CN109611813A - 一种锅炉能效在线监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种锅炉能效在线监测方法及系统，涉及锅炉运行数据监测技术领域。该系统包括现场监测系统、数据采集系统、数据分析系统以及结果显示系统，实现锅炉运行参数的快速、准确、实时记录，及时发现各项运行参数的异常；通过采集的参数实时计算锅炉热效率，实现锅炉运行能效的在线监测；用户能够根据监测数据及时优化锅炉运行参数，提高燃烧效率，节约运行成本，达到锅炉节能减排的目的。

Description

一种锅炉能效在线监测方法及系统

技术领域

本发明涉及锅炉运行数据监测技术领域，特别涉及一种锅炉能效在线监测方法及系统。

背景技术

我国的能源结构以煤为主，量大面广的工业锅炉要消耗大量燃煤。据了解，我国在用工业锅炉约62万台，其中燃煤工业锅炉约47万余台，占工业锅炉总数的80％以上，其年消耗标准煤约4亿吨，约占全国煤炭消耗总量的1/4。目前，我国在用燃煤工业锅炉以链条炉排为主，实际运行热效率仅达65％左右，比国际先进水平低15至20个百分点，这不仅意味着大量能源资源被浪费，同时也加重了环境污染。因此，提高锅炉运行能效、降低燃煤量将是工业锅炉节能减排工作的重点。

目前对于锅炉的运行能效没有有效的在线监测方法。一些单位为了提高能源利用效率，增强操作人员的节能意识，会对灰渣含碳量、排烟温度等影响锅炉燃烧或者锅炉出力方面的个别参数进行检测或者在线监测。然而，单一的灰渣含碳量的高低或者排烟温度的高低，不能代表锅炉效率，需要将这些影响锅炉运行的参数综合在一起，进行计算分析，才能确定其效率，进而判断其运行是否经济。一些锅炉管理规范的单位，为了有效掌握锅炉运行效率，会对锅炉热效率进行检测。对于锅炉热效率的获取，目前只能通过锅炉热工测试才能取得。这种方式得到的数据也只是历史数据，不是实时数据，不能真实的反应实际燃烧过程中的锅炉热效率，从而锅炉操作人员无法根据该方法得到的效率值对当前锅炉的运行状态进行评估诊断，进而无法起到优化锅炉运行参数、提高锅炉运行能效、降低燃煤消耗的作用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种锅炉能效在线监测方法及系统。

本发明所采用的技术方案是：一种锅炉能效在线监测方法，其技术要点是，包括以下步骤：

步骤1，获取锅炉运行参数的步骤；

所述的运行参数包括给煤量、煤质的水分、灰分、挥发分、风量、风温、风压、出水温度、出水流量、回水温度、回水流量、飞灰量、炉渣量、飞灰含碳量、炉渣含碳量、烟气流量、烟气温度、烟气中CO、CO₂、O₂、NOx、SO₂、H₂O含量；

步骤2，获得锅炉的正平衡热效率和反平衡热效率的步骤；

步骤3，对锅炉运行参数进行实时显示,并根据步骤2获得的锅炉正平衡热效率和反平衡热效率，对锅炉燃烧工况进行调整。

上述方案中，步骤2所述的获得锅炉的正平衡热效率和反平衡热效率的步骤，具体如下：

根据测得的煤质的水分、灰分和挥发分，计算燃煤热值Q_net,kJ/kg，公式为：

Q_net＝28950-250A_ar-260M_ar (1)

式中：A_ar为煤中灰分含量,％；M_ar为煤中水分含量,％；

根据测得的出水温度、出水流量、回水温度和回水流量，计算有效供热量Q1,kJ/h，公式为：

Q1＝C_水×Q_cs×(T_cs-T_hs) (2)

式中：C_水为水的比热容,kJ/(kg·℃)；Q_cs为出水流量,kg/h；T_cs为出水温度,℃；T_hs为回水温度,℃；cs表示出水，hs表示回水；

根据测得的烟气流量、烟气温度、风温和燃煤热值，计算排烟热损失q2，％，公式如下：

式中：Q_yq为烟气流量,Nm³/h；C_yq为烟气的比热容,kJ/(m³·℃)；T_yq为烟气温度,℃；T_gf为给风温度,℃；B为燃煤量,kg/h；Q_net为燃煤热值,kJ/kg；yq表示烟气，gf表示给风；

