本發(fā)明涉及一種燃煤鍋爐運(yùn)行熱效率的在線監(jiān)測方法，用于燃煤鍋爐能效水平的監(jiān)控。

背景技術(shù)：

目前，我國能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，除了用于電力供應(yīng)的燃煤電站鍋爐，諸多燃煤工業(yè)鍋爐也是煤炭消耗的主要用戶。燃煤工業(yè)鍋爐運(yùn)行熱效率偏低，大量煤炭利用效率極低，且產(chǎn)生了大量的大氣污染物，這給我國的煤炭總量控制、節(jié)能減排、大氣污染物治理等工作帶來了較大困難。

為了促進(jìn)燃煤工業(yè)鍋爐經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行，國家頒布了《工業(yè)鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》、《燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測》和《工業(yè)鍋爐能效限定值及能效等級》等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對燃煤工業(yè)鍋爐進(jìn)行監(jiān)管。但是，燃煤工業(yè)鍋爐能效水平提高仍然有限，其中重要原因是無法準(zhǔn)確獲得鍋爐的能效水平。傳統(tǒng)的鍋爐熱效率計(jì)算有正平衡和反平衡兩種方法，但其應(yīng)用于燃煤工業(yè)鍋爐能效的在線監(jiān)控都有局限性：在正平衡方法中，需要測試燃煤的熱值，由于工業(yè)鍋爐燃用煤種的多變性，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確采用正平衡方法對熱效率在線監(jiān)測；反平衡方法則由于散熱損失和灰渣熱損失無法實(shí)時(shí)測試而不能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。因此，現(xiàn)有的鍋爐能效水平測試均為離線測試，或僅有部分?jǐn)?shù)據(jù)在線測試，這些能效指標(biāo)只能代表短時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行情況。與電站鍋爐不同，燃煤工業(yè)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷調(diào)整頻繁，所以離線測試獲得的能效數(shù)據(jù)很難與實(shí)際鍋爐相符合，這就會使相關(guān)部門很難準(zhǔn)確得監(jiān)管工業(yè)鍋爐運(yùn)行能效水平，而運(yùn)行人員也不能有效地進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決背景技術(shù)鍋爐能效無法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測、能效數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于化學(xué)平衡的燃煤鍋爐能效在線監(jiān)測方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案：

(1)在線監(jiān)測燃煤鍋爐每小時(shí)平均給水流量、給水溫度、蒸汽壓力、蒸汽溫度及蒸汽濕度，計(jì)算得到每小時(shí)鍋爐工質(zhì)吸收的有效熱量Q₁＝D_gs(h_zq-h_gs-rw/100)；

其中，Q₁—鍋爐有效熱量(kJ/h)；D_gs—給水流量(kg/h)；h_zq—蒸汽焓(kJ/kg)；h_gs—給水焓(kJ/kg)；r—汽化潛熱(kJ/h)；w—蒸汽濕度(％)；

(2)實(shí)時(shí)監(jiān)測鍋爐煙氣流量(m³/h)及煙氣中CO₂濃度(％)、CO濃度(％)和SO₂濃度(％)，計(jì)算得到每小時(shí)鍋爐煙氣中的C元素含量M_C煙氣(kg/h)和S元素含量M_S煙氣(kg/h)，M_C煙氣＝Q_煙氣×(Φ_CO2+Φ_CO)×12/22.4，M_S煙氣＝Q_煙氣×Φ_SO2×32/22.4；

其中，M_C煙氣—煙氣中C元素含量(kg/h)；M_S煙氣—煙氣中S元素含量(kg/h)；Q_煙氣—鍋爐煙氣流量(m³/h)；Φ_CO2—煙氣CO₂濃度(％)；Φ_CO—煙氣CO濃度(％)；Φ_SO2—煙氣SO₂濃度(％)；12—C元素的摩爾質(zhì)量(g/mol)；32—S元素的摩爾質(zhì)量(g/mol)；22.4—?dú)怏w摩爾體積(L/mol)；

(3)實(shí)時(shí)監(jiān)測鍋爐飛灰、底渣量(kg/h)以及灰渣的含碳量(％)，計(jì)算得到每小時(shí)鍋爐飛灰、底渣中的C元素含量(kg/h)，進(jìn)而得到鍋爐每小時(shí)入爐的總C元素量M_C(kg/h)，M_C飛灰＝M_飛灰×ω_C飛灰，M_C底渣＝M_底渣×ω_C底渣，M_C＝M_C飛灰+M_C底渣；

其中，M_C飛灰—飛灰中C元素含量(kg/h)；M_C底渣—底渣中C元素含量(kg/h)；M_C—入爐的總C元素含量(kg/h)；M_飛灰—飛灰量(kg/h)；M_底渣—底渣量(kg/h)；ω_C飛灰—飛灰含碳量(％)；ω_C底渣—底渣含碳量(％)；

