一种锅炉热效率评估方法、装置及设备
技术领域
本说明书实施例涉及热力机组技术领域，特别涉及一种锅炉热效率评估方法、装置及设备。
背景技术
锅炉是一种能量转换装置，通过向锅炉中投入燃料，使其在锅炉中燃烧并加热其他有机热载体，从而能够直接提供热能或间接地产生机械能。由于锅炉能够方便地燃烧固体燃料，目前在火电厂、工厂以及供热部门等单位仍然具有较高的利用率。
在利用锅炉燃烧时，无法将燃料所具有的能量完全转化为所需的能量，在转换过程中会产生一定的热损失。其中，排烟热损失是所有热损失中最大的一项。排烟热损失是指在锅炉中燃烧燃料后所排出的烟气具有较高的温度，从而造成能量损失的情况。目前一般在锅炉上连接空气预热器，从而利用排出的烟气对输入锅炉的空气进行预加热，或在锅炉上连接烟水换热器，从而利用排出的烟气对冷凝水进行加热的方式来对排出烟气中的热量进行回收。
但是，不同锅炉具有不同的实际应用情况，直接利用统一的热回收装置对锅炉排出的烟气进行热回收可能无法有效适应某些锅炉。例如，在当前的热回收装置的规格较小而无法匹配锅炉时，会造成对排出烟气中的热量的回收不充分，从而影响锅炉的热效率。因此，如何确定锅炉的热效率进而对热回收装置进行调整以避免热力资源的浪费是目前亟需解决的问题。
发明内容
本说明书实施例的目的是提供一种锅炉热效率评估方法、装置及设备，以解决如何确定锅炉热效率从而减少锅炉热损失的问题。
为了解决上述技术问题，本说明书实施例提出一种锅炉热效率评估方法，包括：
分别测量输入空气预热器的第一输出气体的第一气体流量和输入烟水换热器的第二输出气体的第二气体流量；所述空气预热器用于利用所述第一输出气体加热输入锅炉的输入气体；所述烟水换热器用于利用所述第二输出气体加热水；
获取所述空气预热器所排出的第一排出气体的第一气体成分和所述第二输出气体的第二气体成分；
根据所述第一气体流量和第一气体成分确定第一排出气体的第一干烟气体积和第一水蒸气体积；
根据所述第二气体流量和第二气体成分确定第二输出气体的第二干烟气体积和第二水蒸气体积；
采集所述空气预热器所排出的第一排出气体的第一气体温度和所述第二输出气体的第二气体温度；
通过所述第一干烟气体积、第一水蒸气体积、第一气体温度、第二干烟气体积、第二水蒸气体积和第二气体温度计算修正排烟损失热量；
利用所述修正排烟损失热量求取锅炉热效率；
基于所述锅炉热效率，利用热效率阈值评估所述锅炉的热效率。
本说明书实施例还提出一种锅炉热效率评估装置，包括：
气体流量测量模块，用于分别测量输入空气预热器的第一输出气体的第一气体流量和输入烟水换热器的第二输出气体的第二气体流量；所述空气预热器用于利用所述第一输出气体加热输入锅炉的输入气体；所述烟水换热器用于利用所述第二输出气体加热水；
气体成分获取模块，用于获取所述空气预热器所排出的第一排出气体的第一气体成分和所述第二输出气体的第二气体成分；
第一气体比例确定模块，用于根据所述第一气体流量和第一气体成分确定第一排出气体的第一干烟气体积和第一水蒸气体积；
第二气体比例确定模块，用于根据所述第二气体流量和第二气体成分确定第二输出气体的第二干烟气体积和第二水蒸气体积；
气体温度采集模块，用于采集所述空气预热器所排出的第一排出气体的第一气体温度和所述第二输出气体的第二气体温度；
修正排烟损失热量计算模块，用于通过所述第一干烟气体积、第一水蒸气体积、第一气体温度、第二干烟气体积、第二水蒸气体积和第二气体温度计算修正排烟损失热量；
锅炉热效率求取模块，用于利用所述修正排烟损失热量求取锅炉热效率；
热效率评估模块，用于基于所述锅炉热效率，利用热效率阈值评估所述锅炉的热效率。
