李茂東 洪文健 葉向榮 張振頂

(廣州市特種承壓設備檢測研究院，廣東 廣州 510663)

0 引言

工業(yè)鍋爐是一種以燃料的高效燃燒、流動傳熱基礎理論作為核心技術，以燃料加工、熱工參數(shù)運行調(diào)整和控制、污染排放控制等多種主機和輔機裝置集成的機電一體化系統(tǒng)，屬于高耗能特種設備之一。目前全國在用工業(yè)鍋爐約62萬多臺，每年燃煤約7億噸。近年來，隨著國家節(jié)能降耗政策實施力度的加大，對工業(yè)鍋爐的管理逐步轉(zhuǎn)向了安全性和經(jīng)濟性相統(tǒng)一的協(xié)調(diào)管理。

對在用鍋爐，如何通過方便、快捷、有效的管理提高運行熱效率是許多使用單位十分關注的課題。本文主要介紹一種通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)工業(yè)鍋爐能效指標在線遠程實時管理的系統(tǒng)和平臺，通過實時監(jiān)測鍋爐運行能效參數(shù)并計算出鍋爐運行熱效率，通過數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計、預警預報等功能，指導作業(yè)人員及時調(diào)整鍋爐經(jīng)濟運行參數(shù)。

1 工業(yè)鍋爐能效及監(jiān)測技術現(xiàn)狀

當前，由于設計、制造、運行管理等方面原因，我國工業(yè)鍋爐普遍存在排煙溫度高、運行負荷波動大、燃料質(zhì)量波動、冷凝水浪費嚴重、使用單位運行管理粗放等影響熱效率的諸多因素，很多工業(yè)鍋爐處于低效率范圍運行，在用燃煤鍋爐熱效率平均在70%～75%，燃油氣鍋爐熱效率在80%～85%，普遍低于設計效率，平均運行效率比國際先進水平低8%～15%，造成每年浪費大量的能源[1]。如果采取有效的管理和技術措施提高工業(yè)鍋爐能效水平，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

2010年以來，國家開始推進工業(yè)鍋爐節(jié)能降耗工作，即通過能效測試診斷鍋爐能耗現(xiàn)狀推行鍋爐節(jié)能改造。目前能效測試機構(gòu)開展的鍋爐能效測試需要測試人員到現(xiàn)場，通過測試儀器儀表采集能耗數(shù)據(jù)計算鍋爐效率，這種方式耗費大量的人力物力，而且只能測出當時狀態(tài)的鍋爐效率，無法測定鍋爐運行工況變化前后的實時效率，難以準確評價鍋爐運行周期能效變化狀況。

當前，激烈的市場競爭造成很多鍋爐產(chǎn)品出廠時缺少在線排煙溫度、成份、給水溫度流量、蒸汽流量等監(jiān)測儀表，運行上傳統(tǒng)的單純依靠操作人員經(jīng)驗調(diào)整鍋爐經(jīng)濟運行的模式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)實需要，計算機技術和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使得研究開發(fā)一種鍋爐能效在線遠程監(jiān)控管理信息系統(tǒng)，建立集能效數(shù)據(jù)采集、匯總、統(tǒng)計、分析計算、預報預警及數(shù)據(jù)共享于一體統(tǒng)一的信息化監(jiān)控管理平臺成為企業(yè)和監(jiān)管部門的現(xiàn)實需要。只有基于系統(tǒng)角度進行技術集成和在線監(jiān)控研究，提高優(yōu)化水平，才能實現(xiàn)工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的高效經(jīng)濟運行。研究有關鍋爐能效即參數(shù)在線監(jiān)控管理方面的技術，建立集鍋爐能效記錄終端與互聯(lián)網(wǎng)有機結(jié)合，采用互聯(lián)網(wǎng)和信息化技術對鍋爐經(jīng)濟運行狀態(tài)進行有效監(jiān)控和風險預警、實時記錄、顯示和共享安全、節(jié)能參數(shù)，通過GPRS和手機短信及時自動實現(xiàn)報警信息發(fā)送，完善信息分析共享的鍋爐能效管理平臺，是提高鍋爐管理效率，實現(xiàn)節(jié)能降耗的有效措施之一。

