CN113218681B - 一种固体燃料工业锅炉监测系统及锅炉热效率监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固体燃料工业锅炉监测系统及锅炉热效率监测方法，包括数据采集系统、数据传输网络和在线监测云平台，所述数据采集系统包括数据采集终端和安装在锅炉上的数据采集装置，所述数据采集系统通过所述数据传输网络与在所述线监测云平台通讯相连，所述数据采集终端收集所述数据采集装置采集的工业锅炉运行实时参数，通过所述数据传输网络传输至所述在线监测云平台。本发明所述的监测系统通过合理准确的设置数据采集装置的位置和方式，提高了数据采集的精度；能够实现对固体燃料工业锅炉实时运行状况的在线检测、显示、计算和记录，有效提高锅炉操作管理水平，实现锅炉在线动态监管。

Description

一种固体燃料工业锅炉监测系统及锅炉热效率监测方法

技术领域

本发明涉及一种监测系统，尤其涉及一种固体燃料工业锅炉的监测系统及锅炉热效率监测方法。

背景技术

工业锅炉数量庞大、分布不集中、自动化程度低，非常不利于收集锅炉的各项运行动态数据，一般需要通过能效测试机构到现场进行能效测试之后，才能判断锅炉是否节能运行，分析现场测试结果，开具诊断书，方能提出对锅炉切实有效的整改方案。锅炉能效测试机构都需要人工到现场进行能效检测工作，由于时间有限，不可能长期待在现场，无法连续、完整地记录锅炉的实时运行数据，难以及时获取锅炉运行动态数据，所以不能及时了解锅炉运行现状。在实际使用中大多数企业对于锅炉的运行管理不到位，作业人员和管理人员无法掌握锅炉的运行状态，而且锅炉的运行过程是不断变化的，运行一段时间后，这些调整过的锅炉的能效比又会再次下降。因此，必须保证能够对锅炉进行实时运行状态的监测，才能根据运行情况，随时调整各运行参数。迄今为止，还没有一个系统装置能够同时满足各类型工业锅炉实时运行状况的在线检测、显示、计算、记录。

同时目前国际上，工业锅炉远程动态监测技术应用较成熟的是日本三浦工业株式会社开发的监测系统，该系统已在日本形成远程动态监管体系。由于日本工业锅炉主要燃油、燃气，所以日本三浦锅炉开发的该技术是在三浦公司燃油、燃气锅炉基础之上进行的，而对燃煤工业锅炉开发相对不够成熟；而我国目前工业锅炉以燃煤为主，节能潜力巨大。因此，急待开发面向不同锅炉生产厂家，以固体燃料为主的远程动态监测技术。现有技术中的监测系统还存在着传感器设置位置和方式不合理、采集数据不够准确等问题，影响了后续进行的节能评价。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体燃料工业锅炉监测系统及锅炉热效率监测方法，该监测系统能够实现对固体燃料工业锅炉实时运行状况的在线检测、显示、计算和记录，提高锅炉操作管理水平，实现锅炉在线动态监管，同时该监测系统合理准确的设置传感器的位置，具有采集数据精度高等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供了一种固体燃料工业锅炉监测系统，包括数据采集系统、数据传输网络、在线监测云平台和客户端，所述数据采集系统包括数据采集终端和安装在锅炉上的数据采集装置，所述数据采集装置用于采集工业锅炉运行实时参数，所述数据采集系统通过所述数据传输网络与所述在线监测云平台通讯相连，所述数据采集终端收集所述数据采集装置采集的工业锅炉运行实时参数，通过所述数据传输网络传输至所述在线监测云平台，所述客户端与所述在线监测平台通讯相连。

在一个实施例中，所述数据采集终端采用包括卡尔曼滤波算法和指数平滑预测算法在内的模态识别控制方法，对所述数据采集装置采集数据的时域和频域进行智能控制和准确预判，对智能监测启停点进行最优预测，控制数据采集的最佳时间点。

