一種工業用能診斷分析系統及方法
2023-09-22 23:00:35 1
專利名稱：一種工業用能診斷分析系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種能源管理系統，具體涉及一種工業用能診斷分析系統及方法。
背景技術：
中國是世界上最大的能源消耗國之一，能源成本在總成本中佔比例較高，因而節能降耗已成為我國各生產企業的重點任務。許多大中型工業企業已提出了一系列方法與措施來推進節能降耗。企業能源管理是節能降耗工作的基礎，通過對企業能耗情況直觀的描述，找到企業對車間或工序等這些用能系統在能源利用過程中的薄弱環節，提出改進方向和措施。企業用能分析中能耗模型的建立通常以數學模型為主，如系統辨識方法等，通常用於企業個體能耗單元建模，針對企業特定裝置開發，模型通用性差。這些建模方法能在一定程度上反映能耗成本分析、投入產出等生產規模和能耗情況，但不能體現系統耗能結構等用於深層用能分析的用能評價指標。因而目前亟需一種能夠在繼承單元設備模型的基礎上，以直觀的角度建立一個同時體現裝置整體及單元設備用能狀況的層次化模型，實現企業全面能量分析、評估和診斷的目標。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提出了一種以用能系統為對象，建立同時反映用能系統整體以及過程設備用能狀況的層次化模型，以便對各個層次採用不同的分析方法，根據熱力學分析結果對用能系統整體及過程設備單體的用能狀態做出診斷，輸出用能系統總體性能的定量結論以及各過程設備能量利用及損失情況，提供具有針對性的評價指標的工業用能診斷分析系統；以及工業用能診斷分析方法。本發明的技術方案如下一種工業用能診斷分析系統，用於用能系統的用能診斷分析，其特徵在於它包括過程數據採集電路、過程資料庫、過程數據計算電路和系統配置模塊；所述過程數據採集電路採集工業過程設備的指定時間內的工業過程數據，並按照儀表位號將所述工業過程數據分別輸入所述過程資料庫和過程數據計算電路，所述過程資料庫根據所述工業過程數據建立以用能系統中包含的過程設備為對象的過程設備模型，所述過程設備模型中的元素包括設備名稱、設備輸入輸出能量介質名稱、能量介質參數；所述過程數據計算電路根據所述工業過程數據獲取所述儀表位號對應的能量介質的焓、畑，並將所述焓、畑輸入所述過程資料庫中作為能量介質參數保存；所述系統配置模塊包括結構配置模塊和參數配置模塊，所述參數配置模塊包括焓分析參數配置模塊和畑分析參數配置模塊；其中所述結構配置模塊由所述過程設備模型的輸入輸出能量介質中選取所述用能系統的輸入輸出能量介質，輸入所述參數配置模塊的畑分析參數配置模塊；所述焓分析參數配置模塊從所述過程設備模型的能量介質參數中讀取焓值，用於計算焓分析結果，所述畑分析參數配置模塊從所述過程設備模型的能量介質參數中讀取畑值，用於計算畑分析結果。所述能量平衡表、能兩衡算指標、能量分布指標；所述能量平衡表，包含輸入輸出各項能量介質的能量值、收入項與支出項比例；所述能量衡算指標，包括能量回收率、能量輸出率、能量排出率及能量利用率；所述能量分布指標，包括供給能分布、輸入能分布、排出能分布、輸出能分布及回收能分布。所述畑分析結果包括用能系統熱力學完善度、用能系統畑效率、用能系統中各過程設備畑損係數、用能系統畑損係數；過程設備熱力學完善度、過程設備畑效率、過程設備畑損係數。所述焓分析結果和畑分析結果輸入分析結果輸出集中進行輸出和顯示。