CN115216784B - 基于冷媒流量自矫正的电解槽运行温度控制方法及系统 - Google Patents

基于冷媒流量自矫正的电解槽运行温度控制方法及系统 Download PDF

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CN115216784B CN202210752121.6A CN202210752121A CN115216784B CN 115216784 B CN115216784 B CN 115216784B CN 202210752121 A CN202210752121 A CN 202210752121A CN 115216784 B CN115216784 B CN 115216784B
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Abstract

本发明实施例提供一种基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法，包括：获取通过数据采集装置采集的用以进行冷媒流量衡算的相关参数，并基于所述相关参数，在每个第一迭代周期开始时，进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值；基于每个第二迭代周期监测的电解槽的冷媒进口温度、冷媒出口温度、电解液流量和槽后温，计算槽后温和槽后温设定值的偏差所需的冷媒流量，结合矫正系数，确定冷媒流量矫正值；基于冷媒流量理论值和冷媒流量矫正值，确定冷媒流量设定值，基于PID算法控制执行机构调节冷媒流量向冷媒流量设定值收敛。

Description

基于冷媒流量自矫正的电解槽运行温度控制方法及系统
技术领域
本发明涉及水电解制氢氧技术领域，特别涉及一种基于冷媒流量调节且具有自矫正功能的电解槽运行温度控制方法及系统。
背景技术
水电解制氢氧属于将电能转化为化学能的反应过程，工业电解槽由于运行条件的限制，其电解过程的能量转化效率不能达到100％，这部分未转化的电能会转化为热量。当电解槽槽体散热功率小于发热功率时，电解槽温度会逐渐升高，表现为电解槽出口的电解液温度高于进口的温度。为了维持电解槽正常工作，需对电解槽的运行温度进行控制。
在实际生产过程中，由于测量误差等其他不确定因素，导致槽后温与槽后设定温出现偏差，因此需要通过矫正冷媒流量来更精确的控制槽后温向槽后温设定值收敛。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法及系统，其对槽后温给出设定值，系统根据热量衡算法得出理论冷媒流量，控制槽后温向槽后温设定值收敛，矫正由于系统测量过程中误差导致的槽后温偏差，可以提高电解槽运行温度的控制精度和灵敏度，避免槽温出现大幅波动，提高电解槽运行的安全性和稳定性。
本发明实施例提供一种基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法，包括：
获取通过数据采集装置采集的用以进行冷媒流量衡算的相关参数，并基于所述相关参数，在每个第一迭代周期开始时，进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值；
基于每个第二迭代周期监测的电解槽的冷媒进口温度、冷媒出口温度、电解液流量和槽后温，计算槽后温和槽后温设定值的偏差所需的冷媒流量，结合矫正系数，确定冷媒流量矫正值；
基于所述冷媒流量理论值和所述冷媒流量矫正值，确定冷媒流量设定值，基于PID算法控制执行机构调节冷媒流量向所述冷媒流量设定值收敛。
在本发明的一些实施例中，所述相关参数至多包括槽前温、槽后温、电解槽表面温度、气液处理单元各容器、管道、阀门和仪表的表面温度、环境温度、电解槽总电压、总电流、电解液流量、冷媒流量、冷媒进口温度和冷媒出口温度的参数。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，包括：
计算所述电解槽的发热功率；
若所述电解槽为串联电解槽，则串联电解槽的小室电压Vcell等于总电压V除以小室数m，小室电流Icell等于总电流I；
电解槽发热功率记为W发，则，
W发＝(Vcell-1.48)×Icell×m；
W发串＝(Vcell-1.48)×Icell×m＝(V÷m-1.48)×I×m＝VI-1.48mI；
其中，W发串为串联电解槽的发热功率；
若所述电解槽为并联电解槽，则并联电解槽小室电压Vcell等于总电压V除以小室数m乘以2，小室电流Icell等于总电流I除以2，则有，
W发并＝(Vcell-1.48)×Icell×m＝(V÷m×2-1.48)×I÷2×m＝VI-0.74mI
其中，W发并为并联电解槽的发热功率。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，包括：
计算系统散热功率，具体地，
散热功率W散分为电解槽、容器、管道以及部分附件分别与周围环境的对流散热W对以及与周围环境的辐射散热W辐
W散＝W对+W辐
其中，W对＝W柱对+W端对，具体地，
W柱对＝h柱*A柱*△Tx
其中，x分别为2、3、4、5；
槽体表面温度与环境温度差△T2＝T2-T1，其中，T2为槽体表面温度；
氢分离器表面温度与环境温度差△T3＝T3-T1，其中，T3为氢分离器表面温度；
氧分离器表面温度与环境温度差△T4＝T4-T1，其中，T4为氧分离器表面温度；
换热器表面温度与环境温度差△T5＝T5-T1，其中，T5为换热器表面温度；
散热面积分为圆柱侧面面积A柱＝π*D*L；
散热系数h柱＝Nu*λ/D，其中，D为横置圆柱体的侧面特征长度；
努塞尔数Nu＝C*(Gr*Pr)n；
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△Tx)/ν2；
体积膨胀系数β＝1/(273+t)；
定性温度t＝(T1+Tx)/2；
对于低温水电解设备，槽体表面温度及容器表面温度Tx范围为50℃-110℃，环境温度T1范围为5℃-40℃，带入上式定性温度t为27.5℃-75℃；
将定性温度t的值带入式β＝1/(273+t)，β值的范围为0.0029-0.0033；
△Tx值的范围为10℃-105℃；
重力加速度取值9.8；
在定性温度范围内，空气粘度ν取值为0.00001897m2/s；
对于电解槽及容器的圆柱侧面，将β、g、△Tx、ν以及电解槽或容器直径D的值带入格拉晓夫数Gr＝(βgD3△Tx)/ν2，结果分以下三种情况：
若求得格拉晓夫数在104-5.76×108之间，表面对流散热为层流，C取0.48，n取0.25；
若求得格拉晓夫数在5.76×108-4.65×109之间，表面对流散热为过渡区，C取0.0445，n取0.37；
若求得格拉晓夫数＞4.65×109，表面对流散热为湍流，C取0.1，n取1/3；
将β值取0.0031，空气导热系数λ取值0.029W/(m*K)；普朗克数Pr取值0.697；至此，W对简化为电解槽或容器长度L，直径D，槽体或容器表面温度Tx，环境温度T1的函数；
W柱对＝3.8282LD0.75(Tx-T1)1.25层流；
W柱对＝3.0372LD1.11(Tx-T1)1.37过渡区；
W柱对＝3.5056LD(Tx-T1)4/3湍流；
W端对＝h端*A端*△Tx；
其中，槽体表面温度与环境温度差△T2＝T2-T1；
氢分离器表面温度与环境温度差△T3＝T3-T1；
氧分离器表面温度与环境温度差△T4＝T4-T1；
换热器表面温度与环境温度差△T5＝T5-T1；
端面面积A端＝2*1/4π*D2＝0.5π*D2；
散热系数h端＝Nu*λ/D，其中，D为横置圆柱体的端面特征长度；
努塞尔数Nu＝C*(Gr*Pr)n；
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△Tx)/ν2；
体积膨胀系数β＝1/(273+t)；
定性温度t＝(T1+Tx)/2；
对于低温水电解设备，槽体表面温度及容器表面温度Tx范围为50℃-110℃，环境温度T1范围为5℃-40℃，带入上式定性温度t为27.5℃-75℃；