在一个实施例中，所述数据采集装置包括给水端传感器、排烟端传感器、燃料端传感器、蒸汽端传感器、锅炉运行传感器和环境参数传感器。

在一个实施例中，所述数据采集装置还包括视频采集传感器和便携式燃料分析仪，所述便携式燃料分析仪与所述燃料端传感器相连。

在一个实施例中，所述给水端传感器包括安装在给水管道上的水质硬度报警仪、给水流量计和给水温度传感器，其中所述水质硬度报警仪设置在给水管道上的软水器和水箱之间，所述给水流量计和所述给水温度传感器设置在给水管道上的给水泵后的直段上并保持处于同一区域，所述给水温度检测器的测温端插至给水管道截面的1/3～2/3处。

在一个实施例中，所述排烟端传感器包括安装在排烟管道出口处的排烟温度传感器和烟气成分采集传感器，所述烟气成分采集传感器用于分析锅炉排烟烟气中的氧气含量、一氧化碳含量和三原子气体含量，所述烟气成分采集传感器和所述排烟温度传感器位于同一测点或不同测点，当所述烟气成分采集传感器和所述排烟温度传感器位于不同测点时，所述烟气成分采集传感器更靠近最后一级受热面，

在一个实施例中，所述烟气成分采集传感器和所述排烟温度传感器通过支架安装在排烟管道内侧并插至排烟管道直径的1/3～2/3处，所述烟气成分采集传感器中内置烟气半导体冷却装置和烟气粉尘过滤装置，所述烟气半导体冷却装置能在15s内将300℃的烟气冷却至50℃以下，以满足烟气中氧气和一氧化碳指标监测的要求。

在一个实施例中，所述燃料端传感器为设置在燃料入口处的燃料计重传感器，所述燃料计重传感器采用炉前皮带称重式输送机计量或在进料斗上方加装用于计量燃料量的称重装置；所述蒸汽端传感器为设置在主蒸汽管道出口处的蒸汽温度传感器，所述蒸汽温度传感器在主蒸汽管道上开口安装，所述蒸汽温度传感器的测温端插入主蒸汽管道截面的1/3～2/3处。

在一个实施例中，所述锅炉运行传感器包括锅炉就地压力表与蒸汽压力传感器，锅炉蒸汽压力存水弯管上安装三通阀,三通阀两个输出端分别连接所述锅炉就地压力表与所述蒸汽压力传感器，所述锅炉就地压力表实时显示主蒸汽压力，所述蒸汽压力传感器实时监测锅炉内蒸汽的压力；所述环境参数传感器包括环境温度传感器，所述环境温度传感器设置在数据采集终端附近。

在一个实施例中，所述线监测云平台具有后台计算装置，所述后台计算装置对数据传输网络传输来的参数数据进行分析计算，评价锅炉的安全及能效指标。

本发明提供的固体燃料工业锅炉监测系统的有益效果至少在于：

(1)该固体燃料工业锅炉监测系统能解决在用工业锅炉普遍无运行参数仪表系统，作业人员和管理人员无法掌握锅炉运行状态，而难调整运行状态的问题，能形成人机互补关系，提高锅炉操作管理水平；

(2)实现锅炉在线动态监管：对于在用锅炉，当排烟温度超过设定值，系统判断该锅炉已经启动，系统通过对锅炉排烟温度和烟气成分进行技术分析，可实时地反映锅炉当前的运行工况状态；对于停用锅炉，系统采集排烟温度作为监测对象，当排烟温度超过设定值，系统判断该锅炉出现偷用行为；对于改燃锅炉，当排烟温度超过设定值，系统判断该改燃锅炉已经启动，便会自动发送报警信号，监管人员此时可以对该锅炉进行重点监控；启动后的锅炉进入正常运行状态后，系统通过对锅炉排烟烟气成分进行技术分析，主要是对氧气、一氧化碳以及二氧化碳等气体含量由不同燃料燃烧产生的烟气成分逻辑比例关系进行分析，可基本判明当前处于运行状态的锅炉使用的燃料种类(清洁燃料还是高污染燃料)；

(3)该监测系统的使用不仅能够有效减少锅炉安全事故的发生，而且能提高锅炉效率，促进节能减排；

(4)通过合理准确的设置传感器的位置和设置方式，提高了数据采集的精度，同时该套监测系统能够根据锅炉的运行状态信号控制锅炉能效监测的启停，并与云服务器保持连接，传输有效数据，达到智能化监测的目的。同时通过智能启停控制可以降低氧量传感器、一氧化碳传感器的损耗，降低了锅炉监测系统的运行成本，具有通用性好、集成度高的特点。

