CN113757634B - 一种工业锅炉能效环保协同检测平台及方法 - Google Patents

一种工业锅炉能效环保协同检测平台及方法 Download PDF

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CN113757634B CN202111320714.7A CN202111320714A CN113757634B CN 113757634 B CN113757634 B CN 113757634B CN 202111320714 A CN202111320714 A CN 202111320714A CN 113757634 B CN113757634 B CN 113757634B
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Abstract

本发明公开了一种工业锅炉能效环保协同检测平台及方法，通过在线监测传感系统、数据采集和传输系统和数据统计与分析系统以获得工业锅炉能效测试和环保测试所需的数据，并给出锅炉的节能和环保运行状态的评估、诊断和优化决策建议，所述数据统计与分析系统对所述数据采集和传输系统采集传输过来的工业锅炉能效检测数据和环保检测数据进行融合，以获得能效环保协同指数，通过所述能效环保协同指数完成对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据的统计与协同分析，可实现对工业锅炉的大气污染物排放进行超标预警、以及节能和环保运行提供协同优化决策。

Description

一种工业锅炉能效环保协同检测平台及方法
技术领域
本发明属于锅炉环保检测技术领域，具体涉及一种工业锅炉能效环保协同检测平台及方法。
背景技术
自《大气污染防治法》颁布以来，将锅炉节能环保工作提到了由市场监管部门负责开展，国家三部委相继联合发文《市场监管总局 国家发展改革委 生态环境部关于加强锅炉节能环保工作的通知》，提出锅炉节能能效检测和锅炉环保检测协同开展，对于符合新标准、新要求，且同时满足两项测试的检测平台和评价指数的需求十分迫切。随着我国对安全、节能和环保方面的要求逐年提高，如何在推进行业健康稳步发展、确保锅炉安全运行的形势下，进一步加速推进节能减排工作的开展，已成为锅炉行业未来发展面临的新 课题和严峻挑战。这就需要在提高锅炉能效的同时降低污染物的排放。然而目前锅炉能效测试和环保检测基本上都是分开单独研究，专门围绕能效和环保协同检测的平台和评价指数尚无。
由于目前锅炉的能效测试和环保检测基本上都是分开单独进行，可能会存在工作人员为应付监管部门对其中一项测试的抽查而牺牲另一测试的运行水平，如为了降低污染物的排放浓度而牺牲锅炉热效率，或者为了提高锅炉热效率而不顾污染物的排放浓度，上述情况均不利于监管部门对锅炉整体能效环保水平的把控。
公开号为CN102968561A的专利申请公开了一种锅炉系统的能效评估模型及方法，具体步骤是：1)收集锅炉系统的基础资料，2)进行锅炉经济运行考察，提出锅炉经济运行考核表；3)进行锅炉系统的能效评估，其包括：初步建立锅炉系统的能效指数体系；对初步建立的能效指数体系进行数据预处理，数据预处理包括评价指数的类型一致化、无量纲化以及筛选优化；计算能效指数体系中的二级指数的值；应用递阶综合评价模型，计算一级指数和二级指数的权重，完成基于G1群组判断的一级指数的主观评估和基于熵权法的二级指数的客观评估；采用专家经验和客观数据的有机结合，完成递阶综合评价模型的综合权重的确定，建立锅炉系统的综合能效评价的数学模型，量化锅炉系统的评估结果。该专利中仅仅公开了建立锅炉系统的能效评估模型，其并不涉及对环保方向的检测和统计分析。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种工业锅炉能效环保协同检测平台，通过在线监测传感系统、数据采集和传输系统和数据统计与分析系统可实现对工业锅炉的大气污染物排放进行超标预警、以及节能和环保运行提供协同优化决策。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种工业锅炉能效环保协同检测平台，包括：在线监测传感系统、数据采集和传输系统和数据统计与分析系统；
所述在线监测传感系统用于监测工业锅炉的实时监控数据，所述实时监控数据包括工业锅炉运行参数、能效环保监测数据；
所述数据采集和传输系统用于对工业锅炉的实时监控数据进行采集，并传输至数据统计与分析系统，所述数据采集和传输系统包括数据采集模块、运行控制模块以及数据传输模块；所述数据采集模块用于采集包括工业锅炉运行参数、能效环保监测数据在内的工业锅炉实时监控数据，能效环保监测数据包括工业锅炉的能效检测数据和环保检测数据；所述运行控制模块用于控制采样与测量的频率；所述数据传输模块用于把所述数据采集模块采集的工业锅炉实时监控数据同步传输至数据统计与分析系统与第三方核查机构；
所述数据统计与分析系统用于对工业锅炉实时监控数据进行统计、计算和分析，以获得工业锅炉能效测试和环保测试所需的数据，并给出锅炉的节能和环保运行状态的评估、诊断和优化决策建议，所述数据统计与分析系统对所述数据采集和传输系统采集传输过来的工业锅炉能效检测数据和环保检测数据进行融合，将工业锅炉能效检测数据和环保检测数据中的能效测试参数和环保测试参数进行正向化，然后使用归一化方法对正向化后的参数进行无量纲化处理，得到无量纲化后的各能效和环保测试参数相对值，并利用变异系数法计算出每项能效测试参数和环保测试参数的权重，最终计算经过无量纲化后的所有能效测试参数相对值、所有环保测试参数相对值与各自参数对应的权重乘积之和，以获得工业锅炉的能效环保协同指数，通过所述协同评价指数完成对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据的统计与协同分析，并对节能和环保运行提供协同优化决策。