将定性温度t的值带入式β＝1/(273+t)，β值的范围为0.0029-0.0033；
△Tx值的范围为10℃-105℃；
重力加速度取值9.8；
在定性温度范围内，空气粘度ν取值0.00001897m2/s；
对于电解槽及容器的端面，将β、g、△Tx、ν以及电解槽或容器直径D的值带入格拉晓夫数Gr＝(βgD3△T)/ν2，结果分以下三种情况：
若求得格拉晓夫数在104-3×109之间，表面对流散热为层流，C取0.59，n取0.25；
若求得格拉晓夫数在3×109-2×1010之间，表面对流散热为过渡区，C取0.0292，n取0.39；
若求得格拉晓夫数＞2×1010，表面对流散热为湍流，C取0.11，n取1/3；
将β值取0.0031，空气导热系数λ取值0.029W/(m*K)；普朗克数Pr取值0.697；至此，W对简化为电解槽或容器长度L，直径D，槽体或容器表面温度Tx，环境温度T1的函数；
W端对＝2.3539D1.75(Tx-T1)1.25，则为层流；
W端对＝1.42586D2.17(Tx-T1)1.39，则为过渡区；
W端对＝1.94897D2(Tx-T1)4/3，则为湍流；
W辐＝A*ε*σ*{[(Tx+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}；
其中，散热面积A＝π*D*L+2*1/4π*D2＝π*D(L+0.5D)；
其中，黑体辐射系数σ取值5.67W/(m2·K4)；根据电解槽表面特性，黑度ε取值0.85，代入辐射散热公式，W辐为电解槽长度L，直径D，槽体表面温度T2，环境温度T1的函数；
W辐＝15.141(L+0.5D)*D*{[(T2+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}；
根据容器及管道表面特性，黑度ε取值0.07，代入辐射散热公式，W辐为电解槽长度L槽，直径D槽，容器表面温度Tx，环境温度T1的函数；
W辐＝1.247(L+0.5D)*D*{[(Tx+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}；
W散为电解槽、容器或管道长度Lx，直径Dx，槽体、容器或管道表面温度Tx，环境温度T1的函数。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
对电解槽后变温热功率的计算，具体如下：
基于实测槽后温与槽后设定温存在的偏差，调节槽后电解液到槽后设定温，产生变温功率W变，根据热量衡算公式Q液＝m液c液△t槽，等式两边同时除以时间，得：
W变＝q液ρ液c液△t槽
△t槽＝T槽后-T槽后设
综上，W变为电解槽槽后温T槽后、槽后设定温T槽后设、电解液热容c液、电解液密度ρ液、电解液体积流量q液的函数。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
计算氢氧气带走热量功率，其中，
公式两边同时除以时间T(单位S)，得
同理
综上，W H2为电解槽总电流I、小室数m、电流效率η0、氢气密度ρH2、氢气恒容比热容CH2、氢气出口温度T6的函数；
W O2为电解槽总电流I、小室数m、电流效率η0、氧气密度ρO2、氧气恒容比热容C O2、氧气出口温度T7的函数。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
计算原料水带来热量功率：
WH2O＝mH2O×CH2O×△T8；
其中，水的质量流量根据理论计算
用流量计计量VH2O，mH2O＝VH2O×ρH2O；
综上，W H2O为电解槽总电流I、小室数m、电流效率η0、原料水进口温度T8，原料水比热容CH2O的函数或者原料水进口体积流量VH2O、原料水密度ρH2O、原料水进口温度T8、原料水比热容CH2O的函数。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
计算系统净热功率，具体为：
W净＝W发+W变+WH2O-W散-W H2-WO2
综上，W净为电解槽电压V、电流I、小室数m、电解槽、容器或管道长度L、直径D、表面温度Tx、环境温度T1、电解槽槽后温T槽后、槽后设定温T槽后设、电解液热容c液、密度ρ液、体积流量q液、电流效率η0、氢气密度ρH2、氢气恒容比热容c H2、氢气出口温度T6、氧气密度ρO2、氧气恒容比热容c O2、氧气出口温度T7的函数、原料水进口温度T8、原料水比热容cH2O、原料水进口体积流量VH2O、原料水密度ρH2O的函数。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
计算冷媒流量，具体如下：
根据热量衡算公式Q冷＝m冷c冷△T9，等式两边同时除以时间，得：
W净＝q冷ρ冷c冷△T9
q冷＝W净÷(ρ冷c冷△T9)
q冷为冷媒体积流量，ρ冷为冷媒密度，c冷为冷媒比热容，△T9为冷媒进出口温差，△T9＝T10-T9
综上，冷媒体积流量q冷为电解槽电压V、电流I、小室数m、电解槽、容器或管道长度L、直径D、表面温度Tx、环境温度T1、电解槽槽后温T槽后、槽后设定温T槽后设、电解液热容c液、密度ρ液、体积流量q液、电流效率η0、氢气密度ρH2、氢气恒容比热容cH2、氢气出口温度T6、氧气密度ρO2、氧气恒容比热容cO2、氧气出口温度T7、原料水进口温度T8、原料水比热容cH2O、原料水进口体积流量VH2O、原料水密度ρH2O、冷媒密度ρ冷、冷媒比热容c冷、冷媒进口温度T9、冷媒出口温T10的函数。
在本发明的一些实施例中，所述冷媒流量设定值为所述冷媒流量理论值和所述冷媒流量矫正值之和；
所述基于每个第二迭代周期监测的冷媒进口温度、冷媒出口温度、电解液流量和槽后温，计算槽后温和槽后温设定值的偏差所需的冷媒流量，结合矫正系数，确定冷媒流量矫正值，包括：
基于监测的冷媒进口温度T冷进、冷媒出口温度T冷出、电解液流量q液、槽后温T槽后，计算槽后温T槽后和槽后温设定值T槽后设的偏差所需的冷媒流量q冷偏，乘以矫正系数α后记为冷媒流量矫正值q冷矫；
q冷矫＝αq冷偏
q冷偏＝W冷偏÷(ρ冷c冷△t冷)。
本发明实施例还提供了一种基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制系统，包括：
数据采集装置，其用于采集用以进行冷媒流量衡算的相关参数，并基于所述相关参数；
控制单元，其用于在每个第一迭代周期开始时，基于所述相关参数，进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，基于每个第二迭代周期监测的冷媒进口温度、冷媒出口温度、电解液流量和槽后温，计算槽后温和槽后温设定值的偏差所需的冷媒流量，结合矫正系数，确定冷媒流量矫正值；基于所述冷媒流量理论值和所述冷媒流量矫正值，确定冷媒流量设定值，基于PID算法生成控制指令，以控制执行机构；
执行机构，其用于接收所述控制单元的控制指令，调节冷媒流量向所述冷媒流量设定值收敛。
本发明实施例提供的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法和系统，具有以下优点：其区别于现行的电解槽槽温被动型控制，即，槽温变化已经发生之后，系统才能做出调节槽温的指令，上述实施例提供的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法和系统属于主动型控制，当电解槽及周围环境的运行参数发生变化时，由于槽温并未立即反应出来变化，本发明可以基于理论计算，提前更改冷媒流量或温差，使得电解槽槽温平稳运行，并且在此过程中，可以矫正由于系统测量过程中误差导致的槽后温偏差；同时，可以提高电解槽运行温度的控制精度和灵敏度，避免槽温出现大幅波动，提高电解槽运行的安全性和稳定性，尤其适应功率波动的电源，比如可再生能源发电导致的宽功率波动，该发明可以有效的维持电解槽温度稳定；由于电解槽温度相对稳定，可适当提高电解槽的运行温度，可降低电解过程的能耗；更好地适应电解槽输入功率的宽幅波动，相比传统电解槽温度控制方法更具优势，水电解制氢氧系统具有更好的槽温稳定性及更低的能耗。
附图说明
