本发明涉及电锅炉技术领域，特别涉及一种采用电能替代的电锅炉运行监测和效益评估系统及其方法。
背景技术：
直燃烧煤(油)是造成环境污染的重要因素，pm2.5中的50％-60％源于燃煤，20％-30％来自燃油。另一方面，经济快速发展，对能源的需求将大幅提高，传统的燃煤过滤无法达到用户的需求，我国国内能源资源与地区经济发展呈逆向分布，油气消费严重依赖进口，而电能作为二次能源，与一次能源直接作为终端能源相比，具有多种优势，通过将煤炭等化石能源转换成电能，是最高效、最环保的有效途径之一，随着我国电力工业水平的不断提高，已经具备了大力开展可再生能源发电的能力，目前已经形成了风电、核电、光电、生物质等多种清洁发电模式从而能够保障我国能源的安全可靠供应，而且相对于传统的输煤至负荷中心再将煤转化为电能的就地平衡发展方式而言，在煤炭基地就将煤就地转换成电能并通过特高压电网输送至负荷中心的发展具有损耗低、效率高、更加环保的优势。即使考虑线损，西部、北部低价电送到京津冀地区和长三角灯负荷中心仍然具有经济性。因此电能在终端用能市场上的消费，能够有效保护环境、提高人民生活水平、促进社会和谐发展。根据国家节能减排产业政策，为了有效治理环境污染，把“电能替代”作为转变能源的发展方式，大力推广电锅炉替代燃煤锅炉，降低燃煤消耗，减少城市污染，推动社会节能减排。
目前，在电能替代评价中，基本上都是采用对于电气化建设的经济效益、生态效益及社会效益等方面进行伦镇，没有形成一套完整而科学的指标体系和评价系统。总体而言，综合评价理论和方法的研究已经较为成熟，但是国内外运用综合评价方法对电能替代进行评估的系统以及方法还很少。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提出了一种采用电能替代的电锅炉运行监测和效益评估系统及其方法，其首先能够将各种类型的锅炉优势进行了比较，对所选定种类的锅炉的运行参数进行监测，在对不同类型电锅炉的实际运行数据进行分析的基础上，进行不同效率锅炉的差异分析，对于低效率锅炉提供预警；以节能减排和经济效益为目标，在投资和供热需求为约束的条件下，建立电锅炉的优选模型，根据电锅炉的功率与采暖面积、电锅炉与水箱的最佳匹配从而使设备达到最高的利用效率。
本发明的技术方案如下：
一种采用电能替代的电锅炉运行监测和效益评估系统，其包括电能替代评价组件、电锅炉、优势分析组件、电锅炉运行监测组件以及电锅炉效益评估组件，所述电能替代评价组件与所述优势分析组件相连，所述电能替代评价组件用于在电锅炉运行监测之前进行终端能源的经济性和环境影响分析，所述电锅炉与所述优势分析组件相连，所述优势分析组件给出电锅炉的使用型号，所述电锅炉与所述电锅炉运行监测组件相连，所述电锅炉运行监测组件与所述优势分析组件相连，所述电锅炉运行监测组件与所述电锅炉相连，所述各个电锅炉和所述电锅炉运行监测组件之间设置各自对应的启动开关，所述电锅炉运行监测组件配置用于根据所述优势分析组件的分析结果与相应的电锅炉进行连通从而监测所选定的电锅炉运行情况，所述电锅炉效益评估组件与所述电锅炉运行监测组件相连，其配置用于根据电锅炉运行监测组件所采集到的数据进行电锅炉的效益评估。
优选地，所述电能替代评价组件包括终端能源经济性分析模块、终端能源环境影响分析模块和终端能源输入模块，所述终端能源经济性分析模块包括第一转换模块，所述终端能源环境影响分析模块包括第二转换模块，所述终端能源输入模块分别与所述第一转换模块和第二转换模块相连，所述终端能源经济性分析模块中包括第一比较单元，所述终端能源环境影响分析模块包括第二比较单元，所述第一比较单元和所述第二比较单元配置用于对终端能源进行经济性分析和环境影响分析，所述第一转换模块和所述第二转换模块将所述终端能源输入模块中输入的需要进行对比的各种能源价格换算成同一单位后，分别通过所述第一比较单元和所述第二比较单元进行比较，所述第一转换模块包括第一等效电能值计算单元和第一等效电价计算单元，所述第一等效电能值计算单元和所述第一等效电价计算单元分别与所述第一比较单元相连，所述终端能源经济性分析模块将各种能源的燃烧值换算成等效的电能值，再将所述各个能源的单位价格通过电能折算成折算电价，从而使得不同能效、不同单位的能源在同一单位下进行比较；所述终端能源环境影响分析模块中的第二转换模块包括第二等效能值计算单元、二氧化硫折算值计算单元以及氮氧化物折算值计算单元，其配置用于将所述各个终端能源换算成同一单位，进行环境影响的比较。