优选的，所述在线监测传感系统包括用于测量大气压力的大气压力测量模块、用于测量烟气流速的流速测量模块、用于测量烟气表压的压力测量模块、用于测量烟气温度的温度测量模块、用于测量烟气湿度的湿度测量模块、用于测量烟气中氧含量的O2含量测量模块、用于测量烟气中CO2及CO含量的CO2及CO含量测量模块、用于测量烟气中SO2含量的SO2含量测量模块、用于测量烟气中NO及NO2含量的NO及NO2含量测量模块，用于测量烟气中烟尘颗粒物浓度的烟尘排放浓度测量模块。
优选的，所述工业锅炉运行参数数据包括：锅炉温度、压力、湿度、流量、燃料供给量、送风量、含氧量、锅炉进水参数、锅炉出水参数、锅炉蒸汽参数；
所述能效环保监测数据包括：烟气流速、烟气压力、烟气温度、烟气湿度、排烟处过量空气系数、烟气中O2、CO、CO2、SO2、NO、NO2的含量、烟尘颗粒物的排放浓度。
优选的，选取所述能效环保监测数据中的排烟温度、排烟处过量空气系数、给水温度、排烟处O2含量作为能效测试参数；选取所述能效环保监测数据中的SO2排放浓度、NOX排放浓度、烟尘颗粒物排放浓度作为环保检测参数，其中，NOX排放浓度为NO和NO2的排放总浓度。
优选的，所述数据统计与分析系统包括数据统计模块、在线计算模块、数据分析模块；
所述数据统计模块用于统计工业锅炉在线监测过程中的所述工业锅炉运行参数数据和所述能效环保监测数据，并通过可视化平台展示出来；
所述在线计算模块用于计算反映工业锅炉运行能效水平的能效评价参数，工业锅炉的能效评价参数包括：锅炉出力、锅炉热效率、排烟处过量空气系数；
所述数据分析模块用于对工业锅炉在线监测的能效环保监测数据进行分析，所述数据分析模块采用相应的融合策略，对所述数据采集和传输系统采集的能效检测数据和环保检测数据进行融合，以获得能效环保协同指数，通过所述协同评价指数完成对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据的统计与协同分析，并对节能和环保运行提供协同优化决策。
优选的，所述可视化平台为电脑、显示屏或手机中的一种或多种。
本发明的目的之二是提供一种工业锅炉能效环保协同检测方法，该方法中提出一个综合考虑能效测试与环保检测两者参数的协同评价指标——能效环保协同指数。该指数能够综合反映工业锅炉运行的能效水平和环保水平，可为能效环保协同监管提供判定依据，有助于监管部门综合判断工业锅炉的能效环保状态；并且便于工作人员实时关注锅炉的能效环保状况，为实现锅炉系统的优化调整和效率提高提供依据，可用于指导企业提高能源利用效率，推进温室气体排放控制，积极应对全球气候变化具有重要意义；并对节能环保工作具有引领和示范性作用，有利于进一步推动锅炉行业提高能效环保水平，全面助力我国碳达峰、碳中和目标的实现。
为实现上述发明目的，采取的技术方案如下：
一种工业锅炉能效环保协同检测方法，包括如下步骤：
步骤S1.通过在线监测传感系统监测工业锅炉的实时监控数据，所述实时监控数据包括工业锅炉运行参数、能效环保监测数据；
步骤S2.通过数据采集和传输系统对步骤S1的工业锅炉的实时监控数据进行采集，并传输至数据统计与分析系统，所述数据采集和传输系统包括数据采集模块、运行控制模块以及数据传输模块；通过所述数据采集模块采集包括工业锅炉运行参数、能效环保监测数据在内的工业锅炉实时监控数据，能效环保监测数据包括工业锅炉的能效检测数据和环保检测数据；通过运行控制模块控制采样与测量的频率；通过所述数据传输模块把所述数据采集模块采集的工业锅炉实时监控数据同步传输至数据统计与分析系统与第三方核查机构；
步骤S3.通过数据统计与分析系统对工业锅炉实时监控数据进行统计、计算和分析，以获得工业锅炉能效测试和环保测试所需的数据，并给出锅炉的节能和环保运行状态的评估、诊断和优化决策建议，通过所述数据统计与分析系统对步骤S2中的所述数据采集和传输系统采集传输过来的工业锅炉能效检测数据和环保检测数据进行融合，将工业锅炉能效检测数据和环保检测数据中的能效测试参数和环保测试参数进行正向化，然后使用归一化方法对正向化后的参数进行无量纲化处理，得到无量纲化后的各能效和环保测试参数相对值，并利用变异系数法计算出每项能效测试参数和环保测试参数的权重，最终计算经过无量纲化后的所有能效测试参数相对值、所有环保测试参数相对值与各自参数对应的权重乘积之和，以获得工业锅炉的能效环保协同指数，通过所述能效环保协同指数完成对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据的统计与协同分析，并对节能和环保运行提供协同优化决策。
优选的，所述步骤S3中的能效环保协同指数的计算方法如下：
步骤a1.指数的正向化：工业锅炉能效检测数据和环保检测数据中的测量参数均为逆向指数，通过对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据中的能效测试参数和环保测试参数进行正向化，
