CN116920581B - 用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***及其方法，其在经所述喷淋塔的下段喷淋将所述降温后烟气，冷却至约–90℃的过程中，基于降温后烟气的温度变化来自适应地调整喷淋量，通过这样的方式，能够避免专业技术人员的介入而引起的低效率和低准确性的问题，从而能够使得冷凝效果能够满足烟气温度的实际变化情况，同时能够避免能源的浪费，提高二氧化碳的回收效果。
Description
技术领域
本发明涉及智能化回收控制技术领域，尤其涉及一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***及其方法。
背景技术
目前，液化天然气(LNG)动力船舶在航运行业中得到广泛应用，它们使用天然气作为燃料，相比传统的石油燃料，天然气燃料具有较低的碳排放和空气污染物排放，对环境影响较小。然而，尽管LNG燃料相对清洁，但仍然会产生大量的二氧化碳(CO2)排放。
为了应对全球气候变化和减少航运行业的温室气体排放，国际海事组织(IMO)通过了关于减少航运温室气体排放的初步战略，该战略旨在减少船舶的温室气体排放，其中包括对LNG动力船舶的要求。
在天然气动力船舶中，二氧化碳回收控制***的主要目标是从燃烧后产生的烟气中回收和分离二氧化碳，以减少其排放到大气中。为了提高LNG动力船舶的能源利用效率和减少二氧化碳排放，可以利用LNG动力船舶的气化冷能来捕集烟气中的二氧化碳。
然而，目前对于气化冷能的喷淋控制方案只是通过专业技术人员凭借经验进行固定控制，而在船舶运行过程中，燃料成分、负荷和环境条件等因素会发生变化，这些变化会导致烟气温度的不同，因而所需的喷淋量不同。并且，在实际进行二氧化碳回收的过程中，烟气温度会不断发生变化，若仅依靠固定的喷淋量控制方式会导致能源的浪费或二氧化碳回收效果的不足，难以满足实际的应用需求。
因此，期望一种优化的用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***。
发明内容
本发明实施例提供一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***及其方法，其在经所述喷淋塔的下段喷淋将所述降温后烟气，冷却至约–90℃的过程中，基于降温后烟气的温度变化来自适应地调整喷淋量，通过这样的方式，能够避免专业技术人员的介入而引起的低效率和低准确性的问题，从而能够使得冷凝效果能够满足烟气温度的实际变化情况，同时能够避免能源的浪费，提高二氧化碳的回收效果。
本发明实施例还提供了一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***，其包括：
预喷淋塔，喷淋塔，烟气冷却器，H2O固液分离器，正戊烷循环泵，正戊烷多介质冷却器，CO2固液分离器和正戊烷LNG换热器；
其中，将天然气燃烧后产生的高温烟气送入所述预喷淋塔进行降温处理后以得到降温后烟气，所述降温后烟气被送入所述喷淋塔进行基于低温正戊烷液体的喷淋降温处理；
其中，所述降温后烟气被送入所述喷淋塔进行基于低温正戊烷液体的喷淋降温处理，包括：
经所述喷淋塔的下段喷淋将所述降温后烟气，冷却至约–90℃，经所述H2O固液分离器冷凝分离出所述降温后烟气中的H2O和正戊烷循环液；以及
经所述喷淋塔的上段喷淋将所述降温后烟气冷却至约-115℃，冷凝分离出烟气中的CO2，以干冰的形式经所述CO2固液分离器分离出正戊烷循环液。
本发明实施例还提供了一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制方法，其包括：
获取预定时间段内多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值；
将所述多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值进行时序协同响应性分析以得到烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征；
基于所述烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征，确定当前时间点的喷淋速度值应增大、应减小或应保持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中提供的一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***的结构示意图。
图2为本发明实施例中提供的一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***中所述控制器的框图。
图3为本发明实施例中提供的一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制方法的流程图。
图4为本发明实施例中提供的一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制方法的***架构的示意图。
图5为本发明实施例中提供的一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***的应用场景图。
其中，100、用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***；1、预喷淋塔；2、喷淋塔；3、烟气冷却器；4、H2O固液分离器；5、正戊烷循环泵；6、正戊烷多介质冷却器；7、CO2固液分离器；8、正戊烷LNG换热器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
除非另有说明，本发明实施例所使用的所有技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明的范围。
