基于热效率评估的定型机余热回收协同控制方法及系统与流程

本发明涉及热效率评估，尤其涉及基于热效率评估的定型机余热回收协同控制方法及系统。

背景技术：

1、定型机作为纺织印染行业的主要耗能设备，其排放的高温废气含有大量余热，利用换热装置回收该部分热量是行业普遍采用的节能手段。常规做法是在定型机排废管道上安装气-气或气-液换热器，将废气热量转移至新风或热水介质中，预热后的介质再返回定型机烘箱参与工艺循环。换热装置长期运行后，废气中的纤维絮、油性物质及染料助剂残留物会逐步沉积于换热板表面，形成污垢层，导致热阻增大、传热效率显著下降。针对该问题，现有运行维护普遍采用定期人工清洗的方式，即按照固定时间间隔或凭操作人员经验判断，停机后打开换热装置外壳，以高压水枪或化学药剂对换热板进行表面冲洗。

2、目前方法缺乏对换热装置实际热效率状态的实时感知能力，清洗周期的设定往往依据设备厂家推荐的通用时间或现场经验估算，无法适应不同织物品种、不同定型工艺参数下污垢速率差异显著的工况。当实际积垢速率高于预设周期时，换热装置长期处于低效运行状态，余热回收量大幅下降，定型机主加热系统被迫额外消耗蒸汽或燃气进行补偿；当积垢速率低于预设周期时，频繁的停机清洗则造成不必要的生产中断与维护成本浪费。

3、此外，人工逐块擦拭或高压水枪冲洗的方式难以保证清洗质量的一致性，局部区域因水压不足或喷射角度受限而形成残留垢层，清洗后传热性能恢复程度有限，部分污垢残留区域会在后续运行中迅速成为新生污垢的附着核心，加速下一次效率劣化的进程，使换热装置的运行经济性受损。

技术实现思路

1、本发明实施例提供基于热效率评估的定型机余热回收协同控制方法及系统，能够解决现有技术中的问题。

2、本发明实施例的第一方面，提供基于热效率评估的定型机余热回收协同控制方法，包括：

3、采集定型机废气温度与废气流量，换热装置新风侧入口温度与出口温度；

4、计算换热装置的传热系数，提取所述传热系数的时序衰减速率，基于所述衰减速率建立污垢累积的演化模型，利用所述演化模型预测未来时段的热效率衰减轨迹，根据所述衰减轨迹确定清洗启动时间窗口；

5、当运行时间到达所述清洗启动时间窗口时，触发喷淋装置向换热板施加热水清洗；

6、在清洗过程中持续采集换热板表面温度分布，计算各区域温度上升梯度并标记污垢残留区域，针对污垢残留区域增大热水流量并延长作用时间，当所述污垢残留区域的温度上升梯度恢复至梯度阈值时终止清洗；

7、清洗过程中根据传热系数实时变化计算余热回收能力损失量，将所述损失量转换为定型机热源需补偿的热功率生成增量调控指令，清洗完成后根据恢复的传热系数计算余热回收能力恢复量生成减量调控指令。

8、计算换热装置当前传热系数，提取所述传热系数的时序衰减速率，基于所述衰减速率建立污垢累积的演化模型，包括：

9、根据采集的定型机废气温度、废气流量、新风侧入口温度与出口温度，计算废气侧放热量与新风侧吸热量，并取均值确定实际传热量，结合换热装置的有效换热面积与对数平均温差，通过传热方程计算当前传热系数；

10、将当前传热系数按时间顺序构建时序序列，施加滑动时间窗口并在每个窗口内对传热系数进行线性拟合，提取拟合直线斜率的负值作为各时刻的局部衰减速率，将所有局部衰减速率沿时间轴重构形成时序衰减速率；

11、对时序衰减速率进行二阶差分运算，获取衰减速率的变化率作为衰减加速度，统计衰减加速度在不同运行时段的数值分布，识别衰减加速度由接近零转为显著正值的时间节点，将所述时间节点作为污垢累积由线性阶段进入非线性阶段的分界点；

