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1、(10)申请公布号 CN 103939940 A (43)申请公布日 2014.07.23 CN 103939940 A (21)申请号 201410134014.2 (22)申请日 2014.04.04 F23N 5/00(2006.01) (71)申请人 青岛科技大学 地址 266061 山东省青岛市崂山区松岭路 99 号 (72)发明人 高德欣 栾松鹏 杨清 (54) 发明名称 锅炉优化燃烧与在线能效评测系统 (57) 摘要 本发明提出了一种锅炉优化燃烧与在线能效 评测系统， 由锅炉、 集散控制系统、 通信模块、 优化 燃烧模块、 数据库模块、 能效评测模块组成。锅炉 运行参数被集散控制。
2、系统获取， 通过通信模块传 送给优化燃烧模块， 优化燃烧模块根据选定的锅 炉燃烧方式、 燃料种类、 锅炉出口工质等锅炉参数 进行优化计算控制锅炉优化燃烧， 然后数据保存 于数据库模块中， 锅炉能效评测模块针对选定的 锅炉参数对数据库模块中某时间段内的锅炉优化 运行参数进行在线能效评测， 验证优化燃烧控制 效果。本系统既可以针对各种锅炉实现在各种复 杂工况下的自动优化运行， 保证锅炉燃烧的经济 性、 负荷与出力的协调性及运行的安全性， 同时又 能通过对锅炉运行参数的处理实现锅炉能效的在 线分析， 准确把握锅炉运行状态。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 (。
3、19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103939940 A CN 103939940 A 1/1 页 2 1. 一种锅炉优化燃烧与在线能效评测系统， 其特征在于系统由锅炉、 集散控制系统、 通 信模块、 优化燃烧模块、 数据库模块、 能效评测模块组成， 其中锅炉 （1） 运行参数被集散控制 系统 （2） 获取， 通过通信模块 （3） 传送给优化燃烧模块 （4） ， 优化燃烧模块 （4） 根据选定的锅 炉燃烧方式、 燃料种类、 锅炉出口工质等锅炉参数进行优化计算控制锅炉优化燃烧， 然后数 据保存于数据库模块 （。
4、5） 中， 锅炉能效评测模块 （6） 针对选定的锅炉参数对数据库模块 （5） 中某时间段内的锅炉优化运行参数进行在线能效评测， 验证优化燃烧控制效果。 2. 根据权利要求 1 所述的一种锅炉优化燃烧与在线能效评测系统， 其特征还包括 ： 为 保证集散控制系统 （2） 与优化燃烧模块 （4） 之间通信的快速性与可靠性， 通信模块 （3） 使用 OPC 作为通信接口。 3. 根据权利要求 1 所述的一种锅炉优化燃烧与在线能效评测系统， 其特征还包括 ： 锅 炉的能效评测模块 （6） 包含锅炉基本参数设置、 锅炉运行参数导入及修改、 能效评测、 评判 优化燃烧效果五种功能。 4. 根据权利要求 1 。
5、所述的一种锅炉优化燃烧与在线能效评测系统， 其特征还包括 ： 系 统适用于往复炉排、 链条炉排、 抛煤机炉排、 流化床、 水煤浆、 煤粉炉等不同燃烧方式， 适用 于褐煤、 烟煤、 无烟煤、 贫煤等不同的燃料种类， 适用于蒸汽锅炉、 热水锅炉。 权 利 要 求 书 CN 103939940 A 2 1/3 页 3 锅炉优化燃烧与在线能效评测系统 技术领域 0001 本发明属于节能减排领域， 涉及计算机控制系统， 具体涉及一种锅炉优化燃烧与 在线能效评测系统。 背景技术 0002 我国目前运行的多数锅炉由于控制水平不高， 其效率普遍低于国家标准。据有关 机构研究， 我国燃煤工业锅炉的设计效率不低，。
6、 一般为 72%-80%。但实际运行热效率大约在 60%-65%， 通常比锅炉产品的鉴定热效率低10个百分点以上， 甚至还有在热效率50%以下运 行， 而先进国家的燃煤工业锅炉运行热效率平均为 80%-85%， 因此， 确保锅炉经济运行可行 且具有重要意义。锅炉热效率则是表征锅炉经济运行的主要指标， 它集中反映了锅炉的运 行状况。 0003 目前国内锅炉的控制主要采用仪表控制和 DCS 集中控制两种模式， 传统仪表控制 存在着依靠手工操作、 凭经验控制等问题 ； DCS 控制系统以人机界面的形式对锅炉生产过 程进行监控， 降低了操作难度， 克服了鉴于传统仪表构成锅炉控制系统存在的问题。然而， 。
