一种基于环保机电设备的余热利用系统的制作方法

本发明涉及工业余热回收与建筑节能控制，具体涉及一种基于环保机电设备的余热利用系统。

背景技术：

1、翅片管换热器是工业余热回收领域常见的气体与液体热交换设备，通过增大换热面积提高传热效率，相变蓄热技术利用材料相变过程中吸收或释放潜热的特性实现热量储存与延时释放，在空调节能控制领域，变频压缩机与变频水泵已被用于根据负荷需求调节输出功率，与本发明最接近的现有技术方案是：设置于环保机电设备排气管路上的常规金属材质翅片管换热器将余热气体热量传递给循环介质，换热后的介质进入单一容积的蓄热水箱或蓄热罐暂存，再经输配管路及循环泵输送至建筑空调系统的冷热源侧，由基于温度阈值的反馈控制器控制循环泵的启停，该方案中，换热器材质对酸碱性腐蚀介质的耐受能力有限，且未设置针对性清洁机制，粉尘结垢与基材腐蚀相互耦合、相互加速，导致换热面在较短周期内出现传热效率下降与结构失效，维护更换成本高昂，蓄热环节仅具备单一温度等级的储热能力，无法对环保机电设备因频繁启停或变负荷运行而产生的脉冲式、间歇波动性余热进行分级平抑，热量过剩时被迫排放，热量不足时又高度依赖电网补充，控制环节仅依据蓄热罐自身温度进行反馈调节，现有技术长期将换热清洁、蓄热调峰、空调联动控制视为相互独立的环节分别设计与优化，普遍认为蓄热罐仅需依据自身温度进行反馈控制即可满足需求，未认识到打通环保机电设备运行数据、蓄热状态数据与空调负荷数据可产生协同降耗效果；

2、本申请通过边缘计算网关将上述三类数据实时接入统一的前馈预测与优化求解模型，突破了各环节独立优化的固有设计思路，实现了余热资源与空调用能需求在时间维度上的动态精准匹配。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题包括以下三个方面：其一，环保机电设备排放的余热气体中含有粉尘颗粒物及酸碱性腐蚀成分，现有换热设备的结垢与腐蚀失效机理相互耦合、相互加速，导致换热面使用寿命短、维护成本高，需要提供一种能够耐受强腐蚀工况并具备自清洁能力的换热结构；其二，环保机电设备因排放工况变化而频繁启停或变负荷运行，其余热产出呈现脉冲式、间歇波动性特征，现有静态换热与直供模式无法对该波动热量进行有效缓冲与梯级利用，需要提供一种能够平抑热量剧烈波动、实现削峰填谷的蓄热调峰结构；其三，现有空调节能控制方案未能打通环保机电设备侧的实时运行数据与空调系统侧的实时冷热负荷需求，导致余热资源与空调用能需求在时间上错配，需要提供一种基于环保机电设备运行数据与空调负荷数据的智能前馈联动控制方案。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于环保机电设备的余热利用系统，该系统包括换热器、蓄热子系统和控制子系统。所述换热器设置有连接环保机电设备排气口的烟气进口以及供传热介质流通的换热通道，换热通道内的翅片管束表面涂覆有防腐涂层，换热器下部设置有气液两相脉冲喷射装置，换热器上还设置有压差传感器与烟尘浓度传感器以及与之连接的局部控制器，局部控制器根据压差与烟尘浓度检测数据控制脉冲喷射装置对翅片管束表面进行冲刷清洁。所述蓄热子系统包括串联设置的高温相变蓄热罐与中低温相变蓄热罐，换热器输出的热介质依次进入高温相变蓄热罐与中低温相变蓄热罐进行分级蓄热，两级蓄热罐经三通切换阀与空调系统冷热源侧管路连接。所述控制子系统包括边缘计算网关，边缘计算网关采集环保机电设备的运行参数与空调系统的负荷参数，基于前馈预测模型预测未来时段的余热产出量，结合两级蓄热罐当前的蓄热状态求解空调系统压缩机运行频率与冷却水泵流量的调节量，并下发至空调系统执行。

3、本发明能够达到如下有益效果：

4、1.翅片管束表面的防腐涂层能够阻隔酸碱性腐蚀介质与金属基材的直接接触，气液两相脉冲喷射装置根据压差与烟尘浓度自适应调整清洁周期，对翅片管束表面进行周期性冲刷清洁，能够降低结垢与腐蚀相互耦合导致的失效概率，延长换热面使用寿命，减少停机维护频次；

5、2.高温相变蓄热罐与中低温相变蓄热罐串联布置并通过三通切换阀自动切换供热优先级，能够将脉冲式波动余热按品位分级储存并平稳释放，实现热量的削峰填谷与梯级利用，提高余热综合利用率；

6、3.边缘计算网关基于前馈预测模型提前获知未来时段的余热可用量，并结合空调系统实时负荷需求动态调节压缩机运行频率与冷却水泵流量，能够提高余热对空调系统电能消耗的替代比例，降低空调系统综合能耗。

1.一种基于环保机电设备的余热利用系统，包括用于回收环保机电设备排放的余热气体热量的换热器、用于储存所述换热器输出热量的蓄热子系统，以及用于将储存的热量与空调系统负荷进行匹配的控制子系统，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述防腐涂层为石墨烯防腐涂层。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述局部控制器还用于根据检测到的烟气温度波动幅度与烟尘浓度检测值确定下一次清洁的间隔时间，实现清洁周期的自适应调整。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述局部控制器在所述压差传感器检测到的压差达到预设阈值时触发所述气液两相脉冲喷射装置进行清洁，以及在所述环保机电设备处于停机与启动切换周期内时触发所述气液两相脉冲喷射装置进行清洁。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高温相变蓄热罐内填充有高熔点无机水合盐类相变材料，所述中低温相变蓄热罐内填充有石蜡基复合相变材料。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三通切换阀根据所述高温相变蓄热罐与所述中低温相变蓄热罐当前蓄热量占各自额定蓄热容量的比例是否达到预设饱和阈值，切换向空调系统供热的优先级。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述前馈预测模型为基于长短期记忆神经网络构建的预测模型，用于根据环保机电设备的历史运行参数与空调系统的历史负荷参数预测未来时段的余热产出量。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，环保机电设备的运行参数包括转速、排气温度和运行电流，空调系统的负荷参数包括冷冻水回水温度、冷冻水流量和压缩机运行频率。

9.一种基于环保机电设备的余热利用方法，应用于权利要求1所述的系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：边缘计算网关周期性回采空调系统的实际运行电耗数据与蓄热子系统的实际蓄放热数据，根据回采结果对所述前馈预测模型的参数进行修正。