指数一般分为正向指数和逆向指数，正常情况下正向指数越大越好，逆向指数越小越好。为了可以进行综合汇总，需要解决同方向性，一般需要将逆向指数进行正向化，指数的正向化计算公式为：
Figure 816313DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 712725DEST_PATH_IMAGE002
是参数的实际值，
Figure 508642DEST_PATH_IMAGE003
是正向化后的相对值；
步骤a2.参数无量纲化：为了消除各指数单位不同的问题，首先使用归一化方法对能效测试参数和环保测试参数进行无量纲化处理，计算出无量纲化后的相对值：
Figure 589731DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure 2258DEST_PATH_IMAGE005
是归一化后的相对值，
Figure 764677DEST_PATH_IMAGE003
是参数正向化后的值，
Figure 369096DEST_PATH_IMAGE006
是参数的最小值，
Figure 293190DEST_PATH_IMAGE007
是参数的最大值；
步骤a3.参数权重计算：利用变异系数法计算出每项能效测试参数和环保测试参数的权重；将经过无量纲化后的每项测试参数的相对值与计算出来的权重值相乘，然后计算经过无量纲化后的所有能效测试参数相对值、所有环保测试参数相对值与各自参数对应的权重乘积之和，从而得到工业锅炉的能效环保协同指数。变异系数法是根据统计学方法计算得出系统各指数变化程度的方法，是一种客观赋权法，它能够客观的反应指数数据的变化信息，该方法能够比较客观的求出各指数的权重。
优选的，所述步骤a3的参数权重计算步骤如下：
步骤b1.原始数据的收集与整理：假设有n组数据，p项测试参数，形成原始参数数据矩阵：
Figure 193013DEST_PATH_IMAGE008
步骤b2.计算第 j 项测试参数的均值和标准差:
Figure 555861DEST_PATH_IMAGE009
Figure 591950DEST_PATH_IMAGE010
为第i组数据的第j项测试参数的值，
Figure 624628DEST_PATH_IMAGE011
为第 j 项测试参数的均值，
Figure 11747DEST_PATH_IMAGE012
为第 j 项测试参数的标准差；
步骤b3.计算第 j 项测试参数的变异系数:
Figure 115969DEST_PATH_IMAGE013
步骤b4.对上述变异系数进行归一化处理，进而得到测试参数的权重:
Figure 803303DEST_PATH_IMAGE014
经过计算得到测试参数的最终权重：W={W1 ,W2 ,…,Wp }，p是测试参数的个数，Wp为第P项的测试参数的权重。
优选的，所述步骤a3中的能效环保协同指数P的计算方法为：P= A1×W1+ A2×W2+…+ Ap× Wp，A={ A 1 , A 2 ,…, A p }，A p为经过无量纲化后第P项的测试参数值，第P项的测试参数值为能效测试参数数据值或环保测试参数数据值。
进一步优选的，能效测试参数选取：排烟温度A1、排烟处过量空气系数A2、给水温度A3、排烟处O2含量A4，环保测试参数选取：SO2排放浓度A5、NOX排放浓度A6、烟尘颗粒物排放浓度A7，则能效环保协同指数的计算方法为：P= A1×W1+ A2×W2+ …+ A7 × W7。
进一步优选的，能效环保协同指数P是一个综合定量指数，用于对工业锅炉的能效状况和环保状况的协同评估，取值范围为0-1，能效环保协同指数越高，代表目前锅炉所处的能效环保状况越好。当能效环保协同指数的值为0时，表示该锅炉的能效环保状况很差；当能效环保协同指数的值为1时，表示该锅炉的能效环保状态。
为了实现锅炉的能效状况和环保状况的协同评估，本发明将锅炉的能效环保指数划分为下表所示的5个等级：
Figure 334778DEST_PATH_IMAGE015
利用能效环保协同指数能够综合反映工业锅炉运行的能效水平和环保水平，可为能效环保协同监管提供判定依据，有助于监管部门综合判断工业锅炉的能效环保状态；便于生产人员实时关注锅炉的能效环保状况，为实现锅炉系统的优化调整和效率提高提供依据，可指导企业提高能源利用效率，推进温室气体排放控制，积极应对全球气候变化具有重要意义；并对节能环保工作具有引领和示范性作用，有利于进一步推动锅炉行业提高能效环保水平，全面助力我国碳达峰、碳中和目标的实现。
有益效果：
本发明的工业锅炉能效环保协同检测平台，通过在线监测传感系统、数据采集和传输系统和数据统计与分析系统以获得工业锅炉能效测试和环保测试所需的数据，并给出锅炉的节能和环保运行状态的评估、诊断和优化决策建议，所述数据统计与分析系统对所述数据采集和传输系统采集传输过来的工业锅炉能效检测数据和环保检测数据进行融合，以获得能效环保协同指数，通过所述协同评价指数完成对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据的统计与协同分析，可实现对工业锅炉的大气污染物排放进行超标预警、以及节能和环保运行提供协同优化决策。
本发明提出了综合考虑能效测试与环保检测两者参数的协同评价指标——能效环保协同指数，该能效环保协同指数能够综合反映工业锅炉运行的能效水平和环保水平，可为能效环保协同监管提供判定依据，有助于监管部门综合判断工业锅炉的能效环保状态；并且便于工作人员实时关注锅炉的能效环保状况，为实现锅炉系统的优化调整和效率提高提供依据，可用于指导企业提高能源利用效率，推进温室气体排放控制，积极应对全球气候变化具有重要意义；并对节能环保工作具有引领和示范性作用，有利于进一步推动锅炉行业提高能效环保水平，全面助力我国碳达峰、碳中和目标的实现。