图1为本发明实施例的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法的中串联电解槽的结构示意图；
图2为本发明实施例的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法的中并联电解槽的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员能够更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
在本说明书中可使用词组“在一种实施例中”、“在另一实施例中”、“在又一实施例中”、“在一实施例中”、“在一些实施例中”或“在其它实施例中”，均可指代根据本发明的相同或不同实施例中的一个或多个。
此后参照附图描述本发明的具体实施例；然而，应当理解，所发明的实施例仅仅是本发明的实施例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详尽描述以根据用户的历史的操作，判明真实的意图，避免不必要或多余的细节使得本发明模糊不清。因此，本发明的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样性地使用本发明。
本发明实施例提供一种基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法，包括：
获取通过数据采集装置采集的用以进行冷媒流量衡算的相关参数，并基于所述相关参数，在每个第一迭代周期开始时，进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值；
基于每个第二迭代周期监测的冷媒进口温度、冷媒出口温度、电解液流量和槽后温，计算槽后温和槽后温设定值的偏差所需的冷媒流量，结合矫正系数，确定冷媒流量矫正值；
基于所述冷媒流量理论值和所述冷媒流量矫正值，确定冷媒流量设定值，基于PID算法控制执行机构调节冷媒流量向所述冷媒流量设定值收敛。
在本发明的一些实施例中，所述相关参数至多包括槽前温、槽后温、电解槽表面温度、气液处理单元各容器、管道、阀门和仪表的表面温度、环境温度、电解槽总电压、总电流、电解液流量、冷媒流量、冷媒进口温度和冷媒出口温度的参数。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，包括：
计算所述电解槽的发热功率；
若所述电解槽为串联电解槽，则串联电解槽的小室电压Vcell等于总电压V除以小室数m，小室电流Icell等于总电流I；
电解槽发热功率记为W发，则，
W发＝(Vcell-1.48)×Icell×m；
W发串＝(Vcell-1.48)×Icell×m＝(V÷m-1.48)×I×m＝VI-1.48mI；
其中，W发串为串联电解槽的发热功率；
若所述电解槽为并联电解槽，则并联电解槽小室电压Vcell等于总电压V除以小室数m乘以2，小室电流Icell等于总电流I除以2，则有，
W发并＝(Vcell-1.48)×Icell×m＝(V÷m×2-1.48)×I÷2×m＝VI-0.74mI
其中，W发并为并联电解槽的发热功率。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，包括：
计算系统散热功率，具体地，
散热功率W散分为电解槽、容器、管道以及部分附件分别与周围环境的对流散热W对以及与周围环境的辐射散热W辐
W散＝W对+W辐
其中，W对＝W柱对+W端对，具体地，
W柱对＝h柱*A柱*△Tx
其中，x分别为2、3、4、5；
槽体表面温度与环境温度差△T2＝T2-T1，其中，T2为槽体表面温度；
氢分离器表面温度与环境温度差△T3＝T3-T1，其中，T3为氢分离器表面温度；
氧分离器表面温度与环境温度差△T4＝T4-T1，其中，T4为氧分离器表面温度；
换热器表面温度与环境温度差△T5＝T5-T1，其中，T5为换热器表面温度；
散热面积分为圆柱侧面面积A柱＝π*D*L；
散热系数h柱＝Nu*λ/D，其中，D为横置圆柱体的侧面特征长度；
努塞尔数Nu＝C*(Gr*Pr)n；
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△Tx)/ν2；
体积膨胀系数β＝1/(273+t)；
定性温度t＝(T1+Tx)/2；
对于低温水电解设备，槽体表面温度及容器表面温度Tx范围为50℃-110℃，环境温度T1范围为5℃-40℃，带入上式定性温度t为27.5℃-75℃；
将定性温度t的值带入式β＝1/(273+t)，β值的范围为0.0029-0.0033；
△Tx值的范围为10℃-105℃；
重力加速度取值9.8；
在定性温度范围内，空气粘度ν取值为0.00001897m2/s；
对于电解槽及容器的圆柱侧面，将β、g、△Tx、ν以及电解槽或容器直径D的值带入格拉晓夫数Gr＝(βgD3△Tx)/ν2，结果分以下三种情况：
若求得格拉晓夫数在104-5.76×108之间，表面对流散热为层流，C取0.48，n取0.25；
若求得格拉晓夫数在5.76×108-4.65×109之间，表面对流散热为过渡区，C取0.0445，n取0.37；
若求得格拉晓夫数＞4.65×109，表面对流散热为湍流，C取0.1，n取1/3；
将β值取0.0031，空气导热系数λ取值0.029W/(m*K)；普朗克数Pr取值0.697；至此，W对简化为电解槽或容器长度L，直径D，槽体或容器表面温度Tx，环境温度T1的函数；
W柱对＝3.8282LD0.75(Tx-T1)1.25层流；
W柱对＝3.0372LD1.11(Tx-T1)1.37过渡区；
W柱对＝3.5056LD(Tx-T1)4/3湍流；
W端对＝h端*A端*△Tx；
其中，槽体表面温度与环境温度差△T2＝T2-T1；
氢分离器表面温度与环境温度差△T3＝T3-T1；
氧分离器表面温度与环境温度差△T4＝T4-T1；
换热器表面温度与环境温度差△T5＝T5-T1；
端面面积A端＝2*1/4π*D2＝0.5π*D2；
散热系数h端＝Nu*λ/D，其中，D为横置圆柱体的端面特征长度；
努塞尔数Nu＝C*(Gr*Pr)n；
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△Tx)/ν2；
体积膨胀系数β＝1/(273+t)；
定性温度t＝(T1+Tx)/2；
对于低温水电解设备，槽体表面温度及容器表面温度Tx范围为50℃-110℃，环境温度T1范围为5℃-40℃，带入上式定性温度t为27.5℃-75℃；
将定性温度t的值带入式β＝1/(273+t)，β值的范围为0.0029-0.0033；
△Tx值的范围为10℃-105℃；
重力加速度取值9.8；
在定性温度范围内，空气粘度ν取值0.00001897m2/s；
对于电解槽及容器的端面，将β、g、△Tx、ν以及电解槽或容器直径D的值带入格拉晓夫数Gr＝(βgD3△T)/ν2，结果分以下三种情况：
若求得格拉晓夫数在104-3×109之间，表面对流散热为层流，C取0.59，n取0.25；
若求得格拉晓夫数在3×109-2×1010之间，表面对流散热为过渡区，C取0.0292，n取0.39；
若求得格拉晓夫数＞2×1010，表面对流散热为湍流，C取0.11，n取1/3；
将β值取0.0031，空气导热系数λ取值0.029W/(m*K)；普朗克数Pr取值0.697；至此，W对简化为电解槽或容器长度L，直径D，槽体或容器表面温度Tx，环境温度T1的函数；
W端对＝2.3539D1.75(Tx-T1)1.25，则为层流；
W端对＝1.42586D2.17(Tx-T1)1.39，则为过渡区；
W端对＝1.94897D2(Tx-T1)4/3，则为湍流；
W辐＝A*ε*σ*{[(Tx+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}；
其中，散热面积A＝π*D*L+2*1/4π*D2＝π*D(L+0.5D)；
其中，黑体辐射系数σ取值5.67W/(m2·K4)；根据电解槽表面特性，黑度ε取值0.85，代入辐射散热公式，W辐为电解槽长度L，直径D，槽体表面温度T2，环境温度T1的函数；
