专利名称：一种工业用能诊断分析系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种能源管理系统，具体涉及一种工业用能诊断分析系统及方法。
背景技术：
中国是世界上最大的能源消耗国之一，能源成本在总成本中占比例较高，因而节能降耗已成为我国各生产企业的重点任务。许多大中型工业企业已提出了一系列方法与措施来推进节能降耗。企业能源管理是节能降耗工作的基础，通过对企业能耗情况直观的描述，找到企业对车间或工序等这些用能系统在能源利用过程中的薄弱环节，提出改进方向和措施。企业用能分析中能耗模型的建立通常以数学模型为主，如系统辨识方法等，通常用于企业个体能耗单元建模，针对企业特定装置开发，模型通用性差。这些建模方法能在一定程度上反映能耗成本分析、投入产出等生产规模和能耗情况，但不能体现系统耗能结构等用于深层用能分析的用能评价指标。因而目前亟需一种能够在继承单元设备模型的基础上，以直观的角度建立一个同时体现装置整体及单元设备用能状况的层次化模型，实现企业全面能量分析、评估和诊断的目标。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种以用能系统为对象，建立同时反映用能系统整体以及过程设备用能状况的层次化模型，以便对各个层次采用不同的分析方法，根据热力学分析结果对用能系统整体及过程设备单体的用能状态做出诊断，输出用能系统总体性能的定量结论以及各过程设备能量利用及损失情况，提供具有针对性的评价指标的工业用能诊断分析系统；以及工业用能诊断分析方法。本发明的技术方案如下一种工业用能诊断分析系统，用于用能系统的用能诊断分析，其特征在于它包括过程数据采集电路、过程数据库、过程数据计算电路和系统配置模块；所述过程数据采集电路采集工业过程设备的指定时间内的工业过程数据，并按照仪表位号将所述工业过程数据分别输入所述过程数据库和过程数据计算电路，所述过程数据库根据所述工业过程数据建立以用能系统中包含的过程设备为对象的过程设备模型，所述过程设备模型中的元素包括设备名称、设备输入输出能量介质名称、能量介质参数；所述过程数据计算电路根据所述工业过程数据获取所述仪表位号对应的能量介质的焓、畑，并将所述焓、畑输入所述过程数据库中作为能量介质参数保存；所述系统配置模块包括结构配置模块和参数配置模块，所述参数配置模块包括焓分析参数配置模块和畑分析参数配置模块；其中所述结构配置模块由所述过程设备模型的输入输出能量介质中选取所述用能系统的输入输出能量介质，输入所述参数配置模块的畑分析参数配置模块；所述焓分析参数配置模块从所述过程设备模型的能量介质参数中读取焓值，用于计算焓分析结果，所述畑分析参数配置模块从所述过程设备模型的能量介质参数中读取畑值，用于计算畑分析结果。所述能量平衡表、能两衡算指标、能量分布指标；所述能量平衡表，包含输入输出各项能量介质的能量值、收入项与支出项比例；所述能量衡算指标，包括能量回收率、能量输出率、能量排出率及能量利用率；所述能量分布指标，包括供给能分布、输入能分布、排出能分布、输出能分布及回收能分布。所述畑分析结果包括用能系统热力学完善度、用能系统畑效率、用能系统中各过程设备畑损系数、用能系统畑损系数；过程设备热力学完善度、过程设备畑效率、过程设备畑损系数。所述焓分析结果和畑分析结果输入分析结果输出集中进行输出和显示。所述过程数据计算电路中包括数据结构关联数据库和能量计算电路，所述数据结构关联数据库根据所述工业过程数据计算出对应的中间数据，并将所述中间数据输入所述能量计算电路，所述能量计算电路包含对应各能量介质的能量计算模型，所述能量计算模型调用所述中间数据和工业过程数据计算并输出对应的焓和畑。所述工业过程数据包括质量参数、流量参数、电量参数、平均压力参数、平均温度参数；所述数据结构关联数据库包括对应各能量介质的工艺过程混合气体组分表、折标系数表、饱和蒸汽热力学数据表、过热蒸汽热力学数据表、混合气体热力学参数总表和液体热力学参数表。所述能量计算电路的能量计算模型包括燃料能量计算模型、蒸汽能量计算模型、 混合液体能量计算模型和混合气体能量计算模型。