CN111522323A - 一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法 - Google Patents

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贺春辉
刘效洲
江志铭
李越胜
李瑞宇
喻孟全
王新胜
宋长志
李运泉
张琼
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Guangdong Institute Of Special Equipment Inspection And Research (guangdong Special Equipment Accident Investigation Center)
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Abstract

本发明公开一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法，其基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制系统，包括如下步骤：(1)、数据检测：锅炉检测控制端通过安装在锅炉上的相应传感器采集锅炉运行参数；(2)数据处理和诊断：将检测到的运行参数存储到服务器，并对运行参数进行处理，存储处理后数据；(3)输出报告和调节控制：向后台后台控制端网络传送诊断报告，当诊断为异常时，自动向锅炉检测控制端发送调节指令，锅炉检测控制端调节锅炉运行状态，使锅炉运转各种参数处于正常范围。本发明的有益效果是：采用互联网思维，快速检测结果准确、可靠、稳定；可以达到准确的评价。

Description

一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法
技术领域
本发明涉及锅炉检测技术领域，更具体地说，是一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法。
背景技术
能源是国民经济命脉，能源问题已成为困扰当今全人类的共同课题之一，它在社会可持续发展中起着举足轻重的作用。我国能源利用效率较低，为30％左右，比发达国家低20％；单位产值能耗是世界平均水平的2倍多，比美国、欧盟、日本分别高2.5倍、4.9倍、8.7倍；不适当的能源消费结构和落后的能源利用技术导致能源系统效率低、效益差、污染严重，削弱经济持续增长的能力。
从全国范围来看，各类企业普遍通过锅炉来直接或间接地消耗能量，其中电站锅炉向大容量、高参数方向快速发展，无论是生产制造还是运营管理均已接近国外先进水平；而工业锅炉保有量大、分布广、能耗高、污染重，能效和污染控制整体水平存在不足，节能减排潜力巨大。截至2014年，我国在用锅炉61.06万台，总功率约351.29万MW，其中燃煤锅炉46万台，总容量约300万MW，小于10吨的占总容量的35.59％，约106万MW，小于35t/h的占总容量的48％，约144万MW。我国工业锅炉的特点是量大、容量小且燃煤为主。我国燃煤工业锅炉整体能效水平较低，其实际运行效率比国际先进水平低15个百分点左右，具有较大的节能潜力。同时，燃煤工业锅炉污染物排放强度较大，是重要污染源，年排放烟尘、二氧化硫、氮氧化物分别约占全国排放总量的33％、27％、9％。近年来，我国出现的大范围、长时间严重雾霾天气，与燃煤工业锅炉区域高强度、低空排放的特点密切相关。
由于锅炉是能源消耗的大户，节能工作首先要从锅炉的能效抓起，保证了锅炉的能源利用效率就可以降低消耗和浪费，也能为整个社会的节能工作做贡献。
锅炉能效测试是“把脉”锅炉能耗的最有效的方法。它能够找出造成锅炉能量损失的主要因素，以针对性的技术指导帮助企业改造锅炉，促进节能减排。当前，锅炉节能降耗工作的瓶颈就是锅炉能效测试技术能量严重不足和缺乏高效的节能监管手段。我国锅炉能效测试工作刚刚起步，许多地区能效测试工作还未展开，国家质检总局虽然颁布了相关规程，但并未给出具体的测试技术和实施方法，且各地开展能效测试方法多种多样，并不统一，急需有效的锅炉能效检测手段。因此，开展面向锅炉的，具有通用、快速、高效的能效测试技术和节能诊断评价系统的研究和开发势在必行，且这种需求十分迫切和必要。
