CN105716105B - 锅炉高效率燃烧节能控制方法和节能系统 - Google Patents
锅炉高效率燃烧节能控制方法和节能系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种锅炉高效率燃烧节能控制方法和节能系统，用于供热系统，该控制方法包括，步骤S1：检测所述供热系统的锅炉的烟气含氧量；步骤S2；判断检测到的所述烟气含氧量是否在一设定范围内；步骤S3：如检测到的所述烟气含氧量不在所述设定范围内，则控制所述供热系统的鼓风机的鼓风量和/或给煤机的给煤量，直至所述烟气含氧量的检测值在所述设定范围内。本发明使鼓风量既满足燃料充分燃烧的需要，又不因风量过多而降低炉膛温度，从而使锅炉获得最高的热效率。
Description
本发明是一件分案申请，原申请的申请日为2013年10月10日，申请号为201310470243.7，发明名称为：锅炉自动化燃烧节能控制方法和节能系统。
技术领域
本发明涉及供热技术，且特别涉及一种用于供热系统的锅炉高效率燃烧节能控制方法和一种锅炉高效率燃烧节能系统。
背景技术
传统供热行业，凭经验摸索供热，行业内没有一个标准的操作资料，看天供热，没有量化供热。通常讲“天热少烧一点”，这“一点“是多少？没有哪一家供热企业能说的清。天冷多烧一点，这“一点”又是多少？同样没有哪一家供热企业能说的清。其余如“差不多”、“略微高点”和“好好烧”等粗放的表达，并不能使供热企业得到提高热效率和减少能源浪费、降低成本的诉求。并且，上述粗放的控制技术造成能源浪费，多年得不到根本解决。
传统供热行业控制技术造成锅炉运行效率低，实际运行锅炉效率只有65％左右，30％的燃煤白白浪费。其中，对于燃煤锅炉鼓风量和含氧量的控制，是影响锅炉热效率的一个重要因素。
现有的供热系统，其热能主要来源于燃煤锅炉。燃煤锅炉需要通过鼓风来助燃。实际运行中，当鼓风量大于燃烧需要氧量时，多余的空气排烟会带走热量；而当鼓风量小于燃烧需要氧时，煤不能充分燃烧，造成炉渣含炭量超标；因此，为解决以上矛盾，当锅炉内含氧量高时，需减少鼓风量，优化鼓风量，满足燃料充分燃烧需氧量，达到充分燃烧，以使锅炉获得最高的热效率。当含氧量低于其设定值时，需增加鼓风量，优化鼓风量，满足燃料充分燃烧需氧量，达到充分燃烧，以使锅炉获得最高的热效率。然而，现有技术中也并不存在一种对上述鼓风量和含氧量的精确控制方法，仅能靠操作人员的经验进行控制。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种锅炉高效率燃烧节能控制方法，以实现对燃煤锅炉鼓风量和含氧量的精确控制，提高燃煤锅炉热效率。
本发明的另一目的在于提供一种锅炉高效率燃烧节能系统。
本发明的锅炉高效率燃烧节能控制方法，包括：
一种锅炉高效率燃烧节能控制方法，用于供热系统，该控制方法包括：
步骤S1：检测所述供热系统的锅炉的烟气含氧量；
步骤S2；判断检测到的所述烟气含氧量是否在一设定范围内；
步骤S3：如检测到的所述烟气含氧量不在所述设定范围内，则控制所述供热系统的鼓风机的鼓风量和/或给煤机的给煤量，直至所述烟气含氧量的检测值在所述设定范围内。
一种锅炉高效率燃烧节能系统，用于供热系统，该节能系统包括：
数据回传模块，包括一检测器，检测所述供热系统的锅炉的烟气含氧量；
计算模块，接收所述数据回传模块检测到的所述烟气含氧量，判断检测到的所述烟气含氧量是否在一设定范围内；
指令生成模块，接收所述计算模块的判断结果，如检测到的所述烟气含氧量不在所述设定范围内，则生成控制所述供热系统的鼓风机的鼓风量和/或给煤机的给煤量以使所述烟气含氧量的检测值在所述设定范围内的调度指令。
本发明的有益效果在于，本发明解决了现有技术的供热系统的燃煤锅炉中鼓风量和含氧量无法精确控制的技术问题，通过对烟气含氧量进行设定和检测，当检测到的燃煤锅炉内烟气含氧量高于设定上限时，通过控制鼓风机，适当减少鼓风量，满足燃料充分燃烧需氧量，达到充分燃烧，使得燃煤锅炉获得最高的热效率。而当烟气含氧量低于其设定值时，适当增加鼓风量，满足燃料充分燃烧需氧量，达到充分燃烧，使得锅炉获得最高的热效率。