2 研究開發(fā)內(nèi)容及關鍵技術

2.1 系統(tǒng)設計與組成

鍋爐在線能效在線管理評價系統(tǒng)包括鍋爐運行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和能效綜合管理平臺兩部分組成。鍋爐運行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由分布各地的鍋爐能效數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)處理中心(由數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器等組成)以及通過各種網(wǎng)絡連接在一起的用戶構(gòu)成的應用系統(tǒng)組成。鍋爐能效數(shù)據(jù)采集終端通過有線或無線方式與接入互聯(lián)網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理中心上設有數(shù)據(jù)庫服務器和應用服務器，并利用磁盤陣列將龐大的在線數(shù)據(jù)儲存起來，以便進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，系統(tǒng)設有人機交互裝置，用戶層級權(quán)限管理模塊，鍋爐能耗參數(shù)設置模塊，鍋爐能耗狀態(tài)實時監(jiān)控模塊，鍋爐能耗信息統(tǒng)計、查詢、分析及報表生產(chǎn)模塊等。應用服務器利用數(shù)據(jù)庫服務器提供的數(shù)據(jù)支撐起智能分析功能，并將相關數(shù)據(jù)進行共享和發(fā)布。能效綜合管理平臺則利用數(shù)據(jù)處理中心收集到的能效數(shù)據(jù)，通過基本參數(shù)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)診斷模塊對鍋爐運行的能效進行有針對性地分析處理。

鍋爐熱效率可以通過正平衡法和反平衡法兩種方法計算[2]?？紤]到系統(tǒng)平臺實施的方便性和經(jīng)濟性，本系統(tǒng)在線鍋爐熱效率計算采用反平衡法。為方便在線計算，燃料發(fā)熱量等需要采樣檢測和查表的參數(shù)由系統(tǒng)設定。

2.2 參數(shù)選擇與設置

鍋爐運行能效數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過由數(shù)據(jù)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、相關儀表以及記錄儀組成的鍋爐能效數(shù)據(jù)采集終端采集能效數(shù)據(jù)，并將實時采集到的鍋爐排煙溫度、過量空氣系數(shù)、給水溫度與流量、蒸汽溫度與流量、燃料消耗量等與鍋爐經(jīng)濟運行有關的參數(shù)指標發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心。系統(tǒng)平臺則利用數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)，對鍋爐能效狀況進行分析、計算，通過不同的數(shù)據(jù)展現(xiàn)方式向用戶提供服務，使鍋爐用戶和管理機構(gòu)能夠及時掌握鍋爐運行能耗情況。因此，系統(tǒng)把以下鍋爐參數(shù)作為系統(tǒng)采集的必要參數(shù)[3]：排煙溫度、煙氣含氧量、煙氣CO含量、給水流量、溫度、蒸汽流量、溫度和壓力、燃料耗量、鍋爐耗電量、送風溫度、送風機出口壓力。

以上項目為選擇性采集的參數(shù)。這些參數(shù)涉及到鍋爐安全、環(huán)保和節(jié)能，不屬于熱效率計算參數(shù)，但可以納入整個系統(tǒng)平臺來管理：給水硬度、pH、煙氣SOx、NOx含量、水位、鍋爐故障報警、燃燒監(jiān)視、燃氣泄漏報警、燃料壓力、鍋水濃縮管理與鍋爐排污控制、網(wǎng)絡攝像機。

2.3 系統(tǒng)開發(fā)的關鍵技術和特點

系統(tǒng)平臺設計采用了鍋爐運行數(shù)據(jù)采集技術、數(shù)字接口通信技術、數(shù)據(jù)傳輸技術、數(shù)據(jù)存儲技術、鍋爐耗能智能分析技術幾項先進技術，同時利用SuperMap iServer作為開發(fā)平臺，結(jié)合了JIEE平臺、富客戶端技術以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型建模技術，建立起了鍋爐安全及能效的信息化管理體系，實現(xiàn)了實時熱效率計算以及能耗數(shù)據(jù)分析、預報，實現(xiàn)了鍋爐能效的實時自動化管理和系統(tǒng)化管理，此外，系統(tǒng)還可以把預警結(jié)果發(fā)到有關人員手機上，使各類鍋爐管理人員可以全面了解鍋爐的經(jīng)濟運行狀況，全面提高鍋爐經(jīng)濟運行管理水平。

