CN106197112B - 一种多源流体余热回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多源余热回收利用系统，包括热源系统、热源端热交换系统、软化罐水处理系统、热泵系统、储热热水系统、多用途热交换系统、用热系统和智能控制系统。本发明设置了独立的内循环系统：可以在保证热泵热源端温度的同时防止水中的污垢和杂质相互接触，可以对循环水进行单独的软化处理，保证了热源端的水质。另外，内循环系统隔离了热泵系统和不同成分的液体相互接触，减少清洗和维修次数，从而确保热泵系统运行的稳定性和可靠性。本发明设置中水池蓄能，生产高峰期将过剩热量回收至中水池，生产低谷期打开中水池热能传递至热能存储系统中，以满足车间需求。采用本发明中水池蓄能则会节约这些成本，同时还收集了多余的热量。

Description

一种多源流体余热回收利用系统

技术领域

本发明涉及余热回收利用技术，特别是一种多源流体余热回收利用系统。

背景技术

为了节约能源，降低生产成本，大多数生产厂家都会建设余热回收利用系统，将生产过程中产生的热量回收起来并加以利用，但现有的余热回收利用系统大多数是单热源回收利用系统，不能回收多种不同性质的热源并利用。当车间生产高峰期余热过多时无法充分存储过多的余热，当车间生产低谷期余热存储不够无法满足车间余热的利用。如果建设多个余热回收系统无疑会增加生产厂家的投资，而且车间余热过多则需要建设冷却塔用来散发余热，增加不必要的资金投入，而且回收利用的效率不高。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以提高余热回收利用效率并降低建设投资的多源余热回收利用系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种多源余热回收利用系统，包括热源系统、热源端热交换系统、软化罐水处理系统、热泵系统、储热热水系统、多用途热交换系统、用热系统和智能控制系统；

所述的热源系统经过热源端热交换系统换热到内循环系统；

所述的内循环系统的出口经软化罐水处理系统连接到热泵系统蒸发侧入口，再经蒸发侧入口连接回到内循环系统，构成热泵系统蒸发侧回路；所述的热泵系统冷凝侧出口经储热热水系统后再连接到热泵系统冷凝侧入口，构成热泵系统冷凝侧回路；

所述的储热热水系统的热水出口经过多用途热交换系统换热到用热系统；

所述的热源系统包括M个热源单元，M为热源单元总数；所述的用热系统包括N个用热单元，N为用热单元总数；所述的热源端热交换系统包括M个独立的且与M个热源单元性质相匹配的热交换器；所述的多用途热交换系统包括N个独立的且与用热性质相匹配的热交换器；

所述的智能控制系统包括PLC、计算机、电能表、各种电磁阀、压力传感器、流量传感器和温度传感器，用于对整个系统的运行进行自动控制。

进一步地，所述的热源单元为高温热源单元时，则高温热源单元直接通过热交换器将热量交换到储热热水系统。

进一步地，所述的用热单元为直接使用热水的单元时，则该单元直接连接到储热热水系统。

进一步地，所述的热源端热交换系统的每个热交换器的冷凝侧热水出口均设置有一个三通电磁阀，三通电磁阀的一个出口连接到内循环系统，另一个出口连接到储存多余热量的热源单元。

进一步地，所述的热源系统的用热单元为高温冷却油回收罐、空气压缩机冷却水塔、铸锻冷却水塔、高温废气回收处理罐、污水回收处理装置或中水池；所述的中水池为储存多余热量的热源单元，且该热源单元对应热交换器的热水出口端的三通电磁阀用两通电磁阀代替；所述的用热系统的用热单元为洗浴用水供水系统、油罐车清洗系统、烤漆间供热系统、供暖系统或车间用热系统；

