本發(fā)明涉及熱交換系統(tǒng)的，尤其是涉及一種液氨預冷二氧化碳的熱交換系統(tǒng)及控制方法。

背景技術：

1、目前，傳統(tǒng)的電廠脫碳技術主要依賴化石燃料的燃燒和常規(guī)冷卻系統(tǒng)，然而，這些方法在能源消耗和效率方面存在顯著劣勢。尤其是在碳捕集和存儲過程中，常規(guī)冷卻技術通常依賴于高溫高壓的冷卻介質，這不僅增加了能源消耗，還導致了整體能源利用效率低下。此外，傳統(tǒng)的脫碳過程對溫度和壓力要求較高，造成了額外的設備投資和運營成本，難以滿足高效低碳排放的需求。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決傳統(tǒng)電廠脫碳技術中能源消耗高、效率低的問題，本技術提供一種液氨預冷二氧化碳的熱交換系統(tǒng)及控制方法。

2、一種液氨預冷二氧化碳的熱交換系統(tǒng)，所述一種液氨預冷二氧化碳的熱交換系統(tǒng)包括二氧化碳預冷機構、液氨換熱機構和液氨儲存機構；

3、所述二氧化碳預冷機構的二氧化碳輸入端用于接收解析后的二氧化碳，所述二氧化碳預冷機構的第一液氨輸入端與所述液氨換熱機構的第一液氨輸出端連接，以用于接收一級換熱液氨，所述二氧化碳預冷機構的第二液氨輸入端用于接收二級換熱液氨，所述二氧化碳預冷機構的液氨輸出端與所述液氨換熱機構的第一液氨輸入端連接，所述解析后的二氧化碳依次與所述一級換熱液氨和所述二級換熱液氨進行熱交換后，生成并輸出對應的液態(tài)二氧化碳，所述一級換熱液氨經(jīng)過熱交換后生成對應的待燃燒氨氣，所述二級換熱液氨經(jīng)過熱交換后生成對應的待冷卻液氨；

4、所述液氨換熱機構的第一液氨輸入端與所述二氧化碳預冷機構的液氨輸出端連接，以用于接收所述待冷卻液氨，所述液氨換熱機構的第二液氨輸入端與所述液氨儲存機構的液氨輸出端連接，以用于接收保冷液氨，所述待冷卻液氨與所述保冷液氨進行熱交換后，所述待冷卻液氨轉化成冷卻后液氨，并通過所述液氨換熱機構的第二液氨輸出端輸出至所述液氨儲存機構，所述保冷液氨轉換成一級換熱液氨，并通過所述液氨換熱機構的第一液氨輸出端輸出至所述二氧化碳預冷機構。

5、通過采用上述技術方案，為了解決傳統(tǒng)電廠脫碳技術中能源消耗高、效率低的問題，本發(fā)明采用液氨作為制冷劑進行二氧化碳預冷和儲存，從而提高能源利用率。具體而言，液氨預冷二氧化碳的熱交換系統(tǒng)通過二級熱交換過程實現(xiàn)對二氧化碳的高效冷卻與液化。在該系統(tǒng)中，解析后的二氧化碳先通過二氧化碳預冷機構，與一級換熱液氨和二級換熱液氨依次進行熱交換，降低二氧化碳溫度，并最終將其轉化為液態(tài)二氧化碳。在熱交換過程中，一級換熱液氨和二級換熱液氨分別經(jīng)過熱交換后，生成待燃燒氨氣和待冷卻液氨。待冷卻液氨通過液氨換熱機構與保冷液氨進行進一步熱交換，轉化為低溫冷卻液氨，再將其儲存至液氨儲存機構；同時，保冷液氨通過熱交換后恢復成一級換熱液氨，重新供給二氧化碳預冷機構進行熱交換。該系統(tǒng)通過合理循環(huán)利用液氨的冷能，有效減少了能源消耗，提升了能源利用效率，并且通過多級熱交換實現(xiàn)了二氧化碳的高效冷卻和液化，為電廠脫碳過程提供了更為高效、節(jié)能的解決方案。

6、優(yōu)選的，所述二氧化碳預冷機構包括一級預冷器、二級預冷器和液化單元；

7、所述一級預冷器的二氧化碳輸入端用于接收解析后的二氧化碳，所述一級預冷器的液氨輸入端與所述液氨換熱機構的第一液氨輸出端連接，以用于接收一級換熱液氨，所述一級預冷器的二氧化碳輸出端與所述二級預冷器的二氧化碳輸入端連接，以使所述二級預冷器接收經(jīng)過一級換熱后的二氧化碳，所述一級預冷器的氨氣輸出端用于輸出所述待燃燒氨氣；