附图说明
图1 所示为一种工业锅炉能效环保协同检测方法中能效环保协同指数的计算流程图。
具体实施方式
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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。
下面以具体实施例详细介绍本发明的技术方案。
一种工业锅炉能效环保协同检测平台，包括：在线监测传感系统、数据采集和传输系统和数据统计与分析系统；
所述在线监测传感系统用于监测工业锅炉的实时监控数据，所述实时监控数据包括工业锅炉运行参数、能效环保监测数据；
所述数据采集和传输系统用于对工业锅炉的实时监控数据进行采集，并传输至数据统计与分析系统，所述数据采集和传输系统包括数据采集模块、运行控制模块以及数据传输模块；所述数据采集模块用于采集包括工业锅炉运行参数、能效环保监测数据在内的工业锅炉实时监控数据，能效环保监测数据包括工业锅炉的能效检测数据和环保检测数据；所述运行控制模块用于控制采样与测量的频率；所述数据传输模块用于把所述数据采集模块采集的工业锅炉实时监控数据同步传输至数据统计与分析系统与第三方核查机构；
所述数据统计与分析系统用于对工业锅炉实时监控数据进行统计、计算和分析，以获得工业锅炉能效测试和环保测试所需的数据，并给出锅炉的节能和环保运行状态的评估、诊断和优化决策建议，所述数据统计与分析系统对所述数据采集和传输系统采集传输过来的工业锅炉能效检测数据和环保检测数据进行融合，将工业锅炉能效检测数据和环保检测数据中的能效测试参数和环保测试参数进行正向化，然后使用归一化方法对正向化后的参数进行无量纲化处理，得到无量纲化后的各能效和环保测试参数相对值，并利用变异系数法计算出每项能效测试参数和环保测试参数的权重，最终计算经过无量纲化后的所有能效测试参数相对值、所有环保测试参数相对值与各自参数对应的权重乘积之和，以获得工业锅炉的能效环保协同指数，，通过所述协同评价指数完成对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据的统计与协同分析，并对节能和环保运行提供协同优化决策。
所述在线监测传感系统包括用于测量大气压力的大气压力测量模块、用于测量烟气流速的流速测量模块、用于测量烟气表压的压力测量模块、用于测量烟气温度的温度测量模块、用于测量烟气湿度的湿度测量模块、用于测量烟气中氧含量的O2含量测量模块、用于测量烟气中CO2及CO含量的CO2及CO含量测量模块、用于测量烟气中SO2含量的SO2含量测量模块、用于测量烟气中NO及NO2含量的NO及NO2含量测量模块，用于测量烟气中烟尘颗粒物浓度的烟尘排放浓度测量模块。
所述工业锅炉运行参数数据包括：锅炉温度、压力、湿度、流量、燃料供给量、送风量、含氧量、锅炉进水参数、锅炉出水参数、锅炉蒸汽参数；
所述能效环保监测数据包括：烟气流速、烟气压力、烟气温度、烟气湿度、排烟处过量空气系数、烟气中O2、CO、CO2、SO2、NO、NO2的含量、烟尘颗粒物的排放浓度。
本实施例优选的，选取所述能效环保监测数据中的排烟温度、排烟处过量空气系数、给水温度、排烟处O2含量作为能效测试参数；选取所述能效环保监测数据中的SO2排放浓度、NOX排放浓度、烟尘颗粒物排放浓度作为环保检测参数，其中，NOX排放浓度为NO和NO2的排放总浓度。
所述数据统计与分析系统包括数据统计模块、在线计算模块、数据分析模块；
所述数据统计模块用于统计工业锅炉在线监测过程中的所述工业锅炉运行参数数据和所述能效环保监测数据，并通过可视化平台展示出来；
所述在线计算模块用于计算反映工业锅炉运行能效水平的能效评价参数，工业锅炉的能效评价参数包括：锅炉出力、锅炉热效率、排烟处过量空气系数；
所述数据分析模块用于对工业锅炉在线监测的能效环保监测数据进行分析，所述数据分析模块采用相应的融合策略，对所述数据采集和传输系统采集的能效检测数据和环保检测数据进行融合，以获得能效环保协同指数，通过所述协同评价指数完成对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据的统计与协同分析，并对节能和环保运行提供协同优化决策。所述可视化平台为电脑、显示屏或手机中的一种或多种。
利用数据分析模块获得的能效环保协同指数来综合反映工业锅炉运行的能效水平和环保水平，可为能效环保协同监管提供判定依据，有助于监管部门综合判断工业锅炉的能效环保状态；便于生产人员实时关注锅炉的能效环保状况，为实现锅炉系统的优化调整和效率提高提供依据，可指导企业提高能源利用效率，推进温室气体排放控制，积极应对全球气候变化具有重要意义；并对节能环保工作具有引领和示范性作用，有利于进一步推动锅炉行业提高能效环保水平，全面助力我国碳达峰、碳中和目标的实现。
一种工业锅炉能效环保协同检测方法，该方法中提出一个综合考虑能效测试与环保检测两者参数的协同评价指标——能效环保协同指数。该指标能够综合反映工业锅炉运行的能效水平和环保水平，可为能效环保协同监管提供判定依据，有助于监管部门综合判断工业锅炉的能效环保状态；并且便于工作人员实时关注锅炉的能效环保状况，为实现锅炉系统的优化调整和效率提高提供依据，可用于指导企业提高能源利用效率，推进温室气体排放控制，积极应对全球气候变化具有重要意义；并对节能环保工作具有引领和示范性作用，有利于进一步推动锅炉行业提高能效环保水平，全面助力我国碳达峰、碳中和目标的实现。