进一步地，所述的智能控制系统的控制方法包括以下步骤：

A、用支持向量机算法采集压力、温度、热量、流量和生产调度信息，提取特征值，用回归机算法算出最优曲线；

B、通过计算分析得出热源分布的最优曲线以控制每个热源端的电磁阀通断。

本发明的工作原理如下：

本发明的每个子系统都是单独的内部循环系统，每个子系统的水互不接触，直接通过热交换器把热量传到另一个子系统中。高温的烟气、高温冷却油通过热交换器和直接换热装置得到的较高温度水直接将热量传到热能存储系统的水箱中或将其它冷却水、含热冷却水等作为洗浴用水的水源直接加入储水箱。如空气压缩机冷却水作为热源水，通过高效换热器将热换入到内循环系统；铸锻冷却水经过滤再通过热交换器将热交换到内循环系统中；高温废气作为热源，通过高效换热器将热换入到内循环系统；中水、污水等通过立式列管换热器将热换入到内循环系统中。多热源单元的每个热交换出口都有电磁阀进行智能控制。内循环系统由于长期运行容易导致水硬化，因此采用软化罐处理系统进行水处理，提高运行效率，保证水管通畅。热泵系统将其低品质热能提取出来并交换到储热热水系统的水箱中。在热源单元通过板式换热器之后增加内循环水系统、热泵系统、热交换流量控制阀等。智能控制系统根据各热源水的情况控制各路换热流量(热量)，确保内循环水温稳定从而保证热泵热源端的进水温度稳定、提高热源端进水洁净度，从而提高热泵运行的稳定性和效率。通过高效热交换器、热泵系统提取到的热能存储到储热热水系统的储水箱中。如同热源水侧一样根据用热水化学成分的不同采用不同的换热方式，如油罐车清洗系统的用水为强碱性水，该清洗循环系统中就要采用耐酸碱的泵和热交换器；用于洗浴的水为饮用标准的水可直接由储水箱供水。同时考虑到用热温度的不同采用阶梯式供热方式，提高用热的效率。当热量有剩余时，通过智能控制，将多余热量通过热交换传入中水池中，以保证热源的充分利用。当热量不足时把中水池多余热量通过热交换器传入内循环系统，再通过热泵进入热循环系统中，以满足正常的生产用水需求。

多热源回收利用系统采用基于支持向量机算法控制系统，由PLC、计算机、电能表、智能供水系统、传感器(压力、流量、温度等)等构成，通过算法寻找最优换热关系，充分利用余热回收系统，实现设备的自动监控与计算机管理。通过以太网与企业的能源管理系统实现无缝连接，提高管理水平。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明旨在设计出一种能够对多种水源并联取热、将回收的热能进行综合利用、采用支持向量机算法以提高系统换热比、智能提取换热关系、充分回收热源温度稳定、可靠性高的余热回收与利用系统。本发明具有以下特点：

1.本发明设置了独立的内循环系统：可以在保证热泵热源端温度的同时防止水中的污垢和杂质相互接触，可以对循环水进行单独的软化处理，保证了热源端的水质。另外，内循环系统隔离了热泵系统和不同成分的液体相互接触，减少清洗和维修次数，从而确保热泵系统运行的稳定性和可靠性；

2.本发明设置中水池蓄能：生产高峰期车间持续工作时间长，余热过多，热能存储过剩，通过智能信息提取，将过剩热量回收至中水池，保证余热的充分回收及利用。生产低谷期部分设备工作，余热回收较少，为保证热能存储量，打开中水池热能传递至热能存储系统中，以满足车间需求。中水池如存储水量过多，则先提取热能，再排出多余水量，保证余热回收的充分利用。

3.本发明支持向量机算法优化智能控制：根据各个热源流体的特点和流动规律，对多种热源流体进行非线性提取与热泵热源端内循环进行热交换，每路热交换的控制采用支持向量机算法，自动进行优化热交换；找出内循环水的换热时间及换热量的特性，利用支持向量机算法提取最优换热规律，实现换热的最大化，同时保证热源端内循环水温度基本恒定，实现热量的充分利用，提高热泵的工作效率及长久性。

4.本发明的多方式梯阶提取方案及不同的用热特点实现优化梯阶提取与梯阶利用(油罐车清洗、喷期间加热、铸造型砂预热等)。

5.在现有技术中，车间正常工作时余热过多，则需用冷却塔散热(空压机、电机、风机)，购买这些设备以及电能的消耗都会提高工厂生产成本，采用本发明中水池蓄能则会节约这些成本，同时还收集了多余的热量。

