李亮亮，，， ，，

(广东省特种设备检测研究院惠州检测院，广东 惠州 516003)

目前，我国在用燃煤工业锅炉约47万余台，占在用工业锅炉80%以上，每年消耗原煤约7亿t，约占全国煤炭消耗总量的四分之一左右；我国燃煤工业锅炉以链条炉排为主，平均运行效率不足70%，比国际先进水平低15%，每年约有1亿t原煤的节能潜力，节能空间巨大[1-3]。

近年来，随着资源环境的日益恶化，国家对节能减排的监管力度越来越大，但由于工业锅炉存在单台出力小、数量多、较为分散、主要以中小企业使用为主的特点，给监督产生较大难度。目前对企业的节能监督主要以节能监督检查、能效测试为主，较难准确反映锅炉的长期节能状况[4-5]。

国外的在线监测及优化控制技术发展的较早，形成了比较成熟的优化软件，主要在一些电厂应用，而针对燃煤工业锅炉的在线监测系统研究应用的较少[6-8]。国内有学者对工业锅炉能效在线监控系统开展了研究，福建省计量院系统研究了锅炉煤耗/效率在线监测系统，实现了锅炉煤耗、锅炉热效率、锅炉实际热能利用效率，以及锅炉排水率的远程在线监测[9]；东南大学采用在线监测与人工分析相结合的方式对燃煤锅炉能效进行实时监测，需要人工现场取燃煤样品分析燃煤的含碳量和计量锅炉若干小时的实际燃煤量，从而计算得出燃煤锅炉在这若干小时内平均每小时的总发热量，然后计算得出锅炉的热效率[10]。这两种方法需要人工监测燃料消耗指标，不能完全自动监测锅炉实时效率，不能给出锅炉各项热损失的具体数值，不能针对性的分析热损失的因素，对工业锅炉运行调节指导有限。

因此，研究一种相对简便的适用于燃煤工业锅炉的能效在线监控系统，能够实时监测锅炉运行能效参数并计算出锅炉运行热效率，指导运行人员及时调整锅炉运行参数，为节能监管提供有力的技术支撑，在工业锅炉能效实时监控领域具有较为广泛的应用前景。

1 原理探讨

根据《锅炉房实用设计手册》，燃煤工业锅炉运行效率可以用下面的计算公式来计算

式中GC——实测烟气量/m3·h-1；

θpy——排烟温度/℃；

QGL——锅炉运行时每小时的有效吸收热量/kJ·h-1。

α、θpy、GC可以通过热工仪表直接测量;QGL可根据锅炉介质流量、工作压力、进出口温度等数据由电脑计算得出[4]。

此公式同TSG G0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》中的计算公式相比，同时采用了正反平衡参数，不需要计算燃料消耗量、煤的发热量等耗时耗力的参数[12]。

2 系统设计

燃煤工业锅炉在线能效监控系统包括锅炉运行能效数据采集系统和节能智能诊断系统两部分组成。锅炉运行能效数据采集系统通过由数据传感器、数据采集器、相关仪表以及记录仪组成的锅炉能效数据采集终端采集能效数据，并将实时采集到的锅炉运行热工数据发送给数据处理中心，其中采集的热工数据包括锅炉给水流量、给水温度、饱和蒸汽压力、烟气氧含量、烟气温度、烟气流量[13]。系统平台则利用数据处理中心的数据，对锅炉燃烧热效率、饱和蒸汽比焓、给水比焓、过量空气系数、排烟热损失、气体未完全热损失、固体未完全热损失、散热损失、灰渣物理热损失等与能效相关的参数进行分析、计算，通过不同的数据展现方式向用户直观地提供服务。节能智能诊断系统则是对数据处理中心采集的数据进行系统性的分析研究，同时将结果反馈给锅炉用户，从而针对异常的能效参数及各项热损失采取针对性的处理措施。通过此系统能够使锅炉用户和管理机构及时掌握锅炉运行能耗情况。

