CN111443635A

CN111443635A - 节能减排实时监测系统

Info

Publication number: CN111443635A
Application number: CN202010288423.3A
Authority: CN
Inventors: 缪美芳; 刘霁阳
Original assignee: Zhejiang Zhefeng Energy Co ltd
Current assignee: Zhejiang Zhefeng Energy Co ltd
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2020-07-24

Abstract

本发明涉及一种节能减排实时监测系统，包括视频监控系统、环境监控系统、传输系统以及远程监控系统，视频监控系统、环境监控系统分别通过传输系统与远程监控系统连接；视频监控系统包括：摄像头和红外枪机，均安装在锅炉设备周围，用于采集锅炉运行状态视频数据并传输至远程监控系统；环境监控系统包括：采集装置、处理器、可自动发短信或拨打电话的模块以及报警器，所述采集装置、可自动发短信或拨打电话的模块以及报警器分别与所述处理器连接；本发明实现对监管锅炉运行情况的动态管理，实时了解锅炉的运行情况，锅炉发生异常时的、报警、记录、通知；能够为锅炉运行的安全、能效数据的查询，获取最佳的节能效果。

Description

节能减排实时监测系统

技术领域

本发明属于能源监测设备技术领域，具体涉及一种节能减排实时监测系统。

背景技术

锅炉既是耗能大户，也是污染大户，锅炉排放的烟气是形成城市中主要大气污染物PM2.5主要排放源之一，是城市雾霾治理的重点方向。因此，运用物联网技术，建立工业锅炉智慧云平台，实现锅炉监管机构、测试机构、使用单位、制造企业和节能服务机构多元共治，加强工业锅炉运行管理，提高其运行效率，对我国建设能源节约型、环境友好型社会具有非常重要的现实意义。

锅炉运行是个动态过程，为了让锅炉保持健康运行状态，就必须加强日常运行状态监测，随时处理和调整运行方式。根据近几年锅炉运行状况普查统计，浙江乃至全国工业锅炉大部分处都于亚健康运行状态，由于缺少在线监测手段，使用单位难以掌握己方锅炉节能状况，更无从谈起优化运行和节能改造。从现有监管手段来看，由于工业锅炉容量小、数量大、布点分散，难以集中监管；各区域工业锅炉基本信息及与节能动态监管数据难以获取，要想全面监管有很大的难度。

目前，锅炉能效测试机构节能检测工作都需人工现场进行，难以有效获取锅炉运行动态数据，锅炉运行实时数据记录不连续、不完整、不精确，不能及时了解锅炉运行现状。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种节能减排实时监测系统，以解决现有技术中锅炉运行实时数据记录不连续、不完整、不精确，不能及时了解锅炉运行现状的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种节能减排实时监测系统，包括：视频监控系统、环境监控系统、传输系统以及远程监控系统，所述视频监控系统、环境监控系统分别通过传输系统与所述远程监控系统连接；所述视频监控系统用于拍摄视频，所述环境监控系统用于采集监测数据，所述监测数据及视频数据均传输至远程监控系统，所述远程监控系统用于根据所述监测数据绘制数据监测示意图并进行显示；所述远程监控系统还用于接收所述监测数据并制成报表；

所述视频监控系统包括：摄像头和红外枪机，均安装在锅炉设备周围，用于采集锅炉运行状态视频数据并传输至远程监控系统；

所述环境监控系统包括：采集装置、处理器、可自动发短信或拨打电话的模块以及报警器，所述采集装置、可自动发短信或拨打电话的模块以及报警器分别与所述处理器连接。

进一步的，所述传输系统包括：

通过数据传输线路依次连接的网络交换机和光线收发器。

进一步的，所述采集装置包括：

软水硬度传感器、蒸汽压力传感器、蒸汽温度传感器、给水温度传感器、环境温度传感器、排烟温度传感器、排烟氧量传感器、电流传感器、电压传感器、高水位传感器、低水位传感器。

