面向余热锅炉的节能潜力分析系统的设计与实现
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摘要：为提高余热锅炉节能潜力，本文提出了将本体建模技术应用到节能潜力分析中，并采用开发基于B/S的节能潜力分析系统。该文对该系统在某厂余热锅炉的应用做了实例分析，为企业节能改造提供决策依据。
关键词：节能潜力；本体建模；
中图分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：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 . 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；
近年砉家能源紧缺，政府大力倡导企业开展生产过程的节能减排工作，并对高能耗企业节能指标提出了较高的要求。随着余热回收技术快速发展，工业的余热回收项目成本大幅度降低，同时余热回收效率不断提高，为企业余热回收工作提供了良好的条件。在这样的形势和技术条件下，许多企业开始针对余热回收开展研究工作，不但能完成企业的节能减排任务，同时也能为企业本身创造可观的经济效益。
本文通过分析企业采集的余热锅炉海量工况运行数据，利用本体建模技术，发掘数据之间的内在联系，并构建工艺参数模型，进而分析并优化余热锅炉的工况运行参数，为节能改造提供决策依据。
1 系统设计
1.1 系统基本架构
系统设计遵守高内聚低耦合的设计模式，把系统分为数据层、业务层和表示层，如图1所示，具体描述如下：
1）数据层。主要实现余热锅炉数据的快速接入、一致性存储和数据预处理，数据包括静态的余热锅炉信息描述和动态的余热锅炉运行过程中产生海量工况运行数据，为业务层提供基础数据；
2）业务层。主要根据需求实现系统的业务功能，包括本体建模、工艺模型构建、工艺模型管理、工艺参数配置和工艺优化；
3）表示层。主要实现系统与用户的交互。
1.2 系统业务流程
根据系统的基本架构对系统业务流程进行设计，主要包括数据采集、数据预处理、本体模型构建、本体查询、工艺参数模型构建、工艺优化，如图2所示。
首先，对余热锅炉采集数据进行预处理，采集数据主要分为动态数据和静态数据。动态数据是指设备运行过程中产生的海量工况数据，比如给水流量、蒸汽流量等；静态数据是指设备本身具有属性数据，比如设备型号、设备功率的等。用户对这些基本数据进行预处理，主要是对数据进行清洗和转换，去除噪声和无关数据，把采集数据转换成适合数据分析的形式。
其次，根据对余热锅炉的研究将余热锅炉本体模型分为四大类，分别为余热锅炉结构信息、余热锅炉基本参数、余热锅炉系统信息、余热锅炉产品信息。其中，余热锅炉结构信息和余热锅炉基本参数包含余热锅炉设备描述相关信息，余热锅炉系统信息和余热锅炉产品信息包含设备运行过程中采集数据的存储信息。本体模型构建完成后即可进行本体查询，查询得到动态数据显示存储位置，静态数据显示实例数据。
然后，从本体模型中提取相关数据构建工艺参数模型，本文以分析主蒸汽流量为例，将主蒸汽流量作为模型输出量，主蒸汽温度、主蒸汽压力、汽包水位、给水流量、给水温度、入口烟气温度和出口烟气温度为输入量，选择神经网络构建工艺参数模型。
最后，为模型设置约束条件，以得到最大主蒸汽流量为目标（回收蒸汽1万t，相当于节约标煤0.1032万t；减排CO2 0.2579万t），选择遗传算法对工艺参数模型进行寻优，得到最优工况参数。分析余热锅炉节能率具体公式如下：
T=0.103[×]S
[η=Tj-TiTi×100%]
其中，[T]为年节约吨标煤，[S]为年产蒸汽量，[η]为节能率，[Ti]为优化前的年节约吨标煤，[Tj]为优化后的年节约吨标煤。
2系统功能设计与实现
面向余热锅炉的大数据节能潜力分析系统由五个模块组成，具体功能描述如下：
1）本体模型。该模块实现本体模型导入与查看，如图3所示，其中本体模型涵盖余热锅炉的结构、参数、产品等类的各项属性，本体模型与数据库数据实现映射，用户可以根据需求选择本体查看实例数据，为节能潜力分析提供数据基础。
2）工艺模型构建。该模型为用户构建模型提供接口，用户可按需求选择工艺模型的输入量、输出量和算法。本文以余热锅炉主蒸汽流量作为输出量为例，根据本体模型获得影响主蒸汽流量的工况参数作为输入量，选择神经网络模型算法，构建工艺参数模型。
3）工艺模型管理。该模块实现对构建出的工艺参数模型的查看与删除，用户可查看不同模型的具体信息。
4）工艺参数配置。该模块实现对工况参数阈值的设定，为工艺优化模块寻找最优主蒸汽流量设定约束条件。
5）工艺优化。该模块通过遗传算法实现工艺优化，本文以发掘余热锅炉节能潜力为目的，提高锅炉主蒸汽流量，由遗传算法可获得主蒸汽流量最大时的工况参数，并为不同模型优化得到结果提供对比功能，为企业优化工况参数提供科学的支撑。由图4得工艺参数优化后余热锅炉年产蒸汽量可升到5.47万吨，相当于节约标煤0.56万吨，节能率提升了9.8%，可以大大提升企业效益。
3 结束语
本文通过研究余热炉，提出将本体建模技术应用到余热锅炉节能潜力分析中，并完成基本架构设计，业务流程设计和系统功能设计与实现。通过分析余热锅炉结构信息、余热锅炉基本参数、余热锅炉系统信息、余热锅炉产品信息，构建余热锅炉本体模型，实现动态数据和静态数据的本体查询，并以分析主蒸汽流量为例，构建工艺参数模型，利用遗传算法获得最优工况参数，大大提高余热锅炉节能潜力，为企业节能减排工作提供决策依据。
参考文献：
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