8、所述液化單元的液氨輸入端用于接收所述二級換熱液氨，所述二級預冷器的液氨輸入端與所述液化單元的液氨輸出端連接，以使所述二級預冷器接收所述二級換熱液氨，所述二級預冷器的二氧化碳輸出端與所述液化單元的二氧化碳輸入端連接，以使所述液化單元對經(jīng)過二級換熱后的二氧化碳進行液化。

9、通過采用上述技術方案，所述二氧化碳預冷機構中一級預冷器、二級預冷器和液化單元的配置能夠有效地將二氧化碳在不同的熱交換階段逐步冷卻，并通過液化單元進一步液態(tài)二氧化碳。這種設計不僅提高了二氧化碳的液化效率，還能夠精確控制各階段溫度和壓力，確保二氧化碳在液化過程中始終處于最佳狀態(tài)，降低了二氧化碳液化的能耗和操作難度。

10、優(yōu)選的，所述液化單元包括二氧化碳經(jīng)濟器和二氧化碳深冷器，所述二氧化碳經(jīng)濟器的液氨輸入端和所述二氧化碳深冷器的液氨輸入端均用于接收二級換熱液氨，所述二氧化碳經(jīng)濟器的液氨輸出端和所述二氧化碳深冷器的液氨輸出端均與所述二級預冷器的液氨輸入端連接，所述二氧化碳經(jīng)濟器的二氧化碳輸入端與所述二級預冷器的二氧化碳輸出端連接，所述二氧化碳經(jīng)濟器的二氧化碳輸出端與所述二氧化碳深冷器的二氧化碳輸入端連接，在依次經(jīng)過所述二氧化碳經(jīng)濟器和所述二氧化碳深冷器中二級換熱液氨的冷卻作用后，經(jīng)過二級換熱后的二氧化碳轉化成液態(tài)二氧化碳，所述二氧化碳深冷器的二氧化碳輸出端用于輸出所述液態(tài)二氧化碳。

11、通過采用上述技術方案，能夠有效提高液態(tài)二氧化碳的能效。二氧化碳經(jīng)濟器和深冷器的串聯(lián)配置通過分階段的冷卻和能量回收，減少了冷卻介質的使用量，優(yōu)化了熱交換過程，從而降低了液氨消耗和能量損失，提高了系統(tǒng)的整體能效。

12、優(yōu)選的，所述二氧化碳經(jīng)濟器的液氨輸入端連接有第一膨脹閥，所述二氧化碳深冷器的液氨輸入端連接有第二膨脹閥，所述第一膨脹閥和所述第二膨脹閥均通過膨脹節(jié)流使所述二級換熱液氨溫度下降，進而使所述二級換熱液氨溫度對經(jīng)過二級換熱后的二氧化碳進行冷卻。

13、通過采用上述技術方案，使得二級換熱液氨在進入二氧化碳經(jīng)濟器和深冷器之前能夠通過膨脹節(jié)流降溫，從而有效地減少液氨的溫度，使其能夠更好地為二氧化碳的液化過程提供冷能。這一節(jié)流降溫的手段提高了二氧化碳的冷卻效率，并確保整個過程在節(jié)能的基礎上進行。

14、優(yōu)選的，所述液氨換熱機構包括水冷卻器、一級氨換熱器和二級氨換熱器；

15、所述水冷卻器的液氨輸入端與所述二氧化碳預冷機構的液氨輸出端連接，所述水冷卻器的液氨輸出端與所述一級氨換熱器的第一液氨輸入端連接，所述一級氨換熱器的第一液氨輸出端與所述二級氨換熱器的第一液氨輸入端連接，所述二級氨換熱器的第一液氨輸出端與所述液氨儲存機構的液氨輸入端連接；

16、所述液氨儲存機構的液氨輸出端與所述二級氨換熱器的第二液氨輸入端連接，所述二級氨換熱器的第二液氨輸出端與所述一級氨換熱器的第二液氨輸入端連接，所述一級氨換熱器的第二液氨輸出端與所述二氧化碳預冷機構的第一液氨輸入端連接；