第二方面，本发明提供了一种固体燃料工业锅炉监测系统的锅炉热效率监测方法，包括：

获取目标锅炉的排烟温度值、排烟烟气中的气体含量、炉渣含碳量以及锅炉热效率测量模型，所述排烟温度值和所述排烟烟气中的气体含量由所述排烟端传感器采集得到，所述锅炉热效率测量模型基于样本排烟温度值、样本过量空气系数值以及样本炉渣含碳量为变量构建；

根据所述气体含量，确定过量空气系数值；

根据所述排烟温度值、所述炉渣含碳量、所述过量空气系数值以及所述锅炉热效率测量模型，监测所述目标锅炉的锅炉热效率。

在一个实施例中，所述炉渣含碳量基于炉渣含碳量测量模型确定，所述炉渣含碳量测量模型基于所述数据采集终端采集的工业锅炉历史运行数据及其对应的历史炉渣含碳量进行模型训练得到。

在一个实施例中，所述获取所述目标锅炉的锅炉热效率测量模型，包括：

将样本锅炉的样本数据代入预设锅炉热效率测量模型中，确定所述样本锅炉的样本锅炉热效率，所述样本数据包括样本排烟温度值、样本过量空气系数值和样本炉渣含碳量；

获取所述样本数据对应的实际锅炉热效率；

根据所述样本热效率和所述实际热效率，计算热效率误差；

根据所述热效率误差，调整所述预设热效率测量模型中的参数，以调整热效率误差；

当调整后的热效率误差满足预设条件时，将调整后的预设热效率测量模型确定为锅炉热效率测量模型。

本发明提供的固体燃料工业锅炉监测系统的锅炉热效率监测方法有益效果至少在于：

通过合理准确的设置传感器的位置和设置方式，确保了数据采集的精度，同时仅需采集排烟温度值、排烟烟气中的气体含量、炉渣含碳量，并基于锅炉热效率预测模型即可实现锅炉的实时监控，以便于实时了解燃气锅炉的运行状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明实施例提供的固体燃料工业锅炉监测系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的固体燃料工业锅炉监测系统的锅炉热效率监测方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的在线监测云平台的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

11	水质硬度报警仪	12	给水流量计
				13	给水温度传感器	14	燃料计重传感器
15	蒸汽温度传感器	16	排烟温度传感器
				17	烟气成分采集传感器	18	蒸汽压力传感器
19	环境温度传感器	20	网络摄像头
				21	便携式燃料分析仪
100	固体燃料工业锅炉	101	PLC/DCS控制柜
				110	进料口	111	进料斗
120	排烟管	130	主蒸汽管道
				140	进水管	141	软水器
142	水箱	143	给水泵

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

一种固体燃料工业锅炉监测系统，包括数据采集系统、数据传输网络和在线监测云平台，数据采集系统包括数据采集终端和安装在锅炉上的数据采集装置，数据采集装置与数据采集终端通讯相连，数据采集系统通过数据传输网络与在线监测云平台通讯相连，数据采集装置经数据传输线缆与数据采集终端连接，数据采集装置实时采集锅炉运行时的各项参数，数据采集装置将实时采集的各项参数通过传输线缆传输至数据采集终端，数据采集终端数对数据采集装置采集的各项参数进行监测、收集和存储，并通过数据传输网络将数据上传至远程在线监测云平台，在线监测云平台将数据传输网络传输来的传输数据通过后台服务器软件进一步分析计算，评价被测固体燃料工业锅炉的安全及能效指标。对于异常指标，在线监测云平台以视频、电话、短信或现场诊断等方式反馈给锅炉使用方，指导其开展有针对性的优化运行或节能整改。所述数据采集终端采用包括卡尔曼滤波算法和指数平滑预测算法在内的模态识别控制方法，对所述数据采集装置采集数据的时域和频域进行智能控制和准确预判，对智能监测启停点进行最优预测，控制数据采集的最佳时间点。其中卡尔曼滤波算法和指数平滑预测算法为现有已知的算法，模态识别控制方法也是常规的控制方法，在此不再详述。