(4)實(shí)時(shí)監(jiān)測鍋爐供風(fēng)量(m³/h)、煙氣量(m³/h)、鍋爐出口煙氣氧含量(％)，可計(jì)算得到燃燒消耗的總氧量，M_O2＝Q_{供風(fēng)}×21％-Q_煙氣×Φ_O2；

其中，M_O2—燃燒消耗的氧氣量(kg/h)；Q_{供風(fēng)}—鍋爐供風(fēng)量(kg/h)；Φ_O2—煙氣O₂濃度(％)；

(5)再根據(jù)燃燒的C元素量，通過燃燒過程中的氧平衡計(jì)算得到每小時(shí)鍋爐燃燒的總H元素量M_H(kg/h)，其中，煤中S和N燃燒消耗的氧量按總氧量的1％取值進(jìn)行計(jì)算修正，M_H＝(M_O2×99％-Q_煙氣×Φ_CO2×32/12-Q_煙氣×Φ_CO×16/12)×2/16；

其中，M_H—燃燒的總H元素量(kg/h)；Q_煙氣—煙氣量(kg/h)；Φ_CO2—煙氣CO₂濃度(％)；Φ_CO—煙氣CO濃度(％)；32/12—O與C完全燃燒的質(zhì)量比；16/12—O與C未完全燃燒的質(zhì)量比；2/16—H與O燃燒質(zhì)量比；

(6)通過每小時(shí)鍋爐燃燒的C、H和S元素的量，以及C、H和S的燃燒熱，計(jì)算得到每小時(shí)鍋爐輸入的總熱量Q_總＝32800M_C+142900M_H+9250M_S；

其中，Q_總—鍋爐總熱量(kJ/h)；M_C—鍋爐燃燒的總C量(kg/h)；M_H—鍋爐燃燒的總H量(kg/h)；M_S—鍋爐燃燒的總S量(kg/h)；32800—C的燃燒熱(kJ/kg)；142900—H的燃燒熱(kJ/kg)；9250—S的燃燒熱(kJ/kg)；

(7)通過Q_總和Q₁，計(jì)算得到鍋爐熱效率η＝Q₁/Q_總，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐熱效率的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測；

(8)根據(jù)煙氣中CO₂和CO的濃度，計(jì)算鍋爐燃燒效率，CE＝Φ_CO2/(Φ_CO2+Φ_CO)×100％，式中：Φ_CO2和Φ_CO分別為煙氣中CO₂和CO的濃度；

(9)同時(shí)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測鍋爐的排煙溫度、煙氣氧含量和灰渣碳含量等節(jié)能指標(biāo)，為鍋爐運(yùn)行優(yōu)化提供依據(jù)。

本發(fā)明的有益效果是：實(shí)現(xiàn)了鍋爐熱效率的在線監(jiān)測，所有數(shù)據(jù)均為在線實(shí)時(shí)測試獲取，并通過化學(xué)平衡原理實(shí)時(shí)計(jì)算鍋爐熱效率和燃燒效率，真實(shí)反應(yīng)了鍋爐實(shí)時(shí)的能效水平和燃燒水平，解決了燃煤工業(yè)鍋爐煤質(zhì)多樣和負(fù)荷多變帶來的能效無法準(zhǔn)確監(jiān)測的問題，為相關(guān)部門監(jiān)管工業(yè)鍋爐能效水平和運(yùn)行人員優(yōu)化運(yùn)行操作提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了燃煤鍋爐運(yùn)行熱效率的實(shí)時(shí)監(jiān)測，所有數(shù)據(jù)均為在線實(shí)時(shí)測試獲取，準(zhǔn)確反應(yīng)了鍋爐實(shí)時(shí)的能效水平，具體過程如圖1所示。

對于燃煤工業(yè)鍋爐，采用傳統(tǒng)的正平衡方法，鍋爐熱效率無法實(shí)時(shí)監(jiān)測的原因在于鍋爐燃用的煤種變化較多，而煤的熱值又無法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，所以無法在線測得輸入鍋爐的總熱量。對于煤燃燒過程，煤中C和H燃燒釋放的熱量占總?cè)紵裏崃康?9％以上，因此根據(jù)煙氣參數(shù)、灰渣參數(shù)、供風(fēng)量等參數(shù)的監(jiān)測，通過化學(xué)平衡過程計(jì)算得到鍋爐總的C和H的燃燒量，即可算出鍋爐的總輸入熱量，從而在線測得鍋爐的熱效率和燃燒效率。

基于以上分析，本方法的具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

(1)在線監(jiān)測燃煤鍋爐每小時(shí)平均給水流量、給水溫度、蒸汽壓力、蒸汽溫度及蒸汽濕度，計(jì)算得到每小時(shí)鍋爐工質(zhì)吸收的有效熱量Q₁＝D_gs(h_zq-h_gs-rw/100)；