在本发明实施例记载中，需要说明的是，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例可以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
应可以理解，液化天然气(LNG)动力船舶是一种使用液化天然气作为燃料的船舶，相比传统的燃油动力船舶，具有许多优势。LNG是一种清洁燃料，燃烧后产生的二氧化碳(CO2)排放量较低，几乎不产生硫氧化物(SOx)和颗粒物(PM)的排放。相比燃油船舶，使用LNG动力船舶可以显著降低空气污染和温室气体排放。
LNG燃料具有高热值和较低的燃烧温度，使得燃烧效率更高。相比传统的燃油船舶，LNG动力船舶的燃料消耗更低，从而降低运营成本。LNG是一种非***性和非毒性的燃料，相对于其他燃油类型，LNG的燃烧和储存更安全。此外，LNG船舶设计中采用了多重安全***，包括防火和泄漏控制***，以确保船舶运营的安全性。
LNG动力船舶的引擎噪音较低，对海洋生物和附近居民的影响更小。这对保护海洋生态***和改善航行周围环境有积极的影响。随着全球对可持续能源的需求增加，LNG作为一种过渡燃料，被视为减少碳排放和实现能源转型的重要选择。使用LNG动力船舶有助于减少对传统石油燃料的依赖，促进可持续发展。
在近年来，LNG动力船舶在航运业得到了广泛的应用。尤其是在远洋航行和港口运输方面，LNG动力船舶被广泛采用，以满足环保法规和减少碳排放的要求。随着LNG基础设施的不断发展和技术的进步，预计未来LNG动力船舶的应用将进一步扩大。
利用LNG动力船舶的气化冷能来捕集烟气中的二氧化碳是一种提高能源利用效率和减少二氧化碳排放的有效方法。在LNG动力船舶中，液化天然气(LNG)被用作燃料进行气化，产生高温燃烧气体驱动发动机。在这个过程中，气化冷能(也称为低温热能)会以废热的形式被释放到环境中。如果能够利用这部分废热来进行二氧化碳捕集，就可以提高能源利用效率，将其转化为有用的能量。
LNG动力船舶的燃烧过程会产生二氧化碳排放，而二氧化碳是主要的温室气体之一。通过捕集烟气中的二氧化碳，可以减少其释放到大气中的量，从而降低船舶的碳排放量，有助于应对气候变化，并符合全球对于减少温室气体排放的要求。
通过捕集烟气中的二氧化碳，可以将其进行处理和储存，以防止其释放到大气中。碳捕集与储存技术(CCS)是一项已经存在并得到广泛应用的技术，可将二氧化碳安全地储存在地下储层或其他适当的地方。利用LNG动力船舶的气化冷能进行碳捕集，为将来实施CCS提供了一个有前景的应用领域。
利用LNG动力船舶的气化冷能来捕集烟气中的二氧化碳具有重要的必要性。这不仅可以提高能源利用效率，还可以减少船舶的碳排放量，为可持续发展和应对气候变化做出积极贡献。然而，具体的实施细节和技术挑战需要进一步的研究和开发。
在本发明的一个实施例中，图1为本发明实施例中提供的一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***的结构示意图。如图1所示，根据本发明实施例的用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***100，包括：预喷淋塔1，喷淋塔2，烟气冷却器3，H2O固液分离器4，正戊烷循环泵5，正戊烷多介质冷却器6，CO2固液分离器7和正戊烷LNG换热器8；其中，将天然气燃烧后产生的高温烟气送入所述预喷淋塔1进行降温处理后以得到降温后烟气，所述降温后烟气被送入所述喷淋塔2进行基于低温正戊烷液体的喷淋降温处理；其中，所述降温后烟气被送入所述喷淋塔2进行基于低温正戊烷液体的喷淋降温处理，包括：经所述喷淋塔2的下段喷淋将所述降温后烟气，冷却至约–90℃，经所述H2O固液分离器4冷凝分离出所述降温后烟气中的H2O和正戊烷循环液；以及，经所述喷淋塔2的上段喷淋将所述降温后烟气冷却至约-115℃，冷凝分离出烟气中的CO2，以干冰的形式经所述CO2固液分离器7分离出正戊烷循环液。
其中，捕集CO2的工作流程：
由图1可见，天然气经主机燃烧后产生的高温烟气送入预喷淋塔1，预喷淋塔1的作用是将烟气温度降至尽可能接近0℃。为了节约冷能耗，通过2段喷淋的方式来实现：下段喷淋通过海水进行冷却，可将烟气温度降至40℃左右；上段喷淋通过经加热后的低温天然气(约-90℃)及最终产物低温烟气(约-115℃)来进行，烟气温度降至接近0℃。烟气中的冷凝水与海水一同从塔底排出。
经过预喷淋塔1降温后的烟气进入喷淋塔2，通过低温正戊烷液体喷淋进一步降温至H2O和CO2的冷凝分离温度。采用正戊烷作为喷淋液的原因主要是：1)正戊烷(C5H12)的熔点是-129.8℃，沸点是36.1℃，液体温度区间满足冷凝脱除H2O和CO2的要求；2)H2O和CO2不溶于正戊烷，因此冷凝下来之后可以从正戊烷冷却液中分离出来。
喷淋塔2采用2段喷淋冷却方式：下段喷淋将烟气冷却至约–90℃，经H2O固液分离器4冷凝分离出烟气中的H2O和正戊烷循环液；上段喷淋将烟气冷却至约-115℃，冷凝分离出烟气中的CO2，以干冰的形式经CO2固液分离器7分离出正戊烷循环液。喷淋塔2上段喷淋循环液通过约-163℃的LNG冷却，下段喷淋循环液通过回收干冰CO2的气化潜热及低温天然气(约-115℃)冷却。剩余的低温烟气进入预喷淋塔1中的烟气冷却器3，经烟气加热后排出。
本发明的有益效果是：
1、开发了一种通过低温戊烷液体喷淋冷却同时冷凝脱除烟气中CO2的工艺。烟气经过冷冻水喷淋后，烟气中大部分水分从烟气中冷凝分离；然后经过低温戊烷喷淋至-90℃左右，冷凝分离出H2O；最后通过低温戊烷进一步冷却到-115℃，冷凝分离出90％的CO2。
2、节能，利用海水做为高温烟气预冷的冷量来源，同时逐级利用LNG的气化冷量来冷冻烟气捕集CO2。
3、该工艺烟气不需要在冷却前进行除湿处理，而是直接喷淋冷却；冷凝分离出来的H2O和CO2不溶于戊烷，可以简单从洗涤液中分离出来。
