本学科是我校传统的主力学科之一。始建于1958年，1978年首批招收发电厂工程专业硕士研究生，1988年调整为电厂热能动力工程(1997年更名为热能工程)，1990年设立博士点，1998年增设工程热物理硕士点及动力工程领域工程硕士点。
1996年经原电力部批准，列为首批部级重点学科，1998年经国家电力公司批准立项建设部级重点实验室“热力设备状态监测与故障诊断实验室”。
2004年立项建设“能源的安全与清洁利用”北京市重点实验室。2005年立项建设“电站设备状态监测与控制”教育部重点实验室。
我校的热能工程学科结合电力行业的发展需要，紧密围绕火力发电厂热力设备及热力系统的经济安全问题开展研究。
(一)电站热力设备的状态监测与故障诊断
自20世纪80年代以来开展了热力设备状态监测与网络化故障诊断技术、振动及弯扭耦合振动分析、热力设备性能分析及远程诊断技术等研究。在机网协调与轴系稳定研究领域一直处于国内前沿水平。针对机网相互作用问题，自行研制开发了“汽轮发电机组轴系扭振应力在线监测系统”，已在数十台大型机组投入运行，该系统得到国家科委、国家技术监督局等六部门颁发的“国家级新技术产品”认证。与数个电厂合作，开展了以可靠性为中心的发电设备维修管理研究，包括主机、辅助设备及其系统的故障模式、维修策略，设备和系统的评级技术及计算机化维修管理系统等;通过实施状态维修改变发电厂目前采用的定期维修制度，大大降低了发电厂的运行与维修成本。上述成果均已在发电厂得到应用，并取得显著的经济效益。
(二)热力设备寿命管理与延寿技术
研究组自1963年来开展了汽轮机及锅炉部件热应力、疲劳、蠕变和寿命管理的研究，在该研究领域取得了多项有创新性的成果。在20世纪80年代曾应用有限元、边界元等方法对国产200MW、300MW、600MW等各型转子和锅炉的主要部件在非稳态工况下的温度场、应力场进行了系统的计算分析，同时对转子和相关材料的疲劳特性进行了实验研究，建立了疲劳损耗的分析模型和方法;并对复杂载荷下转子裂纹扩展规律和其它领域材料的热冲击性能进行了研究。出版了《大容量火电机组寿命管理与调峰运行》、《锅炉部件寿命管理》等至今在国内有较大影响的专著。上述成果达到国内领先水平。发表论文150余篇，研究成果获部级科技进步一等奖一项、二等奖一项、三等奖两项。多年来，研究组完成热应力在线监测、寿命管理、大机组调峰和优化启停运行等科研项目40余项。1994年，研究组承担了国家攀登B项目“汽轮机热应力控制”。1998-2002年，研究组承担了国家电力公司重大科技项目“汽轮机部件寿命管理研究”。系统地对国产转子钢和螺栓钢等材料开展了疲劳、蠕变、蠕变-疲劳交互作用实验研究及寿命诊断新技术研究。在实验和理论研究成果的基础上，开发了针对汽轮机重要部件的寿命管理系统，在国内首次实现了对汽轮机多部件的在线监测、离线评估及部件失效分析，并已在发电厂得到应用;2002年12月，由国家电力公司组织的项目鉴定专家组认为：“研究组在汽轮机部件的疲劳、蠕变及损伤规律研究方面取得了突破性的进展、填补了国内在该研究领域的空白，在汽轮机部件寿命评估新技术和汽轮机部件寿命管理系统方面取得了国内外有创新性的成果;研究成果整体上达到国际先进水平。”上述成果提高了我国电站热力设备寿命诊断、监督和评价的能力及技术水平。
(三)在燃烧室流动、传热与燃烧过程数值模拟方法的研究达到国际先进水平
我校是国内最早从事燃烧室传热、流动和燃烧过程数值计算方法研究的单位之一。曾承担国家“七·五”科技攻关课题“锅炉燃烧室流动过程数学模拟方法的研究”，电力部“六·五”课题“锅炉燃烧室三元传热计算方法研究”，能源部“八·五”课题“锅炉燃烧室传热、流动和燃烧过程数学模拟方法的研究和应用”，三次获省部级科技进步奖，1999年获国家科技进步三等奖。在此基础上，成功的对十几台300MW、600MW等大型电站锅炉的性能进行了预报。
(四)在煤燃烧理论与技术应用方面开展了大量工作
超细煤粉再燃还原NO的实验与反应机理;超细煤粉爆炸特性的实验研究;煤着火和燃尽实验与理论;混煤燃烧特性的实验研究;流化床传热、燃烧理论;循环流化床锅炉动态特性建模与控制;电站锅炉煤粉燃烧器的实验研究与改进。在CO2/O2气氛中煤粉燃烧的理论上进行了开拓性的研究工作。在国内最早开发了电站锅炉积灰结渣在线监测及优化吹灰系统，并成功应用于300MW机组。
(五)我校在热电联产与海水淡化方面作了许多开创性工作
宋之平教授致力于从总能系统的角度研究热电联产与海水淡化技术。首次研制了我国日产1200吨等级的多级闪蒸海水淡化装置，所研究的课题“热电厂海水淡化技术在解决我国淡水资源问题中的地位和作用”经部级鉴定认为：“填补了国内空白，……，对我国国民经济建设具有重大意义”。所取得的理论成果，如“从可持续发展的战略高度重新审视热电联产”和“试论联产电厂热电单耗分摊中的人为规定性与客观实在性”等受到了同行专家和国家有关部门的高度评价。
由于学科的交叉与融合，招生目录中的一些研究方向已在工程热物理学科中介绍。
招生目录
01热力设备及大型回转机械的安全、经济运行与延寿技术
02发电厂节能技术与市场化运营
03能源规划与管理
04发电市场与监管
05电站机组运行优化技术
06电站机组信息化技术及其应用
07发电厂商业运行与辅助决策
08电厂辅助设备节能新技术
09锅炉热力过程、污染控制的计算机模拟及监测
10锅炉整体CAD系统开发与应用
11对流传递过程中的场协同强化理论及应用
12高温燃料电池的热质传递过程及其在先进能量系统中的应用