专利名称：一种造纸厂热电联产能量系统优化系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种制浆造纸厂热电联产能量系统优化系统，特别涉及具有大于 等于两台锅炉或两套汽轮发电机组的大、中型制浆造纸厂的热电联产能量系统优化系统。
背景技术：
造纸业是资源和能源消费型产业，随着我国国民经济的快速发展，造纸产品消费 迅速增长，市场需求逐年扩大。造纸工业已被国家发改委列为九大高耗能重点监管行业之 一。热电联产系统是制浆造纸企业的重要组成部分，它的安全、稳定运行是企业安全、稳定、 长期运行的基础。通常，热电联产系统由多台锅炉和汽轮机组组成，在满足生产用电的条件 下，锅炉产汽或汽轮机抽出或排出的蒸汽供工艺过程所需热量。由于产品种类、生产量、生 产状况、市场销售和季节性的变化等原因，蒸汽用量和用电量都会随之发生变化。与大型热电厂和火电厂所采用的单元式机组不同，在造纸企业热电联产系统通常 是采用母管制的热力系统。在实际条件下，多数系统在设计时新蒸汽的压力等级均相同，所 有的锅炉并联到热力系统母管中。母管制热力系统的最大特点是锅炉、汽轮机彼此独立，即 某台锅炉所产生的蒸汽不与相应的汽轮机直接相连，而是和系统中所有同等级的蒸汽一起 提供给蒸汽母管，然后再通过管道将蒸汽输送给系统中的各种用汽设备及外界用户。母管 制的结构下，锅炉系统和汽轮机系统之间仅仅通过锅炉总产汽量相联系，在锅炉系统总产 汽量不变的条件下，下游汽轮机的负荷不会再受到上游某台锅炉负荷的变化的影响，单元 式机组汽机与锅炉之间单纯的串联关系消除了，从运行优化的角度考虑，系统的自由度增 加了，因而也就增加了热力系统的可操作性。通常，热电联产系统需向制浆、造纸工艺过程提供动力、电力、热能、蒸汽等能量。 由于产品的多元化，因此为了有效利用能源，需要合理利用生产过程中产生的各种压力等 级的蒸汽或者供应各种压力等级的蒸汽来满足生产需要。制浆和造纸生产异常出现都会影响热电联产系统的运行。通常，相对于运行是否 经济，热电厂工程师们更关心生产是否正常、稳定。制浆、造纸生产局部改变或是异常的出 现，工程师们做出的被动调节通常使热电联产系统处在一个不经济的运行状态。因此，在 满足工艺过程加工量、产品方案、气候、季节等因素变化引起的蒸汽和电力需求变化的条件 下，如何使系统最经济的运行操作，已成为当务之急。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服目前热电联产能量系统人工调节的不科学性，改变目 前该系统运行不经济的情况，提供一种适合于具备大于等于两台锅炉或两套汽轮发电机组 的大、中型制浆造纸厂的热电联产能量系统优化系统。通过该系统，可实现热电联产能量系 统的经济运行和自动调节。为实现本实用新型的目的采用的技术方案一种造纸厂热电联产能量系统优化系 统，其特征是，包括[0008]用于采集各部门对蒸汽、电能的需求数据并存储到实时数据库中的数据采集系 统；用于存储和传输数据采集系统采集到的数据的实时数据库；用于存储和传输优化所需数据及优化后结果数据的关系数据库；用于对关系数据库中存储的生产过程的物料流进行模拟并将模拟结果存储在关 系数据库的物料流模拟模型库；用于将关系数据库中存储的生产过程的能流数据结合物料流模拟模型库的模拟 结果进行模拟并将模拟结果存储在关系数据库中的能流模拟模型库；用于根据能流模拟模型库的模拟结果对生产过程中的能流进行优化并将优化结 果反馈到人机交互界面用以显示、监测，同时将优化结果存储到关系数据库，以便现场监控 系统提取有关数据对相关设定值进行赋值以优化系统运行的能流优化模型库；用于生产调度人员与实时数据库、关系数据库和能流优化模型库进行人机交互的 人机交互界面；所述数据采集系统与实时数据库相互连接；实时数据库与关系数据库相互连接； 关系数据库分别与能流模拟模型库、物料流模拟模型库和人机交互界面相互连接；关系数 据库还与输入设备运行状态数据和排产计划信息的人工输入端口相连接；物料流模拟模型 库与能流模拟模型库相连接；能流模拟模型库与能流优化模型库相互连接；能流优化模型 库与人机交互界面相互连接；人机交互界面还与实时数据库相互连接。