4、中间介质消耗少，采用闭式循环。
针对上述技术问题，本发明的技术构思为在经所述喷淋塔的下段喷淋将所述降温后烟气，冷却至约–90℃的过程中，基于降温后烟气的温度变化来自适应地调整喷淋量，通过这样的方式，能够避免专业技术人员的介入而引起的低效率和低准确性的问题，从而能够使得冷凝效果能够满足烟气温度的实际变化情况，同时能够避免能源的浪费，提高二氧化碳的回收效果。
图2为本发明实施例中提供的一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***中所述控制器的框图，如图2所示，所述用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***，还包括用于对所述喷淋塔的喷淋速度值进行控制的控制器10；其中，所述控制器10，包括：数据采集模块110，用于获取预定时间段内多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值；数据协同响应性分析模块120，用于将所述多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值进行时序协同响应性分析以得到烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征；喷淋控制模块130，用于基于所述烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征，确定当前时间点的喷淋速度值应增大、应减小或应保持。
其中，在所述数据采集模块110中，确保数据采集设备的准确性和可靠性，以获得准确的烟气温度和喷淋速度数据。此外，数据采集的时间间隔和持续时间应根据具体情况进行合理设置，以满足对烟气温度和喷淋速度变化的实时监测需求。通过数据采集模块，可以实时获取烟气温度和喷淋速度的数据，为后续的协同响应性分析和喷淋控制提供基础。
在所述数据协同响应性分析模块120中，在进行协同响应性分析时，需要考虑烟气温度和喷淋速度之间的时序关系，包括滞后效应和响应速度等因素。此外，分析方法和算法的选择也需要根据具体情况进行合理的设计和优化。通过数据协同响应性分析模块，可以了解烟气温度和喷淋速度之间的关联特征，为喷淋控制模块提供依据，实现更精确和高效的喷淋控制。
在所述喷淋控制模块130中，喷淋控制模块需要根据实际情况和***要求，设置合适的控制策略和算法。同时，喷淋设备的响应速度和调节精度也需要考虑，以确保喷淋控制的准确性和稳定性。喷淋控制模块可以根据烟气温度的变化实时调整喷淋速度，以达到控制烟气温度的目的。通过精确的喷淋控制，可以提高能源利用效率，减少二氧化碳排放，并提高***的稳定性和性能。
控制器的各个模块在LNG动力船舶中起着关键作用。数据采集模块获取实时的烟气温度和喷淋速度数据，数据协同响应性分析模块分析二者之间的时序关联特征，而喷淋控制模块根据分析结果进行喷淋速度的调节，以实现能源利用效率的提高和二氧化碳排放的减少。这些模块的协同工作可以优化船舶的喷淋***，提高其性能和环保效益。
具体地，所述数据采集模块110，用于获取预定时间段内多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值。在本发明的技术方案中，首先，获取预定时间段内多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值。
通过获取多个时间点的烟气温度和喷淋速度数据，可以进行数据分析和趋势预测。通过分析烟气温度的变化趋势，可以预测当前时间点烟气温度的可能变化方向。结合喷淋速度的数据，可以推测当前时间点应采取的喷淋速度调节策略。
烟气温度和喷淋速度之间存在一定的响应关系。通过获取多个时间点的烟气温度和喷淋速度数据，并进行分析，可以确定烟气温度-喷淋速度的响应特征。基于这些特征，可以判断当前时间点的烟气温度变化趋势，并相应地调整喷淋速度，以实现对烟气温度的控制和调节。
通过获取多个时间点的数据，可以实现实时的喷淋速度控制和优化。根据烟气温度的变化情况，结合预先分析的响应特征，可以在当前时间点及时调整喷淋速度，以达到最佳的控制效果。通过实时控制和优化，可以提高能源利用效率，降低二氧化碳排放，并确保***的稳定性和性能。
获取预定时间段内多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值对于确定当前时间点的喷淋速度值应增大、应减小或应保持起着重要作用。通过数据分析、趋势预测和响应性调节，可以实现对烟气温度的精确控制和调节，从而提高能源利用效率、减少二氧化碳排放，并优化***的性能。
具体地，所述数据协同响应性分析模块120，用于将所述多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值进行时序协同响应性分析以得到烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征。所述数据协同响应性分析模块120，包括：数据时序排列单元，用于将所述多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值分别按照时间维度排列为烟气温度时序输入向量和喷淋速度时序输入向量；逐位置响应关联编码单元，用于将所述烟气温度时序输入向量和所述喷淋速度时序输入向量进行逐位置响应关联编码以得到烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序输入向量；向量切分单元，用于对所述烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序输入向量进行切分以得到多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序输入向量；局部时序响应特征提取单元，用于对所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序输入向量分别进行时序特征提取以得到多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量；全局时序关联特征提取单元，用于将所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量进行全局关联分析以得到全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量作为所述烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征。
