[發明專利]一種玻璃基板生產水足跡核算與在線控制方法

有效

• 申請號: 201911145383.0
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110850831B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 龔先政;王宇龍;劉宇;李小青;孫博學;陳文娟;崔素萍;高峰
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

1.一種玻璃基板生產水足跡核算與在線控制方法，其特征在于：本方法基于企業玻璃基板生產的分散控制系統(Distributed Control System,DCS系統)，包括水足跡計量與模型在線控制兩部分，二者集成于中央控制計算機系統，依照具體算法與特定步驟而實現，具體步驟如下：

步驟1、建立一個以中央控制計算機為核心的玻璃基板生產水足跡的計量與模型在線控制系統，包括計量和模型在線控制兩大部分；

所述計量部分，設置以下流量計：

新鮮水流量計，安裝于水井處和供水管道，用來精確測量新鮮水補充量W_fresh；

循環水流量計，安裝于涼水池處，用來精確測量循環水使用量W_recycle，使用后循環水溫度會升高，其中一部分進入涼水池，降溫后經過中央水泵室再次進入生產系統循環使用；

外排水流量計，安裝于污水池處，用來測量外排水量W_out，外排水不進入涼水池，作為廢水進入污水池，經過處理后排出污水處理系統；

COD在線檢測儀，安裝于外排污水池處，用來測量污水處理系統的外排污水COD濃度C_COD，以計算污水處理系統的灰水足跡；

用水流量計，安裝在原料磨、熔窯、退火爐、冷卻塔、清洗系統取水處、研磨系統取水處、消防系統取水處，用來測量設備用水量；

所述模型在線控制部分用于建立算法以計算特定控制指標，并判斷控制指標的符合性以實現在線實時控制與優化；

設有效用水量為W_effect，主要包括冷卻設備的蒸發、生產用水，通過水量平衡計算，用式(1)表示：

W_effect＝W_fresh－W_out (1)

設用水總量為W_total，表示玻璃基板生產過程中的綜合用水量，即新鮮水補充量和循環水量之和，用式(2)表示：

W_total＝W_fresh+W_recycle (2)

設產品產量為P_out，基于DCS系統計量的單位小時產量，單位t/h；

設間接水足跡為WFP_ind，表示生產系統物料/能源消耗帶來的水足跡，基于DCS系統計量的所有物料/能源消耗量Amount_i與相應的水足跡系數factor_i相乘的累加求和，用式(3)表示：

WFP_ind＝∑Amount_i·factor_i (3)

設直接灰水足跡為WFP_grey，基于在線檢測的廢水濃度C_COD和排放量W_out，根據玻璃基板工業生產最大允許COD排放濃度C_max和自然消納水體濃度C_nat進行計算，用式(4)表示：

設直接藍水足跡為WFP_blue，等于生產系統的直接新鮮水消耗量W_fresh；

設生產系統總水足跡WFP_total，為間接水足跡與直接水足跡之和，用式(5)表示：

WFP_total＝WFP_ind+WFP_grey+WFP_blue (5)

定義以下控制參數：

W_unit＝W_fresh/P_out，為單位產品取水量，必須滿足國家/行業標準規定的取水定額W_norm，單位為m³/t；

η_e＝W_effect/W_fresh，為水資源效率，設定值不小于70％；

η_r＝W_recycle/W_total，為水資源循環利用率，設定值不小于90％；

步驟2、基于中央控制計算機系統，依照以下程序實現玻璃基板生產綜合用水量在線控制；

步驟2.1、實時測量W_fresh、W_recycle、W_out、C_COD；

步驟2.2、實時計算W_total和W_effect，并計算η_e、η_r；

步驟2.3、實時判斷單位產品取水量W_unit是否滿足國家或行業單位產品取水定額W_norm強制指標要求；

若不滿足W_unit≤W_norm，則執行步驟3；

若滿足W_unit≤W_norm，執行步驟4；

步驟3、降低設備冷卻的新鮮水用量，增加循環水用量以保證設備正常運轉；或降低輔助用水中新鮮水的比例，直到滿足國家標準和行業標準取水定額的強制要求；

步驟4、判斷水資源效率η_e是否滿足國家或行業指標要求；

若η_e＜70％，則檢查動力系統、熔窯供水和供水線路情況、下降水箱水位，直到η_e≥70％為止；

若η_e≥70％，則執行步驟5；

步驟5、判斷水資源效率η_e是否最大程度接近國家或行業要求指標，設定為71％；

若η_e71％，則執行步驟6；

若η_e≤71％，則執行步驟7；

步驟6、調整廢水排放量，降低廢水中COD的濃度，減少玻璃基板生產的灰水足跡，優化灰水足跡；步驟7、實時判斷水資源循環利用率η_r是否滿足指標要求；

若η_r＜90％，則執行步驟8；

若滿足η_r≥90％，執行步驟9；

步驟8、增加循環水用于設備冷卻，其使用后作為循環水送入涼水池重復利用；提高散熱器效率，縮短循環水進入涼水池的時間和加速冷卻，直到滿足指標η_r≥90％的要求；

步驟9、優化循環水利用率，獲取最大的水資源循環利用率，通過連續調整循環水用量，并判斷調整前后η_r的增量變化Δη_r來實現；

若Δη_r≥1％，執行步驟10；

若Δη_r＜1％，則執行步驟11；

步驟10、增加循環水用于設備冷卻，其使用后作為循環水送入涼水池重復利用；提高散熱器效率，縮短循環水進入涼水池的時間和加速冷卻；

步驟11、輸出當前在線控制周期的參數集；

步驟11.1、基于步驟1的要求，計算WFP_ind、WFP_blue、WFP_grey和WFP_total，顯示、存儲和輸出W_fresh，W_recycle，W_out，P_out，C_COD、W_total、W_unit，W_effect、η_e，η_r，WFP_ind，WFP_blue，WFP_grey和WFP_total，用于后續大數據分析和智能控制；

步驟11.2、轉入下一個在線控制周期，直到滿足設定的在線控制周期數量后終止。

2.根據權利要求1所述的一種玻璃基板生產水足跡核算與在線控制方法，其特征在于：所述原料磨、熔窯、退火爐、冷卻塔中的有效用水主要用于設備冷卻，可重新進入涼水池循環使用；采用取水定額強制目標、用水效率控制目標和循環水利用率優化目標的分級控制策略，并優化循環水利用率和優化控制水資源效率與灰水足跡。