专利名称：一种经济型燃煤锅炉能效监测系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种经济型燃煤锅炉能效监测系统及方法，可广泛用于工业锅炉组网。
背景技术：
长久以来，由于工业锅炉结构相对简单，制造相对容易，未经审批，不按照安全节能技术规范制造安装和使用的现象屡见不鲜，加之普遍配置的运行监测仪表不全，尤其缺少显示锅炉经济运行参数的仪表，运行管理人员往往由于缺少数据而不能依据其运行状况随时做出准确判断并进行相应的运行调整，致使锅炉不能处于最佳工况下运行，超压事故、 缺水及满水事故、爆管事故等屡有发生，节能与减排效果令人堪忧。据统计，全国在用工业锅炉保有量为52. 74万台、125. 40万MW，接近电站锅炉装机容量的2倍，年发生各类操作原因导致人员伤亡事故平均30余人起，能源消耗达4. 2亿吨标准煤，占全国一次能源消费总量的27. 8%，工业锅炉万台事故率和能耗水平与欧美发达国家相比存在较大差距。以能效为例，我国燃煤工业锅炉的平均实际热效率仅为65%，比外国水平低10 20个百分点，平均每年多耗煤6000万吨左右。同时，工业锅炉每年的烟尘排放量约600-800万吨，占全国烟尘总排放量的33% ；S02的排放量约为500-600万吨，占全国总排放量的21% ；C02的排放量约为6亿吨，并大量排放NOx。因此工业锅炉成为我国开展安全预防、节能降耗、提高能效、 减少污染的主要对象，也是我国历年安全生产和节能减排专项整治行动的重点。近年来，我国对工业锅炉的安全节能工作愈加重视，2003年国务院颁布的《特种设备安全监察条例》对特种设备的设计、制造、安装、使用、检验等环节提出了安全监管要求。 随着我国社会经济的迅速发展和能源短缺问题的愈加突出，我国将高耗能特种设备节能工作提高到了法律的层面，2007年10月我国颁布了《节约能源法》规定对高耗能特种设备采取节能审查和监管，在2009年2月国务院颁布的《特种设备安全监察条例》的修订中增加了对锅炉、换热器等高耗能特种设备进行节能监管的相关要求。在国家质检总局特种设备局 “十二五”特种设备安全与节能专项规划(征求意见稿)中也明确提出要全面推进高耗能特种设备安全节能监管，通过信息化建设完善动态监管体系，加快推动安全与节能科技进步， 在设计制造、运行管理、测试监测等方便提升监管能力，全面推进安全与节能监管工作。我国锅炉的运行效率实时监测调整，远远脱节于锅炉的自动化水平。锅炉效率由试验单位定期进行测试，提供锅炉效率值。然而，该值的时效性很差，锅炉现场操作人员无法根据效率测试值对当前锅炉运行状况进行相应调整，无法起到优化锅炉运行参数、提高锅炉运行效率以及监视锅炉运行是否安全等作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术提及的缺陷，提出一种经济型燃煤锅炉能效监测系统及方法。 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案一种经济型燃煤锅炉能效监测系统，包括现场数据采集系统、现场监测系统以及远程监管与服务系统；其中，现场数据采集系统采集锅炉运行实时数据，并将采集到的实时数据通过数据传输终端发送至远程服务器；远程监管与服务系统利用远程服务器对接收到来自各个站点的数据进行管理、分析并发布，实现远程在线监测锅炉实时运行工况；现场监测系统用于接收来自远程服务器和现场数据采集系统的反馈信息。进一步的，本发明的一种经济型燃煤锅炉能效监测系统，现场数据采集系统通过 PLC系统或嵌入式系统完成对锅炉运行现场各变送器以及传感器所给出的模拟信号的采集，并且将模拟信号转化为数字信号传给现场数据传输终端。进一步的，本发明的一种经济型燃煤锅炉能效监测系统，现场监测系统采用ARM9 处理器实现硬件系统的搭建。进一步的，本发明的一种经济型燃煤锅炉能效监测系统，现场数据传输终端为本地计算机，所述现场数据采集系统将采集到的数据发送至本地计算机，然后本地计算机通过wifi模块与远程服务器进行数据通信。 本发明还提供一种经济型燃煤锅炉能效监测系统的监测方法，包括如下步骤 第一步在锅炉的不同位置安装温度、压力、流量变送器和传感器，并将所述传感器给
出的信号线连接到现场数据采集系统；
第二步现场数据采集系统通过信号调理电路采集所述变送器和传感器给出的数据， 并对采集到的数据进行编码；