其中式(3)中的C_yq是利用采集到的烟气中CO、CO₂、O₂、H₂O的含量计算获得的，计算公式如下：

式中：φ_CO2为烟气中CO₂含量,％；φ_CO为烟气中CO含量,ppm；φ_O2为烟气中O₂含量,％；φ_H2O为烟气中H₂O含量,体积百分比％；

根据测得的烟气流量和烟气中CO含量，计算气体不完全燃烧损失q3，％，公式如下，

公式(3)和公式(5)中的灰渣不完全燃烧损失q4，％，则根据测得的飞灰量、炉渣量、飞灰含碳量和炉渣含碳量计算获得，公式为：

式中，M_fh为飞灰的质量,mg/m³；C_fh为飞灰含碳量,％；M_lz为炉渣的质量,kg/h；C_lz为炉渣含碳量,％；B为耗煤量,kg/h；Q_net为煤的热值,KJ/kg；

根据测得的灰渣量，计算灰渣物理热损失q6，％，公式为：

式中：M_lz为炉渣的质量,kg/h；c为灰渣比热容,c＝0.966KJ/(Kg·℃)；θ为灰渣温度,对于链条炉，θ＝600℃；

根据计算得到的燃煤热值Q_net和有效供热量Q1，计算锅炉正平衡热效率η1，％，公式如下：

根据计算得到的燃煤热值Q_net、排烟热损失q2、气体不完全燃烧损失q3、灰渣不完全燃烧损失q4、灰渣物理热损失q6，计算锅炉反平衡热效率η2，％，公式如下：

η2＝100-q2-q3-q4-q5-q6 (9)

式中：q2、q3、q4、q6为实测值，q5为估算值。

上述方案中，当锅炉正平衡热效率和锅炉反平衡热效率低于65％时，表明当前锅炉的热效率过低，应对锅炉燃烧工况进行调整。

上述方案中，所述的对锅炉燃烧工况进行调整，包括对锅炉的进煤量、风煤比及煤床分段风压和风量的调节。

一种锅炉能效在线监测系统，包括现场监测系统、数据采集系统、数据分析系统以及结果显示系统；

所述的现场监测系统用于监测锅炉运行实时数据；

数据采集系统用于采集由现场监测系统获得的锅炉运行实时数据，并将采集到的实时数据传输给数据分析系统；

数据分析系统用于接收来自现场监测系统各个监测单元的数据并进行管理、分析，同时根据采集到的数据计算锅炉正平衡热效率和反平衡热效率,实现对锅炉运行能效的监测。

本发明的有益效果是：该锅炉能效在线监测方法及系统，包括现场监测系统、数据采集系统、数据分析系统以及结果显示系统，实现锅炉运行参数的快速、准确、实时记录，及时发现各项运行参数的异常；通过采集的参数实时计算锅炉热效率，实现锅炉运行能效的在线监测；用户能够根据监测数据及时优化锅炉运行参数，提高燃烧效率，节约运行成本，达到锅炉节能减排的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中锅炉能效在线监测方法及系统的结构框图；

图2为本发明实施例中现场监测系统所采集到的锅炉运行数据示意图。

具体实施方式

使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1～图2和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例采用的锅炉能效在线监测系统，包括现场监测系统、数据采集系统、数据分析系统以及结果显示系统；其中,

现场监测系统，利用各类在线监测仪器、仪表针对影响锅炉运行能效的煤质参数、供风参数、工质参数、灰渣参数、排烟参数进行监测。本实施例中的现场监测系统包括各类在线监测仪器和仪表，例如包括：皮带称重机、煤质在线分析装置、热式气体质量流量计、压力传感器、温度传感器、电磁流量计、在线粉尘仪、螺旋计量称、飞灰含碳量在线监测装置、炉渣含碳量在线监测装置、烟气CO、CO₂、O₂、NOx、SO₂分析仪、烟气湿度仪等。

各仪表的安装位置如下：皮带称重机安装于锅炉的上煤装置上；煤质在线分析装置布置在炉顶原煤皮带附近；热式气体质量流量计分别安装于风道、排烟管路上；压力传感器安装于风道；温度传感器分别安装于风道、排烟管路、出水管路及回水管路上；电磁流量计分别安装于出水管路、回水管路上；在线粉尘仪安装于锅炉出口排烟管路上；螺旋计量称布置在炉渣下降管附近；飞灰含碳量在线监测装置布置在锅炉排烟管路附近；炉渣含碳量在线监测装置布置在炉渣下降管附近；烟气CO、CO₂、O₂、NOx、SO₂分析仪安装于锅炉出口排烟管路上；烟气湿度仪安装于锅炉出口排烟管路上。

数据采集系统，用于采集由现场监测系统获得的锅炉运行实时数据，并将采集到的实时数据传输给数据分析系统；本实施例中的实时数据具体包括给煤量、煤质的水分、灰分、挥发分、风量、风温、风压、出水温度、出水流量、回水温度、回水流量、飞灰量、炉渣量、飞灰含碳量、炉渣含碳量、烟气流量、烟气温度、烟气中CO含量、烟气中CO₂含量、烟气中O₂含量、烟气中NOx含量、烟气中SO₂含量、烟气中H₂O含量等。数据采集系统通过PLC控制器完成对锅炉运行现场各类在线监测仪器、仪表所发出的模拟信号的采集，并且将模拟信号转化为数字信号传输给数据分析系统。

