[發明專利]一種優化有機朗肯循環系統性能的數值方法

有效

• 申請號: 202110423885.6
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113027556B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 顧叢匯;張玉健;姚壽廣;趙海超
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: F01K25/08
• 分類號: F01K25/08;F01K13/02;F01K13/00;F01K7/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種優化有機朗肯循環系統性能的數值方法，包括通過優化循環參數以提高系統性能、通過優化循環工質組分提高系統性能兩部分組成；其中，優化循環參數以提高系統性能的方法，通過選取對系統性能影響較大的參數，對其進行靈敏度分析，以靈敏度變化區間為自變量變化區間，以優化算法對其進行系統性能的優化；優化循環工質組分提高系統性能的方法，通過優化工質中各成分的質量流量/摩爾流量實現對工質組分的控制，以工質各組分的質量流量/摩爾流量為自變量，系統性能評價指標為因變量，使用優化算法對系統性能進行優化。本發明可快速完成系統節點參數和工質組分的優化工作，簡化了系統設計優化過程，降低了優化過程中技術人員的參與度。

技術領域

本發明涉及LNG冷能與低溫余熱回收利用領域，具體涉及一種優化有機朗肯循環系統性能的數值方法。

背景技術

根據國際液化天然氣進口國組織(GIIGNL)2020年的報告，2019年全球LNG進口量達到3.547億噸，年增長率達13％。液化天然氣由于其高儲存能量密度、易于運輸以及較少的溫室氣體排放等特性，在全球能源市場上發揮著愈發重要的作用。

在一個大氣壓下，天然氣的液化溫度約為-162℃，因此天然氣的液化過程十分耗能，以目前的LNG生產工藝，生產一噸LNG的能耗約為850kW·h。在LNG接收端，未經過再氣化終端氣化前LNG無法作為燃料使用。但目前，大部分LNG再氣化站，將寶貴的冷能直接釋放到海水中，未進行有效利用，這不僅對LNG再氣化站周圍環境狀態產生巨大壓力，還影響了整個生產過程的經濟性。因此目前，工程技術人員已經提出包括發電、空氣分離、低溫能量存儲、低溫二氧化碳捕獲、海水淡化等技術方案，用以提高LNG再氣化過程的熱力學性能。

目前利用LNG冷能及低溫熱源進行冷、熱、電聯供等利用方式都以良好的經濟性和較高的能量利用效率為目標。通過改進流程結構設計、優化節點參數等手段可以達成上述目標。一般而言，不論是改進流程設計或優化節點參數都需要較為豐富的從業經驗，且優化效果往往不盡如人意。

發明內容

發明目的：針對現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種用于提高有機朗肯循環系統性能的數值方法，通過同時對有機朗肯循環系統進行參數優化和工質優化，使整個系統更接近于其工作的最優狀態。

技術方案：一種優化有機朗肯循環系統性能的數值方法，包括如下內容：

(1)構建用能系統，將其中待優化的有機朗肯循環系統等效為開環結構，所述開環結構中，輸入物流的溫度、壓力和輸出物流的溫度、壓力一致。初步選取待優化循環工質，通過物性方法確定有機朗肯循環系統中各節點參數。通過經驗判斷和/或靈敏度測試，從各節點參數中選擇出敏感參數，對敏感參數進行靈敏度分析，記錄敏感參數的靈敏度變化區間。

(2)進行數值模擬，獲取數值模擬運行結果，所述數值模擬運行結果包括各節點參數和工質組分；

(3)設定系統約束條件，基于上述數值模擬運行結果進行系統約束條件判定，若數值模擬運行結果滿足系統約束條件，則輸出各節點參數和工質組分，并進入步驟(4)，若數值模擬運行結果不滿足系統約束條件，更新各節點參數和工質組分，并返回步驟(2)；

(4)構建系統性能評價指標；以敏感參數和工質中各成分的質量流量/摩爾流量為自變量，系統性能評價指標為因變量，以靈敏參數的靈敏度變化區間為自變量變化區間，使用優化算法優化循環工質中各成分的質量流量/摩爾流量實現對工質組分的控制，并求解系統性能最優時各節點參數以及最適用于該系統的混合工質組分。

具體的，所述判別條件包括：換熱器中的最小換熱溫度不小于3℃、進入加壓泵前物流的氣相分率為0、膨脹機出口處物流的氣相分率為1。所述三個約束條件具有普遍適應性，其它的限制條件由HYSYS軟件提供，但即使不滿足上述三個條件HYSYS仍能輸出結果，因此加入上述約束條件。且最小換熱溫度與換熱器價格相關，可由設計人員自行確定大小，大于3℃即可。