專利名稱：燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統的熱流圖顯示儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及火力發電設備領域，尤其涉及燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統
的熱流圖顯示儀器。
背景技術：
燃氣-蒸汽輪機聯合循環熱電聯供系統就是一項先進的供能技術。它首先利用天 然氣燃燒產生的高溫燃氣在燃汽輪機中做功，將一部分熱能轉變為高品位的電能，再利用 燃汽輪機排氣中的余熱，由常規汽輪機進一步發出部分電能，同時供熱和制冷等。從而實現 了能源的高效梯級利用，也降低了燃氣供熱的成本。當今的燃氣輪機聯合循環熱電聯供系 統熱效率高、比投資低、排污指標低、建設周期短、占地和用水量少、起動靈活、自動化程度 高，已在世界上得到了廣泛的應用。我國，在國家西部大開發戰略指引下，"西氣東輸"，以及 "潔凈煤燃燒發電技術"等重大工程的開展，使得燃氣-蒸汽輪機聯合循環熱電聯供系統進 入一個新的發展時期，應用前景廣闊，也是國家電力工業可持續發展戰略中的重要組成部 分。 目前，開展燃氣——蒸汽聯合循環熱電聯供系統在線多因素優化運行分析，進一 步提高經濟運行水平，降低燃氣能耗，研究和開發一種燃氣_蒸汽聯合循環熱電聯供系統 熱流圖顯示儀是該領域的一個空白熱流圖顯示儀可以動態實時顯示能量流動情況，可以直 觀形象地、定量表明燃氣_蒸汽聯合循環熱電聯供系統的能量消耗、能量轉換、能量傳遞、 能量有效輸出及其損失分布。對于電廠運行人員和管理人員都有一定的參考指導意義。
實用新型內容本實用新型揭示一種燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統的熱流圖顯示儀，熱流圖 顯示儀包括 DCS (分布式控制系統，下同)現場取樣和預處理裝置，實時采集燃氣_蒸汽聯合循 環熱電聯供系統中各個設備的狀態參數； 工業實時數據庫，連接到所述DCS現場取樣和預處理裝置，存儲實時采集的燃 氣_蒸汽聯合循環熱電聯供系統中各個設備的狀態參數； 0PC(0PC是一個基于MS Windows下的分布式組件的數據交換協議，下同)客戶端，
連接到所述工業實時數據庫，從工業實時數據庫中提取0PC數據； 運算模型裝置，連接到0PC客戶端，基于0PC數據進行模型運算； 熱流圖顯示裝置，連接到運算模型裝置，根據運算模型裝置的輸出數據顯示熱流
圖； 歷史數據庫，連接到運算模型裝置，保存運算模型裝置的輸出數據； 0PC服務器，連接到歷史數據庫，提取歷史數據庫中保存的數據并制作成0PC數
據，該OPC服務器還連接到工業實時數據庫，向工業實時數據庫(22)保存所制作的OPC數據。[0012] 該熱流圖顯示儀通過RJ45接口連接到局域網，通過局域網連接到燃氣_蒸汽聯合 循環熱電聯供系統。 本實用新型運用熱力發電廠原理，在線計算燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統各 分設備能量消耗、能量轉換、能量傳遞、能量有效輸出及其損失的大小；熱流圖顯示儀實時 動態分顏色顯示符合該系統的工作原理及其工藝流程的熱流圖。本實用新型的有益效果 是，可以根據運行人員需要操作鍵盤或觸摸屏，選擇需要顯示的燃氣-蒸汽聯合循環熱電 聯供系統中每一個分設備的能量利用、損失，及其主要狀態參數。采用這種方式可以有效的 定量分析各分設備的技術完善程度，開展企業節能減排的精細化管理。
圖1是本實用新型中燃氣_蒸汽聯合循環熱電聯供系統的結構示意圖。 圖2是本實用新型中燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統的熱流圖顯示儀原理示意圖。 圖3a和圖3b是本實用新型的燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統的熱流圖顯示儀 的外形圖。 圖4是本實用新型的燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統熱流圖顯示儀的電路連接 圖。
