優(yōu)化回?zé)崾教m金循環(huán)的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的制作方法

優(yōu)化回?zé)崾教m金循環(huán)的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種包含雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的用于優(yōu)化回?zé)崾教m金循環(huán)的系統(tǒng)和方法。在一些實(shí)施例中，通過(guò)選定如排汽壓力和排汽流速之類的操作變量以使得一種給水加熱器取得一個(gè)雙夾點(diǎn)，從而提高所述蘭金循環(huán)的效率。特別地，第一夾點(diǎn)在排汽冷凝的開(kāi)始處取得而第二夾點(diǎn)在所述給水加熱器的排汽出口處取得。第一夾點(diǎn)處的最小溫差與第二夾點(diǎn)處的最小溫差大致相等。本發(fā)明公開(kāi)了與雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的回?zé)崾教m金循環(huán)的系統(tǒng)，操作所述系統(tǒng)的方法和優(yōu)化所述系統(tǒng)操作的方法。
【專利說(shuō)明】?jī)?yōu)化回?zé)崾教m金循環(huán)的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及使用回?zé)崾教m金循環(huán)的系統(tǒng)，操作該系統(tǒng)的方法，和優(yōu)化對(duì)系統(tǒng)的操作方法的方法。本發(fā)明尤其涉及一種優(yōu)化回?zé)崾教m金循環(huán)的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

【背景技術(shù)】
[0002]著名的蘭金循環(huán)和其變形(如卡里納循環(huán)或有機(jī)蘭金循環(huán))被用于產(chǎn)生全球約80%的電力。蘭金循環(huán)能夠應(yīng)用于廣泛的能源資源，包括礦物燃料、核能、地?zé)崮堋⑻?yáng)能和生物燃料。對(duì)電力能源的需求在持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)蘭金循環(huán)的運(yùn)用也一樣。
[0003]在一個(gè)基本的蘭金循環(huán)中，例如水之類的工作液體被水泵壓縮進(jìn)入鍋爐，在鍋爐中通過(guò)外來(lái)熱源的加熱產(chǎn)生蒸汽。高壓蒸汽被導(dǎo)入渦輪機(jī)，在渦輪機(jī)中膨脹推動(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)并輸出電力。蒸汽膨脹推動(dòng)渦輪機(jī)而使其壓力和溫度減小。之后蒸汽從渦輪機(jī)排出并進(jìn)入冷凝器，在冷凝器中冷凝成飽和液體。然后這一液體“物料”重新被水泵壓縮進(jìn)入鍋爐而使得整個(gè)循環(huán)重復(fù)進(jìn)行。
[0004]大多數(shù)的蘭金循環(huán)包括一個(gè)或多個(gè)附加特征以增加效率。例如，在一個(gè)回?zé)崾教m金循環(huán)中，從冷凝器產(chǎn)生所述物料在注入鍋爐之前被預(yù)加熱。所述物料在一個(gè)給水加熱器中使用所述系統(tǒng)其他部分(如渦輪機(jī))產(chǎn)生的熱蒸汽流進(jìn)行預(yù)加熱。盡管引入汽流對(duì)渦輪機(jī)的輸出產(chǎn)生了小部分的損失，但對(duì)所述物料的預(yù)加熱使整體的效率產(chǎn)生了凈增長(zhǎng)。
[0005]蘭金循環(huán)已經(jīng)存在了很長(zhǎng)一段時(shí)間了，對(duì)其設(shè)計(jì)和操作的廣泛研究使其運(yùn)轉(zhuǎn)已經(jīng)被認(rèn)為達(dá)到了幾乎完善的程度。甚至于對(duì)此循環(huán)效率的一個(gè)很小的提高，特別是在實(shí)際的操作條件下，都將帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上環(huán)境上的巨大優(yōu)勢(shì)。因此，存在提升蘭金循環(huán)效率的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明公開(kāi)了一種包含雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的用于優(yōu)化回?zé)崾教m金循環(huán)的系統(tǒng)和方法。在一些實(shí)施例中，通過(guò)選定如排汽壓力和排汽流速之類的操作變量以使得一種積水加熱器取得一個(gè)雙夾點(diǎn)，從而提高所述蘭金循環(huán)的效率。特別地，第一夾點(diǎn)在排汽冷凝的開(kāi)始處取得而第二夾點(diǎn)在所述給水加熱器的排汽出口處取得。第一夾點(diǎn)處的最小溫差與第二夾點(diǎn)處的最小溫差大致相等。本發(fā)明公開(kāi)了與雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的回?zé)崾教m金循環(huán)的系統(tǒng)，操作所述系統(tǒng)的方法和優(yōu)化所述系統(tǒng)操作的方法。
[0007]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，本發(fā)明可以通過(guò)模擬軟件來(lái)實(shí)施，來(lái)獲得蘭金循環(huán)中再生部分的全局最優(yōu)值而不需要空間離散。
[0008]在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種運(yùn)作發(fā)電系統(tǒng)的方法，包括在蒸汽發(fā)生器中加熱一種工作流體并將加熱后的工作流體通入渦輪機(jī)以旋轉(zhuǎn)所述渦輪機(jī)，所述工作流體從渦輪機(jī)排出時(shí)形成一種液體物料。所述方法也包括從所述渦輪機(jī)中抽汽并使用該汽流加熱物料(如在其從冷凝器排出之后，在其從脫氣器排出之后或在其從上游給水加熱器排出之后)，物料在一個(gè)用于形成所述物料流的第一流道和所述氣流的第二流道之間的熱量交換的給水加熱器中被加熱。所述方法還包括調(diào)整所述氣流的質(zhì)量流率和排汽壓力中的至少一個(gè)，從而在所述給水加熱器上取得一個(gè)雙夾點(diǎn)。
[0009]所述方法可以包括調(diào)整所述氣流的質(zhì)量流率和排汽壓力中的至少一個(gè)以使得所述給水加熱器排出的汽流溫度與通入的物料溫度大致相同。所述方法可以包括在蒸汽發(fā)生器中加熱從所述給水加熱器中排出的物料。所述物料可以是在冷凝器中對(duì)渦輪機(jī)排出的工作流體冷凝形成的。所述蒸汽發(fā)生器可以是一種超臨界蒸汽發(fā)生器且所述加熱工作流體在超臨界狀態(tài)。所述蒸汽發(fā)生器可以是一種亞臨界鍋爐且所述加熱工作流體是一種過(guò)熱蒸汽。所述雙夾點(diǎn)可以包括一個(gè)在排汽冷凝的開(kāi)始處的第一夾點(diǎn)和一個(gè)在所述給水加熱器的排汽出口的第二夾點(diǎn)。所述第一夾點(diǎn)處的最小溫差可以與第二夾點(diǎn)處的最小溫差基本相等。其中為一種給定的給水加熱器的熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化(0 )所選定的所述汽流的排汽壓力(Pb)
和所述汽流的質(zhì)量流率()的關(guān)系可以如下:
「一上.h^'(Ptt) ^^(Tf+AmitaT,Pb)
[0010]mB = m,.—7-；-

h'(Tsat(PB) ^ AmitaT, Pf) ^h1 (TFJ,Pf)
[0011]且
[0012]Q = mB(hr(PB)^h(TFJ + AmitaT, Pli))
[0013]通過(guò)這種方式選定所述汽流的排汽壓力(Pb)和所述汽流的質(zhì)量流率(0?)可以避免數(shù)值計(jì)算離散化的需要，或者可以避免在實(shí)際運(yùn)行中檢查雙夾點(diǎn)。能夠使得夾點(diǎn)在所述給水加熱器排汽出口處的最小排汽壓力可以被選定為所述汽流的排汽壓力。能夠使得夾點(diǎn)在汽流相位變化的開(kāi)始處的最小質(zhì)量流率可以被選定為所述汽流的質(zhì)量流率。對(duì)所述汽流的質(zhì)量流率的調(diào)整可以包含打開(kāi)或關(guān)閉一種閥門。對(duì)所述汽流的排汽壓力的調(diào)整可以包含調(diào)整一個(gè)閥門網(wǎng)絡(luò)以選定渦輪上的排汽位置。述渦輪可以包括多個(gè)渦輪級(jí)，且所述閥門網(wǎng)絡(luò)被設(shè)置為從該組渦輪級(jí)選定用于排汽的渦輪級(jí)。所述方法還可以包括，在動(dòng)力裝置運(yùn)作的瞬態(tài)模式下調(diào)整所述汽流的質(zhì)量流率和排汽壓力中的至少一個(gè)以使得所述給水加熱器取得雙夾點(diǎn)。所述瞬態(tài)模式可以包含動(dòng)力裝置的啟動(dòng)過(guò)程。
[0014]在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。所述方法包括，使用一個(gè)處理器，接收多個(gè)輸入設(shè)計(jì)參數(shù)并將其存儲(chǔ)于與所述處理器相連的一個(gè)存儲(chǔ)器中。所述方法也包括，使用所述處理器，根據(jù)所收到的輸入設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算一種輸出設(shè)計(jì)參數(shù)，所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)包括至給水加熱器的汽流排汽壓力和汽流質(zhì)量流率中的至少一個(gè)，所述給水加熱器被設(shè)置為使用渦輪排出的汽流對(duì)工作流體的物料進(jìn)行預(yù)加熱。所述方法還包括輸出所計(jì)算出的輸出設(shè)計(jì)參數(shù)。計(jì)算所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)是為了在給水加熱器上生成一個(gè)雙夾點(diǎn)。
[0015]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述輸入設(shè)計(jì)參數(shù)包括通過(guò)渦輪的主蒸汽流的流量，蒸汽發(fā)生溫度，蒸汽發(fā)生壓力和冷凝操作壓力中的至少一個(gè)。所述方法也可以包括根據(jù)所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)構(gòu)建一種發(fā)電系統(tǒng)。所述雙夾點(diǎn)可以包括一個(gè)在排汽冷凝的開(kāi)始處的第一夾點(diǎn)和一個(gè)在所述給水加熱器的排汽出口的第二夾點(diǎn)。第一夾點(diǎn)處的最小溫差可以與第二夾點(diǎn)處的最小溫差基本相等。所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)可以包括一個(gè)汽流的排汽壓力(Pb)和質(zhì)量流率所述參數(shù)是為給定的給水加熱器的熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化(0)以下述方式近似計(jì)算的:_ A =A h-(Plt)^h1 (Tf J + AhmAT,PB)
_」B — '
[0017]且
[0018]Q = mBihT(PB)^h(TFi +LwtaT^Pb))
[0019]所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)可以包括一個(gè)所述汽流的排汽壓力，該參數(shù)為使得夾點(diǎn)在所述給水加熱器排汽出口處的最小排汽壓力。所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)可以包括一個(gè)所述汽流的質(zhì)量流率，該參數(shù)為使得夾點(diǎn)在汽流狀態(tài)變化的開(kāi)始處的最小質(zhì)量流率。所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)可以由迭代計(jì)算所確定的，一種給水加熱器的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)可以被用于每一次迭代計(jì)算過(guò)程中。
[0020]在本發(fā)明的另一方面，提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括一種加熱工作流體的蒸汽發(fā)生器和一種與所述蒸汽發(fā)生器流體連接并被設(shè)置為由所述加熱工作流體所驅(qū)動(dòng)的渦輪，所述工作流體從渦輪排出后形成一種物料。所述系統(tǒng)也可以包括至少一個(gè)給水加熱器被設(shè)置為用渦輪所排出的汽流加熱所述物料，所述給水加熱器配置為用于所述物料流的第一流道和所述氣流的第二流道之間的熱量交換。所述氣流的質(zhì)量流率和排汽壓力中的至少一個(gè)被選定以使得所述給水加熱器排出的汽流溫度與通入的物料溫度大致相同，從而在所述給水加熱器上取得一個(gè)雙夾點(diǎn)。
[0021 ] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述物料可以從給水加熱器排出后進(jìn)入所述蒸汽發(fā)生器進(jìn)行加熱。所述物料可以是在工作流體從渦輪機(jī)排出后進(jìn)入冷凝器冷凝形成的。所述蒸汽發(fā)生器可以是一種超臨界蒸汽發(fā)生器且加熱后的工作流體可以是超臨界狀態(tài)的。所述蒸汽發(fā)生器可以是亞臨界鍋爐且加熱后的工作流體可以是過(guò)熱蒸汽。所述雙夾點(diǎn)可以包括一個(gè)在排汽冷凝的開(kāi)始處的第一夾點(diǎn)和一個(gè)在所述給水加熱器的排汽出口的第二夾點(diǎn)。第一夾點(diǎn)處的最小溫差可以與第二夾點(diǎn)處的最小溫差基本相等。第一夾點(diǎn)處的最小溫差與第二夾點(diǎn)處的最小溫差之間的差值可以在5攝氏度以內(nèi)。從所述給水加熱器排出的汽流可以是一種過(guò)冷液體。從所述渦輪機(jī)排出的汽流可以是一種過(guò)熱蒸汽或一種兩相流體。所述工作流體可以包括水、庚烷、甲苯、異丁烷、氨中的至少一種。
[0022]為一種給定的給水加熱器的熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化(Q)所選定的所述汽流的排汽壓力(Pb)和所述汽流的質(zhì)量流率()的關(guān)系可以如下:
[0023].-A 『兄)身fJ ?J，PB)
3 F //(產(chǎn)的)-Δ瀬Γ,PfPf)
[0024]且
[0025]Q = mB(hr(Ps)^k(TFd +AmsF5Fjj))
[0026]能夠使得夾點(diǎn)在所述給水加熱器排汽出口處的最小排汽壓力可以被選定為所述汽流的排汽壓力。能夠使得夾點(diǎn)在汽流相位變化的開(kāi)始處的最小質(zhì)量流率可以被選定為所述汽流的質(zhì)量流率。所述系統(tǒng)也可以包括一種用于調(diào)整所述汽流的質(zhì)量流率的閥門。所述系統(tǒng)也可以包括一種調(diào)整渦輪上的排汽位置的閥門網(wǎng)絡(luò)，以對(duì)所述汽流的排汽壓力進(jìn)行調(diào)整。所述渦輪可以包括多個(gè)渦輪級(jí)，且所述閥門網(wǎng)絡(luò)被設(shè)置為從這些渦輪級(jí)中選定用于排汽的渦輪級(jí)。
[0027]在本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括一個(gè)加熱工作流體的蒸汽加熱器和一個(gè)與所述蒸汽發(fā)生器流體連接并被設(shè)置為由所述加熱工作流體所驅(qū)動(dòng)的渦輪，所述工作流體從渦輪排出后形成一種物料。所述系統(tǒng)也可以包括至少一個(gè)被設(shè)置為用渦輪所排出的汽流加熱所述物料的給水加熱器。為一種給定的給水加熱器的熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化;.(h所選定的至少一組所述汽流的排汽壓力(Pb)和所述汽流的質(zhì)量流率(Aj )的關(guān)系如下:
[0028]11?=!!? —；-；-