一种工业用能诊断分析方法，其步骤包括1)通过过程数据采集电路采集工业过程设备的过程数据，并将所述过程数据输入过程数据计算电路；根据所述工业过程数据计算所述能量介质对应的焓、畑，并将输入焓、 畑输出到过程数据库；2)在所述过程数据库中建立以用能系统中的过程设备为对象的过程设备模型，过程设备模型是由设备名称、设备输入输出能量介质名称、能量介质参数组成的数据结构关系；所述能量介质参数为所述能量介质的焓、畑；3)结合所述过程设备模型保存的能量介质参数进行结构配置和参数配置；参数配置中包含所述用能系统的焓分析参数配置，以及用能系统和过程设备的畑分析参数配置；其中结构配置是在所述过程设备模型的输入输出能量介质中选取所述用能系统的输入输出能量介质，用以进行用能系统的畑分析参数配置；4)所述焓分析参数配置首先从所述用能系统的输入输出物流中选取能量介质，并指定各能量介质的能量值类别；之后依据能量在转换和转移时数量上的守恒关系，计算焓分析结果；5)所述畑分析参数配置首先定义设备有效畑和系统有效畑，之后利用过程设备模型中的畑计算畑分析结果；6)根据分析时间范围采集焓、畑，按照预设计算周期重复上述步骤，最终输出焓分析结果和畑分析结果。本发明的技术效果如下本发明的一种工业用能诊断分析系统，包括过程数据采集电路、过程数据库、过程
5数据计算电路和系统配置模块；过程数据采集电路采集工业过程设备的指定时间内的工业过程数据，并按照仪表位号将工业过程数据分别输入过程数据库和过程数据计算电路，过程数据库根据工业过程数据建立以用能系统中包含的过程设备为对象的过程设备模型，过程设备模型中的元素包括设备名称、设备输入输出能量介质名称、能量介质参数；过程数据计算电路根据工业过程数据获取仪表位号对应的能量介质的焓、畑，并将焓、畑输入过程数据库中作为能量介质参数保存；系统配置模块包括结构配置模块和参数配置模块，参数配置模块包括焓分析参数配置模块和畑分析参数配置模块；其中结构配置模块由过程设备模型的输入输出能量介质中选取用能系统的输入输出能量介质，用于参数配置模块的畑分析参数配置模块；焓分析参数配置模块从过程设备模型的能量介质参数中读取焓值，用于计算焓分析结果，畑分析参数配置模块从过程设备模型的能量介质参数中读取畑值，用于计算畑分析结果。本发明通过构建过程设备模型，并从过程设备模型的输入输出能量介质中选取用能系统的输入输出能量介质，通过用能系统整体用能状况的评价来判断用能系统有效能的利用程度及节能潜力；以用能系统耗能结构及畑损分布的分析找出用能系统用能薄弱环节。体现了过程设备模型与用能系统之间的隶属关系和层次关系，使焓分析结果和畑分析结果更能体现用能系统和过程设备的能量能量利用及损失情况，输出的分析结果更具真实性和针对性，为确定用能系统改造的主要对象提供依据。本发明的过程数据计算电路包含根据工业企业能量介质的特点进行分类所得的不同能量介质所对应的能量计算模型，根据不同能量介质所对应的能量计算模型调用中间数据和工业过程数据计算并输出对应的焓、熵和畑。根据工业企业能量介质的特点，将介质进行分类，以这种分类为基础，建立不同能量介质的能量计算模型，大大简化了能量数据的计算过程。利用该模型可以实时性获取企业用能分析等能源管理工作所需的能量数据，为企业开展深入的用能诊断及分析工作提供数据基础。
图1是本发明的系统结构示意2是本发明的过程数据计算电路结构示意图
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行说明。本发明中的用能系统指的是以获取产品为目的，由若干过程设备有机地连接起来的整体，组成这个整体一般需要多类多种过程设备，同时在各过程设备之间参与能量交换的也有多种能流和能量介质。如图1所示，本发明的工业用能诊断分析系统包括过程数据采集电路1、过程数据库2、过程数据计算电路3、系统配置模块4和分析结果输出集5。过程数据采集电路1通过 DCS系统(生产过程控制系统)采集过程设备的工业过程数据，如输入能量介质和输出能量介质的属性，能量介质属性包括温度、流量及压力；这些工业过程数据根据仪表位号输入到过程数据库2中保存。在过程数据库2中建立以过程设备为对象的过程设备模型，过程设备模型是由设备名称、设备输入输出能量介质名称、能量介质参数组成的数据结构关系，其
