CN108509717B - 一种烟气余热回收利用的节能量核算系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种烟气余热回收利用的节能量核算系统及方法，该系统包括烟气换热器、数据处理器、DCS系统、位于烟气换热器前端的第一温度传感器和烟气量传感器、位于烟气换热器后端的第二温度传感器；数据处理器通过对比第一温度传感器和第二温度传感器检测获得的系统投运前、刚投运、后续运行的同一锅炉蒸发量下的烟气温度，查烟气温焓表得出相应烟气焓值，乘以锅炉烟气量得出此刻烟气换热器所吸收的热量值，数据处理器持续不断的记录数据拟合一条由吸收热量与时间相关的曲线，通过拟合曲线方程，并对时间积分，得出该时间段内烟气换热器所吸收的总热量，即系统节能量。本发明可对节能量进行实时监控及计算，保证了节能量核算的准确性。

Description

一种烟气余热回收利用的节能量核算系统及方法

技术领域

本发明涉及节能环保领域，具体是一种烟气余热回收利用的节能量核算系统及方法。

背景技术

如今各种烟气余热回收利用的节能系统(以下简称“系统”)及技术都已经比较成熟，其主流的应用技术为回收烟气余热用于加热助燃空气，但是在运行过程中，因锅炉运行负荷工况是不断变化的，加之使用燃料的变化，且随着锅炉运行时间延长，本体受热面积灰不断增加，锅炉效率逐渐下降、排烟温度会逐渐增加，对其节能量的准确核算是一个很大难题。目前，并没有一个公认准确有效的计算方法。通常只能以某一时刻工况或几个时刻工况的平均数据理论计算值作为核算依据，此计算值在长时间的运行情况下并不具备代表性，无法反映锅炉在负荷变化、锅炉效率变化、烟温变化、燃料变化、烟气量变化等条件下节能量的变化，节能量计算误差较大。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种烟气余热回收利用系统的节能量核算系统及方法，采用实时采集数据的形式，对节能量进行实时监控及计算，保证了节能量核算的准确性，并且适应锅炉负荷变化、效率变化、烟温变化、燃料变化、烟气量变化等条件下节能量的变化，其累计节能量计算结果较为精确。

本发明采用的技术方案为：

一种烟气余热回收利用的节能量核算系统，包括烟气换热器、数据处理器、DCS系统、位于烟气换热器前端的第一温度传感器和烟气量传感器、位于烟气换热器后端的第二温度传感器，DCS系统、第一温度传感器和第二温度传感器分别与数据处理器连接；排烟温度通过在烟道内增加的第一温度传感器、第二温度传感器测点采集，锅炉蒸发量Q由DCS系统直接导入数据处理器；锅炉烟气量N1由DCS系统或在烟道内设置的烟气量传感器测点采集后导入数据处理器；第一温度传感器和第二温度传感器检测获得系统未投运时各种负荷(蒸发量)条件下的锅炉排烟温度t0、系统刚投运正常运行时各种负荷(蒸发量)条件下的锅炉排烟温度t1、系统后续正常运行时烟气换热器前后的烟气温度值t1’、t2’，数据处理器通过对比系统投运前、刚投运、后续运行的同一锅炉蒸发量下对应的烟气温度，查烟气温焓表得出相应烟气焓值，乘以锅炉烟气量N1得出此刻烟气换热器所吸收的热量值Q(t)，数据处理器持续不断的记录数据，拟合一条由吸收热量与时间相关的曲线，通过拟合曲线方程，并对时间积分，得出该时间段内烟气换热器所吸收的总热量，即系统节能量。

进一步的，热量值Q(t)的计算公式为：

Q(t)＝(h0-h2’)*N1+(h1’-h1)*N1

式中：Q(t)为某个监测时间点t时刻的节能量；h0、h1、h1’、h2’分别为系统未投运时、系统刚投运正常运行时烟气换热器前、后续正常运行烟气数据采集时换热器前、后续正常运行烟气数据采集时换热器后，分别对应的烟气焓值，单位kJ/Nm³；N1为烟气流量，单位为Nm³/s。