但目前段能效检测和节能诊断技术存在的问题及限制较突出。一是面对对象更复杂、数量更多、节能要求更高的制造业市场，传统、单一的能效检测和诊断手段无法满足实际需求，为应对日益复杂和数量庞大的节能市场，需及时更新检测设备和服务模式；二是当前能效检测和诊断工作不深入，缺乏系统节能的工作思维和方法，应不断提升检测机构人员和技术实力，使能效检测及节能诊断工作到边到角；三是锅炉能效测试及数据管理手段落后，特种设备检验业务的工作效率低，人力资源要求高。
发明内容
本发明的目的是针对以上现有技术存在的不足，提供一种快速、高效、通用性、可扩展性、灵活性好且可实时智能控制的基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法，其基于锅炉能效在线诊断及智能控制系统，所述锅炉能效在线诊断及智能控制系统包括：
用于采集锅炉检测参数和控制锅炉运转的锅炉检测控制端；
用于供后台管理员实时查看和输入控制指令的后台控制端；
用于储存、处理数据，形成诊断报告并自动控制的服务器；
所述锅炉检测控制端和后台控制端通过网络与服务器连接进行数据通讯；
方法包括如下步骤：
(1)、数据检测：锅炉检测控制端通过安装在锅炉上的传感器采集锅炉运行参数；
(2)数据处理和诊断：将检测到的运行参数存储到服务器，并对运行参数进行处理，形成诊断数据并存储处理后数据；
(3)输出报告和调节控制：向后台后台控制端网络传送诊断报告，当诊断为异常时，自动向锅炉检测控制端发送调节指令，锅炉检测控制端调节锅炉运行状态，使锅炉运转各种参数处于正常范围。
所述服务器包括云端服务器、信息处理控制模块和存储数据库，云端服务器与信息处理控制模块和存储数据库通过网络连接。所述信息处理控制模块与存储数据库连接，将处理后的数据存储在所述存储数据库中。
所述运行参数包括排烟温度、排烟量、燃烧消耗量、排烟中一氧化碳体积含量、排烟中氧气体积含量、介质流量和介质参数等。
所述后台控制端可以是个人电脑、平板电脑或者手机等移动互联网终端。
所述网络优选无线网络。
所述锅炉检测控制端包括控制单元和检测传感器，所述检测传感器安装在在线检测锅炉上，所述所述检测传感器可以与控制单元无线网络连接；所述控制单元与锅炉控制阀连接，用于控制锅炉控制阀以进行调节。
所述检测传感器包括安装在锅炉相应位置上的烟气排放一氧化碳检测仪、温度传感器、排气流量分析仪、流量计等。
当热效率值大于85％时，锅炉运行正常，维持运行参数条件；当热效率值低于85％时，锅炉运行异常，需要调节运行参数条件。
锅炉运行异常调节方式如下：当烟气中含氧量大于5％时，所述信息处理控制模块发送指令至锅炉检测控制端降低风机转速，降低氧气供应，当烟气中含氧量小于3％时，所述信息处理控制模块发送指令至锅炉检测控制端调高风机转速，提高氧气供应，使烟气中含氧量维持在3-5％之间；当烟气中CO的含量大于500ppm时，所述信息处理控制模块发送指令至锅炉检测控制端调节燃料供应阀门，减少燃料送入量；当烟气中CO的含量小于100ppm时，所述信息处理控制模块发送指令至锅炉检测控制端调节燃料供应阀门，提高燃料送入量，以维持当烟气中CO的含量在100-500ppm之间。
本发明以互联网为技术构架，以无线通讯技术高度集成测试设备，以科学合理的系统节能诊断评价为指导，可以实现测试仪器设备管理，测试全过程数据管理和质量控制，测试现场数据快速自动采集，无线传输，记录和处理，及时出具测试报告和现场调节，可以减少测试人员劳动强度，提高测试的科学性，可信度和及时性，通过项目的节能诊断评价系统反过来优化运行管理，为设备节能改造提供基础数据和整体技术解决方案，为锅炉安全生产节能减排和构建有效的监察监管体系提供强大的技术支撑。可以以规范化、标准化、集成化和信息化流程管理为基础，建立工业锅炉能效快速检测平台，开发电站锅炉能效快速检测系统，并以此为基础，结合考虑锅炉系统设计，制造维修和运行管理等多方因素，构建锅炉能效诊断评价体系。充分利用移动互联网、云计算、物联网、大数据地理信息系统等信息技术，将锅炉能效检测及能源诊断评价相结合，构建科学合理的锅炉能效评价体系，打造先进的锅炉能效检测与节能诊断评价综合服务平台。