面向余熱鍋爐的節(jié)能潛力分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬瑤　戴毅茹　王堅(jiān)

摘要：為提高余熱鍋爐節(jié)能潛力，本文提出了將本體建模技術(shù)應(yīng)用到節(jié)能潛力分析中，并采用ASP.NET開(kāi)發(fā)基于B/S的節(jié)能潛力分析系統(tǒng)。該文對(duì)該系統(tǒng)在某廠余熱鍋爐的應(yīng)用做了實(shí)例分析，為企業(yè)節(jié)能改造提供決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：節(jié)能潛力；本體建模；ASP.NET

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044（2017）02-0232-02

Design and Implementation of Energy Saving Potential Analysis System for Waste Heat Boiler

MA Yao， DAI Yi-ru， WANG Jian

（CIMS Research Center，Tongji University，Shanghai 201804，China）

Abstract： To improve the energy saving potential of waste heat boiler， this paper puts forward the application of ontology modeling technology to the analysis of energy saving potential， and develops the energy saving potential analysis system based on B/S using ASP.NET. In this paper， the application of the system in a factory waste heat boiler is analyzed， which provides the basis for decision-making.

Key words： energy saving potential； ontology modeling technology； ASP.NET

近年來(lái)國(guó)家能源緊缺，政府大力倡導(dǎo)企業(yè)開(kāi)展生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能減排工作，并對(duì)高能耗企業(yè)節(jié)能指標(biāo)提出了較高的要求。隨著余熱回收技術(shù)快速發(fā)展，工業(yè)的余熱回收項(xiàng)目成本大幅度降低，同時(shí)余熱回收效率不斷提高，為企業(yè)余熱回收工作提供了良好的條件。在這樣的形勢(shì)和技術(shù)條件下，許多企業(yè)開(kāi)始針對(duì)余熱回收開(kāi)展研究工作，不但能完成企業(yè)的節(jié)能減排任務(wù)，同時(shí)也能為企業(yè)本身創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

本文通過(guò)分析企業(yè)采集的余熱鍋爐海量工況運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用本體建模技術(shù)，發(fā)掘數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，并構(gòu)建工藝參數(shù)模型，進(jìn)而分析并優(yōu)化余熱鍋爐的工況運(yùn)行參數(shù)，為節(jié)能改造提供決策依據(jù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)基本架構(gòu)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵守高內(nèi)聚低耦合的設(shè)計(jì)模式，把系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和表示層，如圖1所示，具體描述如下：

1）數(shù)據(jù)層。主要實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐數(shù)據(jù)的快速接入、一致性存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)預(yù)處理，數(shù)據(jù)包括靜態(tài)的余熱鍋爐信息描述和動(dòng)態(tài)的余熱鍋爐運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生海量工況運(yùn)行數(shù)據(jù)，為業(yè)務(wù)層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

2）業(yè)務(wù)層。主要根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能，包括本體建模、工藝模型構(gòu)建、工藝模型管理、工藝參數(shù)配置和工藝優(yōu)化；

3）表示層。主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與用戶的交互。

1.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

根據(jù)系統(tǒng)的基本架構(gòu)對(duì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、本體模型構(gòu)建、本體查詢、工藝參數(shù)模型構(gòu)建、工藝優(yōu)化，如圖2所示。

首先，對(duì)余熱鍋爐采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，采集數(shù)據(jù)主要分為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是指設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的海量工況數(shù)據(jù)，比如給水流量、蒸汽流量等；靜態(tài)數(shù)據(jù)是指設(shè)備本身具有屬性數(shù)據(jù)，比如設(shè)備型號(hào)、設(shè)備功率的等。用戶對(duì)這些基本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和轉(zhuǎn)換，去除噪聲和無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)，把采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合數(shù)據(jù)分析的形式。

其次，根據(jù)對(duì)余熱鍋爐的研究將余熱鍋爐本體模型分為四大類，分別為余熱鍋爐結(jié)構(gòu)信息、余熱鍋爐基本參數(shù)、余熱鍋爐系統(tǒng)信息、余熱鍋爐產(chǎn)品信息。其中，余熱鍋爐結(jié)構(gòu)信息和余熱鍋爐基本參數(shù)包含余熱鍋爐設(shè)備描述相關(guān)信息，余熱鍋爐系統(tǒng)信息和余熱鍋爐產(chǎn)品信息包含設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)信息。本體模型構(gòu)建完成后即可進(jìn)行本體查詢，查詢得到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)位置，靜態(tài)數(shù)據(jù)顯示實(shí)例數(shù)據(jù)。