一种烟气余热回收利用的节能量核算方法，包括如下步骤：

步骤一、第一温度传感器和第二温度传感器检测获得系统未投运时各种蒸发量条件下对应的锅炉排烟温度t0、系统刚投运能够正常运行后各种蒸发量条件下对应的锅炉排烟温度t1、系统后续运行时烟气换热器前后的烟气温度值t1’、t2’；

步骤二、锅炉烟气量N1由DCS系统或在烟道内设置的烟气量传感器测点采集后导入数据处理器；

步骤三、数据处理器通过对比系统投运前、刚投运、后续运行的同一锅炉蒸发量下的烟气温度，查烟气温焓表得出相应烟气焓值，乘以锅炉烟气量N1得出此刻烟气换热器所吸收的热量值Q(t)；

步骤四、数据处理器持续不断的记录数据，拟合一条由吸收热量与时间相关的曲线，通过拟合曲线方程，并对时间积分，得出该时间段内烟气换热器所吸收的总热量，即系统节能量。

进一步的，步骤三中热量值Q(t)的计算公式为：

Q(t)＝(h0-h2’)*N1+(h1’-h1)*N1

式中：Q(t)为t时刻的节能量；h0、h1、h1’、h2’分别为系统未投运时、系统刚投运时烟气换热器前、后续正常运行烟气数据采集时换热器前、后续正常运行烟气数据采集时换热器后，分别对应的烟气焓值，单位为kJ/Nm³；N1为烟气流量，单位为Nm³/s。

上述测得系统投运前排烟问题t0、系统刚投运后排烟温度t1、系统后续运行时换热器前排烟温度t1’、换热器后排烟温度t2’，其目的是对比系统投运前与投运后后最终的排烟温度(t0、t2’)的差异，进而查对应的烟气焓值得出相应的节能量。同时，考虑到锅炉及烟气换热器长时间运行后，锅炉效率下降，烟气换热器前烟温t1’会较之前系统刚投运时的烟温t1有所升高，即相同负荷(蒸发量)情况下，锅炉排烟温度也会随着运行有所升高，此时烟温为t1’(即运行一段时间后烟气换热器前烟温)当t1’大于t1时，Δt＝t1’-t1，也需要作为烟气换热器所回收的热量计算在内。

综上所述，得到烟气侧节能量计算公式：

Q(t)＝(h0-h2’)*N1+(h1’-h1)*N1。

本发明具有如下效果：

1、可以实时记录系统的进口、出口烟气温度、烟气量，并以此计算对应的节能量的实时值和累计值；

2、对不同锅炉负荷、烟温变化、燃料变化、锅炉效率变化等的条件具有极强的适应性；

3、所计算出的节能量较为精确，能够反映长期运行条件下的实际节能量。

附图说明

图1是本发明烟气余热回收利用的节能量核算系统结构示意图；

图2是热回收量与时间的曲线图。

图中：1—锅炉，2—烟气换热器，3—空气换热器，4—数据处理器，5—DCS系统，6—第一温度传感器，7—第二温度传感器，8—烟气量传感器，9—风机，10—烟囱。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1所示为本发明烟气余热回收利用的节能量核算系统的结构示意图，该系统包括烟气换热器2、数据处理器4、DCS系统5、位于烟气换热器2前端的第一温度传感器6、烟气量传感器8、位于烟气换热器2后端的第二温度传感器7，DCS系统5、第一温度传感器6、烟气量传感器8和第二温度传感器7分别与数据处理器4连接。

在烟气换热器2、空气换热器3等余热回收利用系统投运前，采集锅炉1不同蒸发量(Q)情况下对应的锅炉排烟温度(t0)及锅炉烟气量数据(N0)。排烟温度通过在烟道内增加的第一温度传感器6、第二温度传感器7测点采集，锅炉负荷(蒸发量)、锅炉烟气量(若锅炉有烟气量测量数据)由DCS系统5直接导入数据处理器4，若锅炉无烟气量测量数据，则由在烟道内增加的烟气量传感器8测点采集。所需计算节能量的精度，可根据锅炉蒸发量生产的大小范围，对烟温、烟气量数据采集所对应蒸发量的变化幅度可设定或自行选定，幅度变化越小，累计节能量计算越精确。余热回收利用系统投运前，，数据采集完成后，形成一张由对应蒸发量下的锅炉排烟温度及锅炉烟气量数据表送入数据处理器4进行比对计算处理，如下表所示。

蒸发量Q	排烟温度t0	烟气量N0
			Q1	t01	N01
Q2	t02	N02
			Q3	t03	N03
...	...	...