数据分析系统,用于接收来自现场监测系统各个监测单元的数据并进行管理、分析，同时根据采集到的数据计算锅炉正平衡热效率和反平衡热效率,实现对锅炉运行能效的监测。

结果显示系统，用于实时接收来自数据分析系统和现场监测系统反馈的全部数据，并将锅炉能效水平及影响锅炉能效的各项主要参数反映在显示器上，为操作人员及时有效地进行燃烧优化调整提供了条件和依据。

本发明实施例采用的锅炉能效在线监测方法，包括以下步骤：

获取锅炉运行参数的步骤，包括给煤量、煤质的水分、灰分、挥发分、风量、风温、风压、出水温度、出水流量、回水温度、回水流量、飞灰量、炉渣量、飞灰含碳量、炉渣含碳量、烟气流量、烟气温度、烟气中CO、CO₂、O₂、NOx、SO₂、H₂O含量；

获得锅炉的正平衡热效率η1和反平衡热效率η2的步骤，具体如下：

根据测得的煤质的水分、灰分和挥发分，计算燃煤热值Q_net(kJ/kg)，公式为：

Q_net＝28950-250A_ar-260M_ar (1)

式中：A_ar为煤中灰分含量(％)，M_ar为煤中水分含量(％)；

根据测得的出水温度、出水流量、回水温度和回水流量，计算有效供热量Q1(kJ/h)，公式为：

Q1＝C_水×Q_cs×(T_cs-T_hs) (2)

式中：C_水为水的比热容(kJ/(kg·℃))，Q_cs为出水流量(kg/h)，T_cs为出水温度(℃)，T_hs为回水温度(℃)；cs表示出水，hs表示回水；

根据测得的烟气流量、烟气温度、风温和燃煤热值，计算排烟热损失q2(％)，公式如下：

式中：Q_yq为烟气流量(Nm³/h)，C_yq为烟气的比热容(kJ/(m³·℃))，T_yq为烟气温度(℃)，T_gf为给风温度(℃)，B为燃煤量(kg/h)，Q_net为燃煤热值(kJ/kg)，yq表示烟气，gf表示给风。

其中式(3)中的C_yq是利用采集到的烟气中CO、CO₂、O₂、H₂O的含量计算获得的，计算公式如下：

式中：φ_CO2为烟气中CO₂含量(％)，φ_CO为烟气中CO含量(ppm)，φ_O2为烟气中O₂含量(％)，φ_H2O为烟气中H₂O含量(体积百分比％)；

根据测得的烟气流量和烟气中CO含量，计算气体不完全燃烧损失q3(％)，公式如下，

公式(3)和公式(5)中的灰渣不完全燃烧损失q4(％)，则根据测得的飞灰量、炉渣量、飞灰含碳量和炉渣含碳量计算获得，公式为：

式中，M_fh为飞灰的质量(mg/m³)，C_fh为飞灰含碳量(％)，M_lz为炉渣的质量(kg/h)，C_lz为炉渣含碳量(％)，B为耗煤量(kg/h)，Q_net为煤的热值(KJ/kg)；

根据测得的灰渣量，计算灰渣物理热损失q6(％)，公式为：

式中：M_lz为炉渣的质量(kg/h)，c为灰渣比热容(取0.966KJ/(Kg·℃))，θ为灰渣温度(对于链条炉，θ取600℃)；

根据计算得到的燃煤热值Q_net和有效供热量Q1，计算锅炉正平衡热效率η1(％)，公式如下：

根据计算得到的燃煤热值Q_net、排烟热损失q2、气体不完全燃烧损失q3、灰渣不完全燃烧损失q4、灰渣物理热损失q6，计算锅炉反平衡热效率η2(％)，公式如下：

η2＝100-q2-q3-q4-q5-q6 (9)

式中：q2、q3、q4、q6为实测值，q5为估算值。

对锅炉运行参数进行实时显示,并根据步骤2获得的锅炉正平衡热效率和锅炉反平衡热效率，对锅炉燃烧工况进行调整。

本实施例中当锅炉正平衡热效率和锅炉反平衡热效率低于65％时，表明当前锅炉的热效率过低，应对锅炉燃烧工况进行调整。本实施例中调整方法包括：

调整进煤量：调整进煤闸开口大小，改变煤层厚度。例如，调大开口时，煤层厚度增加，进煤量增大；调小开口时，煤层厚度降低，进煤量减少。或调整炉排转速机的速度,改变炉排运转速度，调大速度时，炉内煤量增加，调小速度时，炉内煤量减少。

调整风煤比：调整给风机的转速，或调整风门开度大小。例如，提高风机转速，给风量增大,降低风机的转速，给风量减少，调大风门开度，给风量增大，调小风门开度，给风量减少。

