一种循环流化床锅炉热效率的实时监测方法、装置及系统

摘要

本发明适用于能源技术领域，提供了一种循环流化床锅炉热效率的实时监测方法、装置及系统，其中，所述方法包括：获取基于物联网对循环流化床锅炉采集到的多个实时参数值；基于所述多个实时参数值和热效率参数计算公式分别计算循环流化床锅炉的热效率参数，其中，所述热效率参数至少包括：排烟热损失、固体未完全燃烧热损失、灰渣物理热损失和散热损失；基于热效率计算公式，实时计算循环流化床锅炉的热效率值，并显示所述热效率值。通过本发明提供的技术方案，可实时监控循环流化床锅炉热效率。

说明书

技术领域

本发明属于能源技术领域，具尤其涉及一种循环流化床锅炉热效率的实时监测方法、装置及系统。

背景技术

锅炉热效率的反平衡热效率计算方法的主要依据是GB/T10180-2017《工业锅炉热工性能试验规程》。《工业锅炉热工性能试验规程》中的反平衡热效率计算公式为η

但是现有技术中流化床锅炉热效率的计算需要采集较多的测试数据、使用的测试仪表设备较多、测试时间较长、测试成本较高、得出测试结果的周期较长、灰渣物理热损失计算过程中需要通过人为查找表格方式获取炉渣的焓值、计算过程比较复杂，从而导致不能在线实时监控循环流化床锅炉热效率，进而使得用户和监管部门不能及时了解循环流化床锅炉的运行情况。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种循环流化床锅炉热效率的实时监测方法、装置及系统，以解决现有技术中由流化床锅炉热效率的计算需要采集较多的测试数据、使用的测试仪表设备较多、测试时间较长、测试成本较高、得出测试结果的周期较长所导致的不能实时监控循环流化床锅炉热效率的问题。

本发明实施例的第一方面，提供了一种循环流化床锅炉热效率的实时监测方法，包括：获取基于物联网对循环流化床锅炉采集到的多个实时参数值；基于所述多个实时参数值和热效率参数计算公式分别计算循环流化床锅炉的热效率参数，其中，所述热效率参数至少包括：排烟热损失、固体未完全燃烧热损失、灰渣物理热损失和散热损失；基于热效率计算公式，实时计算循环流化床锅炉的热效率值，并显示所述热效率值，所述热效率计算公式为：ηt＝100-(q2+q4+q5+q6)，其中，ηt为循环流化床锅炉的热效率，单位为％，q2为排烟热损失，单位为％，q4为固体未完全燃烧热损失，单位为％，q6为灰渣物理热损失，单位为％，q5为锅炉的散热损失，单位为％。

