一种智能综合利用余热控制系统技术方案

工业企业中往往是多种余热源并存，且温度梯度相差大。实际利用中都是将某一热源作为单独系统、单一设计、独立运行。这样就使得回收后的余热温度始终处于某一温度点，使用范围狭窄。本发明专利技术公开了一种智能综合利用余热控制系统，是根据热力学作为理论基础，将多个独立余热回收系统作为子系统，见摘要附图虚线框内余热系统I、余热系统II、余热系统III。然后再将各子系统视作一个大系统，见大虚线框内智能综合利用余热控制系统IV。用PLC人工智能综合控制的方法，将子系统的参数进行分析、逻辑运算，在大系统中统一控制、协调。按以废制废、低温高制、适度使用、提升品位、生态循环的原则，将低品位的热能转化为高品位热能。做到充分、合理、全过程、低成本将余热吃干榨尽。低成本将余热吃干榨尽。低成本将余热吃干榨尽。

【技术实现步骤摘要】
一种智能综合利用余热控制系统

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[0001]本专利技术涉及一种智能综合利用余热控制系统

技术介绍
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[0002]随着能源利用和环境保护的问题日益严重，高效和清洁能源利用技术受到国内外广泛关注和重视。当前，我国能源利用仍然存在着利用“两低一大”的难题(效率低、经济效益低、生态环境压力大)。节能减排、降低能耗、提高能源综合利用率作为能源发展战略规划的重要内容，是解决我国能源问题的根本途径，处于优先发展的地位。实现节能减排、提高能源利用率的目标主要依靠工业领域。
[0003]工业是主要的耗能领域，也是污染物的主要排放源。我国工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70％，主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30％左右。除了生产工艺相对落后、产业结构不合理的因素外，工业余热利用率低，能源(能量)没有得到充分综合利用是造成能耗高的重要原因。我国能源利用率仅为33％左右，比发达国家低约10％，至少50％的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。因此从另一角度看，我国工业余热资源丰富，广泛存在于工业各行业生产过程中。余热资源约占其燃料消耗总量的17％～67％，其中可回收率达60％，余热利用率提升空间大，节能潜力巨大。工业余热回收利用又被认为是一种“新能源”，近年来成为推进我国节能减排工作的重要内容。
[0004]虽然余热资源来源广泛、温度范围大、存在形式多样，但从余热利用角度看，余热资源一般具有以下共同点：
①
大部分低品位余热资源含有腐蚀性的物质，对设备长期安全运行构成很大的影响；
②<br/>有的低品位余热资源具有间歇性的特点，难于连续运行；
③
由于品位较低，难以在现场附近寻找到合适的供热 (冷)负荷；
④
用于发电，效率较低，技术还有待成熟，经济效益不佳。
[0005]根据余热资源在利用过程中能量的传递或转换特点，国内目前的工业余热在利用途径上有：余热直接利用、余热发电、余热综合利用；在利用技术上有：热交换技术、热功转换技术和余热制冷制热技术。
[0006]低温余热源在工业企业中往往有多种形式同时存在。在利用技术上，它们都被设计为独立的系统进行运行。热量并未能够按照其温度梯度的不同，加以综合利用。所以，余热利用率低，浪费大，使用成本高。比较典型的低品位余热资源有：
①
锅炉(加热炉)等排放的烟气，一般在140～180℃；
②
高炉渣、炼钢渣的冲渣水，温度在60～90℃；
③
循环冷却水，大部分在30～50℃；
④
油田开采出水，在30～60℃；
⑤
矿井坑道水，在25～30℃；
⑥
浴池洗浴废水，在30～ 38℃。这些种类繁多的余热资源绝大多数是工业企业在生产中产生的。从经济性出发，需要结合工艺生产进行系统整体的设计布置，综合利用余热，以提高余热利用以及系统设备的效率。
[0007]上述可知，工业余热和废热目前在我国的利用率较低，不但造成了能源的巨大浪费，而且直接或间接地造成了环境污染。从工程自身的热量需求情况出发，实现对余热的梯度智能综合利用是当前余热利用的方向。所以，余热利用技术的背景可概括为：
[0008]节能的需要：充分使用余热资源可以大量降低电能的消耗；
[0009]环境的需要：节能减排、改善环境是当前经济发展中高度重视的问题；
[0010]企业的需要：节能降耗，减少成本是企业核心任务之举。