第三步现场数据采集系统与上位机进行232通信，将数据发送给上位机，同时通过 wifi模块与现场传输数据终端建立socket连接，通过无线的方式实现数据传输；
第四步现场监测系统通过串口接收来自现场数据采集系统的数据，并对接收到的数据进行处理，实现实时数据显示、异常数据报警以及历史数据查询；
第五步现场传输数据终端通过socket端口完成数据接收，并与远程服务器建立 socket连接将数据发送至远程服务器平台；
第六步远程服务器接收来到现场传输数据终端发送过来的数据，对数据进行解析、归类存储，并对这些数据进行管理、备份；
第七步远程服务器根据第六步获取的数据计算出在线锅炉的实时效率，并将这些数据发布到远程监管与服务系统；
第八步远程服务器将计算得出的锅炉效率值发送给相应的数据终端，数据终端通过与现场数据采集系统建立socket连接，将锅炉效率值发送给现场数据采集系统，最终现场数据采集系统通过串口将该锅炉的效率值反馈给现场监测系统，并且实时显示出来；
第九步现场司炉工根据锅炉的效率值，结合相应的其他数据对锅炉燃烧工况进行合理调整，提高锅炉效率。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果
1)提升锅炉安全监察部门机构对在用工业锅炉的安全节能监管能力，快速、准确、有效地掌握在用锅炉的安全运行情况、能效水平，改善监管的薄弱环节，提高监管水平；
2)使锅炉使用单位能够及时依据锅炉实际安全节能水平，进行运行调节和反馈，为企业的安全运行、节能改造提供依据，并获取制造单位和节能服务机构及时的指导；
3)提升锅炉制造单位产品设计与制造的安全性与高效性，为用户提供增值服务；4)避免由于工业锅炉地域分布分散、现场数据采集工作量大且不能实时分析的困难， 使安全与节能技术机构能够及时了解锅炉运行的安全、能效和排放数据，为客户提供准确的安全运行与节能减排的解决方案和 服务。
图1是本发明的系统架构图； 图2是PLC数据采集系统结构图； 图3是嵌入式数据采集系统结构图； 图4是本发明需要的应用软件分布图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明
该系统由现场数据采集系统、现场监测系统和远程监管与服务系统三方面组成。通过现场数据采集系统对锅炉运行的实时数据进行采集，有锅炉运行现场的数据终端通过互联网将数据传给远程监测系统，远程监测系统实现对在线锅炉实时数据的安全接入、存储、统计、分析、比对、辩识、发布。考虑到本系统的使用对象为空间上分布很广的各个锅炉，本系统在结构上采用B/S (浏览器/服务器)架构，保证用户可以在任何时间，任何地点可以通过互联网方便得实时了解锅炉运行变化情况。现场监测系统将锅炉燃烧的各项主要参数反映在监视器上，为操作人员及时有效地进行燃烧优化调整提供了条件和依据。整个系统的架构如图1所示。现场数据采集系统
所述数据采集系统，针对不同吨位燃煤锅炉的结构特点，选择和安装压力/温度/流量、水位、火焰、耗电量C0/C02/S0X浓度、软水硬度、排污水温/PH值等参数测量的传感器、 流量计和变送器，由现场数据采集系统完成对这些传感器和变送器所发出信号的采集，并将所得数据按照协议进行编码后发送给现场数据终端。通常情况下可以通过以下两种方式完成锅炉运行实时数据的采集
1)如图2所示的PLC数据采集系统；
2)如图3所示的嵌入式数据采集系统。现场监测系统
所述现场监测系统，接收现场数据采集系统所采集的数据，采用ARM9处理器实现硬件系统的搭建，在嵌入式系统上实现Windows CE操作系统的裁剪和移植，然后，基于Windows CE操作系统实现现场监测系统的应用软件。应用软件主要实现对锅炉运行的各项参数进行实时监视，并保存历史数据以备查用，同时对异常数据报警。远程监管与服务系统
所述远程监管与服务系统主要通过在远程服务器上运行特定通信接口软件实现对在线锅炉实时数据的安全接入。接着对采集到的监测站数据进行管理、分析和发布，是整个系统的核心。该系统主要包括系统管理、数据管理、报警中心、网络连接等几个部分。考虑到本系统的使用对象为空间上分布的各个锅炉，本系统在结构上采用B/S (浏览器/服务器) 架构，保证用户可以在任何时间，任何地点方便得实时了解锅炉运行变化情况。该监控信息主要完成锅炉运行参数实时数据发布，历史数据管理，数据报表打印，历史曲线的绘制以及异常事件实时报警等基本功能。同时对实时数据按照具体的公式进行分析处理，从而得出锅炉的热效率值、排污情况以及运行情况。 数据传输终端