h1 (Tsal (P?) — AMmT,P,) — h (Tyj A-)
[0029]且
[0030]Q = mB{hT(PB)-h{TFJ +AmitaT, Pb))
[0031]以使得所述給水加熱器取得一種雙夾點(diǎn)。
[0032]在本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，包括一種回?zé)崾教m金循環(huán)，其中在所述工作流體進(jìn)入蒸汽發(fā)生器進(jìn)行加熱之前，至少一個(gè)給水加熱器使用汽流對(duì)工作流體的物料進(jìn)行預(yù)加熱。第一夾點(diǎn)在排汽冷凝的開(kāi)始處取得而第二夾點(diǎn)在所述給水加熱器的排汽出口處取得。所述蒸汽發(fā)生器可以是一種被設(shè)置為將所述工作流體加熱至一種超臨界狀態(tài)的超臨界蒸汽發(fā)生器。
[0033]本發(fā)明進(jìn)一步提供了如權(quán)利要求所述的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]結(jié)合下列說(shuō)明和附圖，可以更好地理解本發(fā)明:
[0035]圖1是應(yīng)用回?zé)崾教m金循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)的示意圖；
[0036]圖2是給水加熱器的夾點(diǎn)圖；
[0037]圖3是能夠取得雙夾點(diǎn)的給水加熱器的夾點(diǎn)圖；
[0038]圖4是顯示所述雙夾點(diǎn)唯一'丨生的夾點(diǎn)圖；
[0039]圖5A是一種水泵向后或向下排水的給水加熱器的示意圖；
[0040]圖5B是一種水泵向前或向上排水的給水加熱器的示意圖；
[0041]圖6是對(duì)雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值驗(yàn)證的流程圖；
[0042]圖7是圖6所示的流程圖的效率曲線圖；
[0043]圖8是圖6所示示意圖的熵生成率曲線圖；
[0044]圖9是固定的給水加熱器區(qū)域的效率曲線圖；
[0045]圖10是固定的給水加熱區(qū)域的熵生成率曲線圖；
[0046]圖11是圖6所示的流程圖的四種不同的設(shè)計(jì)過(guò)程與總給水加熱器區(qū)域的最優(yōu)性能圖；
[0047]圖12是一種使用了四個(gè)具有閉合式給水加熱器的回?zé)崾教m金循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)的示意圖；
[0048]圖13是一種電腦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0049]圖14是一種具有雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的蘭金循環(huán)的設(shè)計(jì)或優(yōu)化方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0050]本發(fā)明公開(kāi)了一種包含雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的用于優(yōu)化回?zé)崾教m金循環(huán)的系統(tǒng)和方法。在一些實(shí)施例中，通過(guò)選定如排汽壓力和排汽流速之類的操作變量以使得一種給水加熱器取得一個(gè)雙夾點(diǎn)，從而提高所述蘭金循環(huán)的效率。特別是，第一夾點(diǎn)在排汽冷凝的開(kāi)始處取得而第二夾點(diǎn)在所述給水加熱器的排汽出口處取得。第一夾點(diǎn)處的最小溫差與第二夾點(diǎn)處的最小溫差基本相等。本發(fā)明公開(kāi)了與雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的回?zé)崾教m金循環(huán)的系統(tǒng)，操作所述系統(tǒng)的方法和優(yōu)化所述系統(tǒng)操作的方法。
[0051]現(xiàn)在將描述一些示例性的實(shí)施例來(lái)為本發(fā)明提供一個(gè)概述。
[0052]基于對(duì)本發(fā)明所公開(kāi)系統(tǒng)和方法的結(jié)構(gòu)、功能、制造和使用的原理的理解。所述附圖中示出了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的示例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解此處所說(shuō)明的以及附圖所示出系統(tǒng)和方法并不意在限制本發(fā)明的范圍。示例性的實(shí)施例和本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書(shū)進(jìn)行定義。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中所描述的特征可以和其他示例性的實(shí)施例中的特征結(jié)合運(yùn)用。此類的修改和變形也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0053]圖1示出了一種使用了回?zé)崾教m金循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)100的示例性的實(shí)施例。所述循環(huán)可以是亞臨界的或是超臨界的。如圖所示，所述系統(tǒng)100包括一種蒸汽發(fā)生器102、一種渦輪機(jī)104、一種冷凝器106、一種泵108以及一種給水加熱器(FWH) 110。
[0054]所述蒸汽發(fā)生器102包括一種熱源和一種基本封閉的容器容納工作流體在其中由所述熱源進(jìn)行加熱。示例性的熱源包括地?zé)嵯到y(tǒng)、核能系統(tǒng)、燃?xì)饣蛉济喝紵饕约捌渌愃频南到y(tǒng)。許多種工作流體可以被運(yùn)用于所述的系統(tǒng)，如水、氨、庚烷、甲苯、異丁烷或者上述流體的組合。所述蒸汽發(fā)生器102可以是或可以包括一種亞臨界鍋爐或一種超臨界蒸汽發(fā)生器。
[0055]所述渦輪機(jī)104包括一個(gè)組合轉(zhuǎn)子，所述組合轉(zhuǎn)子具有一接附有一個(gè)或多個(gè)渦輪葉片的軸。隨著所述蒸汽發(fā)生器102所產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽流過(guò)所述渦輪機(jī)104，所述蒸汽膨脹并作用于葉片以帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生有用功。所述渦輪機(jī)104的一根輸出軸可以與一電力發(fā)生器相連接從而使得隨著所述渦輪機(jī)104的旋轉(zhuǎn)生成電力。
[0056]隨著工作流體流出所述渦輪機(jī)104，其流入所述冷凝器106中，并通過(guò)一臺(tái)熱交換器進(jìn)行冷卻。所述熱交換器被提供了一種冷卻流體，用于冷卻從渦輪機(jī)104流出的流體，使其凝結(jié)為過(guò)冷液體。許多種冷卻流體可以被運(yùn)用于所述冷凝器106，如環(huán)境空氣、水等。
[0057]從所述冷凝器106流出的所述過(guò)冷液體通過(guò)機(jī)械泵108被供應(yīng)給所述給水加熱器110。所述給水加熱器110也可以由其他流體所提供，所述流體可以是從脫氣器，上游給水加熱器或其他所述給水加熱器110和冷凝器106的中間元件所流出的流體。所述給水加熱器110包括一個(gè)熱交換器，將從所述渦輪機(jī)104中流出的汽流112的熱量轉(zhuǎn)移至從冷凝器106中所流出的過(guò)冷液體物料。所述給水加熱器110通過(guò)對(duì)供應(yīng)回蒸汽發(fā)生器102以進(jìn)行循環(huán)的物料進(jìn)行預(yù)加熱以實(shí)現(xiàn)所述系統(tǒng)100的回?zé)峁δ堋?br> [0058]盡管在圖1中僅示出和描述了單個(gè)蒸汽發(fā)生器、渦輪機(jī)、冷凝器、汽流和給水加熱器，但這僅僅是為了表述的簡(jiǎn)潔，所述系統(tǒng)100可以包括任何數(shù)量的所述元件。同時(shí)，盡管使用了“給水加熱器”這一術(shù)語(yǔ)來(lái)表述所述系統(tǒng)100的各種原件，但應(yīng)當(dāng)了解所述物料可以是或可以包括除水之外如上文所述的其他工作流體。
[0059]應(yīng)當(dāng)了解所述系統(tǒng)100可以包括各種閥門、管道、管線、感應(yīng)器、控制器和其他幫助監(jiān)測(cè)和調(diào)整所述系統(tǒng)100的各種操作參數(shù)的元件。舉例而言，所述汽流112上可以安裝一個(gè)可調(diào)節(jié)的閥門用于調(diào)節(jié)進(jìn)入所述給水加熱器110的汽流112的流量。所述系統(tǒng)100還可以包括閥門網(wǎng)，導(dǎo)管等，可以被調(diào)節(jié)為用于選擇所述汽流112從系統(tǒng)100的何處流出。這使得所述排汽壓力可以進(jìn)行變化，比如通過(guò)將所述汽流112從所述渦輪機(jī)104的不同渦輪機(jī)級(jí)流出。
[0060]圖2是所述給水加熱器110的夾點(diǎn)圖，圖中示出了溫度與熱能量轉(zhuǎn)化率之間的函數(shù)關(guān)系。如圖所示，圖中有兩個(gè)可能產(chǎn)生夾點(diǎn)的位置。實(shí)線114代表了一種質(zhì)量流率M為100.0千克/秒(kg/s)，壓力P為100巴(bar)的給水。虛線116代表了一種質(zhì)量流率M為30.0千克/秒(1^/8)，壓力？為15巴(bar)的給水。點(diǎn)線118代表了一種質(zhì)量流率M為25.5千克/秒(1^/8)，壓力？為25巴(bar)的給水。
[0061]因?yàn)樗鼋o水是過(guò)冷液體，所述給水的溫度在所述熱交換器的進(jìn)口(所述夾點(diǎn)圖的右側(cè))和出口(所述夾點(diǎn)圖的左側(cè))之間以平滑曲線形式上升。所述汽流以過(guò)熱蒸汽的形態(tài)進(jìn)入所述熱交換器，轉(zhuǎn)換狀態(tài)為過(guò)冷液體然后流出熱交換器。因此所述汽流具有一個(gè)過(guò)熱區(qū)，期間所述汽流的溫度沿一平滑曲線下降。所述氣流還具有一個(gè)冷凝區(qū)，期間所述汽流的溫度基本保持不變。一旦所述汽流被完全冷卻成過(guò)冷液體，所述汽流的溫度再次在過(guò)冷區(qū)域內(nèi)沿平滑曲線下降。
[0062]所述冷凝區(qū)形成了所述汽流的一條水平線，如溫度不變下的焓降，如果假設(shè)在過(guò)熱區(qū)域和過(guò)冷區(qū)域內(nèi)所述物料的熱容率都比所述汽流的熱容率要高，則所述汽流所對(duì)應(yīng)的其余兩條曲線的斜度要高于物料所對(duì)應(yīng)曲線的斜度。因此，在從入口到出口的氣流流向上，所述過(guò)熱區(qū)域和過(guò)冷區(qū)域形成了汽流曲線與物料曲線之間的收斂，而在所述冷凝區(qū)域，可以看到這兩條曲線是發(fā)散的。
[0063]因此當(dāng)一種純物質(zhì)被作為工作流體使用時(shí)，只存在兩處位置可能產(chǎn)生夾點(diǎn)，即所述給水和所述汽流之間的溫度差最小的點(diǎn)。一個(gè)可能的夾點(diǎn)，“夾點(diǎn)P”可能存在于氣流冷凝器的冷凝開(kāi)始處。第二個(gè)可能的夾點(diǎn)，“夾點(diǎn)O”可能存在于所述熱交換器的冷端(如給水加熱器的排汽出口處)。如果所述汽流入口在兩相區(qū)域，則冷凝器的冷凝開(kāi)始處恰好與所述入口一致。
[0064]在過(guò)熱蒸汽和過(guò)冷液體階段的氣流溫度下降率可以通過(guò)調(diào)節(jié)所述氣流的質(zhì)量流率來(lái)調(diào)整。(當(dāng)進(jìn)入所述熱交換器的汽流流體質(zhì)量增加時(shí),冷卻汽流所需的時(shí)間增加)。
[0065]此外，所述汽流進(jìn)入熱交換器時(shí)的溫度和開(kāi)始冷凝時(shí)的溫度可以通過(guò)調(diào)節(jié)所述汽流的壓力進(jìn)行調(diào)整。(壓力越高，進(jìn)入熱交換器時(shí)的汽流溫度越高，開(kāi)始冷凝時(shí)的氣流溫度也越高)。
[0066]因此，即使所述熱交換器的區(qū)域以及進(jìn)入熱交換器的所述給水的質(zhì)量流率和壓力是固定的，也可能通過(guò)調(diào)節(jié)所述汽流的質(zhì)量流率和壓力來(lái)調(diào)整汽流與給水之間的溫度差。
[0067]在傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)中，選定能夠最小化夾點(diǎn)P的操作參數(shù)。也就是說(shuō)，所述汽流的壓力和/或流量被調(diào)整為使得在熱交換器中汽流開(kāi)始冷凝時(shí)的溫度與當(dāng)時(shí)的給水溫度大致相當(dāng)或非常接近。這通過(guò)圖2中的虛線116得以體現(xiàn)，圖中示出了增加汽流的質(zhì)量流率M同時(shí)減小汽流壓力P以取得一個(gè)非常小的夾點(diǎn)P。在這種情況下，在熱交換器冷端(夾點(diǎn)ο可能產(chǎn)生的位置)的所述汽流與給水之間的溫度差變得非常大。換句話說(shuō)，在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，夾點(diǎn)P被最小化，但沒(méi)有采取任何方式試圖取得夾點(diǎn)O，很少對(duì)夾點(diǎn)O進(jìn)行最小化。
[0068]通過(guò)圖2中的點(diǎn)線118示出了能夠被選定用于最小化夾點(diǎn)ο的操作參數(shù)。如圖所示，減小汽流的質(zhì)量流率M同時(shí)增加汽流壓力P以取得一個(gè)非常小的夾點(diǎn)O。在這種情況下，在汽流冷凝器的冷凝開(kāi)始處(夾點(diǎn)P可能產(chǎn)生的位置)的所述汽流與給水之間的溫度差變得非常大。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為這種布局方式是不理想且效率低的。
[0069]在本發(fā)明的部分實(shí)施例中，所述汽流的質(zhì)量流率M和/或壓力P能夠進(jìn)行調(diào)整從而使得所述汽流和所述給水之間的溫度差在夾點(diǎn)P和夾點(diǎn)O都能夠最小化。優(yōu)選的，一個(gè)或全部所述參數(shù)能夠被調(diào)整以使得所述汽流與所述給水之間在夾點(diǎn)P的溫度差與在夾點(diǎn)O的溫度差幾乎一致。在一些實(shí)施例中，夾點(diǎn)P的溫度差與夾點(diǎn)O的溫度差可以是相等的。在一些實(shí)施例中，夾點(diǎn)P所能取得的最小溫度與夾點(diǎn)O所能取得的最小溫度之間的差值能夠小于約20攝氏度，小于約15攝氏度，小于約10攝氏度，小于約5攝氏度，小于約3攝氏度，和/或小于約I攝氏度。
[0070]圖3是所述給水加熱器110的夾點(diǎn)圖，示出了當(dāng)取得雙夾點(diǎn)時(shí)，溫度與熱能量轉(zhuǎn)化率之間的函數(shù)關(guān)系。如圖所示，夾點(diǎn)P和夾點(diǎn)O都被最小化。如上文所述,傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為對(duì)所述汽流進(jìn)行過(guò)冷冷卻(雙夾點(diǎn)所需的)是一種浪費(fèi)因?yàn)閺乃鼋o水加熱器110流出的汽流通常要用于作為一個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)下游給水加熱器的物料。然而，下文的描述說(shuō)明了為了取得雙夾點(diǎn)而對(duì)所述汽流進(jìn)行過(guò)冷冷卻出乎意料得產(chǎn)生了更好地運(yùn)營(yíng)效率。
[0071]下面將詳細(xì)描述回?zé)崾教m金循環(huán)的封閉式給水加熱器的雙夾標(biāo)準(zhǔn)。所述給水加熱器被建模為逆流熱交換器。因此，如上文所述，在所述給水加熱器上存在兩個(gè)可能的夾點(diǎn)位置:(1)在所述汽流(排出)的出口以及(2)在汽流冷凝器的冷凝開(kāi)始處。在給水加熱器的給定熱負(fù)荷下，物料入口溫度和流量，排汽流量和/或壓力能夠被選擇以在兩個(gè)可能的夾點(diǎn)位置取得相同的最小接近溫度從而優(yōu)化所述循環(huán)的效率。下面給出了在少量的假設(shè)下，在汽流進(jìn)入冷凝器情況下，一個(gè)固定的夾點(diǎn)值的分析證明。此外，所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字模擬式地表明了固定夾點(diǎn)值和使用了最常用布局模式的固定熱交換區(qū)域，所述布局模式是:流入冷凝器，流入脫氣器和級(jí)聯(lián)流入下一個(gè)給水加熱器。下文開(kāi)發(fā)了一個(gè)在所述流體被水泵(向上或向下)注入并與所述給水混合的情況下的類似標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明所公開(kāi)的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)化了優(yōu)化過(guò)程并造成了固定熱交換區(qū)域效率的顯著提升。出于數(shù)值模擬和計(jì)算的原因，壓力可以被作為優(yōu)化變量，熱負(fù)荷和質(zhì)量流率能夠被計(jì)算。
[0072]術(shù)語(yǔ)名稱
[0073]I拉丁騎
Pb 汽流壓力[bar,mefi 龜容量__
λ紐工嫌逾忙士 *?*相對(duì)于排汽K力’在冷凝
{^Λ Λ#Λ*Μi^kl 趣擬夾—汽麵
I 1^1 ZTm^Z [_:_
h (p , 漏輸機(jī)出口處的嬝值h 鹼水加鶴罌_Oifc汽流
I ?> [kJ/kg] Ih'" 的焓值[kJ/kg]
h解 mmmmwa 翁雛區(qū)域[丨”..:]
u 傳熱系數(shù)[_(iir κ)〗? 質(zhì)量流率__
P0 湯輸H_0羅AP 壓力[bar]
H—^--
Sgm 熵生成率[kW/ICJQ 回?zé)嶝?fù)荷【kW,MW]
, 特定液體熱容量__τ 一
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首字母_調(diào)
_HM__謙麵 I__m最小?細(xì)疆!E_C,K1
I OFWH IO-Pinch ■水加 _ 場(chǎng)汽瀛 Iftnft
[0074]
III ii*
IIWJ1?^減
p-pnch為

