专利名称：一种冷凝式燃气锅炉的热效率实时监测系统及监测方法
技术领域：
本发明涉及锅炉热效率热工测试，尤其涉及冷凝式燃气锅炉热效率的实时监测，其属于锅炉技术领域。
背景技术：
锅炉的热效率是指燃料送入的热量中有效热量所占的百分数。它是锅炉的重要技术经济指标，锅炉热效率的高低将直接影响锅炉的运行成本，也反映了企业热能动力设备的能源消耗水平。上世纪80年代欧美国家开始研究冷凝式节能器技术在锅炉上的应用，国内也就在近几年才开始研究应用。一般常规锅炉可直接通过正平衡法和反平衡法来测试、计算得出锅炉的热效率。而冷凝式锅炉是在常规锅炉尾部烟道上加装了一个冷凝式节能器，吸收锅炉排放的烟气中水蒸汽所含的汽化潜热(一般常规节能器只利用烟气的余热)，尤其对于燃气锅炉烟气中水蒸汽的含量非常高，其汽化潜热的吸收利用对锅炉热效率的提高非常明显。通常是采用低温水来吸收该汽化潜热，吸收后进除氧器。因此，在计算冷凝式锅炉热效率时的有效热量中应该加上这部分所吸收的汽化潜热。按低位发热量计算，冷凝式燃气锅炉热效率可达到或超过100%以上(理论上可达110% )。在当前节能减排的国家政策下，积极推广冷凝式燃气锅炉，提高锅炉热效率，并保持锅炉高效运行，降低能源成本，减少污染物排放，实现冷凝式燃气锅炉的实时监测尤为重要。通过实时监测，及时了解锅炉运行的热效率，及时调整运行工况，保证锅炉高效率运行。目前，锅炉热效率实时监测大多是针对传统燃煤锅炉设计的，也有对常规燃油(气)锅炉的监测，而针对冷凝式锅炉热效率测试的，只有申请号为200410026206.8的发明专利公开了燃油冷凝式锅炉反平衡热效率测量方法，该发明则是提供了一种燃油冷凝式锅炉反平衡热效率的测量方法，该测量方法基于燃料的高位发热值，从质量和能量守恒的角度建立了燃油冷凝式锅炉热效率的反平衡计算测量方法。该发明只是一种计算测量方法，既不是针对燃气冷凝式锅炉，也没有实现实时监测。
发明内容
本发明所述的冷凝式燃气锅炉热效率实时监测，可以实现在用冷凝式燃气锅炉热效率的实时监测，及时了解锅炉运行动态热效率，及时调整锅炉运行工况，确保锅炉高效稳定运行，降低能源浪费。—种冷凝式燃气锅炉的热效率实时监测系统，所述冷凝式燃气锅炉带有冷凝式节能器，其特征在于，所述热效率实时监测系统包括信号采集系统，以及用于接收来自所述信号采集系统的信号，并进行热效率计算和显示的PLC控制柜；所述信号采集系统包括:安装在冷凝式燃气锅炉的主蒸汽管道上的锅炉蒸汽流量计；安装在天然气输送管道上的天然气流量计；
安装在冷凝式节能器的进水管道上的进水流量计和进水温度传感器；安装在冷凝式节能器的出水管道上的出水温度传感器。该监测系统中锅炉蒸汽流量计用于采集冷凝式燃气锅炉的蒸发量，天然气流量计采集进入冷凝式燃气锅炉的燃气量，进水温度传感器和出水温度传感器用于采集冷凝式节能器的进水或出水温度，进水流量计用于采集冷凝式节能器的进水量，所述PLC控制柜接收上述各流量计或传感器的信息，并进行数据处理和计算，并显示冷凝式燃气锅炉实时运行的各类参数和计算得到的热效率数据。为实时监测进入冷凝式燃气锅炉的水量和水温，作为优选，所述信号采集系统还包括:安装在所述冷凝式燃气锅炉的给水管道上的给水流量计和温度传感器。冷凝式燃气锅炉热效率正平衡计算是燃料送入的热量中有效热量所占的百分数，而反平衡计算则是总能量减去锅炉的各项热损失，这些热损失的计算需要依据冷凝式燃气锅炉现场的情况、还与锅炉排放的烟气温度、烟气的成分等因素有关。因此，作为优选，所述信号采集系统还包括设置在所述冷凝式燃气锅炉所处环境下的现场温度传感器，采集锅炉房现场的环境温度。