在一些实施例中，所述多个实时参数值，包括：锅炉排烟温度、空气温度、锅炉省煤器排烟处的氧含量、入炉燃料收到基低位热值；

所述排烟热损失的计算公式为：

q2＝[(k1+k2×α)+1.88×(k3+0.01×(k4+k2×α)]×(t

其中，k1＝0.056+0.023×Q

在一些实施例中，基于所述多个实时参数值分别计算循环流化床锅炉的热效率参数包括：计算锅炉排烟处的过量空气系数；

所述锅炉排烟处的过量空气系数的计算公式为：

α＝(21/(21-O

其中，α为锅炉排烟处的过量空气系数，O

在一些实施例中，所述多个实时参数值，包括：空气干燥基灰分、收到基水分、空气干燥基水分、入炉燃料收到基低位热值、飞灰可燃物含量、炉渣可燃物含量；

所述固体未完全燃烧热损失q4的计算公式为：

q4＝32866×A

其中，A

在一些实施例中，所述多个实时参数值，包括：锅炉额定蒸发量、锅炉负荷；

所述散热损失q5的计算公式为：

q5＝De×1.295e

其中，De表示锅炉额定蒸发量，单位为t/h；D表示锅炉负荷，单位为t/h。

在一些实施例中，所述多个实时参数值，包括：空气干燥基灰分、收到基水分、空气干燥基水分、炉渣的焓值、入炉燃料收到基低位热值、炉渣可燃物含量；

所述灰渣物理热损失q6计算公式为：

q6＝100×a

其中，a

在一些实施例中，基于所述多个实时参数值分别计算循环流化床锅炉的热效率参数包括：计算收到基灰分；

所述收到基灰分的计算公式为：

A

其中，A

在一些实施例中，所述a

a

在选取时，应满足a

本发明实施例的第二方面，提供了一种循环流化床锅炉热效率的实时监测装置，包括：实时参数值获取模块，用于获取基于物联网对循环流化床锅炉采集到的多个实时参数值；热效率参数计算模块，用于基于所述多个实时参数值和热效率参数计算公式分别计算循环流化床锅炉的热效率参数，其中，所述热效率参数至少包括：排烟热损失、固体未完全燃烧热损失、灰渣物理热损失和散热损失；热效率值实时计算和显示模块，基于热效率计算公式，实时计算循环流化床锅炉的热效率值，并显示所述热效率值，所述热效率计算公式为：ηt＝100-(q2+q4+q5+q6)，其中，ηt为循环流化床锅炉的热效率，单位为％，q2为排烟热损失，单位为％，q4为固体未完全燃烧热损失，单位为％，q6为灰渣物理热损失，单位为％，q5为锅炉的散热损失，单位为％。

本发明实施例的第三方面，提供了一种循环流化床锅炉热效率的实时监测系统，包括：监测平台，用于获取基于物联网对循环流化床锅炉采集到的多个实时参数值；基于所述多个实时参数值和热效率参数计算公式分别计算循环流化床锅炉的热效率参数，其中，所述热效率参数至少包括：排烟热损失、固体未完全燃烧热损失、灰渣物理热损失和散热损失；基于热效率计算公式，实时计算循环流化床锅炉的热效率值，并显示所述热效率值，所述热效率计算公式为：ηt＝100-(q2+q4+q5+q6)，其中，ηt为循环流化床锅炉的热效率，单位为％，q2为排烟热损失，单位为％，q4为固体未完全燃烧热损失，单位为％，q6为灰渣物理热损失，单位为％，q5为锅炉的散热损失，单位为％。锅炉，通过网络连接于所述监测平台；省煤器，通过网络连接于所述监测平台；空气预热器，通过网络连接于所述监测平台；排烟温度传感器，安装于循环流化床锅炉空气预热器烟气出口侧，并通过网络连接于所述监测平台；氧含量传感器，安装于锅炉省煤器烟气出口侧，并通过网络连接于所述监测平台；所述监测平台至少包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器中运行时，至少实现所述循环流化床锅炉热效率的实时监测方法的步骤。

本发明实施例提供的一种循环流化床锅炉热效率的实时监测方法的有益效果至少在于：本发明实施例首先通过获取基于物联网对循环流化床锅炉采集到的多个实时参数值；再次基于所述多个实时参数值和热效率参数计算公式分别计算循环流化床锅炉的热效率参数，其中，所述热效率参数至少包括：排烟热损失、固体未完全燃烧热损失、灰渣物理热损失和散热损失；最后基于热效率计算公式，实时计算循环流化床锅炉的热效率值，并显示所述热效率值。本发明对锅炉热效率计算公式进行简化后即可计算出循环流化床气锅炉的锅炉热效率，从而解决了现有技术中流化床锅炉热效率的计算需要采集较多的测试数据、使用的测试仪表设备较多、测试时间较长、测试成本较高、得出测试结果的周期较长等问题，降低了计算难度，节约了计算时间，达到了在线实时监控循环流化床锅炉热效率的效果，进而使得用户和监管部门可以及时了解循环流化床锅炉的运行情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的循环流化床锅炉热效率的实时监测方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的循环流化床锅炉热效率的实时监测装置的流程图；

图3是本发明实施例提供的循环流化床锅炉热效率的实时监测系统的示意图；

图4是本发明实施例提供的监测平台的示意图；

图5是本发明实施例提供的锅炉、省煤器和空气预热器连接的设备示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

第一实施例

图1是本发明在一实施例中提供的循环流化床锅炉热效率的实时监测方法的流程图。

如图1所示，所述循环流化床锅炉热效率的实时监测方法，包括步骤S110-S130：

S110：获取基于物联网对循环流化床锅炉采集到的多个实时参数值。

在本实施例中，循环流化床锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体；流态化燃烧，主要结构包括燃烧室(包括密相区和稀相区)和循环回炉(包括高温气固分离器和返料系统)两大部分。