为实现上述发明目的，采取的技术方案包括如下步骤：
步骤S1.通过在线监测传感系统监测工业锅炉的实时监控数据，所述实时监控数据包括工业锅炉运行参数、能效环保监测数据；
步骤S2.通过数据采集和传输系统对步骤S1的工业锅炉的实时监控数据进行采集，并传输至数据统计与分析系统，所述数据采集和传输系统包括数据采集模块、运行控制模块以及数据传输模块；通过所述数据采集模块采集包括工业锅炉运行参数、能效环保监测数据在内的工业锅炉实时监控数据；通过运行控制模块控制采样与测量的频率；通过所述数据传输模块把所述数据采集模块采集的工业锅炉实时监控数据同步传输至数据统计与分析系统与第三方核查机构；
步骤S3.通过数据统计与分析系统对工业锅炉实时监控数据进行统计、计算和分析，以获得工业锅炉能效测试和环保测试所需的数据，并给出锅炉的节能和环保运行状态的评估、诊断和优化决策建议，通过所述数据统计与分析系统对步骤S2中的所述数据采集和传输系统采集传输过来的工业锅炉能效检测数据和环保检测数据进行融合，将工业锅炉能效检测数据和环保检测数据中的能效测试参数和环保测试参数进行正向化，然后使用归一化方法对正向化后的参数进行无量纲化处理，得到无量纲化后的各能效和环保测试参数相对值，并利用变异系数法计算出每项能效测试参数和环保测试参数的权重，最终计算经过无量纲化后的所有能效测试参数相对值、所有环保测试参数相对值与各自参数对应的权重乘积之和，以获得工业锅炉的能效环保协同指数，通过所述能效环保协同指数完成对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据的统计与协同分析，并对节能和环保运行提供协同优化决策。
所述步骤S3中的能效环保协同指数的计算方法如下：
步骤a1.指数的正向化：工业锅炉能效检测数据和环保检测数据中的测量参数均为逆向指数，通过对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据中的能效测试参数和环保测试参数进行正向化，
指数一般分为正向指数和逆向指数，正常情况下正向指数越大越好，逆向指数越小越好。为了可以进行综合汇总，需要解决同方向性，一般需要将逆向指数进行正向化，指数的正向化计算公式为：
Figure 943614DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 38478DEST_PATH_IMAGE002
是参数的实际值，
Figure 783580DEST_PATH_IMAGE003
是正向化后的相对值；
步骤a2.参数无量纲化：为了消除各指数单位不同的问题，首先使用归一化方法对能效测试参数和环保测试参数进行无量纲化处理，计算出无量纲化后的相对值：
Figure 548274DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure 378826DEST_PATH_IMAGE005
是归一化后的相对值，
Figure 762534DEST_PATH_IMAGE003
是参数正向化后的值，
Figure 627722DEST_PATH_IMAGE006
是参数的最小值，
Figure 501000DEST_PATH_IMAGE016
是参数的最大值；
步骤a3.参数权重计算：利用变异系数法计算出每项能效测试参数和环保测试参数的权重；将经过无量纲化后的每项测试参数的相对值与计算出来的权重值相乘，然后计算经过无量纲化后的所有能效测试参数相对值、所有环保测试参数相对值与各自参数对应的权重乘积之和，从而得到工业锅炉的能效环保协同指数。变异系数法是根据统计学方法计算得出系统各指数变化程度的方法，是一种客观赋权法，它能够客观的反应指数数据的变化信息，该方法能够比较客观的求出各指数的权重。
如图1所示，所述步骤a3的参数权重计算步骤如下：
步骤b1.原始数据的收集与整理：假设有n组数据，p项测试参数，形成原始参数数据矩阵：
Figure 881166DEST_PATH_IMAGE017
步骤b2.计算第 j 项测试参数的均值和标准差:
Figure 130882DEST_PATH_IMAGE009
Figure 850576DEST_PATH_IMAGE010
为第i组数据的第j项测试参数的值，
Figure 591960DEST_PATH_IMAGE011
为第 j 项测试参数的均值，
Figure 397105DEST_PATH_IMAGE012
为第 j 项测试参数的标准差；
步骤b3.计算第 j 项测试参数的变异系数:
Figure 247249DEST_PATH_IMAGE013
步骤b4.对上述变异系数进行归一化处理，进而得到测试参数的权重:
Figure 87029DEST_PATH_IMAGE014
经过计算得到测试参数的最终权重：W={W1 ,W2 ,…,Wp }，p是测试参数的个数，Wp为第P项的测试参数的权重。
优选的，所述步骤a3中的能效环保协同指数P的计算方法为：P= A1×W1+ A2×W2+…+ Ap× Wp，A={ A 1 , A 2 ,…, A p }，A p为经过无量纲化后第P项的测试参数值，第P项的测试参数值为能效测试参数数据值或环保测试参数数据值。