在烟气换热器2、空气换热器3等余热回收利用系统刚正常投运时，采集不同锅炉蒸发量(Q)情况下的烟气换热器前锅炉排烟温度t1、锅炉烟气量N1等数据。烟气温度通过在烟道内增加的第一温度传感器6、第二温度传感器7测点采集，锅炉负荷(蒸发量)、锅炉烟气量(若锅炉有烟气量测量数据)由DCS系统5直接导入。若锅炉无烟气量测量数据，则由在烟道内增加的烟气量传感器8测点采集。采集的数据形成一张由对应蒸发量下的烟气温度、烟气量组成的数据表，并送入数据处理器4进行比对计算处理，如下表所示。

在烟气换热器2、空气换热器3等余热回收利用系统后续正常运行，进行实时采集烟气换热器前排烟温度t1’、烟气换热器后排烟温度t2’，进行数据处理工作由数据处理器4完成。数据处理器4通过对比系统投运前、刚投运、后续运行所设定或自行选定同一锅炉蒸发量变化幅度所对应的烟气温度，查烟气温焓表得出相应烟气焓值，乘以烟气量得出此刻烟气换热器所吸收的热量值。数据处理器4持续不断的记录数据，拟合一条由吸收热量与时间相关的曲线，通过拟合曲线方程，并对时间积分，得出该时间段内烟气换热器所吸收的总热量，即系统节能量。

关于数据处理器4内部计算方法的说明：

一、设定参考值

1.系统未投运时，各种蒸发量条件下的锅炉排烟温度t0，烟气量N0。

2.系统刚投运正常后各种负荷(蒸发量)条件下的锅炉排烟温度t1，锅炉烟气量N1(一般在负荷、炉效率、燃料没有变化的情况下N0＝N1)。需要说明的是，此时的t1为新系统刚投运正常运行时测定的温度。

3.通过温焓表查取对应温度下的烟气焓值，此温焓表数据在锅炉燃料发生变化时，在处理器中需进行调整。

二、热回收量即节能量计算过程

1.系统后续正常运行时，进行数据采集，实时取得烟气换热器前后的烟气温度值t1’、t2’、锅炉烟气量N1。

2.根据t0、t1、t1’、t2’分别查温焓表，查出对应焓值h0、h1、h1’、h2’。

3.此时的热回收量即Q(t)＝(h0-h2’)*N1+(h1’-h1)*N1

式中：Q(t)为某个监测时间点t时刻的节能量；h0、h1、h1’、h2’分别为系统未投运时、系统刚投运时烟气换热器前、后续正常运行烟气数据采集时换热器前、后续正常运行烟气数据采集时换热器后，分别对应的烟气焓值，单位kJ/Nm3；N1为烟气流量，单位为Nm3/s。要计算一段时间的累计节能量，即将Q(t)函数对时间积分即可。

4.根据所设定或自行选定锅炉蒸发量变化幅度所对应的烟温，对烟温变化所对应的温焓表查出对应烟气焓值，分别计算出每个监测时间点的热回收量。经过一段时间后，通过对Q(t)曲线拟合成曲线方程，对时间t进行积分得到该时间段内的热回收量。