具體實施方式首先參考圖l，圖l揭示了本實用新型中燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統的結構 示意圖，采用煤氣作為燃氣。為此，燃氣壓縮機15包括高壓煤氣壓縮機(未畫出)和低壓 煤氣壓縮機(未畫出)，它們與空氣壓縮機14都由燃氣輪機11或汽輪機12帶動。 所謂燃氣-蒸汽聯合循環發電，實際上是燃氣發電和蒸汽發電的組合。參考圖l 所示的典型的燃氣-蒸汽聯合循環發電站的結構示意圖。燃氣-蒸汽聯合循環發電站包括 燃氣輪機(透平或動力渦輪)11、汽輪機12、發電機13、空氣壓縮機14、燃氣壓縮機15、燃燒 室16、余熱鍋爐17和管道18，其中，燃氣輪機11、發電機13、余熱鍋爐17、汽輪機12共同組 成循環系統，空氣壓縮機14和燃氣壓縮機在燃氣輪機11或汽輪機帶動下轉動，管道18將 余熱鍋爐17的蒸汽輸送至汽輪機12。 圖1所使的燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統的工作原理為，空氣壓縮機14將空 氣送入燃燒室16，與此同時，燃氣由燃氣壓縮機15送入燃燒室16與高溫壓縮空氣混合，在 定壓下進行燃燒。生成的高溫高壓煙氣進入燃氣輪機11膨脹作功，推動動力葉片高速旋 轉，高溫高壓煙氣通過余熱鍋爐17回收轉換為蒸汽，經管道18將蒸汽注入汽輪機12發電。 為了能夠實時監控電站的運行狀況，一般都在燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統 中的各個分設備現場安裝傳感器來采集的設備狀態參數，例如大氣壓力、大氣溫度、大氣濕 度、各分設備工質的進口溫度、進口壓力、出口溫度、出口壓力、工作壓力和流量等。這些參 數被送到電站控制系統，根據現有的理論模型計算或確定各分設備的工作性能，這些現有 的理論模型是根據熱力學原理對電廠的鍋爐，汽輪機等設備進行焓值、熵值計算，以此來確 定能量流動、傳遞、損失的情況。現有的理論模型已經在多種論文中發表過，因此這里就不 再進行詳細描述。[0022] 上述的參數采集以及處理的過程由熱流圖顯示儀實現。參考圖2所示，圖2是本 實用新型中燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統的熱流圖顯示儀原理示意圖。該熱流圖顯示 儀包括 DCS現場取樣和預處理裝置21，實時采集燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統中各 個設備的狀態參數； 工業實時數據庫22，連接到DCS現場取樣和預處理裝置21，存儲實時采集的燃
氣_蒸汽聯合循環熱電聯供系統中各個設備的狀態參數；工業實時數據庫22將現場數據采
集單元實時測量到的信號(即各分設備的狀態參數)按照一定的規則存儲起來； 0PC客戶端23，連接到工業實時數據庫22，從工業實時數據庫中22提取0PC數據； 運算模型裝置24，連接到OPC客戶端23，基于OPC數據進行模型運算； 熱流圖顯示裝置25，連接到運算模型裝置24，根據運算模型裝置24的輸出數據顯
示熱流圖； 歷史數據庫26，連接到運算模型裝置24，保存運算模型裝置24的輸出數據； OPC服務器27，連接到歷史數據庫26，提取歷史數據庫26中保存的數據并制作成 OPC數據，該OPC服務器27還連接到工業實時數據庫22，向工業實時數據庫22保存由于通 過運算模型后產生新的OPC數據。 工業實時數據庫22、0PC客戶端23、運算模型裝置24、熱流圖顯示裝置25、歷史數
據庫26、 OPC服務器27都接入局域網，因此可以實現互相之間的通信。 燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統運行的監控和管理一般都采用分布式控制系
統(DCS)實現。DCS系統是一種以工控機和智能I/0為基礎，具有完全模塊化的多級結構休
