一种基于表冷器的自适应水量节能控制方法

技术领域

本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种基于表冷器的自适应水量节能控制方法。

背景技术

在NMP废气回收工艺系统中，其包括锂电池正负极涂布机、余热回收装置、冷凝主机、以及VOC转轮或者吸收塔等，它们在整个系统中都扮演着不可或缺的角色。其中，冷凝主机，内部含有表冷器，根据用水温度的不同，可分为冷却段和冷冻段，相应的用水则称为冷却水和冷冻水，基于现有工艺，冷却段温度受环境温度影响，冷冻水温度通过冷冻机制获取、且多设定为恒定值；NMP废气在通过余热回收装置后温度较高，需经表冷器降低出口温度、且同时降低NMP废气浓度。

目前，NMP废气回收系统表冷器中，多选择依据NMP废弃出口温度反向自动调节冷冻水水量的方法，以将出口温度降温到预定温度；但在现有技术下，还主要存在以下不足：

（1）冷却水的用量控制。一般情况下，将冷却水的阀门开度保持在最大，以降温NMP废气；但从涂布机出来的NMP废气风量及其温度是会有波动的，而余热回收装置的换热效率又是有限的，因此NMP废气在表冷器中的迎面风速及其温度也是会发生变化的。当NMP废气风量小于设计风量时，此时可能不再需要更多的冷却水，再保持冷却水的阀门开度最大可能不仅不会对NMP废气更有效降温，还会造成能源浪费；

（2）表冷器随当前环境温度的自适应调节。环境温度的变化，主要影响冷却水的温度。而且，冷冻水的进口温度也不一定能保持恒温。基于冷却水比冷冻水成本低的角度考虑，在满足NMP废气温度条件下，现有技术无法做到自适应调节两者水量，使得运行成本较高。

发明内容

本发明在于提供一种基于表冷器的自适应水量节能控制方法，其通过采集NMP废气数据、表冷器数据，以及结合预设NMP废气出口温度，以表冷器最低成本运行成本的目标函数下，计算对应的冷却水和冷冻水水量，并基于冷却水进口温度与各计算变量的关联关系，自适应精准调整冷却水和冷冻水水量，以使得NMP废气经表冷器冷却后达到预定工况要求，同时也降低了表冷器的运行成本。

一种基于表冷器的自适应水量节能控制方法，包括如下步骤：

S1：获取NMP废气数据集、表冷器数据集，并预设NMP废气出口温度；

S2：将表冷器分为冷却段和冷冻段，并结合管外传热系数，建立热量计算模型；

S3：综合考虑冷却段和冷冻段所用水量、以及其单位用量成本，将表冷器运行成本作为优化的目标函数；

S4：计算获取当前预设NMP废气出口温度下的表冷器最低运行成本，以及其对应的冷却段和冷冻段的各计算变量值；

S5：基于计算所获的各变量数据，利用绘图软件绘制冷却水进口温度与各计算变量的相关特性曲线图，获取对应关联关系，并依据关联关系所对应的数据点设计调控参数，以自适应调整冷却水和冷冻水的水量。

通过采集NMP废气数据、表冷器数据，以及结合预设NMP废气出口温度，以表冷器最低成本运行成本的目标函数下，计算对应的冷却水和冷冻水水量，并基于冷却水进口温度与各计算变量的关联关系，自适应精准调整冷却水和冷冻水水量，以使得NMP废气经表冷器冷却后达到预定工况要求，同时也降低了表冷器的运行成本。

