柴油发电机组废气能量回收发电与制冷系统及其切换方法
本发明公开了一种柴油发电机组废气能量回收发电与制冷系统及其切换方法，系统包括用于排放废气的高温烟气通道、第一废气能量回收通道、第二废气能量回收通道和第三废气能量回收通道，以及发电装置和制冷装置，第一废气能量回收通道设置有第一门结构和第二门结构，第二废气能量回收通道设置有第三门结构和第四门结构，第三废气能量回收通道设置有第五门结构和第六门结构，高温烟气通道内随烟气流动方向依次设置有第一传感器阵列、第七门结构、第八门结构、第二传感器阵列和第九门结构，本发明通过设置传感器阵列、搭建深度学习模型，实时调优的废气余热回收系统，实现了整个系统的智能化决策，使用效果好，便于推广使用。
发明专利
CN202311343157.X
2023-10-17
CN117404203A
2024-01-16
F02G5/02(2006.01)
中国人民解放军火箭军工程大学
王新军;蔡艳平;李庆辉;张瑞祥;宋小庆;钟啸
710025 陕西省西安市灞桥区同心路2号
西安启诚专利知识产权代理事务所(普通合伙)
李艳春
陕西;61
1.一种柴油发电机组废气能量回收发电与制冷系统，包括用于排放废气的高温烟气通道(1)，其特征在于：所述高温烟气通道(1)连通有第一废气能量回收通道(2)、第二废气能量回收通道(3)和第三废气能量回收通道(4)，所述第二废气能量回收通道(3)上设置有发电装置(5)，所述第三废气能量回收通道(4)上设置有制冷装置(6)，所述第一废气能量回收通道(2)的一端与高温烟气通道(1)的连通处设置有第一门结构(7)，所述第一废气能量回收通道(2)的另一端与高温烟气通道(1)的连通处设置有第二门结构(8)，所述第二废气能量回收通道(3)的一端与高温烟气通道(1)的连通处设置有第三门结构(9)，所述第二废气能量回收通道(3)的另一端与高温烟气通道(1)的连通处设置有第四门结构(10)，所述第三废气能量回收通道(4)的一端与高温烟气通道(1)的连通处设置有第五门结构(11)，所述第三废气能量回收通道(4)的另一端与高温烟气通道(1)的连通处设置有第六门结构(12)，所述高温烟气通道(1)内随烟气流动方向依次设置有第一传感器阵列(13)、第七门结构(14)、第八门结构(15)、第二传感器阵列(16)和第九门结构(17)，所述第一传感器阵列(13)位于第一门结构(7)的气流后方，所述第七门结构(14)位于第三门结构(9)和第五门结构(11)的气流后方，所述第八门结构(15)位于第四门结构(10)和第六门结构(12)的气流前方，所述第二传感器阵列(16)位于第二门结构(8)的气流前方，所述第九门结构(17)位于第二门结构(8)的气流后方。 2.按照权利要求1所述的柴油发电机组废气能量回收发电与制冷系统，其特征在于：所述发电装置(5)包括有机工质余热锅炉器(5-1)、汽包(5-2)、有机透平(5-3)、发电机(5-4)、回热器(5-5)、凝汽器(5-6)、储液罐(5-7)、冷却塔(5-8)、第一工质加压泵(5-9)和第二工质加压泵(5-10)，所述有机工质余热锅炉器(5-1)包括过热段(5-1-1)、蒸发段(5-1-2)和预热段(5-1-3)，所述汽包(5-2)的第一出口端通过第一管道(5-11)与过热段(5-1-1)的入口端连接，所述汽包(5-2)的第二出口端通过第二管道(5-12)与蒸发段(5-1-2)的入口端连接，所述过热段(5-1-1)的出口端通过第三管道(5-13)与有机透平(5-3)的入口端连接，所述有机透平(5-3)的出口端通过第四管道(5-14)与回热器(5-5)的第一入口端连接，所述发电机(5-4)与有机透平(5-3)的输出端连接，所述回热器(5-5)的第一出口端通过第五管道(5-15)与凝汽器(5-6)的第一入口端连接，所述凝汽器(5-6)的第一出口端通过第六管道(5