W辐＝15.141(L+0.5D)*D*{[(T2+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}；
根据容器及管道表面特性，黑度ε取值0.07，代入辐射散热公式，W辐为电解槽长度L槽，直径D槽，容器表面温度Tx，环境温度T1的函数；
W辐＝1.247(L+0.5D)*D*{[(Tx+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}；
W散为电解槽、容器或管道长度Lx，直径Dx，槽体、容器或管道表面温度Tx，环境温度T1的函数。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
对电解槽后变温热功率的计算，具体如下：
基于实测槽后温与槽后设定温存在的偏差，调节槽后电解液到槽后设定温，产生变温功率W变，根据热量衡算公式Q液＝m液c液△t槽，等式两边同时除以时间，得：
W变＝q液ρ液c液△t槽
△t槽＝T槽后-T槽后设
综上，W变为电解槽槽后温T槽后、槽后设定温T槽后设、电解液热容c液、电解液密度ρ液、电解液体积流量q液的函数。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
计算氢氧气带走热量功率，其中，
公式两边同时除以时间T(单位S)，得
同理
综上，W H2为电解槽总电流I、小室数m、电流效率η0、氢气密度ρH2、氢气恒容比热容CH2、氢气出口温度T6的函数；
W O2为电解槽总电流I、小室数m、电流效率η0、氧气密度ρO2、氧气恒容比热容C O2、氧气出口温度T7的函数。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
计算原料水带来热量功率：
WH2O＝mH2O×CH2O×△T8；
其中，水的质量流量根据理论计算
用流量计计量VH2O，mH2O＝VH2O×ρH2O；
综上，W H2O为电解槽总电流I、小室数m、电流效率η0、原料水进口温度T8，原料水比热容CH2O的函数或者原料水进口体积流量VH2O、原料水密度ρH2O、原料水进口温度T8、原料水比热容CH2O的函数。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
计算系统净热功率，具体为：
W净＝W发+W变+WH2O-W散-W H2-WO2
综上，W净为电解槽电压V、电流I、小室数m、电解槽、容器或管道长度L、直径D、表面温度Tx、环境温度T1、电解槽槽后温T槽后、槽后设定温T槽后设、电解液热容c液、密度ρ液、体积流量q液、电流效率η0、氢气密度ρH2、氢气恒容比热容c H2、氢气出口温度T6、氧气密度ρO2、氧气恒容比热容c O2、氧气出口温度T7的函数、原料水进口温度T8、原料水比热容cH2O、原料水进口体积流量VH2O、原料水密度ρH2O的函数。
在本发明的一些实施例中，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
计算冷媒流量，具体如下：
根据热量衡算公式Q冷＝m冷c冷△T9，等式两边同时除以时间，得：
W净＝q冷ρ冷c冷△T9
q冷＝W净÷(ρ冷c冷△T9)
q冷为冷媒体积流量，ρ冷为冷媒密度，c冷为冷媒比热容，△T9为冷媒进出口温差，△T9＝T10-T9
综上，冷媒体积流量q冷为电解槽电压V、电流I、小室数m、电解槽、容器或管道长度L、直径D、表面温度Tx、环境温度T1、电解槽槽后温T槽后、槽后设定温T槽后设、电解液热容c液、密度ρ液、体积流量q液、电流效率η0、氢气密度ρH2、氢气恒容比热容c H2、氢气出口温度T6、氧气密度ρO2、氧气恒容比热容c O2、氧气出口温度T7、原料水进口温度T8、原料水比热容cH2O、原料水进口体积流量VH2O、原料水密度ρH2O、冷媒密度ρ冷、冷媒比热容c冷、冷媒进口温度T9、冷媒出口温T10的函数。
在本发明的一些实施例中，所述冷媒流量设定值为所述冷媒流量理论值和所述冷媒流量矫正值之和；
所述基于每个第二迭代周期监测的冷媒进口温度、冷媒出口温度、电解液流量和槽后温，计算槽后温和槽后温设定值的偏差所需的冷媒流量，结合矫正系数，确定冷媒流量矫正值，包括：
基于监测的冷媒进口温度T冷进、冷媒出口温度T冷出、电解液流量q液、槽后温T槽后，计算槽后温T槽后和槽后温设定值T槽后设的偏差所需的冷媒流量q冷偏，乘以矫正系数α后记为冷媒流量矫正值q冷矫；
q冷矫＝αq冷偏
q冷偏＝W冷偏÷(ρ冷c冷△t冷)。
本发明实施例还提供了一种基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制系统，包括：
数据采集装置，其用于采集用以进行冷媒流量衡算的相关参数，并基于所述相关参数；
控制单元，其用于在每个第一迭代周期开始时，基于所述相关参数，进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，基于每个第二迭代周期监测的冷媒进口温度、冷媒出口温度、电解液流量和槽后温，计算槽后温和槽后温设定值的偏差所需的冷媒流量，结合矫正系数，确定冷媒流量矫正值；基于所述冷媒流量理论值和所述冷媒流量矫正值，确定冷媒流量设定值，基于PID算法生成控制指令，以控制执行机构；
执行机构，其用于接收所述控制单元的控制指令，调节冷媒流量向所述冷媒流量设定值收敛。
在上述实施例中，所述相关参数至多包括槽前温、槽后温、电解槽表面温度、气液处理单元各容器、管道、阀门和仪表的表面温度、环境温度、电解槽总电压、总电流、电解液流量、冷媒流量、冷媒进口温度和冷媒出口温度的参数；所述数据采集装置主要为温度采集装置、电压采集装置、电流采集装置和流量采集装置，温度采集装置一般采用铂电阻，该温度采集装置可将温度信号发送给控制单元；电压采集装置采用电压电流转换器，该电压采集装置可将直流电压信号传送给控制单元；电流采集装置采用分流器或霍尔传感器，采集电流信号后传送给控制单元；流量采集装置采用流量计，该流量采集装置可将流量信号发送给控制单元；
同时，在本实施例中，所述控制单元，至少包括PLC，安全栅、继电器、和电气转换器。
换热单元可以是列管式换热器，具体地，电解液走管程，冷媒走壳程。
在本实施例中，所述的冷媒是工业冷却水，工业冷却水进入列管式换热器，将电解液热量带走。
冷却的执行机构是薄膜调节阀，可连续调节冷媒流量。
所述迭代周期可以根据实际情况自定义。
所述的矫正系数α为自定义值，优选α≥0。
本发明实施例提供的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法和系统，具有以下优点：其区别于现行的电解槽槽温被动型控制，即，槽温变化已经发生之后，系统才能做出调节槽温的指令，上述实施例提供的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法和系统属于主动型控制，当电解槽及周围环境的运行参数发生变化时，由于槽温并未立即反应出来变化，本发明可以基于理论计算，提前更改冷媒流量或温差，使得电解槽槽温平稳运行，并且在此过程中，可以矫正由于系统测量过程中误差导致的槽后温偏差；同时，可以提高电解槽运行温度的控制精度和灵敏度，避免槽温出现大幅波动，提高电解槽运行的安全性和稳定性，尤其适应功率波动的电源，比如可再生能源发电导致的宽功率波动，该发明可以有效的维持电解槽温度稳定；由于电解槽温度相对稳定，可适当提高电解槽的运行温度，可降低电解过程的能耗；更好地适应电解槽输入功率的宽幅波动，相比传统电解槽温度控制方法更具优势，水电解制氢氧系统具有更好的槽温稳定性及更低的能耗。
为了便于对上述实施例进行理解，下面结合具体示例进行详细说明，其中，如图1所示，图1为串联电解槽，如图2所示，图2为并联电解槽，具体地，图中标记分别为1、电解槽，2、电解槽总电压监测点，3、电解槽总电流监测点，4、电解槽表面温度监测点，5、电解槽槽后温监测点，6、原料水进口温度监测点，7、原料水进口流量监测点，8、环境温度监测点，9、氧分离器，10、氧分离器表面温度监测点，11、氧气出口温度监测点，12、氢气出口温度监测点，13、氢分离器表面温度监测点，14、氢分离器，15、换热器，16、换热器表面温度监测点，17、冷媒出口温度监测点，18、冷媒进口温度监测点，19、冷媒进口流量监测点，20、冷媒流量调节装置，21、电解液流量监测点，22、电解液槽前温度监测点。