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用互联网思维，利用网络技术和计算机设备来有效的征集处理检测设备，被检测锅炉信息及监察过程数据，可以建立以信息化为核心的管理体制，减轻管理人员和业务人员的数据处理负担，极大的提高设备管理效率，丰富检测全过程管控手段；可以实现检测设备管理，检测过程数据管理和质量控制管理，体现高度集成化，系统化，可适用于手机、平板电脑的移动互联网终端，展现高度功能可扩展性；检测仪器和设备上可以高度自动化，并与换联网设备高效连接，有机结合，使得能效检测过程的简单清晰，快速检测结果准确、可靠、稳定；可以达到能效测试与节能诊断系统相结合，支撑能效测试机构对锅炉整体能效有效，准确的评价，为锅炉节能诊断系统相结合，支撑能效测试机构对锅炉整体能效有效，准确的评价，为锅炉节能减排工作提供技术服务平台。
附图说明
图1为本发明锅炉能效在线诊断及智能控制系统的系统架构示意图；
图2为基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法的部分流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
锅炉能效在线诊断及智能控制系统，如图1所示，其包括：
用于采集锅炉检测参数和控制锅炉运转的锅炉检测控制端111；
用于供后台专家或者管理员实时查看和输入控制指令的后台控制端112；
用于储存、处理数据，形成诊断报告并自动控制的服务器；所述服务器包括云端服务器131、信息处理控制模块151和存储数据库141，云端服务器131与信息处理控制模块151和存储数据库141通过网络122连接。所述信息处理控制模块151与存储数据库141连接，将处理后的数据(包括控制指令)存储在所述存储数据库141中。
所述锅炉检测控制端和后台控制端通过网络与服务器连接进行数据通讯。所述网络优选是无线网络。
所述锅炉检测控制端111包括控制单元、检测传感器和无线发送与接收单元，所述检测传感器安装在在线检测锅炉上，所述所述检测传感器可以与控制单元无线网络连接；所述控制单元与锅炉控制阀连接，用于控制锅炉控制阀以进行调节。所述传感器包括安装在锅炉相应位置上的烟气排放一氧化碳检测仪(SK-600-CO)、温度传感器、排气流量分析仪、流量计等。所述控制单元与锅炉控制阀连接，用于控制锅炉燃料和空气流量。锅炉控制阀可以包括风机控制阀、燃料控制阀等。无线发送和接收单元用于与云服务器通过无线网络进行通讯。
所述后台控制端112可以是个人电脑也可以是平板电脑或者手机等移动网络终端。
所述云端服务器131将接收到的锅炉检测控制端111中检测传感器采集的参数传输到信息处理模块151处理，并储存于所述存储数据库141，所述信息处理模块151在进行数据处理后形成诊断报告，并将处理后的数据和指令信息储存于储存数据库，并通过所述云端服务器131向锅炉检测控制端111发送控制指令，对在线监控和检测的锅炉控制阀进行自动调节。后台控制端112通过网络122与后台控制端112所述云端服务器131通讯，后台专家或者管理员通过后台控制端112可以查看检测参数、处理后数据，并可以向锅炉检测控制端111发送控制指令，根据需要调节在线检测锅炉。
一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法，基于上述锅炉能效在线诊断及智能控制系统，其包括如下步骤：
(1)、数据检测：锅炉检测控制端111通过安装在锅炉上的相应传感器采集锅炉运行参数，所述运行参数包括排烟温度、排烟量、燃烧消耗量、排烟中一氧化碳体积含量、排烟中氧气体积含量、介质流量和介质参数等；
(2)数据处理和诊断：将检测到的运行参数存储到服务器，并对运行参数进行处理，存储处理后数据；
(3)输出报告和调节控制：向后台后台控制端网络传送诊断报告，当诊断为异常(过高或者过低)时，自动向锅炉检测控制端111发送调节指令，锅炉检测控制端11调节锅炉运行状态，使锅炉运转各种参数处于正常范围。
数据处理过程中，生成锅炉热效率报告，以对锅炉的运行进行客观评价。