进一步的，还包括：

专家系统，用于在所述采集装置采集的信号出现异常时，远程监控系统发现异常信号至专家系统，专家系统对所述异常信号进行分析处理；

所述专家系统通过传输系统与所述远程监控系统连接。

进一步的，所述远程监控系统包括：

多个子系统，所述视频监控系统、环境监控系统分别通过传输系统与多个所述子系统连接，当所述远程监控系统出现故障时，所述视频监控系统、环境监控系统通过多个子系统实现线路正常运行。

进一步的，所述远程监控系统采用可视化远程监控系统；

所述远程监控系统还用于根据监测数据计算热效率及能效参数做出节能判断并根据所述节能判断调整锅炉运行状态。

进一步的，所述环境监控系统还包括：

故障自检测模块，所述故障自检测模块与所述处理器连接；

所述故障自检测模块用于将环境监控系统产生的故障信息发送至所述处理器，所述处理器接收到故障信息控制报警器进行故障报警提醒。

进一步的，所述故障自检测模块包括：

短路故障指示器、接地故障断路器、过压保护电路以及过流保护电路。

进一步的，所述环境监控系统还包括：

信号预处理模块，用于对采集装置发送至处理器的信号进行预处理；

所述信号预处理模块与所述处理器连接。

进一步的，所述可自动发短信或拨打电话的模块是GSM或TD-WCDMA。

本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：

基于Internet(ADSL、GPRS及3G)工业锅炉远程动态监测技术，能够使在集控中心的锅炉监测人员实时在线监测不同区域锅炉运行情况，当锅炉缺水、超压时，系统能够与现场同时报警，并通过短信或通话形式立刻提醒操作人员采取安全措施；当锅炉燃烧工况或负荷变化时，能根据在线热效率及能效参数做出节能判断，并通过视频或通话形式，快速指导操作人员调整锅炉燃烧状况，达到经济燃烧的目的。该系统不仅能够有效降低锅炉安全隐患，而且能有效提升锅炉节能管理水平。锅炉远程监测系统的节能措施，主要通过管理节能和技术节能两种方式来实现。

1)提高运行管理，实现高效运行(管理节能)。该系统可实时在线反映锅炉运行效率，指导锅炉运行操作，提高锅炉的技术性能和运行状态，节约能源，减少浪费，使锅炉的各项损失为最小而热效率为最高，取得最佳的节能效果。

2)通过数据分析，实施节能改造(技术节能)。如监测到锅炉的运行状况不佳，且分析认为由于锅炉本身的结构、技术、老化等原因，无法通过调整运行参数来提高锅炉运行效率时，可以建议用户进行技术改造，如水质硬度超标，则可指导企业对水处理设备技术升级或改造；排烟温度偏高，可在锅炉尾部受热面加装节能器、或加装煤分层装置、炉拱改造或采用变频控制技术等，可以大大提高锅炉燃烧效率。

3)为政府能源管理部门节能政策制定提供理论数据。如该系统对锅炉能耗的计量，能为锅炉结构节能调整提供理论依据。

4)提高检测机构能效测试效率。在开发的多功能便携式锅炉远程监测装置具备锅炉负荷分析仪的功能，只要运用得当，完全可以减少检测机构进行现场能效测试工作。且由于其具备实时在线监测功能，其数据监测更具准确性、科学性。随着能效测试、负荷分析测试工作的被取代，锅炉使用单位、政府检测机构用于该项检测的费用将极大减少，而检测工作效率大大提高。

5)云共享作用显著。建立地区覆盖性的锅炉远程监测中心，能够实现对燃煤、燃油、燃气、有机热载体及热电厂等各种型式锅炉远程监测的全覆盖；能够形成集锅炉安全运行、在线能耗诊断及远程监管为一体锅炉检测和监管完备体系；能够实现政府监管部门、使用单位、制造单位和安全节能服务机构四个层面的信息共享；能够为锅炉安全节能监管和政策制定提供可靠依据，实现政府部门运用物联网技术对在用锅炉真正意义上的安全与节能动态监管。随着入网装置数量的增多，其数据收集量将更广、更具代表性，有助于政府、科研机构、锅炉制造单位进行研究，促进锅炉产品的设计制造水平的提高，其社会影响和经济效益将更加广泛。