點(diǎn)下標(biāo)
_B__tm__Bj__汽流流入
__I mmmm |_f__物料
_m_ mmmA _^__?料流出
_ο_I 下列夾點(diǎn)ο I_P__下列夾點(diǎn)P
τI 檷輪膨脹線 I
Jl靡
_9_I 蒸汽 I_I_ 液體
_ig_I_*Λ_I_sat_ mmmm
[0075]蘭金循環(huán)被廣泛運(yùn)用與發(fā)電領(lǐng)域，通常具有提升效率的特征如再加熱、過(guò)熱或再生。蘭金循環(huán)的附加信息可以參見(jiàn)A.Bejan, Thermal Design&Optimizat1n, Johnffiley&Sons, Inc., 1996;R.ff.Haywood,Analysis of Engineering Cycles, 3rdEdit1n, Elsevier, 1980;and M.J.Moran, Η.N.Shapiro, Fundamentals of EngineeringThermodynamics, 6th Edit1n, John Wiley and Sons, 2007,其內(nèi)容在此被全部納入作為引用。
[0076]能夠?qū)δ茉囱h(huán)進(jìn)行高保真建模的商業(yè)軟件包是可得的，諸如THERMOFLEX, ASPENPLUS,和GATECYCLE。這些軟件包提供了對(duì)給定循環(huán)(流程鏈接)進(jìn)行執(zhí)行參數(shù)和優(yōu)化研究或?qū)o定應(yīng)用構(gòu)建能源循環(huán)的工具。
[0077]除了最簡(jiǎn)單的循環(huán)其余的循環(huán)都是回?zé)崾降?，也就是說(shuō)，它們包括通過(guò)從渦輪機(jī)導(dǎo)出的汽流對(duì)(從冷凝器回來(lái)的)物料進(jìn)行預(yù)加熱。這一預(yù)加熱過(guò)程在封閉式和/或開(kāi)放式的給水加熱器(CFWH和0FWH)中進(jìn)行。根據(jù)所述封閉式給水加熱器的排汽(即排水)位置的不同有多種不同的給水加熱器布局模式。一般情況下動(dòng)力循環(huán)的性能隨著給水加熱器數(shù)量的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，因此，典型地，給水加熱器數(shù)量的確定是出于成本的考慮，也就是所，是對(duì)于資本和運(yùn)營(yíng)成本之間的平衡。一個(gè)知名的近似設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是使得在蘭金循環(huán)的回?zé)釁^(qū)域的每一個(gè)給水加熱器具有相等的焓值增長(zhǎng)。更準(zhǔn)確的說(shuō)，在一些理想情況下，為了取得一種非再熱非超臨界電廠的最大效率，所述給水的焓值上升至飽和點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)大致在所有的加熱器和省煤器上是一致的。
[0078]封閉式給水加熱器必須是多相熱交換器。對(duì)熱交換器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)已經(jīng)是完善的領(lǐng)域，其附加信息可以在下列文獻(xiàn)中得到:L.T.Biegler, 1.E.Grossmann, A.ff.ffesterberg, Systematic Methods of Chemical Process Design,Prentice Hall, NewJersey,1997;J.Cerda, A.ff.ffesterberg, D.Mason, B.Linnhoff, Minimum utility usage inheat-exchanger network synthesis.A transportat1n problem, Chemical EngineeringScience38 (3) (1983)373-387;J.Cerda, A.ff.ffesterburg, Synthesizing heat-exchangernetworks having restricted stream stream matches using transportat1n problemformulat1ns, Chemical Engineering Science38 (10) (1983) 1723-1740;B.Linnhoff, E.Hindmarsh,The pinch design method for heat-exchanger networks,ChemicalEngineering Science38 (5) (1983) 745-763;S.A.Papoulias, 1.E.Grossmann,Astructural optimizat1n approach in process synthesis2.Heat-recoverynetworks, Computers&Chemical Engineering?(6)(1983)707-721; and 1.C.Kemp, PinchAnalysis and Process Integrat1n, 2nd Edit1n, Elsevier, 2007,其內(nèi)容在此被全部納入作為引用。對(duì)于動(dòng)力系統(tǒng)和熱交換器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)都可以通過(guò)簡(jiǎn)化方式或更嚴(yán)格的模型來(lái)進(jìn)行。一種常見(jiàn)的簡(jiǎn)化方式是所謂的夾點(diǎn)分析，即選定可能的最小溫度(MITA)然后計(jì)算每個(gè)熱交換器的入口情況和熱負(fù)荷。這一簡(jiǎn)化方式的優(yōu)勢(shì)在于將投資費(fèi)用和熱交換器的詳細(xì)設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)費(fèi)用分離開(kāi)來(lái)。夾點(diǎn)方法的隱含假設(shè)是所需的熱交換區(qū)域精確地以MITA為特征。盡管如此，為了經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)化，需要對(duì)熱轉(zhuǎn)換區(qū)域進(jìn)行精確地計(jì)算。
[0079]本發(fā)明公開(kāi)了一種新的用于優(yōu)化回?zé)崾絼?dòng)力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。在接下來(lái)的討論中，所述標(biāo)準(zhǔn)被應(yīng)用于兩種夾點(diǎn)方法并對(duì)固定的熱轉(zhuǎn)換區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明中的封閉式給水加熱器通常是逆流熱交換器。
[0080]因此，存在兩種可能的夾點(diǎn)，即在冷凝器的冷凝開(kāi)始處和在排汽(排水)處。本發(fā)明的主要結(jié)果是，對(duì)于大多數(shù)的給水加熱器結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，通過(guò)同步取得兩個(gè)夾點(diǎn)能夠得到優(yōu)化運(yùn)作。在一些實(shí)施例中，單元(流程)之間的鏈接和膨脹線(冷凝器溫度、渦輪入口壓力和溫度和總流量)被假設(shè)為是固定的。在一些實(shí)施例中，所述工作流體被假設(shè)為一種具有形態(tài)變化的純物質(zhì)。
[0081]在一個(gè)傳統(tǒng)的夾點(diǎn)分析中，通過(guò)經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)選定的MITA被作為熱交換區(qū)域的一種替代。因此，每個(gè)封閉式給水加熱器具有三個(gè)維度的自由度，即熱負(fù)荷(通過(guò)MITA作為一種替代)，抽汽壓力(和溫度)和抽氣流量。因此，至少在原則上，在受到最小溫度差的約束下，考慮對(duì)這三個(gè)自由度的同步變化，所述循環(huán)的操作可以在數(shù)值模擬上進(jìn)行優(yōu)化。在更嚴(yán)格的分析中，熱轉(zhuǎn)換區(qū)域通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析被選定，剩余的兩個(gè)自由維度是抽汽壓力和抽汽流量，且MITA是自由的。本發(fā)明所述的雙夾點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為每個(gè)封閉式給水加熱器排除了兩個(gè)變量。除此之外，在夾點(diǎn)分析的情況下，本發(fā)明所述的標(biāo)準(zhǔn)排除了對(duì)夾點(diǎn)破壞限制的檢查需要以及對(duì)給水加熱器的空間分布模型需要?？偠灾?，本發(fā)明所述的系統(tǒng)和方法顯著簡(jiǎn)化了對(duì)于循環(huán)的優(yōu)化。當(dāng)所述蘭金循環(huán)不是孤立地看待而是作為一個(gè)復(fù)雜過(guò)程的一部分時(shí)，如氧燃燒系統(tǒng)，或在其他系統(tǒng)中，如有機(jī)蘭金循環(huán)的工作流體選定過(guò)程，這種加速算法顯得特別重要。
[0082]關(guān)于氧燃燒系統(tǒng)的詳細(xì)信息可以參見(jiàn)H.Zebian, A.Mitsos, Mult1-variableoptimizat1n of pressurized oxy-coal combust1n, In Press:Energy (EGY) http://dx.do1.0rg/10.1016/j.energy.2011.12.043，2011，其內(nèi)容在此被全部納入作為引用。
[0083]對(duì)于孤立的蘭金循環(huán)的優(yōu)化可以通過(guò)通用建模工具來(lái)進(jìn)行。然而，在沒(méi)有本發(fā)明所述的標(biāo)準(zhǔn)的情況下，這樣的“優(yōu)化”實(shí)際導(dǎo)致了次優(yōu)的局部最優(yōu)解。本發(fā)明所述的方法和系統(tǒng)使得近似設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)能夠被更簡(jiǎn)單地運(yùn)用，比如前述的對(duì)給水加熱器的等焓值增加。
[0084]在下面的第二章當(dāng)中，研究最簡(jiǎn)單給水加熱器布局下的最小溫度差的簡(jiǎn)化規(guī)則，即所述排水口被安裝于冷凝器。一個(gè)更加確切的說(shuō)法通過(guò)適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件給出且被分析證明。此外，還解釋了雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)是怎樣被應(yīng)用于一個(gè)簡(jiǎn)化過(guò)程中，相對(duì)于所有變量同步優(yōu)化的方法，造成了一種顯著簡(jiǎn)化的優(yōu)化配方。在下文的第三章中，討論所述雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于其他布局結(jié)構(gòu)的適用性。在下面的第四章和第五章，對(duì)各種不同給水加熱器布局的案例進(jìn)行研究，對(duì)簡(jiǎn)化計(jì)算和常數(shù)區(qū)域分別進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，同時(shí)也探討給水的熵生成。相比于現(xiàn)行的設(shè)計(jì)實(shí)踐，無(wú)論是簡(jiǎn)化計(jì)算還是嚴(yán)格運(yùn)算，本發(fā)明所述的系統(tǒng)和方法都造成了顯著的節(jié)約。
[0085]第2章-簡(jiǎn)化方式雙夾點(diǎn)的分析證明
[0086]在下面的章節(jié)中，發(fā)展了一種雙夾點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并且在一系列非限制性的假設(shè)上進(jìn)行證明。第一，夾點(diǎn)圖說(shuō)明了只有兩個(gè)點(diǎn)是需要關(guān)心的，即冷凝器的冷凝開(kāi)始處和汽流的出口處。
[0087]其次，當(dāng)所述廢氣被輸送到于冷凝器中時(shí)，已經(jīng)被證明了對(duì)于一個(gè)給定的熱負(fù)荷，雙夾點(diǎn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性是必須的。此外，存在一組特定的排汽壓力和流量能夠取得一個(gè)雙夾點(diǎn)。因此，雙夾點(diǎn)對(duì)于最優(yōu)性的取得也是足夠的。然后，根據(jù)效率優(yōu)化的計(jì)算程序公開(kāi)一組重新排序的變量。
[0088]2.1兩種產(chǎn)生夾點(diǎn)的可能性
[0089]假設(shè)I (熱容率):物料流量與排汽容量的比率被假定為足夠高以使得在過(guò)熱區(qū)域和過(guò)冷區(qū)域，所述物料的熱容率(—P )都高于所述汽流的熱容率。假設(shè)I針對(duì)的是典型的蘭金循環(huán)。
[0090]下列命題顯示了如圖2所示的夾點(diǎn)圖表中只有兩個(gè)點(diǎn)是需要研究的。
[0091]命題1:在假設(shè)I情況下在物料與汽流之間最小的溫差只可能出現(xiàn)在兩個(gè)點(diǎn)，即冷凝器的冷凝開(kāi)始處和排汽出口處。
[0092]證明:所述給水加熱器可以被建模為逆流熱交換器。所述物料總是能夠進(jìn)行過(guò)冷冷卻從而在夾點(diǎn)圖上取得一條平滑的曲線。相比之下，所述汽流總體上可以包括三個(gè)區(qū)域，即，過(guò)熱區(qū)域，冷凝區(qū)域和過(guò)冷區(qū)域，給出兩條變化的曲線。所述冷凝區(qū)域?qū)е滤銎餍纬梢粭l水平的線，即焓值降低而溫度保持不變?；诩僭O(shè)1，另外兩條與汽流相應(yīng)的曲線與物料相應(yīng)的曲線相比具有一個(gè)更高的斜率。因此，在從入口到出口的氣流流向上，所述過(guò)熱區(qū)域和過(guò)冷區(qū)域形成了汽流曲線與物料曲線之間的收斂，而在所述冷凝區(qū)域，可以看到這兩條曲線是發(fā)散的。因此，只存在兩處位置可能產(chǎn)生夾點(diǎn)，即冷凝開(kāi)始處與氣流出口處。如果所述汽流入口在兩相區(qū)域，則冷凝的開(kāi)始處恰好與所述入口一致。
[0093]如上文所述，圖2示出了一個(gè)說(shuō)明性的給水加熱器的夾點(diǎn)圖。在一個(gè)純物質(zhì)的給水加熱器的熱再生中只有兩個(gè)可能出現(xiàn)夾點(diǎn)的位置:在熱交換器的冷端(排水處，汽流小點(diǎn)線，標(biāo)記為夾點(diǎn)O)或在氣流冷凝器的開(kāi)始處(氣流虛線,標(biāo)記為夾點(diǎn)P)。
[0094]2.2必要性的分析證明
[0095]在這一章節(jié)內(nèi)，對(duì)于排水被輸送至冷凝器內(nèi)的情況考慮取得最小溫差的簡(jiǎn)化方法。對(duì)于一個(gè)給定的物料流量&/ ,物料入口溫度Tti和熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷除了繁瑣的情況，雙夾點(diǎn)都被認(rèn)為是最優(yōu)的。上述結(jié)論是基于相對(duì)不牢靠的假設(shè)。
[0096]假設(shè)2 (排汽飽和焓):假設(shè)排汽壓力為Pb的飽和蒸汽hg’sat的焓值不低于渦輪出口處hT(P。)的焓值。
[0097]h&sat(PB) ^h1(P0)
[0098]其中下標(biāo)T指代渦輪機(jī)(膨脹線)而P。指代所述渦輪機(jī)的出口氣壓。
[0099]假設(shè)2適用于典型的膨脹線。只有在所述渦輪機(jī)的出口狀態(tài)高度過(guò)熱并且所述熱負(fù)荷非常小僅允許一個(gè)很低的排汽壓力Pb時(shí)該假設(shè)可以被違反。在此種情況下的操作是次優(yōu)的。
[0100]假設(shè)3 (汽流出口焓值):假設(shè)給水加熱器出口處蒸汽流的焓值hB，。不高于渦輪機(jī)出口處的焓值hT(P。)。
[0101]hB’。<hT(P0)
[0102]假設(shè)3適用于典型的膨脹線和工作流體，如水和氨，庚烷和甲苯。
[0103]假設(shè)4 (排汽壓力):假設(shè)最優(yōu)的排汽壓力Pb嚴(yán)格地高于渦輪機(jī)出口的壓力P。。假設(shè)4只有在給水加熱器的熱負(fù)荷特別低而渦輪機(jī)的出口處高度過(guò)熱時(shí)才可以被違反。換句話說(shuō)，復(fù)熱器在本章節(jié)中是不被考慮的。
[0104]假設(shè)5 (排汽壓力):假設(shè)最優(yōu)排汽壓力Pb嚴(yán)格地低于渦輪機(jī)進(jìn)口壓力。假設(shè)5適用于典型的蘭金循環(huán)。
[0105]假設(shè)6 (熱容率和飽和蒸汽):下述的關(guān)系式適用于需要被研究的壓力:
[0106]—- < 4(Tm(P,) — />■)—
U^ Pb
[0107]假設(shè)6適用于典型的工作流體，如水，甲苯和氨。在研究的情況下，表達(dá)式的左半部分是負(fù)值或小幅度的正值而表達(dá)式的右半部分總是正值。
[0108]假設(shè)7 (液體焓值的正壓力):液體焓值對(duì)壓力的導(dǎo)數(shù)是正值:
(Oh1 nS
[0109]I I >0
KapJ1
[0110]應(yīng)當(dāng)注意假設(shè)7適用于不可壓縮的液體，對(duì)于該液體來(lái)說(shuō)是一種近似的好方法。此外，它適用于典型的工作流體，如水、甲苯和氨。
[0111]在以下部分，再加熱出于簡(jiǎn)化的因素被排除了而且考慮一個(gè)固定的膨脹線，必須假設(shè)所述渦輪機(jī)等熵效率不受排汽狀態(tài)的影響。
[0112]定理I (雙夾點(diǎn)必要性):考慮一種不具有再加熱但渦輪機(jī)等熵效率為正值的回?zé)崾教m金循環(huán)。固定多數(shù)渦輪機(jī)的入口溫度，入口壓力，出口溫度和出口壓力P。，即不受排汽的影響?？紤]一個(gè)任意的給水加熱器，具有任意但確定的物料流量rfV ,物料入口溫度TF.1和熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷^ o假定所述物料壓力Pf被選定使得物料蒸汽保持過(guò)冷狀態(tài)。假定所述給水加熱器可以被建模為具有最小溫度差A(yù)mitaT的逆流熱交換器且氣壓不下降。假設(shè)排汽狀態(tài)是飽和或過(guò)熱的，即所述排汽溫度不小于排汽壓力的飽和溫度。假定排水被輸送至冷凝器中。選定一組排汽流量和排汽壓力Pb以優(yōu)化循環(huán)的性能。在假設(shè)I至7的情況下，出現(xiàn)了雙夾點(diǎn)，即最小內(nèi)部溫度差同時(shí)在冷凝器開(kāi)始處和排汽出口處發(fā)生。
[0113]證明:以下證明是通過(guò)對(duì)照完成的，即考慮一組最優(yōu)組合，&?，巧，假定沒(méi)有夾點(diǎn)出現(xiàn)從而得出該組合不是最優(yōu)的結(jié)論。這一過(guò)程是通過(guò)三個(gè)步驟完成的，首先排除沒(méi)有出現(xiàn)夾點(diǎn)的情況，然后排除只在冷凝器開(kāi)始處出現(xiàn)夾點(diǎn)的情況，最后排除只在排汽出口處出現(xiàn)夾點(diǎn)的情況。
[0114]基于不存在再加熱的假設(shè)，所排出的蒸汽在渦輪機(jī)內(nèi)應(yīng)當(dāng)做的功是這樣計(jì)算的:
[0115]Wb = mH (hT (PH) — hr(Pn))⑴
[0116]hT(PB)是所述給水加熱器的排汽入口處的焓值，hT(PB)=hB，i。最優(yōu)的排汽方式是最小化所損失的功
[0117]如果所述排出蒸汽是飽和蒸汽或在雙相區(qū)域(hT(PB) ( hg’sat (Pb))，則繁瑣地取得了在冷凝器開(kāi)始處的夾點(diǎn)。除此之外，出口處的夾點(diǎn)在假設(shè)給定壓力pB>p。的情況下最小化
mB來(lái)最小化^。因此可以確定hT (Pb) >hg’sat (Pb)。
[0118]1.假定在對(duì)照中所述給水加熱器的最小內(nèi)部溫度差沒(méi)有達(dá)到(?,?)。則排汽流量或壓力(或甚至兩者同時(shí))減少一個(gè)極微小的量從而在不違反最小內(nèi)部溫度差的情況下允許一個(gè)相同的熱轉(zhuǎn)化符合。從另一方面來(lái)說(shuō)，這一減小量說(shuō)明了渦輪機(jī)產(chǎn)生了更多的能量，見(jiàn)等式(I )，也就是說(shuō)最初的組合不是最優(yōu)的。
[0119]2.假定現(xiàn)在在(?,?)的情況下，在冷凝器開(kāi)始處取得了一個(gè)夾點(diǎn)但在排汽出口處沒(méi)有。要保持冷凝器出口處的夾點(diǎn)意味著對(duì)排汽壓力的改變會(huì)導(dǎo)致排汽流量的變化。在假設(shè)4的情況下可以在不違反任何限制的情況下實(shí)現(xiàn)這一可能性。與在冷凝器開(kāi)始處夾點(diǎn)



