數據動態調整負荷，確保在負荷波動的情況下，系統始終能夠穩定運行。

4結論

節能減排技術在能源與動力工程中的應用，有助于實現提升能源利用效率與環境保護的雙重目標。優化燃燒控制系統、熱力循環設計及在線監測與診斷，能夠顯著降低能耗和減少污染物排放助力實現綠色低碳發展。

參考文獻

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