本实施例优选的，能效测试参数选取：排烟温度A1、排烟处过量空气系数A2、给水温度A3、排烟处O2含量A4，环保测试参数选取：SO2排放浓度A5、NOX排放浓度A6、烟尘颗粒物排放浓度A7，则能效环保协同指数的计算方法为：P= A1×W1+ A2×W2+ …+ A7 × W7。
选取了六台不同运行状况的燃天然气蒸汽锅炉的参数作为实例，下表为其锅炉能效测试参数和环保测试参数如表1：
表1：锅炉能效测试参数和环保测试参数
Figure 302110DEST_PATH_IMAGE018
根据TSG G0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》和GB 13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》中规定的限定值要求，可见上表中编号1-3的锅炉均满足能效测试和环保检测的要求；编号4的锅炉满足能效测试的要求，但不满足环保检测的要求（SO2和NOX的含量超出限定值）；编号5的锅炉满足环保检测的要求，但不满足能效测试的要求（锅炉热效率低于要求值）；编号6的锅炉既不满足能效检测的要求（锅炉热效率低于要求值），也不满足环保测试的要求（SO2的含量超出限定值）。
能效环保协同指数的计算方法如下;
步骤a1.逆向指标正向化:由于此处的能效测试和环保检测的主要测量参数均为逆向指标，即参数的值越小，锅炉的能效环保状态越佳，因此首先利用下列公式分别对能效测试和环保检测的参数进行正向化：
Figure 266655DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 123753DEST_PATH_IMAGE019
是参数的实际值，
Figure 552460DEST_PATH_IMAGE003
是正向化后的相对值；
计算结果如下表2：
表2：正向化后的锅炉能效测试参数和环保测试参数
Figure 759DEST_PATH_IMAGE020
步骤a2.参数无量纲化：利用下列公式对所有能效测试和环保测试的参数进行无量纲化：
Figure 780496DEST_PATH_IMAGE021
式中，
Figure 175705DEST_PATH_IMAGE005
是归一化后的相对值，
Figure 645870DEST_PATH_IMAGE003
是参数正向化后的值，
Figure 468332DEST_PATH_IMAGE006
是参数的最小值，
Figure 532103DEST_PATH_IMAGE007
是参数的最大值；
计算结果如下表3：
表3：无量纲化后的锅炉能效测试参数和环保测试参数
Figure 731003DEST_PATH_IMAGE022
步骤a3.参数权重计算：
利用下列公式计算无量纲化后的能效测试各参数和环保测试各参数的平均数和标准差；
Figure 868724DEST_PATH_IMAGE009
然后计算各项测试参数的变异系数:
Figure 799770DEST_PATH_IMAGE013
其次对上述变异系数进行归一化处理，进而得到测试参数的权重:
Figure 288521DEST_PATH_IMAGE014
经过计算得到测试参数的最终权重：W={W1 ,W2 ,…,W7 }，p是测试参数的个数，W7为第7项烟尘（颗粒物）测试参数的权重。计算结果如下表4：
表4：锅炉能效测试参数和环保测试参数的权重
Figure 25532DEST_PATH_IMAGE023
计算能效环保协同指标：分别计算得到6个工况的锅炉能效环保协同指数，计算结果如下表5：
表5：锅炉能效环保协同指数
Figure 345655DEST_PATH_IMAGE024
完成能效环保等级评估，能效环保协同指数P是一个综合定量指数，用于对工业锅炉的能效状况和环保状况的协同评估，取值范围为0-1，能效环保协同指数越高，代表目前锅炉所处的能效环保状况越好。当能效环保协同指数的值为0时，表示该锅炉的能效环保状况很差；当能效环保协同指数的值为1时，表示该锅炉的能效环保状态。为了实现锅炉的能效状况和环保状况的协同评估，本发明将锅炉的能效环保指数划分为下表所示的5个等级：
表6：锅炉能效环保状况等级
Figure 509920DEST_PATH_IMAGE025
根据上表6的指数取值范围，对6个工况的锅炉的节能环保状况进行分级，结果如下表7：
表7：6个锅炉实例的能效环保状况等级
Figure 908803DEST_PATH_IMAGE026
由上表可见，工况1的锅炉的能效环保等级为1级，说明目前锅炉处于优秀的能效环保水平；工况2的锅炉的能效环保等级为2级，说明目前锅炉处于良好的能效环保水平；工况3的锅炉的能效环保等级为3级，说明目前锅炉处于中等的能效环保水平；工况4和工况5的锅炉的能效环保等级均为4级，说明目前锅炉处于较差的能效环保水平，需要关注锅炉的运行状况，适当对其工况进行调整，从而使其回到正常的水平；工况6的锅炉的能效环保等级为5级，说明目前锅炉处于差的能效环保水平，需要立即对其工况进行调整，从而使其回到正常的水平。将能效环保协同指数和代表锅炉能效水平的指标——锅炉热效率以及环保水平进行比较，结果如下表8：
表8：锅炉的能效环保状况等级与锅炉热效率以及环保水平进行比较表
Figure 449506DEST_PATH_IMAGE027
由上表8可见，在锅炉能效水平和环保水平均满足要求的情况下，如编号1-3的锅炉,，能效环保协同系数与能效水平成正比，说明锅炉的能效水平越高，计算得到的能效环保协同指数越高。
