DCS在鍋爐能效分析上的應用

江川

摘 要：鍋爐系統對公司來說，屬于關鍵設備，并且屬于能源消耗大戶。如果可以將鍋爐能耗數據進行自動收集并加以分析，并預計鍋爐可能會發生的能耗的事故，對相關的設備做出設備狀態檢修或維修預測，不僅可以提高設備的使用率，還可以有效減少能源浪費，提升公司的經濟效益。以往技術人員雖然在能耗信息處理時采用了半自動化方式，這種人工方法處理問題速度慢，如果對一些相關數據的發現、處理不及時就會導致鍋爐系統運行不正常。鑒于上述情況，有必要創建一個基于DCS系統下的能效比模塊，來及時、在線地對能耗故障有關的數據進行處理，得到能耗故障原因和操作指導，從而使系統盡快恢復正常，保證能耗降低到正常范圍。

關鍵詞：鍋爐；能效比；數據分析

中圖分類號：TK223.7 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）03-0180-02

Abstract： Boiler system is a key equipment for the company， and is a large energy consumer. If the boiler energy consumption data can be automatically collected and analyzed， and the boiler energy consumption accident can be predicted， the equipment condition maintenance or maintenance forecast can not only improve the utilization rate of the equipment， but it can also effectively reduce energy waste and enhance the economic efficiency of the company. In the past， technical personnel adopted semi-automatic method in energy consumption information processing， but this manual method is slow in dealing with problems. If the discovery and processing of some relevant data are not timely， it will lead to abnormal operation of the boiler system. In view of the above situation， it is necessary to create an energy efficiency module based on the DCS system， to process the energy consumption fault data timely and online， and to get the energy consumption fault reason and operation guidance， so as to make the system return to normal as soon as possible and ensure that the energy consumption is reduced to the normal range.

Keywords： boiler； energy efficiency ratio； data analysis

中國“十三五”的規劃將節能減排作為未來重要的考核指標提上議事日程。全社會的節能關系到中國社會的可持續發展，是全面貫徹科學發展觀，以供給側改革轉變經濟增長方式，進一步加強我國綜合競爭力的重大舉動。

經過較長時間的能效測試分析得出，我們發現鍋爐運行狀況的變化是影響鍋爐熱工效率的重要的因素，若要提高鍋爐能效，唯一的途徑就是多想辦法減少鍋爐的各種熱損失，提高可利用有效熱量。能效比研究的目的在于找出能源浪費的地方，從而有針對性地制定節能措施。

1 主要研究內容

為了更好地對鍋爐進行節能降耗工作，本研究從控制系統的基本原理出發，針對天然氣鍋爐能效比特有特點，在程序開發中采用了模塊化的設計，再通過實際的運行對鍋爐采集的能效比數據進行收集分析和研究。具體工作內容如下：

（1）PLC控制部分是整個控制系統核心內容，為了提高工業天然氣鍋爐自動化控制系統效能，有效針對鍋爐多輸出、多輸入、非線性多變量的耦合而產生的控制方面難度，增強系統實時性，可以使控制系統在抗干擾及控制精度等方面得到極大的提高。

（2）針對能效比數據收集分析等工作需要完成控制系統設計時確定的各項系統功能要求，系統程序的開發過程中采用模塊化設計，從而實現智能控制。

（3）經過對公司天然氣鍋爐控制系統不斷改進和反復調試，以及將能效比數據分析研究后提出整改鍋爐措施，鍋爐燃燒效率明顯得到提高，生產過程中自動控制得以實現，節能效果得到很大程度體現，另一方面減少了人員勞動強度，取得了較好的社會效益和經濟效益。