/ ^.\


om β
一致的排汽質(zhì)量流率對(duì)排汽壓力的導(dǎo)數(shù)是其中下標(biāo)P代表夾點(diǎn)P。

V "P，
[0120]
[0121]
[0122]考慮所述渦輪機(jī)未做的功對(duì)在下所運(yùn)算的冷凝器開(kāi)始處夾點(diǎn)一致的排汽壓力偏導(dǎo)數(shù)
dWR I (dm ,,.-=- N "?、、-τ- Bk
[0123]-^z-\ =(K (PB) ^ flt (p?)) + mB
Jf ^^ F4 ⑵
[0124]我們已經(jīng)知道渦輪機(jī)入口處和出口處的狀態(tài)是確定的。最優(yōu)操作意味著最小的

βψ
Wb或者如果我們發(fā)現(xiàn)^l * 0則所述組合,0不是最優(yōu)的。
，丨 d# Ph
[0125]在等式2的右邊，第二部分是正值，因?yàn)闇u輪機(jī)做功了。因此，如果

(Ci? ),
—(dm H)OWfl I
&下算出的導(dǎo)數(shù)值是非負(fù)的，我們也能夠得出^>0或所述組合^冗丨不是
\ ^ ^ ^P^ Iflf
最優(yōu)的。這意味著我們可以同時(shí)減少排汽壓力和流量并且保持同樣的預(yù)加熱。應(yīng)當(dāng)注意
<0可以被直接證明。
[0126]因此我們只需考慮下列情況
f dm Β Λ
[0127]<0
Ρ Pb(3)
[0128]以下部分說(shuō)明了能量損失對(duì)排汽壓的導(dǎo)數(shù)是負(fù)值，或者說(shuō)增加排汽壓力能夠增加效率。


f dinH、
[0129]以下列出了一個(gè)關(guān)于j的表達(dá)式。在冷凝器開(kāi)始處的夾點(diǎn)的情況是


\ VrB Jp
[0130]mF(A,-0 - W(Pb) — Amtar,Pf)) = mti(hT(Ρβ)- hg-(PB))
[0131]將其對(duì)Pb進(jìn)行求導(dǎo)且在(?,?)下計(jì)算得到
[0132]=(^f\(P+
p, ^ s Λ< pB0 hI
[0133]或
[0134]
U巧八?:Ρ? f, dP U
(4)
[0135]通過(guò)假設(shè)2我們得到th.(Pn ) <(P,)，因此
[0136]hT (PB)~h ^ (PB ) < Ilr (? ) - hT (P0 )
[0137]回顧不等式(3)我們得到
[0138](hT(PB) - hT{Pj{^\ < (hT(Pn)-fr^(PB)i
V 沈B Jp ΡηK Jp Ρβ
[0139]然后結(jié)合等式(2 )和(4)得到
?— ρ;、併一ρτ、辦
[0140]^ (Γ- (Ptt)- AmiuT, Pf
eM ^FiCI Ps

QW
[0141]注意到假設(shè)6的條件SiCIilf我們得到# <0通過(guò)假設(shè)5可以知道增加所述




? H I);

" ?
氣壓是可能的，因此我們證明了(?,?)不是最優(yōu)的。
[0142]3.假設(shè)最終在的情況下我們?cè)谂牌隹谔幎皇抢淠_(kāi)始處取得了一個(gè)夾點(diǎn)。
[0143]類似于前一種情況，我們將考慮在保持排汽出口處夾點(diǎn)^ 即與在排氣出口




V arB J0 ,
處夾點(diǎn)一致的排汽質(zhì)量流率對(duì)排汽壓力的導(dǎo)數(shù)不變的情況下，改變所述排汽壓力，其中下標(biāo)O代表夾點(diǎn)O。
[0144]通過(guò)與前一種情況下相似的方式我們得到等式:
BWb I {dmB ^ — , /n w — 9h
[0145]—矣(D) +爾
^ In V ^Pb I ￥bdPB Fii ^
[0146]和
f -> - \
cmK_
[0147]< 0
1 4? (6)
[0148]之后我們可以看到損失的做功對(duì)排汽的導(dǎo)數(shù)值是正值，意味著所述排汽壓力應(yīng)該是降低的。
[0149]下面給出了一個(gè)關(guān)于的表達(dá)式，在排汽出口處維持夾點(diǎn)的熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷可


V ol H Λ
以通過(guò)下面的表達(dá)式計(jì)算:
[0150]Q = m/s (hT ( Pb ) — A (Ttj + Δ Χ?ΙΤΑΓ, Pli))
[0151]應(yīng)當(dāng)注意到總體的熱轉(zhuǎn)換是恒定的，其對(duì)Pb的導(dǎo)數(shù)是零。對(duì)表達(dá)式右半部分關(guān)于(?，而;)進(jìn)行求導(dǎo)可以得到:
Λ fdms)n..jf7,ATD、、^ dhT\了 Bh1
[0152]o =(Jh(Pe)- h (Ttj + ΔMITAΓ，)) + mB^ -Bi1- —
^ 3 Pb.M 1?ij B Kim-JrS
[0153]或
0Fft &/ ? / n % I i /rrrarrr r% W~7~ 'dMf.0ff

(hT(Pr,) — Λ (Tr + ΔΜ?Τ?Τ，Ρ?)) = - + tuR-
[0154]m , 71u MTA Bff bQPs ￥ sBPb t % T,
\ B /o p3^ PaJ 1?λ^Α%ΙΙΤλΤ,Ρβ
(7)
[0155]基于假設(shè)3 存在 h1 (Ττ，i+ Δ ΜΠΑΤ, ΡΒ) =hB，。( hT (P0)，因此得到
[0156]hT ( Pli) — h (Ττ j + Δ ΜΓΓΑ Τ\ P3) > hT (Pu) — hT {Pn)
[0157]回顧不等式(6)我們得到:
[0158]?κ(PB)-hT(Pt>))(> (hT(Pb) - hl(TJ%{ + AmotF5Pb))i
\ J B Jo Pb^ B 人 Ps
[0159]之后結(jié)合(7)
[0160](嗔)-1ΟΓη JOr por τ A τ ?

、B jO PbPbTrj+aMITAt-pB
[0161]和(5)可以得到
dWB\ ^ dhl\
_2] dPB h >mB—

ρψ
[0163]通過(guò)假設(shè)7我們得到^L >0通過(guò)假設(shè)4可以知道降低所述氣壓是可能的，因

ΟΓβ r% f
此我們證明了(?, K)不是最優(yōu)的。
[0164]2.3唯一性和充分性的圖像證明
[0165]定理I證明了雙夾點(diǎn)是最優(yōu)性的必要條件。原則上來(lái)說(shuō)，存在多種雙夾點(diǎn)適用于其上，其中的一些可能是次優(yōu)的。在兩個(gè)額外的假設(shè)的基礎(chǔ)上可以證明對(duì)于給定的熱負(fù)荷存在一組唯一的(Pb , mB )能夠給出雙夾點(diǎn)。
[0166]假設(shè)8 (過(guò)冷狀態(tài)的弱壓力依賴性):液體焓值對(duì)壓力的導(dǎo)數(shù)小于膨脹線上焓值的導(dǎo)數(shù)
eh1 I chr I
[0167](8)
[0168]除此之外，對(duì)于需研究的溫度和壓力而言，其在過(guò)冷區(qū)域的熱容率被假設(shè)為與壓力呈若函數(shù)關(guān)系，更加準(zhǔn)確的說(shuō)，是對(duì)于任意兩個(gè)滿足PB1>PB2的壓力PB1，Pb2滿足

^ /If(Pm)^h1(TiPm)
[0169]clp(T.pirJ Ih(PirJHPin) (9)
[0170]除非渦輪機(jī)效率極低，否則假設(shè)8的條件都應(yīng)被滿足。
[0171]假設(shè)9 (蒸發(fā)焓值的降低):蒸發(fā)焓值對(duì)壓力的導(dǎo)數(shù)是負(fù)值
chH
[0172]^<0
οΡ
[0173]假設(shè)9適用于純物質(zhì)。關(guān)于這一點(diǎn)的詳述參見(jiàn)B.E.Poling, J.M.Prausnitz, J.P.0'Conne11, The Properties of Gases and Liquids,5th Edit1n,McGrawHill, NewYork，2001，其內(nèi)容在此被全部納入作為引用。
[0174]引理I (雙夾點(diǎn)唯一):考慮定理I的條件和假設(shè)。在額外假設(shè)條件8和9下存在唯一的一組排氣流量A/i和排汽壓力PB給出雙夾點(diǎn)。
[0175]證明:考慮一組產(chǎn)生雙夾點(diǎn)。考慮滿足PB2〈PB1的第二組ΡΒ2, Λβ2在出口處產(chǎn)生夾點(diǎn)。我們將證明其違反了冷凝開(kāi)始處的最小溫度差。
[0176]考慮如圖4所示的夾點(diǎn)圖，應(yīng)當(dāng)注意不存在線性假設(shè)(在一些區(qū)域要求恒定的熱容率)。由假設(shè)I可知，過(guò)冷曲線的斜率大于汽流的物料曲線。
[0177]點(diǎn)Bli,。分別表示了汽流的入口，冷凝的開(kāi)始處，過(guò)冷冷卻的開(kāi)始處和汽流的出口處。此外，表示了壓力Pb2的飽和溫度與汽流I的過(guò)冷曲線的交點(diǎn)。最后表示了壓力Pb2的飽和溫度與穿過(guò)點(diǎn)Sfe與過(guò)冷曲線平行的曲線的交點(diǎn)。
[0178]為了使得汽流2在出口處取得夾點(diǎn)，其出口恰巧與B1。一致。應(yīng)當(dāng)注意出口處的夾點(diǎn)說(shuō)明了
[0179]Q = rnm{hT{Pm)^h\TT, +AmitaT,Pm))
[0180]Q — Iiij2(Ar(Ρβ1) — A (TTj + ΑαιιγαΤ,Ρ/ι2 ))
[0181]現(xiàn)在我們將使用假設(shè)8里的兩個(gè)不等式。通過(guò)(8)中對(duì)于0的兩個(gè)條件直接說(shuō)明了叱2 > We此外，基于與(9) 一樣的假設(shè)，汽流2過(guò)冷開(kāi)始處位于把=的左邊。最后，結(jié)合假設(shè)9，作數(shù)冷凝器的開(kāi)始處在β!:的左邊。鑒于所述汽流的斜率高于物料的斜率，這一點(diǎn)在最小溫度差的左邊。
[0182]因?yàn)榕牌麎毫B1，Pb2是任意的，我們也可以排除存在具有比Pbi更高壓力Pb3的雙夾點(diǎn)的情況。實(shí)際上，假設(shè)存在一個(gè)具有排汽壓力Pb3的雙夾點(diǎn)，通過(guò)上述論證Pbi違反了最小溫度差從而導(dǎo)致了矛盾。
[0183]定理2:在定理I和引理I的假設(shè)下，唯一一組取得雙夾點(diǎn)的(Α,Ο是最優(yōu)的。對(duì)定理2的證明是不重要的，在此為了簡(jiǎn)潔就略去了。應(yīng)當(dāng)注意的是，我們將其存在視作理所當(dāng)然的，這可由下一節(jié)的變量變化來(lái)證明。
[0184]2.4循環(huán)優(yōu)化的程序
[0185]定理I和2證明了一個(gè)雙夾點(diǎn)對(duì)于一個(gè)固定的熱負(fù)荷來(lái)說(shuō)是最理想的。然而，在夾點(diǎn)分析的捷徑以及固定區(qū)域的方法中去改變排氣壓力是更有計(jì)算效率的。
[0186]2.4.1夾點(diǎn)分析的步驟
[0187]對(duì)于夾點(diǎn)分析方法，可以直接計(jì)算出能夠引起雙夾點(diǎn)的該組排氣流量Aj和熱負(fù)荷0
[0188]—η,『如高卿

(Ps)-AwjT-Pj..) ^h1 (Tri, Pf )
[0189]Q = f^B C^r ) ~ + 厶 Μ-- -?)) (IQ)
[0190]鑒于》^和6的表達(dá)式是明確的，存在唯--個(gè)給定的排汽壓力Pb的雙夾點(diǎn)。這種獨(dú)立變化變量的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)產(chǎn)生夾點(diǎn)過(guò)程中的明確的公式表達(dá)而排除了給水加熱器空間離散模型的需要。然而，我們尚沒(méi)有證明對(duì)于一個(gè)確定的壓力，雙夾點(diǎn)是否是最優(yōu)的。因此有必要進(jìn)行如下解釋，變量的變化不會(huì)導(dǎo)致收斂于一個(gè)偽解，當(dāng)其被用于一個(gè)優(yōu)化程序時(shí)。下面將展現(xiàn)雙夾點(diǎn)下的對(duì)于壓力空間的一種全局/局部?jī)?yōu)化意味著設(shè)計(jì)和操作的全局/局部?jī)?yōu)化。
[0191]命題2 (不復(fù)雜的排汽壓力作為自變量):使所述上標(biāo)k=l，...，η指代給水k。假定所述優(yōu)化是相對(duì)于根據(jù)熱負(fù)荷和排氣流量^4通過(guò)等式(?ο)所得的排氣流量而進(jìn)行的，并且所述是集合Pk中最優(yōu)的。表示相應(yīng)的排氣流量Ij*和熱負(fù)荷β如果集合Pk
包括所有可能的排汽壓力，則組合(戶/ ,? 給出了一種動(dòng)力循環(huán)效率的全局最優(yōu)。如果集合Pk是P.的內(nèi)部鄰域，則所述組合給出了一種動(dòng)力循環(huán)效率的局部最優(yōu)。
[0192]證明:考慮第一種情況，所述集合Pk包括所有可能的排汽壓力。這意味著組合(戶)是所有導(dǎo)致雙夾點(diǎn)的組合里最優(yōu)的，因此根據(jù)定理I所述組合也是所有組合中最優(yōu)的。
[0193]現(xiàn)在考慮第二種情況，所述集合Pk是#的內(nèi)部鄰域。首先假設(shè)存在一個(gè)單獨(dú)的給水加熱器k=n=l。使得方程(10)的解成為所述排汽壓力S的函數(shù)，表示為1K -APb ).+ Qj {K )局部最優(yōu)意味著