-16)与冷却塔(5-8)的入口端连接，所述冷却塔(5-8)的出口端通过第七管道(5-17)与凝汽器(5-6)的第二入口端连接，所述第一工质加压泵(5-9)设置在第七管道(5-17)上，所述凝汽器(5-6)的第二出口端通过第八管道(5-18)与储液罐(5-7)的入口端连接，所述储液罐(5-7)的出口端通过第九管道(5-19)与回热器(5-5)的第二入口端连接，所述第二工质加压泵(5-10)设置在第九管道(5-19)上，所述回热器(5-5)的第二出口端通过第十管道(5-20)与预热段(5-1-3)的入口端连接，所述预热段(5-1-3)的出口端通过第十一管道(5-21)与汽包(5-2)的第一入口端连接，所述蒸发段(5-1-2)的出口端通过第十二管道(5-22)与汽包(5-2)的第二入口端连接，所述第一管道(5-11)、第二管道(5-12)、第三管道(5-13)、第四管道(5-14)、第五管道(5-15)、第六管道(5-16)、第七管道(5-17)、第八管道(5-18)、第九管道(5-19)、第十管道(5-20)、第十一管道(5-21)和第十二管道(5-22)上均设置有发电传感器阵列(5-23)。 3.按照权利要求2所述的柴油发电机组废气能量回收发电与制冷系统，其特征在于：所述制冷装置(6)包括高压发生器(6-1)、低压发生器(6-2)、高温换热器(6-3)、低温换热器(6-4)、冷凝器(6-5)、蒸发器(6-6)、吸收器(6-7)、溶液泵(6-8)和冷剂泵(6-9)，所述吸收器(6-7)的底部溶液出口端通过第一连接管(6-10)与低温换热器(6-4)的第一入口端连接，所述溶液泵(6-8)设置在第一连接管(6-10)上，所述低温换热器(6-4)的第一出口端通过第二连接管(6-11)与高温换热器(6-3)的第一入口端连接，所述高温换热器(6-3)的第一出口端通过第三连接管(6-12)与高压发生器(6-1)的溶液入口端连接，所述高压发生器(6-1)的蒸汽出口端通过第四连接管(6-13)与低压发生器(6-2)的第一入口端连接，所述高压发生器(6-1)的溶液出口端通过第五连接管(6-14)与高温换热器(6-3)的第二入口端连接，所述高温换热器(6-3)的第二出口端通过第六连接管(6-15)与低压发生器(6-2)的第二入口端连接，所述低压发生器(6-2)的第一出口端通过第七连接管(6-16)与低温换热器(6-4)的第二入口端连接，所述低温换热器(6-4)的第二出口端通过第八连接管(6-17)与吸收器(6-7)的第一入口端连接，所述低压发生器(6-2)的第二出口端通过第九连接管(6-18)与冷凝器(6-5)的第一入口端连接，所述吸收器(6-7)的顶部出口端通过第十连接管(6-19)与冷凝器(6-5)的第二入口端连接，所述冷凝器(6-5)的出口端通过第十一连接管(6-20)与蒸发器(6-6)的入口端连接，所述蒸发器(6-6)的出口端通过第十二连接管(6-21)与吸收器(6-7)的第二入口端连接，所述蒸发器(6-6)通过第十三连接管(6-22)与冷剂泵(6-9)连接，所述第一连接管(6-10)、第二连接管(6-11)、第三连接管(6-12)、第四连接管(6-13)、第五连接管(6-14)、第六连接管(6-15)、第七连接管(6-16)、第八连接管(6-17)、第九连接管(6-18)、第十连接管(6-19)、第十一连接管(6-20)、第十二连接管(6-21)和第十三连接管(6-22)上均设置有制冷传感器阵列(6-23)。 4.按照权利要求3所述的柴油发电机组废气能量回收发电与制冷系统，其特征在于：所述第一门结构(7)、第二门结构(8)、第三门结构(9)、第四门结构(10)、第五门结构(11)、第六门结构(12)、第七门结构(14)、第八门结构(15)和第九门结构(17)均为电动控制门结构，且均能够通过有线或无线进行控制。 5.