17、其中，所述水冷卻器連接有水冷管道，所述水冷管道內通有流動的冷卻水，所述一級氨換熱器和所述二級氨換熱器內流通有自所述液氨儲存機構輸出的保冷液氨，在依次經(jīng)過所述冷卻水和所述保冷液氨的冷卻作用下，所述待冷卻液氨轉化成冷卻后液氨，并通過所述二級氨換熱器的第一液氨輸出端輸送至所述液氨儲存機構內進行儲存并保冷。

18、通過采用上述技術方案，可以有效提高液氨的冷卻效果。水冷卻器通過與水冷管道的結合，利用冷卻水的高效熱交換能力降低液氨的溫度；一級和二級氨換熱器則通過多級熱交換進一步降溫，確保待冷卻液氨能夠充分降溫并最終儲存為保冷液氨。這種多級冷卻方式減少了對外部冷卻介質的依賴，同時提高了液氨的冷卻效率和儲存安全性。

19、優(yōu)選的，所述液氨儲存機構包括過冷器和液氨儲罐，所述過冷器的液氨輸入端與所述液氨換熱機構的第二液氨輸出端連接，所述過冷器的液氨輸出端與所述液氨儲罐的液氨輸入端連接，所述液氨儲罐的液氨輸出端與所述液氨換熱機構的第二液氨輸入端連接；

20、所述過冷器連接有第一制冷管道，所述第一制冷管道流動的制冷劑，以對所述冷卻后液氨進行一級保冷，所述液氨儲罐連接有第二制冷管道，所述第二制冷管道內設有流動的制冷劑，以對經(jīng)過一級保冷的冷卻后液氨進行二級保冷，進而轉化成保冷液氨，并通過所述液氨儲罐的液氨輸出端輸出所述保冷液氨。

21、通過采用上述技術方案，能夠確保液氨在儲存過程中保持低溫并避免溫度波動。過冷器通過一級保冷和液氨儲罐的二級保冷，確保經(jīng)過冷卻后的液氨能夠維持所需的溫度范圍，并在儲存過程中盡量減少熱量交換，保證液氨在儲存過程中始終處于適宜的溫度狀態(tài)，從而提升儲存的穩(wěn)定性和安全性。

22、優(yōu)選的，所述液氨儲罐的液氨輸出端與所述液氨換熱機構的第二液氨輸入端之間設有排液氨管線液位調節(jié)閥組。

23、通過采用上述技術方案，能夠在液氨儲存過程中實現(xiàn)精確的液位控制。通過調節(jié)液位，能夠確保液氨的穩(wěn)定供應和適當?shù)睦鋮s劑流量，避免因液位過低或過高造成的冷卻不均或能量浪費，從而提升系統(tǒng)的安全性與可靠性。

24、優(yōu)選的，所述排液氨管線液位調節(jié)閥組與所述液氨換熱機構的第二液氨輸入端之間設有液氨輸送泵。

25、通過采用上述技術方案，能夠確保液氨的穩(wěn)定輸送并提高流量調節(jié)的精準度。液氨輸送泵能夠調節(jié)液氨在儲存和換熱過程中的流動速度，確保液氨在各個環(huán)節(jié)的流動順暢，進一步提高了熱交換效率并減少了能源的消耗。

26、一種液氨預冷二氧化碳的熱交換系統(tǒng)的控制方法，應用于一種液氨預冷二氧化碳的熱交換系統(tǒng)，所述控制方法包括：

27、獲取關注熱交換路徑，根據(jù)所述關注熱交換路徑確定關注部件，以及各個所述關注部件之間的關聯(lián)關系；

28、確定所述關注部件的溫度期望區(qū)間，所述溫度期望區(qū)間包括流體輸入溫期望區(qū)間和流體輸出期望區(qū)間；

29、獲取所述關注部件的流體溫度輸入輸出數(shù)據(jù)；

30、判斷所述溫度輸入輸出數(shù)據(jù)是否落入對應的溫度期望區(qū)間中，若是，則在構建好的可視化平臺中添加或者維持對應的可視化特征；

31、若否，則確定該所述關注部件為目標部件，確定該所述流體溫度輸入輸出數(shù)據(jù)和該所述溫度期望區(qū)間為目標數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述關聯(lián)關系確定出與所述目標部件對應的關聯(lián)部件，調用所述關聯(lián)部件的關聯(lián)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述關聯(lián)數(shù)據(jù)確定所述關聯(lián)部件是否同為目標部件，根據(jù)所述目標數(shù)據(jù)確定對應的流量控制參數(shù)，所述流量控制參數(shù)用于調節(jié)所述關注部件和所述目標部件中的流體速度。

