[发明专利]一种优化有机朗肯循环系统性能的数值方法

说明书

本发明公开了一种优化有机朗肯循环系统性能的数值方法，包括通过优化循环参数以提高系统性能、通过优化循环工质组分提高系统性能两部分组成；其中，优化循环参数以提高系统性能的方法，通过选取对系统性能影响较大的参数，对其进行灵敏度分析，以灵敏度变化区间为自变量变化区间，以优化算法对其进行系统性能的优化；优化循环工质组分提高系统性能的方法，通过优化工质中各成分的质量流量/摩尔流量实现对工质组分的控制，以工质各组分的质量流量/摩尔流量为自变量，系统性能评价指标为因变量，使用优化算法对系统性能进行优化。本发明可快速完成系统节点参数和工质组分的优化工作，简化了系统设计优化过程，降低了优化过程中技术人员的参与度。

技术领域

本发明涉及LNG冷能与低温余热回收利用领域，具体涉及一种优化有机朗肯循环系统性能的数值方法。

背景技术

根据国际液化天然气进口国组织(GIIGNL)2020年的报告，2019年全球LNG进口量达到3.547亿吨，年增长率达13％。液化天然气由于其高储存能量密度、易于运输以及较少的温室气体排放等特性，在全球能源市场上发挥着愈发重要的作用。

在一个大气压下，天然气的液化温度约为-162℃，因此天然气的液化过程十分耗能，以目前的LNG生产工艺，生产一吨LNG的能耗约为850kW·h。在LNG接收端，未经过再气化终端气化前LNG无法作为燃料使用。但目前，大部分LNG再气化站，将宝贵的冷能直接释放到海水中，未进行有效利用，这不仅对LNG再气化站周围环境状态产生巨大压力，还影响了整个生产过程的经济性。因此目前，工程技术人员已经提出包括发电、空气分离、低温能量存储、低温二氧化碳捕获、海水淡化等技术方案，用以提高LNG再气化过程的热力学性能。

目前利用LNG冷能及低温热源进行冷、热、电联供等利用方式都以良好的经济性和较高的能量利用效率为目标。通过改进流程结构设计、优化节点参数等手段可以达成上述目标。一般而言，不论是改进流程设计或优化节点参数都需要较为丰富的从业经验，且优化效果往往不尽如人意。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种用于提高有机朗肯循环系统性能的数值方法，通过同时对有机朗肯循环系统进行参数优化和工质优化，使整个系统更接近于其工作的最优状态。

技术方案：一种优化有机朗肯循环系统性能的数值方法，包括如下内容：

(1)构建用能系统，将其中待优化的有机朗肯循环系统等效为开环结构，所述开环结构中，输入物流的温度、压力和输出物流的温度、压力一致。初步选取待优化循环工质，通过物性方法确定有机朗肯循环系统中各节点参数。通过经验判断和/或灵敏度测试，从各节点参数中选择出敏感参数，对敏感参数进行灵敏度分析，记录敏感参数的灵敏度变化区间。

(2)进行数值模拟，获取数值模拟运行结果，所述数值模拟运行结果包括各节点参数和工质组分；

(3)设定系统约束条件，基于上述数值模拟运行结果进行系统约束条件判定，若数值模拟运行结果满足系统约束条件，则输出各节点参数和工质组分，并进入步骤(4)，若数值模拟运行结果不满足系统约束条件，更新各节点参数和工质组分，并返回步骤(2)；

(4)构建系统性能评价指标；以敏感参数和工质中各成分的质量流量/摩尔流量为自变量，系统性能评价指标为因变量，以灵敏参数的灵敏度变化区间为自变量变化区间，使用优化算法优化循环工质中各成分的质量流量/摩尔流量实现对工质组分的控制，并求解系统性能最优时各节点参数以及最适用于该系统的混合工质组分。

具体的，所述判别条件包括：换热器中的最小换热温度不小于3℃、进入加压泵前物流的气相分率为0、膨胀机出口处物流的气相分率为1。所述三个约束条件具有普遍适应性，其它的限制条件由HYSYS软件提供，但即使不满足上述三个条件HYSYS仍能输出结果，因此加入上述约束条件。且最小换热温度与换热器价格相关，可由设计人员自行确定大小，大于3℃即可。