所述過程數據計算電路中包括數據結構關聯資料庫和能量計算電路，所述數據結構關聯資料庫根據所述工業過程數據計算出對應的中間數據，並將所述中間數據輸入所述能量計算電路，所述能量計算電路包含對應各能量介質的能量計算模型，所述能量計算模型調用所述中間數據和工業過程數據計算並輸出對應的焓和畑。所述工業過程數據包括質量參數、流量參數、電量參數、平均壓力參數、平均溫度參數；所述數據結構關聯資料庫包括對應各能量介質的工藝過程混合氣體組分表、折標係數表、飽和蒸汽熱力學數據表、過熱蒸汽熱力學數據表、混合氣體熱力學參數總表和液體熱力學參數表。所述能量計算電路的能量計算模型包括燃料能量計算模型、蒸汽能量計算模型、 混合液體能量計算模型和混合氣體能量計算模型。一種工業用能診斷分析方法，其步驟包括1)通過過程數據採集電路採集工業過程設備的過程數據，並將所述過程數據輸入過程數據計算電路；根據所述工業過程數據計算所述能量介質對應的焓、畑，並將輸入焓、 畑輸出到過程資料庫；2)在所述過程資料庫中建立以用能系統中的過程設備為對象的過程設備模型，過程設備模型是由設備名稱、設備輸入輸出能量介質名稱、能量介質參數組成的數據結構關係；所述能量介質參數為所述能量介質的焓、畑；3)結合所述過程設備模型保存的能量介質參數進行結構配置和參數配置；參數配置中包含所述用能系統的焓分析參數配置，以及用能系統和過程設備的畑分析參數配置；其中結構配置是在所述過程設備模型的輸入輸出能量介質中選取所述用能系統的輸入輸出能量介質，用以進行用能系統的畑分析參數配置；4)所述焓分析參數配置首先從所述用能系統的輸入輸出物流中選取能量介質，並指定各能量介質的能量值類別；之後依據能量在轉換和轉移時數量上的守恆關係，計算焓分析結果；5)所述畑分析參數配置首先定義設備有效畑和系統有效畑，之後利用過程設備模型中的畑計算畑分析結果；6)根據分析時間範圍採集焓、畑，按照預設計算周期重複上述步驟，最終輸出焓分析結果和畑分析結果。本發明的技術效果如下本發明的一種工業用能診斷分析系統，包括過程數據採集電路、過程資料庫、過程
5數據計算電路和系統配置模塊；過程數據採集電路採集工業過程設備的指定時間內的工業過程數據，並按照儀表位號將工業過程數據分別輸入過程資料庫和過程數據計算電路，過程資料庫根據工業過程數據建立以用能系統中包含的過程設備為對象的過程設備模型，過程設備模型中的元素包括設備名稱、設備輸入輸出能量介質名稱、能量介質參數；過程數據計算電路根據工業過程數據獲取儀表位號對應的能量介質的焓、畑，並將焓、畑輸入過程資料庫中作為能量介質參數保存；系統配置模塊包括結構配置模塊和參數配置模塊，參數配置模塊包括焓分析參數配置模塊和畑分析參數配置模塊；其中結構配置模塊由過程設備模型的輸入輸出能量介質中選取用能系統的輸入輸出能量介質，用於參數配置模塊的畑分析參數配置模塊；焓分析參數配置模塊從過程設備模型的能量介質參數中讀取焓值，用於計算焓分析結果，畑分析參數配置模塊從過程設備模型的能量介質參數中讀取畑值，用於計算畑分析結果。本發明通過構建過程設備模型，並從過程設備模型的輸入輸出能量介質中選取用能系統的輸入輸出能量介質，通過用能系統整體用能狀況的評價來判斷用能系統有效能的利用程度及節能潛力；以用能系統耗能結構及畑損分布的分析找出用能系統用能薄弱環節。體現了過程設備模型與用能系統之間的隸屬關係和層次關係，使焓分析結果和畑分析結果更能體現用能系統和過程設備的能量能量利用及損失情況，輸出的分析結果更具真實性和針對性，為確定用能系統改造的主要對象提供依據。