專利名稱：一種冷凝式燃?xì)忮仩t的熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍋爐熱效率熱工測試，尤其涉及冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率的實(shí)時監(jiān)測，其屬于鍋爐技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鍋爐的熱效率是指燃料送入的熱量中有效熱量所占的百分?jǐn)?shù)。它是鍋爐的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，鍋爐熱效率的高低將直接影響鍋爐的運(yùn)行成本，也反映了企業(yè)熱能動力設(shè)備的能源消耗水平。上世紀(jì)80年代歐美國家開始研究冷凝式節(jié)能器技術(shù)在鍋爐上的應(yīng)用，國內(nèi)也就在近幾年才開始研究應(yīng)用。一般常規(guī)鍋爐可直接通過正平衡法和反平衡法來測試、計(jì)算得出鍋爐的熱效率。而冷凝式鍋爐是在常規(guī)鍋爐尾部煙道上加裝了一個冷凝式節(jié)能器，吸收鍋爐排放的煙氣中水蒸汽所含的汽化潛熱(一般常規(guī)節(jié)能器只利用煙氣的余熱)，尤其對于燃?xì)忮仩t煙氣中水蒸汽的含量非常高，其汽化潛熱的吸收利用對鍋爐熱效率的提高非常明顯。通常是采用低溫水來吸收該汽化潛熱，吸收后進(jìn)除氧器。因此，在計(jì)算冷凝式鍋爐熱效率時的有效熱量中應(yīng)該加上這部分所吸收的汽化潛熱。按低位發(fā)熱量計(jì)算，冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率可達(dá)到或超過100%以上(理論上可達(dá)110% )。在當(dāng)前節(jié)能減排的國家政策下，積極推廣冷凝式燃?xì)忮仩t，提高鍋爐熱效率，并保持鍋爐高效運(yùn)行，降低能源成本，減少污染物排放，實(shí)現(xiàn)冷凝式燃?xì)忮仩t的實(shí)時監(jiān)測尤為重要。通過實(shí)時監(jiān)測，及時了解鍋爐運(yùn)行的熱效率，及時調(diào)整運(yùn)行工況，保證鍋爐高效率運(yùn)行。目前，鍋爐熱效率實(shí)時監(jiān)測大多是針對傳統(tǒng)燃煤鍋爐設(shè)計(jì)的，也有對常規(guī)燃油(氣)鍋爐的監(jiān)測，而針對冷凝式鍋爐熱效率測試的，只有申請?zhí)枮?00410026206.8的發(fā)明專利公開了燃油冷凝式鍋爐反平衡熱效率測量方法，該發(fā)明則是提供了一種燃油冷凝式鍋爐反平衡熱效率的測量方法，該測量方法基于燃料的高位發(fā)熱值，從質(zhì)量和能量守恒的角度建立了燃油冷凝式鍋爐熱效率的反平衡計(jì)算測量方法。該發(fā)明只是一種計(jì)算測量方法，既不是針對燃?xì)饫淠藉仩t，也沒有實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述的冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率實(shí)時監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)在用冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率的實(shí)時監(jiān)測，及時了解鍋爐運(yùn)行動態(tài)熱效率，及時調(diào)整鍋爐運(yùn)行工況，確保鍋爐高效穩(wěn)定運(yùn)行，降低能源浪費(fèi)?！N冷凝式燃?xì)忮仩t的熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，所述冷凝式燃?xì)忮仩t帶有冷凝式節(jié)能器，其特征在于，所述熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)包括信號采集系統(tǒng)，以及用于接收來自所述信號采集系統(tǒng)的信號，并進(jìn)行熱效率計(jì)算和顯示的PLC控制柜；所述信號采集系統(tǒng)包括:安裝在冷凝式燃?xì)忮仩t的主蒸汽管道上的鍋爐蒸汽流量計(jì)；安裝在天然氣輸送管道上的天然氣流量計(jì)；