为了更好地实现本实用新型，所述数据采集系统包括设置在生产和生活辅助车间 的SCADA、PLC和DCS系统及数据采集仪；数据采集仪采集的数据是未安装SCADA、PLC、DCS 系统的部分车间对蒸汽、电能的需求数据，该部分数据现场采集后手动输入至实时数据库。所述能流优化模型库包括通过对汽轮机系统建立优化模型并求解得出汽轮机系统能量优化方案的汽轮机 系统优化模型库；通过对锅炉系统建立优化模型并求解得出锅炉系统能量优化方案的锅炉系统优 化模型库；所述汽轮机系统优化模型库的输出连接锅炉系统优化模型库的输入。所述人机交互界面包括设置在锅炉机组车间的PC机、设置在汽轮机组车间的PC 机和造纸厂中心调度室的PC机。所述实时数据库通过以太网从数据采集系统采集相关数据并存储。上述的造纸厂热电联产能量系统优化系统的工作方法，包括如下步骤第一步，由数据采集系统采集各部门对蒸汽、电能的需求信息，存入实时数据库， 供关系数据库和人机交互客户端调用，关系数据库根据需求从实时数据库中读取相关数据 并存储在关系数据库，订单排产计划和生产维护计划也通过人工输入端口输入并存储在关 系数据库中，供能流模拟模型库、物料流模拟模型库和人机交互客户端调用；第二步，物料流模拟模型库从关系数据库中读取相关的数据进行模拟计算，把计 算结果存储到关系数据库中并传输到能流模拟模型库；能流模拟模型库从关系数据库中读 取相关的数据，结合物料流模拟模型库的计算结果进行模拟计算，把计算结果存储到关系 数据库中并传输到能流优化模型库；能流优化模型库中的汽轮机系统优化模型库读取能流模拟模型库的计算结果，并从关系数据库中读取造纸厂相关设备运行状态及订单排产计 划、生产维护计划的相关数据，对汽轮发电机组进行优化运行计算，得到汽轮机系统所需最 小耗气量，存储到关系数据库中；能流优化模型库中的锅炉优化模型库根据汽轮机系统优 化模型库计算得到的汽轮机系统所需最小耗汽量，从而得到锅炉系统所必须的产汽量，以 此作为对锅炉系统的外界约束，结合关系数据库中造纸厂相关设备运行状态及订单排产计 划、生产维护计划的相关数据，以耗煤量最小为目标，对锅炉机组进行优化运行计算，将优 化结果存储到关系数据库；第三步，人机交互界面通过以太网从实时数据库和关系数据库中读取相关数据， 并显示能流优化模型数据库计算结果、能耗关键指标，同时可安装打印机打印相关信息；同 时，SCADA、DCS等现场监控系统从关系数据库获得优化结果，在AUTO模式下对相关设定值 进行赋值即可自动实现优化功能。上述工作方法中，所述第二步中对汽轮发电机组或锅炉机组进行优化运行计算是 指采用eTMS程序(注该程序已获取软件著作权登记，登记号为2009SR09023)对汽轮机系 统优化模型或锅炉系统优化模型进行求解。本实用新型的工作原理是这样的数据采集系统，除用于采集各种需要监测的数 据将它们存储到实时数据库中外，还从关系数据库获取优化信息在AUTO模式下实现自动 优化功能；物料流模拟模型库、能流模拟模型库、能流优化模型库通过调用实时数据库和关 系数据库中的数据，进行分析、优化并将相关信息存储在关系数据库中；锅炉机组PC机、汽 轮机组PC机、造纸厂中心调度PC机等组成的人机交互界面负责显示、监测优化后的结果 及能耗、能效数据并可将相关报表用打印机打出来。数据采集系统，包括用于制浆造纸、热 电车间、水处理车间及生产辅助车间、办公，宿舍、食堂等部门的SCADA、PLC、DCS采集系统 的数据的采集，还包括利用数据采集仪对其它现场相关数据的采集，其将采集的数据存储 到实时数据库中；为进一步处理，实时数据库中部分数据同时存储到关系数据库中，同时将 订单排产计划、生产维护计划等信息也存储在关系数据库中；物料流模拟模型库通过与关 系数据库的交互，对生产过程的物料流进行模拟并将模拟结果存储在关系数据库中；能流 模拟模型库通过与关系数据库的交互，对生产过程的能流进行模拟并将模拟结果存储在关 系数据库中；能流优化模型库在能流模拟模型库的基础上，对生产过程中的能流进行优化 将将相关信息反馈给人机交互界面，以供显示、监测，同时将优化结果存入关系数据库以便 SCADA、DCS等现场监控系统调用；对于那些不需要分析、优化、调度的信息，可以直接通过 人机交互界面与历史数据库交互，展示给用户。