12、构建分段演化函数，在分界点之前采用一阶模型描述传热系数的线性衰减，在分界点之后引入包含衰减加速度的二阶项描述非线性加速衰减，将时序衰减速率作为演化函数的系数输入，建立污垢累积的演化模型。

13、利用所述演化模型预测未来时段的热效率衰减轨迹，根据所述衰减轨迹确定清洗启动时间窗口，包括：

14、驱动分段演化函数进行时间域延拓，在线性衰减阶段采用一阶模型输出传热系数预测值，在非线性衰减阶段采用含衰减加速度的二阶模型输出传热系数预测值，将预测值转换为换热装置的实际换热效率，按时间顺序排列形成热效率衰减轨迹；

15、对热效率衰减轨迹进行参数化表达，以时间为参数计算轨迹在各时刻的曲率值，将曲率值按时间构建为曲率演化曲线；

16、在曲率演化曲线上识别曲率值出现显著跃升的时间节点，将所述时间节点之前曲率演化曲线的积分值作为累积弯曲量，将累积弯曲量达到预设阈值的时刻定义为清洗触发时刻；

17、以清洗触发时刻为参考基准，根据曲率演化曲线在触发时刻的斜率确定窗口宽度调节系数，将触发时刻减去调节系数与基础提前时长的乘积得到窗口前边界，将触发时刻加上固定操作余量得到窗口后边界。

18、在清洗过程中持续采集换热板表面温度分布，计算各区域温度上升梯度并标记污垢残留区域，针对污垢残留区域增大热水流量并延长作用时间，当所述污垢残留区域的温度上升梯度恢复至梯度阈值时终止清洗，包括：

19、在喷淋装置启动后，从换热板表面的温度传感器阵列获取温度序列数据，并按照传感器坐标重构为温度分布场；

20、对所述温度分布场施加时间维度滑动窗口分析，在每个滑动窗口内提取温度变化趋势并转换为各空间位置的温度上升梯度，将转换后的温度上升梯度按照空间坐标排列形成梯度分布图谱；

21、在所述梯度分布图谱中筛选出梯度低于判定基准的空间位置，对筛选出的空间位置进行邻域连通性判定，将连通的空间位置划定为污垢残留区域并提取其空间轮廓与中心位置；

22、将所述污垢残留区域的空间轮廓与内部梯度特征输入至喷淋参数生成模块，根据输入特征生成流量调节指令与时间延长指令并下发至喷淋装置，驱动覆盖污垢残留区域的喷淋单元切换至增强工作模式；

23、在增强工作模式执行期间持续采集污垢残留区域的温度数据并重复计算温度上升梯度，当连续多个周期保持在梯度阈值以上时，生成清洗完成信号并关闭喷淋装置。

24、清洗过程中根据传热系数实时变化计算余热回收能力损失量，将所述损失量转换为定型机热源需补偿的热功率生成增量调控指令，包括：

25、在清洗过程中持续监测换热板冷热侧介质的温度变化轨迹，通过分析冷侧介质温升速率与热侧介质温降速率的演化趋势提取传热效率动态特征；

26、将所述传热效率动态特征与清洗启动前记录的标称传热效率进行偏离度分析，所述偏离度分析输出传热效率衰减指标，并将所述传热效率衰减指标与换热板设计换热容量结合生成余热回收能力损失量；

27、将所述余热回收能力损失量映射至定型机工艺热平衡模型，根据定型机当前生产负荷与织物工艺参数，计算维持工艺温度稳定所需的总热功率需求，并确定热源需补偿的功率缺额；

28、根据所述功率缺额生成分级调控策略，所述分级调控策略将功率缺额划分为多个调节阶段并为每个阶段分配对应的热源输出增量与持续时间，避免热源功率突变引发的系统冲击；