如图1中所述现场数据传输终端可以采用WIFI模块和3G模块两种方式 DWIFI模块实现方式通过在现场数据采集系统和现场监视用计算机上分别安装 WIFI模块使得现场数据采集系统与本地监视计算机能够自组网。然后数据采集系统通过无限网络将所采集到的数据传送给本地计算机，本地计算机再通过互联网将数据发送给远程服务器；
2)3G模块实现方式现场数据采集系统通过3G模块将数据传送给附近的基站，然后该基站通过网络将数据传送给远程服务器。使用该模块在传输数据时需要计算流量费。服务器
如图1中所述服务器包括TCP/IP服务器和数据库服务器，TCP/IP服务器主要完成如下功能
1)锅炉现场监控计算机与TCP/IP服务器进行socket连接，该服务器必须具有固定IP 地址；
2)TCP/IP服务器发布web网络，这样可以保证用户可以在任何时间，任何地点通过公网实时了解锅炉运行情况；
3)将所有数据传输给数据库服务器，以防止数据丢失以及保护数据库不被恶意访问， 从而提高系统的安全性。数据库服务器的主要功能是实现数据的安全存储，以防TCP/IP服务器崩溃后数据的丢失。软件构成
本发明需要的应用软件分布如图4所示。如图4所述现场数据采集系统应用软件，主要用来使现场数据采集系统能够正常运行、采集锅炉运行数据以及将数据按照制定的协议编码后发送给现场终端。如图4所述现场终端接收数据并发送数据应用软件，主要完成接收来自于数据采集系统的数据，并将数据发送给远程服务器。如图4所述现场监测系统应用软件，主要实现在嵌入式系统上实现Windows CE操作系统的移植，并开发基于该操作系统实现现场监测系统的应用软件。应用软件主要实现
对锅炉运行的各项参数进行实时监视，并保存历史数据以备查用，同时对异常数据进行报
m 目。如图4所述远程服务器数据接收应用软件，主要完成接收来自于现场数据终端的数据。通信接口软件采用Socket与锅炉运行现场的计算机终端通信。现场数据采集系统通过wifi模块与同一局域网内的计算机进行通信，将采集到的数据传给本地计算机。本地计算机通过Internet网络与远程服务器进行通信，将接收到的来自于数据采集系统的数据传给远程服务器。如图4所述远程服务器数据库管理软件，主要包括系统管理、数据管理、报警中心、网络连接等几个部分1)系统管理该部分可以进行添加删除用户，用户信息修改，站点新建、站点信息修改以及系统数据维护日志等操作。不同用户可以设置成不同级别的权限，完成相应的操作，管理员级别用户可以进行全部的操作。系统管理部分主要由管理员维护，其它级别用户只可以查看和修改个人信息。锅炉运行数据具有一定的社会敏感性，因此本系统采取管理员添加用户的方式而不采用新用户主动注册的方式。2)数据管理数据管理模块是本系统的核心，用于对锅炉运行数据的查看、分析和管理，包括实时数据、历史数据、近期数据、数据曲线、近期报警记录、数据库管理、站点选择、信息统计以及锅炉能效计算等功能。实时数据用于显示在线锅炉运行的最新数据信息。 历史数据主要是方便用户查询历史数据信息。此外为了增加操作上的方便，本系统还可以增加近期数据功能模块，该模块可以方便用户查看最近一段时间内的历史数据。此外用户可以方便的从数据曲线中查看一定时期内锅炉各个参数的变化情况。近期报警记录主要用于方便用户查看近期的报警记录。用户在信息统计中可以查询任意时期内锅炉运行的各个参数的最大最小以及超标次数等统计信息。为了方便用户对数据的后续操作，本系统对所以可以操作的数据增加了导出到EXCEL功 能，增加了用户对数据后续处理的可操作性。同时，考虑到系统的稳定安全，数据管理模块还加进了数据库的备份和恢复功能。3)报警中心主要用于对报警相关信息的管理，包括报警值设定、报警值编辑和报警记录查询。用户可以在报警值设定中设定锅炉运行各参数上下限值，设定好后可以在报警值编辑中修改。用户设定完成后，系统将根据设定值，检查最新数据，当有参数超标时，将在主页面出现彩色的闪动条以提醒用户注意，同时生成报警记录保存到数据库中供用户查看。4)网络连接本系统是基于网络进行操作的系统，网络连接功能主要用于实现系统相关的网络属性设置。本系统在设计时，采用自动连接方式，使系统操作简洁方便，减轻对工作人员的要求。为保证锅炉现场系统发出的相关信息能够实时的发送给锅检院服务器，该模块在设计时还加入了网络测试功能。同时具有固定IP地址的服务器提供web发布， 以便用户能在任何时间任何地点通过网络活得信息。5)效率计算在远程服务器上根据特定的算法运行特定的软件，完成锅炉实时效率的计算并将其反馈给现场监测系统。