7、大部分 DCS 控制系统主要用于监测锅炉系统的运行， 而控制大多采用操作人员在 DCS 界面 上设定参数的控制模式， 造成了锅炉的自动控制整体水平不高， 尤其是在锅炉控制燃烧节 能方面有很大潜力可挖。 而最优控制等先进算法的应用， 使得计算机优化控制能够结合DCS 应用于锅炉现场， 实现锅炉优化燃烧控制。 0004 如果锅炉产业能够结合自动控制理论， 那将大大提高锅炉热效率， 这对锅炉产业 的发展能够起到至关重要的作用。 而锅炉在线能效评测一方面可以对结合自动控制理论的 优化燃烧效果进行验证 ； 另一方面， 又能够对锅炉运行的经济性有一个量的认识， 并能够指 导锅炉技术人员及锅炉工作者了解掌握。
8、锅炉的各项热损失、 热效率和煤耗等参数， 及时进 行燃烧调整， 使锅炉保持在最佳工况下运行。 0005 基于此， 建立在锅炉运行监控参数基础上， 对锅炉优化燃烧并利用燃煤工业分析 计算锅炉能效是本发明主要解决的问题。 发明内容 0006 本发明克服了现有技术和方法的不足， 提出了一种锅炉优化燃烧与在线能效评 测系统， 系统适用于不同燃烧方式、 不同的燃料种类、 不同出口工质的锅炉， 可以对锅炉燃 烧进行优化控制， 并对锅炉运行进行能效评测， 使锅炉运行在最佳工况， 同时降低了人员成 本。 0007 本发明为了实现上述技术问题采用以下技术方案 ： 一种锅炉优化燃烧与在线能效评测系统， 由锅炉、 。
9、集散控制系统、 通信模块、 优化燃烧 模块、 数据库模块、 能效评测模块组成。锅炉运行参数被集散控制系统获取， 通过通信模块 传送给优化燃烧模块， 优化燃烧模块根据选定的锅炉燃烧方式、 燃料种类、 锅炉出口工质等 锅炉参数进行优化计算控制锅炉优化燃烧， 然后数据保存于数据库模块中， 锅炉能效评测 说 明 书 CN 103939940 A 3 2/3 页 4 模块针对选定的锅炉参数对数据库模块中某时间段内的锅炉优化运行参数进行在线能效 评测， 验证优化燃烧控制效果。 0008 进一步的， 为了保证系统的通信质量， 本发明采用了 OPC 通信技术， 实现集散控制 系统与优化燃烧模块之间的数据传输。。
10、OPC 通信模块包含 OPC 上传接口和 OPC 下载接口， OPC 上传接口负责将集散控制系统中的锅炉运行参数上传给优化燃烧模块， OPC 下载接口 负责将优化燃烧模块处理好的锅炉运行参数传递给集散控制系统。 0009 进一步的， 所述优化燃烧模块有两种控制方式， 针对不同的负荷情况对锅炉的控 制方式进行切换 ： （1） 采用手动控制方式， 则操作人员采用手动方式对锅炉运行状况调节 ； （2） 采用自动控制方式， 则锅炉优化燃烧与在线能效评测系统根据负荷设定炉排转速， 根据风煤比设定送风量， 然后根据送风量调整引风以维持负压。 优化燃烧过程中， 炉排采用 PID 调节与自寻优调节相结合的方法。
11、， 送风根据风煤比调节， 炉膛负压采用 PID 调节。 0010 进一步的， 所述能效评测模块有两种能效评测方法 ： 正平衡法和反平衡法。 选定能 效评测方法后， 设置锅炉相关参数， 将锅炉运行参数导入能效评测模块进行能效评测， 根据 能效评测结果评判优化燃烧效果， 把握锅炉运行状态。 0011 进一步的， 所述一种锅炉优化燃烧与在线能效评测系统适用于往复炉排、 链条炉 排、 抛煤机炉排、 流化床、 水煤浆、 煤粉炉等不同燃烧方式， 适用于褐煤、 烟煤、 无烟煤、 贫煤 等不同的燃料种类， 适用于蒸汽锅炉、 热水锅炉。 0012 本发明采用以上技术方案与现有技术相比较， 具有以下积极效果 ： 。
12、（1） 本发明锅炉优化燃烧与在线能效评测系统实现了在各种负荷下针对各类锅炉自动 控制锅炉运行， 大大提高锅炉燃烧效率， 极大的降低了工人的劳动强度， 使得生产效率大大 提高 ； （2） 本发明提供锅炉在线能效评测功能， 可以对锅炉运行状况进行分析， 对锅炉运行经 济性进行量化， 使得锅炉技术人员及锅炉工作者了解掌握锅炉的各项热损失、 热效率和煤 耗等参数， 及时进行燃烧调整， 使锅炉保持在最佳工况下运行， 并能够对锅炉优化燃烧效果 进行验证 ； （3） OPC 技术的使用， 保证了集散控制系统与能效分析模块之间的快速可靠通信， 使得 系统能够实现链条锅炉的在线能效分析。数据库模块存储了锅炉运行。
13、期间的锅炉运行参 数， 使得系统能够对锅炉运行期间内任意时间段进行能效分析 ； （4） 本发明的锅炉优化燃烧与在线能效评测系统适用于各类燃煤锅炉， 能根据锅炉燃 烧方式、 燃料种类、 锅炉出口工质进行相应调节。 0013 结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后， 本发明的其他特点和优点将变得更 加清楚。 附图说明 0014 图 1 是本发明所提出的一种锅炉优化燃烧与在线能效评测系统框图。 0015 图 2 是本发明所提出的一种锅炉优化燃烧与在线能效评测系统的优化控制流程 图。 0016 图 3 是本发明所提出的一种锅炉优化燃烧与在线能效评测系统的能效评测流程 说 明 书 CN 10393994。