接着，考虑到由于所述烟气温度值和所述喷淋速度值在时间维度上都具有着时序的动态变化规律，为了能够有效地捕捉到所述烟气温度值和所述喷淋速度值分别在时序上的协同关联变化特征，需要将所述多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值分别按照时间维度排列为烟气温度时序输入向量和喷淋速度时序输入向量，以此来分别整合所述烟气温度值和所述喷淋速度值在时序上的分布信息。
在本发明的一个实施例中，所述逐位置响应关联编码单元，用于：计算所述烟气温度时序输入向量和所述喷淋速度时序输入向量之间的按位置点除以得到所述烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序输入向量。
然后，考虑到由于所述烟气温度值和所述喷淋速度值之间具有着适配性的协同关联关系，也就是说，在实际进行喷淋量的控制过程中，应基于烟气温度的变化来自适应控制喷淋量。因此，在本发明的技术方案中，为了获得所述烟气温度值和所述喷淋速度值之间的关联性和相互作用，需要建立所述烟气温度值和所述喷淋速度值之间的关联关系。基于此，在本发明的技术方案中，进一步计算所述烟气温度时序输入向量和所述喷淋速度时序输入向量之间的按位置点除以得到烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序输入向量，其中，所述烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序输入向量中每个位置点对应的数值表示了所述烟气温度和所述喷淋速度之间的响应性关联关系，这个关联关系反映了所述烟气温度对所述喷淋速度的影响程度。
在实际应用中，船舶运行过程中的工况可能会发生变化，例如负荷的变化、燃料成分的变化等，这些变化会对二氧化碳回收过程产生影响。因此，在本发明的技术方案中，进一步对所述烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序输入向量进行切分以得到多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序输入向量，这样，将整个所述烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序输入向量切分成多个局部时序输入向量以更好地捕捉不同时间段或不同工况下的控制特征，即所述烟气温度和所述喷淋速度之间的时序响应关联特征，从而更好地分析和处理不同时间段或不同工况下的控制需求。
在本发明的一个实施例中，所述局部时序响应特征提取单元，用于：将所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序输入向量分别通过基于一维卷积层的时序特征提取器以得到所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量。
进一步地，再将所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序输入向量分别通过基于一维卷积层的时序特征提取器中进行特征挖掘，以提取出所述烟气温度和所述喷淋速度之间在时间维度上的局部时序协同响应性关联特征信息，有利于更为充分地捕捉到不同时间段下的烟气温度和喷淋速度之间的适配性关联关系，从而得到多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量。
在本发明的一个实施例中，所述全局时序关联特征提取单元，用于：将所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量通过基于转换器模块的时序上下文编码器以得到所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量。
继而，还考虑到由于所述烟气温度和所述喷淋速度在各个时间段内的关联特性不同，也就是说，这两者之间的时序协同响应关联变化不同，若想能够充分地捕捉到有关于所述烟气温度和喷淋速度之间在全时序上的协同响应关联特征信息，从而基于实际降温后烟气的温度变化来自适应地调整喷淋量，在本发明的技术方案中，进一步将所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量通过基于转换器模块的时序上下文编码器中进行编码，以提取出所述烟气温度和所述喷淋速度之间基于时序全局的时序响应关联特征信息，从而得到全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量。
具体地，所述喷淋控制模块130，包括：特征分布优化单元，用于对所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量进行特征分布优化以得到优化全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量；喷淋速度分类单元，用于将所述优化全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量通过分类器以得到分类结果，所述分类结果用于表示当前时间点的喷淋速度值应增大、应减小或应保持。