进一步的，所述S1中，

NMP废气数据集包括：从涂布机出口的NMP废气初始风量、从涂布机出口的NMP废气初始温度；

表冷器数据集包括表冷器结构参数数据集合表冷器监测参数数据集；

表冷器结构参数数据集包括：盘管外径、盘管厚度、盘管间距、翅片间距、翅片厚度、表冷器宽度、表冷器高度、表冷器迎面管根数、表冷器迎面管排数、翅片导热系数；

表冷器监测参数数据集包括：表冷器进口温度、冷却水进口温度、冷冻水进口温度。

进一步的，所述S2中，管外传热系数包括冷却段的管外传热系数

冷却段的管外传热系数

冷冻段的管外传热系数

式中，

进一步的，所述S2中，热量计算模型包括表冷器总传热量、冷却段总传热量、冷冻段总传热量；

表冷器总传热量

冷却段总传热量

冷冻段总传热量

式中，

其中，

式中，

进一步的，所述S3中，综合考虑冷却段和冷冻段所用水量、以及其单位用量成本，将表冷器运行成本作为优化的目标函数，为：

式中，

其中，

其中，

进一步的，所述S4中，表冷器最低运行成本下，获取冷却段和冷冻段的各计算变量值的过程具体包括：

S41：获取表冷器最低运行成本

S42：基于冷冻水出口温度

S43：结合热量计算模型，计算表冷器总传热量

一种基于表冷器的自适应水量节能控制系统，包括：

数据获取模块，用于读取从涂布机出口的NMP废气初始风量

数据存储模块，用于存储数据获取模块所获取的数据；

数据处理模块，用于计算表冷器最低运行成本、及其对应的冷却水流速

数据执行模块，用于依据冷却水用量和冷冻水用量进行阀门调控、以及NMP出口温度时进行超温报警。

一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行上述任一项所述的方法。

一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述任一项所述的方法。

本发明的有益效果为：

本发明通过采集NMP废气数据、表冷器数据，以及结合预设NMP废气出口温度，以表冷器最低成本运行成本的目标函数下，计算对应的冷却水和冷冻水水量，并基于冷却水进口温度与各计算变量的关联关系，自适应精准调整冷却水和冷冻水水量，以使得NMP废气经表冷器冷却后达到预定工况要求，同时也降低了表冷器的运行成本。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为实施例2的流程图；

图3为冷却水进口温度与各计算变量的相关特性曲线图；

图4为基于表冷器的自适应水量节能控制系统结构示意图；

图5为NMP废气工艺流程图；

图6为计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1

图1所示的是一种基于表冷器的自适应水量节能控制方法，其通过采集NMP废气数据、表冷器数据，以及结合预设NMP废气出口温度，以表冷器最低成本运行成本的目标函数下，计算对应的冷却水和冷冻水水量，并基于冷却水进口温度与各计算变量的关联关系，自适应精准调整冷却水和冷冻水水量，以使得NMP废气经表冷器冷却后达到预定工况要求，同时也降低了表冷器的运行成本；其具体包括如下步骤：