其中，Q₁—鍋爐有效熱量(kJ/h)；D_gs—給水流量(kg/h)；h_zq—蒸汽焓(kJ/kg)；h_gs—給水焓(kJ/kg)；r—汽化潛熱(kJ/h)；w—蒸汽濕度(％)；

(2)實(shí)時(shí)監(jiān)測鍋爐煙氣流量(m³/h)及煙氣中CO₂濃度(％)、CO濃度(％)和SO₂濃度(％)，計(jì)算得到每小時(shí)鍋爐煙氣中的C元素含量M_C煙氣(kg/h)和S元素含量M_S煙氣(kg/h)，M_C煙氣＝Q_煙氣×(Φ_CO2+Φ_CO)×12/22.4，M_S煙氣＝Q_煙氣×Φ_SO2×32/22.4；

其中，M_C煙氣—煙氣中C元素含量(kg/h)；M_S煙氣—煙氣中S元素含量(kg/h)；Q_煙氣—鍋爐煙氣流量(m³/h)；Φ_CO2—煙氣CO₂濃度(％)；Φ_CO—煙氣CO濃度(％)；Φ_SO2—煙氣SO₂濃度(％)；12—C元素的摩爾質(zhì)量(g/mol)；32—S元素的摩爾質(zhì)量(g/mol)；22.4—?dú)怏w摩爾體積(L/mol)；

(3)實(shí)時(shí)監(jiān)測鍋爐飛灰、底渣量(kg/h)以及灰渣的含碳量(％)，計(jì)算得到每小時(shí)鍋爐飛灰、底渣中的C元素含量(kg/h)，進(jìn)而得到鍋爐每小時(shí)入爐的總C元素量M_C(kg/h)，M_C飛灰＝M_飛灰×ω_C飛灰，M_C底渣＝M_底渣×ω_C底渣，M_C＝M_C飛灰+M_C底渣；

其中，M_C飛灰—飛灰中C元素含量(kg/h)；M_C底渣—底渣中C元素含量(kg/h)；M_C—入爐的總C元素含量(kg/h)；M_飛灰—飛灰量(kg/h)；M_底渣—底渣量(kg/h)；ω_C飛灰—飛灰含碳量(％)；ω_C底渣—底渣含碳量(％)；

(4)實(shí)時(shí)監(jiān)測鍋爐供風(fēng)量(m³/h)、煙氣量(m³/h)、鍋爐出口煙氣氧含量(％)，可計(jì)算得到燃燒消耗的總氧量，M_O2＝Q_{供風(fēng)}×21％-Q_煙氣×Φ_O2；

其中，M_O2—燃燒消耗的氧氣量(kg/h)；Q_{供風(fēng)}—鍋爐供風(fēng)量(kg/h)；Φ_O2—煙氣O₂濃度(％)；

(5)再根據(jù)燃燒的C元素量，通過燃燒過程中的氧平衡計(jì)算得到每小時(shí)鍋爐燃燒的總H元素量M_H(kg/h)，其中，煤中S和N燃燒消耗的氧量按總氧量的1％取值進(jìn)行計(jì)算修正，M_H＝(M_O2×99％-Q_煙氣×Φ_CO2×32/12-Q_煙氣×Φ_CO×16/12)×2/16；

其中，M_H—燃燒的總H元素量(kg/h)；Q_煙氣—煙氣量(kg/h)；Φ_CO2—煙氣CO₂濃度(％)；Φ_CO—煙氣CO濃度(％)；32/12—O與C完全燃燒的質(zhì)量比；16/12—O與C未完全燃燒的質(zhì)量比；2/16—H與O燃燒質(zhì)量比；

(6)通過每小時(shí)鍋爐燃燒的C、H和S元素的量，以及C、H和S的燃燒熱，計(jì)算得到每小時(shí)鍋爐輸入的總熱量Q_總＝32800M_C+142900M_H+9250M_S；

其中，Q_總—鍋爐總熱量(kJ/h)；M_C—鍋爐燃燒的總C量(kg/h)；M_H—鍋爐燃燒的總H量(kg/h)；M_S—鍋爐燃燒的總S量(kg/h)；32800—C的燃燒熱(kJ/kg)；142900—H的燃燒熱(kJ/kg)；9250—S的燃燒熱(kJ/kg)；

(7)通過Q_總和Q₁，計(jì)算得到鍋爐熱效率η＝Q₁/Q_總，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐熱效率的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測；

(8)根據(jù)煙氣中CO₂和CO的濃度，計(jì)算鍋爐燃燒效率，CE＝Φ_CO2/(Φ_CO2+Φ_CO)×100％，式中：Φ_CO2和Φ_CO分別為煙氣中CO₂和CO的濃度；

(9)同時(shí)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測鍋爐的排煙溫度、煙氣氧含量和灰渣碳含量等節(jié)能指標(biāo)，為鍋爐運(yùn)行優(yōu)化提供依據(jù)。

通過以上方法實(shí)現(xiàn)鍋爐能效的在線監(jiān)測。