更进一步得，该工业锅炉监测系统还包括客户端，客户端可以是用户的电脑、智能手机或平板电脑。客户端通过网络接收在线监测云平台输出的信息，用户可以在客户端可以实时查询己方锅炉的运行信息、报警信息和推送处理建议等。

具体的，数据采集装置包括给水端传感器、排烟端传感器、燃料端传感器、蒸汽端传感器、锅炉运行传感器、环境参数传感器和视频采集传感器，各传感器分别用于采集锅炉各端的参数。

具体的，数据采集终端采集的信号由模拟量信号、开关量信号、视频采集和RS485总线信号四部分组成。信号采集是利用上述装置将锅炉运行过程中的物理量转换成4～20mA的模拟电流或0～5V的电压信号输出。开关信号采集是利用信号连接电缆从锅炉主控制柜内内的继电器、接触器、指示灯提取开关量信号，开关量信号包括:锅炉综合报警、超压报警、高低水位及运行信号等。由于开关信号涉及锅炉安全运行状况，因此，只是提取二次信号，而不改变原控制电路。视频采集由网络摄像头采集视频信号。RS485总线信号通过串行通信接口采集数字式智能仪表的信号，并作为扩展模块的备用接口。

如图1所示，给水端传感器设置在固体燃料工业锅炉100的进水管140上，包括水质硬度报警仪11、给水流量计12和给水温度传感器13，进水管140上依次设置有软水器141、水箱142和给水泵143，水质硬度报警仪11设置在软水器141与水箱142之间，水质硬度报警仪11用来在线监测锅炉给水硬度并发出超标报警信号，超标报警信号为开关量信号；给水流量计12和给水温度传感器13安装在给水泵143后面，给水流量计12用来采集锅炉给水量信号，给水量信号为4～20mA电流模拟量信号；给水温度传感器13用来采集给水温度信号。给水温度检测传感器13一般安装在给水泵后给水管道的直段上，测温端应插至给水管道截面的1/3～2/3处。给水流量计12与给水温度检测传感器13尽量处于同一区域。

优选的，水质硬度报警仪。由试剂盒、注药部分、搅拌部分、测定部分、给排水部分、控制模块构成。能定期自动进行样水的采集、搅拌和判断等一连串测定动作，每次测量后自动清洗管路。在线流动采样无需断样，断样自动报警，能在无试样时自动切换通道；采用比色分析法自动得出锅炉给水硬度是否符合标准，并可根据水质硬度报警信号，及时控制水处理设备进行水处理运行及再生，报警信号为开关量信号。

优选的，排烟端传感器包括设置在固体燃料工业锅炉100排烟管120上的排烟温度传感器16和烟气成分采集传感器17，烟气成分采集传感器17用于分析锅炉排烟烟气的氧气含量、一氧化碳含量和三原子气体含量，该烟气成分采集传感器17中内置有烟气半导体冷却装置和烟气粉尘过滤装置，烟气半导体冷却装置能在15s内将300℃的烟气冷却至50℃以下，同时经烟气粉尘过滤装置过滤，使得烟气的温度和粉尘数量满足烟气中氧气和一氧化碳指标监测的要求。烟气成分采集传感器17和排烟温度传感器16可采用同一个测点，当二者采用不同测点时，烟气成分采集传感器17应更靠近最后一级受热面。为了避免烟气成分采集传感器17端部淋到水，在锅炉尾部烟道上开孔时，在锅炉尾部烟道内侧焊接钢管或束节，烟气成分采集传感器17和排烟温度传感器16应插至烟道直径(当量)的1/3～2/3处。

优选的，燃料端传感器为设置在固体燃料工业锅炉100固体燃料进料口110 处的燃料计重传感器14，具体的，燃料计重传感器14采用炉前皮带称重式输送机计量或在进料斗111上方焊接加装用于计量燃料量的称重装置,燃料计重传感器14连接便携式燃料分析仪21，便携式燃料分析仪21将燃料成分分析数据连接传输至数据采集终端。

优选的，蒸汽端传感器为设置在锅炉主蒸汽管道130出口处的蒸汽温度传感器15，蒸汽温度传感器15一般在主蒸汽管道130上开口安装，测温端应插至主蒸汽管道截面的1/3～2/3处，蒸汽温度传感器15用于实时监测主蒸汽管道 130出口处的蒸汽温度。