O
[0194]n(PkB,mld(PkB)Mi^) ^ n{PBkM ^QkI W/ € Pk
[0195]方程(10)的映射的連續(xù)性說(shuō)明了集合pk上的￡)；:的圖像是一個(gè)區(qū)間。命題I保證了對(duì)于一個(gè)固定的熱負(fù)荷只有唯一的雙夾點(diǎn)，因此&并不在區(qū)間的邊界上。通過(guò)定理I對(duì)于任何，我們可以得到:
[0196]M 就一 (ΡΚ,ΛΛ)屆
[0197]因此，存在一個(gè)(.，石】，^)的內(nèi)部鄰域其中(？/，和，化)是最優(yōu)的。這是局部最小值的定義。
[0198]假設(shè)現(xiàn)在在局部最優(yōu)情況下存在多個(gè)給水加熱器。記得在所述流程中具有一個(gè)或多個(gè)固定溫度的點(diǎn)，如冷凝器。在物料方向上移動(dòng)和在這些點(diǎn)之間將所述給水加熱器按對(duì)劃分，如果需要一個(gè)附加的給水加熱器。在多對(duì)給水加熱器中，為第一個(gè)考慮一個(gè)包含的內(nèi)部鄰域中的排汽壓力P/的變量，調(diào)整第二個(gè)的if1以使得總的熱負(fù)荷是恒定的，即01+1 +0* =0"'1 +泛1 β在單個(gè)給水加熱器的情況下也采用類似的辦法，我們可以采用唯一性和連續(xù)性(相對(duì)于排汽壓力和物料入口溫度)構(gòu)建一個(gè)包含f Pli的鄰域，所述鄰域是內(nèi)部的且局部最優(yōu)。因?yàn)榻o定的組合具有恒定的熱負(fù)荷，對(duì)于單個(gè)的給水加熱器也進(jìn)行相同的處理。
[0199]2.4.2固定區(qū)域的程序
[0200]雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)也能夠應(yīng)用于固定熱交換區(qū)域的情況下，但是需要一些迭代程序。最優(yōu)的程序一定程度上取決于所使用的流程模擬軟件。存在多種合理的選擇，此處只探討幾種示例性的選擇。一般推薦的方式是將排汽壓力Pb作為主要優(yōu)化變量。然后，對(duì)于給定的熱轉(zhuǎn)換區(qū)域和排汽壓力，通過(guò)排除一個(gè)變量，如排氣流量，所述雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)能夠完整地指定給水加熱器的操作。應(yīng)當(dāng)注意夾點(diǎn)的值是未知的并且所述要做是隱形確定的。
[0201]第一種主要的選擇是使優(yōu)化器控制一個(gè)額外的變量來(lái)滿足非線性的限制條件，或者對(duì)優(yōu)化器隱藏所述數(shù)據(jù)組并將其作為內(nèi)置于目標(biāo)函數(shù)運(yùn)算過(guò)程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。前者可以參見(jiàn) L.T.Biegler, Nonlinear Programming:Concepts, Algorithms, and Applicat1ns toChemical Processes, MPS-SIAM Series on Optimizat1n, SIAM-Society for Industrialand Applied Mathematics, 2010,其內(nèi)容在此被全部納入作為引用。然而在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，更青睞使用一種嵌入式設(shè)計(jì)規(guī)范，因?yàn)槠淠軌虮苊饽M層面的失敗。
[0202]第二種考量是選定哪一組變量和限制。在本發(fā)明中，所述排汽流量Aa調(diào)整為滿足所述雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)。這要求對(duì)每一個(gè)迭代運(yùn)算出在給水加熱器上的熱轉(zhuǎn)換(熱交換分析)。一旦進(jìn)行了這一運(yùn)算，通過(guò)溫度分布或者通過(guò)解方程(10)就能夠得到兩個(gè)夾點(diǎn)的值。另一個(gè)方法是改變夾點(diǎn)AmitaT的值以滿足給定的熱轉(zhuǎn)換區(qū)域。在這種方法中，所述排氣流量和熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷能夠通過(guò)方程(10)精確計(jì)算但是需要對(duì)于熱轉(zhuǎn)換區(qū)域的運(yùn)算(熱交換設(shè)計(jì))。
[0203]3.其他給水結(jié)構(gòu)
[0204]如前文所述，存在多種給水加熱器的結(jié)構(gòu)。所述雙夾點(diǎn)對(duì)于大部分的結(jié)構(gòu)是合理的，對(duì)這一結(jié)論的分析證明不在本發(fā)明的公開(kāi)范圍內(nèi)。如下面的圖3所示，對(duì)于某些結(jié)構(gòu)，所述標(biāo)準(zhǔn)可能是不適用的。
[0205]3.1向開(kāi)放式給水加熱器排汽
[0206]在上述的分析證明中假設(shè)了是向冷凝器中排水。對(duì)于高壓的封閉式給水加熱器來(lái)說(shuō)，在部分實(shí)施例中更好的選擇是向下一個(gè)可能的脫氣器或開(kāi)放式給水加熱器排水，因?yàn)檫@樣能夠恢復(fù)一些剩余的可用性并且減輕了所述冷凝器和水泵的負(fù)荷。定理I中所使用的證明假設(shè)了排水并不對(duì)物料入口的溫度產(chǎn)生影響因此并不直接適用于向所述冷凝器排水的情況。雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)也同樣適用于這種給水結(jié)構(gòu)。盡管分析證明并不在本發(fā)明的公開(kāi)范圍內(nèi)，第5章還是給出了實(shí)例計(jì)算。
[0207]3.2級(jí)聯(lián)(下游)
[0208]在具有多個(gè)封閉式給水加熱器的高效循環(huán)中，一般習(xí)慣性向下游級(jí)聯(lián)，也就是說(shuō)，向下一個(gè)封閉式給水加熱器(馬上降低壓力)排水并與排汽入口混合。以類似的方式向開(kāi)放式給水加熱器排水，能夠捕獲一部分的剩余可用性。盡管分析證明并不在本發(fā)明的公開(kāi)范圍內(nèi)，第4章和第5章給出了實(shí)例計(jì)算來(lái)證明雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)同樣可以應(yīng)用于這一結(jié)構(gòu)。
[0209]3.3水泵運(yùn)送物料
[0210]如圖5A-5B所示，一種流程結(jié)構(gòu)是用水泵將排水加壓至物料壓力并與物料混合。如圖5A所示的一種方式是在封閉式給水加熱器的入口處混合，被稱為水泵向后(或向下)排水。如圖5B所示的另一種方法是水泵向前(或向上)排水，即在封閉式給水加熱器的出口處混合物料。對(duì)于任意一種水泵結(jié)構(gòu)，雙夾點(diǎn)都是選擇排汽壓力和流量的夾點(diǎn)分析的優(yōu)選但并不是唯一最優(yōu)選。對(duì)于常數(shù)區(qū)域不建議使用雙夾點(diǎn)的方法。總的來(lái)說(shuō)，最優(yōu)選擇是在冷凝開(kāi)始處取得夾點(diǎn)同時(shí)在出口處足夠過(guò)冷以保證抽取過(guò)程不存在技術(shù)上的困難。類似的對(duì)于雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，這一方式給出了用于從三個(gè)變量中排除兩個(gè)變量的兩個(gè)限制。
[0211]假設(shè)10 (物料入口焓值):假設(shè)所述給水加熱器入口處的焓值hF，i不高于渦輪機(jī)的焓值hT(Po)
[0212]hF； j ^ hT (P0)
[0213]假設(shè)3適用于典型的膨脹線和工作流體如水，氨，庚烷和甲苯。
[0214]定理3 (水泵結(jié)構(gòu)的夾點(diǎn)P):考慮一種不具有再加熱但渦輪機(jī)等熵效率為正值的回?zé)崾教m金循環(huán)。固定所述渦輪機(jī)的入口溫度，入口壓力，出口溫度和出口壓力Po，即不受排汽的影響?？紤]一個(gè)任意的給水加熱器，具有任意但確定的物料流量Mv,物料入口溫度
TF.1和熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷假定所述物料壓力Pf被選定使得物料蒸汽保持過(guò)冷狀態(tài)。假定所述給水加熱器可以被建模為具有最小溫度差A(yù)mitaT的逆流熱交換器且氣壓不下降。假設(shè)排汽狀態(tài)是飽和或過(guò)熱的，即所述排汽溫度不小于排汽壓力的飽和溫度。假定排水被送入Pf中并且在所述給水加熱器的入口處或出口處與物料混合。選定一組排汽流量和排汽壓力Pb以優(yōu)化循環(huán)的性能。在假設(shè)10的情況下，在冷凝器開(kāi)始處出現(xiàn)了最小內(nèi)部溫度差，此外，為取得雙夾點(diǎn)而對(duì)排水進(jìn)行過(guò)冷冷卻增加了熱轉(zhuǎn)換區(qū)域而未導(dǎo)致效率增長(zhǎng)。
[0215]證明:首先我們通過(guò)對(duì)照來(lái)體現(xiàn)冷凝開(kāi)始處夾點(diǎn)的必要性。假定組合(?,?)是最優(yōu)的且在冷凝的開(kāi)始處未出現(xiàn)夾點(diǎn)。對(duì)于任意一組(0?),忽略水泵功率的第一定律是
[0216]mFJiFi + mBhT (PB) = mFighF>0,
[0217]其中入口狀態(tài)i是在混合之前的而出口狀態(tài)O是在混合之后的。類似的，質(zhì)量平衡的關(guān)系是
[0218]mFJ+mB
[0219]結(jié)合上述兩個(gè)等式我們得到
[0220]-1htt)hFj + mBhT(Pb) = rkFJiF,
[0221]因此
[0222]mB(hf (Pu)-hFl) = mFt0{hFt0 -hFj)
[0223]對(duì)(PB, <)進(jìn)行區(qū)分和評(píng)價(jià)
dthg)—、j 、-v dh.r
[0224](hT(PB)^hFJ) + mB— =0
[0225]假設(shè)10下存在hF，i ( hT (P0)，因此
[0226]hT(PB) — hFJ > hT (PB) — hT (Pg)
[0227]從而得到
[0228]警I =? 警]LhmHl每
op^、喚、、clU (11)