S1：获取NMP废气数据、表冷器数据，并预设NMP废气出口温度；

NMP废气数据包括：从涂布机出口的NMP废气初始风量、从涂布机出口的NMP废气初始温度；

表冷器数据包括表冷器结构参数数据和表冷器监测参数数据；

其中，表冷器结构参数数据包括：盘管外径、盘管厚度、盘管间距、翅片间距、翅片厚度、表冷器宽度、表冷器高度、表冷器迎面管根数、表冷器迎面管排数、翅片导热系数；

其中，表冷器监测参数数据包括：表冷器进口温度、冷却水进口温度、冷冻水进口温度。

S2：将表冷器分为冷却段和冷冻段，并结合管外传热系数，建立热量计算模型；

管外传热系数包括冷却段的管外传热系数

冷却段的管外传热系数

冷冻段的管外传热系数

式中，

在本实施例中，计算管外传热系数所需的数据来源包括现场采集和Ansys Fluent仿真。

热量计算模型包括表冷器总传热量、冷却段总传热量、冷冻段总传热量；依据热量衡算关系和理想气体状态方程，可得，

表冷器总传热量

冷却段总传热量

冷冻段总传热量

式中，

在本实施例中，采用最小二乘法分别拟合NMP废气的初始密度

NMP废气的初始密度

式中，

其中，冷却水和冷冻水为水在不同温度下的状态，即水在不同位置温度

水的密度

水的比热容

式中，

其中，冷却段NMP废气的平均迎面风速

其中，冷冻段NMP废气的平均迎面风速

式中，

S3：综合考虑冷却段和冷冻段所用水量、以及其单位用量成本，将表冷器运行成本作为优化的目标函数；

将表冷器运行成本作为优化的目标函数为：

式中，

其中，

其中，

S4：计算获取当前预设NMP废气出口温度下的表冷器最低运行成本，以及其对应的冷却段和冷冻段的各计算变量值；其过程具体包括如下步骤：

S41：获取表冷器最低运行成本

S42：基于冷冻水出口温度

其中，冷冻水出口温度

冷却水或冷冻水在不同位置温度

式中，

S43：结合热量计算模型，计算表冷器总传热量

S5：基于计算所获的各变量数据，利用绘图软件绘制冷却水进口温度与各计算变量的相关特性曲线图，获取对应关联关系，以自适应调整冷却水和冷冻水的水量。

冷却水进口温度与各计算变量的相关特性曲线包括冷却水进口温度-表冷器运行成本，冷却水进口温度-冷却水、冷冻水的进口水量，冷却水进口温度-冷却水、冷冻水、NMP废气的出口温度，冷却水进口温度-冷却段、冷冻段的总传热量，冷却水进口温度-冷却段、冷冻段的管外传热系数，冷却水进口温度-冷却段、冷冻段的翅片效率；通过比对随着冷却水进口温度下的改变，其他计算变量的变化情况，进而便于自适应调整冷却水和冷冻水的水量，使得能够保证冷冻段NMP出口温度符合预定工况的情况下，能够精准调控冷却水和冷冻水的水量，同时降低了表冷器运行成本。

需要说明的是，在本申请中，将NMP废气当做干燥空气处理，仅做干工况考虑，不考虑湿工况情况。

实施例2

如图2所示，本实施例中提供了一种基于表冷器的自适应水量节能控制方法，具体包括如下步骤：

T1：输入NMP废气数据、表冷器结构数据、表冷器监测数据，并预设NMP废气出口温度；

NMP废气数据包括：从涂布机出口的NMP废气初始风量

表冷器结构数据包括：盘管外径，其为0.01588m；盘管厚度，其为0.0007m；盘管间距，其为0.0381m；翅片间距，其为0.00254m；翅片厚度，其为0.00013m；表冷器宽度，其为0.4m；表冷器高度，其为0.5334m；表冷器长度，其为0.338m；表冷器迎面管根数，其为10根；表冷器迎面管排数，其为10排；翅片导热系数；盘管的横截面积

表冷器监测数据包括冷却段监测数据和冷冻段监测数据；

冷却段监测数据包括：冷却段NMP废气进口温度

其中，冷却段冷却水出口温度

冷冻段监测数据包括：冷冻段冷冻水进口温度

NMP废气预设出口温度

需要说明的是，在监测过程中，应确保冷却段冷却水出口温度

T2：将表冷器分为冷却段和冷冻段，并结合管外传热系数，建立热量计算模型；

在本实施例中，计算管外传热系数时，采用K值经验公式，其系数

冷却段的管外传热系数

冷冻段的管外传热系数

式中，

其中，热量计算模型包括表冷器总传热量、冷却段总传热量、冷冻段总传热量；

表冷器总传热量

冷却段总传热量

冷冻段总传热量

式中，

其中，在100 ~ 140℃的温度范围内，NMP废气的初始密度

式中，

在0 ~ 50℃的温度范围内，冷却水或冷冻水在不同位置温度

冷却水或冷冻水在不同位置温度

T3：综合考虑冷却段和冷冻段所用水量、以及其单位用量成本，将表冷器运行成本作为优化的目标函数；

将表冷器最低运行成本作为优化的目标函数为：

式中，

其中，

其中，

通过对表冷器最低运行成本

需要说明的是，在实际操作过程中，冷却水水量、冷冻水水量应保持10%的裕量。

T4：计算获取当前预设NMP废气出口温度下的表冷器最低运行成本，以及其对应的冷却段和冷冻段的各计算变量值；

T41：获取表冷器最低运行成本

T42：基于冷冻水出口温度

T43：结合热量计算模型，计算表冷器总传热量

在本实施例中，采用MATLAB软件对各计算变量值进行求解。

T5：基于计算所获的各变量数据，利用绘图软件绘制冷却水进口温度与各计算变量的相关特性曲线图，获取对应关联关系，并依据关联关系所对应的数据点设计调控参数，以自适应调整冷却水和冷冻水的水量。