优选的，锅炉运行传感器包括锅炉就地压力表和蒸汽压力传感器18，锅炉蒸汽压力存水弯管上安装三通阀,三通阀两个输出端分别连接锅炉就地压力表与蒸汽压力传感器18，锅炉就地压力表实时显示主蒸汽压力，便于巡检人员监测；蒸汽压力传感器实时监测锅炉内蒸汽的压力，用于物联信号传输。

优选的，压力传感器用来采集锅炉蒸汽压力信号，蒸汽压力信号为0～5V 电压模拟量信号；给水流量计用来采集锅炉给水量信号，给水量信号为4～ 20mA电流模拟量信号；燃料计量计用来获取燃料量信号，分为固体燃料计量装置和燃油气计量计，燃料量信号为4～20mA电流模拟量信号；氧量传感器用来采集锅炉尾部烟道排烟氧含量信号，由氧化锆探头和PCB板两部分组成，排烟氧含量信号为4～20mA电流模拟量信号；温度传感器选取稳定性与可靠性突出，精确度较高，驱动流程简化的热电阻(四线制PT100)，用来采集锅炉各部位温度信号，温度信号包括给水温度、环境温度、蒸汽温度和排烟温度，温度信号为4～20mA电流模拟量信号。

优选的，环境参数传感器为设置在数据采集终端附近的环境温度传感器 19，用于实时监测数据锅炉运行环境的温度。

优选的，视频采集传感器为设置在锅炉前侧部的网络摄像头20，锅炉前侧墙面上安装90度支架，支架上安装网络摄像头20。

具体得，数据采集终端为PLC/DCS控制柜101，PLC/DCS控制柜101设置在固体燃料工业锅炉100的炉体上。

所述的数据采集装置经电源连接电缆、信号连接电缆与数据采集终端(本地PLC/DCS控制柜)连接；借助数据采集终端对锅炉实时运行参数进行监测、收集和存储，并通过数据传输网络(如INTERNET、GPRS、4G/5G等有线或无线网络)将数据上传到远程在线监测云平台。监测云平台是将传输数据通过后台服务器软件进一步分析计算，评价被测锅炉的安全及能效指标，对于异常指标，监测中心以视频、电话、短信或现场诊断等方式反馈给锅炉使用方，指导其开展有针对性的优化运行或节能整改。客户端是锅炉用户方接收在线监测云平台信息的媒介。包括用户的电脑、智能手机或者平板电脑等，用于实时查询己方锅炉运行信息、报警信息、推送的处理建议等。

实施例2

本发明实施例可应用在电子设备上，具体可以应用于服务器或一般计算机上，本实施例以电子设备上设置的在线监测云平台为执行主体，如图2所述，本发明实施例提供了一种固体燃料工业锅炉监测系统的锅炉热效率监测方法，包括如下各个步骤：

步骤201、获取目标锅炉的排烟温度值、排烟烟气中的气体含量、炉渣含碳量以及锅炉热效率测量模型，所述排烟温度值和所述排烟烟气中的气体含量由所述排烟端传感器采集得到，所述锅炉热效率测量模型基于样本排烟温度值、样本过量空气系数值以及样本炉渣含碳量为变量构建。

具体地，在锅炉上安装的数据采集装置，并通过数据采集装置中的排烟端传感器采集的排烟温度值以及排烟烟气中的气体含量，并将排烟端传感器采集的排烟温度值以及排烟烟气中的气体含量发送给在线监测云平台，从而使得在线监测云平台能够获取排烟温度值以及排烟烟气中的气体含量。这里，基于传感器采集数据为现有技术，本发明实施例对此不做过多赘述。其中，所述排烟端传感器包括安装在排烟管道出口处的排烟温度传感器和烟气成分采集传感器，所述烟气成分采集传感器用于分析锅炉排烟烟气中的氧气含量、一氧化碳含量和三原子气体含量，所述烟气成分采集传感器和所述排烟温度传感器位于同一测点或不同测点，当所述烟气成分采集传感器和所述排烟温度传感器位于不同测点时，所述烟气成分采集传感器更靠近最后一级受热面。应当理解的，气体含量包括氧气含量、一氧化碳含量和三原子气体含量。

