专利名称：燃气-蒸汽联合循环热电联供系统的热流图显示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及火力发电设备领域，尤其涉及燃气-蒸汽联合循环热电联供系统
的热流图显示仪器。
背景技术：
燃气-蒸汽轮机联合循环热电联供系统就是一项先进的供能技术。它首先利用天 然气燃烧产生的高温燃气在燃汽轮机中做功，将一部分热能转变为高品位的电能，再利用 燃汽轮机排气中的余热，由常规汽轮机进一步发出部分电能，同时供热和制冷等。从而实现 了能源的高效梯级利用，也降低了燃气供热的成本。当今的燃气轮机联合循环热电联供系 统热效率高、比投资低、排污指标低、建设周期短、占地和用水量少、起动灵活、自动化程度 高，已在世界上得到了广泛的应用。我国，在国家西部大开发战略指引下，"西气东输"，以及 "洁净煤燃烧发电技术"等重大工程的开展，使得燃气-蒸汽轮机联合循环热电联供系统进 入一个新的发展时期，应用前景广阔，也是国家电力工业可持续发展战略中的重要组成部 分。 目前，开展燃气——蒸汽联合循环热电联供系统在线多因素优化运行分析，进一 步提高经济运行水平，降低燃气能耗，研究和开发一种燃气_蒸汽联合循环热电联供系统 热流图显示仪是该领域的一个空白热流图显示仪可以动态实时显示能量流动情况，可以直 观形象地、定量表明燃气_蒸汽联合循环热电联供系统的能量消耗、能量转换、能量传递、 能量有效输出及其损失分布。对于电厂运行人员和管理人员都有一定的参考指导意义。
实用新型内容本实用新型揭示一种燃气-蒸汽联合循环热电联供系统的热流图显示仪，热流图 显示仪包括 DCS (分布式控制系统，下同)现场取样和预处理装置，实时采集燃气_蒸汽联合循 环热电联供系统中各个设备的状态参数； 工业实时数据库，连接到所述DCS现场取样和预处理装置，存储实时采集的燃 气_蒸汽联合循环热电联供系统中各个设备的状态参数； 0PC(0PC是一个基于MS Windows下的分布式组件的数据交换协议，下同)客户端，
连接到所述工业实时数据库，从工业实时数据库中提取0PC数据； 运算模型装置，连接到0PC客户端，基于0PC数据进行模型运算； 热流图显示装置，连接到运算模型装置，根据运算模型装置的输出数据显示热流
图； 历史数据库，连接到运算模型装置，保存运算模型装置的输出数据； 0PC服务器，连接到历史数据库，提取历史数据库中保存的数据并制作成0PC数
据，该OPC服务器还连接到工业实时数据库，向工业实时数据库(22)保存所制作的OPC数据。[0012] 该热流图显示仪通过RJ45接口连接到局域网，通过局域网连接到燃气_蒸汽联合 循环热电联供系统。 本实用新型运用热力发电厂原理，在线计算燃气-蒸汽联合循环热电联供系统各 分设备能量消耗、能量转换、能量传递、能量有效输出及其损失的大小；热流图显示仪实时 动态分颜色显示符合该系统的工作原理及其工艺流程的热流图。本实用新型的有益效果 是，可以根据运行人员需要操作键盘或触摸屏，选择需要显示的燃气-蒸汽联合循环热电 联供系统中每一个分设备的能量利用、损失，及其主要状态参数。采用这种方式可以有效的 定量分析各分设备的技术完善程度，开展企业节能减排的精细化管理。
图1是本实用新型中燃气_蒸汽联合循环热电联供系统的结构示意图。 图2是本实用新型中燃气-蒸汽联合循环热电联供系统的热流图显示仪原理示意图。 图3a和图3b是本实用新型的燃气-蒸汽联合循环热电联供系统的热流图显示仪 的外形图。 图4是本实用新型的燃气-蒸汽联合循环热电联供系统热流图显示仪的电路连接 图。
