CN112989511B - 超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法、系统及存储介质 - Google Patents

超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法、系统及存储介质，超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法具体包括以下步骤：步骤1、确定待设计锅炉的锅炉类型、已知设计参数和未知设计参数；步骤2、分别获取选取的每个超临界二氧化碳机组的运行参数，分别将每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数之间建立关系式；步骤3、将步骤1中所述已知设计参数代入步骤2中确定的关系式中并计算出所述未知设计参数。本申请通过选取性能最优的超临界二氧化碳机组的锅炉的运行参数建立关系式，并将确定的运行参数代入关系式中计算待确定的设计参数，从而获得性能最优的锅炉设计。

Description

超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及一种超临界锅炉技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法、系统及计算机存储介质。
背景技术
超临界二氧化碳锅炉是超临界二氧化碳燃煤发电技术的关键设备之一，因超临界二氧化碳锅炉的工质与传统的水锅炉的工质不同，且锅炉中工质的改变会导致锅炉结构的大幅度变化，传统水锅炉的设计方法并不适用于超临界二氧化碳锅炉，目前还缺乏针对超临界二氧化碳锅炉的锅炉构型和运行参数的设计方法。
在设计超临界二氧化碳锅炉时，需要针对的超临界二氧化碳机组中发电量、超临界二氧化碳锅炉的锅炉类型和运行参数进行综合考虑。目前，凭借设计人员经验设计的超临界二氧化碳锅炉不一定是锅炉的最优运行参数，而运行参数会影响超临界二氧化碳锅炉的造价成本和运行效率，这阻碍了超临界二氧化碳燃煤发电技术的进一步发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法，具体的技术方案为：
一种超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法，具体包括以下步骤：
步骤1、确定待设计锅炉的锅炉类型、已知设计参数和未知设计参数，其中，所述已知设计参数和未知设计参数组成待设计锅炉的设计参数集合，所述设计参数集合内包括超临界二氧化碳机组中锅炉的设计数量、单个锅炉的设计热功率、主工质设计温度、主工质设计压力、单个一次再热锅炉的设计造价成本和单个二次再热锅炉的设计造价成本；
步骤2、选取多个超临界二氧化碳机组，且选取的每个超临界二氧化碳机组的锅炉类型均与待设计锅炉的锅炉类型相同，选取的多个超临界二氧化碳机组中的锅炉的数量包括一个和多个，分别获取选取的每个超临界二氧化碳机组的运行参数，每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数均包括超临界二氧化碳中锅炉的数量n、超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、主工质的温度t、主工质的压力P、单个一次再热锅炉的造价成本Cs和单个二次再热锅炉的造价成本Cd，并将超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数之间建立关系式；
步骤3、将步骤1中所述已知设计参数分别代入步骤2中建立的关系式中，计算出所述未知设计参数。
本申请给出了一种超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法，以通过选取性能最优的超临界二氧化碳机组的锅炉的运行参数建立关系式，可通过待设计锅炉中所述已知设计参数来和关系式计算所述未知设计参数，从而获得性能最优的锅炉设计。
优选地，在所述步骤2中，分别将每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数建立关系式具体为，将超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W和单个锅炉的实际热功率Q之间建立关系式；
超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W和单个锅炉的实际热功率Q之间的关系式为：
n＝(η-1×W)/Q；
其中，n为超临界二氧化碳机组中锅炉的数量，η为超临界二氧化碳机组的发电效率，W为超临界二氧化碳机组的发电量，Q为单个锅炉的实际热功率Q。
优选地，若所述已知设计参数包括单个锅炉的设计热功率Qre，所述未知设计参数为锅炉的设计数量，在确定待设计锅炉所属超临界二氧化碳机组的设计发电量和超临界二氧化碳机组的设计发电效率后，待设计锅炉的设计数量的选择系数为：
ζ＝(ηre -1×Wre)/Qre；
当ζ<1.4时，待设计锅炉的设计数量n为1；
当X.4≤ζ≤X.6时，待设计锅炉的设计数量n为X或X+1；
当X.6<ζ<(X+1).4时，待设计锅炉的设计数量n为X+1；
其中，X为整数且大于或等于1，ηre为超临界二氧化碳机组的设计发电效率，Wre为超临界二氧化碳机组的设计发电量，Qre为单个锅炉的设计热功率。
当确定的设计参数包括单个锅炉的设计热功率Qre，则机组设计发电效率和机组的设计发电量与单个锅炉的设计热功率Qre计算得到的数字应为整数，即为待设计锅炉的设计数量，选取待设计锅炉的设计数量后确定单个锅炉的实际热功率。