当锅炉处于能效水平较好，但其环保水平不合格的情况下，如编号4的锅炉，计算得到的能效环保协同指数较低，根据指标定义可判断目前的锅炉处于较差的能效环保水平，需要关注锅炉的运行状况，适当对其工况进行调整，从而使其回到正常的水平；利用该能效环保协同指数判断的能效环保综合水平与实际的能效环保综合水平相符，说明能效环保协同指数能够综合反映出锅炉的能效环保状况。
当锅炉处于能效水平较差，但其环保水平符合要求的情况下，如编号5的锅炉，计算得到的能效环保协同指数较低，根据指标定义可判断目前的锅炉处于较差的能效环保水平，需要关注锅炉的运行状况，适当对其工况进行调整，从而使其回到正常的水平。利用该能效环保协同指数判断的能效环保综合水平与实际的能效环保综合水平相符，说明能效环保协同指数能够综合反映出锅炉的能效环保状况。
当锅炉处于能效水平和环保水平都不符合要求的情况下，如编号6的锅炉，计算得到的能效环保协同指数很低，根据指标定义可判断目前的锅炉处于差的能效环保水平，需要立即对其工况进行调整，从而使其回到正常的水平。利用该能效环保协同指数判断的能效环保综合水平与实际的能效环保综合水平相符，说明能效环保协同指数能够综合反映出锅炉的能效环保状况。
以上对本发明所提供的一种工业锅炉能效环保协同检测平台及方法的空调系统的实施例进行了详细阐述。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种工业锅炉能效环保协同检测平台，其特征在于，包括：在线监测传感系统、数据采集和传输系统和数据统计与分析系统；
所述在线监测传感系统用于监测工业锅炉的实时监控数据，所述实时监控数据包括工业锅炉运行参数、能效环保监测数据；
所述数据采集和传输系统用于对工业锅炉的实时监控数据进行采集，并传输至数据统计与分析系统，所述数据采集和传输系统包括数据采集模块、运行控制模块以及数据传输模块；所述数据采集模块用于采集包括工业锅炉运行参数、能效环保监测数据在内的工业锅炉实时监控数据，能效环保监测数据包括工业锅炉的能效检测数据和环保检测数据；所述运行控制模块用于控制采样与测量的频率；所述数据传输模块用于把所述数据采集模块采集的工业锅炉实时监控数据同步传输至数据统计与分析系统与第三方核查机构；
所述数据统计与分析系统用于对工业锅炉实时监控数据进行统计、计算和分析，以获得工业锅炉能效测试和环保测试所需的数据，并给出锅炉的节能和环保运行状态的评估、诊断和优化决策建议，所述数据统计与分析系统对所述数据采集和传输系统采集传输过来的工业锅炉能效检测数据和环保检测数据进行融合，将工业锅炉能效检测数据和环保检测数据中的能效测试参数和环保测试参数进行正向化，然后使用归一化方法对正向化后的参数进行无量纲化处理，得到无量纲化后的各能效和环保测试参数相对值，并利用变异系数法计算出每项能效测试参数和环保测试参数的权重，最终计算经过无量纲化后的所有能效测试参数相对值、所有环保测试参数相对值与各自参数对应的权重乘积之和，以获得工业锅炉的能效环保协同指数，通过所述协同评价指数完成对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据的统计与协同分析，并对节能和环保运行提供协同优化决策。
2.根据权利要求1所述的工业锅炉能效环保协同检测平台，其特征在于，所述在线监测传感系统包括用于测量大气压力的大气压力测量模块、用于测量烟气流速的流速测量模块、用于测量烟气表压的压力测量模块、用于测量烟气温度的温度测量模块、用于测量烟气湿度的湿度测量模块、用于测量烟气中氧含量的O2含量测量模块、用于测量烟气中CO2及CO含量的CO2及CO含量测量模块、用于测量烟气中SO2含量的SO2含量测量模块、用于测量烟气中NO及NO2含量的NO及NO2含量测量模块，用于测量烟气中烟尘颗粒物浓度的烟尘排放浓度测量模块。
3.根据权利要求1或2所述的工业锅炉能效环保协同检测平台，其特征在于，所述工业锅炉运行参数数据包括：锅炉温度、压力、湿度、流量、燃料供给量、送风量、含氧量、锅炉进水参数、锅炉出水参数、锅炉蒸汽参数；
所述能效环保监测数据包括：烟气流速、烟气压力、烟气温度、烟气湿度、排烟处过量空气系数、烟气中O2、CO、CO2、SO2、NO、NO2的含量、烟尘颗粒物的排放浓度。
4.根据权利要求3所述的工业锅炉能效环保协同检测平台，其特征在于，选取所述能效环保监测数据中的排烟温度、排烟处过量空气系数、给水温度、排烟处O2含量作为能效测试参数；选取所述能效环保监测数据中的SO2排放浓度、NOX排放浓度、烟尘颗粒物排放浓度作为环保检测参数，其中，NOX排放浓度为NO和NO2的排放总浓度。
5.根据权利要求1所述的工业锅炉能效环保协同检测平台，其特征在于，所述数据统计与分析系统包括数据统计模块、在线计算模块、数据分析模块；
所述数据统计模块用于统计工业锅炉在线监测过程中的所述工业锅炉运行参数数据和所述能效环保监测数据，并通过可视化平台展示出来；
所述在线计算模块用于计算反映工业锅炉运行能效水平的能效评价参数，工业锅炉的能效评价参数包括：锅炉出力、锅炉热效率、排烟处过量空气系数；
所述数据分析模块用于对工业锅炉在线监测的能效环保监测数据进行分析，所述数据分析模块采用相应的融合策略，对所述数据采集和传输系统采集的能效检测数据和环保检测数据进行融合，以获得能效环保协同指数，通过所述协同评价指数完成对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据的统计与协同分析，并对节能和环保运行提供协同优化决策。
