[发明专利]基于有机朗肯循环驱动反渗透膜法产水特性的计算方法

权利要求书

1.基于有机朗肯循环驱动反渗透膜法产水特性的计算方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤A、建立有机朗肯循环驱动的反渗透海水淡化系统，所述有机朗肯循环驱动的反渗透海水淡化系统包括有机朗肯循环系统和反渗透海水淡化系统两部分；

步骤B、建立有机朗肯循环驱动高压泵数学模型，根据步骤A中的有机朗肯循环驱动的反渗透海水淡化系统，得到给定条件下的高压泵出口流量值；

步骤C、建立反渗透海水淡化系统的传质数学模型，并根据步骤B中的高压泵出口流量值，从该传质数学模型中得到海水通过反渗透膜的淡水通量、浓盐水通量及产生淡水流速值；

步骤B包括如下步骤：

步骤B1、给定有机朗肯循环驱动中所使用的低温烟气的质量流量m_gas、平均比热容C_p,gas、进口热力学温度T_gas,in和出口热力学温度T_gas,out，根据蒸发器(3)中低温烟气总回收热量计算公式：

Q_a＝m_gasC_p,gas(T_gas,in-T_gas,out)，计算出低温烟气总热值Q_a，其中：

m_gas——低温烟气的质量流量，kg/s；

C_p,gas——低温烟气的平均比热容，kJ/(kg.K)；

T_gas,in——低温烟气的进口热力学温度，K；

T_gas,out——低温烟气的出口热力学温度，K；

Q_a——低温烟气的总热值，kW；

步骤B2、给定有机工质在膨胀机(4)的入口温度T₁，假定有机工质在膨胀机(4)的入口压力为P₁，根据步骤B1得到的低温烟气总热值Q_a，利用工质物性计算软件Refprop软件计算出有机工质分别在蒸发器(3)入口状态的焓值h₁和在蒸发器(3)出口状态的焓值h₅，h₁和h₅的单位均为J/kg；

步骤B3、利用步骤B2得到的h₁和h₅，根据蒸发器(3)中有机工质吸热量方程Q_a＝m_ORC(h₁-h₅)，得到有机工质的质量流量m_ORC，单位是kg/s；

步骤B4、忽略工质泵(6)引起的工质熵增，所以有机工质在达到饱和温度前吸热量与温度关系的方程表达式如下：

Q＝m_ORCC_p,f(T-T₅)≈m_ORCC_p,f(T-T₄)

其中，

Q——有机工质在达到饱和温度前吸热量，kW；

C_p,f——有机工质比热容，kJ/(kg.K)；

T₄——工质泵泵前有机工质的温度，K；

T——有机工质在工质泵内的实时温度，K；

T₅——工质泵泵后有机工质的温度，K；

根据ORC系统中有机工质的T-S图，依据相似三角形理论，整理简化后可以得出如下方程：

其中，

ΔT_p——窄点温差，K；

Q_J——海水流量，m³/s；

Q_p——淡水流量，m³/s；

Q——有机工质在达到饱和温度前吸热量，kW；

根据如下公式，计算有机工质在工质泵(6)内的实时温度T：

步骤B5、根据步骤B4中的有机工质在工质泵(6)内的实时温度T，给定低温烟气的窄点温差△T_p，利用Refprop软件计算出有机工质在膨胀机(4)的入口压力计算值P₁^*；

步骤B6、若步骤B5的P₁^*与步骤B2的P₁不一致，利用Matlab编程迭代求解，将P₁^*代替P₁重复步骤B2～B5，直到膨胀机(4)入口压力收敛至P₁-P₁^*≤10^-6，根据膨胀机(4)的等熵效率计算公式获得有机工质在膨胀机(4)做功后的焓值h₂；然后根据膨胀机输出功率公式W_t＝m_ORC(h₁-h₂)，获得W_t；

其中：

η_s,exp——膨胀机的等熵效率；

h₁——有机工质进蒸发器的焓值，J/kg；

h₂——有机工质在膨胀机做功后焓值，J/kg；

h_2s——膨胀机等熵膨胀焓值，J/kg；

W_t——膨胀机输出功率，kW；

步骤B7、由于利用膨胀机(4)驱动高压泵，根据高压泵功率计算公式W_Hpp＝W_t，得到高压泵功率W_Hpp；

步骤B8、给定高压泵出进口压差ΔP_Hpp，利用步骤B7得到的高压泵功率W_Hpp，根据公式计算出高压泵出口流量Q_f；

其中：

W_Hpp——高压泵功率，kW；

ΔP_Hpp——高压泵出进口压差，MPa；

η_Hpp——高压泵泵效率；

Q_f——高压泵出口流量，m³/s；

η_m——膨胀机传动效率。