DCS在鍋爐能效分析上的應用

江川

摘 要：鍋爐系統(tǒng)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(shù)據(jù)進行自動收集并加以分析，并預計鍋爐可能會發(fā)生的能耗的事故，對相關的設備做出設備狀態(tài)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(jīng)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(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)、處理不及時就會導致鍋爐系統(tǒng)運行不正常。鑒于上述情況，有必要創(chuàng)建一個基于DCS系統(tǒng)下的能效比模塊，來及時、在線地對能耗故障有關的數(shù)據(jù)進行處理，得到能耗故障原因和操作指導，從而使系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(guī)劃將節(jié)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(jié)能關系到中國社會的可持續(xù)發(fā)展，是全面貫徹科學發(fā)展觀，以供給側改革轉變經(jīng)濟增長方式，進一步加強我國綜合競爭力的重大舉動。

經(jīng)過較長時間的能效測試分析得出，我們發(fā)現(xiàn)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(jié)能措施。

1 主要研究內(nèi)容

為了更好地對鍋爐進行節(jié)能降耗工作，本研究從控制系統(tǒng)的基本原理出發(fā)，針對天然氣鍋爐能效比特有特點，在程序開發(fā)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(shù)據(jù)進行收集分析和研究。具體工作內(nèi)容如下：

（1）PLC控制部分是整個控制系統(tǒng)核心內(nèi)容，為了提高工業(yè)天然氣鍋爐自動化控制系統(tǒng)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(chǎn)生的控制方面難度，增強系統(tǒng)實時性，可以使控制系統(tǒng)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(shù)據(jù)收集分析等工作需要完成控制系統(tǒng)設計時確定的各項系統(tǒng)功能要求，系統(tǒng)程序的開發(fā)過程中采用模塊化設計，從而實現(xiàn)智能控制。

（3）經(jīng)過對公司天然氣鍋爐控制系統(tǒng)不斷改進和反復調(diào)試，以及將能效比數(shù)據(jù)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(chǎn)過程中自動控制得以實現(xiàn)，節(jié)能效果得到很大程度體現(xiàn)，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(jīng)濟效益。

2 天然氣鍋爐能效比數(shù)據(jù)分析方法研究

2.1 影響工業(yè)鍋爐能效比的因素分析

（1）控制鍋爐排污率。

（2）保養(yǎng)好鍋爐的爐墻、保溫層。

（3）通過調(diào)節(jié)燃燒器調(diào)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(tǒng)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(huán)水的波動范圍，可能會造成鍋爐頻繁啟停。

2.2 工業(yè)鍋爐能效比的評測方法及公式

工業(yè)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(shù)及鍋爐效率值如表4所示。從表中列出的測試的結果和現(xiàn)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(shù)據(jù)。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(diào)試水平差，主要表現(xiàn)為鍋爐運行的過量空氣系數(shù)的控制不合理（燃燒機國外調(diào)試專家來之前，燃燒機自控在過剩空氣系數(shù)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(shù)據(jù)，可直接看出，該鍋爐一直未能達到廠家承諾燃燒數(shù)據(jù)，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(jīng)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(yǎng)好鍋爐的爐墻、保溫層。

（3）通過調(diào)節(jié)燃燒器調(diào)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(tǒng)，并且只要操作、維護管理得當，系統(tǒng)所產(chǎn)水質達到鍋爐生產(chǎn)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(huán)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(xiàn)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(chǎn)實際情況、場地、用氣情況等多項因素，找出了使用環(huán)節(jié)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(shù)對過剩空氣系數(shù)、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(diào)節(jié)、點火、升壓、停爐等各種操作程序，合理調(diào)節(jié)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(jīng)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(tǒng)中很小部分（基于PLC系統(tǒng)下的能效比分析）進行了研究，對實際生產(chǎn)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(shù)據(jù)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(tǒng)經(jīng)過能效比模塊對能效數(shù)據(jù)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(tài)軟件是鍋爐控制系統(tǒng)的應用軟件，通過某組態(tài)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(tǒng)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(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]陳智.工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)的研究與節(jié)能應用[D].浙江工業(yè)大學，2011.

[2]沈美華，石斌.提高工業(yè)鍋爐熱工效率的主要因素分析[J].化學工程與裝備，2012（05）：110-111.

[3]章振華.工業(yè)鍋爐節(jié)能降耗措施的研究[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2010（01）：165-166.