本發(fā)明涉及柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，具體是基于orc的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)是一種技術(shù)應(yīng)用，它旨在回收柴油機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣余熱，并將這部分熱能轉(zhuǎn)換為電能，這種系統(tǒng)通常適用于大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，如船舶、重型機(jī)械、發(fā)電廠和大型車(chē)輛等領(lǐng)域，但是，現(xiàn)有的基于orc的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)在使用的過(guò)程中，orc系統(tǒng)的整體效率不高，尤其是在低熱源溫度下，由于有機(jī)工質(zhì)的蒸發(fā)壓力較低，導(dǎo)致膨脹機(jī)的入口溫度和壓力也較低，從而影響了發(fā)電效率，同時(shí)現(xiàn)有的orc系統(tǒng)對(duì)柴油機(jī)廢氣溫度和流量的變化適應(yīng)性不強(qiáng)，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)電效率不穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、基于orc的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括廢氣預(yù)處理模塊和智能控制系統(tǒng)，所述廢氣預(yù)處理模塊的輸出端通過(guò)管道連接有先進(jìn)熱交換器模塊，所述先進(jìn)熱交換器模塊的輸出端通過(guò)管道連接有工質(zhì)循環(huán)與優(yōu)化模塊，所述工質(zhì)循環(huán)與優(yōu)化模塊的輸出端通過(guò)管道連接有膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)模塊，所述膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)模塊的輸出端通過(guò)管道連接有冷凝回收模塊；

4、所述智能控制系統(tǒng)的輸入端均與廢氣預(yù)處理模塊、先進(jìn)熱交換器模塊、工質(zhì)循環(huán)與優(yōu)化模塊、膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)模塊以及冷凝回收模塊的輸出端通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)通信連接。

5、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述廢氣預(yù)處理模塊的內(nèi)部包括廢氣過(guò)濾器、溫度傳感器以及流量傳感器，需初步清除廢氣中的顆粒物，監(jiān)測(cè)廢氣溫度和流量以供后續(xù)模塊調(diào)節(jié)，所述廢氣預(yù)處理模塊直接從柴油機(jī)排氣管接入廢氣，并輸出連接到熱交換器。

6、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述先進(jìn)熱交換器模塊的內(nèi)部包括高效熱交換器以及溫控系統(tǒng)，所述高效熱交換器的具體型號(hào)為swep?b120t。

7、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述工質(zhì)循環(huán)與優(yōu)化模塊的內(nèi)部包括有機(jī)工質(zhì)(r245fa混合工質(zhì))、工質(zhì)存儲(chǔ)罐以及工質(zhì)泵，所述膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)模塊的內(nèi)部包括變頻膨脹機(jī)、連軸發(fā)電機(jī)以及絕緣系統(tǒng)，所述膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)模塊接收工質(zhì)循環(huán)與優(yōu)化模塊的輸出，膨脹后的工質(zhì)流向冷凝器。

8、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述冷凝回收模塊內(nèi)部包括冷凝器以及空氣冷卻系統(tǒng)，用于收集膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)模塊的輸出，液態(tài)工質(zhì)返回工質(zhì)儲(chǔ)存罐，進(jìn)行再次循環(huán)。

9、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述智能控制系統(tǒng)內(nèi)部包括中央處理單元、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及顯示界面單元，所述智能控制系統(tǒng)內(nèi)部采用預(yù)測(cè)性控制算法，具體為mpc算法，其利用未來(lái)預(yù)測(cè)模型、優(yōu)化算法和反饋校正機(jī)制來(lái)優(yōu)化制程控制，在基于orc的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)中，mpc可以調(diào)整和控制系統(tǒng)參數(shù)，以應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)變化的工況，并最大化能效。

10、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述mpc算法具體的算法公式如下：

11、狀態(tài)空間模型：x(k+1)＝ax(k)+bu(k)；

12、y(k)＝cx(k)+du(k)；

13、其中，x(k)是在時(shí)刻k的系統(tǒng)狀態(tài)向量，u(k)是控制輸入，y(k)是輸出，a，b，c，d是系統(tǒng)矩陣；

14、目標(biāo)函數(shù)：

15、這里，q和r是權(quán)重矩陣，用于平衡狀態(tài)誤差和控制效率，n是預(yù)測(cè)范圍；

16、約束條件：

17、xmin≤x(k+i|k)≤xmax；

18、umin≤u(k+i|k)≤umax；

19、這些為狀態(tài)和控制輸入的約束，確保系統(tǒng)運(yùn)行在安全和有效的操作區(qū)間內(nèi)。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

