[发明专利]一种低温热流体的分级串联冷却系统控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及低温热流体冷却技术领域，特别涉及一种低温热流体的分级串联冷却系统控制方法。

背景技术

在煤化工、石化等行业，有许多生产工艺过程都需要对温度范围为60～300℃的低温工艺热流体进行冷却处理，冷却到工艺要求的目标温度。

常用的工业级大容量冷却方式有空冷、水冷、蒸发式冷却以及这些方式的复合冷却,此类冷却方式都属于耗能型的常规冷却方式。

水冷系统的初始投资较小，但运行时需要消耗大量的电能和水资源，能耗和环境压力巨大；空冷系统在缺水区域被广泛使用，初投资较水冷系统高，虽然不消耗水资源，但运行电耗较水冷系统更大，同时最低冷却温度受到环境温度的限制，可能出现不能满足较低的冷却目标温度要求的情况。蒸发式冷却及复合式冷却方式，耗电、耗水量介于空冷和水冷之间。常规冷却方式的高能耗和造成的环境污染，使其生命周期的费用消耗巨大。

低温余热发电是一种利用热功转换原理将一部分低温流体的热量转换为电能的技术，在获得发电的同时，实现了工艺热流体的降温冷却。低温余热发电对工艺热流体进行降温冷却，减少了对环境的热污染，具有良好的节能环保效果。但是，对这种附带冷却效果的低温余热发电方式的技术经济性起决定作用的关键指标----净发电效率，却随着冷却目标温度的降低而迅速降低。例如80℃的热水，当冷却至60℃时净发电效率约为6％，当冷却至40℃时净发电效率约为2％，当冷却至30℃时所发电能甚至小于机组设备自耗电能。对工艺冷却目标温度的敏感性，限制了发电冷却方式这种产能型冷却方式的应用范围。

发明内容

本发明的目的是针对目前工业低温热流体耗能型常规冷却方式和附带冷却效果的低温余热发电方式存在的不足，提供一种低温热流体的分级串联冷却系统及控制方法，以实现冷却系统节水、节能、环保和良好经济性的目标。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低温热流体的分级串联冷却系统，所述系统包括串联布置的两级冷却单元，其中第一级冷却单元为发电冷却单元，第二级冷却单元为常规冷却单元；入口温度为T_in的热流体首先进入发电冷却单元，被冷却至一个合适的中间温度T_m；发电冷却单元冷却至中间温度为T_m的热流体再进入常规冷却单元，被最终冷却至目标出口温度T_out。

作为优选方式，本发明还包括控制单元，控制单元分别与发电冷却单元和常规冷却单元相连，控制单元用于控制各冷却单元所承担的冷却量。

作为优选方式，所述的发电冷却单元包括直接膨胀发电装置或有机朗肯循环发电装置或直接膨胀、有机朗肯循环串联发电装置。

作为优选方式，发电冷却单元产生的电能可以为常规冷却单元提供电能，也可以输送至电网。

作为优选方式，所述的常规冷却单元包括动力装置和常规冷却装置，动力装置分别与电网、发电装置(或发电冷却单元)和常规冷却装置相连。

作为优选方式，所述的常规冷却装置包括风冷装置、水冷装置、蒸发冷装置，以及至少两种上述冷却方式的复合冷却装置。

作为优选方式，所述中间温度T_m根据优化控制目标，结合工艺条件和当地气象条件，由控制单元采用优化算法进行合理设定和实时调整，实现两级冷却系统所承担的冷却量的动态分配，使分级串联冷却系统整体上实时处于最优运行状态。

作为优选方式，所述分级串联冷却系统控制单元的控制流程为：步骤(1)：控制单元实时监测并采集热流体入口温度T_in、出口温度T_out、气象参数T_env等信号参数；步骤(2)：控制单元内嵌程序根据优化控制目标(节能优先、节水优先、最小运行费用等)和输入的监测信号实时计算出中间温度的优化设定值T_opt；步骤(3)：控制单元将中间温度优化设定值T_opt输出到发电冷却单元；步骤(4)：控制单元调节发电冷却单元所承担的冷却量，将发电冷却单元出口温度T_m控制在合理范围内。

作为优选方式，本发明还包括中间换热器，中间换热器位于串联布置的两级冷却单元上游，工艺热流体与换热介质在中间换热器中换热，实现工艺热流体的间接冷却。

作为优选方式，需要冷却的工艺热流体不直接进入串联布置的两级冷却单元，而是与换热介质在中间换热器中进行换热并被冷却到目标温度，吸热后的换热介质进入串联布置的两级冷却单元进行冷却，冷却后的换热介质再进入中间换热器，如此循环。