系，其一般劃分為現場級、控制級、監控級和管理級等層次，各層之間以通信網絡為連接紐
帶。現場級隊現場信號(溫度、壓力、流量、轉速等)進行處理，完成現場控制功能。控制級
集控制與監測功能于一體，是一個完整的小系統，進而組合成中大規模的系統，它可由工控
機或智能控制器(PLC智能調節器)組成，對信號實現編程、優化計算和監控。監控級全面
管理和監督系統各級的工作狀態，以動畫、圖形、曲線、系統總貌組態等方式顯示各工作工
次和各控制回路的動作狀體，提供全面的各類運行、監督信息及優化控制算法。管理級主要
通過網絡連接，作為企業綜合管理網絡中的工作站，組成局域網共享有關信息，供生產管理
和決策之用。 由上可見，現場數據采集單元的信號采集功能實際上是DCS系統功能的一個子 集，因此在本實施例中，可將現場數據采集單元視為一個從DCS系統中抽象出來的實現現 場信號測量的功能實體。 用戶可以通過熱流圖顯示儀調用模型運算器對電站的能量流動、傳遞、損失、利用
進行實時、遠程的查看，并且可以對每個分設備可以定量的查看當前的熱流變化。 運算模型裝置每隔20秒自動的從OPC客戶端獲取數據，然后進行模型計算，然后
利用現有的數據庫引擎將計算結果存回歷史數據庫中。 0PC服務器可以每隔20秒從歷史數據庫中自動獲取各個計算量結果，然后通過 OPCLINK傳回到工業實時數據庫中保存。這樣可以讓其他系統脫離該系統，直接在工業實時 數據庫上查看歷史運行結果。 圖3a和圖3b是本實用新型的燃氣_蒸汽聯合循環熱電聯供系統的熱流圖顯示儀的外形圖。其中圖3a是正面的視圖而圖3b是背面的視圖。參考圖3所示，該熱流圖顯示 儀的外形可以設計為如下形式，包括 在所顯示的示意圖中，熱流圖顯示儀包括觸摸屏31、固定槽32、按鈕33、電源開 關34、揚聲器35、散熱孔36、 RJ45網線插槽37，外接串行接口 38、銘牌39、擴展槽310。參 考圖3a所示的熱流圖顯示儀的外形正面，包括了觸摸屏31，揚聲器35。頂部為觸摸屏的可 供用戶進行選擇的按鈕33，例如電源開關，音量大小，圖像調整。圖3b為熱流圖顯示儀的 背面的各種接口 ，包括RJ45網線插槽37，外接串行接口 38，觸摸屏的固定槽，還可以對其進 行擴展功能的擴展槽310。 圖4是本實用新型的燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統熱流圖顯示儀的電路連接 圖。如圖4所示，熱流圖顯示儀的一個實施例的電路連接包括16個模擬按鈕41、VGA顯示 芯片42、 MAC(介質訪問控制)網卡芯片43、 MCU多點控制單元44、 LED指示燈45、 JTAG邊 界掃描和故障檢測芯片46、 EEPROM可擦寫存儲芯片47，蜂鳴器電路48、 RS232串行通信電 路49、無線網卡芯片410，上述的部件組成一個電路板。MCU多點控制單元44作為中央處理 單元，還有一塊局域網網卡模塊用于連接局域網網絡連接，MAC網卡芯片43用于無線數據 接收發送。上述的各個部件之間通過總線進行關聯，通信數據。 圖4中的MAC網卡芯片43負責從以太網中接收運算模型服務器計算出來的相關 數據和指標，然后經過MCU多點控制單元44的處理可以用于動態顯示熱流圖。VGA顯示芯 片42用于外聯大屏幕顯示器，無線網卡芯片410來與MAC網卡芯片43的功能相同，只不過 是采用無線技術來接收運算模型服務器計算出來的相關數據。模擬按鈕41就是針對觸摸 屏上的選擇而設定的模擬按鈕模塊，可以相應各種實時的要求。LED指示燈45、 JTAG邊界 掃描和故障檢測芯片46、 EEPROM可擦寫存儲芯片47，蜂鳴器電路48、 RS232串行通信電路 49都是構成觸摸屏顯示儀的必備電路模塊。 用戶可以通過熱流圖顯示儀調用模型運算器對電站的能量流動、傳遞、損失、利用 進行實時、遠程的查看，并且可以對每個分設備可以定量的查看當前的熱能情況。每個分 設備根據熱力學原理都可以計算出相應的焓值、熵值等代表能量分布、流動、傳遞、損失的 數據。