2 天然氣鍋爐能效比數據分析方法研究

2.1 影響工業鍋爐能效比的因素分析

（1）控制鍋爐排污率。

（2）保養好鍋爐的爐墻、保溫層。

（3）通過調節燃燒器調整好天然氣和風量的比例，使天然氣盡量完全燃燒。

（4）以前水處理系統老舊，水質無法達到天然氣鍋爐燃燒要求。

（5）控制鍋爐啟停設定的溫度范圍小于鍋爐循環水的波動范圍，可能會造成鍋爐頻繁啟停。

2.2 工業鍋爐能效比的評測方法及公式

工業鍋爐綜合能效按（1）計算：

2.3 提升鍋爐能效比的方法及研究

（1）測試的2號燃氣鍋爐2-9月的部分參數及鍋爐效率值如表4所示。從表中列出的測試的結果和現場的測試了解，將目前天然氣鍋爐實際的運行狀況以及存在主要問題歸納如表4。

以上取公司2#燃氣鍋爐（煤改氣鍋爐）在2014年2月至9月的運行數據。通過氣/汽比和水/汽比來分析2#鍋爐的能效比并分析和改進能源消耗。

（2）整體鍋爐的運行調試水平差，主要表現為鍋爐運行的過量空氣系數的控制不合理（燃燒機國外調試專家來之前，燃燒機自控在過剩空氣系數上變動極大，造成鍋爐天然氣能源大量浪費且蒸汽出量偏小）。

3 鍋爐能效比分析方法及結果

使用此種鍋爐能效比方法分析后，并按照鍋爐廠家設計的鍋爐熱效率數據，可直接看出，該鍋爐一直未能達到廠家承諾燃燒數據，共同分析原因得出由于該鍋爐使用水硬度超標，造成鍋爐手動排污頻繁，造成排污率增高，鍋爐排污量增高會帶來工質和熱量的更多的損失等原因。

3.1 影響鍋爐能耗原因及提高能效比的方案

經過各方分析，得出下列影響鍋爐能耗原因及提高鍋爐能效比的方案：

（1）控制鍋爐排污率。

（2）保養好鍋爐的爐墻、保溫層。

（3）通過調節燃燒器調整好天然氣和風量的比例，使天然氣盡量完全燃燒。

（4）公司新上水處理系統，并且只要操作、維護管理得當，系統所產水質達到鍋爐生產要求為前提，可達到鍋爐廠家的設計熱效率。

（5）控制鍋爐啟停所設定的溫度范圍遠小于鍋爐循環水波動范圍，造成鍋爐頻繁啟停，所以可通過將控制鍋爐啟停的溫度范圍放大的方法來處理。

（6）要求鍋爐司爐工勤巡檢，減少鍋爐跑冒滴漏等嚴重影響鍋爐耗能的現象。

3.2 能效比總結

通過公司2號天然氣鍋爐運行8個月后能效比結果影響分析，并結合生產實際情況、場地、用氣情況等多項因素，找出了使用環節影響鍋爐能效比的各個因素；通過燃料的種類和不同的負荷需求情況壓力、溫度、水位等鍋爐運行重點參數對過剩空氣系數、排煙溫度、爐體外表面溫度等方面因素影響，分析研究壓火、電子比例調節、點火、升壓、停爐等各種操作程序，合理調節燃料的流速、風量配比，減少排煙熱損失和不完全燃燒損失，最大范圍地減少各項熱損失，提高鍋爐運行效率，提升鍋爐運行的經濟性，并確保鍋爐能效測試結果的準確性。

4 結束語

本論文就鍋爐的自動化控制系統中很小部分（基于PLC系統下的能效比分析）進行了研究，對實際生產中的鍋爐的控制流程及其影響能效比的各種因素進行了分析，并針對能耗比數據未達到理想值的情況進行自動及手動改進。自動化控制系統經過能效比模塊對能效數據進行收集和比對，對水位、鼓風、蒸汽壓力等三個重要控制回路進行控制。某組態軟件是鍋爐控制系統的應用軟件，通過某組態軟件，在控制界面上可以進行各種功能性的操作。所以通過此次的鍋爐控制系統中能效比的研究，可以預見的是，在未來將會取得非常好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

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