SWli η
[0229]與定理I的證明過(guò)程相似，我們得到]/ > O因此戶不是最優(yōu)的。



Cr,i !%
[0230]現(xiàn)在我們將證明就熱轉(zhuǎn)換區(qū)域而言雙夾點(diǎn)是不推薦的。假定所述組(?,?)是最優(yōu)的且?jiàn)A點(diǎn)出現(xiàn)在冷凝器開(kāi)始處和排水出口處。保持排汽條件并將所述熱交換分割為兩段:(i)用于冷卻蒸汽和冷凝(ii)用于過(guò)冷冷卻。如果排除第二段，我們?nèi)匀荒軌虻玫酵暾睦淠^(guò)程:在水泵向后排水的情況下第(i)段的入口保持不變；在水泵向前排水的情況下，第(i )段的物料入口溫度下降導(dǎo)致了更高的熱轉(zhuǎn)換率(流量降低對(duì)熱轉(zhuǎn)換率的影響忽略不計(jì))。除此之外，排除第二段并不改變物料出口處的狀態(tài)(混合之后)。這一點(diǎn)通過(guò)第一定律和質(zhì)量平衡是顯而易見(jiàn)的。總的來(lái)說(shuō)，熱轉(zhuǎn)換區(qū)域可以在不損失性能的情況下降低。[0231 ] 3.4開(kāi)放式給水加熱器
[0232]處于完整性的需要，開(kāi)放式給水加熱器也被納入考量范圍。開(kāi)放式給水加熱器顯然不在封閉式給水加熱器的類型范圍之內(nèi)因此所述雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)不能被直接適用。另一方面，對(duì)排汽壓力和流量的優(yōu)化仍然是有意義的。對(duì)于每一個(gè)開(kāi)放式給水加熱器也存在三個(gè)優(yōu)化變量，即操作壓力、排汽壓力和流量。根據(jù)定理3證明過(guò)程的相同過(guò)程，可以得出所述最優(yōu)排汽壓力等于所述脫氣器的操作壓力。
[0233]此外，所述排氣流量是通過(guò)理想溫度增長(zhǎng)和物料出口處的飽和需求給定的。因此，類似于封閉式給水加熱器，只有一個(gè)變量需要進(jìn)行優(yōu)化。
[0234]4 一個(gè)簡(jiǎn)單流程的實(shí)例計(jì)算
[0235]在本章中，通過(guò)數(shù)值證明了對(duì)于單獨(dú)的給水加熱器和多個(gè)給水加熱器，所述設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的有效性。具有級(jí)聯(lián)和非級(jí)聯(lián)給水加熱器的動(dòng)力循環(huán)被納入考量范圍。所述設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)除了具有預(yù)先設(shè)定的最小溫度差之外，在這種情況下還被證明具有預(yù)先設(shè)定的區(qū)域。出于簡(jiǎn)潔和緊湊的需要，對(duì)于單個(gè)和多個(gè)給水加熱器使用了同一個(gè)循環(huán)來(lái)證明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的有效性。
[0236]如圖6所示，在ASPENPLUS中實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單蘭金循環(huán)被用于解釋雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的重要性。從冷凝器流出的冷凝器壓力0.04巴(bar)，流量100千克/秒(kg/s)的給水在進(jìn)入所述給水加熱器前被壓縮升壓至鍋爐壓力100巴(bar)。所述冷凝器壓力低于大氣壓力意味著需要一臺(tái)脫氣器，此處處于簡(jiǎn)潔的需要為構(gòu)建，這不會(huì)影響最后的結(jié)果并且所述脫氣器將在第5章進(jìn)行探討。隨著熱能轉(zhuǎn)移至通過(guò)加熱器的汽流，給水的溫度不斷增長(zhǎng)。然后將所述給水在鍋爐中加熱至固定的輸出溫度500攝氏度，然后進(jìn)入蒸汽渦輪機(jī)產(chǎn)生能量的蒸汽膨脹線。兩個(gè)汽流分別在蒸汽膨脹線分別排出。存在兩種排汽結(jié)構(gòu)，級(jí)聯(lián)和非級(jí)聯(lián)的。在這兩種結(jié)構(gòu)中，給水加熱器2中排出的蒸汽流與主給水汽流在冷凝器中混合。在級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)中(在圖6中標(biāo)示為X)，給水加熱器I中流出的汽流在進(jìn)入給水加熱器2之前與低壓汽流混合。相對(duì)的，在非級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)中(在圖6中被標(biāo)示為O)，從給水加熱器I排出的汽流直接進(jìn)入冷凝器。所報(bào)告的循環(huán)效率是凈發(fā)電功率(渦輪機(jī)功率減去水泵功率)與鍋爐熱轉(zhuǎn)換率的比值。出于簡(jiǎn)潔性的需要，不考慮氣壓的降低且渦輪機(jī)被假定為不可逆的。應(yīng)當(dāng)注意到這一不符合實(shí)際的假設(shè)不影響定性的結(jié)果，并且在第5章中對(duì)于更切合實(shí)際的情況的研究。
[0237]4.1單個(gè)給水加熱器
[0238]圖6所示的再生系統(tǒng)包括兩個(gè)封閉式的給水加熱器。在本部分只討論非級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)并且只分析給水加熱器I (高壓)。相比之下，給水加熱器2 (低壓)被認(rèn)為是如下固定的:
[0239]PB2=0.158bar, =4,73%/5, Q2 =9.SOMff
[0240]給水加熱器2的規(guī)格參數(shù)被選定為產(chǎn)生一個(gè)值為3攝氏度的夾點(diǎn)。這一任意的規(guī)格不會(huì)影響本部分的說(shuō)明因?yàn)樗挥绊懣傂省?br> [0241]4.L I最小溫度差
[0242]如前文所述，一種普遍的簡(jiǎn)化方法被用于系統(tǒng)級(jí)的分析和夾點(diǎn)分析的優(yōu)化。所建議的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)被這種簡(jiǎn)化運(yùn)算方法所數(shù)值驗(yàn)證了。給水加熱器I中的熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷被固定為? =60.71#?^這一數(shù)值是基于所述循環(huán)的近似最優(yōu)性能所選定的。如前文所述，這一熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷可以通過(guò)排汽流量和壓力不同組合取得，以產(chǎn)生所需的不同的最小內(nèi)部溫度差和熱轉(zhuǎn)換區(qū)域。所述排汽流量和壓力分別離散為200個(gè)以下范圍內(nèi)的點(diǎn):
[0243]Pbi e [13, 15]bar, mm e[22,24]%/s
[0244]圖6所示的流程在ASPENPLUS中對(duì)每一個(gè)值進(jìn)行了模擬。結(jié)果在圖7中示出，圖7示出了所述兩個(gè)變量的函數(shù)的效率曲線圖。該結(jié)果與目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化有關(guān)并且隨著排汽壓力和流量的減少而增加。圖7還示出了優(yōu)化的限制條件，即對(duì)于兩個(gè)給定的最小內(nèi)部溫度差在冷凝器開(kāi)始處和給水出口處的兩個(gè)可能的夾點(diǎn)。這些成對(duì)的線定義了具有高壓和/或高流量的可行域(右上角區(qū)域)和不可行域，即違反給定最小內(nèi)部溫度差的操作。所述成對(duì)的線與給定最小內(nèi)部溫度差下的雙夾點(diǎn)操作相交，圖中示出了所有交點(diǎn)的并集。對(duì)于給定的最小內(nèi)部溫度差雙夾點(diǎn)相比于兩條夾點(diǎn)線處于更高的等值線。在數(shù)學(xué)上，可以表達(dá)為有限制條件所定義的可行錐體上所述目標(biāo)函數(shù)的斜率。換句話說(shuō)，對(duì)于任何一條夾點(diǎn)線來(lái)說(shuō)，越靠近雙夾點(diǎn)效率越高，反之亦然。由圖還可得出另外兩個(gè)可以被分析證明的顯著事實(shí):(i)雙夾點(diǎn)的排汽壓力是使得夾點(diǎn)在所述給水加熱器排汽出口處的最小排汽壓力；以及(ii)雙夾點(diǎn)的排汽流量是使得夾點(diǎn)在相位變化開(kāi)始處的最小流量。
[0245]在圖7中，夾點(diǎn)線是疊加的:在冷凝器開(kāi)始處具有0.1攝氏度至2.5攝氏度之間的最小內(nèi)部溫度差的夾點(diǎn)(標(biāo)記為夾點(diǎn)P的虛線);在給水加熱器出口處具有0.1攝氏度至2.5攝氏度之間的最小內(nèi)部溫度差的夾點(diǎn)(標(biāo)記為夾點(diǎn)ο的虛線)；具有可變的最小內(nèi)部溫度差值的雙夾點(diǎn)(兩條夾點(diǎn)線的交點(diǎn))。
[0246]效率的最大化相當(dāng)于系統(tǒng)中總體熵增加或總體火用損的最小化。眾所周知的，最小的系統(tǒng)熵增加并不一定等同于每個(gè)部件的最小熵增加的組合。舉例而言，對(duì)于給水加熱器的最小熵增加，傾向于一個(gè)為零的熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷，但造成了整體循環(huán)性能的次優(yōu)。盡管如此，數(shù)值模擬結(jié)果指出對(duì)于此種簡(jiǎn)單的流程，給水加熱器的最優(yōu)設(shè)計(jì)和操作與固定熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷和最小內(nèi)部溫度差的給水加熱器的最小熵增加一致。正如圖8所示，繪制出了伴隨前述的限制的熵增加率的曲線。最小熵增加被直覺(jué)地認(rèn)定為正確的因?yàn)殡p夾點(diǎn)似乎是形成所述物料和汽流之間的最小平均溫度差。然而，正如圖2所顯示的(汽流曲線的相交)，在汽流壓力和流量之間存在一個(gè)權(quán)衡以使得對(duì)熵增加有效性的證明不再困難。另夕卜，嵌入在循環(huán)模擬和優(yōu)化程序中，循環(huán)設(shè)計(jì)內(nèi)部的熵增加最小化是不實(shí)際的，因?yàn)閷⑿枰粋€(gè)受限制的優(yōu)化問(wèn)題。舉例而言，所述循環(huán)優(yōu)化可以設(shè)定/選定熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷并且所述熵增加將通過(guò)基于最小內(nèi)部溫度差的對(duì)排汽壓力和流量的調(diào)整而實(shí)現(xiàn)最小化。嵌入式優(yōu)化問(wèn)題特別具有挑戰(zhàn)性且直到最近才解決了其中的非凸問(wèn)題。參見(jiàn)A.Mitsos，P.Lemonidis, P.1.Barton, Global solut1n of bilevel programs with a nonconvex innerprogram, Journal of Global 0ptimizat1n42 (4) (2008)475一513,其內(nèi)容在此被全部納入作為引用。換句話說(shuō)，對(duì)熵增加的最小化被認(rèn)為比原始的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化問(wèn)題要更復(fù)雜。另一方面來(lái)說(shuō)，雙夾點(diǎn)方法在排除了兩個(gè)自由維度并且滿足了由優(yōu)化器執(zhí)行的每個(gè)迭代的設(shè)計(jì)限制的同時(shí)還排除了對(duì)空間離散模型的需要。最后，在固定熱轉(zhuǎn)換區(qū)域的情況下，下面將探討對(duì)所述給水加熱器的熵增加值的最小化并不是一個(gè)很好的標(biāo)準(zhǔn)。
[0247]在圖8中示出了圖6所示的流程下，再生負(fù)荷0 =60.7Μ,的熵增加率曲線所述夾點(diǎn)線是疊加的:在冷凝器開(kāi)始處具有0.1攝氏度至2.5攝氏度之間的最小內(nèi)部
— O
溫度差的夾點(diǎn)(標(biāo)記為夾點(diǎn)P的虛線)；在給水加熱器出口處具有0.1攝氏度至2.5攝氏度之間的最小內(nèi)部溫度差的夾點(diǎn)(標(biāo)記為夾點(diǎn)ο的虛線)；具有可變的最小內(nèi)部溫度差值的雙夾點(diǎn)(兩條夾點(diǎn)線的交點(diǎn))。
[0248]4.1.2固定區(qū)域
[0249]前一部分中給出的結(jié)果驗(yàn)證了對(duì)夾點(diǎn)分析的簡(jiǎn)化方式的分析證明。這種分析總體上忽略了與在兩個(gè)位置上取得最小內(nèi)部溫度差過(guò)程中增加熱轉(zhuǎn)換區(qū)域相關(guān)的投資費(fèi)用。為了解決投資費(fèi)用的問(wèn)題，現(xiàn)在在給定的(恒定的)給水加熱器2的熱轉(zhuǎn)換區(qū)域下分析圖6所示的流程，所述區(qū)域被假定為2516平方米(m2)。為了證明所述結(jié)果的通用性，選定了與給定的熱交換負(fù)荷在最小內(nèi)部溫度差下所對(duì)應(yīng)的區(qū)域所不同的區(qū)域。與之前的分析相類似的，所述排汽流量和壓力分別離散為200個(gè)以下范圍內(nèi)的點(diǎn):
[0250]Pbi e [11，13] bar, mm e [21,23]%/.v
[0251]考慮到不同的熱轉(zhuǎn)換區(qū)域/負(fù)荷，這一區(qū)域與之前的相似但不同。所述結(jié)果在圖9中所繪制的效率曲線中示出。所述排汽壓力和流量取中位數(shù)時(shí)所述效率最大。對(duì)于每一個(gè)排汽壓力存在一個(gè)排汽流量使循環(huán)效率最大化(標(biāo)示為“最大效率曲線”的曲線)，這些組合是接近最優(yōu)的。其中的差值是10-5 (10-3個(gè)百分點(diǎn))，即數(shù)值上的差異，但相比于模型和/或數(shù)值不精確該差異是可以忽略不計(jì)的。用數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，在優(yōu)化變量空間中存在一個(gè)方向?qū)?shù)非常小的線性流形。在實(shí)際應(yīng)用中，即使所述壓力不能被選定為任意精度所述循環(huán)也可以進(jìn)行優(yōu)化。這一點(diǎn)在例如對(duì)于現(xiàn)存循環(huán)的可能的改造中顯得尤為重要，在這樣的例子中很可能出現(xiàn)只能改變排汽流量不能改變排汽壓力的情況。在雙夾點(diǎn)組和完全最優(yōu)的實(shí)施中的細(xì)小差異意味著改造措施可以得到與最優(yōu)設(shè)計(jì)幾乎相同的增長(zhǎng)結(jié)果。
[0252]對(duì)于低排汽壓力和高排氣流量(左上角)，冷凝器開(kāi)始處的溫度差遠(yuǎn)小于出口處的溫度差，反過(guò)來(lái)也適用于高排汽壓力和低排汽流量的情況(右下角)。圖9還示出了(近似)雙夾點(diǎn)的線(標(biāo)示為“雙夾點(diǎn)曲線”)，其效率與前述的近似最優(yōu)效率曲線之間的差值在10-5(10-3個(gè)百分點(diǎn))之內(nèi)。這一差值太小了以至于可以歸咎于模型/數(shù)值不精確并且從實(shí)踐角度看是微不足道的。值得注意的是相比于冷凝器開(kāi)始處的較大夾點(diǎn)，最優(yōu)效率更傾向于在出口處取得一個(gè)較大的夾點(diǎn)。這也解釋了現(xiàn)有設(shè)計(jì)實(shí)踐中僅對(duì)排水稍微進(jìn)行過(guò)冷冷卻的可能的原因，下面會(huì)進(jìn)行詳細(xì)的探討。盡管如此，不平衡的溫度差仍然不及平衡的最小內(nèi)部溫度差。
[0253]圖10繪制出了給水加熱器2的熵增加相對(duì)于兩個(gè)排汽變量的函數(shù)曲線。和圖9中一樣的曲線也被疊加到此圖上。顯而易見(jiàn)的，對(duì)給水加熱器熵增加的最小化并不是最大化循環(huán)效率的一個(gè)很好的標(biāo)準(zhǔn)。這與對(duì)給定的熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷進(jìn)行夾點(diǎn)分析的情況形成了對(duì)t匕。更具體的說(shuō)，熵增加的最小值產(chǎn)生于低熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷，即產(chǎn)生于低排汽壓力和流量。換句話說(shuō)，對(duì)于給水加熱器的熵增加的最小化忽略了在進(jìn)入鍋爐前增加再生的益處。相比之下，本發(fā)明所述的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)是優(yōu)化效率的一個(gè)很好的標(biāo)準(zhǔn)。
[0254]在圖9中示出了固定為2516平方米(m2)的給水加熱器區(qū)域的效率曲線。所述“最大效率曲線”示出了對(duì)于給定的排汽壓力對(duì)應(yīng)的最優(yōu)的排汽流量，同時(shí)所述“雙夾點(diǎn)曲線”示出了生成雙夾點(diǎn)的組合。兩條線上的操作點(diǎn)給出的效率差異小于10-5 (10-3個(gè)百分點(diǎn))。所述“雙夾點(diǎn)曲線上的最大效率”交點(diǎn)示出了最優(yōu)解，同時(shí)所述“最大效率”交點(diǎn)示出了最佳的雙夾點(diǎn)位置。
[0255]在圖10中示出了固定為2516平方米(m2)的給水加熱器區(qū)域的熵增加率曲線V所述“最大效率曲線”示出了對(duì)于給定的排汽壓力對(duì)應(yīng)的最優(yōu)的排汽流量，同時(shí)所述
。O
“雙夾點(diǎn)曲線”示出了生成雙夾點(diǎn)的組合。兩條線上的操作點(diǎn)給出的效率差異小于10-5(10-3個(gè)百分點(diǎn))。所述“雙夾點(diǎn)曲線上的最大效率”交點(diǎn)示出了最優(yōu)解，同時(shí)所述“最大效率”交點(diǎn)示出了最佳的雙夾點(diǎn)位置。
[0256]4.2非級(jí)聯(lián)，級(jí)聯(lián)和慣常做法
[0257]高效率的回?zé)崾教m金循環(huán)在給水加熱器序列中具有級(jí)聯(lián)的汽流，即將一個(gè)給水加熱器的排水與前一個(gè)給水加熱器(下一個(gè)較低的壓力)的入口汽流相混合。在圖6中，給水加熱器I的排汽與給水加熱器2 (標(biāo)記為X的曲線)的進(jìn)汽相混合。這樣設(shè)置的優(yōu)勢(shì)在于所述排出汽流仍然具有遠(yuǎn)高于其后的脫氣器或冷凝器溫度的高溫，因此所述蒸汽的可用性可以被用于預(yù)加熱所述給水從而降低對(duì)之前的給水加熱器汽流流量的要求。通常情況下，級(jí)聯(lián)的給水加熱器設(shè)計(jì)并用于在冷凝器的開(kāi)始處取得最小內(nèi)部溫度差并且稍微對(duì)排出汽流進(jìn)行過(guò)冷冷卻。這看似在不損失性能的情況下降低了熱轉(zhuǎn)換所需的區(qū)域因?yàn)樗銎鲗⒃谥蟮玫绞褂?。然而這種分析可能是誤導(dǎo)性的因?yàn)閷?duì)所述汽流的進(jìn)一步過(guò)冷冷卻意味著之前的給水加熱器需要將所述物料預(yù)加熱至一個(gè)較低的溫度。
[0258]本發(fā)明沒(méi)有給出級(jí)聯(lián)雙夾點(diǎn)最優(yōu)性的分析證明，但是根據(jù)圖6給出的流程對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了數(shù)值模擬的檢驗(yàn)。將效率與夾點(diǎn)分析相比較可以看到所述方法由于潛在的較大熱轉(zhuǎn)換區(qū)域而明顯傾向于所提出的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)于一個(gè)總體恒定的熱轉(zhuǎn)換區(qū)域進(jìn)行比較。下面四種結(jié)構(gòu)/設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較:(i)具有所提出的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)；
(ii)具有所提出的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的非級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)；(iii)對(duì)給水加熱器I出口處采用少量過(guò)冷冷卻的現(xiàn)有設(shè)計(jì)實(shí)踐并且對(duì)給水加熱器2 (低壓力)采用所提出的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)；(iv)對(duì)兩個(gè)給水加熱器出口處采用少量過(guò)冷冷卻的現(xiàn)有設(shè)計(jì)實(shí)踐的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。對(duì)于每一種情況，通過(guò)改變兩個(gè)給水加熱器之間的熱轉(zhuǎn)換區(qū)域的比例和排汽壓力來(lái)進(jìn)行一個(gè)循環(huán)層面的優(yōu)化操作。對(duì)于雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于給定的壓力和熱轉(zhuǎn)換區(qū)域，所述給水加熱器是通過(guò)方程
(10)完全確定的。在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，對(duì)于給定的操作壓力所述排汽出口處的溫度被確定為Tsat(PB)-2K ;因此對(duì)于給定的熱轉(zhuǎn)換區(qū)域所述給水加熱器是完全確定的。證明這一點(diǎn)只需要進(jìn)行一項(xiàng)簡(jiǎn)單的思維實(shí)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)注意到所述物料的入口溫度是固定的，汽流的入口和出口溫度也是確定的，物料流量是給定的，所以如果我們選定了物料流量就能夠根據(jù)能量平衡取得所述的熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷和物料出口溫度。熱轉(zhuǎn)換的相關(guān)性導(dǎo)致了對(duì)熱轉(zhuǎn)換區(qū)域的計(jì)算。在ASPENPLUS中，每個(gè)給水加熱器的汽流流量和熱轉(zhuǎn)換負(fù)荷通過(guò)嵌入到優(yōu)化方法中的設(shè)計(jì)規(guī)范在實(shí)現(xiàn)。
[0259]根據(jù)不同的條件計(jì)算傳熱系數(shù)，即對(duì)氣相流體部分U=0.709kff/ (m2K)，對(duì)冷凝部分U=3.975kff/ (m2K)，以及對(duì)過(guò)冷部分U=L 704kff/ (m2K)，此示例來(lái)源于Μ.M.El-ffakiI, Powerplant Technology, internat1nal Edit1n, McGraw-Hill, 1985,其內(nèi)容在此被全部納入作為引用。傳熱系數(shù)的值實(shí)際上取決于加熱器的幾何形狀和流動(dòng)條件，但此處為了表述的簡(jiǎn)潔就將其視作常數(shù)。此外，應(yīng)當(dāng)對(duì)于一個(gè)恒定的總傳熱系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，但因?yàn)檫@產(chǎn)生了許多非常相似的定性結(jié)果，此處為了表述的緊湊就不示出了。
[0260]圖11繪制了四種設(shè)計(jì)程序每一種的最優(yōu)效率相對(duì)于給水加熱器總面積的函數(shù)圖像。同預(yù)期的一樣，全部四條曲線都是單調(diào)遞增的，說(shuō)明了投資費(fèi)用與效率之間的權(quán)衡，包括在熱轉(zhuǎn)換區(qū)域無(wú)窮大時(shí)接近特定有限值的漸近線。除此之外，同預(yù)期的一樣，具有雙夾點(diǎn)的級(jí)聯(lián)流程優(yōu)于同樣的非級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。主要的發(fā)現(xiàn)是兩個(gè)給水加熱器都采用雙夾點(diǎn)的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)顯著優(yōu)于傳統(tǒng)實(shí)踐。對(duì)于熱轉(zhuǎn)換面積較大區(qū)域的值來(lái)說(shuō)，相比于對(duì)兩個(gè)給水加熱器出口處采用少量過(guò)冷冷卻的設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)效率的提升約為2個(gè)百分點(diǎn)，而相比于對(duì)低壓給水加熱器采用雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)而對(duì)高壓給水加熱器出口處采用少量過(guò)冷冷卻設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)效率的提升約為0.5個(gè)百分點(diǎn)。對(duì)于熱轉(zhuǎn)換面積較小區(qū)域的值來(lái)說(shuō)，效率的提升沒(méi)有如此顯著但仍然是存在的。除此之外，具有雙夾點(diǎn)的非級(jí)聯(lián)循環(huán)優(yōu)于不具有雙夾點(diǎn)的級(jí)聯(lián)循環(huán)，并且非常接近給水加熱器2具有雙夾點(diǎn)的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。最后，隨著熱轉(zhuǎn)換面積的增長(zhǎng)不同設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)之間的性能差異也在變大，或者說(shuō)本發(fā)明所述的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于熱交換面積較大的情況特別重要。
[0261]在圖11中，繪制了四種設(shè)計(jì)程序每一種的最優(yōu)效率相對(duì)于圖6所示流程中的給水加熱器總面積的圖像:兩個(gè)給水加熱器都具有雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)(實(shí)線曲線，標(biāo)示為“雙夾點(diǎn)-雙夾點(diǎn)級(jí)聯(lián)”)；對(duì)給水加熱器I采用2K過(guò)冷冷卻而給水加熱器2具有雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)(虛線曲線，標(biāo)示為“傳統(tǒng)夾點(diǎn)-雙夾點(diǎn)級(jí)聯(lián)”);兩個(gè)給水加熱器都具有雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的非級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)(X標(biāo)記曲線，標(biāo)示為“雙夾點(diǎn)-雙夾點(diǎn)非級(jí)聯(lián)”);對(duì)兩個(gè)給水加熱器都采用2K過(guò)冷冷卻的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)(三角標(biāo)記曲線，標(biāo)示為“傳統(tǒng)夾點(diǎn)-傳統(tǒng)夾點(diǎn)非級(jí)聯(lián)”)。
[0262]5.一種現(xiàn)實(shí)循環(huán)設(shè)計(jì)的數(shù)值實(shí)例研究
[0263]在本章正，考慮一種如圖12所示的現(xiàn)實(shí)蘭金循環(huán)。所述循環(huán)包括四個(gè)封閉式給水加熱器和一個(gè)作為脫氣器的開(kāi)放式給水加熱器。所述四個(gè)封閉式給水加熱器被配置為兩個(gè)一組，兩組分別在所述脫氣器的上面和下面。每一組封閉式給水加熱器都使用了級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，即所述高溫開(kāi)放式給水加熱器的排水與進(jìn)入開(kāi)放式給水加熱器的排汽進(jìn)行混合。最低壓的排水被水泵向上排出。下面的表I記錄了所述循環(huán)的規(guī)格。出于簡(jiǎn)潔的需要，所述膨脹線被認(rèn)為具有恒定的等熵效率。
[0264]另外，所述優(yōu)化過(guò)程是顯著復(fù)雜的。
[0265]將本發(fā)明所提出的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)有的對(duì)排水微量過(guò)冷冷卻的設(shè)計(jì)實(shí)踐進(jìn)行比較。首先，對(duì)于每個(gè)封閉式給水加熱器(FWH1，2，4&5)，所述汽流根據(jù)一個(gè)2K的最小內(nèi)部溫度差標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化，并且對(duì)所述排水過(guò)冷冷卻2K。然后每個(gè)開(kāi)放式給水加熱器的面積被確定并用于通過(guò)本發(fā)明所述的雙夾點(diǎn)方法對(duì)四個(gè)封閉式給水加熱器中的三個(gè)的流量進(jìn)行優(yōu)化。因?yàn)樽詈笠粋€(gè)封閉式給水加熱器的排水被水泵向上排出，所以所述雙夾點(diǎn)不是最優(yōu)的且所述排水被過(guò)冷冷卻2K。此外，所述汽流是兩相液體(非過(guò)熱的)因此夾點(diǎn)出現(xiàn)在所述汽流的入口。上述結(jié)果在表2中示出。本發(fā)明所述的標(biāo)準(zhǔn)造成了顯著的效率增長(zhǎng)，約0.45個(gè)百分點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)注意的是這完全是通過(guò)改變汽流壓力和流量完成的，沒(méi)有增加任何的熱轉(zhuǎn)換面積，沒(méi)有添加部件，也沒(méi)有改變流程的連接。除此之外，每個(gè)給水加熱器的面積是通過(guò)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化選定的，其允許對(duì)熱轉(zhuǎn)換面積重新分配的特點(diǎn)可以使本發(fā)明所述的標(biāo)準(zhǔn)得到進(jìn)一步的節(jié)約。
[0266]表1:具有4+1給水加熱器的如圖12所示的流程的規(guī)格參數(shù)
[0267]
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[0268]表2:具有4+1給水加熱器的如圖12所示流程的結(jié)果
[0269]優(yōu)化結(jié)果傳統(tǒng)雙夾點(diǎn)雜”38.11%38.5β%
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mf6.221 kg/s t千g#)8.418 kg/s (千克/秒)
Pfi5.883bar CE)4.619bar (E)
---
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Pj5i1,08?bar (B)0,7478 bar (B)
[0270]
jinf I 7.162 _/s (千齋?) I 6.621 kg/s (千^/秒)
[0271]6.總結(jié)
[0272]上面公開(kāi)了一種對(duì)回?zé)崾教m金循環(huán)中給水加熱器設(shè)計(jì)和操作的新的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?；A(chǔ)是在冷凝器的開(kāi)始處和汽流的出口處具有相同的夾點(diǎn)。所述標(biāo)準(zhǔn)的一種簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)被分析證明了并且其他多種結(jié)構(gòu)在示例研究中被數(shù)值化描述了(見(jiàn)表3)。這一標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用使得在具有恒定熱轉(zhuǎn)換面積的情況下效率產(chǎn)生了顯著的增長(zhǎng)。此外，此處公開(kāi)了一種極大地簡(jiǎn)化了回?zé)崾教m金循環(huán)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化方式的過(guò)程。在夾點(diǎn)分析中，對(duì)于每一個(gè)給水加熱器，所述夾點(diǎn)值和排汽壓力(設(shè)計(jì)變量)被固定或優(yōu)化，調(diào)整汽流流量和熱轉(zhuǎn)換率(操作變量)以取得雙夾點(diǎn)。在嚴(yán)密的計(jì)算中，所述排汽壓力和熱轉(zhuǎn)換面積(設(shè)計(jì)變量)被固定或優(yōu)化，調(diào)整汽流流量和夾點(diǎn)值以取得雙夾點(diǎn)。所述示例研究說(shuō)明了在本發(fā)明所提出的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)下，所述循環(huán)的性能對(duì)于設(shè)計(jì)并不敏感，并且對(duì)于性能的實(shí)質(zhì)性改善可以僅通過(guò)對(duì)于操作變量的調(diào)整來(lái)取得。如果將局部解用于優(yōu)化方式，則增加了所述標(biāo)準(zhǔn)找到一個(gè)全局最優(yōu)解的可能性；如果使用了全局解，將降低變量的數(shù)量和限制從而在通常情況下產(chǎn)生一個(gè)顯著快速的CPU時(shí)間。回?zé)崾教m金循環(huán)在行業(yè)及新能源系統(tǒng)中十分常用因此本發(fā)明所述的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)研究和發(fā)展具有重要意義。
[0273]所述雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)可以應(yīng)用于不同的系統(tǒng)，例如鍋爐和余熱回收蒸汽發(fā)生器，以及其他蒸汽呈現(xiàn)相位變化的情況。所述雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)可以應(yīng)用于以級(jí)聯(lián)或者非級(jí)聯(lián)的方式排水分離的情況下。
[0274]表3:所提出的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在多種結(jié)構(gòu)下的適用性以及本發(fā)明中給出的證據(jù)
[0275]
具有確定的Q和MlTA的夾點(diǎn)分析固定的熱轉(zhuǎn)換面積
雙夾點(diǎn)唯一最麵mmmm+m雙夾點(diǎn)唯一最優(yōu)解(敷值案例研
肉冷凝罌排意
mmwm究>
_開(kāi)放式給水雙夾處唯一最優(yōu)解(截值案倒研
Mmm-mmmmmmmm)
加熱麵水究)
[0276]
_封閉式給水雙夾點(diǎn)唯一最優(yōu)解 < 數(shù)值案例研