在本实施例中，通过在循环流化床锅炉上安装传感器，并将传感器采集的数据发送给监测平台，从而使得监测平台能够获取循环流化床锅炉运行时的实时参数。所述实时参数包括：锅炉排烟温度、氧含量参数、燃煤工业分析参数、空气参数、锅炉额定蒸发量、锅炉负荷。

氧含量参数包括锅炉省煤器排烟处的氧含量；空气参数包括空气温度；燃煤工业分析参数包括：入炉燃料收到基低位热值、空气干燥基灰分、收到基水分、空气干燥基水分、飞灰可燃物含量、炉渣可燃物含量、炉渣的焓值。

具体地，锅炉排烟温度通过安装于循环流化床锅炉空气预热器烟气出口侧的排烟温度传感器采集得到。锅炉省煤器排烟处的氧含量通过安装于锅炉省煤器烟气出口侧的氧含量传感器采集得到。

当实时参数包括锅炉省煤器排烟处的氧含量，在一个实施例中，具体可通过如下实现方式确定过量空气系数：

获取循环流化床锅炉运行时锅炉省煤器排烟处的氧含量；获取过量空气系数计算公式，将当前含氧量代入过量空气系数计算公式中进行计算，以确定当前过量空气系数，锅炉排烟处的过量空气系数的计算公式为：

α＝(21/(21-O

其中，α为锅炉排烟处的过量空气系数，O

需要说明的是，本发明实施例并不意图对过量空气系数计算公式得到的方式进行限定，可以是对燃气锅炉排烟处的含氧量和过量空气系数之间进行模型训练得到过量空气系数计算公式。

当实时参数包括空气干燥基灰分、收到基水分、空气干燥基水分，在一个实施例中，具体可通过如下实现方式确定收到基灰分：

获取循环流化床锅炉运行时空气干燥基灰分、收到基水分、空气干燥基水分；获取收到基灰分计算公式，将当前空气干燥基灰分、收到基水分、空气干燥基水分代入收到基灰分计算公式中进行计算，以确定实时收到基灰分，收到基灰分的计算公式为：

A

其中，A

S120：基于所述多个实时参数值和热效率参数计算公式分别计算循环流化床锅炉的热效率参数。

在本实施例中，所述热效率参数至少包括：排烟热损失、固体未完全燃烧热损失、灰渣物理热损失和散热损失。

具体地，当实时参数包括锅炉排烟温度、空气温度、锅炉省煤器排烟处的氧含量、入炉燃料收到基低位热值，在一个实施例中，具体可通过如下实现方式确定排烟热损失：

获取循环流化床锅炉运行时锅炉排烟温度、空气温度、锅炉省煤器排烟处的氧含量、入炉燃料收到基低位热值；获取排烟热损失计算公式，将当前锅炉排烟温度、空气温度、锅炉省煤器排烟处的氧含量代入排烟热损失计算公式中进行计算，以确定当前排烟热损失，排烟热损失的计算公式为：

q2＝[(k1+k2×α)+1.88×(k3+0.01×(k4+k2×α)]×(t

需要说明的是，本发明实施例并不意图对k1、k2、k3、k4计算公式得到的方式进行限定，可以是对空气温度、锅炉省煤器排烟处的氧含量、入炉燃料收到基低位热值和排烟热损失之间进行模型训练得到排烟热损失计算公式。

具体地，当实时参数包括锅炉排烟温度、空气温度、锅炉省煤器排烟处的氧含量、入炉燃料收到基低位热值，在一个实施例中，具体可通过如下实现方式确定排烟热损失：

获取循环流化床锅炉运行时空气干燥基灰分、收到基水分、空气干燥基水分、入炉燃料收到基低位热值、飞灰可燃物含量、炉渣可燃物含量；获取固体未完全燃烧热损失计算公式，将当前空气干燥基灰分、收到基水分、空气干燥基水分、入炉燃料收到基低位热值、飞灰可燃物含量、炉渣可燃物含量代入固体未完全燃烧热损失计算公式中进行计算，以确定当前固体未完全燃烧热损失，固体未完全燃烧热损失的计算公式为：

q4＝32866×A

其中，A

需要说明的是，所述a

具体地，当实时参数包括锅炉额定蒸发量、锅炉负荷，在一个实施例中，具体可通过如下实现方式确定散热损失：

获取循环流化床锅炉运行时锅炉额定蒸发量、锅炉负荷；获取散热损失计算公式，将当前锅炉额定蒸发量、锅炉负荷代入散热损失计算公式中进行计算，以确定当前散热损失，散热损失的计算公式为：

q5＝De×1.295e

其中，De表示锅炉额定蒸发量，单位为t/h；D表示锅炉负荷，单位为t/h。

需要说明的是，本发明实施例并不意图对1.295e

具体地，当实时参数包括空气干燥基灰分、收到基水分、空气干燥基水分、炉渣的焓值、入炉燃料收到基低位热值、炉渣可燃物含量，在一个实施例中，具体可通过如下实现方式确定灰渣物理热损失：