具体实施方式首先参考图l，图l揭示了本实用新型中燃气-蒸汽联合循环热电联供系统的结构 示意图，采用煤气作为燃气。为此，燃气压縮机15包括高压煤气压縮机(未画出)和低压 煤气压縮机(未画出)，它们与空气压縮机14都由燃气轮机11或汽轮机12带动。 所谓燃气-蒸汽联合循环发电，实际上是燃气发电和蒸汽发电的组合。参考图l 所示的典型的燃气-蒸汽联合循环发电站的结构示意图。燃气-蒸汽联合循环发电站包括 燃气轮机(透平或动力涡轮)11、汽轮机12、发电机13、空气压縮机14、燃气压縮机15、燃烧 室16、余热锅炉17和管道18，其中，燃气轮机11、发电机13、余热锅炉17、汽轮机12共同组 成循环系统，空气压縮机14和燃气压縮机在燃气轮机11或汽轮机带动下转动，管道18将 余热锅炉17的蒸汽输送至汽轮机12。 图1所使的燃气-蒸汽联合循环热电联供系统的工作原理为，空气压縮机14将空 气送入燃烧室16，与此同时，燃气由燃气压縮机15送入燃烧室16与高温压縮空气混合，在 定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机11膨胀作功，推动动力叶片高速旋 转，高温高压烟气通过余热锅炉17回收转换为蒸汽，经管道18将蒸汽注入汽轮机12发电。 为了能够实时监控电站的运行状况，一般都在燃气-蒸汽联合循环热电联供系统 中的各个分设备现场安装传感器来采集的设备状态参数，例如大气压力、大气温度、大气湿 度、各分设备工质的进口温度、进口压力、出口温度、出口压力、工作压力和流量等。这些参 数被送到电站控制系统，根据现有的理论模型计算或确定各分设备的工作性能，这些现有 的理论模型是根据热力学原理对电厂的锅炉，汽轮机等设备进行焓值、熵值计算，以此来确 定能量流动、传递、损失的情况。现有的理论模型已经在多种论文中发表过，因此这里就不 再进行详细描述。[0022] 上述的参数采集以及处理的过程由热流图显示仪实现。参考图2所示，图2是本 实用新型中燃气-蒸汽联合循环热电联供系统的热流图显示仪原理示意图。该热流图显示 仪包括 DCS现场取样和预处理装置21，实时采集燃气-蒸汽联合循环热电联供系统中各 个设备的状态参数； 工业实时数据库22，连接到DCS现场取样和预处理装置21，存储实时采集的燃
气_蒸汽联合循环热电联供系统中各个设备的状态参数；工业实时数据库22将现场数据采
集单元实时测量到的信号(即各分设备的状态参数)按照一定的规则存储起来； 0PC客户端23，连接到工业实时数据库22，从工业实时数据库中22提取0PC数据； 运算模型装置24，连接到OPC客户端23，基于OPC数据进行模型运算； 热流图显示装置25，连接到运算模型装置24，根据运算模型装置24的输出数据显
示热流图； 历史数据库26，连接到运算模型装置24，保存运算模型装置24的输出数据； OPC服务器27，连接到历史数据库26，提取历史数据库26中保存的数据并制作成 OPC数据，该OPC服务器27还连接到工业实时数据库22，向工业实时数据库22保存由于通 过运算模型后产生新的OPC数据。 工业实时数据库22、0PC客户端23、运算模型装置24、热流图显示装置25、历史数
据库26、 OPC服务器27都接入局域网，因此可以实现互相之间的通信。 燃气-蒸汽联合循环热电联供系统运行的监控和管理一般都采用分布式控制系
统(DCS)实现。DCS系统是一种以工控机和智能I/0为基础，具有完全模块化的多级结构休
系，其一般划分为现场级、控制级、监控级和管理级等层次，各层之间以通信网络为连接纽