特别地，在本申请的技术方案中，将所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量通过基于转换器模块的时序上下文编码器时，可以对所述烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量表达的烟气温度-喷淋速度响应的局部时序关联特征进行跨局部时域的上下文关联编码。也就是，在基于局部时域整体进行关联编码的情况下，在对所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量通过分类器进行分类时，会进行基于局部时域尺度的尺度启发式的类概率映射，同时，考虑到所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量包含了局部时域内时序关联特征和全局时域下的局部时域间上下文关联特征表示，即，包含了混合时序空间特征表示，这会导致所述分类器的训练效率降低。基于此，本申请在将所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量通过分类器进行分类时，对所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量进行特征秩表达的语义信息均一化激活。
在本发明的一个实施例中，所述特征分布优化单元，用于：以如下优化公式对所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量进行特征秩表达的语义信息均一化激活以得到所述优化全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量；
其中，所述优化公式为：
其中，vi是所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量y的第i个特征值，||V||2表示所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量的二范数，log是以2为底的对数，且α是权重超参数，vi′是所述优化全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量的第i个特征值。
这里，考虑到所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量V的特征分布在高维特征空间到分类回归空间时的特征分布映射，在基于混合时序空间特征的不同的特征分布级别上会呈现不同的映射模式，导致需要提升基于尺度启发式的映射策略的映射效率，因而，基于特征向量范数的秩表达语义信息均一化来结合尺度启发进行特征匹配，可以将相似特征秩表达以类似方式激活，并降低差异较大的特征秩表达之间的相关性，从而解决所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量V的特征分布在不同空间秩表达下的概率表达映射效率低下的问题，提升所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量通过分类器进行分类时的训练效率。这样，能够基于降温后烟气温度的变化情况来实时地进行喷淋量的自适应调整，以使得冷凝效果能够满足烟气温度的实际变化情况，同时能够避免能源的浪费，提高二氧化碳的回收效果。
进而，将所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量通过分类器以得到分类结果，所述分类结果用于表示当前时间点的喷淋速度值应增大、应减小或应保持。也就是说，以所述降温后烟气的温度值和所述喷淋速度值之间的全时序响应关联特征来进行分类处理，从而基于实际降温后烟气的温度变化情况来自适应地调整喷淋速度，以使得冷凝效果能够满足烟气温度的实际变化情况，同时能够避免能源的浪费。
综上，基于本发明实施例的用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***100被阐明，其避免专业技术人员的介入而引起的低效率和低准确性的问题，从而能够使得冷凝效果能够满足烟气温度的实际变化情况，同时能够避免能源的浪费，提高二氧化碳的回收效果。
如上所述，根据本发明实施例的用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***100可以实现在各种终端设备中，例如用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制的服务器等。在一个示例中，根据本发明实施例的用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***100可以作为一个软件模块和/或硬件模块而集成到终端设备中。例如，该用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***100可以是该终端设备的操作***中的一个软件模块，或者可以是针对于该终端设备所开发的一个应用程序；当然，该用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***100同样可以是该终端设备的众多硬件模块之一。
替换地，在另一示例中，该用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***100与该终端设备也可以是分立的设备，并且该用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***100可以通过有线和/或无线网络连接到该终端设备，并且按照约定的数据格式来传输交互信息。