6中能量介质参数是由过程数据计算电路3提供的焓、熵、畑数据。过程数据计算电路3中包括数据结构关联数据库31和能量计算电路32，能量计算电路32包括燃料能量计算模型321、蒸汽能量计算模型322、混合液体能量计算模型323、混合气体能量计算模型324。系统配置模块4中包括结构配置模块和参数配置模块，其中结构配置模块由过程数据库2的过程设备模型中选取用能系统所包含的过程设备的过程设备模型，由所选过程设备模型输入输出能量介质中选取整个用能系统的输入输出能量介质， 用于进行整个用能系统的畑分析参数配置模块；参数配置模块包含焓分析参数配置模块及畑分析参数配置模块，向分析结果输出集5输出焓分析结果、畑分析结果。焓分析结果包括能量回收率、能量排出率、能量利用率、能量输出率；畑分析结果包括用能系统热力学完善度、用能系统畑效率、用能系统中各设备畑损系数、用能系统畑损系数；设备热力学完善度、 设备畑效率、设备畑损系数。用能系统输入和输出的能量介质包括供给用能系统的一次能源(煤、油、天然气)和二次能源(电、蒸汽、焦炭、煤气)的系统供给能；原料带入用能系统的系统输入能Efi^ ；回收装置收集的系统回收能E0ft ；用能系统输出的包括产品带出的和吸热反应热的系统输出能；离开用能系统的冷却水、废气、废液带出的系统排出能Ε_。能量诊断和分析的理论基础是热力学第一定律；因而本发明的系统配置模块4中使用过程数据计算电路3中输出的焓和畑进行计算。过程数据计算电路3的数据结构关联数据库31中设置多个关联数据表，根据能量介质的特性将能量介质分别在表中定义能量介质名称，设定能量介质名称是旨在确定不同能量介质与其化验数据和计算方法的对应关系，能量介质名称的编码可结合国家规定代码和企业能量介质编号来定义，以保证唯一性。每个能量介质名称对应一套关联数据表，在关联数据表中整合化验数据、热力学参数输入能量计算电路32中，能量计算电路32根据中间计算结果，输出各能量介质对应的焓、熵、畑数据。其中数据结构关联数据库31包括工艺过程混合气体组分表311、企业能源折标系数表312、饱和蒸汽热力学数据表313、过热蒸汽热力学数据表314、混合气体热力学参数总表315、液体热力学参数表316等关联数据表。其中工艺过程混合气体组分表311表示混合气体包含的各组分体积含量，包含混合气体的组分分压、用于计算焓的平均定压比热容及用于计算熵的平均定压比热容、气体密度等参数。企业能源折标系数表312来源于国家统计局标准。饱和蒸汽热力学数据表 313表示温度、压力与液焓、汽焓及汽液焓之间的关系。过热蒸汽热力学数据表314按照生产过程涵盖实际生产中各蒸汽级别的压力，再以温度值查询比焓和比熵，采用线性插值法获得实际温度和压力下的比焓和比熵值。混合气体热力学参数总表315分为理想气体比热容系数表和标准生成焓变熵变表，理想气体比热容系数表包含组分序号、组分代号、组分名称、分子式、理想气体比热容系数、修正系数，标准生成焓变熵变表包括气体标准生成焓变、 标准生成自由焓变、标准生成熵变、标准化学畑。液体热力学参数表316表示混合液体的密度、平均比热容等热力学参数。能量计算电路32中的燃料能量计算模型321包含原料煤能量计算模型、油能量计算模型、电能量计算模型；蒸汽能量计算模型322包含饱和蒸汽能量计算模型、过热蒸汽能量计算模型、饱和水能量计算模型。能量计算电路32中的模型，通过查询数据结构关联数据库31中的表格得到能量介质量化计算所需要的中间数据，即可获得能量介质的能量参数。如图2所示，在能量计算电路32中，燃料能量计算模型321的数据结构及计算公式如下(a)原料煤能量计算模型原料煤能量计算模型数据结构
权利要求
1.一种工业用能诊断分析系统，用于用能系统的用能诊断分析，其特征在于它包括过程数据采集电路、过程数据库、过程数据计算电路和系统配置模块；所述过程数据采集电路采集工业过程设备的指定时间内的工业过程数据，并按照仪表位号将所述工业过程数据分别输入所述过程数据库和过程数据计算电路，所述过程数据库根据所述工业过程数据建立以用能系统中包含的过程设备为对象的过程设备模型，所述过程设备模型中的元素包括设备名称、设备输入输出能量介质名称、能量介质参数；所述过程数据计算电路根据所述工业过程数据获取所述仪表位号对应的能量介质的焓、畑，并将所述焓、畑输入所述过程数据库中作为能量介质参数保存；所述系统配置模块包括结构配置模块和参数配置模块，所述参数配置模块包括焓分析参数配置模块和畑分析参数配置模块；其中所述结构配置模块由所述过程设备模型的输入输出能量介质中选取所述用能系统的输入输出能量介质，输入所述参数配置模块的畑分析参数配置模块；所述焓分析参数配置模块从所述过程设备模型的能量介质参数中读取焓值，用于计算焓分析结果，所述畑分析参数配置模块从所述过程设备模型的能量介质参数中读取畑值，用于计算畑分析结果。