带。现场级队现场信号(温度、压力、流量、转速等)进行处理，完成现场控制功能。控制级
集控制与监测功能于一体，是一个完整的小系统，进而组合成中大规模的系统，它可由工控
机或智能控制器(PLC智能调节器)组成，对信号实现编程、优化计算和监控。监控级全面
管理和监督系统各级的工作状态，以动画、图形、曲线、系统总貌组态等方式显示各工作工
次和各控制回路的动作状体，提供全面的各类运行、监督信息及优化控制算法。管理级主要
通过网络连接，作为企业综合管理网络中的工作站，组成局域网共享有关信息，供生产管理
和决策之用。 由上可见，现场数据采集单元的信号采集功能实际上是DCS系统功能的一个子 集，因此在本实施例中，可将现场数据采集单元视为一个从DCS系统中抽象出来的实现现 场信号测量的功能实体。 用户可以通过热流图显示仪调用模型运算器对电站的能量流动、传递、损失、利用
进行实时、远程的查看，并且可以对每个分设备可以定量的查看当前的热流变化。 运算模型装置每隔20秒自动的从OPC客户端获取数据，然后进行模型计算，然后
利用现有的数据库引擎将计算结果存回历史数据库中。 0PC服务器可以每隔20秒从历史数据库中自动获取各个计算量结果，然后通过 OPCLINK传回到工业实时数据库中保存。这样可以让其他系统脱离该系统，直接在工业实时 数据库上查看历史运行结果。 图3a和图3b是本实用新型的燃气_蒸汽联合循环热电联供系统的热流图显示仪的外形图。其中图3a是正面的视图而图3b是背面的视图。参考图3所示，该热流图显示 仪的外形可以设计为如下形式，包括 在所显示的示意图中，热流图显示仪包括触摸屏31、固定槽32、按钮33、电源开 关34、扬声器35、散热孔36、 RJ45网线插槽37，外接串行接口 38、铭牌39、扩展槽310。参 考图3a所示的热流图显示仪的外形正面，包括了触摸屏31，扬声器35。顶部为触摸屏的可 供用户进行选择的按钮33，例如电源开关，音量大小，图像调整。图3b为热流图显示仪的 背面的各种接口 ，包括RJ45网线插槽37，外接串行接口 38，触摸屏的固定槽，还可以对其进 行扩展功能的扩展槽310。 图4是本实用新型的燃气-蒸汽联合循环热电联供系统热流图显示仪的电路连接 图。如图4所示，热流图显示仪的一个实施例的电路连接包括16个模拟按钮41、VGA显示 芯片42、 MAC(介质访问控制)网卡芯片43、 MCU多点控制单元44、 LED指示灯45、 JTAG边 界扫描和故障检测芯片46、 EEPROM可擦写存储芯片47，蜂鸣器电路48、 RS232串行通信电 路49、无线网卡芯片410，上述的部件组成一个电路板。MCU多点控制单元44作为中央处理 单元，还有一块局域网网卡模块用于连接局域网网络连接，MAC网卡芯片43用于无线数据 接收发送。上述的各个部件之间通过总线进行关联，通信数据。 图4中的MAC网卡芯片43负责从以太网中接收运算模型服务器计算出来的相关 数据和指标，然后经过MCU多点控制单元44的处理可以用于动态显示热流图。VGA显示芯 片42用于外联大屏幕显示器，无线网卡芯片410来与MAC网卡芯片43的功能相同，只不过 是采用无线技术来接收运算模型服务器计算出来的相关数据。模拟按钮41就是针对触摸 屏上的选择而设定的模拟按钮模块，可以相应各种实时的要求。LED指示灯45、 JTAG边界 扫描和故障检测芯片46、 EEPROM可擦写存储芯片47，蜂鸣器电路48、 RS232串行通信电路 49都是构成触摸屏显示仪的必备电路模块。 用户可以通过热流图显示仪调用模型运算器对电站的能量流动、传递、损失、利用 进行实时、远程的查看，并且可以对每个分设备可以定量的查看当前的热能情况。