本發明的過程數據計算電路包含根據工業企業能量介質的特點進行分類所得的不同能量介質所對應的能量計算模型，根據不同能量介質所對應的能量計算模型調用中間數據和工業過程數據計算並輸出對應的焓、熵和畑。根據工業企業能量介質的特點，將介質進行分類，以這種分類為基礎，建立不同能量介質的能量計算模型，大大簡化了能量數據的計算過程。利用該模型可以實時性獲取企業用能分析等能源管理工作所需的能量數據，為企業開展深入的用能診斷及分析工作提供數據基礎。
圖1是本發明的系統結構示意2是本發明的過程數據計算電路結構示意圖
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行說明。本發明中的用能系統指的是以獲取產品為目的，由若干過程設備有機地連接起來的整體，組成這個整體一般需要多類多種過程設備，同時在各過程設備之間參與能量交換的也有多種能流和能量介質。如圖1所示，本發明的工業用能診斷分析系統包括過程數據採集電路1、過程資料庫2、過程數據計算電路3、系統配置模塊4和分析結果輸出集5。過程數據採集電路1通過 DCS系統(生產過程控制系統)採集過程設備的工業過程數據，如輸入能量介質和輸出能量介質的屬性，能量介質屬性包括溫度、流量及壓力；這些工業過程數據根據儀表位號輸入到過程資料庫2中保存。在過程資料庫2中建立以過程設備為對象的過程設備模型，過程設備模型是由設備名稱、設備輸入輸出能量介質名稱、能量介質參數組成的數據結構關係，其
6中能量介質參數是由過程數據計算電路3提供的焓、熵、畑數據。過程數據計算電路3中包括數據結構關聯資料庫31和能量計算電路32，能量計算電路32包括燃料能量計算模型321、蒸汽能量計算模型322、混合液體能量計算模型323、混合氣體能量計算模型324。系統配置模塊4中包括結構配置模塊和參數配置模塊，其中結構配置模塊由過程資料庫2的過程設備模型中選取用能系統所包含的過程設備的過程設備模型，由所選過程設備模型輸入輸出能量介質中選取整個用能系統的輸入輸出能量介質， 用於進行整個用能系統的畑分析參數配置模塊；參數配置模塊包含焓分析參數配置模塊及畑分析參數配置模塊，向分析結果輸出集5輸出焓分析結果、畑分析結果。焓分析結果包括能量回收率、能量排出率、能量利用率、能量輸出率；畑分析結果包括用能系統熱力學完善度、用能系統畑效率、用能系統中各設備畑損係數、用能系統畑損係數；設備熱力學完善度、 設備畑效率、設備畑損係數。用能系統輸入和輸出的能量介質包括供給用能系統的一次能源(煤、油、天然氣)和二次能源(電、蒸汽、焦炭、煤氣)的系統供給能；原料帶入用能系統的系統輸入能Efi^ ；回收裝置收集的系統回收能E0ft ；用能系統輸出的包括產品帶出的和吸熱反應熱的系統輸出能；離開用能系統的冷卻水、廢氣、廢液帶出的系統排出能Ε_。能量診斷和分析的理論基礎是熱力學第一定律；因而本發明的系統配置模塊4中使用過程數據計算電路3中輸出的焓和畑進行計算。過程數據計算電路3的數據結構關聯資料庫31中設置多個關聯數據表，根據能量介質的特性將能量介質分別在表中定義能量介質名稱，設定能量介質名稱是旨在確定不同能量介質與其化驗數據和計算方法的對應關係，能量介質名稱的編碼可結合國家規定代碼和企業能量介質編號來定義，以保證唯一性。每個能量介質名稱對應一套關聯數據表，在關聯數據表中整合化驗數據、熱力學參數輸入能量計算電路32中，能量計算電路32根據中間計算結果，輸出各能量介質對應的焓、熵、畑數據。