可选地，具体可通过如下方法获取锅炉热效率测量模型：

将样本锅炉的样本数据代入预设锅炉热效率测量模型中，确定所述样本锅炉的样本锅炉热效率，所述样本数据包括样本排烟温度值、样本过量空气系数值和样本炉渣含碳量；

获取所述样本数据对应的实际锅炉热效率；

根据所述样本热效率和所述实际热效率，计算热效率误差；

根据所述热效率误差，调整所述预设热效率测量模型中的参数，以调整热效率误差；

当调整后的热效率误差满足预设条件时，将调整后的预设热效率测量模型确定为锅炉热效率测量模型。

具体地，将样本锅炉的样本数据代入预设锅炉热效率测量模型中，从而得到样本锅炉的样本锅炉热效率，样本数据包括样本排烟温度值、样本过量空气系数值以及样本炉渣含碳量，然后，获取样本数据对应的实际锅炉热效率，根据样本热效率和实际热效率，计算热效率误差，得到的热效率误差能够反映出模型预测结果和真实值之间的误差，然后，基于热效率误差，调整预设热效率测量模型中的参数，比如，可以改变预设热效率预测模型中的自变量前的系数，增加或者删除某些自变量，增加或删除常数项，改变常数项的数值，为了验证调整后的预设热效率测量模型的准确性，需要继续将样本数据代入调整后的预设热效率测量模型中，以调整热效率误差，得到调整后的热效率误差，之后，根据调整后的热效率误差不断的调整预设热效率测量模型，直到调整后的比焓误差满足预设条件时，将调整后的预设热效率测量模型作为锅炉热效率测量模型。这里，调整后的热效率误差满足预设条件说明热效率误差的收敛程度相对较高，进而说明利用锅炉热效率测量模型所得到的计算结果的准确性相对较高。需要说明的是，样本数据的数量应当是大量的，从而确保训练出的锅炉热效率测量模型的准确性。因此，热效率误差应当是包括大量样本数据分别对应的热效率误差。可选的，调整后的热效率误差满足预设条件包括多个样本数据分别对应的热效率误差之和不大于预设值，或者每个样本数据分别对应的热效率误差不大于预设值。需要说明的是，样本锅炉可以是目标锅炉，也可以是和目标锅炉运行情况相似的锅炉，样本炉渣含碳量可以基于线下化验的方法得到，也可以通过炉渣含碳量测量模型。

可选地，炉渣含碳量基于炉渣含碳量测量模型确定，所述炉渣含碳量测量模型基于所述数据采集终端采集的工业锅炉历史运行数据及其对应的历史炉渣含碳量进行模型训练得到。其中，历史炉渣含碳量基于线下化验的方法得到，作为一种可能的情况，炉渣含碳量测量模型可以是基于国内各煤质大量测试数据结果和数学模型修正而来，并和线下化验数据进行比对修正得到。

步骤202、根据所述气体含量，确定过量空气系数值。

可选地，过量空气系数计算公式包括：

α＝(21/(21-O₂))

其中，α表征排烟处的过量空气系数；O₂表示排烟处的氧气含量，单位为％。可选地，过量空气系数计算公式包括：

α＝(21/(21-0.91×O₂))

其中，α表征排烟处的过量空气系数；O₂表示排烟处的氧气含量，单位为％。

步骤203、根据所述排烟温度值、所述炉渣含碳量、所述过量空气系数值以及所述锅炉热效率测量模型，监测所述目标锅炉的锅炉热效率。

本实施例中，将排烟温度值、炉渣含碳量、过量空气系数值代入锅炉热效率测量模型，即可得到目标锅炉的锅炉热效率。

需要说明的是，锅炉热效率测量模型中的模型参数可以结合实际数据不断进行调整，从而更为真实的反映出目标锅炉的锅炉热效率。

本发明提供的方法具有如下有益效果：

通过合理准确的设置传感器的位置和设置方式，确保了数据采集的精度，同时仅需采集排烟温度值、排烟烟气中的气体含量、炉渣含碳量，并基于锅炉热效率预测模型即可实现锅炉的实时监控，以便于实时了解燃气锅炉的运行状态。