所述信号采集系统还包括安装在所述冷凝式节能器后面的烟道上的烟气温度传感器，用来采集排放的烟气温度。所述信号采集系统还包括烟气在线分析仪，所述烟气在线分析仪的探头处在所述的连接烟道上。用来准确采集排放烟气的成分，如o2、co、ro2等，并精确分析各成分的含量，通过燃气量、烟气成分含量、排烟温度和环境温度等即可计算得出排烟热损失。以上信号采集系统将采集到的冷凝式燃气锅炉的各运行参数，输送到PLC控制柜，作为优选，所述PLC 控制柜上设有显示装置，用于显示来自所述信号采集系统的信号，以及用于显示热效率。通过上述信号采集、数据处理和计算，就可在显示器上直观地显示冷凝式燃气锅炉实时运行的各类参数和热效率数据，对异常情况进行及时调整，保证冷凝式燃气锅炉高效率运行。本发明还提供了利用上述实时监测系统检测冷凝式燃气锅炉热效率的方法，包括如下步骤:(I)所述PLC控制柜接收来自信号采集系统的信号；(2) PLC控制柜根据接收到的信号进行热效率计算和显示；冷凝式燃气锅炉的正平衡热效率NI的计算如下式:N1 = (Q^Q0) /Qr其中，Q1 =锅炉蒸发量X (设定工作压力下的饱和蒸汽焓值-给水焓)Qtl为冷凝式节能器所回收的烟气中水蒸气冷凝后释放的汽化潜热，通过冷凝式节能器的进出水温度和流量计算:Q。=进水流量X进出水温差；Qr为燃料送入的热量，Qr =进入冷凝式燃气锅炉的燃气量X根据当地市政提供的天然气低位发热量。本发明还提供了冷凝式燃气锅炉热效率反平衡热效率计算，包括如下步骤:(I)所述PLC控制柜接收来自信号采集系统的信号；(2)根据采集到的信号进行热效率计算和显示；冷凝式燃气锅炉的反平衡热效率N2的计算如下式:
N2 = 100% -q2-q3-q4-q5_q6+q0 ；其中，。2为排烟热损失；q3为气体不完成燃烧热损失；q4为机械不完全热损失；q5为散热损失；q6为灰渣物理热损失；q0为冷凝式节能器所回收的热值，即烟气中水蒸气冷凝后释放的汽化潜热。其中，q2可以通过燃气量、烟气成分含量、排烟温度和环境温度等计算得出；q3则是根据烟气成分中CO含量计算得到；q4为机械不完全热损失，对于燃气锅炉几乎为0 ;q5对于炉体保温良好的锅炉，该项基本上可以算是常量，通过计算炉体面积，根据炉体温度和环境温度，计算出固定的q5 ;q6对于燃气锅炉几乎为0 ;q。根据正平衡计算得到，q。= 100% XQciAj1^本发明通过在冷凝式燃气锅炉的相应位置设置锅炉蒸汽流量计、天然气流量计、冷凝式节能器的进水流量 计、进水温度传感器和出水温度传感器，及冷凝式燃气锅炉的给水流量计和温度传感器采集冷凝式燃气锅炉实时运行参数，在烟道上设置烟气在线分析仪和烟气温度传感器采集冷凝式燃气锅炉所排放烟气的状况，通过上述信号采集、数据处理和计算，就可直观地在PLC控制柜的显示器上显示冷凝式燃气锅炉实时运行的各类参数和正、反平衡热效率数据，对异常情况及时调整锅炉运行工况，保证冷凝式燃气锅炉高效率运行。
图1为本发明冷凝式燃气锅炉的热效率实时监测系统的结构示意图。
具体实施例方式图1示出了本发明冷凝式燃气锅炉的热效率实时监测系统的结构图，从图中可看出，冷凝式燃气锅炉19带有冷凝式节能器14，该热效率实时监测系统包括信号采集系统，以及用于接收来自信号采集系统的信号，并进行热效率计算和显示的PLC控制柜18 ；信号采集系统包括如下部分:安装在冷凝式燃气锅炉19的主蒸汽管道4上的锅炉蒸汽流量计5 ；安装在天然气输送管道I上的天然气流量计2 ；安装在冷凝式节能器14的进水管道15上的进水流量计16和进水温度传感器17 ；安装在冷凝式节能器14的出水管道10上的出水温度传感器9 ；PLC控制柜18上设有显示装置，用于显示来自所述信号采集系统的信号，以及用于显示热效率。