工业锅炉能效管理平台的原理与应用

李俊杰

摘 要：当前，我国的工业发展迅速，工业锅炉在各个工业企业中得到普遍使用。但工业锅炉普遍存在能效低、能源消耗大且浪费率高等问题。国家及地方市场监督管理局对工业锅炉实施了每2年定期进行能效测试和日常监督抽查等政策，但均未能达到快速、实时地反映锅炉运行及燃烧工况等效果。工业锅炉能效管理平台运用在线监测与动态分析技术，实现工业锅炉集中在线监控与数字化管理。该文就工业锅炉能效管理平台的原理和应用进行研究分析。

关键词：锅炉能效；管理平台；物联网；公有云

中图分类号：TK22 文献标志码：A

1 研究背景及意义

工业锅炉是工业生产中重要的转换能源设备，也是大型能源消耗设备。我国现有工业锅炉普遍容量小、能效低、能耗大、浪费能源高，严重影响了我国的可持续发展战略。工业锅炉每年消耗的能源约占我国能源总量的1/4以上，耗能巨大且污染严重，锅炉排放的烟气是造成大气污染的主要原因之一。

通过工业锅炉能效测试，可以提高我国工业锅炉的热效率和能源利用率，降低其污染物的排放，达到节能减排的目的。近年来，国家制定了对工业锅炉实行定期能效测试的相关法律法规，虽然取得了一定的监管与节能效果；但是，仍然在监管的时效性方面存在着局限性，违规使用停用锅炉、偷燃高污染燃料等现象时有发生。基于此，结合现今先进的物联网和公有云技术，创新性地开发和应用一个先进的工业锅炉能效管理平台，必将在工业锅炉能效监管工作和节能环保方面起到非常积极的作用。该文在基于大量调研和工程实例的基础上，创新性地提出一个结合了物联网和公有云技术的工业锅炉能效管理平台。该文将就该平台的原理和应用进行阐述。

2 项目概述

工业锅炉管理平台是运用在线监测和动态分析功能，实现在用、停用及改燃锅炉集中在线监控与数字化管理的管控一体化系统。它由各测量装置、数据采集器和数据管理软件系统组成。系统通过引入锅炉排烟温度、锅炉烟气成分分析等因素数据，建立“数据采集 →数据分析处理→反映锅炉状态及定位预警”的一整套实时监控管理平台。对在用、停用及改燃锅炉进行启、停锅炉的特性判别，并通过对锅炉排烟烟气特性对比分析，实现对在用锅炉的能耗监测、对停用锅炉是否擅自使用和对改燃锅炉是否非法使用高污染燃料的即时监控、快速定位、诊断及预警。

3 设计原则

管理平台的设计原则如下。

3.1 标准性原则

参考《重点用能单位能源管理中心建设规范》和《企业能源管理中心建设技术指南》的要求，并参照国家及地方大型建筑能耗监测系统的相关技术导则要求，符合国家相关标准要求。

3.2 规范性原则

输入/输出符合行业标准，软件工程和数据库建设符合行业规范。

3.3 实用性原则

界面设计尽量模拟人的工作习惯，随时提示；简单易于操作，同时提供复杂但功能强大的操作功能，供系统维护人员使用。

3.4 先进性原则

硬件设备的先进性：硬件设备选用性价比高的设备，并具备高可靠性和较长的使用寿命；软件的先进性：采用目前国际上通用的软件，为以后的功能扩充打下基础；技术方法的先进性：采用先进的技术方法和理论，设计实用、可靠、具有先进水平的分析模型和应用模型。

3.5 安全性原则

由于系统业务、不同权限的用户、不同类型的业务数据、系统的安全保密以及系统是否准确有效是系统设计的重要原则。

4 设计方案

4.1 现场仪表安装

现场需要安装的在线检测仪表如下：1）针对在用锅炉（含改燃锅炉监管）：安装锅炉排烟温度计、在线烟气分析仪。安装位置要求：锅炉本体与排烟管道连接处，距离锅炉本体末级受热面之后一米范围内。2）针对停用锅炉监管：安装锅炉排烟温度计。安装位置要求：锅炉本体与排烟管道连接处，距离锅炉本体末级受热面之后1 m范围内。