技术实现思路
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[0011]为了解决上述余热资源综合利用问题，本专利技术提供了一种涉及智能综合利用余热控制系统。
[0012]低温余热不能直接利用，必须先将其能量收集并进行转换后方可加以利用。
[0013]通常方法是利用热交换技术将各种不同的余热转换成热水，一是热水是最好的热媒，便于转换；二是转换后的热水可以直接用于生产或生活；三是热水可以继续再转换成蒸汽等用于其他用途，如发电、烘干等。
[0014]下面以水为例进行说明，设定系统循环侧介质的终止温度为t
终
(也称终温)，介质的初始温度为t
初
(也称初温)。依据热力学第一定律，即能量守恒定律。用ΔU表示物体内能的增加量，用Q表示物体吸收的热量，用W表示外界对物体做的功，那么ΔU＝Q+W就是能量守恒公式，即系统的内能(ΔU)＝系统吸收的热量 (Q)+外界对系统做功(W)。公式可以写成ΔU＝cm(t
终
‑
t
初
)+W，可知，随着循环侧不断吸收热源侧的热能，温度不断升高，t
初
的温度值将趋于t
终
的温度值，当t
终
‑
t
初
趋于0时，即加热温度到极限时，ΔU≈W。此时水泵消耗的电能 (常规能源)等于系统热水的能量，即温差Δt＝t
终
‑
t
初
与被加热介质(水)吸收的能量成正比。
[0015]使用中，由于余热资源没有整合，在单个余热系统中ΔU趋近或等于W时，意味着水泵耗费的电能是在维持终温t
终
的不变，如此耗费电能就不具有利用的价值。如何将多种余热源进行转换后加以综合再利用，成为本专利技术技术的核心。如将煤矿企业中瓦斯发电后的烟气余热、压风机组油温余热、洗浴废水余热等进行换热后加以整合，制成高温蒸汽，再用于发电、烘干和洗浴等。如此，既充分利用余热资源，又不浪费常规电能，就需要通过PLC智能控制系统加以解决。
[0016]依据热力学第二定律，热源侧的高品质能在不断释放热量时，循环侧的低品质能的温度也在不断升高。由于系统不是静态系统，所以热源侧的温度不可能等于循环侧的温度，从而达到平衡。在其传热过程中，要有部分能量耗散掉，这部分耗散掉的能量，其实就是高品质热量在传递过程中的贬值部分，热量实际上并没有完全利用，所以出现能量转换率η。
[0017]本专利技术技术就是依据热力学第一原理(能量守恒原理)和热力学第二原理 (能量贬值原理)作为理论基础，把多个独立余热转换系统视作子系统，各子系统再整合成一个大系统，该系统用智能综合利用余热控制系统，即PLC控制系统进行整合(见附图，图中虚线框内为一独立系统)。让控制系统对使用中的多个独立余热转换支系统进行分析和计算，统一由PLC控制系统进行整合控制，即低温高制的原则，使低温余热转换为高温热源，为进一步再利用打下基础。
[0018]一个工业企业往往同时存在着多个余热资源，在多个余热转换系统中，每个系统一次侧热源的温度都不一样，那么换热后的二次侧热水温度也不一样，即二次侧终温的高低是随一次侧余热源温度高低决定的。二次侧热水终温有两种情况，一是存贮在固定容器
的冷水，经过连续不断地循环加热，最终达到热量平衡后的终止温度，达到终温后温度不再上升；二是人为设定某一温度点(通常也需要不断循环后才能达到)。不管是人为设定终温，还是不断循环平衡后得到的终温。无论那种情况，换热后的热水温度都小于或等于换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能综合利用余热控制系统，形式包含(但不限于)用PLC控制系统，将各个子系统视作一个大系统，对各余热回收系统的温度进行逐级提升，最终实现低温高制，用余热获取高品位热能，达到余热综合回收利用的目的。根据余热波动的特点，PLC首先自动识别热源，以余热、废热等为主，耗电大的换热系统为辅，如热泵系列；其次，选取余热源温度最高的系统为基准，按照温度降阶选取其余余热源的热水。即：如果高温余热系统制取热水量大时，一定终温下的各个低温子系统热水量跟不上，PLC在单位时间内，自动将各个子系统按照温度高低排序，降低子系统终温设定值，以满足高温系统的水量；如果高温余热系统在单位时间内制取热水量小时，即高温与热量少时，一定终温下的各个低温子系统余热水量富裕。PLC仍然自动按照温度高低排序的方法取用，就高不就低，直至停掉耗电量大热泵换热系统，如空气源热泵机组等。该智能综合利用余热控制系统特征在于：(1)对不...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClF二八D二一零零，
申请(专利权)人：杨舜琪，
类型：发明
国别省市：