[发明专利]一种工业低温余热回收用于多周期供冷系统的方法

权利要求书

1.一种工业低温余热回收用于多周期供冷系统的方法，其特征是，过程如下：从吸收式制冷机组流出的热水经换热器与工业余热换热后，温度升高，再回流至吸收式制冷机组内用于制冷，热水温度降低后流出吸收式制冷机组，经增压泵升压再流入所需要换热的换热器中，在进入换热器前，经过减压阀调节到对应的压力；

建立相关数学模型，以制冷的年费用最小化为目标函数，以换热器、增压泵、换热后热水温度为变量，用户冷量需求在不同季节内是不同的，建立多周期余热回收模型，运用数学规划法得到余热回收设计及各周期下的运行方式；

为实现热量的梯级回收，采用分级换热网络超结构来描述余热回收，由于冷阱的供冷负荷随季节变化，因此有关变量引入集合S来表示；

T_h(i,k,s)为周期s下热物流i在k温区的热端温度，T_win(s)为周期s下热水进行换热的入口温度，T_wout(s)为周期s下热水进行换热的出口温度，T_w(k,s)为周期s下热水在k温区的热端温度，m_w(s)为周期s下热水的质量流率，q(i,k,s)为周期s下热水在温区k从热物流i回收的热量，qcu(i,s)为周期s下热物流i需要的冷公用工程负荷；热水和余热流股满足进出口温度约束；

T_h(i,1,s)＝T_hin(i) (1)

T_w(1,s)＝T_wout(s) (2)

T_w(NT+1,s)＝T_win(s) (3)

式中，T_h(i,1,s)为周期s下热物流i在第一个温区热端的温度，T_w(1,s)为周期s下热水在第一个温区热端的温度，T_w(NT+1,s)为周期s下热水在最后一个温区冷端的温度；

驱动吸收式制冷机组循环的热水进出口温度有较明显的线性关系，通过线性拟合可得到式(4)；

T_win(s)＝0.426·T_wout(s)+52.8 (4)

热水和余热流股满足热量平衡方程(5)～(7)；

F_h(i)·(T_h(i,k,s)-T_h(i,k+1,s))＝q(i,k,s) (6)

式中，Cp_w是水的比热容；

换热器的存在与否由热负荷逻辑约束和传热温差逻辑约束来确定；

q(i,k,s)≤zs(i,k,s)·Q_h(i) (8)

dt(i,k,s)≤T_h(i,k,s)-T_w(k,s)+[1-zs(i,k,s)]·Γ (9)

dt(i,k+1,s)≤T_h(i,k+1,s)-T_w(k+1,s)+[1-zs(i,k,s)]·Γ (10)

dt(i,k)≥ΔT_min (11)

式中，zs(i,k,s)为决定周期s下热水在温区k与热物流i之间的换热器是否存在的二元变量，dt(i,k,s)和dt(i,k+1,s)分别为该换热器热端和冷端的传热温差，Γ为传热温差上限，取250℃，ΔT_min为最小传热温差，取ΔT_min＝10℃；

周期s下热物流i的冷却器的负荷由式(12)计算；

qcu(i,s)＝F_h(i)·[T_h(i,NT+1,s)-T_hout(i)] (12)

对于热水在温区k与热物流i之间的换热器来说，若至少有一个周期下该换热器存在，则该换热器就应存在；

z(i,k)≥zs(i,k,s) (13)

式中，z(i,k)为确定热水在温区k与热物流i之间的换热器是否存在的二元变量；

周期s下热水在温区k回收热物流i的热量所需要的换热面积A_es(i,k,s)由式(14)和(15)计算；

A_es(i,k,s)＝q(i,k,s)·[h_w^-1+h_h(i)^-1]/LMTD(i,k,s) (14)

LMTD(i,k,s)＝[dt(i,k,s)·dt(i,k+1,s)·(dt(i,k,s)+dt(i,k+1,s))/2]^1/3 (15)

式中，LMTD(i,k,s)为该换热器的对数平均传热温差，为降低求解难度，其计算采用Chen近似式；h_w为热水的传热系数，h_h(i)为热物流i的传热系数；

对于多周期换热网络，换热器的面积A_e(i,k)应取各周期下面积的最大值，这里采用不等式约束来表示，其上限值将由目标函数来限制；

A_e(i,k)≥A_es(i,k,s) (16)

对于LiBr单效制冷机，在可以忽略机组消耗的电能的情况下，各周期下制冷负荷与输入的热量之间的关系由式(17)计算；

Q_cd(s)＝COP(s)·[Cp·m_w(s)·(T_wout(s)-T_win(s))] (17)

式中，COP(s)为周期s下吸收式制冷机组的性能系数，它与进入吸收式制冷机组的热水温度有关；COP(s)与T_wout(s)并非呈线性关系，其分段线性拟合结果如下式(18)所示；

2.根据权利要求1所述的工业低温余热回收用于多周期供冷系统的方法，其特征是，热水在第k个温区分流成多股来与多条余热流股进行换热，则在稳定流动的状态下每条热水支路的压降均相等；然而，各余热流股i到吸收式制冷机组的距离不相等，使得单独输送时距离造成的压头损失H_f,branch(i)不相等，因此第k温区的总压头损失H_f,total(k,s)应为各支路的H_f,branch(i)的最大值，这里采用不等式约束来表示，其上限值由目标函数来限制，如式(19)所示；

H_f,total(k,s)≥zs(i,k,s)·H_f,branch(i) (19)

对于H_f,branch(i)较小的支路，为保证该支路的热水流量不发生改变，应通过减压阀增加额外的压头损失H_f,valve(i,k,s)，从而使该支路的压头损失等于H_f,total(k,s)；

H_f,valve(i,k,s)＝H_f,total(k,s)-H_f,branch(i) (20)。