工業(yè)鍋爐能效管理平臺的原理與應用

李俊杰

摘 要：當前，我國的工業(yè)發(fā)展迅速，工業(yè)鍋爐在各個工業(yè)企業(yè)中得到普遍使用。但工業(yè)鍋爐普遍存在能效低、能源消耗大且浪費率高等問題。國家及地方市場監(jiān)督管理局對工業(yè)鍋爐實施了每2年定期進行能效測試和日常監(jiān)督抽查等政策，但均未能達到快速、實時地反映鍋爐運行及燃燒工況等效果。工業(yè)鍋爐能效管理平臺運用在線監(jiān)測與動態(tài)分析技術(shù)，實現(xiàn)工業(yè)鍋爐集中在線監(jiān)控與數(shù)字化管理。該文就工業(yè)鍋爐能效管理平臺的原理和應用進行研究分析。

關(guān)鍵詞：鍋爐能效；管理平臺；物聯(lián)網(wǎng)；公有云

中圖分類號：TK22 文獻標志碼：A

1 研究背景及意義

工業(yè)鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中重要的轉(zhuǎn)換能源設(shè)備，也是大型能源消耗設(shè)備。我國現(xiàn)有工業(yè)鍋爐普遍容量小、能效低、能耗大、浪費能源高，嚴重影響了我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。工業(yè)鍋爐每年消耗的能源約占我國能源總量的1/4以上，耗能巨大且污染嚴重，鍋爐排放的煙氣是造成大氣污染的主要原因之一。

通過工業(yè)鍋爐能效測試，可以提高我國工業(yè)鍋爐的熱效率和能源利用率，降低其污染物的排放，達到節(jié)能減排的目的。近年來，國家制定了對工業(yè)鍋爐實行定期能效測試的相關(guān)法律法規(guī)，雖然取得了一定的監(jiān)管與節(jié)能效果；但是，仍然在監(jiān)管的時效性方面存在著局限性，違規(guī)使用停用鍋爐、偷燃高污染燃料等現(xiàn)象時有發(fā)生?；诖耍Y(jié)合現(xiàn)今先進的物聯(lián)網(wǎng)和公有云技術(shù)，創(chuàng)新性地開發(fā)和應用一個先進的工業(yè)鍋爐能效管理平臺，必將在工業(yè)鍋爐能效監(jiān)管工作和節(jié)能環(huán)保方面起到非常積極的作用。該文在基于大量調(diào)研和工程實例的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出一個結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)和公有云技術(shù)的工業(yè)鍋爐能效管理平臺。該文將就該平臺的原理和應用進行闡述。

2 項目概述

工業(yè)鍋爐管理平臺是運用在線監(jiān)測和動態(tài)分析功能，實現(xiàn)在用、停用及改燃鍋爐集中在線監(jiān)控與數(shù)字化管理的管控一體化系統(tǒng)。它由各測量裝置、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)管理軟件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)通過引入鍋爐排煙溫度、鍋爐煙氣成分分析等因素數(shù)據(jù)，建立“數(shù)據(jù)采集 →數(shù)據(jù)分析處理→反映鍋爐狀態(tài)及定位預警”的一整套實時監(jiān)控管理平臺。對在用、停用及改燃鍋爐進行啟、停鍋爐的特性判別，并通過對鍋爐排煙煙氣特性對比分析，實現(xiàn)對在用鍋爐的能耗監(jiān)測、對停用鍋爐是否擅自使用和對改燃鍋爐是否非法使用高污染燃料的即時監(jiān)控、快速定位、診斷及預警。

3 設(shè)計原則

管理平臺的設(shè)計原則如下。

3.1 標準性原則

參考《重點用能單位能源管理中心建設(shè)規(guī)范》和《企業(yè)能源管理中心建設(shè)技術(shù)指南》的要求，并參照國家及地方大型建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)導則要求，符合國家相關(guān)標準要求。

3.2 規(guī)范性原則

輸入/輸出符合行業(yè)標準，軟件工程和數(shù)據(jù)庫建設(shè)符合行業(yè)規(guī)范。

3.3 實用性原則

界面設(shè)計盡量模擬人的工作習慣，隨時提示；簡單易于操作，同時提供復雜但功能強大的操作功能，供系統(tǒng)維護人員使用。

3.4 先進性原則

硬件設(shè)備的先進性：硬件設(shè)備選用性價比高的設(shè)備，并具備高可靠性和較長的使用壽命；軟件的先進性：采用目前國際上通用的軟件，為以后的功能擴充打下基礎(chǔ)；技術(shù)方法的先進性：采用先進的技術(shù)方法和理論，設(shè)計實用、可靠、具有先進水平的分析模型和應用模型。

3.5 安全性原則

由于系統(tǒng)業(yè)務(wù)、不同權(quán)限的用戶、不同類型的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的安全保密以及系統(tǒng)是否準確有效是系統(tǒng)設(shè)計的重要原則。

4 設(shè)計方案

4.1 現(xiàn)場儀表安裝

現(xiàn)場需要安裝的在線檢測儀表如下：1）針對在用鍋爐（含改燃鍋爐監(jiān)管）：安裝鍋爐排煙溫度計、在線煙氣分析儀。安裝位置要求：鍋爐本體與排煙管道連接處，距離鍋爐本體末級受熱面之后一米范圍內(nèi)。2）針對停用鍋爐監(jiān)管：安裝鍋爐排煙溫度計。安裝位置要求：鍋爐本體與排煙管道連接處，距離鍋爐本體末級受熱面之后1 m范圍內(nèi)。