本发明是使鼓风量既满足燃料充分燃烧的需要，又不因风量过多而降低炉膛温度，从而获得最高的热效率。通过实施本发明的控制方法，燃煤锅炉热效率可从65％提高到80％，锅炉热效率提高15％-20％左右。同时，通过实施本发明的控制方法，可以提高管网运行效率，管网运行效率从64％提高到84％，提高20％左右。
同时，本发明控制装置中的计算模块，代替了人工的大量繁琐计算，可解决供热行业管理人员良莠不齐，职员素质低下问题，不用繁琐计算，直接输入操作界面，得到运行数据，大大的减轻职员工作强度。
附图说明
图1为本发明实施例的锅炉自动化燃烧节能控制方法的示意图；
图2为本发明实施例的锅炉自动化燃烧节能系统的模块结构示意图。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
本说明书中的术语介绍如下：
1、燃煤量：锅炉每小时消耗燃煤数量，单位：吨/小时(T/h)，通常情况下，100T锅炉每小时耗煤量在13吨左右。
2、锅炉热效率：COP(Coefficient Of Performance)，即锅炉运行所消耗能量与所产生热量之间的转换比率，简称制热能效比。
3、标准煤：亦称煤当量，具有统一的热值标准。我国规定每千克标准煤的热值为7000千卡。将不同品种、不同含量的能源按各自不同的热值换算成每千克热值为7000千卡的标准煤。1kg标准煤发热＝7000cal(大卡)＝7000÷861大卡/KW＝8.13KW。
4、烟气残氧分析仪：又称氧化锆残氧分析仪，用于检测并分析排烟当中的氧含量，也即烟气含氧量。氧化锆残氧分析仪既可以现场显示数据，也可以将数据回传。氧化锆残氧分析仪设置在烟气通道中，具体的说是在锅炉尾部到空预器之间的烟气通道中，如果不设置有空预器，则设置在锅炉尾部与除尘器之间的烟气通道中。烟气氧含量6-8％属于正常范围，低于6-8％加大鼓风量；高于6-8％减小鼓风量，而进一步的，把烟气含氧量控制在5.8-6.8％内，燃煤锅炉的热效率更高。
本发明的控制系统的硬件包括但不限于：工业以太网，计算机系统，宽带，路由器，无线传感器，大容量数据库，锅炉系统测点，PM592控制器，采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。可接入工业以太网专网，实现控制指令传输和控制图像双传输。宽带能够满足人们感观所能感受到的各种媒体在网络上传输所需要的带宽。FCC(Federal Communications Commission全称美国联邦通讯委员会)2010年07月24日为“宽带”这个词语下了一个定义，FCC认为宽带意味着下载速率为4Mbps，上行为1Mbps，可以实现视频等多媒体应用，并同时保持基础的Web浏览和E-Mail特性。本控制系统是现场总线网络，用于连接I/O子站与主控制器。系统操作级网络用于连接主控制站与操作员工作站以及其他控制室设备如打印机等。现场总线网络采用Modubus总线，速率为12M。操作级及管理网采用以太网Ethernet连接，易于使用和扩展，速率为10/100M自适应。
在介绍本发明具体的控制方法之前，先介绍一下对燃煤自动化燃烧进行控制的理论依据：
首先，煤的化学成分包括：水分:9-20％，平均14.5％，燃烧带热量成分，属于挥发部分；挥发分：13-21％，平均17％，燃烧发热量成分，属于发热成分；灰分：11-21％，平均15.5％，燃烧带热成分，属于固定部分；固定碳：43-57％，平均50％，燃烧发热成分，属于发热部分。硫和氮氧化物：2-4％，平均3％，燃烧部分发热，属于发热部分。煤的发热有效成分：挥发分17％、固定碳50％以及硫和氮氧化物3％，三者合计70％。