其中數據結構關聯資料庫31包括工藝過程混合氣體組分表311、企業能源折標係數表312、飽和蒸汽熱力學數據表313、過熱蒸汽熱力學數據表314、混合氣體熱力學參數總表315、液體熱力學參數表316等關聯數據表。其中工藝過程混合氣體組分表311表示混合氣體包含的各組分體積含量，包含混合氣體的組分分壓、用於計算焓的平均定壓比熱容及用於計算熵的平均定壓比熱容、氣體密度等參數。企業能源折標係數表312來源於國家統計局標準。飽和蒸汽熱力學數據表 313表示溫度、壓力與液焓、汽焓及汽液焓之間的關係。過熱蒸汽熱力學數據表314按照生產過程涵蓋實際生產中各蒸汽級別的壓力，再以溫度值查詢比焓和比熵，採用線性插值法獲得實際溫度和壓力下的比焓和比熵值。混合氣體熱力學參數總表315分為理想氣體比熱容係數表和標準生成焓變熵變表，理想氣體比熱容係數表包含組分序號、組分代號、組分名稱、分子式、理想氣體比熱容係數、修正係數，標準生成焓變熵變表包括氣體標準生成焓變、 標準生成自由焓變、標準生成熵變、標準化學畑。液體熱力學參數表316表示混合液體的密度、平均比熱容等熱力學參數。能量計算電路32中的燃料能量計算模型321包含原料煤能量計算模型、油能量計算模型、電能量計算模型；蒸汽能量計算模型322包含飽和蒸汽能量計算模型、過熱蒸汽能量計算模型、飽和水能量計算模型。能量計算電路32中的模型，通過查詢數據結構關聯資料庫31中的表格得到能量介質量化計算所需要的中間數據，即可獲得能量介質的能量參數。如圖2所示，在能量計算電路32中，燃料能量計算模型321的數據結構及計算公式如下(a)原料煤能量計算模型原料煤能量計算模型數據結構
權利要求
1.一種工業用能診斷分析系統，用於用能系統的用能診斷分析，其特徵在於它包括過程數據採集電路、過程資料庫、過程數據計算電路和系統配置模塊；所述過程數據採集電路採集工業過程設備的指定時間內的工業過程數據，並按照儀表位號將所述工業過程數據分別輸入所述過程資料庫和過程數據計算電路，所述過程資料庫根據所述工業過程數據建立以用能系統中包含的過程設備為對象的過程設備模型，所述過程設備模型中的元素包括設備名稱、設備輸入輸出能量介質名稱、能量介質參數；所述過程數據計算電路根據所述工業過程數據獲取所述儀表位號對應的能量介質的焓、畑，並將所述焓、畑輸入所述過程資料庫中作為能量介質參數保存；所述系統配置模塊包括結構配置模塊和參數配置模塊，所述參數配置模塊包括焓分析參數配置模塊和畑分析參數配置模塊；其中所述結構配置模塊由所述過程設備模型的輸入輸出能量介質中選取所述用能系統的輸入輸出能量介質，輸入所述參數配置模塊的畑分析參數配置模塊；所述焓分析參數配置模塊從所述過程設備模型的能量介質參數中讀取焓值，用於計算焓分析結果，所述畑分析參數配置模塊從所述過程設備模型的能量介質參數中讀取畑值，用於計算畑分析結果。
2.如權利要求1所述的一種工業用能診斷分析系統，其特徵在於所述能量平衡表、能兩衡算指標、能量分布指標；所述能量平衡表，包含輸入輸出各項能量介質的能量值、收入項與支出項比例；所述能量衡算指標，包括能量回收率、能量輸出率、能量排出率及能量利用率；所述能量分布指標，包括供給能分布、輸入能分布、排出能分布、輸出能分布及回收能分布。
3.如權利要求1所述的一種工業用能診斷分析系統，其特徵在於所述畑分析結果包括用能系統熱力學完善度、用能系統畑效率、用能系統中各過程設備畑損係數、用能系統畑損係數；過程設備熱力學完善度、過程設備畑效率、過程設備畑損係數。