所述信息处理控制模块151用于将采集到的数据进行处理，然后输出处理结果。可以是通过采集到的一氧化碳含量有、氧气含量和排烟温度，按设定运算方式处理得到热效率。当热效率值大于85％时，锅炉运行正常，维持运行参数条件；当热效率值低于85％时，锅炉运行异常，需要调节运行参数条件。锅炉运行异常调节方式如下：当烟气中含氧量大于5％时，所述信息处理控制模块151发送指令至锅炉检测控制端111降低风机转速，降低氧气供应，当烟气中含氧量小于3％时，所述信息处理控制模块151发送指令至锅炉检测控制端111调高风机转速，提高氧气供应，使烟气中含氧量维持在3-5％之间；当烟气中CO的含量大于500ppm时，所述信息处理控制模块151发送指令至锅炉检测控制端111调节燃料供应阀门，减少燃料送入量；当烟气中CO的含量小于100ppm时，所述信息处理控制模块151发送指令至锅炉检测控制端111调节燃料供应阀门，提高燃料送入量，以维持当烟气中CO的含量在100-500ppm之间。
所述锅炉热效率是反映工业锅炉运行状况的关键性能指标，锅炉的热效率可由如下公式获得:
Figure BDA0002074317790000061
式中，qi(i＝1,2,3,4,5,6)分别表示净热q1、废气热损失q2、未燃烧气体热损失q3、未燃烧碳热损失q4(仅适用于固体燃料锅炉)、辐射热损失q5、渣中显热热损失q6(仅适用于固体燃料锅炉)。以下经验公式可用于计算q2、q3、q4、q5和q6的值：
Figure BDA0002074317790000062
式中，m＝0.5,n＝3.45,αpy是过量空气系数,θpy是排烟温度,℃,tambis环境温度℃。
注：对天然气锅炉来说，q4＝0。
q3＝λαpyVCO(％)
式中，
Figure BDA0002074317790000071
λ＝3.2，VO2(％)是烟气中氧气的体积百分比，VCO(％)是烟气中一氧化碳的体积百分比
Figure BDA0002074317790000072
式中，B＝33700(kJ/kg)，Aar(％)是燃料的收到基灰分，Qr是收到基低位热值(kJ/kg)，Chz(％)和Cfh(％)分别是灰渣和飞灰含碳量，ahz和afh分别代表灰渣和飞灰份额[15-16]。对天然气锅炉而言，ahz＝0，afh＝0，Chz＝0，Chz＝0，q4＝0。此外：
Figure BDA0002074317790000073
式中，X0是锅炉额定负荷，X是锅炉现有负荷.
Figure BDA0002074317790000074
式中，(cθ)hz是灰渣的焓值，Aar是燃料收到基灰分含量，
Figure BDA0002074317790000075
注：对天然气锅炉而言，Aar＝0，q6＝0。然后，可以得到以下方程：
Figure BDA0002074317790000076
通过以上热效率公式可以实时得到在线监控锅炉的热效率参数。
实施例1
一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法，如图2所示，其包括的步骤如下：
(1)、数据检测：先对检测锅炉进行编号，以区分各个锅炉数据，然后安装在锅炉上的锅炉检测控制端111相应传感器采集锅炉运行参数，所述运行参数包括排烟温度、排烟量、燃烧消耗量、排烟中一氧化碳体积含量、排烟中氧气体积含量、介质流量和介质参数等；
(2)数据处理和诊断：将检测到的运行参数存储到服务器，并对运行参数进行处理，存储处理后数据，处理后数据包括排烟处过量空气系数，得到的数据与锅炉节能技术监督管理规程的数据进行比对，得出正常或者过高的判断，如果过高将进行下一步处理。判断锅炉介质类型，当蒸汽锅炉的比较额定出力值在50-110％之间为正常，当50％以下为过低，当高于110％为过高；比较燃料消耗来那个，当燃料消耗量小于110％为正常，当大于110％为过高，然后将数据存储。
(3)输出报告和调节控制：当处理后结果为异常(过高或者过低)时，生产检测报告，也可以是专家根据检测数据进行后台填写，并向锅炉检测控制端111发送调节指令，锅炉检测控制端111调节锅炉相应阀门，使锅炉运转各种参数处于正常参数。
本发明检测过程记录报告中的《锅炉能效测试结果及结论分析表》里，结论分析处，将由系统，根据《工业锅炉热效率指标《锅炉节能技术监督管理规程》标准，系统还可以对测试表中的“锅炉出力值”、“排烟温度”、“锅炉热效率值”、“排烟处空气过量系数值”进行匹配判断，自动生成参考结论。