本说明书实施例还提出一种锅炉热效率评估设备，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序指令；所述处理器，用于执行所述计算机程序指令以实现以下步骤：分别测量输入空气预热器的第一输出气体的第一气体流量和输入烟水换热器的第二输出气体的第二气体流量；所述空气预热器用于利用所述第一输出气体加热输入锅炉的输入气体；所述烟水换热器用于利用所述第二输出气体加热水；获取所述空气预热器所排出的第一排出气体的第一气体成分和所述第二输出气体的第二气体成分；根据所述第一气体流量和第一气体成分确定第一排出气体的第一干烟气体积和第一水蒸气体积；根据所述第二气体流量和第二气体成分确定第二输出气体的第二干烟气体积和第二水蒸气体积；采集所述空气预热器所排出的第一排出气体的第一气体温度和所述第二输出气体的第二气体温度；通过所述第一干烟气体积、第一水蒸气体积、第一气体温度、第二干烟气体积、第二水蒸气体积和第二气体温度计算修正排烟损失热量；利用所述修正排烟损失热量求取锅炉热效率；基于所述锅炉热效率，利用热效率阈值评估所述锅炉的热效率。
由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例分别测量锅炉所排出的烟气中分别输入至空气预热器和烟水换热器中的烟气，并确定相应的烟气的气体成分和烟气温度，进而能够确定第一排出气体和第二输出气体中的干烟气比例和水蒸气比例。根据所述干烟气比例和水蒸气比例以及燃料自身的特点可以确定燃料的燃烧程度，结合所述第一气体温度和第二气体温度可以确定排出烟气中所包含的热量，即修正排烟损失热量，进而能够根据所述修正排烟损失热量求取锅炉热效率，从而利用锅炉热效率对锅炉进行评估。根据上述方法，能够对锅炉的热效率进行定量评估，从而确定锅炉排出的热量能否被有效回收，确定锅炉本身热效率是否合格，进而确保资源的有效利用，避免资源的浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书实施例一种锅炉热效率评估方法的流程图；
图2为本说明书实施例一种锅炉热回收系统的结构图；
图3为本说明书实施例一种锅炉热效率评估装置的模块图；
图4为本说明书实施例一种锅炉热效率评估设备的结构图。
具体实施方式
下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
本说明书实施例首先提出一种锅炉热效率评估方法，所述锅炉热效率评估方法的执行主体为锅炉热效率评估设备，所述锅炉热效率评估设备包括但不限于服务器、工控机、PC机等。如图1所示，所述锅炉热效率评估方法包括以下步骤。
S110：分别测量输入空气预热器的第一输出气体的第一气体流量和输入烟水换热器的第二输出气体的第二气体流量；所述空气预热器用于利用所述第一输出气体加热输入锅炉的输入气体；所述烟水换热器用于利用所述第二输出气体加热水。
为了更好地对本申请的发明构思进行理解，首先介绍本说明书实施例中的一种锅炉热回收系统。如图2所示，所述锅炉热回收系统包括锅炉炉膛，向锅炉炉膛中输送燃料的磨煤机，利用锅炉炉膛中排出的烟气对输入锅炉炉膛的气体进行加热的空气预热器以及利用锅炉炉膛中排出的烟气对汽机侧回水进行加热的烟水换热器。
在所述锅炉热回收系统中，向锅炉炉膛中直接输入空气之前，分别将输入气体作为冷一次风和冷二次风输入空气预热器，并利用热一次风将磨好后的燃料一同带入锅炉炉膛，同时将热二次风直接输入锅炉炉膛。锅炉炉膛中排出的烟气一部分输入空气预热器中加热冷空气，另一部分输入烟水换热器中。空气预热器和烟水换热器都是用于对排出烟气中的热量进行回收的装置，从而提高锅炉的热效率。
但是，在同时设置空气预热器和烟水换热器的情况下，所述空气预热器和烟水换热器对于不同锅炉的热回收效果是不同的，空气预热器和烟水换热器本身的规格或数量也会对锅炉的热效率造成影响。因此，确定锅炉的热效率以减少资源的浪费具有重要的意义。