每个分 设备根据热力学原理都可以计算出相应的焓值、熵值等代表能量分布、流动、传递、损失的 数据。然后这些数据是通过运算模型服务器计算出后传输到热流图显示仪器上的，都可以 数字化实时查看。由于输入数据是从DCS实时传输然后进行计算后得到的，所以所有的这 些表达能量流动的数据可以实时显示在热流图显示仪上，然后达到实时在线监控设备的目 的。 在本实施例中，工业实时数据库、模型运算装置、0PC客户端、OPC服务器、历史数 据库、热流图显示仪通过局域网连接在一起，但是其中热流图显示仪也可以通过蓝牙，红外 线，WIFI无线技术实现远程连接查看实时热能变化。 本实用新型运用热力发电厂原理，在线计算燃气-蒸汽联合循环热电联供系统各 分设备能量消耗、能量转换、能量传递、能量有效输出及其损失的大小；热流图显示仪实时 动态分颜色显示符合该系统的工作原理及其工艺流程的热流图。本实用新型的有益效果 是，可以根据运行人员需要操作键盘或触摸屏，选择需要显示的燃气-蒸汽联合循环热电 联供系统中每一个分设备的能量利用、损失，及其主要状态参数。采用这种方式可以有效的 定量分析各分设备的技术完善程度，开展企业节能减排的精细化管理。
权利要求一种燃气-蒸汽联合循环热电联供系统的热流图显示仪，其特征在于，该热流图显示仪包括DCS现场取样和预处理装置(21)，实时采集燃气-蒸汽联合循环热电联供系统中各个设备的状态参数；工业实时数据库(22)，连接到所述DCS现场取样和预处理装置(21)，存储实时采集的燃气-蒸汽联合循环热电联供系统中各个设备的状态参数；OPC客户端(23)，连接到所述工业实时数据库(22)，从工业实时数据库中(22)提取OPC数据；运算模型装置(24)，连接到OPC客户端(23)，基于OPC数据进行模型运算；热流图显示装置(25)，连接到运算模型装置(24)，根据运算模型装置(24)的输出数据显示热流图；历史数据库(26)，连接到运算模型装置(24)，保存运算模型装置(24)的输出数据；OPC服务器(27)，连接到历史数据库(26)，提取历史数据库(26)中保存的数据并制作成OPC数据，该OPC服务器(27)还连接到工业实时数据库(22)，向工业实时数据库(22)保存所制作的OPC数据。
2. 如权利要求1所述的燃气_蒸汽联合循环热电联供系统的热流图显示仪，其特征在 于，所述的热流图显示仪通过RJ45接口连接到局域网，通过局域网连接到燃气_蒸汽联合 循环热电联供系统。
专利摘要本实用新型揭示了一种燃气-蒸汽联合循环热电联供系统的热流图显示仪，该热流图显示仪包括DCS现场取样和预处理装置，实时采集燃气-蒸汽联合循环热电联供系统中各个设备的状态参数；工业实时数据库，存储实时采集的燃气-蒸汽联合循环热电联供系统中各个设备的状态参数；OPC客户端，从工业实时数据库中提取OPC数据；运算模型装置，基于OPC数据进行模型运算；热流图显示装置，根据运算模型装置的输出数据显示热流图；历史数据库，保存运算模型装置的输出数据；OPC服务器，提取历史数据库中保存的数据并制作成OPC数据，该OPC服务器还连接到工业实时数据库，向工业实时数据库反馈所制作的OPC数据。
文档编号G05B19/418GK201540482SQ20092020883
公开日2010年8月4日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者余正环, 徐广强, 杜海舟, 石奇光, 赵林凤, 陈又申, 顾立群 申请人:宝山钢铁股份有限公司;上海电力学院