从图中可看出，在冷凝式燃气锅炉19的给水管道6上还安装有给水流量计7和温度传感器8。该热效率实时监测系统中的锅炉蒸汽流量5计用于采集冷凝式燃气锅炉的蒸发量，天然气流量2计采集进入冷凝式燃气锅炉的燃气量，进水温度传感器17和出水温度传感器9用于采集冷凝式节能器14的进水或出水温度，进水流量计16用于采集冷凝式节能器14的进水量。为便于对冷凝式燃气锅炉的热效率进行反平衡计算，该信号采集系统还包括设置在冷凝式燃气锅炉19所处环境下的现场温度传感器3 ;安装在冷凝式节能器14后面的烟道上的烟气温度传感器13。该信号采集系统还包括烟气在线分析仪12，该烟气在线分析仪12的探头处在冷凝式燃气锅炉19和冷凝式节能器14之间的连接烟道11上。上述装置中，信号采集系统采集冷凝式燃气锅炉各监测部位的信号，PLC控制柜接收来自信号采集系统的信号，并经过数据处理和计算，就可直观地在PLC控制柜的显示器上显示冷凝式燃气锅炉实时运行的各类参数和热效率数据，对异常情况进行及时调整，保证冷凝式燃气锅炉高效率运行。冷凝式燃气锅炉热效率正平衡计算就是燃料送入的热量中有效热量所占的百分数:N1 = (Qj+Qq) /Qr对于冷凝式燃气锅炉的有效热量分两部分，一部分有效热量Q1是锅炉蒸发量X (设定工作压力下的饱和蒸汽焓值-给水焓)，另一部分有效热量Qtl则是冷凝式节能器所回收的烟气中水蒸气冷凝后释放的汽化潜热，它可以通过冷凝式节能器的进出水温度和流量计算，Q0 =进水流量X进出水温差。燃料送入的热量Qr =采集的燃气量X根据当地市政提供的天然气低位发热量。冷凝式燃气锅炉热效率反平衡则是根据锅炉的各项热损失，通过以下公式计算得出:N2 = 100% -q2-q3-q4-q5_q6+q0其中，q2为排烟热损失，通过燃气量、烟气成分含量、排烟温度和环境温度等计算得出；q3为气体不完成燃烧热损失，则是根据烟气成分中CO含量计算得到；q4为机械不完全热损失，对于燃气锅炉，本项损失几乎为0 ;q5为散热损失，对于炉体保温良好的锅炉，该项基本上可以算是常量，通过计算炉体面积，根据炉体温度和环境温度，计算出固定的q5 ;q6为灰渣物理热损失，对于燃气锅炉,本项损失几乎为0 ;qQ根据正平衡计算得到，qQ = 100% XQQ/Qr。 如某企业20t/h冷凝式燃气锅炉:当地市政提供的天然气低位发热量Qnet为37228kJ/m3，锅炉天然气量测得1175m3/h，冷凝式节能器进水温度测得22°C，冷凝式节能器出水温度测得59°C，冷凝式节能器进水流量测得10000kg/h，锅炉给水温度测得102°C，锅炉给水流量测得18800kg/h，
锅炉蒸发量测得18300kg/h，锅炉设定工作压力为1.2MPa，环境温度测得27 °C，烟气中RO2含量测得10.94%,烟气中O2含量测得1.74%，烟气中CO含量测得0.0011%，排烟温度测得90°C，排烟热损失计算得出1.4%,气体未完全燃烧热损计算得出0%，散热损失计算查表为0.3%，正平衡效率N1计算得出103%，反平衡效率N2计算得出101.1 %。
权利要求
1.一种冷凝式燃气锅炉的热效率实时监测系统，所述冷凝式燃气锅炉(19)带有冷凝式节能器(14)，其特征在于，所述热效率实时监测系统包括信号采集系统，以及用于接收来自所述信号采集系统的信号，并进行热效率计算和显示的PLC控制柜(18)； 所述信号采集系统包括: 安装在冷凝式燃气锅炉(19)的主蒸汽管道(4)上的锅炉蒸汽流量计(5)； 安装在天然气输送管道(I)上的天然气流量计(2); 安装在冷凝式节能器(14)的进水管道(15)上的进水流量计(16)和进水温度传感器(17)； 安装在冷凝式节能器(14)的出水管道(10)上的出水温度传感器(9)。