锅炉炉膛在产生烟气后，将烟气分为第一输出气体和第二输出气体，所述第一输出气体和第二输出气体分别输入空气预热器和烟水换热器。分别在所述空气预热器和烟水换热器的烟气入口处测量对应于第一输出气体和第二输出气体的第一气体流量和第二气体流量。根据所述第一气体流量和第二气体流量可以确定烟气分别输入至空气预热器和烟水换热器中的比例。
具体的，可以利用公式
S120：获取所述空气预热器所排出的第一排出气体的第一气体成分和所述第二输出气体的第二气体成分。
第一气体成分可以是所述第一排出气体中所包含的气体的成分以及不同成分的比例，例如，所述第一排出气体中可以包含一氧化碳、氧气、二氧化碳、氮气等气体。分析采集到的第一排出气体可以确定其中各项气体的比例，即所述第一气体成分。
相应的，采集第二输出气体并分析所述第二输出气体即可获取所述第二输出气体的第二气体成分。
S130：根据所述第一气体流量和第一气体成分确定第一排出气体的第一干烟气体积和第一水蒸气体积。
第一干烟气体积可以是燃烧一千克的燃料后所述空气预热器所排出的气体中的干烟气的体积，相应的，所述第一水蒸气体积可以是燃烧一千克的燃料后所述空气预热器所排出的气体中的水蒸气的体积。
具体的，在获取到所述第一气体成分后，可以根据所述第一气体成分确定第一排出气体的过量空气系数，进而利用公式Vfg.d.AH.lv＝β[Vfg.d.th.cr+(αcr.AH.lv-1)Va.d.th.cr]计算第一干烟气体积，式中，Vfg.d.AH.lv为第一干烟气体积，即每千克燃料燃烧在空气预热器出口所产生的干烟气体积，β为第一输出气体比例，Vfg.d.th.cr为每千克燃料燃烧产生的理论干烟气量，αcr.AH.lv为第一排出气体的过量空气系数，Va.d.th.cr为每千克燃料燃烧所需的理论干空气量。
相应的，还可以利用公式
S140：根据所述第二气体流量和第二气体成分确定第二输出气体的第二干烟气体积和第二水蒸气体积。
第二干烟气体积可以是燃烧一千克的燃料后所述空气预热器所排出的气体中的干烟气的体积，相应的，所述第二水蒸气体积可以是燃烧一千克的燃料后所述空气预热器所排出的气体中的水蒸气的体积。
具体的，在获取到所述第二气体成分后，可以根据所述第二气体成分确定第二输出气体的过量空气系数，再利用公式Vfg.d.WH.en＝(1-β)[Vfg.d.th.cr+(αcr.WH.en-1)Va.d.th.cr]计算第二干烟气体积，式中，Vfg.d.WH.en为第二干烟气体积，即每千克燃料燃烧在烟水换热器出口所产生的干烟气体积，β为第一输出气体比例，Vfg.d.th.cr为每千克燃料燃烧产生的理论干烟气量，αcr.WH.en为第二输出气体的过量空气系数，Va.d.th.cr为每千克燃料燃烧所需的理论干空气量。
相应的，也可以利用公式
S150：采集所述空气预热器所排出的第一排出气体的第一气体温度和所述第二输出气体的第二气体温度。
如图2所示，所述空气预热器在利用第一输出气体加热进口的空气后，可以通过所述空气预热器中的排气口排出气体，所排出的气体即为第一排出气体。
在所述图2中的出口边界1处和出口边界2处可以设置温度传感器，从而采集所述第一气体温度和所述第二气体温度。实际应用中也可以利用其它方式获取所述第一气体温度和所述第二气体温度，在此不再赘述。
S160：通过所述第一干烟气体积、第一水蒸气体积、第一气体温度、第二干烟气体积、第二水蒸气体积和第二气体温度计算修正排烟损失热量。