煤的主要可燃元素是碳(C)，1kg纯碳完全燃烧生成CO2时：放出32860kJ(千焦尔)的热量＝7861.24cal(卡)；而1kg纯碳不完全燃烧生成CO时：放出9268kJ(千焦尔)的热量＝2217.22cal(卡)，用热量比计算，煤燃烧生成CO与CO2时燃烧放热比例：2217.22cal(卡)/7861.24cal(卡)＝28.2％。
因此，燃烧1KG煤需要氧气(含碳量按50％计算)的经验数据：燃烧1KG煤需要7立方米空气中的氧气(1.96KG：1立方米空气质量为1.293kg×7立方米＝9.051kg，1立方米空气中氧气质量为1331.058克×21％＝0.2795kg，0.5kg碳完全燃烧需要0.2795kg×7＝1.96KG氧气。而分子量数据：燃烧1KG煤需要1.33KG氧气，碳、氧质量比为3：8生成二氧化碳(精确)，1KG煤(含碳量按0.5KG碳计算)，完全燃烧需要氧气0.5×8÷3＝1.33KG，分子量O＝16、C＝12，(C02＝12+16×2＝44系数：44÷12＝3.667)；3/8＝0.5/O；O＝1.33kg。
由上述可知：理论与实际相差：1.96kg-1.33kg＝0.63kg。这样经验运行32％多余氧气鼓入炉膛(即：0.63kg÷1.96KG＝32.1％)。造成排烟带走大量热量，锅炉效率下降，自动化燃烧解决这个问题，是提高锅炉效率最佳途径。
而一般的热平衡方程式为：Qr＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6,k J/kg，式中：Qr–锅炉输入热量，Q1–锅炉有效利用的热量；Q2–排烟热损失；Q3–可燃气体不完全燃烧热损失；Q4–固体不完全燃烧热损失；Q5–锅炉散热损失；Q6-其他热损失。由此可知，燃煤有效燃烧放热成分，只有70％(70％有效燃烧放热成分)，用70％热效率锅炉燃烧(有效燃烧放热成分只有49％)，这样锅炉做有用功的碳和挥发分、硫、氮氧化合物只有49％。
当鼓风量大于燃烧需要氧时，多于空气排烟带走热量，当鼓风量小于燃烧需要氧时，煤不能充分燃烧，造成炉渣含炭量超标。
如图1所示，本发明的控制方法，解决以上矛盾，首先是用烟气残氧分析仪(氧化锆含氧量分析仪)检测烟气含氧量，当烟气含氧量氧含量高于其设定范围的上限时，适当减少鼓风量，满足燃料充分燃烧需氧量，达到充分燃烧，锅炉获得最高的热效率。
反之，当烟气含氧量低于其设定范围的下限时，适当增加鼓风量，优化鼓风量，满足燃料充分燃烧需氧量，达到充分燃烧，锅炉获得最高的热效率。优化的目标是使鼓风量既然满足燃料充分燃烧的需要，又不因风量过多而降低炉膛温度，从而获得最高的热效率。
上述的烟气氧含量设定范围，例如为5.8-8％，优选的为5.8-6.8％，
之所以选取上述的设定范围，可由以下的表1的试验数据所支持。
表1
如表1所示，烟气氧含量5.8-6.8％属于能效转化最高范围。
如图2所示，本发明实施例的控制系统包括数据回传模块、计算模块、指令生成模块、基本数据输入模块和设备数据输入模块。
其中，数据回传模块，包括一检测器，用于检测供热系统的锅炉的烟气含氧量，并将数据回传给计算模块。
而计算模块，接收所述数据回传模块检测到的所述烟气含氧量，判断检测到的所述烟气含氧量是否在一设定范围内，将计算结果传送给指令生成模块。
指令生成模块，接收计算模块的判断结果，如检测到的所述烟气含氧量不在所述设定范围内，也即大于设定范围的上限或小于设定范围的下限，则生成调度指令，以控制所述供热系统的鼓风机的鼓风量和/或给煤机的给煤量，以使所述烟气含氧量的检测值在所述设定范围内。
基本数据输入模块，用于输入基本数据的基本数据，基本数据包括但不限于锅炉燃煤的碳含量、燃煤的发热量和锅炉每小时耗煤量等数据。
而设备数据输入模块，用于输入设备数据，设备数据包括但不限于鼓风机效率和鼓风机小时鼓风量。