14、0 A 4 3/3 页 5 图。 具体实施方式 0017 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。 0018 实施例一， 参见图 1 所示， 本实施例是一种锅炉优化燃烧与在线能效评测系统框 图， 系统由锅炉 （1） 、 集散控制系统 （2） 、 通信模块 （3） 、 优化燃烧模块 （4） 、 数据库模块 （5） 、 能效评测模块 （6） 组成。本发明运行第一步， 锅炉 （1） 运行参数被集散控制系统 （2） 获取， 集散控制系统 （2） 中的数据通过通信模块 （3） 的 OPC 上传接口传送给优化燃烧模块 （4） ， 同 时， 数据实时保存于数据库模块 （5） 中。第二步， 优化。
15、燃烧模块对锅炉运行参数进行数据处 理， 此时有两种控制方式 ： 当选定自动控制方式时， 根据负荷设定炉排转速， 根据风煤比设 定送风量， 然后根据送风量调整引风以维持负压。优化燃烧过程中， 炉排采用 PID 调节与自 寻优调节相结合的方法， 送风根据风煤比调节， 炉膛负压采用 PID 调节。当选定手动控制方 式时， 操作人员手动设定炉排转速、 送风量、 引风。第三步， 优化燃烧模块 （4） 处理后的数据 通过通信模块 （3） 的 OPC 下载接口传送给集散控制系统 （2） 对锅炉进行控制。第四步， 能效 评测模块 （6） 提取数据库模块 （5） 中的数据并对锅炉燃烧方式、 燃料种类、 锅炉出口。
16、工质等 参数进行设定， 依据选定的能效评测方法计算锅炉燃烧效率进行能效评测。 0019 实例二， 参见图 2 所示， 本实例是一种锅炉优化燃烧与在线能效评测系统的优化 控制流程图。当系统采用自动控制时， 炉排用 PID 调节与自寻优调节相结合的方式控制， 当 调节参数设定值与实时值相差大于设定调节方式切换误差 E 时， 采用 PID 控制进行快速调 节 ； 当调节参数设定值与实时值之差小于设定调节方式切换误差 E 时， 采用自寻优算法 （瞎 子爬山法） 优化调节。具体过程为， 第一步 ： 确定寻优方向。计算当前炉排开度下的燃烧效 率 F1， 将炉排开度增加一个寻优步长， 计算此时燃烧效率 F2。
17、。若 F1F2， 则说明此时炉排开 度大于最优开度， 寻优方向应朝减小炉排开度的方向。 反之， 寻优方向应朝增大炉排开度的 方向 ； 第二步 ： 依选定的方向寻优。炉排开度依次增加 （减小） 寻优步长并计算当前燃烧效 率值， 直至两次燃烧效率差值的绝对值小于 e， 此时， 炉排开度是最优值， 由优化控制模块输 出控制锅炉。 0020 实例三， 参见图 3 所示， 本实例是一种锅炉优化燃烧与在线能效评测系统能效评 测流程图。 首先， 将燃煤种类、 燃烧方式、 锅炉出口工质等锅炉参数手动输入能效评测模块 ； 其次， 选择要评测的时间段， 锅炉能效评测模块自动获取对应时间段数据库中的锅炉运行 参数数。
18、据 ； 然后， 选取能效测评方法， 有正平衡和反平衡两种方法， 正平衡方法根据锅炉产 出与投入的比值计算锅炉效率， 反平衡方法根据锅炉燃烧过程中耗损的能量来计算锅炉效 率 ； 最后， 显示选定时间段锅炉的燃烧效率， 评测优化燃烧效果， 准确把握锅炉运行状态。 0021 本发明的锅炉优化燃烧与在线能效评测系统适用于各类锅炉， 能根据锅炉燃烧方 式、 燃料种类、 锅炉出口工质进行相应调节， 该系统具有抗负荷变化能力强、 自动化程度高、 可靠性好、 操作简单等优点， 具有广阔的实用前景。 0022 最后应说明的是 ： 本发明并不仅限于上述举例， 本技术领域的普通技术人员在本 发明的实质范围内所做出的变化、 改型、 添加或替换， 也应属于本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103939940 A 5 1/3 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103939940 A 6 2/3 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 103939940 A 7 3/3 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 103939940 A 8 。