在获取到上述参数之后，可以利用公式Q2＝(Vfg.d.AH.lvcp.fg.d.1+Vwv.fg.AH.lvcp.wv.1)(tfg.AH.lv.m-tre)+(Vfg.d.WH.encp.fg.d.2+Vwv.fg.WH.encp.wv.2)(tfg.WH.en.m-tre)计算修正排烟损失热量，式中，Q2为修正排烟损失热量，Vfg.d.AH.lv为第一干烟气体积，即每千克燃料燃烧在空气预热器出口所产生的干烟气体积，cp.fg.d.1为空气预热器出口干烟气温度从tre到tfg.AH.lv.m的定压比热容，Vwv.fg.AH.lv为第一水蒸气体积，即每千克燃料燃烧在空气预热器出口所产生的烟气中水蒸气的体积，cp.wv.1为水蒸气温度从tre到tfg.AH.lv.m的定压比热容，tfg.AH.lv.m为第一气体温度，tre为基准温度，Vfg.d.WH.en为第二干烟气体积，即每千克燃料燃烧在烟水换热器出口所产生的干烟气体积，cp.fg.d.2为烟水换热器入口干烟气温度从tre到tfg.WH.en.m的定压比热容，Vwv.fg.WH.en为第二水蒸气体积，即每千克燃料燃烧在烟水换热器出口所产生的烟气中水蒸气的体积，cp.wv.2为水蒸气温度从tre到tfg.WH.en.m的定压比热容，tfg.WH.en.m为第二气体温度。
在一些实施方式中，实际情况下输入空气预热器的空气温度可能与锅炉设计时所确定的输入空气温度存在差异。直接利用设计的输入空气温度可能会造成一定的计算误差。因此，在利用第一气体温度进行计算之前，还可以对所述第一气体温度进行修正。
具体的，可以利用公式
在得到所述第一气体修正温度后，可以利用所述第一气体修正温度替代第一气体温度进行后续过程中的计算。
S170：利用所述修正排烟损失热量求取锅炉热效率。
在获取到所述修正排烟损失热量后，可以利用所述修正排烟损失热量求取锅炉热效率。在一些实施方式中，可以将锅炉热效率作为锅炉总损失，并利用公式
但是在实际应用中，锅炉热损失还包括气体未完全燃烧热损失，固体未完全燃烧热损失，锅炉散热损失，灰渣物理热损失和其他热损失，因此，在计算锅炉热效率之前，可以先获取对应于锅炉的气体未完全燃烧热损失，固体未完全燃烧热损失，锅炉散热损失，灰渣物理热损失和其他热损失，并累加所述气体未完全燃烧热损失，固体未完全燃烧热损失，锅炉散热损失，灰渣物理热损失和其他热损失和所述修正排烟损失热量作为锅炉总损失。进而利用累加后的锅炉总损失带入上式计算锅炉热效率。
在一些实施方式中，计算气体未完全燃烧热损失时，可以先根据所述第一气体成分获取所述第一排出气体中的一氧化碳体积分数，再根据所述第二气体成分获取所述第二输出气体中的一氧化碳体积分数，并利用所述第一排出气体中的一氧化碳体积分数、所述第二输出气体中的一氧化碳体积分数、第一干烟气体积和第二干烟气体积计算气体未完全燃烧热损失。
具体的，可以利用公式
在一些实施方式中，计算灰渣物理热损失时，可以利用公式
求取固体未完全燃烧热损失，锅炉散热损失和其他热损失的过程以及基于实际应用中的需求进行设置，在此不再赘述。
S180：基于所述锅炉热效率，利用热效率阈值评估所述锅炉的热效率。
在获取到所述锅炉热效率后，可以利用预先设置的热效率阈值对锅炉的热效率进行评估。所述热效率阈值用于表示设置有热量回收系统的锅炉的最小热效率。
具体的，可以在所述锅炉热效率小于所述热效率阈值的情况下，将所述锅炉的热效率评估为不合格；相应的，在所述锅炉热效率不小于所述热效率阈值的情况下，将所述锅炉的热效率评估为合格。
在所述锅炉热效率合格的情况下，可以沿用当前针对锅炉热量进行回收的设置；在所述锅炉热效率不合格的情况下，可以对所述锅炉的热量回收系统进行调整，例如增设其他空气预热器或烟水换热器，或调整所述空气预热器或烟水换热器的规格等。具体的调整过程可以根据实际应用的需求进行设置，在此不再赘述。可以重复对所述锅炉热回收系统进行调整以及评估的过程直至所述锅炉热效率合格为止。
通过上述锅炉热效率评估方法，分别测量锅炉所排出的烟气中分别输入至空气预热器和烟水换热器中的烟气，并确定相应的烟气的气体成分和烟气温度，进而能够确定第一排出气体和第二输出气体中的干烟气比例和水蒸气比例。根据所述干烟气比例和水蒸气比例以及燃料自身的特点可以确定燃料的燃烧程度，结合所述第一气体温度和第二气体温度可以确定排出烟气中所包含的热量，即修正排烟损失热量，进而能够根据所述修正排烟损失热量求取锅炉热效率，从而利用锅炉热效率对锅炉进行评估。根据上述方法，能够对锅炉的热效率进行定量评估，从而确定锅炉排出的热量能否被有效回收，确定锅炉本身热效率是否合格，进而确保资源的有效利用，避免资源的浪费。
