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        燃煤工業(yè)鍋爐在線能效測(cè)試的實(shí)驗(yàn)研究

        2018-08-23 06:48:56李亮亮
        節(jié)能技術(shù) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:工業(yè)鍋爐熱效率測(cè)試方法

        李亮亮,,, ,,

        (廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院惠州檢測(cè)院,廣東 惠州 516003)

        目前,我國(guó)在用燃煤工業(yè)鍋爐約47萬(wàn)余臺(tái),占在用工業(yè)鍋爐80%以上,每年消耗原煤約7億t,約占全國(guó)煤炭消耗總量的四分之一左右;我國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐以鏈條爐排為主,平均運(yùn)行效率不足70%,比國(guó)際先進(jìn)水平低15%,每年約有1億t原煤的節(jié)能潛力,節(jié)能空間巨大[1-3]。

        近年來(lái),隨著資源環(huán)境的日益惡化,國(guó)家對(duì)節(jié)能減排的監(jiān)管力度越來(lái)越大,但由于工業(yè)鍋爐存在單臺(tái)出力小、數(shù)量多、較為分散、主要以中小企業(yè)使用為主的特點(diǎn),給監(jiān)督產(chǎn)生較大難度。目前對(duì)企業(yè)的節(jié)能監(jiān)督主要以節(jié)能監(jiān)督檢查、能效測(cè)試為主,較難準(zhǔn)確反映鍋爐的長(zhǎng)期節(jié)能狀況[4-5]。

        國(guó)外的在線監(jiān)測(cè)及優(yōu)化控制技術(shù)發(fā)展的較早,形成了比較成熟的優(yōu)化軟件,主要在一些電廠應(yīng)用,而針對(duì)燃煤工業(yè)鍋爐的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究應(yīng)用的較少[6-8]。國(guó)內(nèi)有學(xué)者對(duì)工業(yè)鍋爐能效在線監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)展了研究,福建省計(jì)量院系統(tǒng)研究了鍋爐煤耗/效率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了鍋爐煤耗、鍋爐熱效率、鍋爐實(shí)際熱能利用效率,以及鍋爐排水率的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)[9];東南大學(xué)采用在線監(jiān)測(cè)與人工分析相結(jié)合的方式對(duì)燃煤鍋爐能效進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),需要人工現(xiàn)場(chǎng)取燃煤樣品分析燃煤的含碳量和計(jì)量鍋爐若干小時(shí)的實(shí)際燃煤量,從而計(jì)算得出燃煤鍋爐在這若干小時(shí)內(nèi)平均每小時(shí)的總發(fā)熱量,然后計(jì)算得出鍋爐的熱效率[10]。這兩種方法需要人工監(jiān)測(cè)燃料消耗指標(biāo),不能完全自動(dòng)監(jiān)測(cè)鍋爐實(shí)時(shí)效率,不能給出鍋爐各項(xiàng)熱損失的具體數(shù)值,不能針對(duì)性的分析熱損失的因素,對(duì)工業(yè)鍋爐運(yùn)行調(diào)節(jié)指導(dǎo)有限。

        因此,研究一種相對(duì)簡(jiǎn)便的適用于燃煤工業(yè)鍋爐的能效在線監(jiān)控系統(tǒng),能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)鍋爐運(yùn)行能效參數(shù)并計(jì)算出鍋爐運(yùn)行熱效率,指導(dǎo)運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整鍋爐運(yùn)行參數(shù),為節(jié)能監(jiān)管提供有力的技術(shù)支撐,在工業(yè)鍋爐能效實(shí)時(shí)監(jiān)控領(lǐng)域具有較為廣泛的應(yīng)用前景。

        1 原理探討

        根據(jù)《鍋爐房實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)》,燃煤工業(yè)鍋爐運(yùn)行效率可以用下面的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算

        式中GC——實(shí)測(cè)煙氣量/m3·h-1;

        θpy——排煙溫度/℃;