优选地，所述电锅炉包括直热式锅炉和蓄热式锅炉，所述蓄热式锅炉包括固体蓄热式锅炉和水箱蓄热式锅炉。
优选地，所述优势分析组件包括锅炉热效率比较模块、锅炉蓄热量比较模块、锅炉占地面积比较模块、锅炉使用寿命比较模块、锅炉运行比较模块以及锅炉投资运行费用比较模块，所述锅炉热效率比较模块、锅炉蓄热量比较模块、锅炉占地面积比较模块、锅炉使用寿命比较模块、锅炉运行比较模块以及锅炉投资运行费用比较模块配置用于对所述固体蓄热式锅炉和水箱蓄热式锅炉的热效率、蓄热量、占地面积、使用寿命、运行时出口水温以及锅炉投资运行费用进行比较。
优选地，2000平方米以下，采用直热式电锅炉，所述直热式锅炉安装在锅炉房内，所述直热式锅炉设置有储热装置和按需供热控制系统；2000平方米以上采用蓄热式电锅炉，所述蓄热式电锅炉安装在锅炉房内，所述蓄热式锅炉设置有按需控制供热系统。
优选地，配置用于量化评估所述选定的电锅炉的运行状况的电锅炉运行监测组件包括数据采集模块、数据存储模块和数据管理模块，配置用于根据不同的业务需求对所需要的数据进行采集、编制自动采集任务的所述数据采集模块与所述数据存储模块相连，所述数据采集模块包括基础数据采集单元、运行数据采集单元、电力数据采集单元以及统计数据采集单元，所述数据采集模块将采集到的数据存储于所述数据存储模块，所述数据管理模块分别与所述数据采集模块和所述数据存储模块相连以便用于管理各种采集任务的执行以及检查任务执行情况。
优选地，所述电锅炉运行监测组件还包括配置用于维护信息系统运行和内网安全隔离的安全监测模块，所述安全监测模块中包括数据备份模块和预警单元。
一种采用电能替代的电锅炉运行监测和效益评估方法，其包括如下步骤：(1)进行电能替代评价，进行终端能源经济性分析和终端能源环境影响分析，输入所需要进行评价的终端能源的类型；(2)将所述终端能源输入模块中输入的需要进行对比的各种能源价格换算成等效电能值和等效电价后进行比较，即将各种能源的燃烧值换算成等效的电能值，同时将所述各个能源的单位价格通过电能折算成折算电价，从而使得不同能效、不同单位的能源在同一单位下进行比较；(3)计算终端能源输入模块中所输入的需要进行对比的各种能源的等效能值、二氧化硫折算值以及氮氧化物折算值，将所述各个终端能源换算成同一单位，进行环境影响的比较；(4)根据电锅炉的类型，进行电锅炉技术优势分析,对热效率、蓄热量、占地面积、使用寿命、运行时出口水温以及锅炉投资运行费用进行比较；(5)根据电锅炉的技术优势分析，进行电锅炉的选型，2000平方米以下，采用直热式电锅炉，以及2000平方米以上采用蓄热式电锅炉；(6)对所选定的电锅炉进行运行监测，针对不同的业务需求编制自动采集任务进行，根据采集到的数据量化评估所述选定的电锅炉的运行状况、管理各种采集任务的执行以及检查任务执行情况；(7)根据对所选定的电锅炉的运行监测结果进行电锅炉效益评估。
本发明的有益效果如下：
本发明中的电锅炉运行监测和效益评估系统，能够将各种类型的锅炉优势进行了比较，对所选定种类的锅炉的运行参数进行监测，在对不同类型电锅炉的实际运行数据进行分析的基础上，进行不同效率锅炉的差异分析，对于低效率锅炉提供预警；以节能减排和经济效益为目标，在投资和供热需求为约束的条件下，建立电锅炉的优选模型，根据电锅炉的功率与采暖面积、电锅炉与水箱的最佳匹配从而使设备达到最高的利用效率。
附图说明
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
图1是本发明的采用电能替代的电锅炉运行监测和效益评估系统的结构示意图。
图2是本发明的采用电能替代的电锅炉运行监测和效益评估方法的流程图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
如图1所示的采用电能替代的电锅炉运行监测和效益评估系统100，其包括电能替代评价组件1、电锅炉2、优势分析组件3、电锅炉运行监测组件4以及电锅炉效益评估组件5。电能替代评价组件1与优势分析组件3相连，电能替代评价组件1配置用于在进行电锅炉运行监测之前，首先分析终端能源的经济性和环境影响分析。电锅炉2与优势分析组件3相连，优势分析组件3配置用于对不同形式的电锅炉2进行对比分析从而选择合适类型的电锅炉，电锅炉运行监测组件4与优势分析组件3相连，电锅炉运行监测组件4与电锅炉2相连，各个电锅炉2和电锅炉运行监测组件4之间设置各自对应的启动开关24，电锅炉运行监测组件4配置用于根据优势分析组件3的分析结果与相应的电锅炉2进行连通从而监测所选定的锅炉运行情况，电锅炉效益评估组件5与电锅炉运行监测组件4相连，其配置用于根据电锅炉运行监测组件所采集到的数据进行电锅炉的效益评估。