雙夾點(diǎn)唯一?W(數(shù)魅例研究)
加熱器級(jí)聯(lián)排水 _」_m_
水泵睛鋪
雙夾點(diǎn)非唯一最優(yōu)觶(分析驗(yàn)證)雙夾點(diǎn)非最優(yōu)(分析麵)
(向下響上)排水__
開(kāi)放式給水加不適用雙夾點(diǎn):最優(yōu)排汽壓力等于不適用雙夾點(diǎn),最優(yōu)排汽壓力等熱器搡作壓力(分析驗(yàn)證)_j 于搡作壓力《分折驗(yàn)1
[0277]上文所詳述的方法描述了一種新的給水加熱器操作方法，所述方法導(dǎo)致了蘭金循環(huán)的操作最優(yōu)。對(duì)于新建的電廠，這種操作方式能過(guò)很容易的被應(yīng)用，而所述操作模式對(duì)于已經(jīng)投入使用的電廠也可以適用。此外，上文公開(kāi)了一種計(jì)算方法，所述計(jì)算方法為電廠建模軟件排除錯(cuò)誤和失敗時(shí)的模擬和優(yōu)化提供益處，加速收斂，降低所需的時(shí)間和存儲(chǔ)空間，通過(guò)減少操作變量的數(shù)量和主動(dòng)滿足限制條件來(lái)降低問(wèn)題的復(fù)雜程度，并別避免次優(yōu)的局部最優(yōu)操作條件。這也體現(xiàn)在傾向于較少的使用需要對(duì)熱交換和/或迭代次數(shù)進(jìn)行離散的程序來(lái)滿足所提出的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)使用不同的排汽壓力和排汽流量，相比于傳統(tǒng)的方式取得了顯著的進(jìn)步，效率提高了約0.4%(4個(gè)百分點(diǎn))。2008年全球的總電力消耗為132，OOOTffh(十億千瓦時(shí))，其中105，600TWh (十億千瓦時(shí))(80%)是由蘭金動(dòng)力循環(huán)產(chǎn)生的。以10美分/千瓦時(shí)(美國(guó)的平均電價(jià))計(jì)算，導(dǎo)致了約11萬(wàn)億美元的全球銷售價(jià)格。只要能夠?qū)μm金循環(huán)的操作提升0.01%就能夠每年節(jié)約十億美元(0.4%的提高將每年節(jié)約近400億美元)。上述分析將電力成本都?xì)w于燃料，這是不準(zhǔn)確的，但是鑒于燃料是非常重要的組成部分，所節(jié)約的資金是相同數(shù)量級(jí)的，約數(shù)十億美元。
[0278]本發(fā)明所公開(kāi)的操作是基于一種對(duì)于封閉式給水加熱器的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)。從渦輪機(jī)排出的汽流是過(guò)熱蒸汽或雙相流體并且作為一種過(guò)冷液體從封閉式給水加熱器中流出。另一方面所述給水一般是一種過(guò)冷液體。所述給水加熱器可以被建模為一種逆流熱交換器，由此在所述給水加熱器上存在兩個(gè)可能產(chǎn)生點(diǎn)的位置，即i)所述汽流的出口處和ii)冷凝器的開(kāi)始處。在一個(gè)給水加熱器中對(duì)于給定的熱負(fù)荷，可以選定物料入口溫度和流量，排汽流量和壓力以在兩個(gè)可能的夾點(diǎn)處取得相同的最小溫度差?；趯?duì)工作流體的物理特性和膨脹線的性能的必要假設(shè)，具有預(yù)設(shè)的最小溫度差的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的這一結(jié)果已經(jīng)得到分析驗(yàn)證。所述簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)以及具有預(yù)設(shè)的熱交換面積的設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)得到了數(shù)值證明。在優(yōu)化程序的內(nèi)部加入雙夾點(diǎn)是很容易的，與著名的給予給水加熱器同樣的焓值增長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合也同樣是易于實(shí)現(xiàn)的。在優(yōu)化的案例中，作為優(yōu)化變量的壓力分析計(jì)算出熱負(fù)荷和質(zhì)量流率。獨(dú)立變量的變化在不引入局部最小偽解的情況下導(dǎo)致了顯著加快的運(yùn)算性能。在下面的結(jié)構(gòu)中所述封閉式給水加熱器應(yīng)用了所述標(biāo)準(zhǔn):
[0279]非級(jí)聯(lián)汽流:特定給水加熱器出口處的汽流被直接注入所述脫氣器或冷凝器。
[0280]級(jí)聯(lián)汽流:特定給水加熱器出口處的汽流在進(jìn)入低壓的連續(xù)給水加熱器之前與后者的汽流相混合。
[0281]給水加熱器各自的汽流能夠被抽取并與前一個(gè)給水加熱器的給水相結(jié)合。從一個(gè)最小溫度差的規(guī)格來(lái)看，效率與過(guò)冷冷卻的度數(shù)無(wú)關(guān)且雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。盡管如此，為了節(jié)約熱交換的面積，所述汽流可以在過(guò)冷冷卻了幾度的情況下從給水加熱器中抽取出來(lái)。
[0282]對(duì)于給水加熱器出口處的汽流被抽取并與給水在加熱器出口混合的情況，當(dāng)這一混合是等溫時(shí)所述操作最優(yōu)。換句話說(shuō)，從給水加熱器流出并因此在被抽取前略低于汽流原始飽和溫度的所述抽取汽流溫度與給水溫度相等。因此，從這種結(jié)構(gòu)的給水加熱器排出的所述汽流(或級(jí)聯(lián)蒸汽流)一般溫度略低幾度。
[0283]本發(fā)明所公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)不僅有利于蘭金循環(huán)的回?zé)?。舉例而言，對(duì)于非單一或純物質(zhì)的工作流體，這一標(biāo)準(zhǔn)能對(duì)熱交換和熱集成做出顯著的貢獻(xiàn)。所述工作流體如煙道氣，在余熱回收蒸汽發(fā)生器，基礎(chǔ)蘭金循環(huán)的余熱回收蒸汽發(fā)生器，使用蘭金循環(huán)工作流體多級(jí)壓力的余熱回收蒸汽發(fā)生器等之中的蘭金循環(huán)的工作流體。化工廠和化學(xué)工序也可以從這一熱集成過(guò)程中受益。
[0284]總的來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的對(duì)回?zé)崾教m金循環(huán)的優(yōu)化過(guò)程中存在是主要問(wèn)題是每個(gè)回?zé)崞鞔嬖谌齻€(gè)變量，i_排汽壓力ii_排氣流量ii1-在給水加熱器中從汽流向物流的轉(zhuǎn)換負(fù)荷以及關(guān)于這組變量的非凸目標(biāo)函數(shù)。無(wú)論是通過(guò)分析驗(yàn)證還是所呈現(xiàn)的數(shù)值結(jié)果都能得出所述常規(guī)做法是次優(yōu)的。這導(dǎo)致了低效的操作以及顯著的損失。在本發(fā)明所公開(kāi)的方案中，三個(gè)變量中的兩個(gè)被排除了，極大地簡(jiǎn)化了優(yōu)化問(wèn)題的同時(shí)提高了性能。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于所述轉(zhuǎn)換負(fù)荷和排汽流量都通過(guò)排汽壓力的表達(dá)式明確了，從而無(wú)需一種昂貴的空間分布模型來(lái)進(jìn)一步簡(jiǎn)化所述優(yōu)化問(wèn)題。
「π.It, h^(Pe)^h!(T,,I+AximT,PH)
[0285]rito ~~ fU >.； "~

