一种注汽锅炉运行测试系统和方法与流程

本发明涉及锅炉效能检测技术领域，特别涉及一种注汽锅炉运行测试系统和方法。

背景技术：

石油是重要的能源资源，它分为稀油和稠油两类，目前世界上可供开采的石油储量中，稠油所占比例高达约70％，所以稠油的开采地位日趋受到世界重视。目前，世界上稠油开采的主要方式为稠油热采，稠油热采是目前世界上开采稠油最有效的方法。改进注汽锅炉的效能，能有效促进稠油热采的采收率，提高经济效益。

注汽锅炉是锅炉中的一种类型，在注汽锅炉中将供给的燃料化学能转换为烟气热能，再通过烟气热能对水加热，使水变为高温高压的两相流湿蒸汽。要提高注汽锅炉的效能，不仅需要设法提高注汽锅炉的热效率，更重要的是研究它的运行特点，并获得和掌握注汽锅炉的经济运行规律。现有技术中还没有一种对注汽锅炉的运行规律进行研究的系统和方法。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种注汽锅炉运行测试系统，该系统能够对注汽锅炉的运行规律进行研究。该系统包括：参数采集器和运行集算器。所述参数采集器包括：燃气质量流量表，用于采集注汽锅炉的燃气质量流量；燃气组分表，用于采集注汽锅炉的燃气中各组分的体积百分含量；给水流量表，用于采集注汽锅炉的给水流量；蒸汽压力表，用于采集注汽锅炉的蒸汽压力；给水温度表，用于采集注汽锅炉的给水温度；蒸汽干度表，用于采集注汽锅炉的蒸汽干度。所述运行集算器用于根据注汽锅炉的燃气质量流量和燃气中各组分的体积百分含量确定注汽锅炉的燃气化学能；根据注汽锅炉的给水流量、蒸汽压力、蒸汽干度和给水温度确定注汽锅炉的工作热负荷；根据注汽锅炉的燃气化学能和工作热负荷确定注汽锅炉的热效率；根据注汽锅炉的工作热负荷确定注汽锅炉的负荷率。

一个实施例中，所述参数采集器还包括：烟气组分表，用于采集注汽锅炉的烟气中各组分的体积百分含量；烟气质量流量表，用于采集注汽锅炉的烟气质量流量。所述运行集算器还用于根据注汽锅炉的烟气质量流量和注汽锅炉的烟气中CO的体积百分含量确定注汽锅炉的不完全燃烧热损失；根据注汽锅炉的烟气中O₂的体积百分含量确定注汽锅炉的过量空气系数。

一个实施例中，所述参数采集器还包括：给风温度表，用于采集注汽锅炉的给风温度；烟气温度表，用于采集注汽锅炉的烟气温度。所述运行集算器还用于根据注汽锅炉的给风温度、烟气温度、烟气质量流量和烟气中各组分的体积百分含量确定注汽锅炉的排烟热损失。

一个实施例中，所述运行集算器还用于以下一项或多项：确定注汽锅炉的热效率与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式；确定注汽锅炉的不完全燃烧热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式；确定注汽锅炉的排烟热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式。

一个实施例中，所述参数采集器还包括：炉体外壁温度表，用于采集注汽锅炉的炉体保温层外壁面的温度分布；所述运行集算器还用于根据注汽锅炉的炉体保温层外壁面的温度分布确定注汽锅炉的散热热损失。

一个实施例中，所述运行集算器还用于：确定注汽锅炉的散热热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式。

一个实施例中，所述燃气质量流量表和所述燃气组分表安装在注汽锅炉的燃气输入管上；所述给水流量表和所述给水温度表安装在注汽锅炉的给水管上；所述蒸汽压力表和所述蒸汽干度表安装在注汽锅炉的蒸汽输出管上；所述烟气温度表、所述烟气组分表和所述烟气质量流量表安装在注汽锅炉的排烟口上；所述给风温度表安装在注汽锅炉的给风道上；所述炉体外壁温度表安装在注汽锅炉的炉体保温层外壁面上；所述运行集算器安装在注汽锅炉的仪表箱内。

本系统对注汽锅炉的燃气质量流量、燃气中各组分的体积百分含量、给水流量、蒸汽压力、给水温度、蒸汽干度进行采集，进而确定注汽锅炉的燃气化学能、工作热负荷、热效率、负荷率，可便于获知注汽锅炉工作时各运行参数和测试参数之间的关联和变化规律，为提高注汽锅炉运行效能，实现经济运行提供了依据。