2.根据权利要求1所述的冷凝式燃气锅炉的热效率实时监测系统，其特征在于，所述信号采集系统还包括: 安装在所述冷凝式燃气锅炉(19)的给水管道(6)上的给水流量计(7)和温度传感器⑶。
3.根据权利要求1所述的冷凝式燃气锅炉的热效率实时监测系统，其特征在于，所述信号采集系统还包括设置在所述冷凝式燃气锅炉(19)所处环境下的现场温度传感器(3)。
4.根据权利要求3所述的冷凝式燃气锅炉的热效率实时监测系统，其特征在于，所述信号采集系统还包括安装在所述冷凝式节能器(14)后面烟道上的烟气温度传感器(13)。
5.根据权利要求4所述的冷凝式燃气锅炉的热效率实时监测系统，其特征在于，所述信号采集系统还包括烟气在线分析仪(12)，所述烟气在线分析仪(12)的探头处在所述的连接烟道(11)上。
6.根据权利要求1 5任一项所述的冷凝式燃气锅炉的热效率实时监测系统，其特征在于，所述PLC控制柜(18)上设有显示装置，用于显示来自所述信号采集系统的信号，以及用于显不热效率。
7.利用权利要求1或2所述的实时监测系统监测冷凝式燃气锅炉热效率的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)所述PLC控制柜(18)接收来自信号采集系统的信号； (2)根据采集到的信号进行热效率计算和显示； 冷凝式燃气锅炉的正平衡热效率N1的计算如下式:N1 = (QfQtlVQr 其中，Q1 =锅炉蒸发量X (设定工作压力下的饱和蒸汽焓值-给水焓) Qtl为冷凝式节能器所回收的烟气中水蒸气冷凝后释放的汽化潜热，通过冷凝式节能器的进出水温度和流量计 算-.Q0 =进水流量X进出水温差； Qr为燃料送入的热量，Qr =进入冷凝式燃气锅炉的燃气量X根据当地市政提供的天然气低位发热量。
8.根据权利要求5所述的实时监测系统监测冷凝式燃气锅炉热效率的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)所述PLC控制柜(18)接收来自信号采集系统的信号； (2)PLC控制柜(18)根据接收到的信号进行热效率计算和显示； 冷凝式燃气锅炉的反平衡热效率N2的计算如下式:N2 = 100% -q2-q3-q4-q5-q6+q0 ；其中，q2为排烟热损失；q3为气体不完成燃烧热损失；Q4为机械不完全热损失；Q5为散热损失；Q6为灰洛物理热损失；Q0为冷凝式节能器所 回收的热值，即烟气中水蒸气冷凝后释放的汽化潜热。
全文摘要
本发明公开了一种冷凝式燃气锅炉的热效率实时监测系统，所述冷凝式燃气锅炉带有冷凝式节能器，所述热效率实时监测系统包括信号采集系统，以及用于接收来自所述信号采集系统的信号，并进行热效率计算和显示的PLC控制柜。本发明还公开了利用所述实时监测系统监测冷凝式燃气锅炉热效率的方法，信号采集系统采集冷凝式燃气锅炉各监测部位的信号，PLC控制柜接收来自信号采集系统的信号，并经过数据处理和计算，就可直观地在PLC控制柜的显示器上显示冷凝式燃气锅炉实时运行的各类参数和热效率数据，对异常情况进行及时调整，保证冷凝式燃气锅炉高效率运行。
文档编号G01M99/00GK103149043SQ201310042280
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者张拥军, 章伟良, 邵长岭, 袁根洪 申请人:浙江中烟工业有限责任公司