电能替代评价组件1包括终端能源经济性分析模块11、终端能源环境影响分析模块12和终端能源输入模块13，终端能源经济性分析模块包括第一转换模块111，终端能源环境影响分析模块12包括第二转换模块121，所述终端能源输入模块13分别与所述第一转换模块和第二转换模块相连，终端能源经济性分析模块11中包括第一比较单元112，终端能源环境影响分析模块12包括第二比较单元122，第一比较单元112和第二比较单元122配置用于对终端能源进行经济性分析和环境影响分析，第一转换模块111和第二转换模块121将终端能源输入模块13中输入的需要进行对比的各种能源价格换算成同一单位后，分别通过第一比较单元112和第二比较单元122进行比较。优选地，第一转换模块111包括第一等效电能值计算单元1111和第一等效电价计算单元1112。第一等效电能值计算单元1111和第一等效电价计算单元1112分别与第一比较单元112相连，终端能源经济性分析模块11将各种能源的燃烧值换算成等效的电能值，再将各个能源的单位价格通过电能折算成折算电价，从而使得不同能效、不同单位的能源在同一单位下进行比较。
具体地，首先计算等效电能值，假设1单位(1单位天然石是指1立方米的天然气，其他能源的单位都是1kg)的某种能源的燃烧之为x千焦，热效率为g％，而电能1kwh＝3600kj，电能的热效率为95％，则等效电能值β为
β＝(x*g％)/(3600*95％)；
其次，计算等效电价，根据上式可得所述终端电源的等效低昂能治为b千瓦时，1单位该能源的单价为e元，则所述能源的“折算电价”即“等效电价”f为
f＝e/b
其中，f的单位为元每千瓦时。
对天然气、煤炭、汽油、煤油和柴油进行分析，其具体计算结果如下：
天然气的热值y为35280千焦，热效率g％为85％，等效电能为8.77千瓦时，能源单价为2.05元/1单位，折算电价为0.23元/千瓦时；煤炭的热值y为21000千焦，热效率g％为50％，等效电能为3.07千瓦时，能源单价为1.12元/1单位，折算电价为0.33元/千瓦时；汽油的热值y为43260千焦，热效率g％为85％，等效电能为10.75千瓦时，能源单价为10.06元/1单位，折算电价为0.94元/千瓦时；煤油的热值y为45000千焦，热效率g％为85％，等效电能为11.18千瓦时，能源单价为7.87元/1单位，折算电价为0.71元/千瓦时；柴油的热值y为42840千焦，热效率g％为85％，等效电能为10.65千瓦时，能源单价为8.75元/1单位，折算电价为0.82元/千瓦时；而居民生活用电每千瓦时为0.4783元，一般工商业220千伏及以上低谷电价为0.2968元，平段电价为每千瓦时0.7545元，高峰电价为1.2372元，而大工业用电220千伏及以上低谷电价为0.3351元，平段电价为每千瓦时0.5987元，高峰电价为0.8751元。对一般工商业和大工业采用平均电价与居民用电一级电价及所述各种能源的“折算电价”进行比较，得到所述各种终端的经济性排名。由以上分析得到，电价具有很大的优势，油品价格远高于电能价格，虽然电价从目前看略高于煤炭和天然气的价格，但是从长远看，随着不可再生能源消耗的不断增大，煤炭和天然气会越来越稀缺，煤炭和天然气的价格会越来越高，而随着风电、核电光伏等可再生发电技术的快速发展，使得电价会控制再合理的水平内。
终端能源环境影响分析模块12中的第二转换模块121包括第二等效能值计算单元、二氧化硫折算值计算单元以及氮氧化物折算值计算单元，其配置用于将各个终端能源换算成同一单位，进行环境影响的比较，其具体计算方法如下：
首先，计算等效能值，根据公式β＝(x*g％)/(3600*95％)，当能源的等效电能值为b千瓦时，则有1千瓦时电能与1/b单位的其他能演能量值相当；
其次计算二氧化硫折算值，假设能源的二氧化硫排出因子为c千克/吨，即燃烧1吨能源排放c千克的二氧化硫，则能源二氧化硫折算值就是c/bg,获得与1千瓦时电能相同能量的能源对大气排放c/bg的二氧化硫；