获取循环流化床锅炉运行时空气干燥基灰分、收到基水分、空气干燥基水分、炉渣的焓值、入炉燃料收到基低位热值、炉渣可燃物含量；获取灰渣物理热损失计算公式，将当前空气干燥基灰分、收到基水分、空气干燥基水分、炉渣的焓值、入炉燃料收到基低位热值、炉渣可燃物含量代入灰渣物理热损失计算公式中进行计算，以确定当前灰渣物理热损失，灰渣物理热损失的计算公式为：

q6＝100×a

其中，a

需要说明的是，本发明实施例并不意图对a

S130：基于热效率计算公式，实时计算循环流化床锅炉的热效率值，并显示所述热效率值。

在本实施例中，所述热效率计算公式为：

ηt＝100-(q2+q4+q5+q6)，

其中，ηt为循环流化床锅炉的热效率，单位为％；q2为排烟热损失，单位为％；q4为固体未完全燃烧热损失，单位为％；q6为灰渣物理热损失，单位为％；q5为锅炉的散热损失，单位为％。

具体地，ηt为循环流化床锅炉的反平衡热效率。《工业锅炉热工性能试验规程》中的反平衡热效率计算公式为η

下面采用一台循环流化床锅炉锅炉运行数据，对本发明技术方案进行阐述。

在本实施例中，仅需采集循环流化床锅炉运行时的锅炉排烟温度和锅炉省煤器排烟处的氧含量，并将其带入锅炉热效率计算公式后即可计算出循环流化床锅炉的锅炉热效率，从而解决了现有技术中流化床锅炉热效率的计算需要采集较多的测试数据、使用的测试仪表设备较多、测试时间较长、测试成本较高、得出测试结果的周期较长等问题，降低了计算难度，节约了计算时间。

本发明实施例首先通过获取基于物联网对循环流化床锅炉采集到的多个实时参数值；再次基于所述多个实时参数值和热效率参数计算公式分别计算循环流化床锅炉的热效率参数，其中，所述热效率参数至少包括：排烟热损失、固体未完全燃烧热损失、灰渣物理热损失和散热损失；最后基于热效率计算公式，实时计算循环流化床锅炉的热效率值，并显示所述热效率值。本发明对锅炉热效率计算公式进行简化后即可计算出循环流化床气锅炉的锅炉热效率，从而解决了现有技术中流化床锅炉热效率的计算需要采集较多的测试数据、使用的测试仪表设备较多、测试时间较长、测试成本较高、得出测试结果的周期较长等问题，降低了计算难度，节约了计算时间，达到了在线实时监控循环流化床锅炉热效率的效果，进而使得用户和监管部门可以及时了解循环流化床锅炉的运行情况。

第二实施例

基于与第一实施例中方法相同的发明构思，相应的，本实施例还提供了一种循环流化床锅炉热效率的实时监测装置。

图2为本发明提供的循环流化床锅炉热效率的实时监测装置的流程图。

如图2所示，所示装置2包括：21实时参数值获取模块、22热效率参数计算模块以及23热效率值实时计算和显示模块。

其中，实时参数值获取模块，用于获取基于物联网对循环流化床锅炉采集到的多个实时参数值；热效率参数计算模块，用于基于所述多个实时参数值和热效率参数计算公式分别计算循环流化床锅炉的热效率参数；热效率值实时计算和显示模块，基于热效率计算公式，实时计算循环流化床锅炉的热效率值，并显示所述热效率值。