系統(tǒng)具有以下特點：

(1) 系統(tǒng)解決鍋爐能效參數(shù)采集與在線遠程監(jiān)控、互聯(lián)網(wǎng)技術、接口通訊技術、軟件平臺建設等關鍵問題，建立了同時具有實現(xiàn)工業(yè)鍋爐能效指標監(jiān)控和熱效率計算分析功能和實時監(jiān)控信息管理評價系統(tǒng)和數(shù)據(jù)平臺。

(2) 通過互聯(lián)網(wǎng)技術利用鍋爐能效在線遠程監(jiān)控記錄裝置實現(xiàn)鍋爐能效參數(shù)數(shù)據(jù)記錄、讀取、存儲、分析、異常預警預報等功能，實現(xiàn)了給水硬度超標的及時報警以及燃料的在線計量，實時計算鍋爐運行熱效率，指導管理人員及時調(diào)整鍋爐運行狀況，同時為鍋爐監(jiān)管機構(gòu)提供管理服務平臺，真正實現(xiàn)對鍋爐能效狀況和經(jīng)濟運行的智能管理。

3 系統(tǒng)的應用與效果

系統(tǒng)建成后在多臺燃油氣鍋爐上安裝應用，通過數(shù)字信號和計算機技術實現(xiàn)鍋爐節(jié)能管理、節(jié)能現(xiàn)狀分析、能效狀況分析及預警等功能，指導企業(yè)調(diào)整鍋爐運作方式或開展節(jié)能技術改造，進而提高鍋爐熱效率，減小和消除了因無法確定鍋爐能耗問題造成的燃料消耗，每年會產(chǎn)生不可估量的節(jié)能量，基本實現(xiàn)了鍋爐能效實時在線監(jiān)測作用。系統(tǒng)主界面如圖1所示。

工業(yè)鍋爐在線遠程能效綜合信息管理評價系統(tǒng)既可應用于鍋爐使用單位、企業(yè)集團管理機構(gòu)，也可應用于政府鍋爐監(jiān)督管理機構(gòu)和能效檢驗機構(gòu)，它能為所在機構(gòu)相關人員提供真實有效的鍋爐能耗參數(shù)，鍋爐定時能效運行狀況數(shù)據(jù)，分析鍋爐能效參數(shù)指標，保證政府對工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)管職能的實施落到實處，指導企業(yè)對鍋爐進行經(jīng)濟運行調(diào)整，為使用單位提高工鍋爐熱效率、降低排放污染、進行經(jīng)濟性操作、保持和穩(wěn)定節(jié)能效果等方面提供技術支持，通過采集的數(shù)據(jù)計算出鍋爐的熱效率。

圖1 鍋爐能效管理評價系統(tǒng)主界面

4 未來的開發(fā)優(yōu)化方向

目前開發(fā)應用的鍋爐能效在線管理系統(tǒng)，礙于采集鍋爐運行數(shù)據(jù)方法和傳感器計量、精度的局限性，其檢測結(jié)果的精確性與現(xiàn)場實際測量還存在一定的誤差。同時，由于國內(nèi)工業(yè)鍋爐類型多、出廠配備的參數(shù)采集儀表差異大，鍋爐上安裝本系統(tǒng)時很多鍋爐還需要安裝傳感器，所以盡管系統(tǒng)平臺運行成本很低，但安裝成本還較高，會阻礙它的推廣。

此外，由于燃燒固體燃料的鍋爐燃料計量還存在一定的困難。因此，本能效管理評價系統(tǒng)還沒有在這類鍋爐上應用。以上這些都是今后系統(tǒng)開發(fā)優(yōu)化的主要內(nèi)容。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展、普及以及智能管理要求的提高，未來對大量工業(yè)鍋爐安全經(jīng)濟運行的管理必將提出更高的要求。因此，鍋爐能效在線管理評價系統(tǒng)在降低勞動強度和提高管理效率上的應用將會越來越廣泛。

[1]李茂東, 黎華, 鐘志強. 工業(yè)鍋爐能耗現(xiàn)狀分析與節(jié)能措施[J].石油和化工設備, 2009(7): 67-69.

[2]TSG G0003－2010工業(yè)鍋爐能效測試與評價規(guī)則[S]. 國家質(zhì)檢總局.

[3]張振頂, 黎華, 李茂東等. LABVIEW和C語言混合編程在工業(yè)鍋爐熱效率計算中的應用[J]. 能源與環(huán)境, 2012(5): 24-26.