安裝在冷凝式節(jié)能器的進(jìn)水管道上的進(jìn)水流量計(jì)和進(jìn)水溫度傳感器；安裝在冷凝式節(jié)能器的出水管道上的出水溫度傳感器。該監(jiān)測系統(tǒng)中鍋爐蒸汽流量計(jì)用于采集冷凝式燃?xì)忮仩t的蒸發(fā)量，天然氣流量計(jì)采集進(jìn)入冷凝式燃?xì)忮仩t的燃?xì)饬浚M(jìn)水溫度傳感器和出水溫度傳感器用于采集冷凝式節(jié)能器的進(jìn)水或出水溫度，進(jìn)水流量計(jì)用于采集冷凝式節(jié)能器的進(jìn)水量，所述PLC控制柜接收上述各流量計(jì)或傳感器的信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，并顯示冷凝式燃?xì)忮仩t實(shí)時運(yùn)行的各類參數(shù)和計(jì)算得到的熱效率數(shù)據(jù)。為實(shí)時監(jiān)測進(jìn)入冷凝式燃?xì)忮仩t的水量和水溫，作為優(yōu)選，所述信號采集系統(tǒng)還包括:安裝在所述冷凝式燃?xì)忮仩t的給水管道上的給水流量計(jì)和溫度傳感器。冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率正平衡計(jì)算是燃料送入的熱量中有效熱量所占的百分?jǐn)?shù)，而反平衡計(jì)算則是總能量減去鍋爐的各項(xiàng)熱損失，這些熱損失的計(jì)算需要依據(jù)冷凝式燃?xì)忮仩t現(xiàn)場的情況、還與鍋爐排放的煙氣溫度、煙氣的成分等因素有關(guān)。因此，作為優(yōu)選，所述信號采集系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述冷凝式燃?xì)忮仩t所處環(huán)境下的現(xiàn)場溫度傳感器，采集鍋爐房現(xiàn)場的環(huán)境溫度。所述信號采集系統(tǒng)還包括安裝在所述冷凝式節(jié)能器后面的煙道上的煙氣溫度傳感器，用來采集排放的煙氣溫度。所述信號采集系統(tǒng)還包括煙氣在線分析儀，所述煙氣在線分析儀的探頭處在所述的連接煙道上。用來準(zhǔn)確采集排放煙氣的成分，如o2、co、ro2等，并精確分析各成分的含量，通過燃?xì)饬?、煙氣成分含量、排煙溫度和環(huán)境溫度等即可計(jì)算得出排煙熱損失。以上信號采集系統(tǒng)將采集到的冷凝式燃?xì)忮仩t的各運(yùn)行參數(shù)，輸送到PLC控制柜，作為優(yōu)選，所述PLC 控制柜上設(shè)有顯示裝置，用于顯示來自所述信號采集系統(tǒng)的信號，以及用于顯示熱效率。通過上述信號采集、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，就可在顯示器上直觀地顯示冷凝式燃?xì)忮仩t實(shí)時運(yùn)行的各類參數(shù)和熱效率數(shù)據(jù)，對異常情況進(jìn)行及時調(diào)整，保證冷凝式燃?xì)忮仩t高效率運(yùn)行。本發(fā)明還提供了利用上述實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)檢測冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率的方法，包括如下步驟:(I)所述PLC控制柜接收來自信號采集系統(tǒng)的信號；(2) PLC控制柜根據(jù)接收到的信號進(jìn)行熱效率計(jì)算和顯示；冷凝式燃?xì)忮仩t的正平衡熱效率NI的計(jì)算如下式:N1 = (Q^Q0) /Qr其中，Q1 =鍋爐蒸發(fā)量X (設(shè)定工作壓力下的飽和蒸汽焓值-給水焓)Qtl為冷凝式節(jié)能器所回收的煙氣中水蒸氣冷凝后釋放的汽化潛熱，通過冷凝式節(jié)能器的進(jìn)出水溫度和流量計(jì)算:Q。=進(jìn)水流量X進(jìn)出水溫差；Qr為燃料送入的熱量，Qr =進(jìn)入冷凝式燃?xì)忮仩t的燃?xì)饬縓根據(jù)當(dāng)?shù)厥姓峁┑奶烊粴獾臀话l(fā)熱量。本發(fā)明還提供了冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率反平衡熱效率計(jì)算，包括如下步驟:(I)所述PLC控制柜接收來自信號采集系統(tǒng)的信號；(2)根據(jù)采集到的信號進(jìn)行熱效率計(jì)算和顯示；冷凝式燃?xì)忮仩t的反平衡熱效率N2的計(jì)算如下式:
N2 = 100% -q2-q3-q4-q5_q6+q0 ；其中，。2為排煙熱損失；q3為氣體不完成燃燒熱損失；q4為機(jī)械不完全熱損失；q5為散熱損失；q6為灰渣物理熱損失；q0為冷凝式節(jié)能器所回收的熱值，即煙氣中水蒸氣冷凝后釋放的汽化潛熱。其中，q2可以通過燃?xì)饬?、煙氣成分含量、排煙溫度和環(huán)境溫度等計(jì)算得出；q3則是根據(jù)煙氣成分中CO含量計(jì)算得到；q4為機(jī)械不完全熱損失，對于燃?xì)忮仩t幾乎為0 ;q5對于爐體保溫良好的鍋爐，該項(xiàng)基本上可以算是常量，通過計(jì)算爐體面積，根據(jù)爐體溫度和環(huán)境溫度，計(jì)算出固定的q5 ;q6對于燃?xì)忮仩t幾乎為0 ;q。根據(jù)正平衡計(jì)算得到，q。= 100% XQciAj1^本發(fā)明通過在冷凝式燃?xì)忮仩t的相應(yīng)位置設(shè)置鍋爐蒸汽流量計(jì)、天然氣流量計(jì)、冷凝式節(jié)能器的進(jìn)水流量 計(jì)、進(jìn)水溫度傳感器和出水溫度傳感器，及冷凝式燃?xì)忮仩t的給水流量計(jì)和溫度傳感器采集冷凝式燃?xì)忮仩t實(shí)時運(yùn)行參數(shù)，在煙道上設(shè)置煙氣在線分析儀和煙氣溫度傳感器采集冷凝式燃?xì)忮仩t所排放煙氣的狀況，通過上述信號采集、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，就可直觀地在PLC控制柜的顯示器上顯示冷凝式燃?xì)忮仩t實(shí)時運(yùn)行的各類參數(shù)和正、反平衡熱效率數(shù)據(jù)，對異常情況及時調(diào)整鍋爐運(yùn)行工況，保證冷凝式燃?xì)忮仩t高效率運(yùn)行。


圖1為本發(fā)明冷凝式燃?xì)忮仩t的熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了本發(fā)明冷凝式燃?xì)忮仩t的熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，從圖中可看出，冷凝式燃?xì)忮仩t19帶有冷凝式節(jié)能器14，該熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)包括信號采集系統(tǒng)，以及用于接收來自信號采集系統(tǒng)的信號，并進(jìn)行熱效率計(jì)算和顯示的PLC控制柜18 ；信號采集系統(tǒng)包括如下部分:安裝在冷凝式燃?xì)忮仩t19的主蒸汽管道4上的鍋爐蒸汽流量計(jì)5 ；安裝在天然氣輸送管道I上的天然氣流量計(jì)2 ；安裝在冷凝式節(jié)能器14的進(jìn)水管道15上的進(jìn)水流量計(jì)16和進(jìn)水溫度傳感器17 ；安裝在冷凝式節(jié)能器14的出水管道10上的出水溫度傳感器9 ；PLC控制柜18上設(shè)有顯示裝置，用于顯示來自所述信號采集系統(tǒng)的信號，以及用于顯示熱效率。從圖中可看出，在冷凝式燃?xì)忮仩t19的給水管道6上還安裝有給水流量計(jì)7和溫度傳感器8。該熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)中的鍋爐蒸汽流量5計(jì)用于采集冷凝式燃?xì)忮仩t的蒸發(fā)量，天然氣流量2計(jì)采集進(jìn)入冷凝式燃?xì)忮仩t的燃?xì)饬?，進(jìn)水溫度傳感器17和出水溫度傳感器9用于采集冷凝式節(jié)能器14的進(jìn)水或出水溫度，進(jìn)水流量計(jì)16用于采集冷凝式節(jié)能器14的進(jìn)水量。為便于對冷凝式燃?xì)忮仩t的熱效率進(jìn)行反平衡計(jì)算，該信號采集系統(tǒng)還包括設(shè)置在冷凝式燃?xì)忮仩t19所處環(huán)境下的現(xiàn)場溫度傳感器3 ;安裝在冷凝式節(jié)能器14后面的煙道上的煙氣溫度傳感器13。該信號采集系統(tǒng)還包括煙氣在線分析儀12，該煙氣在線分析儀12的探頭處在冷凝式燃?xì)忮仩t19和冷凝式節(jié)能器14之間的連接煙道11上。上述裝置中，信號采集系統(tǒng)采集冷凝式燃?xì)忮仩t各監(jiān)測部位的信號，PLC控制柜接收來自信號采集系統(tǒng)的信號，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，就可直觀地在PLC控制柜的顯示器上顯示冷凝式燃?xì)忮仩t實(shí)時運(yùn)行的各類參數(shù)和熱效率數(shù)據(jù)，對異常情況進(jìn)行及時調(diào)整，保證冷凝式燃?xì)忮仩t高效率運(yùn)行。冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率正平衡計(jì)算就是燃料送入的熱量中有效熱量所占的百分?jǐn)?shù):N1 = (Qj+Qq) /Qr對于冷凝式燃?xì)忮仩t的有效熱量分兩部分，一部分有效熱量Q1是鍋爐蒸發(fā)量X (設(shè)定工作壓力下的飽和蒸汽焓值-給水焓)，另一部分有效熱量Qtl則是冷凝式節(jié)能器所回收的煙氣中水蒸氣冷凝后釋放的汽化潛熱，它可以通過冷凝式節(jié)能器的進(jìn)出水溫度和流量計(jì)算，Q0 =進(jìn)水流量X進(jìn)出水溫差。燃料送入的熱量Qr =采集的燃?xì)饬縓根據(jù)當(dāng)?shù)厥姓峁┑奶烊粴獾臀话l(fā)熱量。冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率反平衡則是根據(jù)鍋爐的各項(xiàng)熱損失，通過以下公式計(jì)算得出:N2 = 100% -q2-q3-q4-q5_q6+q0其中，q2為排煙熱損失，通過燃?xì)饬?、煙氣成分含量、排煙溫度和環(huán)境溫度等計(jì)算得出；q3為氣體不完成燃燒熱損失，則是根據(jù)煙氣成分中CO含量計(jì)算得到；q4為機(jī)械不完全熱損失，對于燃?xì)忮仩t，本項(xiàng)損失幾乎為0 ;q5為散熱損失，對于爐體保溫良好的鍋爐，該項(xiàng)基本上可以算是常量，通過計(jì)算爐體面積，根據(jù)爐體溫度和環(huán)境溫度，計(jì)算出固定的q5 ;q6為灰渣物理熱損失，對于燃?xì)忮仩t,本項(xiàng)損失幾乎為0 ;qQ根據(jù)正平衡計(jì)算得到，qQ = 100% XQQ/Qr。 如某企業(yè)20t/h冷凝式燃?xì)忮仩t:當(dāng)?shù)厥姓峁┑奶烊粴獾臀话l(fā)熱量Qnet為37228kJ/m3，鍋爐天然氣量測得1175m3/h，冷凝式節(jié)能器進(jìn)水溫度測得22°C，冷凝式節(jié)能器出水溫度測得59°C，冷凝式節(jié)能器進(jìn)水流量測得10000kg/h，鍋爐給水溫度測得102°C，鍋爐給水流量測得18800kg/h，
鍋爐蒸發(fā)量測得18300kg/h，鍋爐設(shè)定工作壓力為1.2MPa，環(huán)境溫度測得27 °C，煙氣中RO2含量測得10.94%,煙氣中O2含量測得1.74%，煙氣中CO含量測得0.0011%，排煙溫度測得90°C，排煙熱損失計(jì)算得出1.4%,氣體未完全燃燒熱損計(jì)算得出0%，散熱損失計(jì)算查表為0.3%，正平衡效率N1計(jì)算得出103%，反平衡效率N2計(jì)算得出101.1 %。
權(quán)利要求
1.一種冷凝式燃?xì)忮仩t的熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，所述冷凝式燃?xì)忮仩t(19)帶有冷凝式節(jié)能器(14)，其特征在于，所述熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)包括信號采集系統(tǒng)，以及用于接收來自所述信號采集系統(tǒng)的信號，并進(jìn)行熱效率計(jì)算和顯示的PLC控制柜(18)； 所述信號采集系統(tǒng)包括: 安裝在冷凝式燃?xì)忮仩t(19)的主蒸汽管道(4)上的鍋爐蒸汽流量計(jì)(5)； 安裝在天然氣輸送管道(I)上的天然氣流量計(jì)(2); 安裝在冷凝式節(jié)能器(14)的進(jìn)水管道(15)上的進(jìn)水流量計(jì)(16)和進(jìn)水溫度傳感器(17)； 安裝在冷凝式節(jié)能器(14)的出水管道(10)上的出水溫度傳感器(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝式燃?xì)忮仩t的熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集系統(tǒng)還包括: 