h'(Γα'(Ph)-A wta7\P,) ^/Ii(Γ,.,,,P,)
[0286]Q = mB(hT(PB)^h(TFj +AmitaT,P11))
[0287]在一些案例中，所述排汽壓力可能無(wú)法被準(zhǔn)確地選定。例如對(duì)于現(xiàn)存單元的改造或者存在其他技術(shù)難題(如抽汽只被允許在固定的區(qū)間內(nèi))。如上文所提到的，盡管如此，即使所述排汽壓力不能被精確地優(yōu)化，可以導(dǎo)致給出雙夾點(diǎn)的排汽質(zhì)量流率取得近似最優(yōu)的性能。這一近似最優(yōu)的性能相比現(xiàn)有設(shè)計(jì)實(shí)踐所取得的性能有顯著提高。
[0288]本發(fā)明所公開(kāi)的操作方法可以用于任何操作回?zé)崾教m金循環(huán)以及其變形如卡里納循環(huán)或有機(jī)蘭金循環(huán)的實(shí)例，同樣也可以用于發(fā)電廠的設(shè)計(jì)和建造。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)可以無(wú)需額外的投資費(fèi)用就立即取得效率的提升。在這一效率提升中節(jié)省下的資金是相當(dāng)可觀的，約為每年至少數(shù)十億美元。
[0289]此外，所公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)能夠被用于采用熱再生和熱集成的化工廠。
[0290]本發(fā)明所公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)化方法能夠被用于模擬軟件以確定發(fā)電廠或其他使用蘭金循環(huán)的系統(tǒng)的最優(yōu)操作參數(shù)。所述標(biāo)準(zhǔn)可以使工廠的設(shè)計(jì)優(yōu)化，同時(shí)所述優(yōu)化方法可以提供一個(gè)沒(méi)有錯(cuò)誤和失敗的收斂于最優(yōu)解的證明。
[0291]本發(fā)明所公開(kāi)的方法，優(yōu)化方式和計(jì)算方式可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行。圖13示出了一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200的示例結(jié)構(gòu)。盡管此處描述了示例性的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)為僅是處于通用性和方便性的需要。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可能在結(jié)構(gòu)和操作上與此處所描述的系統(tǒng)存在差異。
[0292]所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200包括一個(gè)處理器202，所述處理器通過(guò)如執(zhí)行操作系統(tǒng)
(OS)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，應(yīng)用程序等來(lái)控制所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200的操作。所述處理器202可以包括任意類型的微處理器或中央處理器(CPU)，包括可編程的通用或?qū)Ｓ梦⑻幚砥骱?或任何一種獨(dú)有的或商用的單一或多重處理系統(tǒng)。所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200還包括一個(gè)存儲(chǔ)器204，所述存儲(chǔ)器為處理器202所執(zhí)行的代碼或處理器202所處理的數(shù)據(jù)提供臨時(shí)性或永久性的儲(chǔ)存。所述存儲(chǔ)器204可以可以包括只讀存儲(chǔ)器(R0M)，閃存，一種或多種隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，和/或存儲(chǔ)技術(shù)的組合。所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200的多種元件被集成于一個(gè)總線系統(tǒng)206。所述總線系統(tǒng)206是代表了一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的實(shí)體總線的抽象概念，通訊線路/接口，和/或多點(diǎn)通訊或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊連接器通過(guò)適當(dāng)?shù)臉蚪悠?、適配器，和/或控制器進(jìn)行連接。
[0293]所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200還擺闊一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口 208，一個(gè)輸入/輸出(I/O)接口 210，一個(gè)儲(chǔ)存設(shè)備212和一個(gè)顯示控制器214。所述網(wǎng)絡(luò)接口 208使得所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程設(shè)備(如其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng))相連接。所述輸入/輸出(I/O)接口 210促進(jìn)一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備之間，一個(gè)或多個(gè)輸出設(shè)備之間，以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200的多個(gè)其他元件之間的通訊連接。所述儲(chǔ)存設(shè)備212可以包括任意一種非易失性且/或非瞬態(tài)性的用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)媒介。因此所述存儲(chǔ)設(shè)備212可以持續(xù)性地(即在所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200失去電力的情況下也能保存所述數(shù)值)保持?jǐn)?shù)據(jù)和/或指令。所述存儲(chǔ)設(shè)備212可以包括一個(gè)或多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器，閃存驅(qū)動(dòng)器，USB驅(qū)動(dòng)器，光盤驅(qū)動(dòng)器，各種媒體盤或卡，和/或上述設(shè)備的組合，并且可以被直接連接或遠(yuǎn)程連接(如通過(guò)網(wǎng)絡(luò))至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200的其他元件。所述顯示控制器214包括一個(gè)視頻處理器和一個(gè)視頻存儲(chǔ)器，并且根據(jù)所述處理器202所接收的指令生成顯示于一個(gè)或多個(gè)顯示器上的圖像。
[0294]由所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所執(zhí)行的多種功能可以在邏輯上被描述為由一個(gè)或多個(gè)模塊執(zhí)行。應(yīng)當(dāng)了解這樣的模塊可以用硬件、軟件或它們的組合來(lái)實(shí)施。還應(yīng)當(dāng)了解，當(dāng)用軟件實(shí)施時(shí)，所述模塊可以是一個(gè)單獨(dú)程序的一部分或者是一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的程序，且可以在多種情況下實(shí)施(如操作系統(tǒng)的一部分，一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序，和/或它們的組合)。此外，包括一個(gè)或多個(gè)模塊的軟件可以作為可執(zhí)行的程序存儲(chǔ)于一個(gè)或多個(gè)非瞬態(tài)性的電腦可讀取的存儲(chǔ)媒介上。本發(fā)明所公開(kāi)的由一個(gè)特定模塊所執(zhí)行的功能也可以由任意的其他模塊或模塊組合來(lái)執(zhí)行，并且所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以比此處所描述的包含更多或更少的模塊。
[0295]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)配置為接收一個(gè)或多個(gè)發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)或操作參數(shù)的輸入模塊。示例性的輸入?yún)?shù)可以包括通過(guò)渦輪機(jī)的主蒸汽流的流量，蒸汽生成溫度，蒸汽生成壓力和冷凝器操作壓力。所述輸入模塊可以進(jìn)一步配置為將所接收的輸入?yún)?shù)儲(chǔ)存與存儲(chǔ)器中。所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)可以是發(fā)電廠的理想操作參數(shù)或模型，而不是瞬時(shí)數(shù)值。這樣可以減少收斂時(shí)間且無(wú)需從循環(huán)及其模型中獲取很多遙感和信息。
[0296]所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還可以包括一種優(yōu)化模塊，所述模塊配置為根據(jù)輸入模塊按照上述方法所接收的輸入?yún)?shù)，計(jì)算發(fā)電系統(tǒng)所使用的給水加熱器的排汽壓力、排汽流量和熱交換面積的至少一組。所述排汽壓力、排汽流量和熱交換面積由此通過(guò)優(yōu)化模塊進(jìn)行計(jì)算以在給水加熱器上生成一個(gè)夾點(diǎn)。
[0297]所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還可以包括一種配置為顯示或向用戶展示運(yùn)算結(jié)果的輸出模塊。所述輸出模塊也可以配置為控制發(fā)電系統(tǒng)的操作，以使得所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)如排汽壓力和流量和排汽流量之類的多個(gè)操作參數(shù)以將發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置為取得優(yōu)化模塊所計(jì)算得出的值。
[0298]圖14所示的流程圖是一種設(shè)計(jì)或優(yōu)化發(fā)電系統(tǒng)的示例性方法。盡管本發(fā)明所述的方法可能與一個(gè)或多個(gè)流程圖有關(guān)，應(yīng)當(dāng)注意到在流程圖和描述中所述的方法步驟的順序并不意在限制所示方法的實(shí)施順序。相反地，本發(fā)明所述的每種方法的實(shí)施步驟可以通過(guò)任意順序?qū)嵤?。此外，鑒于所述的流程圖僅僅是一個(gè)示例性的實(shí)施例，很多種比所述方法包含更多或更少步驟的方法也被認(rèn)為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0299]在一些實(shí)施例中由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的所述的方法開(kāi)始于步驟S1400，一個(gè)或多個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)被接收。如上文所述，示例性的輸入?yún)?shù)可以包括通過(guò)渦輪機(jī)的主蒸汽流的流量，蒸汽生成溫度，蒸汽生成壓力和冷凝器操作壓力。然后執(zhí)行程序進(jìn)行到步驟S1402，該步驟中根據(jù)輸入模塊按照上述方法在步驟S1400中所接收的輸入?yún)?shù)，計(jì)算發(fā)電系統(tǒng)所使用的給水加熱器的排汽壓力、排汽流量和熱交換面積的至少一組。然后所述排汽壓力、排汽流量和熱交換面積由此通過(guò)在步驟S1402中進(jìn)行計(jì)算以在給水加熱器上生成一個(gè)夾點(diǎn)。然后執(zhí)行程序進(jìn)行到步驟S1404，該步驟中生成一個(gè)來(lái)自于步驟S1402優(yōu)化的輸出。所述輸出可以包括顯示或以其他方式向用戶展示運(yùn)算結(jié)果。這一結(jié)果可以被用于設(shè)計(jì)一個(gè)在給水加熱器取得雙夾點(diǎn)的發(fā)電系統(tǒng)，或者手動(dòng)調(diào)整一個(gè)現(xiàn)存的發(fā)電系統(tǒng)以在其給水加熱器上取得雙夾點(diǎn)。所述輸出還可以包括啟動(dòng)一個(gè)或多個(gè)閥門、控制器或現(xiàn)存發(fā)電系統(tǒng)的其他部件的控制信號(hào)，以使得所述發(fā)電系統(tǒng)自動(dòng)以給水加熱器上取得雙夾點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。因此，使用所述的方法，可以通過(guò)本發(fā)明所公開(kāi)的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作進(jìn)行優(yōu)化。
[0300]盡管本發(fā)明已經(jīng)參照具體的實(shí)施例進(jìn)行了描述，應(yīng)當(dāng)了解在本發(fā)明的精神和所描述的范圍內(nèi)可以做出很多變化。因此，本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施例，本發(fā)明的全部范圍由下述的權(quán)利要求書(shū)進(jìn)行定義。
【權(quán)利要求】
1.一種操作一種發(fā)電系統(tǒng)的方法,其特征在于,包括: 在蒸汽發(fā)生器中加熱一種工作流體； 將加熱后的工作流體通入渦輪機(jī)以旋轉(zhuǎn)所述渦輪機(jī)，所述工作流體從渦輪機(jī)排出時(shí)形成一種液體物料； 從所述渦輪機(jī)中抽氣并使用該汽流加熱給水加熱器中的液體物料，所述給水加熱器配置為用于所述物料流的第一流道和所述氣流的第二流道之間的熱量交換；并且 調(diào)整所述氣流的質(zhì)量流率和排汽壓力中的至少一個(gè)以使得所述給水加熱器排出的汽流溫度與通入的物料溫度大致相同，從而在所述給水加熱器上取得一個(gè)雙夾點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在蒸汽發(fā)生器中加熱從所述給水加熱器中排出的物料。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述物料是在冷凝器中對(duì)從渦輪機(jī)排出的工作流體冷凝而形成的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蒸汽發(fā)生器是一種超臨界蒸汽發(fā)生器且所述加熱工作流體在超臨界狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蒸汽發(fā)生器是一種亞臨界鍋爐，并且所述加熱工作流體是一種過(guò)熱蒸汽。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述雙夾點(diǎn)包含一個(gè)在排氣冷凝開(kāi)始處的第一夾點(diǎn)和一個(gè)在所述給水加熱器的排汽出口的第二夾點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，第一夾點(diǎn)處的最小的溫差與第二夾點(diǎn)處的最小的溫差大致相等。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為一種給定的給水加熱器的熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化(Q )所選定的所述汽流的排汽壓力(PB)和所述汽流的質(zhì)量流率(?Λ )的關(guān)系如下:^ 一, h^a'(Pli)^h1 (Tfj+AxiitaT,P11)
Illu — 111 I ■ **

h\rM (Pll)^hmuT,Ph)^ Ηι{τ,α,Pt) 且 Q = Φτ (Pb ) - + 氣觀|7", Pu ))





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9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，能夠使得夾點(diǎn)在所述給水加熱器排汽出口處的最小排汽壓力被選定為所述汽流的排汽壓力。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，能夠使得夾點(diǎn)在汽流相位變化的起振處的最小質(zhì)量流率被選定為所述汽流的質(zhì)量流率。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)所述汽流的質(zhì)量流率的調(diào)整包括打開(kāi)或關(guān)閉一個(gè)閥門。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)所述汽流的排汽壓力的調(diào)整包括調(diào)整一種閥門網(wǎng)絡(luò)以選定渦輪上用于排出汽體的位置。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述渦輪包括多個(gè)渦輪級(jí)，且所述閥門網(wǎng)絡(luò)被設(shè)置為從這些渦輪級(jí)中選定用于排汽的渦輪級(jí)。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在動(dòng)力裝置運(yùn)作的瞬態(tài)模式下調(diào)整所述汽流的質(zhì)量流率和排汽壓力中的至少一個(gè)以使得所述給水加熱器獲得雙夾點(diǎn)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述瞬態(tài)模式包含動(dòng)力裝置啟動(dòng)過(guò)程。
16.一種發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包含: 使用一個(gè)處理器，接收多個(gè)輸入設(shè)計(jì)參數(shù)并將其存儲(chǔ)于與所述處理器相連的一個(gè)存儲(chǔ)器中； 使用所述處理器，根據(jù)所受到的輸入設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算一種輸出設(shè)計(jì)參數(shù)，所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)包含至少一種給水加熱器的汽流排汽壓力和汽流質(zhì)量流率，所述給水加熱器被設(shè)置為使用一種渦輪排出的汽流對(duì)工作流體的物料進(jìn)行預(yù)加熱；以及輸出所計(jì)算出的輸出設(shè)計(jì)參數(shù)； 其中，計(jì)算所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)是為了在給水加熱器上生成一個(gè)雙夾點(diǎn)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述輸入設(shè)計(jì)參數(shù)包括通過(guò)渦輪的主蒸汽流的流量，蒸汽發(fā)生溫度，蒸汽發(fā)生壓力和冷凝操作壓力中的至少一個(gè)。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)構(gòu)建一種發(fā)電系統(tǒng)。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述雙夾點(diǎn)包含一個(gè)在排汽冷凝開(kāi)始處的第一夾點(diǎn)和一個(gè)在所述給水加熱器的排汽出口的第二夾點(diǎn)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，第一夾點(diǎn)處的最小溫差與第二夾點(diǎn)處的最小溫差大致相等。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)包含一個(gè)汽流的排汽壓力(PB)和質(zhì)量流率(所述參數(shù)是為給定的給水加熱器的熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化(Q )以下述方式近似計(jì)算的:
?.fr.-'(Pb) ^h1 (Tfj+AMmT, Pli) mu = mF —-:-:-
hl(ral(p?)^AMtrAT,pF)^hl(TFJ,pF) 且
Q = (^r (A)—紙TF + AxhtaT, Pb ))



o
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)包括一個(gè)所述汽流的排汽壓力，該參數(shù)為使得夾點(diǎn)在所述給水加熱器排汽出口處的最小排汽壓力。
23.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)包含一個(gè)所述汽流的質(zhì)量流率，該參數(shù)為使得夾點(diǎn)在汽流相位變化的開(kāi)始處的最小質(zhì)量流率。
24.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述輸出設(shè)計(jì)參數(shù)是由迭代計(jì)算所確定的，一個(gè)給水加熱器的雙夾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)被用于每一次迭代計(jì)算過(guò)程中。
25.—種發(fā)電系統(tǒng),其特征在于,包括: 一個(gè)加熱工作流體的蒸汽發(fā)生器 一種與所述蒸汽發(fā)生器流體連接并被設(shè)置為由所述加熱后的工作流體所驅(qū)動(dòng)的渦輪，所述工作流體從渦輪排出后形成一種物料；以及 至少一個(gè)被設(shè)置為使用渦輪所排出的汽流加熱所述物料的給水加熱器，所述給水加熱器配置為用于所述物料流的第一流道和所述氣流的第二流道之間的熱量交換； 其中，所述氣流的質(zhì)量流率和排汽壓力中的至少一個(gè)被選定以使得所述給水加熱器排出的汽流溫度與通入的物料溫度大致相同，從而在所述給水加熱器上取得一個(gè)雙夾點(diǎn)。
26.如權(quán)利要求25所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述物料從給水加熱器排出后進(jìn)入所述蒸汽發(fā)生器進(jìn)行加熱。
27.如權(quán)利要求25所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，在工作流體從渦輪機(jī)排出后進(jìn)入冷凝器冷凝形成所述物料。
28.如權(quán)利要求25所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸汽發(fā)生器是一種超臨界蒸汽發(fā)生器且加熱后的工作流體是超臨界狀態(tài)的。
29.如權(quán)利要求25所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸汽發(fā)生器是亞臨界鍋爐且加熱后的工作流體是過(guò)熱蒸汽。
30.如權(quán)利要求25所述的發(fā)電系統(tǒng),其特征在于,所述雙夾點(diǎn)包含一個(gè)在排汽冷凝的開(kāi)始處的第一夾點(diǎn)和一個(gè)在所述給水加熱器的排汽出口的第二夾點(diǎn)。
31.如權(quán)利要求30所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，第一夾點(diǎn)處的最小溫差與第二夾點(diǎn)處的最小溫差大致相等。
32.如權(quán)利要求30所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，第一夾點(diǎn)處的最小溫差與第二夾點(diǎn)處的最小溫差之間的差值在5攝氏度以內(nèi)。
33.如權(quán)利要求25所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，從所述給水加熱器排出的汽流是一種過(guò)冷液體。
34.如權(quán)利要求25所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，從所述渦輪機(jī)排出的汽流是一種過(guò)熱蒸汽或一種雙相流體。
35.如權(quán)利要求25所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述工作流體包含水、庚烷、甲苯、異丁烷、氨中的至少一種。
36.如權(quán)利要求25所述的發(fā)電系統(tǒng),其特征在于，為一種給定的給水加熱器的熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化(0 )所選定的所述汽流的排汽壓力(Pb)和所述汽流的質(zhì)量流率(ril? )的關(guān)系如下:
二 hs-sa!(PB)^h!(TFj+^mAT,PB) fTin — m |7 I *ψ
h' (ra,(PB) - AmitaT, Pf )-h'( Tfj，Pf ) 且
β = (hT(PB) - h(TFJ + AxfmT^ Pb ))



O
37.如權(quán)利要求25所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，能夠使得夾點(diǎn)在所述給水加熱器排汽出口處的最小排汽壓力被選定為所述汽流的排汽壓力。
38.如權(quán)利要求25所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，能夠使得夾點(diǎn)在汽流相位變化的開(kāi)始處的最小質(zhì)量流率被選定為所述汽流的質(zhì)量流率。
39.如權(quán)利要求25所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)用于調(diào)整所述汽流的質(zhì)量流率的閥門。
40.如權(quán)利要求25所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)調(diào)整渦輪上的排汽位置的閥門網(wǎng)絡(luò)，以對(duì)所述汽流的排汽壓力進(jìn)行調(diào)整。
41.如權(quán)利要求40所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪包括多個(gè)渦輪級(jí)，且所述閥門網(wǎng)絡(luò)被設(shè)置為從這些渦輪級(jí)中選定用于排汽的渦輪級(jí)。
42.一種發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包含: 一個(gè)加熱工作流體的蒸汽加熱器； 一個(gè)與所述蒸汽發(fā)生器流體連接并被設(shè)置為由所述加熱工作流體所驅(qū)動(dòng)的渦輪，所述工作流體從渦輪排出后形成一種物料；以及 至少一個(gè)被設(shè)置為使用渦輪所排出的汽流加熱所述物料的給水加熱器； 其中，為一種給定的給水加熱器的熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化(?)所選定的至少一組所述汽流的排汽壓力(Pb)和所述汽流的質(zhì)量流率(0? )的關(guān)系如下:..h^at(PH)^h!(T, ■a 一 III ?,.,,,
hl {Tat (PB) - AmiiaT, Pf )-h'( Tfj.Pf ) 且 0= ιΑ,_)4(Γ?+Δ_Γ，Ι|)) 以使得所述給水加熱器取得一種雙夾點(diǎn)。
43.一種發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包含: 一種回?zé)崾教m金循環(huán)，其中，在所述工作流體進(jìn)入蒸汽發(fā)生器進(jìn)行加熱之前，至少一個(gè)所述給水加熱器使用汽流對(duì)工作流體的物料進(jìn)行預(yù)加熱； 其中，第一夾點(diǎn)在排汽冷凝的開(kāi)始處取得而第二夾點(diǎn)在所述給水加熱器的排汽出口處取得。
44.如權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中所述蒸汽發(fā)生器是一種被設(shè)置為將所述工作流體加熱至一種超臨界狀態(tài)的超臨界蒸汽發(fā)生器。
【文檔編號(hào)】F01K25/08GK104185719SQ201280032803
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月20日
【發(fā)明者】胡薩姆·澤比安, 米佐斯·亞歷山大 申請(qǐng)人:麻省理工學(xué)院