6.根据权利要求5所述的工业锅炉能效环保协同检测平台，其特征在于，所述可视化平台为电脑、显示屏或手机中的一种或多种。
7.一种工业锅炉能效环保协同检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1.通过在线监测传感系统监测工业锅炉的实时监控数据，所述实时监控数据包括工业锅炉运行参数、能效环保监测数据；
步骤S2.通过数据采集和传输系统对步骤S1的工业锅炉的实时监控数据进行采集，并传输至数据统计与分析系统，所述数据采集和传输系统包括数据采集模块、运行控制模块以及数据传输模块；通过所述数据采集模块采集包括工业锅炉运行参数、能效环保监测数据在内的工业锅炉实时监控数据；通过运行控制模块控制采样与测量的频率；通过所述数据传输模块把所述数据采集模块采集的工业锅炉实时监控数据同步传输至数据统计与分析系统与第三方核查机构；
步骤S3.通过数据统计与分析系统对工业锅炉实时监控数据进行统计、计算和分析，以获得工业锅炉能效测试和环保测试所需的数据，并给出锅炉的节能和环保运行状态的评估、诊断和优化决策建议，通过所述数据统计与分析系统对步骤S2中的所述数据采集和传输系统采集传输过来的工业锅炉能效检测数据和环保检测数据进行融合，将工业锅炉能效检测数据和环保检测数据中的能效测试参数和环保测试参数进行正向化，然后使用归一化方法对正向化后的参数进行无量纲化处理，得到无量纲化后的各能效和环保测试参数相对值，并利用变异系数法计算出每项能效测试参数和环保测试参数的权重，最终计算经过无量纲化后的所有能效测试参数相对值、所有环保测试参数相对值与各自参数对应的权重乘积之和，以获得工业锅炉的能效环保协同指数，通过所述能效环保协同指数完成对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据的统计与协同分析，并对节能和环保运行提供协同优化决策。
8.根据权利要求7所述的工业锅炉能效环保协同检测方法，其特征在于，
所述步骤S3中的能效环保协同指数的计算方法如下：
步骤a1.指数的正向化：工业锅炉能效检测数据和环保检测数据中的测量参数均为逆向指数，通过对工业锅炉能效检测数据和环保检测数据中的能效测试参数和环保测试参数进行正向化，指数的正向化计算公式为：
Figure 187036DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 33769DEST_PATH_IMAGE002
是参数的实际值，
Figure 634514DEST_PATH_IMAGE003
是正向化后的相对值；
步骤a2.参数无量纲化：首先使用归一化方法对能效测试参数和环保测试参数进行无量纲化处理，计算出无量纲化后的相对值：
Figure 363436DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure 217534DEST_PATH_IMAGE005
是归一化后的相对值，
Figure 981091DEST_PATH_IMAGE003
是参数正向化后的值，
Figure 956000DEST_PATH_IMAGE006
是参数的最小值，
Figure 172218DEST_PATH_IMAGE007
是参数的最大值；
步骤a3.参数权重计算：利用变异系数法计算出每项能效测试参数和环保测试参数的权重；将经过无量纲化后的每项测试参数的相对值与计算出来的权重值相乘，然后计算经过无量纲化后的所有能效测试参数相对值、所有环保测试参数相对值与各自参数对应的权重乘积之和，从而得到工业锅炉的能效环保协同指数。
9.根据权利要求8所述的工业锅炉能效环保协同检测方法，其特征在于，所述步骤a3的参数权重计算步骤如下：
步骤b1.原始数据的收集与整理：假设有n组数据，p项测试参数，形成原始参数数据矩阵：
Figure 54723DEST_PATH_IMAGE008
步骤b2.计算第 j 项测试参数的均值和标准差:
Figure 610470DEST_PATH_IMAGE009
Figure 818597DEST_PATH_IMAGE010
为第j组数据的第j项测试参数的值，
Figure 459794DEST_PATH_IMAGE011
为第 j 项测试参数的均值，
Figure 880411DEST_PATH_IMAGE012
为第 j 项测试参数的标准差；
步骤b3.计算第 j 项测试参数的变异系数:
Figure 618560DEST_PATH_IMAGE013
步骤b4.对上述变异系数进行归一化处理，进而得到测试参数的权重:
Figure 184539DEST_PATH_IMAGE014
经过计算得到测试参数的最终权重：W={W1 ,W2 ,…,Wp }，p是测试参数的个数，Wp为第P项的测试参数的权重。
10.根据权利要求9所述的工业锅炉能效环保协同检测方法，其特征在于，所述步骤a3中的能效环保协同指数P的计算方法为：P= A1×W1+ A2×W2+ …+ Ap× Wp，A={ A 1 , A2 ,…, A p }，A p为经过无量纲化后第P项的测试参数值，第P项的测试参数值为能效测试参数数据值或环保测试参数数据值。
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