进一步的，指令生成模块包括初始调度指令生成单元和调整调度指令生成单元；在所述基本数据和设备数据输入后，经过所述计算模块计算，所述指令生成模块的初始调度指令生成单元生成炉排初始运行速度和初始鼓风量的调整调度指令，在检测到的烟气含氧量不在所述设定范围内时，所述指令生成模块的调整调度指令生成单元生成调整炉排运行速度和鼓风量的调整调度指令。
上述的调衡调度指令，既可以是仅对给煤量的调整，也可以是仅对鼓风量的调整，但也可以同时调整给煤量与鼓风量。但本发明的控制方法，优先的是对鼓风量的调整。
在执行上述调整调度指令时，可通过宽带传输向给煤机或鼓风机传送调度指令，鼓风机和给煤机均具有变频器，通过控制变频器的频率(赫兹数)以增加或减小给煤量与鼓风量，在所述烟气含氧量高于6.8％时，减小鼓风量和/或增加给煤量，在所述烟气含氧量低于5.8％时，增加鼓风量和/或减少给煤量。
其中，数据回传设备需利用网络设备实现，网络设备可包括路由器、数据传输设备等，用于将检测器检测到的数据及时发送回处于控制中心的计算模块。数据传输设备可以采用有线或者无线的方式。
本发明解决传统供热行业燃烧控制技术差，造成锅炉运行效率低的控制瓶颈，(传统锅炉运行效率只有65％左右，30％的燃煤白白浪费)，本专利解决当鼓风量大于燃烧需要氧时，多于空气排烟带走热量的弊病，本专利解决当鼓风量小于燃烧需要氧时，空气不足，煤不能充分燃烧，炉渣含炭量超标的弊病，本专利彻底解决了多年来困扰供热行业的痛苦，为提高锅炉效率，减少环境污染，节约能源做出很大的贡献！
本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种锅炉高效率燃烧节能控制方法，用于供热系统，其特征在于，该控制方法包括：
步骤S1：检测所述供热系统的锅炉的烟气含氧量；
步骤S2；判断检测到的所述烟气含氧量是否在一设定范围内；
步骤S3：如检测到的所述烟气含氧量不在所述设定范围内，则控制系统调整所述供热系统的鼓风机的鼓风量和给煤机的给煤量，使所述锅炉内的燃料达到充分燃烧，并使所述烟气含氧量的检测值在所述设定范围内；
所述设定范围为5.8-6.8％，且当烟气含氧量为6.8％，锅炉效率为26.09MW，能效转换比为44.82；
所述步骤S1之前还包括输入基本数据和设备数据，经过计算，生成炉排初始运行速度和初始鼓风量的步骤，所述基本数据包括锅炉燃煤的碳含量、燃煤的发热量和锅炉每小时耗煤量，所述设备数据包括鼓风机效率和鼓风机小时鼓风量；
还包括对所述基本数据和所述设备数据进行云计算数据处理的步骤；
鼓风机和给煤机分别具有炉排变频器和鼓风机变频器，通过调整所述炉排变频器和鼓风机变频器的频率以增加或减小给煤量与鼓风量，在所述烟气含氧量高于6.8％时，减小鼓风量和增加给煤量，在所述烟气含氧量低于5.8％时，增加鼓风量和减少给煤量；
还包括应用所述锅炉高效率燃烧节能控制方法的节能系统，该节能系统包括：
数据回传模块，包括一检测器，检测所述供热系统的锅炉的烟气含氧量；
计算模块，接收所述数据回传模块检测到的所述烟气含氧量，判断检测到的所述烟气含氧量是否在一设定范围内；
指令生成模块，接收所述计算模块的判断结果，如检测到的所述烟气含氧量不在所述设定范围内，则生成控制所述供热系统的鼓风机的鼓风量和给煤机的给煤量以使燃料达到充分燃烧且所述烟气含氧量的检测值在所述设定范围内的调度指令；还包括用于输入基本数据的基本数据输入模块和用于输入设备数据的设备数据输入模块，所述指令生成模块包括初始调度指令生成单元和调整调度指令生成单元；
在所述基本数据和设备数据输入后，经过所述计算模块计算，所述指令生成模块的初始调度指令生成单元生成炉排初始运行速度和初始鼓风量的调度指令；在检测到的烟气含氧量不在所述设定范围内时，所述指令生成模块的调整调度指令生成单元生成调整炉排运行速度和鼓风量的调整调度指令，所述计算模块为云计算模块；采用氧化锆残氧分析仪检测烟气含氧量。
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