本发明公开的这种经济型燃煤锅炉能效监测系统的运用能够提升锅炉安全监察部门机构对在用工业锅炉的安全节能监管能力，快速、准确、有效地掌握在用锅炉的安全运行情况、能效水平，改善监管的薄弱环节，提高监管水平；使锅炉使用单位能够及时依据锅炉实际安全节能水平，进行运行调节和反馈，为企业的安全运行、节能改造提供依据，并获取制造单位和节能服务机构及时的指导；提升锅炉制造单位产品设计与制造的安全性与高效性，为用户提供增值服务；避免由于工业锅炉地域分布分散、现场数据采集工作量大且不能实时分析的困难，使安全与节能技术机构能够及时了解锅炉运行的安全、能效和排放数据，为客户提供准确的安全运行与节能减排的解决方案和服务。
权利要求
1.一种经济型燃煤锅炉能效监测系统，其特征在于包括现场数据采集系统、现场监测系统以及远程监管与服务系统；其中，现场数据采集系统采集锅炉运行实时数据，并将采集到的实时数据通过数据传输终端发送至远程服务器；远程监管与服务系统利用远程服务器对接收到来自各个站点的数据进行管理、分析并发布，实现远程在线监测锅炉实时运行工况；现场监测系统用于接收来自远程服务器和现场数据采集系统的反馈信息。
2.根据权利要求1所述的一种经济型燃煤锅炉能效监测系统，其特征在于所述现场数据采集系统通过PLC系统或嵌入式系统完成对锅炉运行现场各变送器以及传感器所给出的模拟信号的采集，并且将模拟信号转化为数字信号传给现场数据传输终端。
3.根据权利要求1所述的一种经济型燃煤锅炉能效监测系统，其特征在于所述现场监测系统采用ARM9处理器实现硬件系统的搭建。
4.根据权利要求2所述的一种经济型燃煤锅炉能效监测系统，其特征在于所述现场数据传输终端为本地计算机，所述现场数据采集系统将采集到的数据发送至本地计算机， 然后本地计算机通过wifi模块与远程服务器进行数据通信。
5.一种基于权利要求1所述的经济型燃煤锅炉能效监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤第一步在锅炉的不同位置安装温度、压力、流量变送器和传感器，并将所述传感器给出的信号线连接到现场数据采集系统；第二步现场数据采集系统通过信号调理电路采集所述变送器和传感器给出的数据， 并对采集到的数据进行编码；第三步现场数据采集系统与上位机进行232通信，将数据发送给上位机，同时通过 wifi模块与现场传输数据终端建立socket连接，通过无线的方式实现数据传输；第四步现场监测系统通过串口接收来自现场数据采集系统的数据，并对接收到的数据进行处理，实现实时数据显示、异常数据报警以及历史数据查询；第五步现场传输数据终端通过socket端口完成数据接收，并与远程服务器建立 socket连接将数据发送至远程服务器平台；第六步远程服务器接收来到现场传输数据终端发送过来的数据，对数据进行解析、归类存储，并对这些数据进行管理、备份；第七步远程服务器根据第六步获取的数据计算出在线锅炉的实时效率，并将这些数据发布到远程监管与服务系统；第八步远程服务器将计算得出的锅炉效率值发送给相应的数据终端，数据终端通过与现场数据采集系统建立socket连接，将锅炉效率值发送给现场数据采集系统，最终现场数据采集系统通过串口将该锅炉的效率值反馈给现场监测系统，并且实时显示出来；第九步现场司炉工根据锅炉的效率值，结合相应的其他数据对锅炉燃烧工况进行合理调整，提高锅炉效率。
全文摘要
本发明公开了一种经济型燃煤锅炉能效监测系统，该监测系统由现场数据采集系统、现场监测系统以及远程监管与服务系统三方组成。现场数据采集系统采集锅炉运行实时数据，并将采集到的数据发送至远端服务器；远程监管与服务系统利用远程服务器对接收到来自各个站点的数据进行管理、分析并发布，从而实现远程在线监测锅炉实时运行工况；现场监测系统接收来自远程服务器和现场数据采集的反馈信息，从而方便现场司炉工根据这些较为实时的数据对锅炉的燃烧做出合理调整。本发明还公开了该监测系统的监测方法，本发明能够不断提高锅炉的安全经济运行水平、满足国家的资源节约和环保指标的控制要求、以及取得很好的社会效益和经济效益。
文档编号G05B19/418GK102385370SQ20111029251
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者业成, 丛境深, 周杏鹏, 周秋萍, 蒋益飞, 黄松华 申请人:东南大学, 南京市锅炉压力容器检验研究院