本发明实施例还提供了一种注汽锅炉运行测试方法，该方法能够对注汽锅炉的运行规律进行研究。该方法包括：采集注汽锅炉的燃气质量流量、燃气中各组分的体积百分含量、给水流量、蒸汽压力、给水温度和蒸汽干度；根据注汽锅炉的燃气质量流量和燃气中各组分的体积百分含量确定注汽锅炉的燃气化学能；根据注汽锅炉的给水流量、蒸汽压力、蒸汽干度和给水温度确定注汽锅炉的工作热负荷；根据注汽锅炉的燃气化学能和工作热负荷确定注汽锅炉的热效率；根据注汽锅炉的工作热负荷确定注汽锅炉的负荷率。

一个实施例中，所述的注汽锅炉运行测试方法还包括：采集注汽锅炉的烟气中各组分的体积百分含量和烟气质量流量；根据注汽锅炉的烟气质量流量和烟气中CO的体积百分含量确定注汽锅炉的不完全燃烧热损失；根据注汽锅炉的烟气中O₂的体积百分含量确定注汽锅炉的过量空气系数。

一个实施例中，所述的注汽锅炉运行测试方法还包括：采集注汽锅炉的给风温度和烟气温度；根据注汽锅炉的给风温度、烟气温度、烟气质量流量和烟气中各组分的体积百分含量确定注汽锅炉的排烟热损失。

一个实施例中，所述的注汽锅炉运行测试方法还包括以下一项或多项：确定注汽锅炉的热效率与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式；确定注汽锅炉的不完全燃烧热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式；确定注汽锅炉的排烟热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式。

一个实施例中，所述的注汽锅炉运行测试方法还包括：采集注汽锅炉的炉体保温层外壁面的温度分布；根据注汽锅炉的炉体保温层外壁面的温度分布确定注汽锅炉的散热热损失。

一个实施例中，所述的注汽锅炉运行测试方法还包括：确定注汽锅炉的散热热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式。

本方法对注汽锅炉的燃气质量流量、燃气中各组分的体积百分含量、给水流量、蒸汽压力、给水温度、蒸汽干度进行采集，进而确定注汽锅炉的燃气化学能、工作热负荷、热效率、负荷率，可便于获知注汽锅炉工作时各运行参数和测试参数之间的关联和变化规律，为提高注汽锅炉运行效能，实现经济运行提供了依据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种注汽锅炉运行测试系统的结构框图；

图2是本发明实施例提供的一种注汽锅炉运行测试系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种注汽锅炉运行测试系统中运行集算器的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种注汽锅炉运行测试方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的一种注汽锅炉运行测试方法的测试参数运算流程图。

图中：1、参数采集器；2、运行集算器；3、烟气温度表；4、烟气组分表；5、烟气质量流量表；6、蒸汽压力表；7、蒸汽干度表；8、蒸汽输出管；9、给风温度表；10、给风道；11、给水流量表；12、给水温度表；13、给水管；14、燃气输入管；15、燃气质量流量表；16、燃气组分表；17、炉体外壁温度表；18、排烟口；19、仪表箱；20、通信电缆；21、有线接收器；22、无线接收器；23、AD转换器；24、处理器；25、存储器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

发明人发现，要实现对注汽锅炉的经济运行规律的研究，不仅需要对现有的注汽锅炉的各种现场仪表进行实时的数据采集和处理，还需要增补所需的其它在线仪表，而且，还要总结确定注汽锅炉的运行规律，这是一个复杂的计算机数据采集与处理系统。因而在本发明实施例中，提供了一种注汽锅炉运行测试系统，如图1所示，该系统包括：参数采集器1，用于采集注汽锅炉的运行参数；运行集算器2，用于根据参数采集器采集的注汽锅炉的运行参数确定注汽锅炉的测试参数；所述参数采集器1包括：燃气质量流量表15，用于采集注汽锅炉的燃气质量流量；燃气组分表16，用于采集注汽锅炉的燃气中各组分的体积百分含量；给水流量表11，用于采集注汽锅炉的给水流量；蒸汽压力表6，用于采集注汽锅炉的蒸汽压力；给水温度表12，用于采集注汽锅炉的给水温度；蒸汽干度表7，用于采集注汽锅炉的蒸汽干度；所述运行集算器2用于根据注汽锅炉的燃气质量流量和燃气中各组分的体积百分含量确定注汽锅炉的燃气化学能；根据注汽锅炉的给水流量、蒸汽压力、蒸汽干度和给水温度确定注汽锅炉的工作热负荷；根据注汽锅炉的燃气化学能和工作热负荷确定注汽锅炉的热效率；根据注汽锅炉的工作热负荷确定注汽锅炉的负荷率。在确定注汽锅炉的燃气化学能时，还可以参考公知的燃气中各组分的比化学能；在确定注汽锅炉的工作热负荷时，还可以参考公知的水与水蒸气的能量关联式；在确定注汽锅炉的负荷率，还可以参考已知的额定热负荷。