        QGL——鍋爐運(yùn)行時(shí)每小時(shí)的有效吸收熱量/kJ·h-1。

        α、θpy、GC可以通過(guò)熱工儀表直接測(cè)量;QGL可根據(jù)鍋爐介質(zhì)流量、工作壓力、進(jìn)出口溫度等數(shù)據(jù)由電腦計(jì)算得出[4]。

        此公式同TSG G0003-2010《工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則》中的計(jì)算公式相比,同時(shí)采用了正反平衡參數(shù),不需要計(jì)算燃料消耗量、煤的發(fā)熱量等耗時(shí)耗力的參數(shù)[12]。

        2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        燃煤工業(yè)鍋爐在線能效監(jiān)控系統(tǒng)包括鍋爐運(yùn)行能效數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和節(jié)能智能診斷系統(tǒng)兩部分組成。鍋爐運(yùn)行能效數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)由數(shù)據(jù)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、相關(guān)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(shí)時(shí)采集到的鍋爐運(yùn)行熱工數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心,其中采集的熱工數(shù)據(jù)包括鍋爐給水流量、給水溫度、飽和蒸汽壓力、煙氣氧含量、煙氣溫度、煙氣流量[13]。系統(tǒng)平臺(tái)則利用數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù),對(duì)鍋爐燃燒熱效率、飽和蒸汽比焓、給水比焓、過(guò)量空氣系數(shù)、排煙熱損失、氣體未完全熱損失、固體未完全熱損失、散熱損失、灰渣物理熱損失等與能效相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行分析、計(jì)算,通過(guò)不同的數(shù)據(jù)展現(xiàn)方式向用戶直觀地提供服務(wù)。節(jié)能智能診斷系統(tǒng)則是對(duì)數(shù)據(jù)處理中心采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)性的分析研究,同時(shí)將結(jié)果反饋給鍋爐用戶,從而針對(duì)異常的能效參數(shù)及各項(xiàng)熱損失采取針對(duì)性的處理措施。通過(guò)此系統(tǒng)能夠使鍋爐用戶和管理機(jī)構(gòu)及時(shí)掌握鍋爐運(yùn)行能耗情況。

        圖1 燃煤工業(yè)鍋爐在線能效監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

        此系統(tǒng)的示意圖如圖1所示,界面包括用戶管理、在線系統(tǒng)、參數(shù)一覽、歷史數(shù)據(jù)等項(xiàng)目。在用戶管理中,可以在管理員和各種用戶之間切換。在線系統(tǒng)界面中,可以直觀地觀察到鍋爐的主要部件和主要的能效參數(shù)。在參數(shù)一覽中,可以觀察到設(shè)置的所有與能效相關(guān)的參數(shù)值。在歷史數(shù)據(jù)項(xiàng)目中,可以調(diào)出任意時(shí)間各種參數(shù)的數(shù)值。

        此系統(tǒng)借助PLC為運(yùn)算核心,外擴(kuò)展1塊模擬量輸入模塊、1塊模擬量輸出模塊、1塊熱電偶模塊來(lái)讀取鍋爐運(yùn)行在線熱工數(shù)據(jù),并運(yùn)算處理得出各項(xiàng)能效數(shù)據(jù),再借助上位機(jī)實(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示及存儲(chǔ)。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了以下兩大功能:

        一是只通過(guò)在線熱工參數(shù)即實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)能效監(jiān)測(cè),避免了燃煤鍋爐傳統(tǒng)能效測(cè)試方法需要監(jiān)測(cè)燃煤熱值及用量的特點(diǎn),真正實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控燃燒鍋爐的能效狀況。

        二是通過(guò)累計(jì)各時(shí)段鍋爐熱效率,可以監(jiān)控和評(píng)價(jià)考核一段時(shí)間的鍋爐運(yùn)行效率,全面提高鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理水平,為鍋爐節(jié)能監(jiān)督管理提供有效的技術(shù)支撐。