21、通過(guò)智能控制系統(tǒng)采用mpc算法(模型預(yù)測(cè)控制)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，利用未來(lái)預(yù)測(cè)模型、優(yōu)化算法和反饋校正機(jī)制，可以在動(dòng)態(tài)變化的工況下調(diào)整和控制系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)而最大化能效，意味著較傳統(tǒng)的控制策略能實(shí)現(xiàn)更高的能源利用率，通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的swep?b120t高效熱交換器，提升了熱交換效率，高效的熱交換不僅提高了余熱回收率，也減少了系統(tǒng)的能源消耗，使廢氣余熱轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程更加高效，通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)廢氣的溫度和流量以及采用r245fa混合工質(zhì)等措施，增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)不同工況的適應(yīng)性，靈活的適應(yīng)能力使得系統(tǒng)對(duì)于不同的柴油機(jī)排放條件都能保持高效運(yùn)行。

技術(shù)特征：

1.基于orc的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括廢氣預(yù)處理模塊和智能控制系統(tǒng)，其特征在于：所述廢氣預(yù)處理模塊的輸出端通過(guò)管道連接有先進(jìn)熱交換器模塊，所述先進(jìn)熱交換器模塊的輸出端通過(guò)管道連接有工質(zhì)循環(huán)與優(yōu)化模塊，所述工質(zhì)循環(huán)與優(yōu)化模塊的輸出端通過(guò)管道連接有膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)模塊，所述膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)模塊的輸出端通過(guò)管道連接有冷凝回收模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于orc的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：所述廢氣預(yù)處理模塊的內(nèi)部包括廢氣過(guò)濾器、溫度傳感器以及流量傳感器，需初步清除廢氣中的顆粒物，監(jiān)測(cè)廢氣溫度和流量以供后續(xù)模塊調(diào)節(jié)，所述廢氣預(yù)處理模塊直接從柴油機(jī)排氣管接入廢氣，并輸出連接到熱交換器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于orc的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：所述先進(jìn)熱交換器模塊的內(nèi)部包括高效熱交換器以及溫控系統(tǒng)，所述高效熱交換器的具體型號(hào)為swep?b120t。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于orc的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：所述工質(zhì)循環(huán)與優(yōu)化模塊的內(nèi)部包括有機(jī)工質(zhì)(r245fa混合工質(zhì))、工質(zhì)存儲(chǔ)罐以及工質(zhì)泵，所述膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)模塊的內(nèi)部包括變頻膨脹機(jī)、連軸發(fā)電機(jī)以及絕緣系統(tǒng)，所述膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)模塊接收工質(zhì)循環(huán)與優(yōu)化模塊的輸出，膨脹后的工質(zhì)流向冷凝器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于orc的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：所述冷凝回收模塊內(nèi)部包括冷凝器以及空氣冷卻系統(tǒng)，用于收集膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)模塊的輸出，液態(tài)工質(zhì)返回工質(zhì)儲(chǔ)存罐，進(jìn)行再次循環(huán)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于orc的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：所述智能控制系統(tǒng)內(nèi)部包括中央處理單元、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及顯示界面單元，所述智能控制系統(tǒng)內(nèi)部采用預(yù)測(cè)性控制算法，具體為mpc算法，其利用未來(lái)預(yù)測(cè)模型、優(yōu)化算法和反饋校正機(jī)制來(lái)優(yōu)化制程控制，在基于orc的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)中，mpc可以調(diào)整和控制系統(tǒng)參數(shù)，以應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)變化的工況，并最大化能效。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于orc的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：所述mpc算法具體的算法公式如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，且公開(kāi)了基于ORC的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括廢氣預(yù)處理模塊和智能控制系統(tǒng)，所述廢氣預(yù)處理模塊的輸出端通過(guò)管道連接有先進(jìn)熱交換器模塊，所述先進(jìn)熱交換器模塊的輸出端通過(guò)管道連接有工質(zhì)循環(huán)與優(yōu)化模塊，所述工質(zhì)循環(huán)與優(yōu)化模塊的輸出端通過(guò)管道連接有膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)模塊。該基于ORC的柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)智能控制系統(tǒng)采用MPC算法(模型預(yù)測(cè)控制)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，利用未來(lái)預(yù)測(cè)模型、優(yōu)化算法和反饋校正機(jī)制，可以在動(dòng)態(tài)變化的工況下調(diào)整和控制系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)而最大化能效，意味著較傳統(tǒng)的控制策略能實(shí)現(xiàn)更高的能源利用率。

技術(shù)研發(fā)人員：彭菊生,吳夏來(lái),黃鋒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30