5.曲线示意图如图2所示。

如下情况也作为数据处理器4计算修正项考虑在内：

(1)烟气换热器投运后，锅炉长时间运行，锅炉效率下降，排烟温度(即烟气换热器前烟温)会较之前的排烟温度有所升高。系统刚投运正常运行时排烟温度为t1(即系统投运后最初烟气换热器前烟温)，而锅炉运行一段时间后，相同蒸发量情况下锅炉排烟温度也会有所升高，设此时烟温为t1’(即运行一段时间后烟气换热器前烟温)当t1’大于t1时，Δt＝t1’-t1，也需要作为烟气换热器所回收的热量计算在内，即Q(t)方程中的(h1’-h1)*N1项，系统刚投运正常运行时此项为0。

(2)当锅炉燃料发生较大变化时，所产生的烟气组分也会相应变化，对应温度下的烟气焓值也会相应变化，故数据处理器4需要重新导入烟气温焓表数据进行计算。

Claims (4)

1.一种烟气余热回收利用的节能量核算系统，其特征在于：包括烟气换热器、数据处理器、DCS系统、位于烟气换热器前端的第一温度传感器和烟气量传感器、位于烟气换热器后端的第二温度传感器，DCS系统、第一温度传感器和第二温度传感器分别与数据处理器连接；排烟温度通过在烟道内增加的第一温度传感器、第二温度传感器测点采集，锅炉蒸发量由DCS系统直接导入数据处理器，锅炉烟气量由DCS系统或在烟道内设置的烟气量传感器测点采集后导入数据处理器；第一温度传感器和第二温度传感器检测获得系统未投运时各种蒸发量条件下对应的锅炉排烟温度、系统刚投运正常运行时各种蒸发量条件下对应的锅炉排烟温度、系统后续正常运行时烟气换热器前后的烟气温度值，数据处理器通过对比系统投运前、刚投运、后续正常运行的同一锅炉蒸发量下对应的烟气温度，查烟气温焓表得出相应烟气焓值，乘以锅炉烟气量得出此刻烟气换热器所吸收的热量值，数据处理器持续不断的记录数据，拟合一条由吸收热量与时间相关的曲线，通过拟合曲线方程，并对时间积分，得出该时间段内烟气换热器所吸收的总热量，即系统节能量。

2.如权利要求1所述的烟气余热回收利用的节能量核算系统，其特征在于：热量值Q(t)的计算公式为：

Q(t)＝(h0-h2’)*N1+(h1’-h1)*N1

式中：Q(t)为某个监测时间点t时刻的节能量；h0、h1、h1’、h2’分别为系统未投运时、系统刚投运正常运行时烟气换热器前、后续正常运行烟气数据采集时换热器前、后续正常运行烟气数据采集时换热器后，分别对应的烟气焓值，单位kJ/Nm³；N1为烟气流量，单位为Nm³/s。

3.一种烟气余热回收利用的节能量核算方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、第一温度传感器和第二温度传感器检测获得系统未投运时各种蒸发量条件下对应的锅炉排烟温度、系统刚投运能够正常运行后各种蒸发量条件下对应的锅炉排烟温度、系统后续运行时烟气换热器前后的烟气温度值；

步骤二、锅炉烟气量由DCS系统或在烟道内设置的烟气量传感器测点采集后导入数据处理器；

步骤三、数据处理器通过对比系统投运前、刚投运、后续运行的同一锅炉蒸发量下的烟气温度，查烟气温焓表得出相应烟气焓值，乘以锅炉烟气量得出此刻烟气换热器所吸收的热量值；

步骤四、数据处理器持续不断的记录数据，拟合一条由吸收热量与时间相关的曲线，通过拟合曲线方程，并对时间积分，得出该时间段内烟气换热器所吸收的总热量，即系统节能量。

4.如权利要求3所述的烟气余热回收利用的节能量核算方法，其特征在于：步骤三中热量值Q(t)的计算公式为：

Q(t)＝(h0-h2’)*N1+(h1’-h1)*N1

式中：Q(t)为某个监测时间点t时刻的节能量；h0、h1、h1’、h2’分别为系统未投运时、系统刚投运正常运行时烟气换热器前、后续正常运行烟气数据采集时换热器前、后续正常运行烟气数据采集时换热器后，分别对应的烟气焓值，单位kJ/Nm³；N1为烟气流量，单位为Nm³/s。

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