29、将所述分级调控策略封装为增量调控指令序列并下发至定型机热源控制系统，所述热源控制系统按照指令序列依次执行各阶段的功率调节操作。

30、清洗完成后根据恢复的传热系数计算余热回收能力恢复量生成减量调控指令，包括：

31、在清洗完成后对换热板进行热态启动测试，持续监测冷侧介质温升速率与热侧介质温降速率的动态变化过程，分别计算温升速率与温降速率的波动幅度，当所述波动幅度均趋于稳定时判定换热板已恢复至稳定传热工况，并提取稳定传热工况下的传热系数作为恢复后传热系数；

32、将所述恢复后传热系数与清洗启动前记录的初始传热系数进行对比评估，根据评估结果与换热板换热容量确定余热回收能力恢复量；

33、将所述余热回收能力恢复量同步至定型机供热系统，分析定型机工艺热负荷与余热回收可提供热量的供需关系，从热源当前输出中识别可由余热回收系统承担的热功率部分，并生成对应的热源功率削减指令；

34、对所述热源功率削减指令进行平滑化处理，将瞬时功率削减转换为分段线性递减形式，为每个分段设定功率下降斜率与时间窗口；

35、将所述分段线性递减形式的功率调节信息封装为减量调控指令并下发至定型机热源控制系统，所述热源控制系统依据各分段的功率下降斜率执行热源输出的渐进式削减。

36、本发明实施例的第二方面，提供一种基于热效率评估的定型机余热回收协同控制系统，包括：

37、数据采集单元，用于采集定型机废气温度与废气流量，换热装置新风侧入口温度与出口温度；

38、清洗预测单元，用于计算换热装置的传热系数，提取所述传热系数的时序衰减速率，基于所述衰减速率建立污垢累积的演化模型，利用所述演化模型预测未来时段的热效率衰减轨迹，根据所述衰减轨迹确定清洗启动时间窗口；

39、喷淋清洗单元，用于当运行时间到达所述清洗启动时间窗口时，触发喷淋装置向换热板施加热水清洗；

40、残留清洗单元，用于在清洗过程中持续采集换热板表面温度分布，计算各区域温度上升梯度并标记污垢残留区域，针对污垢残留区域增大热水流量并延长作用时间，当所述污垢残留区域的温度上升梯度恢复至梯度阈值时终止清洗；

41、补偿调控单元，用于清洗过程中根据传热系数实时变化计算余热回收能力损失量，将所述损失量转换为定型机热源需补偿的热功率生成增量调控指令，清洗完成后根据恢复的传热系数计算余热回收能力恢复量生成减量调控指令。

42、本发明实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：

43、处理器；

44、用于存储处理器可执行指令的存储器；

45、其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行前述所述的方法。

46、本发明实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现前述所述的方法。

47、本发明基于传热系数时序衰减速率建立污垢演化模型，能够精准预测热效率衰减轨迹，据此确定清洗启动时间窗口，使清洗作业恰在热效率显著下降前夕执行，既避免过早清洗造成无效停机与资源浪费，也杜绝过晚清洗导致余热回收能力大幅下滑，从而长期将换热装置维持在高效运行区间。

48、清洗阶段通过实时采集换热板表面温度分布，计算各区域温度上升梯度，能够精确定位污垢残留区域，并针对该区域单独增大热水流量与延长作用时间，实现按需清洗。相较整体均匀清洗方式，在同等清洗水量下显著提高局部清洗强度，避免残留污垢形成二次热阻，同时缩短整体清洗时长，减少热水消耗与清洗废水排放，降低清洗作业对定型机连续生产的影响。

49、清洗期间基于传热系数实时变化量化为余热回收能力损失量，并转换为热源补偿功率生成增量调控指令，使定型机热源同步补充缺失热量，维持烘箱温度稳定，从而避免清洗过程中因余热回收量下降导致的产品定型质量波动。清洗完成后根据恢复的传热系数生成减量调控指令，使热源补偿随余热回收能力恢复而平稳回落，实现清洗过程与热源负荷的动态协同。