一个实施例中，如图2所示，所述参数采集器1还包括：烟气组分表4，用于采集注汽锅炉的烟气中各组分的体积百分含量；烟气质量流量表5，用于采集注汽锅炉的烟气质量流量；所述运行集算器2还用于根据注汽锅炉的烟气质量流量、烟气中CO的体积百分含量和公知的CO的比化学能确定注汽锅炉的不完全燃烧热损失；根据烟气中O₂的体积百分含量和公知的过量空气系数关联式确定注汽锅炉的过量空气系数。

一个实施例中，如图2所示，所述参数采集器1还包括：给风温度表9，用于采集注汽锅炉的给风温度；烟气温度表3，用于采集注汽锅炉的烟气温度；所述运行集算器2还用于根据注汽锅炉的给风温度、烟气温度、烟气质量流量、烟气中各组分的体积百分含量和公知的烟气中各组分的比焓值确定注汽锅炉的排烟热损失。

一个实施例中，如图2所示，所述参数采集器1还包括：炉体外壁温度表17，用于采集注汽锅炉的炉体保温层外壁面的温度分布；所述运行集算器2还用于根据注汽锅炉的炉体保温层外壁面的温度分布、已知的炉体保温层外壁面各测温点所涉及炉体外壁面的面积和公知的自然对流换热系数确定注汽锅炉的散热热损失。

一个实施例中，所述运行集算器2还用于根据注汽锅炉的运行参数和测试参数，结合注汽锅炉运行数学模型确定注汽锅炉的运行规律，所述运行规律包括：注汽锅炉的热效率与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式；注汽锅炉的不完全燃烧热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式；注汽锅炉的排烟热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式；注汽锅炉的散热热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式。

一个实施例中，如图3所示，所述运行集算器2包括：接收器21/22，用于接收所述参数采集器发出的注汽锅炉的运行参数信息；AD转换器23，用于将接收到的运行参数信息的模拟信号转换为数字信号；处理器24，用于根据注汽锅炉的运行参数确定注汽锅炉的测试参数，并根据注汽锅炉的运行参数和测试参数确定注汽锅炉的运行规律；存储器25，用于存储已知的数学参数、数学关联式和注汽锅炉运行数学模型，所述数学参数包括注汽锅炉的燃气中各组分的比化学能、额定热负荷、CO的比化学能、烟气中各组分的比焓值、炉体保温层外壁面各测温点所涉及炉体外壁面的面积和自然对流换热系数；所述数学关联式包括水与水蒸气的能量关联式和过量空气系数关联式；所述注汽锅炉运行数学模型包括注汽锅炉的热效率与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式模型，注汽锅炉的不完全燃烧热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式模型，注汽锅炉的排烟热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式模型，注汽锅炉的散热热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式模型。

一个实施例中，如图2所示，所述燃气质量流量表15和所述燃气组分表16安装在注汽锅炉的燃气输入管14上；所述给水流量表11和所述给水温度表12安装在注汽锅炉的给水管13上；所述蒸汽压力表6和所述蒸汽干度表7安装在注汽锅炉的蒸汽输出管8上；所述烟气温度表3、所述烟气组分表4和所述烟气质量流量表5安装在注汽锅炉的排烟口18上；所述给风温度表9安装在注汽锅炉的给风道10上；所述炉体外壁温度表17为一组温度表，均匀布置在注汽锅炉的炉体保温层外壁面上，其中每只温度表均能够测量注汽锅炉的炉体保温层外壁面的温度并将所测得的温度进行无线传输给所述无线接收器22。

一个实施例中，如图3所示，所述运行集算器2安装在注汽锅炉的仪表箱19内，所述接收器21/22、AD转换器23和处理器24沿所述运行集算器2中信息传递的方向依次连接，所述存储器25与所述处理器24相连。

本系统对注汽锅炉的运行参数进行采集，并结合已知的数学参数及数学关联式进行运确定注汽锅炉的测试参数，最后结合注汽锅炉运行数学模型确定可反映注汽锅炉的运行规律的经济运行函数关联式。从而可获知注汽锅炉工作时各运行参数和测试参数之间的关联和变化规律，为提高注汽锅炉运行效能，实现经济运行提供了依据。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种注汽锅炉运行测试方法，如图4所示，该方法包括：