能流优化模型是在物料流模型和能流模型的基础上结合汽轮机和锅炉等能量转 换设备的运行工况建立的数学规划模型，它在满足工艺生产用能的条件下实现系统耗能的 最小化或是在耗能不变的前提下实现利润的最大化，从而提高能效。物料流模拟模型建立原理如下物料流是从原料市场经过原料采购(含辅料和助剂等)、储运(含原料、辅料、助 剂、中间产品、产品和副产品等)、加工和产品销售(含副产品)等到产品市场的演变过程。 加工过程是整个物料过程的核心部分，包括分离系统、混合系统、反应系统等。在这个过程 中，原料总量与产品总量、储运损失量、加工损失量和废物排放量之间符合质量守恒定律， 其实质也就是分离、混合、反应过程的结合。[0032]通常，物料在分离和混合过程，设备位置及大小都不随时间变化，如
图1所示，它 两足
权利要求一种造纸厂热电联产能量系统优化系统，其特征是，包括用于采集各部门对蒸汽、电能的需求数据并存储到实时数据库中的数据采集系统；用于存储和传输数据采集系统采集到的数据的实时数据库；用于存储和传输优化所需数据及优化后结果数据的关系数据库；用于对关系数据库中存储的生产过程的物料流进行模拟并将模拟结果存储在关系数据库的物料流模拟模型库；用于将关系数据库中存储的生产过程的能流数据结合物料流模拟模型库的模拟结果进行模拟并将模拟结果存储在关系数据库中的能流模拟模型库；用于根据能流模拟模型库的模拟结果对生产过程中的能流进行优化并将相关信息反馈到人机交互界面用以显示、监测和提供调度提示的能流优化模型库；用于生产调度人员与实时数据库、关系数据库和能流优化模型库进行人机交互的人机交互界面；所述数据采集系统与实时数据库相互连接；实时数据库与关系数据库相互连接；关系数据库分别与能流模拟模型库、物料流模拟模型库和人机交互界面相互连接；关系数据库还与输入设备运行状态数据和排产计划信息的人工输入端口相连接；物料流模拟模型库与能流模拟模型库相连接；能流模拟模型库与能流优化模型库相互连接；能流优化模型库与人机交互界面相互连接；人机交互界面还与实时数据库相互连接。
2.根据权利要求1所述的造纸厂热电联产能量系统优化系统，其特征是，所述数据采 集系统包括设置在生产和生活辅助车间的SCADA、PLC和DCS系统及数据采集仪。
3.根据权利要求1所述的造纸厂热电联产能量系统优化系统，其特征是，所述能流优 化模型库包括通过对汽轮机系统建立优化模型并求解得出汽轮机系统能量优化方案的汽轮机系统 优化模型库；通过对锅炉系统建立优化模型并求解得出锅炉系统能量优化方案的锅炉系统优化模 型库；所述汽轮机系统优化模型库的输出连接锅炉系统优化模型库的输入。
4.根据权利要求1所述的造纸厂热电联产能量系统优化系统，其特征是，所述人机交 互界面包括设置在锅炉机组车间的PC机、设置在汽轮机组车间的PC机和造纸厂中心调度 室的PC机。
5.根据权利要求1所述的造纸厂热电联产能量系统优化系统，其特征是，所述实时数 据库通过以太网从数据采集系统采集相关数据并存储。
专利摘要本实用新型公开了一种造纸厂热电联产能量系统优化系统，该系统由数据采集系统、实时数据库、关系数据库、物料流模拟模型库、能流模拟模型库、能流优化模型库和人机交互界面相互连接组成；该系统通过数据采集系统采集能耗的关键数据存入关系数据库，由物料流模拟模型库、能流模拟模型库和能流优化模型库调用关系数据库中的数据进行优化，优化结果存入关系数据库中，由SCADA、DCS等现场控制系统调用自动进行系统的优化。利用本实用新型的系统可实现热电联产能量系统的经济运行，有效节约能源，降低运行成本或提高利润。
文档编号G05B19/418GK201716569SQ20092026359
公开日2011年1月19日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者刘焕彬, 周艳明, 尹勇军, 张占波, 李继庚, 陶劲松 申请人:华南理工大学