具体说明如下：
在实施例1中，用户使用了一台并联电解槽，槽后温设定值为T后设＝95℃，在没有实施流量矫正的情况下，系统稳定运行了一段时间，槽后温稳定在96℃。具体数据如下：
设定的槽后温度T后设＝95℃，小室数m＝360，电解槽直径D＝2米，L＝4.7米，电解槽使用30％氢氧化钾溶液，ρ液＝1.29kg/L，c液＝3100J/kg·℃，数据采集装置测得：电压V＝336V，电流I＝13500A，电解液流量q液＝22.22L/s，电解槽表面温度T2＝85℃，环境温度T1＝25℃，氢分离器表面温度T3＝85℃，氧分离器表面温度T4＝85℃，换热器表面温度T5＝40℃，氢气出口温度T6＝30℃，氧气出口温度T7＝30℃，原料水进口温度T8＝25℃，电解槽槽后温T槽后＝96℃，原料水流量q水＝0.278L/s。冷媒进口温度T冷进＝35℃，冷媒处口温度T冷出＝40℃，冷媒体积流量q冷＝48.23L/S。冷媒流量设定值q冷设＝48.23L/S，其中冷媒流量衡算值q冷理＝48.23L/S。
1、电解槽发热功率计算，电解槽为并联电解槽：
W发并＝VI-0.74mI
＝336×13500-0.74×360×13500
＝939600(W)
2、系统散热功率的计算
(1)电解槽散热功率计算
电解槽定性温度t＝(T1+T2)/2＝(85+25)/2＝55℃,△T2＝T2-T1＝60℃
求得体积膨胀系数β＝1/(273+t)＝1/(273+55)＝0.00305
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△T)/ν2＝(0.00305*9.8*23*60)/0.000018972
＝3.99×1010
判断为湍流区，代入湍流区公式
电解槽和环境对流散热功率
W槽柱对＝3.5056LD(T2-T1)4/3
＝3.5056×4.7×2×(85-25)4/3
＝7740(W)
W端对＝1.94897D2(T2-T1)4/3
＝1.94897×22×(85-25)4/3
＝1831(W)
W槽对＝W槽柱对+W端对＝7740+1831＝9571(W)
电解槽和环境辐射散热功率
W辐＝15.141(L+0.5D)*D*{[(T2+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}
＝15.141×(4.7+0.5×2)×2×{[(85+273)/100)]4-[(25+273)/100]4}
＝14740(W)
W槽散＝W槽对+W槽辐
＝9571+14740
＝24311(W)
(2)氢分离器散热功率计算
氢分离器直径D氢分＝1.1米，长L氢分＝3.714米，氢分离器表面温度T3＝85℃，环境温度T1＝25℃。
求得定性温度t＝(T1+T3)/2＝(85+25)/2＝55℃,氢分离器表面温度T3与环境温度T1差△T3＝T3-T1＝60℃
求得体积膨胀系数β＝1/(273+t)＝1/(273+55)＝0.00305
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△T)/ν2＝(0.00305*9.8*1.13*60)/0.000018972
＝6.63×109
对氢分离器圆柱侧面，判断为湍流区，代入湍流区公式
W氢分柱对＝3.5056LD(T3-T1)4/3
＝3.5056×3.714×1.1×(85-25)4/3
＝3364(W)
对氢分离器端面，判断为过渡区，代入过渡区公式
W氢分端对＝1.42586D2.17(T3-T1)1.39
＝1.42586×1.12.17×(85-25)1.39
＝519(W)
W氢分对＝W氢分柱对+W氢分端对＝3364+519＝3883(W)
氢分离器辐射散热功率
W氢分辐＝1.247(L氢分+0.5D氢分)*D氢分*{[(T3+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}
＝1.247×(3.714+0.5×1.1)×1.1×{[(85+273)/100)]4-[(25+273)/100]4}
＝499(W)
W氢分散＝W氢分对+W氢分辐
＝3883+499
＝4382(W)
(3)氧分离器散热功率计算
氧分离器直径D氧分＝1.1米，长L氧分＝3.714米，氧分离器表面温度T4＝85℃，环境温度T1＝25℃。
求得定性温度t＝(T4+T1)/2＝(85+25)/2＝55℃,氧分离器表面温度T4与环境温度T1差△T4＝T4-T1＝60℃
求得体积膨胀系数β＝1/(273+t)＝1/(273+55)＝0.00305
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△T)/ν2＝(0.00305*9.8*1.13*60)/0.000018972
＝6.63×109
对氧分离器圆柱侧面，判断为湍流区，代入湍流区公式
W氧分对＝3.5056LD△T4 4/3
＝3.5056×3.714×1.1×60 4/3
＝3364(W)
对氧分离器端面，判断为过渡区，代入过渡区公式
W氧分端对＝1.42586D2.17(T4-T1)1.39
＝1.42586×1.12.17×(85-25)1.39
＝519(W)
W氧分对＝W氧分柱对+W氧分端对＝3364+519＝3883(W)
氧分离器辐射散热功率
W氧分辐＝1.247(L氧分+0.5D氧分)*D氧分*{[(T3+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}
＝1.247×(3.714+0.5×1.1)×1.1×{[(85+273)/100)]4-[(25+273)/100]4}
＝499(W)
W氧分散＝W氧分对+W氧分辐
＝3883+499
＝4382(W)
(4)换热器散热功率计算
换热器有两台，换热器直径D换热＝0.59米，长L换热＝2.5米，换热器表面温度T5＝40℃，环境温度T1＝25℃。
求得定性温度t＝(T5+T1)/2＝(40+25)/2＝32.5℃,换热器表面温度T5与环境温度T1差△T5＝T5-T1＝15℃
求得体积膨胀系数β＝1/(273+t)＝1/(273+32.5)＝0.00327
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△T5)/ν2＝(0.00327*9.8*0.593*15)/0.000018972
＝2.74×108
对换热器圆柱侧面，判断为层流区，代入层流区公式
W换柱对＝3.8282L换热D换热 0.75△T5 1.25
＝3.8282×2.5×0.59×15 1.25
＝167(W)
对换热器端面，判断为层流区，代入层流区公式
W换端对＝2.3539D1.75(T5-T1)1.25
＝2.3539×0.591.75×(40-25)1.25
＝27.6(W)
W换对＝W换柱对+W换端对＝167+27.6＝194.6(W)
换热器散热功率
W辐＝1.247(L+0.5D)*D*{[(Tx+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}
＝1.247×(2.5+0.5×0.59)×0.59×{[(40+273)/100)]4-[(25+273)/100]4}
＝35(W)
W换散＝2×(W换对+W换辐)
＝2×(194.6+35)
＝459(W)
W散＝W槽散+W氢分散+W氧分散+W换散
＝24311+4382+4382+459
＝33534(W)
3、电解槽后变温热功率的计算
W变＝q液ρ液c液△t槽
＝q液ρ液c液(T槽后-T槽后设)＝22.22L/s×1.29kg/L×3100J/kg·℃×(96℃-95℃)＝88858(W)
4、氢氧气带走热量功率
＝7416(W)
△T6为氢气出口温度T6与标况温度T0差；
△T7为氧气出口温度T7与标况温度T0差；
5、原料水带来热量功率
WH2O＝q水ρ水c水△T8
＝0.278×1kg/L×4200J/kg℃×25℃