基于上述锅炉热效率评估方法，本说明书实施例还提出一种锅炉热效率评估装置。所述锅炉热效率评估装置设置于所述锅炉热效率评估设备，如图3所示，所述锅炉热效率评估装置包括以下模块。
气体流量测量模块310，用于分别测量输入空气预热器的第一输出气体的第一气体流量和输入烟水换热器的第二输出气体的第二气体流量；所述空气预热器用于利用所述第一输出气体加热输入锅炉的输入气体；所述烟水换热器用于利用所述第二输出气体加热水；
气体成分获取模块320，用于获取所述空气预热器所排出的第一排出气体的第一气体成分和所述第二输出气体的第二气体成分；
第一气体比例确定模块330，用于根据所述第一气体流量和第一气体成分确定第一排出气体的第一干烟气体积和第一水蒸气体积；
第二气体比例确定模块340，用于根据所述第二气体流量和第二气体成分确定第二输出气体的第二干烟气体积和第二水蒸气体积；
气体温度采集模块350，用于采集所述空气预热器所排出的第一排出气体的第一气体温度和所述第二输出气体的第二气体温度；
修正排烟损失热量计算模块360，用于通过所述第一干烟气体积、第一水蒸气体积、第一气体温度、第二干烟气体积、第二水蒸气体积和第二气体温度计算修正排烟损失热量；
锅炉热效率求取模块370，用于利用所述修正排烟损失热量求取锅炉热效率；
热效率评估模块380，用于基于所述锅炉热效率，利用热效率阈值评估所述锅炉的热效率。
基于上述锅炉热效率评估方法，本说明书实施例还提出一种锅炉热效率评估设备，如图4所示，所述锅炉热效率评估设备可以包括存储器和处理器。
在本实施例中，所述存储器可以按任何适当的方式实现。例如，所述存储器可以为只读存储器、机械硬盘、固态硬盘、或U盘等。所述存储器可以用于存储计算机指令。
在本实施例中，所述处理器可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。所述处理器可以执行所述计算机指令实现以下步骤：分别测量输入空气预热器的第一输出气体的第一气体流量和输入烟水换热器的第二输出气体的第二气体流量；所述空气预热器用于利用所述第一输出气体加热输入锅炉的输入气体；所述烟水换热器用于利用所述第二输出气体加热水；获取所述空气预热器所排出的第一排出气体的第一气体成分和所述第二输出气体的第二气体成分；根据所述第一气体流量和第一气体成分确定第一排出气体的第一干烟气体积和第一水蒸气体积；根据所述第二气体流量和第二气体成分确定第二输出气体的第二干烟气体积和第二水蒸气体积；采集所述空气预热器所排出的第一排出气体的第一气体温度和所述第二输出气体的第二气体温度；通过所述第一干烟气体积、第一水蒸气体积、第一气体温度、第二干烟气体积、第二水蒸气体积和第二气体温度计算修正排烟损失热量；利用所述修正排烟损失热量求取锅炉热效率；基于所述锅炉热效率，利用热效率阈值评估所述锅炉的热效率。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本说明书可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本说明书的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本说明书各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
虽然通过实施例描绘了本说明书，本领域普通技术人员知道，本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。