图1 燃煤工业锅炉在线能效监控系统示意图

此系统的示意图如图1所示，界面包括用户管理、在线系统、参数一览、历史数据等项目。在用户管理中，可以在管理员和各种用户之间切换。在线系统界面中，可以直观地观察到锅炉的主要部件和主要的能效参数。在参数一览中，可以观察到设置的所有与能效相关的参数值。在历史数据项目中，可以调出任意时间各种参数的数值。

此系统借助PLC为运算核心，外扩展1块模拟量输入模块、1块模拟量输出模块、1块热电偶模块来读取锅炉运行在线热工数据，并运算处理得出各项能效数据，再借助上位机实现各数据的实时显示及存储。本系统主要实现了以下两大功能：

一是只通过在线热工参数即实现实时能效监测，避免了燃煤锅炉传统能效测试方法需要监测燃煤热值及用量的特点，真正实现在线实时监控燃烧锅炉的能效状况。

二是通过累计各时段锅炉热效率，可以监控和评价考核一段时间的锅炉运行效率，全面提高锅炉经济运行管理水平，为锅炉节能监督管理提供有效的技术支撑。

3 运行分析

为了研究此燃煤工业锅炉在线能效监控系统的实际应用情况，我们将此系统安装在某企业一台型号为SZL10-1.25-AⅡ的燃煤锅炉上，通过与传统能效测试方法对比研究，以此来验证此系统的准确性和稳定性。针对此台锅炉，传统能效测试方法是按照TSG G0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》，采用正平衡法和反平衡法进行4h的测试，然后取正平衡和反平衡的平均值作为热效率的值[12]。图中在线系统热效率、在线过量空气系数是计算一段时间的平均值得到。

3.1 同一种煤样不同负荷条件下在线系统监测数据与实验数据的比较

在同一台炉同一种煤样的情况下，我们通过操作锅炉使其分别在100%、80%、60%三种负荷(以实际运行负荷为准)稳定的工况下运行，对在线系统和现场实验得出的能效数据进行分析对比。由于能效相关参数较多，我们选择最具代表性的热效率、过量空气系数进行对比。

图2 同一台炉同一种煤样在三种负荷条件下实验热效率与在线系统热效率

图3 同一台炉同一种煤样在三种负荷条件下实验过量空气系数与在线系统过量空气系数

通过图2、图3的数据，我们可以发现此系统在不同负荷下测得的热效率和过量空气系数与传统能效测试方法所得结果一致，在误差范围内，同时随着时间的延长，系统所得参数具有很好的稳定性，说明此系统提供的数据具有可靠性。

3.2 不同煤样同一负荷条件下在线系统监测数据与实验数据的比较

对于同一台锅炉，我们选取两种不同的煤作为燃料，在100%负荷稳定的工况下运行，分析对比在线系统和现场实验得出的能效数据。

图4 燃Ⅱ类烟煤实验能效数据与在线系统能效数据

图5 燃贫煤实验能效数据与在线系统能效数据

通过对图4、图5数据的分析，可以发现此系统在不同煤样燃料条件下测得的热效率、过量空气系数与传统能效测试方法所得结果一致，同时随着时间的延长，系统所得参数具有很好的稳定性。

综上所述，此系统与传统能效测试方法所得主要能效参数具有很好的吻合性，此系统具有很高的可靠性，可以为用户和锅炉管理机构提供准确可靠的数据，为锅炉节能提供有效的技术支持。

4 结论

通过采集燃煤工业锅炉在线热工数据并进行分析处理可以实现能效的在线监测。本文将自行开发研究的能效在线监控系统应用到燃煤工业锅炉的能效监测上，通过与传统能效测试方法进行对比实验，发现在线监控系统得出的能效参数结果与传统能效测试一致，说明此系统可以应用于燃煤工业锅炉在线能效测试，用来提高用户的锅炉经济运行管理水平，为锅炉节能监督管理提供有效的技术支撑。