实施例3

如图3所述，本发明实施例提供了一种在线监测云平台，包括：

获取模块301，用于获取目标锅炉的排烟温度值、排烟烟气中的气体含量、炉渣含碳量以及锅炉热效率测量模型，所述排烟温度值和所述排烟烟气中的气体含量由所述排烟端传感器采集得到，所述锅炉热效率测量模型基于样本排烟温度值、样本过量空气系数值以及样本炉渣含碳量为变量构建；

系数确定模块302，用于根据所述气体含量，确定过量空气系数值；

监测模块303，用于根据所述排烟温度值、所述炉渣含碳量、所述过量空气系数值以及所述锅炉热效率测量模型，监测所述目标锅炉的锅炉热效率。

在一个实施例中，所述炉渣含碳量基于炉渣含碳量测量模型确定，所述炉渣含碳量测量模型基于所述数据采集终端采集的工业锅炉历史运行数据及其对应的历史炉渣含碳量进行模型训练得到。

在一个实施例中，所述获取模块301，包括：第一热效率确定单元、第二热效率确定单元、误差确定单元、调整单元以及模型确定单元；其中，

所述第一热效率确定单元，用于将样本锅炉的样本数据代入预设锅炉热效率测量模型中，确定所述样本锅炉的样本锅炉热效率，所述样本数据包括样本排烟温度值、样本过量空气系数值和样本炉渣含碳量；

所述第二热效率确定单元，用于获取所述样本数据对应的实际锅炉热效率；

所述误差确定单元，用于根据所述样本热效率和所述实际热效率，计算热效率误差；

所述调整单元，用于根据所述热效率误差，调整所述预设热效率测量模型中的参数，以调整热效率误差；

所述模型确定单元，用于当调整后的热效率误差满足预设条件时，将调整后的预设热效率测量模型确定为锅炉热效率测量模型。

实施例4

图4是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，电子设备设置有实施例3所述的在线监测云平台。在硬件层面，该电子设备包括处理器401以及存储有执行指令的存储器402，可选地还包括内部总线403及网络接口404。其中，存储器402可能包含内存4021，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器4022(non-volatile memory)，例如至少1个磁盘存储器等；处理器401、网络接口404和存储器402可以通过内部总线403相互连接，该内部总线403可以是ISA(Industry StandardArchitecture，工业标准体系结构)总线、PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry Standard Architecture，扩展工业标准结构)总线等；内部总线403可以分为地址总线、数据总线、控制总线等，为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。当然，该电子设备还可能包括其他业务所需要的硬件。当处理器401执行存储器402存储的执行指令时，处理器401执行本发明任意一个实施例中的方法，并至少用于执行如图2所示的方法。

在一种可能实现的方式中，处理器从非易失性存储器中读取对应的执行指令到内存中然后运行，也可从其它设备上获取相应的执行指令，以在逻辑层面上形成一种在线监测云平台。处理器执行存储器所存放的执行指令，以通过执行的执行指令实现本发明任一实施例中提供的一种固体燃料工业锅炉监测系统的锅炉热效率监测方法。

处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array， FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，包括执行指令，当电子设备的处理器执行执行指令时，所述处理器执行本发明任意一个实施例中提供的方法。该电子设备具体可以是如图4所示的电子设备；执行指令是在线监测云平台所对应计算机程序。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或软件和硬件相结合的形式。

本发明中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者锅炉不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者锅炉所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者锅炉中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种固体燃料工业锅炉监测系统，其特征在于，包括数据采集系统、数据传输网络、在线监测云平台和客户端，所述数据采集系统包括数据采集终端和安装在锅炉上的数据采集装置，所述数据采集装置用于采集工业锅炉运行实时参数，所述数据采集系统通过所述数据传输网络与所述在线监测云平台通讯相连，所述数据采集终端收集所述数据采集装置采集的工业锅炉运行实时参数，通过所述数据传输网络传输至所述在线监测云平台，所述客户端与所述在线监测云平台通讯相连；

所述数据采集装置包括给水端传感器、排烟端传感器、燃料端传感器、蒸汽端传感器、锅炉运行传感器和环境参数传感器；

所述给水端传感器包括安装在给水管道上的水质硬度报警仪、给水流量计和给水温度传感器，其中所述水质硬度报警仪设置在给水管道上的软水器和水箱之间，所述给水流量计和所述给水温度传感器设置在给水管道上的给水泵后的直段上并保持处于同一区域，所述给水温度传感器的测温端插至给水管道截面的1/3～2/3处；