本申请能够实现对监管锅炉运行情况的动态管理。实时了解锅炉的运行情况，锅炉发生异常时的、报警、记录、通知；锅炉运行的安全、能效数据的查询，获取。积累在用锅炉的实际安全、能效运行、环保数据，为监管和政策制定提供可靠依据。实现对监管锅炉基本信息的管理。锅炉的型号、制造编号、制造厂家、制造日期、投用日期、锅炉的年检日期和合格情况等基本信息的管理。本申请还能够实现对锅炉运行情况的动态管理，实时了解锅炉的运行情况，及时调整锅炉的运行状态，以保证锅炉尽量在设计的最佳状态下运行、从而实现锅炉安全高效运行。

制造单位能够及时获得锅炉运行的安全、能效和排放数据，指导和保证用户维持锅炉的安全、高效运行，为产品改进和新产品的设计积累原始数据。

节能服务机构能够及时获取客户锅炉运行的安全、能效和排放数据，以便有针对性地为客户提供节能减排的解决方案和服务。

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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种节能减排实时监测系统的结构示意图；

图2为本发明提供的环境监控系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的节能减排实时监测系统。

如图1所示，本申请实施例中提供的节能减排实时监测系统包括，视频监控系统1、环境监控系统2、传输系统3以及远程监控系统4，视频监控系统1、环境监控系统2分别通过传输系统3与远程监控系统4；视频监控系统1用于拍摄视频，环境监控系统2用于采集监测数据，监测数据及视频均传输至远程监控系统，远程监控系统4用于根据监测数据绘制数据监测示意图并进行显示；远程监控系统还用于接收监测数据并制成报表；

视频监控系统1包括：摄像头(图中未示出)和红外枪机(图中未示出)，均安装在锅炉设备周围，用于采集锅炉运行状态视频数据并传输至远程监控系统4；

如图2所示，环境监控系统2包括：采集装置11、处理器12、可自动发短信或拨打电话的模块14以及报警器13，采集装置11、可自动发短信或拨打电话的模块14以及报警器13分别与处理器12连接。

其中，传输系统3可以采用有线传输或是无线传输，还可以采用局域网传输。

节能减排实时监测系统的工作原理为：视频监控系统1拍摄视频获取视频数据，环境监控系统2采集监测数据，监测数据及视频数据均传输至远程监控系统4，远程监控系统4根据监测数据绘制数据监测示意图并进行显示；远程监控系统4还接收监测数据并制成报表。

其中，视频监控系统1包括：摄像头和红外枪机，均安装在锅炉设备周围，用于采集锅炉运行状态视频数据并传输至远程监控系统4；环境监控系统2包括：采集装置11、处理器12、可自动发短信或拨打电话的模块14以及报警器13，采集装置11、可自动发短信或拨打电话的模块14以及报警器13分别与处理器12连接。

本申请中提供的信息环境监控系统2中，采集装置11采集监测数据，将监测数据并发送至处理器12，处理器12将监测数据发送至远程监控系统4，远程监控系统4如果发现监测数据出现异常则远程监控系统4发送报警信息至处理器12，处理器12控制报警器13进行报警，处理器12还控制可自动发短信或拨打电话的模块14发送短信或拨打电话至工作人员的手机上，使得工作人员尽快得知锅炉运行状态异常，提前做好处理工作。

一些实施例中，本申请中传输系统3包括：

通过数据传输线路依次连接的网络交换机和光线收发器。

一些实施例中，采集装置11包括：

需要说明的是，本申请提供的采集装置11还可以包括其他用于检测锅炉运行状态的传感器，在此不做赘述。本申请采用工业级微处理器，实现对锅炉安全运行参数(包括蒸汽压力、蒸汽温度、高低水位等)、节能运行参数(包括排烟温度、烟气氧浓度、耗电量、给水温度、给水量及燃料计量等)、环保等多方面参数可靠采集和远程传输。

一些实施例中，本申请提供的节能减排实时监测系统，还包括：

专家系统(图中未示出)，用于在采集装置11采集的信号出现异常时，远程监控系统4发现异常信号至专家系统，专家系统对异常信号进行分析处理；

专家系统通过传输系统3与远程监控系统4连接。

具体的，专家系统能够对异常信号进行分析处理，及时为那些运行异常的锅炉提供诊断和处理方案。

一些实施例中，远程监控系统4包括：

多个子系统，视频监控系统1、环境监控系统2分别通过传输系统3与多个子系统连接，当远程监控系统4出现故障时，视频监控系统1、环境监控系统2通过多个子系统实现线路正常运行。