调整煤床分段风压、风量：调整各风室的风门开度大小。例如，调大风门开度，该风室给风风量增加，调小风门开度，该风室给风风量减少。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种锅炉能效在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取锅炉运行参数的步骤；

所述的运行参数包括给煤量、煤质的水分、灰分、挥发分、风量、风温、风压、出水温度、出水流量、回水温度、回水流量、飞灰量、炉渣量、飞灰含碳量、炉渣含碳量、烟气流量、烟气温度、烟气中CO、CO₂、O₂、NOx、SO₂、H₂O含量；

步骤2，获得锅炉的正平衡热效率和反平衡热效率的步骤；

步骤3，对锅炉运行参数进行实时显示,并根据步骤2获得的锅炉正平衡热效率和锅炉反平衡热效率，对锅炉燃烧工况进行调整。

2.如权利要求1所述的锅炉能效在线监测方法，其特征在于，步骤2所述的获得锅炉的正平衡热效率和反平衡热效率的步骤，具体如下：

根据测得的煤质的水分、灰分和挥发分，计算燃煤热值Q_net,kJ/kg，公式为：

Q_net＝28950-250A_ar-260M_ar (1)

式中：A_ar为煤中灰分含量,％；M_ar为煤中水分含量,％；

根据测得的出水温度、出水流量、回水温度和回水流量，计算有效供热量Q1,kJ/h，公式为：

Q1＝C_水×Q_cs×(T_cs-T_hs) (2)

式中：C_水为水的比热容,kJ/(kg·℃)；Q_cs为出水流量,kg/h；T_cs为出水温度,℃；T_hs为回水温度,℃；cs表示出水，hs表示回水；

根据测得的烟气流量、烟气温度、风温和燃煤热值，计算排烟热损失q2,％，公式如下：

式中：Q_yq为烟气流量,Nm³/h；C_yq为烟气的比热容,kJ/(m³·℃)；T_yq为烟气温度,℃；T_gf为给风温度,℃；B为燃煤量,kg/h；Q_net为燃煤热值,kJ/kg；yq表示烟气，gf表示给风；

其中式(3)中的C_yq是利用采集到的烟气中CO、CO₂、O₂、H₂O的含量计算获得的，计算公式如下：

式中：φ_CO2为烟气中CO₂含量,％；φ_CO为烟气中CO含量,ppm；φ_O2为烟气中O₂含量,％；φ_H2O为烟气中H₂O含量,体积百分比％；

根据测得的烟气流量和烟气中CO含量，计算气体不完全燃烧损失q3,％，公式如下，

公式(3)和公式(5)中的灰渣不完全燃烧损失q4,％，则根据测得的飞灰量、炉渣量、飞灰含碳量和炉渣含碳量计算获得，公式为：

式中，M_fh为飞灰的质量,mg/m³；C_fh为飞灰含碳量,％；M_lz为炉渣的质量,kg/h；C_lz为炉渣含碳量,％；B为耗煤量,kg/h；Q_net为煤的热值,KJ/kg；

根据测得的灰渣量，计算灰渣物理热损失q6,％，公式为：

式中：M_lz为炉渣的质量,kg/h；c为灰渣比热容,c＝0.966KJ/(Kg·℃)；θ为灰渣温度,对于链条炉，θ＝600℃；

根据计算得到的燃煤热值Q_net和有效供热量Q1，计算锅炉正平衡热效率η1,％，公式如下：

根据计算得到的燃煤热值Q_net、排烟热损失q2、气体不完全燃烧损失q3、灰渣不完全燃烧损失q4、灰渣物理热损失q6，计算锅炉反平衡热效率η2,％，公式如下：

η2＝100-q2-q3-q4-q5-q6 (9)

式中：q2、q3、q4、q6为实测值，q5为估算值。

3.如权利要求1所述的锅炉能效在线监测方法，其特征在于，当锅炉正平衡热效率和锅炉反平衡热效率低于65％时，表明当前锅炉的热效率过低，应对锅炉燃烧工况进行调整。

4.如权利要求3所述的锅炉能效在线监测方法，其特征在于，所述的对锅炉燃烧工况进行调整，包括对锅炉的进煤量、风煤比及煤床分段风压和风量的调节。

5.如权利要求1所述的锅炉能效在线监测系统，其特征在于，包括现场监测系统、数据采集系统、数据分析系统以及结果显示系统；

所述的现场监测系统用于监测锅炉运行实时数据；

数据采集系统用于采集由现场监测系统获得的锅炉运行实时数据，并将采集到的实时数据传输给数据分析系统；

数据分析系统用于接收来自现场监测系统各个监测单元的数据并进行管理、分析，同时根据采集到的数据计算锅炉正平衡热效率和反平衡热效率,实现对锅炉运行能效的监测。