在一些示例性实施例中，所述热效率参数计算模块具体包括：

锅炉排烟处的过量空气系数计算单元，用于计算锅炉排烟处的过量空气系数，所述锅炉排烟处的过量空气系数的计算公式为：

α＝(21/(21-O

其中，α为锅炉排烟处的过量空气系数，O

收到基灰分计算单元，用于计算收到基灰分，所述收到基灰分的计算公式为：

A

其中，A

排烟热损失计算单元，用于计算排烟热损失，所述排烟热损失的计算公式为：

q2＝[(k1+k2×α)+1.88×(k3+0.01×(k4+k2×α)]×(t

其中，k1＝0.056+0.023×Q

固体未完全燃烧热损失计算单元，用于计算固体未完全燃烧热损失，所述固体未完全燃烧热损失q4的计算公式为：

q4＝32866×A

其中，A

灰渣物理热损失计算单元，用于计算灰渣物理热损失，所述散热损失q5的计算公式为：

q5＝De×1.295e

其中，De表示锅炉额定蒸发量，单位为t/h；D表示锅炉负荷，单位为t/h。

散热损失计算单元，用于计算散热损失，所述灰渣物理热损失q6计算公式为：

q6＝100×a

其中，a

第三实施例

基于上述方法和装置相同的发明构思，相应的，本实施例还提供了一种循环流化床锅炉热效率的实时监测系统。

图3为本发明在一实施例中提供的循环流化床锅炉热效率的实时监测系统的示意图。

如图3所示，所示系统包括31监测平台、32循环流化床锅炉、33省煤器、34空气预热器、35排烟温度传感器和36氧含量传感器。

其中，监测平台，用于获取基于物联网对循环流化床锅炉采集到的多个实时参数值；基于基于所述多个实时参数值和热效率参数计算公式分别计算循环流化床锅炉的热效率参数，其中，所述热效率参数至少包括：排烟热损失、固体未完全燃烧热损失、灰渣物理热损失和散热损失；基于热效率计算公式，实时计算循环流化床锅炉的热效率值，并显示所述热效率值，所述热效率计算公式为：ηt＝100-(q2+q4+q5+q6)，其中，ηt为循环流化床锅炉的热效率，单位为％，q2为排烟热损失，单位为％，q4为固体未完全燃烧热损失，单位为％，q6为灰渣物理热损失，单位为％，q5为锅炉的散热损失，单位为％。

图4为本发明在一实施例中提供的监测平台的示意图。

如图4所示，所述监测平台包括存储器41、处理器40以及存储在所述存储器41中并可在所述处理器40上运行的计算机程序42，所述处理器40执行所述计算机程序42时实现如所述循环流化床锅炉热效率的实时监测方法的步骤。例如图2所示模块21至23的功能。

所述处理器40可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器41可以是内部存储单元，例如监测平台的硬盘或内存。所述存储器41也可以是监测平台的外部存储设备，例如所述监测平台上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器41还可以既包括所述监测平台的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器41用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其它程序和数据。所述存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

具体可以如下，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中的存储器中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入终端设备中的计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上计算机程序：

计算机可读存储介质，包括所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述循环流化床锅炉热效率的实时监测方法的步骤。

图5是本发明实施例提供的锅炉、省煤器和空气预热器连接的设备示意图。

如图5所示，所述锅炉、省煤器和空气预热器连接的设备包括：51循环流化床锅炉、52省煤器、53空气预热器、54排烟温度传感器和55氧含量传感器。

循环流化床锅炉51是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体；流态化燃烧，主要结构包括燃烧室(包括密相区和稀相区)和循环回炉(包括高温气固分离器和返料系统)两大部分。

具有软化水的作用，水源经过锅炉软化水设备根据锅炉软化水设备的过滤能力过滤为软化水或除盐水，除盐水的纯净程度高于软化水。每一台锅炉会对应一个锅炉软化水设备，所以能够根据每台锅炉所会对应的锅炉软化水设备的过滤能力，得到锅炉的给水类型为软化水或除盐水。

省煤器52是安装于锅炉尾部烟道下部用于回收所排烟的余热的一种装置，将锅炉给水加热成汽包压力下的饱和水的受热面，由于它吸收高温烟气的热量，降低了烟气的排烟温度，节省了能源，提高了效率。

空气预热器53用于锅炉尾部烟道中的烟气通过内部的散热片将进入锅炉前的空气预热到一定温度的受热面的设备，是一种用于提高锅炉的热交换性能，降低能量消耗的设备。

排烟温度传感器54安装于循环流化床锅炉空气预热器烟气出口侧，用于采集锅炉排烟温度数据。

氧含量传感器55安装于锅炉省煤器烟气出口侧，用于采集锅炉省煤器排烟处的氧含量数据。

以上所述实施例仅用以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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。