如图3所示，基于所得的各计算变量值，利用OriginPro软件绘制冷却水进口温度

如图3中(a)所示，可知随着冷却水进口温度

如图3中(b)所示，可知随着冷却水进口温度

如图3中(c)、(d)所示，在本实施例中，当冷却水进口温度

如图3中(e)所示，可知随着冷却水进口温度

如图3中(f)所示，可知随着冷却水进口温度

实施例3

如图4所示，本实施中提供了一种基于表冷器的自适应水量节能控制系统，包括数据获取模块、数据存储模块、数据处理模块和数据执行模块，通过对表冷器及其NMP废气的不同阶段进行数据监测和获取，并通过对其进行处理后，在预设NMP出口温度的条件下，基于表冷器最低运行成本，获取对应的冷却水流速、冷冻水流速，计算冷却水和冷冻水的用量，并依据冷却水进口温度与其他各计算变量的关系，实现对冷却水用量和冷冻水用量的自适应调整。

具体来说，数据获取模块，用于读取所采集的NMP废气数据、表冷器监测参数数据、表冷器结构参数数据、以及预设的NMP废气出口温度

NMP废气数据包括：从涂布机出口的NMP废气初始风量

表冷器监测参数数据包括：冷却段冷却水进口温度

表冷器结构参数数据包括：盘管外径、盘管厚度、盘管间距、翅片间距、翅片厚度、表冷器宽度、表冷器高度、表冷器迎面管根数、表冷器迎面管排数、翅片导热系数。

在本实施例中，NMP废气数据、表冷器监测参数数据的数据获取是通过在NMP废气回收工艺过程中，当NMP废气经涂布机出口后，利用监测装置采集获取从涂布机出口的NMP废气初始风量

在本实施例中，表冷器为冷凝主机。

具体来说，数据存储模块，用于存储数据获取模块所获取的数据；

具体来说，数据处理模块，用于计算获取表冷器最低运行成本、及其对应的各计算变量值，并绘制冷却水进口温度

各计算变量包括冷却水流速

冷却水进口温度与各计算变量的相关特性曲线包括冷却水进口温度-表冷器运行成本，冷却水进口温度-冷却水、冷冻水的进口水量，冷却水进口温度-冷却水、冷冻水、NMP废气的出口温度，冷却水进口温度-冷却段、冷冻段的总传热量，冷却水进口温度-冷却段、冷冻段的管外传热系数，冷却水进口温度-冷却段、冷冻段的翅片效率。

具体来说，数据执行模块，用于依据冷却水用量和冷冻水用量进行阀门调控、以及NMP出口温度时进行超温报警。

实施例4

基于同一技术构思，如图6所示，本实施例还提供了一种与前述实施例提供的方法对应的计算机设备，包括处理器2、存储器1和总线，存储器存储有处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，处理器与存储器之间通过总线通信，机器可读指令被处理器执行时执行上述任一项所述的方法。

其中，存储器1至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器（例如，SD或DX存储器等）、磁性存储器、磁盘、光盘等。

存储器1在一些实施例中可以是基于表冷器的自适应水量节能控制系统的内部存储单元，例如硬盘。存储器1在另一些实施例中也可以是基于表冷器的自适应水量节能控制系统的外部存储设备，例如插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，存储器1还可以既包括基于表冷器的自适应水量节能控制系统的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器1不仅可以用于存储安装于基于表冷器的自适应水量节能控制系统的应用软件及各类数据，例如基于表冷器的自适应水量节能控制系统程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

处理器2在一些实施例中可以是一中央处理器（Central Processing Unit,CPU）、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器1中存储的程序代码或处理数据，例如执行基于表冷器的自适应水量节能控制程序等。

本发明公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法实施例中所述的方法的步骤。其中，该存储介质可以是易失性或非易失的计算机可读取存储介质。

本发明公开实施例所提供的应用页面内容刷新方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行上述方法实施例中所述的方法的步骤，具体可参见上述方法实施例，在此不再赘述。

本发明公开实施例还提供一种计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现前述实施例的任意一种方法。该计算机程序产品可以具体通过硬件、软件或其结合的方式实现。在一个可选实施例中，所述计算机程序产品具体体现为计算机存储介质，在另一个可选实施例中，计算机程序产品具体体现为软件产品，例如软件开发包（Software DevelopmentKit，SDK）等等。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语第一、第二等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，多个的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。