具体的，子系统为备用系统，保障线路正常运行。

优选的，远程监控系统4采用可视化远程监控系统；

远程监控系统4还用于根据监测数据计算热效率及能效参数做出节能判断并根据节能判断调整锅炉运行状态。

具体的，远程监控系统4设有LED显示屏，用于显示视频或监测数据。

其中，热效率计算方法

工业锅炉远程动态监测系统热效率计算测试包括以下测试项目：

(1)排烟温度tpy；

(2)排烟处过量空气系数αpy；

(3)排烟处CO含量(ppm)；

(4)入炉冷空气温度tlk；

(5)飞灰可燃物含量Cfh；

(6)漏煤可燃物含量Clm；

(7)炉渣可燃物含量Clz；

(8)燃料工业分析(燃料收到基低位发热量Qnet，v，ar，kJ/kg；收到基灰分Aar)。

对于燃油(气)锅炉，本远程检测系统采集系统参数包括(1)～(4)项。因此，根据反平衡公式η_j＝100-q₂-q₃-q₅，可得出燃油(气)锅炉的在线热效率。

对于燃煤锅炉，本申请节能减排实时监测系统中采集的参数包括(1)～(4)项，(6)～(8)项在线测量难度比较大，一般是通过现场采集样品，拿回实验室分析的离线测量。为了实现在线测量，考虑如下方法：

1)锅炉煤质工业分析、灰渣含碳量在线测量根据国内各煤质大量测试数据结果和数学模型修正而来，并和现场能效测试进行比对修正；

2)定期到该锅炉房采集煤样、灰渣离线分析，结果输入到远程在线分析系统。因此，根据反平衡公式，η_j＝100-q₂-q₃-q₄-q₅-q₆，可得燃煤锅炉的在线热效率。

热效率计算采用反平衡计算方法，分析指标为排烟温度、过量空气系数、炉渣含碳量、炉体外表面温度、负荷率及热效率。分析指标中：

过量空气系数计算公式如下：

式中：α为过量空气系数；O₂为排烟氧量，为测试数据。

热效率计算公式如下：

η_j＝100-q₂-q₃-q₄-q₅-q₆ (2)

式中：ηj为反平衡热效率；q₂为排烟热损失；q₃为气体未完全燃烧热损失；q₄为固体未完全燃烧热损失；q₅为散热损失；q₆为灰渣物理热损失。其中：

q₂的计算，按照如下公式：

式中m，n为计算系数，与燃料种类有关，具体根据实际燃料选取；tpy为排烟温度，为测试数据；tlk为入炉冷空气温度，为测试数据。

q₃选取依据排烟中CO百分含量来定，当CO≤0.05％时，q₃取0.2％，当0.05％＜CO≤0.1％时，q₃取0.5％；当CO＞0.1％时，q₃取1％。CO，为测试数据。

q₄按照如下公式计算：

式中，Qnet,v,ar为燃料收到基低位发热量，kJ/kg；Aar为收到基灰分；Cfh为飞灰可燃物含量；Clm为漏煤可燃物含量；Clz为炉渣可燃物含量。以上参数为煤样、渣样实验分析数据。αfh、αlm和αlz为飞灰、漏煤和炉渣占入炉燃料总灰量的重量百分比，选取应以锅炉具体燃烧方式来定，但应满足α_fh+α_lm+α_lz＝100。燃油(气)锅炉q₄为0。