4.如權利要求1或2或3所述的一種工業用能診斷分析系統，其特徵在於所述焓分析結果和畑分析結果輸入分析結果輸出集中進行輸出和顯示。
5.如權利要求1或2或3所述的一種工業用能診斷分析系統，其特徵在於所述過程數據計算電路中包括數據結構關聯資料庫和能量計算電路，所述數據結構關聯資料庫根據所述工業過程數據計算出對應的中間數據，並將所述中間數據輸入所述能量計算電路，所述能量計算電路包含對應各能量介質的能量計算模型，所述能量計算模型調用所述中間數據和工業過程數據計算並輸出對應的焓和畑。
6.如權利要求5所述的一種工業用能診斷分析系統，其特徵在於所述工業過程數據包括質量參數、流量參數、電量參數、平均壓力參數、平均溫度參數；所述數據結構關聯資料庫包括對應各能量介質的工藝過程混合氣體組分表、折標係數表、飽和蒸汽熱力學數據表、 過熱蒸汽熱力學數據表、混合氣體熱力學參數總表和液體熱力學參數表。
7.如權利要求5所述的一種工業能量平衡分析系統，其特徵在於所述能量計算電路的能量計算模型包括燃料能量計算模型、蒸汽能量計算模型、混合液體能量計算模型和混合氣體能量計算模型。
8.—種工業用能診斷分析方法，其步驟包括1)通過過程數據採集電路採集工業過程設備的過程數據，並將所述過程數據輸入過程數據計算電路；根據所述工業過程數據計算所述能量介質對應的焓、畑，並將輸入焓、畑輸出到過程資料庫；2)在所述過程資料庫中建立以用能系統中的過程設備為對象的過程設備模型，過程設備模型是由設備名稱、設備輸入輸出能量介質名稱、能量介質參數組成的數據結構關係；所述能量介質參數為所述能量介質的焓、畑；3)結合所述過程設備模型保存的能量介質參數進行結構配置和參數配置；參數配置中包含所述用能系統的焓分析參數配置，以及用能系統和過程設備的畑分析參數配置；其中結構配置是在所述過程設備模型的輸入輸出能量介質中選取所述用能系統的輸入輸出能量介質，用以進行用能系統的畑分析參數配置；4)所述焓分析參數配置首先從所述用能系統的輸入輸出物流中選取能量介質，並指定各能量介質的能量值類別；之後依據能量在轉換和轉移時數量上的守恆關係，計算焓分析結果；5)所述畑分析參數配置首先定義設備有效畑和系統有效畑，之後利用過程設備模型中的畑計算畑分析結果；6)根據分析時間範圍採集焓、畑，按照預設計算周期重複上述步驟，最終輸出焓分析結果和畑分析結果。
全文摘要
本發明涉及一種工業用能診斷分析系統及方法，包括過程數據採集電路、過程資料庫、過程數據計算電路和系統配置模塊；過程數據採集電路採集工業過程設備的指定時間內的工業過程數據，並按照儀表位號將工業過程數據分別輸入過程資料庫和過程數據計算電路，過程資料庫根據工業過程數據建立以用能系統中包含的過程設備為對象的過程設備模型，過程設備模型中的元素包括設備名稱、設備輸入輸出能量介質名稱、能量介質參數；過程數據計算電路根據工業過程數據獲取儀表位號對應的能量介質的焓、並將焓、輸入過程資料庫中作為能量介質參數保存；系統配置模塊包括結構配置模塊和參數配置模塊，參數配置模塊包括焓分析參數配置模塊和分析參數配置模塊。
文檔編號G06Q10/00GK102184481SQ20111012457
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月13日 優先權日2011年5月13日
發明者趙晝辰, 郎娜 申請人:北京三博中自科技有限公司