＝29190(W)
△T8为原料水进口温度T8与标况温度T0差；
6、系统净热功率的计算
系统净热功率为发热功率与散热功率的差值。
W净＝W发+W变+WH2O-W散-W H2-WO2
＝939600+88858+29190-33534-7416-3890
＝1012808(W)
7、冷媒流量的计算
根据热量衡算公式Q冷＝m冷c冷△t冷，等式两边同时除以时间，得：
W净＝q冷ρ冷c冷△t冷
△t冷＝T冷出-T冷进＝40℃-35℃＝5℃
q冷设＝W净÷(ρ冷c冷△t冷)
＝1012808÷(1×4200×5)
＝48.23L/S
△T9记为△t冷，为冷媒出口温度T10与冷媒进口温度T9差；
结合本发明上述实施例的控制逻辑之后，具体控制逻辑如下：
q冷设＝q冷理+q冷矫
在系统运行的某一时刻，此时S衡＝30S，q冷理仍为上一周期衡算值q冷理＝48.23L/S；
此时矫正周期S矫＝120S，进行q矫的衡算：
1、在上述示例中，电解槽后变温热功率的计算
W变＝q液ρ液c液△t槽
＝q液ρ液c液(T槽后-T槽后设)
＝22.22L/s×1.29kg/L×3100J/kg·℃×(96℃-95℃)
＝88858(W)
2、矫正冷媒流量的计算
根据热量衡算公式Q冷偏＝m冷c冷△t冷，等式两边同时除以时间，得：
W冷偏＝q冷偏ρ冷c冷△t冷
△t冷＝T冷出-T冷进＝40℃-35℃＝5℃
q冷偏＝W冷偏÷(ρ冷c冷△t冷)
＝88858÷(1×4200×5)
＝4.23L/S
q冷矫＝αq冷偏
＝4.23L/S
3、冷媒设定流量的迭代
q冷设＝q冷理+q冷矫
＝48.23+4.23
＝52.46L/S
控制系统比较q冷设＝52.46L/S与实测q冷＝48.23L/S，控制系统控制冷媒流量控制器20动作，增大冷媒阀门开度，使得冷媒流量向52.46L/S靠拢。同时控制逻辑中的S矫计时器归零从新计时。在S矫＜120s时，q冷矫＝4.23L/S不变，控制系统通过比较q冷与q冷设来控制冷媒流量控制器20的开度，进而调节T槽后逐渐向T后设收敛。
例2
在实施例1之后过了30秒，S衡＝60S，S矫＝30S，此时q冷理进行衡算，q冷矫不变。监测数据如下：
设定的槽后温度T后设＝95℃，小室数m＝360，电解槽直径D＝2米，L＝4.7米，电解槽使用30％氢氧化钾溶液，ρ液＝1.29kg/L，c液＝3100J/kg·℃，数据采集装置测得：冷媒流量衡算周期为S衡＝60S，矫正周期S矫＝120S，矫正冷媒流量矫正系数α＝1，电压V＝324V，电流I＝10500A，电解液流量q液＝22.22L/s，电解槽表面温度T2＝85℃，环境温度T1＝25℃，氢分离器表面温度T3＝85℃，氧分离器表面温度T4＝85℃，换热器表面温度T5＝40℃，氢气出口温度T6＝30℃，氧气出口温度T7＝30℃，原料水进口温度T8＝25℃，电解槽槽后温T槽后＝96℃，原料水流量q水＝0.216L/s。冷媒进口温度T冷进＝35℃，冷媒处口温度T冷出＝40℃，冷媒体积流量q冷＝52.46L/S。冷媒流量设定值q冷设＝52.46L/S，其中冷媒流量衡算值q冷理＝48.23L/S。
具体控制逻辑如下：
q冷设＝q冷理+q冷矫
此时S衡＝60S，q冷理进行衡算，
1、电解槽发热功率计算，电解槽为并联电解槽带入
W发并＝VI-0.74mI
＝324×10500-0.74×360×10500
＝604800(W)
2、系统散热功率的计算
(1)电解槽散热功率计算
电解槽定性温度t＝(T1+T2)/2＝(85+25)/2＝55℃,△T2＝T2-T1＝60℃
求得体积膨胀系数β＝1/(273+t)＝1/(273+55)＝0.00305
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△T)/ν2＝(0.00305*9.8*23*60)/0.000018972
＝3.99×1010
对电解槽圆柱侧面，判断为湍流区，代入湍流区公式
W槽柱对＝3.5056LD(T2-T1)4/3
＝3.5056×4.7×2×(85-25)4/3
＝7740(W)
对电解槽端面，判断为湍流区，代入湍流区公式
W端对＝1.94897D2(T2-T1)4/3
＝1.94897×22×(85-25)4/3
＝1831(W)
W槽对＝W槽柱对+W端对＝7740+1831＝9571(W)
电解槽和环境辐射散热功率
W槽辐＝15.141(L+0.5D)*D*{[(T2+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}
＝15.141×(4.7+0.5×2)×2×{[(85+273)/100)]4-[(25+273)/100]4}
＝14740(W)
W槽散＝W槽对+W槽辐
＝9571+14740
＝24311(W)
(2)氢分离器散热功率计算
氢分离器直径D氢分＝1.1米，长L氢分＝3.714米，氢分离器表面温度T3＝85℃，环境温度T1＝25℃。
求得定性温度t＝(T1+T3)/2＝(85+25)/2＝55℃,氢分离器表面温度T3与环境温度T1差△T3＝T3-T1＝60℃
求得体积膨胀系数β＝1/(273+t)＝1/(273+52.5)＝0.00305
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△T)/ν2＝(0.00305*9.8*1.13*60)/0.000018972
＝6.63×109
对氢分离器圆柱侧面，判断为湍流区，代入湍流区公式
W氢分柱对＝3.5056LD(T3-T1)4/3
＝3.5056×3.714×1.1×(85-25)4/3
＝3364(W)
对氢分离器端面，判断为过渡区，代入过渡区公式
W氢分端对＝1.42586D2.17(T3-T1)1.39
＝1.42586×1.12.17×(85-25)1.39
＝519(W)
W氢分对＝W氢分柱对+W氢分端对＝3364+519＝3883(W)
(3)氧分离器散热功率计算
氧分离器直径D氧分＝1.1米，长L氧分＝3.714米，氧分离器表面温度T4＝85℃，环境温度T1＝25℃。
求得定性温度t＝(T1+T2)/2＝(85+25)/2＝55℃,氧分离器表面温度T4与环境温度T1差△T4＝T4-T1＝60℃
求得体积膨胀系数β＝1/(273+t)＝1/(273+55)＝0.00305
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△T)/ν2＝(0.00305*9.8*1.13*60)/0.000018972
＝6.63×109
对氧分离器圆柱侧面，判断为湍流区，代入湍流区公式
W氧分对＝3.5056LD△T4 4/3
＝3.5056×3.714×1.1×55 4/3
＝3364(W)
对氧分离器端面，判断为过渡区，代入过渡区公式
W氧分端对＝1.42586D2.17(T4-T1)1.39
＝1.42586×1.12.17×(85-25)1.39
＝519(W)
W氧分对＝W氧分柱对+W氧分端对＝3364+519＝3883(W)
氧分离器辐射散热功率
W氧分辐＝1.247(L氧分+0.5D氧分)*D氧分*{[(T3+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}
＝1.247×(3.714+0.5×1.1)×1.1×{[(85+273)/100)]4-[(25+273)/100]4}
＝499(W)
W氧分散＝W氧分对+W氧分辐
＝3883+499
＝4382(W)
(4)换热器散热功率计算
换热器有两台，换热器直径D换热＝0.59米，长L换热＝2.5米，换热器表面温度T5＝40℃，环境温度T1＝25℃。
求得定性温度t＝(T5+T2)/2＝(40+25)/2＝32.5℃,换热器表面温度T5与环境温度T1差△T5＝T5-T1＝15℃
求得体积膨胀系数β＝1/(273+t)＝1/(273+32.5)＝0.00327
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△T5)/ν2＝(0.00327*9.8*0.593*15)/0.000018972
＝2.74×108
对换热器圆柱侧面，判断为层流区，代入层流区公式