然后這些數據是通過運算模型服務器計算出后傳輸到熱流圖顯示儀器上的，都可以 數字化實時查看。由于輸入數據是從DCS實時傳輸然后進行計算后得到的，所以所有的這 些表達能量流動的數據可以實時顯示在熱流圖顯示儀上，然后達到實時在線監控設備的目 的。 在本實施例中，工業實時數據庫、模型運算裝置、0PC客戶端、OPC服務器、歷史數 據庫、熱流圖顯示儀通過局域網連接在一起，但是其中熱流圖顯示儀也可以通過藍牙，紅外 線，WIFI無線技術實現遠程連接查看實時熱能變化。 本實用新型運用熱力發電廠原理，在線計算燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統各 分設備能量消耗、能量轉換、能量傳遞、能量有效輸出及其損失的大小；熱流圖顯示儀實時 動態分顏色顯示符合該系統的工作原理及其工藝流程的熱流圖。本實用新型的有益效果 是，可以根據運行人員需要操作鍵盤或觸摸屏，選擇需要顯示的燃氣-蒸汽聯合循環熱電 聯供系統中每一個分設備的能量利用、損失，及其主要狀態參數。采用這種方式可以有效的 定量分析各分設備的技術完善程度，開展企業節能減排的精細化管理。
權利要求一種燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統的熱流圖顯示儀，其特征在于，該熱流圖顯示儀包括DCS現場取樣和預處理裝置(21)，實時采集燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統中各個設備的狀態參數；工業實時數據庫(22)，連接到所述DCS現場取樣和預處理裝置(21)，存儲實時采集的燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統中各個設備的狀態參數；OPC客戶端(23)，連接到所述工業實時數據庫(22)，從工業實時數據庫中(22)提取OPC數據；運算模型裝置(24)，連接到OPC客戶端(23)，基于OPC數據進行模型運算；熱流圖顯示裝置(25)，連接到運算模型裝置(24)，根據運算模型裝置(24)的輸出數據顯示熱流圖；歷史數據庫(26)，連接到運算模型裝置(24)，保存運算模型裝置(24)的輸出數據；OPC服務器(27)，連接到歷史數據庫(26)，提取歷史數據庫(26)中保存的數據并制作成OPC數據，該OPC服務器(27)還連接到工業實時數據庫(22)，向工業實時數據庫(22)保存所制作的OPC數據。
2. 如權利要求1所述的燃氣_蒸汽聯合循環熱電聯供系統的熱流圖顯示儀，其特征在 于，所述的熱流圖顯示儀通過RJ45接口連接到局域網，通過局域網連接到燃氣_蒸汽聯合 循環熱電聯供系統。
專利摘要本實用新型揭示了一種燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統的熱流圖顯示儀，該熱流圖顯示儀包括DCS現場取樣和預處理裝置，實時采集燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統中各個設備的狀態參數；工業實時數據庫，存儲實時采集的燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯供系統中各個設備的狀態參數；OPC客戶端，從工業實時數據庫中提取OPC數據；運算模型裝置，基于OPC數據進行模型運算；熱流圖顯示裝置，根據運算模型裝置的輸出數據顯示熱流圖；歷史數據庫，保存運算模型裝置的輸出數據；OPC服務器，提取歷史數據庫中保存的數據并制作成OPC數據，該OPC服務器還連接到工業實時數據庫，向工業實時數據庫反饋所制作的OPC數據。
文檔編號G05B19/418GK201540482SQ20092020883
公開日2010年8月4日 申請日期2009年9月17日 優先權日2009年9月17日
發明者余正環, 徐廣強, 杜海舟, 石奇光, 趙林鳳, 陳又申, 顧立群 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司;上海電力學院