所述排烟端传感器包括安装在排烟管道出口处的排烟温度传感器和烟气成分采集传感器，所述烟气成分采集传感器用于分析锅炉排烟烟气中的氧气含量、一氧化碳含量和三原子气体含量，所述烟气成分采集传感器和所述排烟温度传感器位于同一测点或不同测点，当所述烟气成分采集传感器和所述排烟温度传感器位于不同测点时，所述烟气成分采集传感器更靠近最后一级受热面；所述烟气成分采集传感器和所述排烟温度传感器通过支架安装在排烟管道内侧并插至排烟管道直径的1/3～2/3处，所述烟气成分采集传感器中内置烟气半导体冷却装置和烟气粉尘过滤装置；

所述燃料端传感器为设置在燃料入口处的燃料计重传感器，所述燃料计重传感器采用炉前皮带称重式输送机计量或在进料斗上方加装用于计量燃料量的称重装置；

所述蒸汽端传感器为设置在主蒸汽管道出口处的蒸汽温度传感器，所述蒸汽温度传感器在主蒸汽管道上开口安装，所述蒸汽温度传感器的测温端插入主蒸汽管道截面的1/3～2/3处；

所述锅炉运行传感器包括锅炉就地压力表与蒸汽压力传感器，锅炉蒸汽压力存水弯管上安装三通阀,三通阀两个输出端分别连接所述锅炉就地压力表与所述蒸汽压力传感器，所述锅炉就地压力表实时显示主蒸汽压力，所述蒸汽压力传感器实时监测锅炉内蒸汽的压力；所述环境参数传感器包括环境温度传感器，所述环境温度传感器设置在数据采集终端附近。

2.如权利要求1所述的一种固体燃料工业锅炉监测系统，其特征在于，所述数据采集终端采用包括卡尔曼滤波算法和指数平滑预测算法在内的模态识别控制方法，对所述数据采集装置采集数据的时域和频域进行智能控制和准确预判，对智能监测启停点进行最优预测，控制数据采集的最佳时间点。

3.如权利要求1所述的一种固体燃料工业锅炉监测系统，其特征在于，所述数据采集装置还包括视频采集传感器和便携式燃料分析仪，所述便携式燃料分析仪与所述燃料端传感器相连。

4.如权利要求1所述的一种固体燃料工业锅炉监测系统，其特征在于，所述在线监测云平台具有后台计算装置，所述后台计算装置对数据传输网络传输来的参数数据进行分析计算，评价锅炉的安全及能效指标。

5.一种固体燃料工业锅炉监测系统的锅炉热效率监测方法，应用于电子设备，所述电子设备上设置有如权利要求1～4任一项所述的固体燃料工业锅炉监测系统中的在线监测云平台，其特征在于，包括：

获取目标锅炉的排烟温度值、排烟烟气中的气体含量、炉渣含碳量以及锅炉热效率测量模型，所述排烟温度值和所述排烟烟气中的气体含量由所述排烟端传感器采集得到，所述锅炉热效率测量模型基于样本排烟温度值、样本过量空气系数值以及样本炉渣含碳量为变量构建；

根据所述气体含量，确定过量空气系数值；

根据所述排烟温度值、所述炉渣含碳量、所述过量空气系数值以及所述锅炉热效率测量模型，监测所述目标锅炉的锅炉热效率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述炉渣含碳量基于炉渣含碳量测量模型确定，所述炉渣含碳量测量模型基于所述数据采集终端采集的工业锅炉历史运行数据及其对应的历史炉渣含碳量进行模型训练得到；

所述获取所述目标锅炉的锅炉热效率测量模型，包括：

将样本锅炉的样本数据代入预设锅炉热效率测量模型中，确定所述样本锅炉的样本锅炉热效率，所述样本数据包括样本排烟温度值、样本过量空气系数值和样本炉渣含碳量；

获取所述样本数据对应的实际锅炉热效率；

根据所述样本锅炉热效率和所述实际锅炉热效率，计算热效率误差；

根据所述热效率误差，调整所述预设锅炉热效率测量模型中的参数，以调整热效率误差；

当调整后的热效率误差满足预设条件时，将调整后的预设热效率测量模型确定为锅炉热效率测量模型。

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