然后，從本體模型中提取相關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)建工藝參數(shù)模型，本文以分析主蒸汽流量為例，將主蒸汽流量作為模型輸出量，主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、汽包水位、給水流量、給水溫度、入口煙氣溫度和出口煙氣溫度為輸入量，選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建工藝參數(shù)模型。

最后，為模型設(shè)置約束條件，以得到最大主蒸汽流量為目標(biāo)（回收蒸汽1萬(wàn)t，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤0.1032萬(wàn)t；減排CO2 0.2579萬(wàn)t），選擇遺傳算法對(duì)工藝參數(shù)模型進(jìn)行尋優(yōu)，得到最優(yōu)工況參數(shù)。分析余熱鍋爐節(jié)能率具體公式如下：

T=0.103[×]S

[η=Tj-TiTi×100%]

其中，[T]為年節(jié)約噸標(biāo)煤，[S]為年產(chǎn)蒸汽量，[η]為節(jié)能率，[Ti]為優(yōu)化前的年節(jié)約噸標(biāo)煤，[Tj]為優(yōu)化后的年節(jié)約噸標(biāo)煤。

2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

面向余熱鍋爐的大數(shù)據(jù)節(jié)能潛力分析系統(tǒng)由五個(gè)模塊組成，具體功能描述如下：

1）本體模型。該模塊實(shí)現(xiàn)本體模型導(dǎo)入與查看，如圖3所示，其中本體模型涵蓋余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、產(chǎn)品等類的各項(xiàng)屬性，本體模型與數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)映射，用戶可以根據(jù)需求選擇本體查看實(shí)例數(shù)據(jù)，為節(jié)能潛力分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2）工藝模型構(gòu)建。該模型為用戶構(gòu)建模型提供接口，用戶可按需求選擇工藝模型的輸入量、輸出量和算法。本文以余熱鍋爐主蒸汽流量作為輸出量為例，根據(jù)本體模型獲得影響主蒸汽流量的工況參數(shù)作為輸入量，選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型算法，構(gòu)建工藝參數(shù)模型。

3）工藝模型管理。該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)建出的工藝參數(shù)模型的查看與刪除，用戶可查看不同模型的具體信息。

4）工藝參數(shù)配置。該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)工況參數(shù)閾值的設(shè)定，為工藝優(yōu)化模塊尋找最優(yōu)主蒸汽流量設(shè)定約束條件。

5）工藝優(yōu)化。該模塊通過(guò)遺傳算法實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化，本文以發(fā)掘余熱鍋爐節(jié)能潛力為目的，提高鍋爐主蒸汽流量，由遺傳算法可獲得主蒸汽流量最大時(shí)的工況參數(shù)，并為不同模型優(yōu)化得到結(jié)果提供對(duì)比功能，為企業(yè)優(yōu)化工況參數(shù)提供科學(xué)的支撐。由圖4得工藝參數(shù)優(yōu)化后余熱鍋爐年產(chǎn)蒸汽量可升到5.47萬(wàn)噸，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤0.56萬(wàn)噸，節(jié)能率提升了9.8%，可以大大提升企業(yè)效益。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)研究余熱鍋爐，提出將本體建模技術(shù)應(yīng)用到余熱鍋爐節(jié)能潛力分析中，并完成基本架構(gòu)設(shè)計(jì)，業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過(guò)分析余熱鍋爐結(jié)構(gòu)信息、余熱鍋爐基本參數(shù)、余熱鍋爐系統(tǒng)信息、余熱鍋爐產(chǎn)品信息，構(gòu)建余熱鍋爐本體模型，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的本體查詢，并以分析主蒸汽流量為例，構(gòu)建工藝參數(shù)模型，利用遺傳算法獲得最優(yōu)工況參數(shù)，大大提高余熱鍋爐節(jié)能潛力，為企業(yè)節(jié)能減排工作提供決策依據(jù)。

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