步骤10，采集注汽锅炉的运行参数；

步骤20，根据采集的注汽锅炉的运行参数确定注汽锅炉的测试参数。

所述采集注汽锅炉的运行参数包括采集注汽锅炉的燃气质量流量、燃气中各组分的体积百分含量、给水流量、蒸汽压力、给水温度和蒸汽干度；

所述根据采集的注汽锅炉的运行参数确定注汽锅炉的测试参数包括根据注汽锅炉的燃气质量流量、燃气中各组分的体积百分含量和燃气中各组分的比化学能确定注汽锅炉的燃气化学能；根据注汽锅炉的给水流量、蒸汽压力、蒸汽干度、给水温度和水与水蒸气的能量关联式确定注汽锅炉的工作热负荷；根据注汽锅炉的燃气化学能和工作热负荷确定注汽锅炉的热效率；根据注汽锅炉的工作热负荷和额定热负荷确定注汽锅炉的负荷率。

一个实施例中，如图5所示，所述采集注汽锅炉的运行参数还包括采集注汽锅炉的烟气中各组分的体积百分含量和烟气质量流量；所述根据采集的注汽锅炉的运行参数确定注汽锅炉的测试参数还包括根据注汽锅炉的烟气质量流量、烟气中CO的体积百分含量和CO的比化学能确定注汽锅炉的不完全燃烧热损失；根据烟气中O₂的体积百分含量和过量空气系数关联式确定注汽锅炉的过量空气系数。

一个实施例中，如图5所示，所述采集注汽锅炉的运行参数还包括采集注汽锅炉的给风温度和烟气温度；所述根据采集的注汽锅炉的运行参数确定注汽锅炉的测试参数还包括根据注汽锅炉的给风温度、烟气温度、烟气质量流量、烟气中各组分的体积百分含量和烟气中各组分的比焓值确定注汽锅炉的排烟热损失。

一个实施例中，如图5所示，所述采集注汽锅炉的运行参数还包括采集注汽锅炉的炉体保温层外壁面的温度分布；所述根据采集的注汽锅炉的运行参数确定注汽锅炉的测试参数还包括根据注汽锅炉的炉体保温层外壁面的温度分布、预先设置的炉体保温层外壁面各测温点所涉及炉体外壁面的面积和自然对流换热系数确定注汽锅炉的散热热损失。

一个实施例中，如图4所示，所述注汽锅炉运行测试方法还包括：

步骤30，根据注汽锅炉的运行参数和测试参数，结合注汽锅炉运行数学模型确定注汽锅炉的运行规律。所述根据注汽锅炉的运行参数和测试参数，结合注汽锅炉运行数学模型确定注汽锅炉的运行规律包括：确定注汽锅炉的热效率与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式；确定注汽锅炉的不完全燃烧热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式；确定注汽锅炉的排烟热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式；确定注汽锅炉的散热热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式。

本方法对注汽锅炉的运行参数进行采集，并结合已知的数学参数及数学关联式进行运确定注汽锅炉的测试参数，最后结合注汽锅炉运行数学模型确定可反映注汽锅炉的运行规律的经济运行函数关联式。从而可获知注汽锅炉工作时各运行参数和测试参数之间的关联和变化规律，为提高注汽锅炉运行效能，实现经济运行提供了依据。

一个实施例中，通过调节注汽锅炉的运行参数，获取注汽锅炉的负荷率从0.4至1.2之间的各工况，并使在各工况中注汽锅炉的不完全燃烧损失为零，以及注汽锅炉在热效率高效区运行，再由经济运行集算器内置的注汽锅炉运行数学模型，采用多元回归算法得出注汽锅炉的热效率与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式；注汽锅炉的散热热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式。

本发明通过对注汽锅炉的燃气质量流量、燃气中各组分的体积百分含量、给水流量、蒸汽压力、给水温度、蒸汽干度、烟气中各组分的体积百分含量、烟气质量流量、给风温度、烟气温度、炉体保温层外壁面的温度分布等注汽锅炉的运行参数进行采集，进而确定注汽锅炉的燃气化学能、工作热负荷、热效率、负荷率、不完全燃烧热损失、过量空气系数、排烟热损失、散热热损失等注汽锅炉的测试参数，最后确定注汽锅炉的热效率与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式、注汽锅炉的不完全燃烧热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式、注汽锅炉的排烟热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式、注汽锅炉的散热热损失与负荷率、过量空气系数、烟气温度、给风温度、给水温度之间的函数关联式等可反映注汽锅炉的运行规律的经济运行函数关联式。从而可获知注汽锅炉工作时各运行参数和测试参数之间的关联和变化规律，为提高注汽锅炉运行效能，实现经济运行提供了依据。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。