【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工行业的过程能量集成领域，涉及集成蒸汽和有机朗肯循环的功耦合换热网络综合优化方法，进一步说，具体涉及同时考虑蒸汽系统优化、变压流股的热效应利用、有机朗肯循环回收余热，三者集成的综合优化方法。
技术介绍
1、蒸汽朗肯循环和有机朗肯循环是常见的热力循环系统，用于能源转换和废热利用。对蒸汽和有机朗肯循环的功耦合换热网络综合优化方法的研究能够有效提高能源利用效率。在工业上优化能量转换和热交换过程可以提高系统的综合性能，为工业生产带来更大的经济和环境效益，
2、通过运用过程集成的方法和理念，比如优化过程流股之间的换热匹配(内部热回收)以及优化膨胀或压缩过程的配置等措施，开发了许多换热网络(heat exchangenetwork,hen)综合方法、功热交换网络综合方法(work and heat exchange networksynthesis,whens)等，主要包括热力学法、数学规划法和人工智能法，可以有效地减少过程系统对外部的能量需求。另外优化公用工程系统实现能量的梯级采用，运用余热发电技术如有机朗肯循环可以利用过程的中、低温余热进行发电，两者分别从能量的供应端和回收端进行优化设计。
3、文献(kang l.,liu y.,jiang n.synthesis of large-scale heat exchangernetworks using a t-q diagram method[j].the canadian journal of chemicalengineering,2016,9
4、文献(l.v.,costa c.b.b.,ravagnani m.a.s.s.a new stage-wisesuperstructure for heat exchanger network synthesis considering substages,sub-splits and cross flows[j].applied thermal engineering,2018,143:719-735.)提出了一种超结构，考虑了子级结构、子分裂流和流股交叉。
5、文献(liu z.,yang l.,yang s.,et al.an extended stage-wisesuperstructure for heat exchanger network synthesis with intermediateplacement of multiple utilities[j].energy,2022,248.)介绍了一种基于扩展的超结构，其中外部冷、热公用工程可以放置在流股分支上。
6、文献(nair s.,rao h.,karimi i.framework for work-heat exchange networksynthesis(whens)[j].aiche journal,2018,64.)提出了一种基于超结构的minlp模型，没有假设流股的冷热性质和预设流股压力操作，并且考虑相变。该超结构包含热交换和功交换，两者独立且交替进行。
7、针对热交换网络和功交换网络以及热回收技术的采用进行了研究并取得显著的成果，但是以往研究多集中于单独的某一问题，没有考虑到温度和压力的交互的用能和节能系统一体化优化。存在换热网络与这些能量系统的集成研究不够深入的问题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种集成蒸汽和有机朗肯循环的功耦合换热网络优化方法，以提高系统的能量效率。本专利技术通过从过程的热量供应到回收的角度，同时考虑过程的变压热的利用、蒸汽系统的高、中、低蒸汽优化以及有机朗肯循环操作条件的优化，提出一个分步优化方法，在第一阶段同时优化确定最佳的orc操作条件、各级蒸汽的负荷以及过程变压的热力学路径，从而获得系统耗最小的基本条件，并在第二阶段优化换热网络以得到整个集成系统的优化网络配置。
2、本专利技术的分步优化方法，将待解决的问题分两步求解。第一步执行第一阶段模型的遗传算法，寻找最优的蒸汽热负荷、orc操作温度和工质质量流率以及压力变化流股的热力学路径等。第二步，将上一步获得的结果整理输入到下一阶段的换热网络综合模型行中，作为流股温度，热容的参数，并对换热匹配进行优化。最终获得完整的集成配置结构。
3、本专利技术是通过下述技术方案实现的：
4、集成蒸汽和有机朗肯循环的功耦合换热网络综合优化方法，包括如下步骤：
5、第一阶段：
6、(1)构建有机朗肯模型：采用的是基本的orc结构，包含四个组件分别为蒸发器、冷凝器、泵、涡轮机。过程为增压、吸热蒸发、降压和冷凝，其中过热度是一个给定的值。主要包括有机朗肯循环蒸发、冷凝过程的子流股温度变化、热负荷，以及膨胀、泵加压过程的功率输出和输入的相关计算。有机工质在循环中各阶段中的热力学性质由物性查询软件refprop获得。
7、(2)构建流股变压路径模型：构建的压力变化流股超结构，对流股变压-换热可能的热力学路径进行建模，进行变压的流股考虑不同分支分别进行加热和冷却来增大或减小变压过程的起始温度。主要包括膨胀流股(hp)和压缩流股(lp)的功负荷计算、流股变压前后的温度变化、流股分支混合的质量平衡约束等。为了方便描述数学模型，采用下标i、j、p、k和n分别表示热流股(i)、冷流股(j)、压力变化流股(p)、级(k)、蒸汽级数(n)。此外，还定义了流股通过超结构的级内、级间的温度位置(m)。同时模型也定义了相应的以下几个集合：h(热流股)、c(冷流股)、p(压力变化流股)、k(级)、m(超结构包含的位置)、n(蒸汽级数)。
8、流股变压路径模型的约束条件的具体数学描述如下：
9、流股压力操作的出口温度与进口温度关系由式(1)-(2)表示，其中γ表示绝热指数，表示压力变化流股(膨胀流股hp)的目标压力，表示压力变化流股(膨胀流股hp)的供应压力，表示压力变化流股(压缩流股lp)的目标压力，表示压力变化流股(压缩流股lp)的供应压力。表示膨胀流股hp分支上膨胀机的入口温度，表示膨胀流股hp分支上膨胀机的出口温度，表示压缩流股lp分支上压缩机的入口温度，表示压缩流股lp分支上压缩机的出口温度，其中ks表示对应分支。
10、流股的质量平衡约束由式(3)-(4)给出。其中fhphp表示膨胀流股hp的热容流率，flplp表示压缩流股lp的热容流率，fhps表示分支流股热容流股，ks表示对应分支，fhpshp,ks表示膨胀流股分支ks的热容流率，flpslp,ks表示压缩流股分支ks的热容流率。
11、由式(5)-(6)计算相应流股分支上的压缩机或膨胀机的功率。其中whp,ks和wlp,ks分别表示压力变化流股分支的膨胀机和压缩机的功负荷。
12、<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.集成蒸汽和有机朗肯循环的功耦合换热网络综合优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.集成蒸汽和有机朗肯循环的功耦合换热网络...
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