安裝在所述冷凝式燃?xì)忮仩t(19)的給水管道(6)上的給水流量計(jì)(7)和溫度傳感器⑶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝式燃?xì)忮仩t的熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述冷凝式燃?xì)忮仩t(19)所處環(huán)境下的現(xiàn)場溫度傳感器(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷凝式燃?xì)忮仩t的熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集系統(tǒng)還包括安裝在所述冷凝式節(jié)能器(14)后面煙道上的煙氣溫度傳感器(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷凝式燃?xì)忮仩t的熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集系統(tǒng)還包括煙氣在線分析儀(12)，所述煙氣在線分析儀(12)的探頭處在所述的連接煙道(11)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的冷凝式燃?xì)忮仩t的熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述PLC控制柜(18)上設(shè)有顯示裝置，用于顯示來自所述信號采集系統(tǒng)的信號，以及用于顯不熱效率。
7.利用權(quán)利要求1或2所述的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)所述PLC控制柜(18)接收來自信號采集系統(tǒng)的信號； (2)根據(jù)采集到的信號進(jìn)行熱效率計(jì)算和顯示； 冷凝式燃?xì)忮仩t的正平衡熱效率N1的計(jì)算如下式:N1 = (QfQtlVQr 其中，Q1 =鍋爐蒸發(fā)量X (設(shè)定工作壓力下的飽和蒸汽焓值-給水焓) Qtl為冷凝式節(jié)能器所回收的煙氣中水蒸氣冷凝后釋放的汽化潛熱，通過冷凝式節(jié)能器的進(jìn)出水溫度和流量計(jì) 算-.Q0 =進(jìn)水流量X進(jìn)出水溫差； Qr為燃料送入的熱量，Qr =進(jìn)入冷凝式燃?xì)忮仩t的燃?xì)饬縓根據(jù)當(dāng)?shù)厥姓峁┑奶烊粴獾臀话l(fā)熱量。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)所述PLC控制柜(18)接收來自信號采集系統(tǒng)的信號； (2)PLC控制柜(18)根據(jù)接收到的信號進(jìn)行熱效率計(jì)算和顯示； 冷凝式燃?xì)忮仩t的反平衡熱效率N2的計(jì)算如下式:N2 = 100% -q2-q3-q4-q5-q6+q0 ；其中，q2為排煙熱損失；q3為氣體不完成燃燒熱損失；Q4為機(jī)械不完全熱損失；Q5為散熱損失；Q6為灰洛物理熱損失；Q0為冷凝式節(jié)能器所 回收的熱值，即煙氣中水蒸氣冷凝后釋放的汽化潛熱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種冷凝式燃?xì)忮仩t的熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，所述冷凝式燃?xì)忮仩t帶有冷凝式節(jié)能器，所述熱效率實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)包括信號采集系統(tǒng)，以及用于接收來自所述信號采集系統(tǒng)的信號，并進(jìn)行熱效率計(jì)算和顯示的PLC控制柜。本發(fā)明還公開了利用所述實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率的方法，信號采集系統(tǒng)采集冷凝式燃?xì)忮仩t各監(jiān)測部位的信號，PLC控制柜接收來自信號采集系統(tǒng)的信號，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，就可直觀地在PLC控制柜的顯示器上顯示冷凝式燃?xì)忮仩t實(shí)時運(yùn)行的各類參數(shù)和熱效率數(shù)據(jù)，對異常情況進(jìn)行及時調(diào)整，保證冷凝式燃?xì)忮仩t高效率運(yùn)行。
文檔編號G01M99/00GK103149043SQ201310042280
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者張擁軍, 章偉良, 邵長嶺, 袁根洪 申請人:浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司