2.如权利要求1所述的一种工业用能诊断分析系统，其特征在于所述能量平衡表、能两衡算指标、能量分布指标；所述能量平衡表，包含输入输出各项能量介质的能量值、收入项与支出项比例；所述能量衡算指标，包括能量回收率、能量输出率、能量排出率及能量利用率；所述能量分布指标，包括供给能分布、输入能分布、排出能分布、输出能分布及回收能分布。
3.如权利要求1所述的一种工业用能诊断分析系统，其特征在于所述畑分析结果包括用能系统热力学完善度、用能系统畑效率、用能系统中各过程设备畑损系数、用能系统畑损系数；过程设备热力学完善度、过程设备畑效率、过程设备畑损系数。
4.如权利要求1或2或3所述的一种工业用能诊断分析系统，其特征在于所述焓分析结果和畑分析结果输入分析结果输出集中进行输出和显示。
5.如权利要求1或2或3所述的一种工业用能诊断分析系统，其特征在于所述过程数据计算电路中包括数据结构关联数据库和能量计算电路，所述数据结构关联数据库根据所述工业过程数据计算出对应的中间数据，并将所述中间数据输入所述能量计算电路，所述能量计算电路包含对应各能量介质的能量计算模型，所述能量计算模型调用所述中间数据和工业过程数据计算并输出对应的焓和畑。
6.如权利要求5所述的一种工业用能诊断分析系统，其特征在于所述工业过程数据包括质量参数、流量参数、电量参数、平均压力参数、平均温度参数；所述数据结构关联数据库包括对应各能量介质的工艺过程混合气体组分表、折标系数表、饱和蒸汽热力学数据表、 过热蒸汽热力学数据表、混合气体热力学参数总表和液体热力学参数表。
7.如权利要求5所述的一种工业能量平衡分析系统，其特征在于所述能量计算电路的能量计算模型包括燃料能量计算模型、蒸汽能量计算模型、混合液体能量计算模型和混合气体能量计算模型。
8.—种工业用能诊断分析方法，其步骤包括1)通过过程数据采集电路采集工业过程设备的过程数据，并将所述过程数据输入过程数据计算电路；根据所述工业过程数据计算所述能量介质对应的焓、畑，并将输入焓、畑输出到过程数据库；2)在所述过程数据库中建立以用能系统中的过程设备为对象的过程设备模型，过程设备模型是由设备名称、设备输入输出能量介质名称、能量介质参数组成的数据结构关系；所述能量介质参数为所述能量介质的焓、畑；3)结合所述过程设备模型保存的能量介质参数进行结构配置和参数配置；参数配置中包含所述用能系统的焓分析参数配置，以及用能系统和过程设备的畑分析参数配置；其中结构配置是在所述过程设备模型的输入输出能量介质中选取所述用能系统的输入输出能量介质，用以进行用能系统的畑分析参数配置；4)所述焓分析参数配置首先从所述用能系统的输入输出物流中选取能量介质，并指定各能量介质的能量值类别；之后依据能量在转换和转移时数量上的守恒关系，计算焓分析结果；5)所述畑分析参数配置首先定义设备有效畑和系统有效畑，之后利用过程设备模型中的畑计算畑分析结果；6)根据分析时间范围采集焓、畑，按照预设计算周期重复上述步骤，最终输出焓分析结果和畑分析结果。
全文摘要
本发明涉及一种工业用能诊断分析系统及方法，包括过程数据采集电路、过程数据库、过程数据计算电路和系统配置模块；过程数据采集电路采集工业过程设备的指定时间内的工业过程数据，并按照仪表位号将工业过程数据分别输入过程数据库和过程数据计算电路，过程数据库根据工业过程数据建立以用能系统中包含的过程设备为对象的过程设备模型，过程设备模型中的元素包括设备名称、设备输入输出能量介质名称、能量介质参数；过程数据计算电路根据工业过程数据获取仪表位号对应的能量介质的焓、并将焓、输入过程数据库中作为能量介质参数保存；系统配置模块包括结构配置模块和参数配置模块，参数配置模块包括焓分析参数配置模块和分析参数配置模块。
文档编号G06Q10/00GK102184481SQ20111012457
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者赵昼辰, 郎娜 申请人:北京三博中自科技有限公司