按照权利要求4所述的柴油发电机组废气能量回收发电与制冷系统，其特征在于：还包括处理器(18)，所述第一传感器阵列(13)、第二传感器阵列(16)、发电传感器阵列(5-23)和制冷传感器阵列(6-23)均与处理器(18)的输入端连接，所述第一门结构(7)、第二门结构(8)、第三门结构(9)、第四门结构(10)、第五门结构(11)、第六门结构(12)、第七门结构(14)、第八门结构(15)和第九门结构(17)均与处理器(18)的输出端连接。 6.按照权利要求5所述的柴油发电机组废气能量回收发电与制冷系统，其特征在于：所述第一传感器阵列(13)、第二传感器阵列(16)、发电传感器阵列(5-23)和制冷传感器阵列(6-23)均能够通过有线或无线进行数据传输。 7.按照权利要求5所述的柴油发电机组废气能量回收发电与制冷系统，其特征在于：所述第一传感器阵列(13)、第二传感器阵列(16)、发电传感器阵列(5-23)和制冷传感器阵列(6-23)均包括流量传感器、温度传感器、压力传感器和浓度传感器中的一种或多种。 8.一种柴油发电机组废气能量回收发电与制冷系统的切换方法，其特征在于，采用如权利要求5所述系统，所述方法包括以下步骤： 步骤一、柴油发电机组废气进入高温烟气通道(1)中，所述第一传感器阵列(13)检测系统入口处废气的温度和流量，并将检测结果传输到处理器(18)中； 步骤二、所述处理器(18)采用改进DGMM模型算法和改进Autoformer模型算法预测系统出口处尾气温度； 步骤三、所述处理器(18)根据算法预测结果和系统入口处废气温度检测结果进行发电或制冷的切换决策； 决策一、当系统入口处废气温度检测值小于等于预设的废气处理阈值Ty1时，不进行废气能量回收；此时，关闭第一门结构(7)、第二门结构(8)、第三门结构(9)、第四门结构(10)、第五门结构(11)和第六门结构(12)，打开第七门结构(14)、第八门结构(15)和第九门结构(17)，柴油发电机组废气经高温烟气通道(1)直接排出； 决策二、当改进DGMM模型算法和改进Autoformer模型算法的预测结果一致时，具体为：当两种算法预测结果为废气经过制冷后温度低于发电后温度，进行制冷切换；当两种算法预测结果为废气经过发电后温度低于制冷后温度，进行发电切换；进行制冷切换时，关闭第一门结构(7)、第二门结构(8)、第三门结构(9)、第四门结构(10)、第七门结构(14)、第八门结构(15)和第九门结构(17)，打开第五门结构(11)和第六门结构(12)，柴油发电机组废气经第三废气能量回收通道(4)进入制冷装置(6)中；进行发电切换时，关闭第一门结构(7)、第二门结构(8)、第五门结构(11)、第六门结构(12)、第七门结构(14)、第八门结构(15)和第九门结构(17)，打开第三门结构(9)和第四门结构(10)，柴油发电机组废气经第二废气能量回收通道(3)进入发电装置(5)中； 决策三、当改进DGMM模型算法和改进Autoformer模型算法的预测结果不一致时，进行温度记录；改进DGMM模型算法对废气经过制冷后温度的预测结果记为TDL,改进DGMM模型算法对废气经过发电后温度的预测结果记为TDD,改进Autoformer模型算法对废气经过制冷后温度的预测结果记为TAL,改进Autoformer模型算法对废气经过发电后温度的预测结果记为TAD,当min(TDL,TDD,TAL,TAD)＝TDL时，进行制冷切换；当min(TDL，TDD，TAL，TAD)＝TDD时，进行发电切换；当min(TDL，TDD，TAL，TAD)＝TAL时，进行制冷切换；当min(TDL，TDD，TAL，TAD)＝TAD时，进行发电切换； 