图3为本发明实施例中提供的一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制方法的流程图。图4为本发明实施例中提供的一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制方法的***架构的示意图。如图3和图4所示，一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制方法，包括：210，获取预定时间段内多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值；220，将所述多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值进行时序协同响应性分析以得到烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征；230，基于所述烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征，确定当前时间点的喷淋速度值应增大、应减小或应保持。
本领域技术人员可以理解，上述用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制方法中的各个步骤的具体操作已经在上面参考图1到图2的用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***的描述中得到了详细介绍，并因此，将省略其重复描述。
图5为本发明实施例中提供的一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***的应用场景图。如图5所示，在该应用场景中，首先，获取预定时间段内多个预定时间点的烟气温度值(例如，如图5中所示意的C1)和喷淋速度值(例如，如图5中所示意的C2)；然后，将获取的烟气温度值和喷淋速度值输入至部署有用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制算法的服务器(例如，如图5中所示意的S)中，其中所述服务器能够基于用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制算法对所述烟气温度值和所述喷淋速度值进行处理，以确定当前时间点的喷淋速度值应增大、应减小或应保持。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***，其特征在于，包括：预喷淋塔，喷淋塔，烟气冷却器，H2O固液分离器，正戊烷循环泵，正戊烷多介质冷却器，CO2固液分离器和正戊烷LNG换热器；
其中，将天然气燃烧后产生的高温烟气送入所述预喷淋塔进行降温处理后以得到降温后烟气，所述降温后烟气被送入所述喷淋塔进行基于低温正戊烷液体的喷淋降温处理；
其中，所述降温后烟气被送入所述喷淋塔进行基于低温正戊烷液体的喷淋降温处理，包括：
经所述喷淋塔的下段喷淋将所述降温后烟气，冷却至–90℃，经所述H2O固液分离器冷凝分离出所述降温后烟气中的H2O和正戊烷循环液；以及
经所述喷淋塔的上段喷淋将所述降温后烟气冷却至-115℃，冷凝分离出烟气中的CO2，以干冰的形式经所述CO2固液分离器分离出正戊烷循环液；
其中，还包括用于对所述喷淋塔的喷淋速度值进行控制的控制器；
其中，所述控制器，包括：
数据采集模块，用于获取预定时间段内多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值；
数据协同响应性分析模块，用于将所述多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值进行时序协同响应性分析以得到烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征；
喷淋控制模块，用于基于所述烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征，确定当前时间点的喷淋速度值应增大、应减小或应保持；
其中，所述数据协同响应性分析模块，包括：
数据时序排列单元，用于将所述多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值分别按照时间维度排列为烟气温度时序输入向量和喷淋速度时序输入向量；
逐位置响应关联编码单元，用于将所述烟气温度时序输入向量和所述喷淋速度时序输入向量进行逐位置响应关联编码以得到烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序输入向量；
向量切分单元，用于对所述烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序输入向量进行切分以得到多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序输入向量；
局部时序响应特征提取单元，用于对所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序输入向量分别进行时序特征提取以得到多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量；
全局时序关联特征提取单元，用于将所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量进行全局关联分析以得到全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量作为所述烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征。