W换柱对＝3.8282L换热D换热 0.75△T5 1.25
＝3.8282×2.5×0.59×15 1.25
＝167(W)
对换热器端面，判断为层流区，代入层流区公式
W换端对＝2.3539D1.75(T5-T1)1.25
＝2.3539×0.591.75×(40-25)1.25
＝27.6(W)
W换对＝W换柱对+W换端对＝167+27.6＝194.6(W)
换热器辐射散热功率
W辐＝1.247(L+0.5D)*D*{[(Tx+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}
＝1.247×(2.5+0.5×0.59)×0.59×{[(40+273)/100)]4-[(25+273)/100]4}
＝35(W)
W换散＝2×(W换对+W换辐)
＝2×(194.6+35)
＝459(W)
W散＝W槽散+W氢分散+W氧分散+W换散
＝24311+4382+4382+459
＝33534(W)
3、电解槽后变温热功率的计算
W变＝q液ρ液c液△t槽
＝q液ρ液c液(T槽后-T槽后设)＝22.22L/s×1.29kg/L×3100J/kg·℃×(96℃-95℃)＝88860(W)
4、氢氧气带走热量功率
/>
5、原料水带来热量功率
WH2O＝q水ρ水c水T8
＝0.216×1kg/L×4200J/kg℃×25℃
＝22680(W)
6、系统净热功率的计算
系统净热功率为发热功率与散热功率的差值。
W净＝W发+W变+WH2O-W散-W H2-WO2
＝604800+88860+22680-33534-5768-3026
＝674012(W)
7、冷媒流量的计算
根据热量衡算公式Q冷＝m冷c冷△t冷，等式两边同时除以时间，得：
W净＝q冷ρ冷c冷△t冷
△t冷＝T冷出-T冷进＝40℃-35℃＝5℃
q冷设＝W净÷(ρ冷c冷△t冷)
＝674012÷(1×4200×5)
＝32.10L/S
此时矫正周期S矫＝30S，不进行q矫的衡算,q冷矫＝4.23L/S
冷媒设定流量的迭代：
q冷设＝q冷理+q冷矫
＝32.10+4.23
＝36.33L/S
控制系统比较q冷设＝36.33L/S与实测q冷＝52.46L/S，控制系统控制冷媒流量控制器20动作，减小冷媒阀门开度，使得冷媒流量向36.33L/S靠拢。同时控制逻辑中的S衡计时器归零从新开始计时。在S衡＜60s时，q冷理＝32.10L/S不变，控制系统通过比较q冷与q冷设来控制冷媒流量控制器20的开度，进而调节T槽后逐渐向T后设收敛。
在冷媒流量衡算周期S衡和矫正周期S矫到达各自的周期时，冷媒社定制q冷设均进行迭代，并且控制系统根据上述运行逻辑控制冷媒流量控制器20的开度变化来控制电解槽的运行状态。经过若干迭代周期后，电解槽槽后温T后会趋于设定值T后设，实现电解槽运行温度的稳定控制。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法，其特征在于，包括：
获取通过数据采集装置采集的用以进行冷媒流量衡算的相关参数，并基于所述相关参数，在每个第一迭代周期开始时，进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值；
基于每个第二迭代周期监测的电解槽的冷媒进口温度、冷媒出口温度、电解液流量和槽后温，计算槽后温和槽后温设定值的偏差所需的冷媒流量，结合矫正系数，确定冷媒流量矫正值；
基于所述冷媒流量理论值和所述冷媒流量矫正值，确定冷媒流量设定值，基于PID算法控制执行机构调节冷媒流量向所述冷媒流量设定值收敛；
所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，包括：
计算所述电解槽的发热功率；
若所述电解槽为串联电解槽，则串联电解槽的小室电压Vcell等于总电压V除以小室数m，小室电流Icell等于总电流I；
电解槽发热功率记为W发，则，
W发＝(Vcell-1.48)×Icell×m；
W发串＝(Vcell-1.48)×Icell×m＝(V÷m-1.48)×I×m＝VI-1.48mI；
其中，W发串为串联电解槽的发热功率；
若所述电解槽为并联电解槽，则并联电解槽小室电压Vcell等于总电压V除以小室数m乘以2，小室电流Icell等于总电流I除以2，则有，
W发并＝(Vcell-1.48)×Icell×m＝(V÷m×2-1.48)×I÷2×m＝VI-0.74mI
其中，W发并为并联电解槽的发热功率。
2.根据权利要求1所述的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法，其特征在于，
所述相关参数包括槽前温、槽后温、电解槽表面温度、气液处理单元各容器、管道、阀门和仪表的表面温度、环境温度、电解槽总电压、总电流、电解液流量、冷媒流量、冷媒进口温度和冷媒出口温度的参数。
3.根据权利要求2所述的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法，其特征在于，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，包括：
计算系统散热功率，具体地，
散热功率W散分为电解槽、容器、管道以及部分附件分别与周围环境的对流散热W对以及与周围环境的辐射散热W辐，
W散＝W对+W辐
其中，W对＝W柱对+W端对，具体地，
W柱对＝h柱*A柱*△Tx
其中，x分别为2、3、4、5；
槽体表面温度与环境温度差△T2＝T2-T1，其中，T2为槽体表面温度；
氢分离器表面温度与环境温度差△T3＝T3-T1，其中，T3为氢分离器表面温度；
氧分离器表面温度与环境温度差△T4＝T4-T1，其中，T4为氧分离器表面温度；
换热器表面温度与环境温度差△T5＝T5-T1，其中，T5为换热器表面温度；
散热面积分为圆柱侧面面积A柱＝π*D*L；
散热系数h柱＝Nu*λ/D，其中，D为横置圆柱体的侧面特征长度；
努塞尔数Nu＝C*(Gr*Pr)n；
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△Tx)/ν2；
体积膨胀系数β＝1/(273+t)；
定性温度t＝(T1+Tx)/2；
对于低温水电解设备，槽体表面温度及容器表面温度Tx范围为50℃-110℃，环境温度T1范围为5℃-40℃，带入上式定性温度t为27.5℃-75℃；
将定性温度t的值带入式β＝1/(273+t)，β值的范围为0.0029-0.0033；
△Tx值的范围为10℃-105℃；
重力加速度取值9.8；
在定性温度范围内，空气粘度ν取值为0.00001897m2/s；
对于电解槽及容器的圆柱侧面，将β、g、△Tx、ν以及电解槽或容器直径D的值带入格拉晓夫数Gr＝(βgD3△Tx)/ν2，结果分以下三种情况：
若求得格拉晓夫数在104-5.76×108之间，表面对流散热为层流，C取0.48，n取0.25；
若求得格拉晓夫数在5.76×108-4.65×109之间，表面对流散热为过渡区，C取0.0445，n取0.37；
若求得格拉晓夫数＞4.65×109，表面对流散热为湍流，C取0.1，n取1/3；
将β值取0.0031，空气导热系数λ取值0.029W/(m*K)；普朗克数Pr取值0.697；至此，W对简化为电解槽或容器长度L，直径D，槽体或容器表面温度Tx，环境温度T1的函数；
W柱对＝3.8282LD0.75(Tx-T1)1.25层流；
W柱对＝3.0372LD1.11(Tx-T1)1.37过渡区；
W柱对＝3.5056LD(Tx-T1)4/3湍流；
W端对＝h端*A端*△Tx；
其中，槽体表面温度与环境温度差△T2＝T2-T1；
氢分离器表面温度与环境温度差△T3＝T3-T1；
氧分离器表面温度与环境温度差△T4＝T4-T1；
换热器表面温度与环境温度差△T5＝T5-T1；
端面面积A端＝2*1/4π*D2＝0.5π*D2；
散热系数h端＝Nu*λ/D，其中，D为横置圆柱体的端面特征长度；
努塞尔数Nu＝C*(Gr*Pr)n；
格拉晓夫数Gr＝(βgD3△Tx)/ν2；
体积膨胀系数β＝1/(273+t)；
定性温度t＝(T1+Tx)/2；