以上所述者，仅为本新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本新型实施的范围，即大凡依本新型申请专利范围及新型说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本新型专利涵盖的范围内。

Claims (9)

1.一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法，其特征在于，其基于锅炉能效在线诊断及智能控制系统，所述锅炉能效在线诊断及智能控制系统包括：
用于采集锅炉检测参数和控制锅炉运转的锅炉检测控制端；
用于供后台管理员实时查看和输入控制指令的后台控制端；
用于储存、处理数据，形成诊断报告并自动控制的服务器；
所述锅炉检测控制端和后台控制端通过网络与服务器连接进行数据通讯；
方法包括如下步骤：
(1)、数据检测：锅炉检测控制端通过安装在锅炉上的传感器采集锅炉运行参数；
(2)数据处理和诊断：将检测到的运行参数存储到服务器，并对运行参数进行处理，形成诊断数据并存储处理后数据；
(3)输出报告和调节控制：向后台后台控制端网络传送诊断报告，当诊断为异常时，自动向锅炉检测控制端发送调节指令，锅炉检测控制端调节锅炉运行状态，使锅炉运转各种参数处于正常范围。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法，其特征在于，所述服务器包括云端服务器、信息处理控制模块和存储数据库，云端服务器与信息处理控制模块和存储数据库通过网络连接；所述信息处理控制模块与存储数据库连接，将处理后的数据存储在所述存储数据库中。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法，其特征在于，所述运行参数包括排烟温度、排烟量、燃烧消耗量、排烟中一氧化碳体积含量、排烟中氧气体积含量、介质流量和介质参数。
4.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法，其特征在于，所述后台控制端是个人电脑、平板电脑或者手机。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法，其特征在于，所述网络是无线网络。
6.根据权利要求3所述的一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法，其特征在于，所述锅炉检测控制端包括控制单元和检测传感器，所述检测传感器安装在在线检测锅炉上，所述所述检测传感器可以与控制单元无线网络连接；所述控制单元与锅炉控制阀连接，用于控制锅炉控制阀以进行调节。
7.根据权利要求6所述的一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法，其特征在于，所述检测传感器包括安装在锅炉相应位置上的烟气排放一氧化碳检测仪、温度传感器、排气流量分析仪和流量计。
8.根据权利要求6所述的一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法，其特征在于，当热效率值大于85％时，锅炉运行正常，维持运行参数条件；当热效率值低于85％时，锅炉运行异常，需要调节运行参数条件。
9.根据权利要求7所述的一种基于物联网技术的锅炉能效在线诊断及智能控制方法，其特征在于，锅炉运行异常调节方式如下：当烟气中含氧量大于5％时，所述信息处理控制模块发送指令至锅炉检测控制端降低风机转速，降低氧气供应，当烟气中含氧量小于3％时，所述信息处理控制模块发送指令至锅炉检测控制端调高风机转速，提高氧气供应，使烟气中含氧量维持在3-5％之间；当烟气中CO的含量大于500ppm时，所述信息处理控制模块发送指令至锅炉检测控制端调节燃料供应阀门，减少燃料送入量；当烟气中CO的含量小于100ppm时，所述信息处理控制模块发送指令至锅炉检测控制端调节燃料供应阀门，提高燃料送入量，以维持当烟气中CO的含量在100-500ppm之间。
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