2.根据权利要求1所述的用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***，其特征在于，所述逐位置响应关联编码单元，用于：计算所述烟气温度时序输入向量和所述喷淋速度时序输入向量之间的按位置点除以得到所述烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序输入向量。
3.根据权利要求2所述的用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***，其特征在于，所述局部时序响应特征提取单元，用于：将所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序输入向量分别通过基于一维卷积层的时序特征提取器以得到所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量。
4.根据权利要求3所述的用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***，其特征在于，所述全局时序关联特征提取单元，用于：将所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量通过基于转换器模块的时序上下文编码器以得到所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量。
5.根据权利要求4所述的用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***，其特征在于，所述喷淋控制模块，包括：
特征分布优化单元，用于对所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量进行特征分布优化以得到优化全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量；
喷淋速度分类单元，用于将所述优化全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量通过分类器以得到分类结果，所述分类结果用于表示当前时间点的喷淋速度值应增大、应减小或应保持。
6.根据权利要求5所述的用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***，其特征在于，所述特征分布优化单元，用于：以如下优化公式对所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量进行特征秩表达的语义信息均一化激活以得到所述优化全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量；
其中，所述优化公式为：
其中，/>是所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量/>的第/>个特征值，/>表示所述全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量的二范数，/>是以2为底的对数，且/>是权重超参数，/>是所述优化全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量的第/>个特征值。
7.一种用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制方法，使用如权利要求1所述的用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制***，其特征在于，包括：
获取预定时间段内多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值；
将所述多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值进行时序协同响应性分析以得到烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征；
基于所述烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征，确定当前时间点的喷淋速度值应增大、应减小或应保持；
8.根据权利要求7所述的用于天然气动力船舶的二氧化碳回收控制方法，其特征在于，将所述多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值进行时序协同响应性分析以得到烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征，包括：
将所述多个预定时间点的烟气温度值和喷淋速度值分别按照时间维度排列为烟气温度时序输入向量和喷淋速度时序输入向量；
将所述烟气温度时序输入向量和所述喷淋速度时序输入向量进行逐位置响应关联编码以得到烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序输入向量；
对所述烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序输入向量进行切分以得到多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序输入向量；
对所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序输入向量分别进行时序特征提取以得到多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量；
将所述多个烟气温度-喷淋速度逐位置响应局部时序特征向量进行全局关联分析以得到全局上下文烟气温度-喷淋速度逐位置响应时序特征向量作为所述烟气温度-喷淋速度响应时序关联特征。
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