对于低温水电解设备，槽体表面温度及容器表面温度Tx范围为50℃-110℃，环境温度T1范围为5℃-40℃，带入上式定性温度t为27.5℃-75℃；
将定性温度t的值带入式β＝1/(273+t)，β值的范围为0.0029-0.0033；
△Tx值的范围为10℃-105℃；
重力加速度取值9.8；
在定性温度范围内，空气粘度ν取值0.00001897m2/s；
对于电解槽及容器的端面，将β、g、△Tx、ν以及电解槽或容器直径D的值带入格拉晓夫数Gr＝(βgD3△T)/ν2，结果分以下三种情况：
若求得格拉晓夫数在104-3×109之间，表面对流散热为层流，C取0.59，n取0.25；
若求得格拉晓夫数在3×109-2×1010之间，表面对流散热为过渡区，C取0.0292，n取0.39；
若求得格拉晓夫数＞2×1010，表面对流散热为湍流，C取0.11，n取1/3；
将β值取0.0031，空气导热系数λ取值0.029W/(m*K)；普朗克数Pr取值0.697；至此，W对简化为电解槽或容器长度L，直径D，槽体或容器表面温度Tx，环境温度T1的函数；
W端对＝2.3539D1.75(Tx-T1)1.25，则为层流；
W端对＝1.42586D2.17(Tx-T1)1.39，则为过渡区；
W端对＝1.94897D2(Tx-T1)4/3，则为湍流；
W辐＝A*ε*σ*{[(Tx+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}；
其中，散热面积A＝π*D*L+2*1/4π*D2＝π*D(L+0.5D)；
其中，黑体辐射系数σ取值5.67W/(m2·K4)；根据电解槽表面特性，黑度ε取值0.85，代入辐射散热公式，W辐为电解槽长度L，直径D，槽体表面温度T2，环境温度T1的函数；
W辐＝15.141(L+0.5D)*D*{[(T2+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}；
根据容器及管道表面特性，黑度ε取值0.07，代入辐射散热公式，W辐为电解槽长度L槽，直径D槽，容器表面温度Tx，环境温度T1的函数；
W辐＝1.247(L+0.5D)*D*{[(Tx+273)/100)]4-[(T1+273)/100]4}；
W散为电解槽、容器或管道长度Lx，直径Dx，槽体、容器或管道表面温度Tx，环境温度T1的函数。
4.根据权利要求3所述的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法，其特征在于，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
对电解槽后变温热功率的计算，具体如下：
基于实测槽后温与槽后设定温存在的偏差，调节槽后电解液到槽后设定温，产生变温功率W变，根据热量衡算公式Q液＝m液c液△t槽，等式两边同时除以时间，得：
W变＝q液ρ液c液△t槽
△t槽＝T槽后-T槽后设
综上，W变为电解槽槽后温T槽后、槽后设定温T槽后设、电解液热容c液、电解液密度ρ液、电解液体积流量q液的函数。
5.根据权利要求4所述的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法，其特征在于，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
计算氢氧气带走热量功率，其中，
公式两边同时除以以S为单位的时间T，得
同理
其中，△T6为氢气出口温度T6与标况温度T0差；
综上，WH2为电解槽总电流I、小室数m、电流效率η0、氢气密度ρH2、氢气恒容比热容CH2、氢气出口温度T6的函数；
WO2为电解槽总电流I、小室数m、电流效率η0、氧气密度ρO2、氧气恒容比热容CO2、氧气出口温度T7的函数。
6.根据权利要求5所述的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法，其特征在于，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
计算原料水带来热量功率：
WH2O＝mH2O×CH2O×△T8；
其中，水的质量流量根据理论计算
用流量计计量VH2O，mH2O＝VH2O×ρH2O；
△T8为原料水进口温度T8与标况温度T0差；
综上，WH2O为电解槽总电流I、小室数m、电流效率η0、原料水进口温度T8，原料水比热容CH2O的函数或者原料水进口体积流量VH2O、原料水密度ρH2O、原料水进口温度T8、原料水比热容CH2O的函数；
计算系统净热功率，具体为：
W净＝W发+W变+WH2O-W散-WH2-WO2
综上，W净为电解槽电压V、电流I、小室数m、电解槽、容器或管道长度L、直径D、表面温度Tx、环境温度T1、电解槽槽后温T槽后、槽后设定温T槽后设、电解液热容c液、密度ρ液、体积流量q液、电流效率η0、氢气密度ρH2、氢气恒容比热容cH2、氢气出口温度T6、氧气密度ρO2、氧气恒容比热容cO2、氧气出口温度T7的函数、原料水进口温度T8、原料水比热容cH2O、原料水进口体积流量VH2O、原料水密度ρH2O的函数。
7.根据权利要求6所述的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法，其特征在于，所述进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，还包括：
计算冷媒流量，具体如下：
根据热量衡算公式Q冷＝m冷c冷△T9，等式两边同时除以时间，得：
W净＝q冷ρ冷c冷△T9
q冷＝W净÷(ρ冷c冷△T9)
q冷为冷媒体积流量，ρ冷为冷媒密度，c冷为冷媒比热容，△T9为冷媒进出口温差，△T9＝T10-T9
综上，冷媒体积流量q冷为电解槽电压V、电流I、小室数m、电解槽、容器或管道长度L、直径D、表面温度Tx、环境温度T1、电解槽槽后温T槽后、槽后设定温T槽后设、电解液热容c液、密度ρ液、体积流量q液、电流效率η0、氢气密度ρH2、氢气恒容比热容cH2、氢气出口温度T6、氧气密度ρO2、氧气恒容比热容cO2、氧气出口温度T7、原料水进口温度T8、原料水比热容cH2O、原料水进口体积流量VH2O、原料水密度ρH2O、冷媒密度ρ冷、冷媒比热容c冷、冷媒进口温度T9、冷媒出口温T10的函数。
8.根据权利要求6所述的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法，其特征在于，所述冷媒流量设定值为所述冷媒流量理论值和所述冷媒流量矫正值之和；
所述基于每个第二迭代周期监测的冷媒进口温度、冷媒出口温度、电解液流量和槽后温，计算槽后温和槽后温设定值的偏差所需的冷媒流量，结合矫正系数，确定冷媒流量矫正值，包括：
基于监测的冷媒进口温度T冷进、冷媒出口温度T冷出、电解液流量q液、槽后温T槽后，计算槽后温T槽后和槽后温设定值T槽后设的偏差所需的冷媒流量q冷偏，乘以矫正系数α后记为冷媒流量矫正值q冷矫；
q冷矫＝αq冷偏
q冷偏＝W冷偏÷(ρ冷c冷△t冷)。
9.一种基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制系统，其特征在于，其采用如权利要求1至8中任一项所述的基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制方法，所述基于冷媒流量自矫正调节的电解槽运行温度控制系统包括：
数据采集装置，其用于采集用以进行冷媒流量衡算的相关参数，并基于所述相关参数；
控制单元，其用于在每个第一迭代周期开始时，基于所述相关参数，进行冷媒流量衡算，得到冷媒流量理论值，基于每个第二迭代周期监测的冷媒进口温度、冷媒出口温度、电解液流量和槽后温，计算槽后温和槽后温设定值的偏差所需的冷媒流量，结合矫正系数，确定冷媒流量矫正值；基于所述冷媒流量理论值和所述冷媒流量矫正值，确定冷媒流量设定值，基于PID算法生成控制指令，以控制执行机构；
执行机构，其用于接收所述控制单元的控制指令，调节冷媒流量向所述冷媒流量设定值收敛。
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