q₅选取根据锅炉额定出力来决定，q₅的取值范围在0.8％～2.9％之间。当锅炉实际运行出力低于额定出力的75％时，q₅可按照如下公式进行修正：

式中：q_5ed为额定出力下的散热损失；Ded为额定出力；Dsc为实际出力，t/h；Qed为额定热功率；Qsc为实际热功率。

q₆只计算炉渣的物理热损失，飞灰、漏煤的物理热损失不计，按照如下公式计算：

式中：Aar为收到基灰分，a为分析数据；(ct)lz为炉渣的焓，根据不同炉型查表选取。燃油(气)锅炉q6为0。

一些实施例中，采集装置11还包括：

故障自检测模块16，故障自检测模块16与处理器12连接；

故障自检测模块16用于将环境监控系统2产生的故障信息发送至处理器12，处理器12接收到故障信息控制报警器13进行故障报警提醒

故障自检测模块16包括：

短路故障指示器(图中未示出)、接地故障断路器(图中未示出)、过压保护电路(图中未示出)以及过流保护电路(图中未示出)。

具体的，本申请中的故障自检测模块16能够实时检测环境监控系统2中的装置或模块是否出现故障问题，当出现故障而不能进行工作时，故障自检测模块16发送故障信号至处理器12，处理器12控制报警器13进行报警。处理器12还可以将故障信号发送至远程监控系统4，远程监控系统4的工作人员及时针对故障信息进行分析处理；需要说明的是，本申请中的故障自检测模块16还可以包括其他检测电路或保护电路，在此不做限定。

一些实施例中，环境监控系统2还包括：

信号预处理模块15，用于对采集装置发送至处理器12的信号进行预处理；

信号预处理模块15与处理器12连接。

具体的，信号预处理模块15包括衰减、放大、过滤等功能，当信号过大至溢出信号采集范围时，需要对信号进行等比例衰减来满足信号采集的要求；反之，当信号过小以至影响信号采集精度时，需要对信号进行等比例的放大来进行信号采集，然后信号预处理模块15将预处理的信号传送给处理器12。

优选的，可自动发短信或拨打电话的模块14是GSM或TD-WCDMA。

综上所述，本发明提供一种节能减排实时监测系统，本发明实现对监管锅炉运行情况的动态管理，实时了解锅炉的运行情况，锅炉发生异常时的、报警、记录、通知；锅炉运行的安全、能效数据的查询，获取最佳的节能效果，本申请能够提升锅炉经济运行的整体水平，为锅炉装上了温度、压力、氧量、水质硬度等多个传感器，随时掌握锅炉运行状态。运行数据一旦有任何异常或者偏差，监测示范中心人员都会及时发现并通过专家系统进行分析，向企业发出警示和整改措施。

可以理解的是，上述提供的系统实施例与上述的方法实施例对应，相应的具体内容可以相互参考，在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品，该指令方法实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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

1.一种节能减排实时监测系统，其特征在于，包括：视频监控系统、环境监控系统、传输系统以及远程监控系统，所述视频监控系统、环境监控系统分别通过传输系统与所述远程监控系统连接；所述视频监控系统用于拍摄视频，所述环境监控系统用于采集监测数据，所述监测数据及视频均传输至远程监控系统，所述远程监控系统用于根据所述监测数据绘制数据监测示意图并进行显示；所述远程监控系统还用于接收所述监测数据并制成报表；

2.根据权利要求1所述的节能减排实时监测系统，其特征在于，所述传输系统包括：

通过数据传输线路依次连接的网络交换机和光线收发器。

3.根据权利要求1所述的节能减排实时监测系统，其特征在于，所述采集装置包括：

4.根据权利要求1所述的节能减排实时监测系统，其特征在于，还包括：

所述专家系统通过传输系统与所述远程监控系统连接。

5.根据权利要求1所述的节能减排实时监测系统，其特征在于，所述远程监控系统包括：

6.根据权利要求1所述的节能减排实时监测系统，其特征在于，所述远程监控系统采用可视化远程监控系统；

7.根据权利要求1所述的节能减排实时监测系统，其特征在于，所述环境监控系统还包括：

故障自检测模块，所述故障自检测模块与所述处理器连接；

8.根据权利要求7所述的节能减排实时监测系统，其特征在于，所述故障自检测模块包括：

9.根据权利要求1所述的节能减排实时监测系统，其特征在于，所述环境监控系统还包括：

所述信号预处理模块与所述处理器连接。

10.根据权利要求1所述的节能减排实时监测系统，其特征在于，

所述可自动发短信或拨打电话的模块是GSM或TD-WCDMA。