        3 運(yùn)行分析

        為了研究此燃煤工業(yè)鍋爐在線能效監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況,我們將此系統(tǒng)安裝在某企業(yè)一臺(tái)型號(hào)為SZL10-1.25-AⅡ的燃煤鍋爐上,通過(guò)與傳統(tǒng)能效測(cè)試方法對(duì)比研究,以此來(lái)驗(yàn)證此系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。針對(duì)此臺(tái)鍋爐,傳統(tǒng)能效測(cè)試方法是按照TSG G0003-2010《工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則》,采用正平衡法和反平衡法進(jìn)行4h的測(cè)試,然后取正平衡和反平衡的平均值作為熱效率的值[12]。圖中在線系統(tǒng)熱效率、在線過(guò)量空氣系數(shù)是計(jì)算一段時(shí)間的平均值得到。

        3.1 同一種煤樣不同負(fù)荷條件下在線系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較

        在同一臺(tái)爐同一種煤樣的情況下,我們通過(guò)操作鍋爐使其分別在100%、80%、60%三種負(fù)荷(以實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷為準(zhǔn))穩(wěn)定的工況下運(yùn)行,對(duì)在線系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)得出的能效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比。由于能效相關(guān)參數(shù)較多,我們選擇最具代表性的熱效率、過(guò)量空氣系數(shù)進(jìn)行對(duì)比。

        圖2 同一臺(tái)爐同一種煤樣在三種負(fù)荷條件下實(shí)驗(yàn)熱效率與在線系統(tǒng)熱效率

        圖3 同一臺(tái)爐同一種煤樣在三種負(fù)荷條件下實(shí)驗(yàn)過(guò)量空氣系數(shù)與在線系統(tǒng)過(guò)量空氣系數(shù)

        通過(guò)圖2、圖3的數(shù)據(jù),我們可以發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)在不同負(fù)荷下測(cè)得的熱效率和過(guò)量空氣系數(shù)與傳統(tǒng)能效測(cè)試方法所得結(jié)果一致,在誤差范圍內(nèi),同時(shí)隨著時(shí)間的延長(zhǎng),系統(tǒng)所得參數(shù)具有很好的穩(wěn)定性,說(shuō)明此系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)具有可靠性。

        3.2 不同煤樣同一負(fù)荷條件下在線系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較

        對(duì)于同一臺(tái)鍋爐,我們選取兩種不同的煤作為燃料,在100%負(fù)荷穩(wěn)定的工況下運(yùn)行,分析對(duì)比在線系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)得出的能效數(shù)據(jù)。

        圖4 燃Ⅱ類煙煤實(shí)驗(yàn)?zāi)苄?shù)據(jù)與在線系統(tǒng)能效數(shù)據(jù)

        圖5 燃貧煤實(shí)驗(yàn)?zāi)苄?shù)據(jù)與在線系統(tǒng)能效數(shù)據(jù)

        通過(guò)對(duì)圖4、圖5數(shù)據(jù)的分析,可以發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)在不同煤樣燃料條件下測(cè)得的熱效率、過(guò)量空氣系數(shù)與傳統(tǒng)能效測(cè)試方法所得結(jié)果一致,同時(shí)隨著時(shí)間的延長(zhǎng),系統(tǒng)所得參數(shù)具有很好的穩(wěn)定性。

        綜上所述,此系統(tǒng)與傳統(tǒng)能效測(cè)試方法所得主要能效參數(shù)具有很好的吻合性,此系統(tǒng)具有很高的可靠性,可以為用戶和鍋爐管理機(jī)構(gòu)提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù),為鍋爐節(jié)能提供有效的技術(shù)支持。

        4 結(jié)論

        通過(guò)采集燃煤工業(yè)鍋爐在線熱工數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理可以實(shí)現(xiàn)能效的在線監(jiān)測(cè)。本文將自行開(kāi)發(fā)研究的能效在線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到燃煤工業(yè)鍋爐的能效監(jiān)測(cè)上,通過(guò)與傳統(tǒng)能效測(cè)試方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在線監(jiān)控系統(tǒng)得出的能效參數(shù)結(jié)果與傳統(tǒng)能效測(cè)試一致,說(shuō)明此系統(tǒng)可以應(yīng)用于燃煤工業(yè)鍋爐在線能效測(cè)試,用來(lái)提高用戶的鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理水平,為鍋爐節(jié)能監(jiān)督管理提供有效的技術(shù)支撐。

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