4.2 排煙溫度采集

采集對象：鍋爐本體出口處排煙溫度。

采集信號類型：4 mA～20 mA模擬量電流、485接口。

采集方法：通過溫度傳感器+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)直接采集數(shù)據(jù)。

4.3 煙氣成分采集

采集對象：鍋爐排煙煙氣的氧氣含量、一氧化碳含量和二氧化碳含量。

采集信號類型：4 mA～20 mA模擬量電流、485接口。

采集方法：通過在線煙氣分析儀+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)直接采集數(shù)據(jù)。

5 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)最主要的功能是具備實時監(jiān)控功能，通過對鍋爐關(guān)鍵參數(shù)進行監(jiān)控，達到對在用、停用及改燃鍋爐的狀況進行有效監(jiān)控。

對于在用鍋爐，系統(tǒng)采集排煙溫度以及排煙氧氣、一氧化碳、二氧化碳等氣體含量作為監(jiān)測對象。當排煙溫度超過設(shè)定值，系統(tǒng)判斷該鍋爐已經(jīng)啟動，系統(tǒng)通過對鍋爐排煙溫度和煙氣成分進行技術(shù)分析，可實時地反映鍋爐當前的運行工況狀態(tài)。如果排煙溫度、排煙氧氣、一氧化碳以及二氧化碳等含量指標超出標準值太多時，系統(tǒng)便會自動記錄和計算由于指標超標所產(chǎn)生的能源損耗。管理人員可在云平臺系統(tǒng)或手機APP上實時監(jiān)控鍋爐的各運行參數(shù)和能耗情況。

對于停用鍋爐，系統(tǒng)采集排煙溫度作為監(jiān)測對象，當排煙溫度超過設(shè)定值，系統(tǒng)判斷該鍋爐出現(xiàn)偷用行為，便會自動發(fā)送報警信號；管理人員馬上會在云平臺系統(tǒng)或手機APP上看到該報警信息，并采取相應措施。

對于改燃鍋爐，系統(tǒng)采集排煙溫度以及排煙氧氣、一氧化碳、二氧化碳等氣體含量作為監(jiān)測對象。當排煙溫度超過設(shè)定值，系統(tǒng)判斷該改燃鍋爐已經(jīng)啟動，便會自動發(fā)送報警信號，監(jiān)管人員此時可以對該鍋爐進行重點監(jiān)控；啟動后的鍋爐進入正常運行狀態(tài)后，系統(tǒng)通過對鍋爐排煙煙氣成分進行技術(shù)分析，主要是對氧氣、一氧化碳以及二氧化碳等氣體含量由不同燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣成分邏輯比例關(guān)系進行分析，可基本判明當前處于運行狀態(tài)的鍋爐使用的燃料種類（清潔燃料還是高污染燃料）。一旦系統(tǒng)判斷該鍋爐出現(xiàn)燃用高污染燃料等違法行為，便會自動發(fā)送報警信號；管理人員會在云平臺系統(tǒng)或手機APP上看到該報警信息，并采取相應措施。

系統(tǒng)對各鍋爐的基本信息、歷史報警和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)具有查詢、保存功能，管理人員可通過查詢，方便了解和掌握各鍋爐的基本信息、運行規(guī)律和出現(xiàn)的違規(guī)行為記錄，對停用和改燃鍋爐的監(jiān)管起到積極重要的作用。

為用戶提供交互式的、面向?qū)ο蟮?、方便靈活的、易于掌握的、多樣化的組態(tài)工具，多種的編程手段和實用函數(shù)，可以靈活方便擴展組態(tài)軟件的功能。用戶能很方便地對圖形、曲線、報表、報文進行在線生成、修改。系統(tǒng)的有效運行更是代替了繁重的人工巡查方式，讓監(jiān)管人員可方便、直觀、準確地查看各對象鍋爐的狀況，出現(xiàn)狀態(tài)預警，也可及時進行處理。（云平臺網(wǎng)頁界面如下）

6 工業(yè)鍋爐能效管理平臺實現(xiàn)的效果與分析結(jié)論

綜上所述，工業(yè)鍋爐能效管理平臺能實現(xiàn)如下效果：1）實現(xiàn)對在用鍋爐能效參數(shù)的實時監(jiān)控，計算能源浪費量；2）實現(xiàn)對停用鍋爐未經(jīng)申請同意擅自啟動投入使用的行為實現(xiàn)即時監(jiān)控、快速定位和診斷；3）對改燃鍋爐非法偷用高污染燃料實現(xiàn)即時監(jiān)控、快速定位和診斷；4）根據(jù)即時監(jiān)控和診斷結(jié)果，做出預警反饋。5）監(jiān)管機構(gòu)依據(jù)預警反饋信息能夠快速反應且準確有效，能夠代替絕大部分人工現(xiàn)場檢查工作，極大節(jié)省了監(jiān)管部門的人力成本和管理費用。

因此，工業(yè)鍋爐能效管理平臺是一個創(chuàng)新、先進、劃時代的項目，將物聯(lián)網(wǎng)和公有云技術(shù)很好地融入特種設(shè)備監(jiān)管工作中去，為今后該技術(shù)向其他特種設(shè)備和領(lǐng)域發(fā)展先行先試、開拓創(chuàng)新、積累經(jīng)驗。

參考文獻

[1]張霞.淺談工業(yè)鍋爐能效測試的必要性[J].應用能源技術(shù)，2010（9）：22-24.