附图说明

图1是多源流体余热回收系统图。

图2是支持向量机算法控制系统的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

一个多源余热回收利用系统如图1所示，从系统的角度划分，分为热源系统、多热源与热泵热源端内循环系统的热交换系统、软化罐水处理系统、高效热交换与热泵系统、储热热水系统、多用途热交换系统以及热水输送系统等。每个系统单元都是单独的内部循环，每个单元的水互不接触，直接通过热交换把热量传到另一个循环中。高温的烟气、高温冷却油通过热交换器和直接换热装置得到的较高温度水直接将热量传到热能存储系统的水箱中或将其它冷却水含热冷却水等作为洗浴用水的水源直接加入储水箱。如空气压缩机冷却水作为热源水，通过高效换热器将热换入到内循环系统；铸锻冷却水经过滤再通过热交换器将热交换到内循环系统中；高温废气作为热源，通过高效换热器将热换入到内循环系统；中水、污水等通过立式列管换热器将热换入到内循环系统中。多热源每个热交换出口都有电磁阀进行智能控制。内循环系统由于长期运行容易导致水硬化，因此采用软化罐进行水处理，提高运行效率，保证水管通畅。热泵将其低品质热能提取出来并交换到热能存储系统的水箱中。在热源水通过板式换热器之后增加内循环水系统、热泵机组、热交换流量控制阀等。智能控制系统根据各热源水的情况控制各路换热流量(热量)，确保内循环水温稳定从而保证热泵热源端的进水温度稳定、提高热源端进水洁净度，从而提高热泵运行的稳定性和效率。通过高效热交换器、热泵机组提取到的热能存储到热能存储系统的储水箱中。如同热源水侧一样根据用热水化学成分的不同采用不同的换热方式，如油罐车清洗系统的用水为强碱性水，系统中就要采用耐酸碱的泵和热交换器；用于洗浴的水为饮用标准的水可直接由储水箱供水。同时考虑到用热温度的不同采用阶梯式供热方式，提高用热的效率。当热量有剩余时，通过智能控制，将多余热量通过热交换传入中水池中，以保证热源的充分利用。当热量不足时把中水池多余热量通过热交换器传入内循环系统，再通过热泵进入热循环系统中，以满足正常的生产用水需求。

如图2所示，本发明采用基于支持向量机算法控制系统，由PLC、计算机、电能表、智能供水系统、传感器(压力、流量、温度等)等构成，通过算法寻找最优换热关系，充分利用余热回收系统，实现设备的自动监控与计算机管理。通过以太网与企业的能源管理系统实现无缝连接，提高管理水平。

Claims (4)

1.一种多源余热回收利用系统，包括热源系统、热源端热交换系统、热泵系统、储热热水系统、多用途热交换系统、用热系统和智能控制系统；

所述的热源系统经过热源端热交换系统换热到内循环系统；

所述的储热热水系统的热水出口经过多用途热交换系统换热到用热系统；

所述的热源系统包括M个热源单元，M为热源单元总数；所述的用热系统包括N个用热单元，N为用热单元总数；所述的热源端热交换系统包括M个独立的且与M个热源单元性质相匹配的热交换器；所述的多用途热交换系统包括N个独立的且与用热单元的性质相匹配的热交换器；

所述的智能控制系统包括PLC、计算机、电能表、各种电磁阀、压力传感器、流量传感器和温度传感器，用于对整个系统的运行进行自动控制；

其特征在于：所述的内循环系统的出口经软化罐水处理系统连接到热泵系统蒸发侧入口，再经蒸发侧入口连接回到内循环系统，构成热泵系统蒸发侧回路；所述的热泵系统冷凝侧出口经储热热水系统后再连接到热泵系统冷凝侧入口，构成热泵系统冷凝侧回路；

所述的热源端热交换系统的每个热交换器的冷凝侧热水出口均设置有一个三通电磁阀，三通电磁阀的一个出口连接到内循环系统，另一个出口连接到储存多余热量的热源单元；

所述的热源系统的热源单元为高温冷却油回收罐、空气压缩机冷却水塔、铸锻冷却水塔、高温废气回收处理罐、污水回收处理装置或中水池；所述的中水池为储存多余热量的热源单元，且该热源单元对应热交换器的热水出口端的三通电磁阀用两通电磁阀代替；所述的用热系统的用热单元为洗浴用水供水系统、油罐车清洗系统、烤漆间供热系统、供暖系统或车间用热系统。

2.根据权利要求1所述的一种多源余热回收利用系统，其特征在于：所述的热源单元为高温热源单元时，则高温热源单元直接通过热交换器将热量交换到储热热水系统。

3.根据权利要求1所述的一种多源余热回收利用系统，其特征在于：所述的用热单元为直接使用热水的单元时，则该单元直接连接到储热热水系统。

4.根据权利要求1所述的一种多源余热回收利用系统，其特征在于：所述的智能控制系统的控制方法包括以下步骤：

A、用支持向量机算法采集压力、温度、热量、流量和生产调度信息，提取特征值，用回归机算法算出最优曲线；

B、通过计算分析得出热源分布的最优曲线以控制每个热源端的电磁阀通断。