决策四、将两种算法的预测结果和传感器的检测结果进行对比，得到两种算法的预测精度，当改进DGMM模型算法的预测精度高时，在改进DGMM模型算法和改进Autoformer模型算法的预测结果不一致情况下，以改进DGMM模型算法的预测结果进行制冷或发电切换；当改进Autoformer模型算法的预测精度高时，在改进DGMM模型算法和改进Autoformer模型算法的预测结果不一致情况下，以改进Autoformer模型算法的预测结果进行制冷或发电切换； 决策五、当系统入口处废气温度检测值大于等于预设的废气处理阈值Ty2时，进行发电切换；当系统入口处废气温度检测值小于预设的废气处理阈值Ty2时，进行制冷切换； 五种决策的优先级为：决策一＞决策二＞决策三＞决策四＞决策五； 步骤四、所述第二传感器阵列(16)检测系统出口处尾气的温度和流量，并将检测结果传输到处理器(18)中；当系统出口处尾气的温度检测值大于预设的废气处理阈值Ty1时，关闭第三门结构(9)、第四门结构(10)、第五门结构(11)、第六门结构(12)、第七门结构(14)、第八门结构(15)和第九门结构(17)，打开第一门结构(7)和第二门结构(8)，尾气经第一废气能量回收通道(2)返回系统入口进行再次能量回收。 9.按照权利要求8所述的柴油发电机组废气能量回收发电与制冷系统的切换方法，其特征在于：所述改进DGMM模型算法包括改进后的编码方法和改进后的解码方法； 所述改进后的编码方法的具体过程包括： 步骤A1、将自变量多维参数矩阵xtrain和因变量参数矩阵ytrain经过Concatenate层进行连接，得到低维信号T0， T0＝HConcatenate(xtrain,ytrain) 式中，HConcatenat表示连接层操作； 步骤A2、低维信号T0经过第一个卷积层后，得到输入的浅层特征T1， T1＝HConv1(T0) 式中，HConv1表示第一个卷积层操作； 步骤A3、将T1输入到复合残差密集块中进行深层特征提取，得到深层特征T2， T2＝HRG(T1) 式中，HRG表示复合残差密集块操作； 步骤A4、将提取到的深层特征T2输入到卷积层中进行再一次的特征抽象后得到T3, T3＝HConv2(T2) 式中，HConv2表示第二个卷积层操作； 步骤A5、将T1、T2和T3进行涵盖全局特征融合和全局残差学习的密集特征融合，得到全局特征T4， T4＝HDFF(T1,T2,T3) 式中，HDFF表示密集特征融合操作； 步骤A6、采用两个全连接层将T4映射到高维空间； 所述改进后的解码方法的具体过程包括： 步骤B1、从高维空间提取特征信号J1，经过两个全连接层特征映射，得到特征量J2； 步骤B2、J2依次经过第一个、第二个和第N个反卷积层后，得到降维后的特征量J3,J4，…，JN+2； J3＝HDeconv1(J2) JN+2＝HDRD,d(JN+1)＝HDRD,d(HDRD,d-1(...(HDRD,1(J2))...)) 式中，HDeconv1表示第一个反卷积层操作，HDRD,d表示第d个反卷积层+激活层+反卷积层操作； 步骤B3、将提取到的深层特征JN+2输入到卷积层中进行再一次的特征抽象后得到JN+3； 步骤B4、将降维后的JN+3输出后，得到输出因变量参数矩阵。 10.按照权利要求8所述的柴油发电机组废气能量回收发电与制冷系统的切换方法，其特征在于，所述改进Autoformer模型算法包括对Series decomposition block的改进和对Auto-Correlation的改进；所述对Series decomposition block的改进具体包括减小Series decomposition block中对周期性数据的敏感性；所述对Auto-Correlation的改进具体包括增添新的Sparse Attention，在原始的QKV映射时，也同时映射进SparseAttention中，通过平均分配Auto-Correlation和Sparse Attention两者的权值，得到新的处理后的值。