其次计算氮氧化物折算值，假设能源的氮氧化物排出因子为d千克/吨，即燃烧1吨能源排放d千克的氮氧化物，则能源氮氧化物折算值就是c/bg,获得与1千瓦时电能相同能量的能源对大气排放d/bg的氮氧化物。
电锅炉2包括直热式锅炉21和蓄热式锅炉22，进一步，蓄热式锅炉包括固体蓄热式锅炉和水箱蓄热式锅炉。
优势分析组件3包括锅炉热效率比较模块31、锅炉蓄热量比较模块32、锅炉占地面积比较模块33、锅炉使用寿命比较模块34、锅炉运行比较模块35以及锅炉投资运行费用比较模块36。
例如，锅炉热效率比较模块31、锅炉蓄热量比较模块32、锅炉占地面积比较模块33、锅炉使用寿命比较模块34、锅炉运行比较模块35以及锅炉投资运行费用比较模块36配置用于对固体蓄热式锅炉和水箱蓄热式锅炉的热效率、蓄热量、占地面积、使用寿命、运行时出口水温以及锅炉投资运行费用进行比较。优选地，2000平方米以下，采用直热式电锅炉；直热式锅炉安装在锅炉房内，直热式锅炉设置有储热装置和按需供热控制系统。2000平方米以上采用蓄热式电锅炉，蓄热式电锅炉安装在锅炉房内，蓄热式锅炉设置有按需控制供热系统。
电锅炉运行监测组件配置4用于量化评估所述选定的电锅炉的运行状况，其包括数据采集模块41、数据存储模块42和数据管理模块43。数据管理模块43分别与数据采集模块41和数据存储模块42相连，其配置用于管理各种采集任务的执行以及检查任务执行情况。
优选地，数据采集模块41与数据存储模块42相连，数据采集模块41包括基础数据采集单元、运行数据采集单元、电力数据采集单元以及统计数据采集单元，数据采集模块41配置用于根据不同的业务需求对所需要的数据进行采集，编制自动采集任务并将采集到的数据存储于数据存储模块42。进一步，数据采集模块41的数据采集方式包括：定时自动采集、随机召测和主动上报。数据管理模块43配置用于对采集到的数据的完整性、正确性进行检查和分析，对于异常数据不予自动修复并限制异常数据的发布，以便保证原始数据的唯一性和真实性。基础数据包括供热面积和锅炉型号。运行数据为，例如，供热量和电费；电力数据为，例如，设备电压、电流、有功、无功和功率因数；统计数据为，例如，负荷率和单位面积运行费用。
进一步，电锅炉运行监测组件4还包括安全监测模块44，其配置用于维护信息系统运行和内网安全隔离，安全监测模块中包括数据备份模块，以便当数据丢失时能够快速恢复数据，安全监测模块能够保证数据在处理和传输的过程中安全。进一步，安全监测模块中还包括预警单元，其配置用于低效率的锅炉提供预警。
电锅炉效益评估组件5与电锅炉运行监测组件4相连，其配置用于评估电锅炉的运行情况，其包括经济性评估模块、节能减排量评估分析模块、低谷用电对调节负荷影响分析模块以及增加用电容量控制模块。其中节能量计算选取折标系数后，计算节约标煤吨数，减排粉尘、二氧化碳、二氧化硫和耐氧化物的吨数。
一种采用电能替代的电锅炉运行监测和效益评估方法，如图2所示，其步骤如下：(1)进行电能替代评价，进行终端能源经济性分析和终端能源环境影响分析，输入所需要进行评价的终端能源的类型；(2)将终端能源输入模块中输入的需要进行对比的各种能源价格换算成等效电能值和等效电价后进行比较，即将各种能源的燃烧值换算成等效的电能值，同时将所述各个能源的单位价格通过电能折算成折算电价，从而使得不同能效、不同单位的能源在同一单位下进行比较；(3)计算终端能源输入模块中所输入的需要进行对比的各种能源的等效能值、二氧化硫折算值以及氮氧化物折算值，将各个终端能源换算成同一单位，进行环境影响的比较；(4)根据电锅炉的类型，进行电锅炉技术优势分析,对热效率、蓄热量、占地面积、使用寿命、运行时出口水温以及锅炉投资运行费用进行比较；(5)根据电锅炉的技术优势分析，进行电锅炉的选型，2000平方米以下，采用直热式电锅炉，以及2000平方米以上采用蓄热式电锅炉；(6)对所选定的电锅炉进行运行监测，针对不同的业务需求编制自动采集任务进行，根据采集到的数据量化评估选定的电锅炉的运行状况、管理各种采集任务的执行以及检查任务执行情况；(7)根据对所选定的电锅炉的运行监测结果进行电锅炉效益评估。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中组件或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。