4.2 排烟温度采集

采集对象：锅炉本体出口处排烟温度。

采集信号类型：4 mA～20 mA模拟量电流、485接口。

采集方法：通过温度传感器+工业互联网关直接采集数据。

4.3 烟气成分采集

采集对象：锅炉排烟烟气的氧气含量、一氧化碳含量和二氧化碳含量。

采集信号类型：4 mA～20 mA模拟量电流、485接口。

采集方法：通过在线烟气分析仪+工业互联网关直接采集数据。

5 系统功能

系统最主要的功能是具备实时监控功能，通过对锅炉关键参数进行监控，达到对在用、停用及改燃锅炉的状况进行有效监控。

对于在用锅炉，系统采集排烟温度以及排烟氧气、一氧化碳、二氧化碳等气体含量作为监测对象。当排烟温度超过设定值，系统判断该锅炉已经启动，系统通过对锅炉排烟温度和烟气成分进行技术分析，可实时地反映锅炉当前的运行工况状态。如果排烟温度、排烟氧气、一氧化碳以及二氧化碳等含量指标超出标准值太多时，系统便会自动记录和计算由于指标超标所产生的能源损耗。管理人员可在云平台系统或手机APP上实时监控锅炉的各运行参数和能耗情况。

对于停用锅炉，系统采集排烟温度作为监测对象，当排烟温度超过设定值，系统判断该锅炉出现偷用行为，便会自动发送报警信号；管理人员马上会在云平台系统或手机APP上看到该报警信息，并采取相应措施。

对于改燃锅炉，系统采集排烟温度以及排烟氧气、一氧化碳、二氧化碳等气体含量作为监测对象。当排烟温度超过设定值，系统判断该改燃锅炉已经启动，便会自动发送报警信号，监管人员此时可以对该锅炉进行重点监控；啟动后的锅炉进入正常运行状态后，系统通过对锅炉排烟烟气成分进行技术分析，主要是对氧气、一氧化碳以及二氧化碳等气体含量由不同燃料燃烧产生的烟气成分逻辑比例关系进行分析，可基本判明当前处于运行状态的锅炉使用的燃料种类（清洁燃料还是高污染燃料）。一旦系统判断该锅炉出现燃用高污染燃料等违法行为，便会自动发送报警信号；管理人员会在云平台系统或手机APP上看到该报警信息，并采取相应措施。

系统对各锅炉的基本信息、历史报警和历史监测数据具有查询、保存功能，管理人员可通过查询，方便了解和掌握各锅炉的基本信息、运行规律和出现的违规行为记录，对停用和改燃锅炉的监管起到积极重要的作用。

为用户提供交互式的、面向对象的、方便灵活的、易于掌握的、多样化的组态工具，多种的编程手段和实用函数，可以灵活方便扩展组态软件的功能。用户能很方便地对图形、曲线、报表、报文进行在线生成、修改。系统的有效运行更是代替了繁重的人工巡查方式，让监管人员可方便、直观、准确地查看各对象锅炉的状况，出现状态预警，也可及时进行处理。（云平台网页界面如下）

6 工业锅炉能效管理平台实现的效果与分析结论

综上所述，工业锅炉能效管理平台能实现如下效果：1）实现对在用锅炉能效参数的实时监控，计算能源浪费量；2）实现对停用锅炉未经申请同意擅自启动投入使用的行为实现即时监控、快速定位和诊断；3）对改燃锅炉非法偷用高污染燃料实现即时监控、快速定位和诊断；4）根据即时监控和诊断结果，做出预警反馈。5）监管机构依据预警反馈信息能够快速反应且准确有效，能够代替绝大部分人工现场检查工作，极大节省了监管部门的人力成本和管理费用。

因此，工业锅炉能效管理平台是一个创新、先进、划时代的项目，将物联网和公有云技术很好地融入特种设备监管工作中去，为今后该技术向其他特种设备和领域发展先行先试、开拓创新、积累经验。

参考文献

[1]张霞.浅谈工业锅炉能效测试的必要性[J].应用能源技术，2010（9）：22-24.