32、通過采用上述技術方案，能夠通過精確獲取關注部件的溫度輸入輸出數(shù)據(jù)和流體的溫度期望區(qū)間，實時監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，確保溫度控制在合理范圍內。當溫度偏離期望值時，能夠及時發(fā)現(xiàn)并對相關部件進行調節(jié)，避免因溫度異常導致系統(tǒng)性能下降或能量浪費，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運行效率。同時，關聯(lián)部件的溫度期望區(qū)間和流體溫度數(shù)據(jù)的匹配能夠確保在多部件協(xié)作的熱交換過程中，溫度保持平衡，進一步提升整體熱交換系統(tǒng)的響應速度和可靠性。

33、優(yōu)選的，所述調用所述關聯(lián)部件的關聯(lián)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述關聯(lián)數(shù)據(jù)確定所述關聯(lián)部件是否同為目標部件，根據(jù)所述目標數(shù)據(jù)確定對應的流量控制參數(shù)的步驟包括：

34、根據(jù)所述目標數(shù)據(jù)中的流體溫度輸入輸出數(shù)據(jù)和溫度期望區(qū)間，確定對應的第一偏離值，根據(jù)所述第一偏離值確定出所述目標部件的流量控制參數(shù)；

35、調用所述關聯(lián)部件的關聯(lián)數(shù)據(jù)，所述關聯(lián)數(shù)據(jù)包括所述關聯(lián)部件的溫度期望區(qū)間、所述關聯(lián)部件的流體溫度輸入輸出數(shù)據(jù)，和部件屬性數(shù)據(jù)；

36、根據(jù)所述關聯(lián)部件的溫度期望區(qū)間和所述關聯(lián)部件的流體溫度輸入輸出數(shù)據(jù)，確定對應的第二偏離值；

37、根據(jù)所述部件屬性數(shù)據(jù)和所述關聯(lián)部件的溫度期望區(qū)間，確定允許調節(jié)閾值；

38、若所述第二偏離值超過所述允許調節(jié)閾值，則根據(jù)所述第二偏離值確定出所述關聯(lián)部件的流量控制參數(shù)。

39、通過采用上述技術方案，能夠基于目標數(shù)據(jù)中的流體溫度輸入輸出數(shù)據(jù)與期望區(qū)間之間的偏離值，精確計算出目標部件的流量控制參數(shù)。通過調用關聯(lián)部件的相關數(shù)據(jù)，能夠實現(xiàn)對各部件流量和溫度的精確調節(jié)，確保系統(tǒng)內各部件的協(xié)同工作和熱交換的高效性。對于偏離值超出允許調節(jié)閾值的情況，可以自動調整相關部件的流量控制參數(shù)，從而維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止由于流量不當或溫度過高/過低引發(fā)的故障或能量損失，顯著提升系統(tǒng)的控制精度和整體運行效率。

40、綜上所述，本技術包括以下至少一種有益技術效果：

41、為了解決傳統(tǒng)電廠脫碳技術中能源消耗高、效率低的問題，本發(fā)明采用液氨作為制冷劑進行二氧化碳預冷和儲存，從而提高能源利用率。具體而言，液氨預冷二氧化碳的熱交換系統(tǒng)通過二級熱交換過程實現(xiàn)對二氧化碳的高效冷卻與液化。在該系統(tǒng)中，解析后的二氧化碳先通過二氧化碳預冷機構，與一級換熱液氨和二級換熱液氨依次進行熱交換，降低二氧化碳溫度，并最終將其轉化為液態(tài)二氧化碳。在熱交換過程中，一級換熱液氨和二級換熱液氨分別經(jīng)過熱交換后，生成待燃燒氨氣和待冷卻液氨。待冷卻液氨通過液氨換熱機構與保冷液氨進行進一步熱交換，轉化為低溫冷卻液氨，再將其儲存至液氨儲存機構；同時，保冷液氨通過熱交換后恢復成一級換熱液氨，重新供給二氧化碳預冷機構進行熱交換。該系統(tǒng)通過合理循環(huán)利用液氨的冷能，有效減少了能源消耗，提升了能源利用效率，并且通過多級熱交換實現(xiàn)了二氧化碳的高效冷卻和液化，為電廠脫碳過程提供了更為高效、節(jié)能的解決方案。