优选地，在所述步骤2中，分别将每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数之间建立关系式具体为，将单个一次再热锅炉的造价成本Cs与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n、主工质的温度t和主工质的压力P之间建立关系式；
单个一次再热锅炉的造价成本Cs与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、超临界二氧化碳中锅炉的数量n、主工质的温度t和主工质的压力P之间的关系式为：
Cs＝(r1×(Q+r2t+r3)2+r4)(r5P+r6)(r7t+r8)+r9，
或Cs＝(r1×(η-1×W/n+r2t+r3)2+r4)(r5P+r6)(r7t+r8)+r9；
Cs为单个一次再热锅炉的造价成本，Q为单个锅炉的实际热功率，P为主工质压力，t为主工质温度，η为超临界二氧化碳机组的发电效率，W为超临界二氧化碳机组的发电量，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8和r9均为系数。
上述关系式建立了单个一次再热锅炉的造价成本Cs与单个锅炉的实际热功率Q、主工质温度t、主工质压力P之间的关系，若确定的设计参数包括单个一次再热锅炉的造价成本Cs、单个锅炉的设计热功率、主工质设计温度、主工质设计压力中的任意三个，即可在性能最优的前提下确定余下一个参数的值。
优选地，单个一次再热锅炉的造价成本最小时，单个锅炉的实际热功率Q与主工质温度t的关系式为：
Q＝-r2t-r3；
其中，Q为单个锅炉的实际热功率，t为主工质温度，r2和r3为系数。
优选地，若所述已知设计参数包括单个锅炉的设计热功率Qre，所述未知设计参数包括主工质设计温度时，则在单个一次再热锅炉的造价成本Cs最小且性能最优的前提下，主工质设计温度tre为[0.95(-r3-Qre)/r2,1.05(-r3-Qre)/r2]。
若确定的设计参数为主工质设计温度，则可在一次再热锅炉造价成本最小的前提下通过上述关系式计算出单个锅炉的设计热功率，再通过超临界二氧化碳机组的设计发电量和超临界二氧化碳机组的设计发电效率选取锅炉设计数量后确认单个锅炉的实际热功率；
若确定的设计参数为单个锅炉的设计热功率，则可在一次再热锅炉造价成本最小的前提下通过上述关系式计算出主工质设计温度。
优选地，若所述已知设计参数包括单个锅炉的设计热功率Qre和单个锅炉的一次再热锅炉最大的设计造价成本Cre，s，所述未知设计参数包括主工质设计温度包括主工质设计温度和主工质设计压力时，则主工质设计压力Pre的取值区间为：
因本申请所述设计方法适用于超临界二氧化碳机组，主工质的压力需要限定在100bar以上，若确定的设计参数为单个锅炉的设计热功率Qre，则单个锅炉的设计热功率、机组的设计发电量和机组的设计发电效率满足n＝(ηre -1×Wre)/Qre的公式，单个锅炉的设计热功率Qre即为单个锅炉的实际热功率，在计算主工质设计压力时，在单个一次再热锅炉造价成本最小的前提下，确定主工质设计温度的大小后，代入上述单个一次再热锅炉的造价成本Cs与单个锅炉的实际热功率Q、主工质温度t、主工质压力P之间的关系式后，调整主工质设计压力使计算得到的造价成本接近单个一次再热锅炉的设计造价成本Cre，从而选取合适的主工质设计压力。
优选地，在所述步骤2中，分别将每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数之间建立关系式具体为，将单个一次再热锅炉的造价成本Cd与单个二次再热锅炉成本Cs之间建立关系式；
单个一次再热锅炉的造价成本Cd与单个二次再热锅炉成本Cs之间的关系式为：
其中，Cref，d为具有相同锅炉类型和运行参数的发电机组的二次再热锅炉的造价成本，Cref，s为具有相同锅炉类型和运行参数的发电机组的一次再热技术的锅炉的参考造价成本。
上述关系式还考虑了一次再热技术和二次再热技术对锅炉造价成本的影响，能更准确的设计超临界二氧化碳机组的运行参数。
基于上述一种超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法，本发明还提供一种超临界二氧化碳机组的锅炉设计系统。
一种超临界二氧化碳机组的锅炉设计系统，包括：
设计参数确认模块，其用以确定待设计锅炉的锅炉类型、已知设计参数和未知设计参数，其中，所述已知设计参数和未知设计参数组成待设计锅炉的设计参数集合，所述设计参数集合内包括超临界二氧化碳机组中锅炉的设计数量、单个待设计锅炉的设计热功率、主工质设计温度、主工质设计压力、单个一次再热锅炉的设计造价成本和单个二次再热锅炉的设计造价成本；
关系式建立模块，其用以选取多个超临界二氧化碳机组，且选取的每个超临界二氧化碳机组的锅炉类型均与待设计锅炉的锅炉类型相同，选取的多个超临界二氧化碳机组中的锅炉的数量包括一个和多个，分别获取选取的每个超临界二氧化碳机组的运行参数，每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数均包括超临界二氧化碳中锅炉的数量n、超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、主工质的温度t、主工质的压力P、单个一次再热锅炉的造价成本Cs和单个二次再热锅炉的造价成本Cd，分别将每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数之间建立关系式；
设计模块，其用以获取所述设计参数确认模块中的所述已知设计参数，并代入所述关系式建立模块建立的关系式中，以确认所述未知设计参数。
基于上述一种超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法，本发明还提供一种计算机存储介质。
一种计算机存储介质，包括存储器以及存储在所述存储器内的计算机指令，所述计算机指令被执行时实现如上述的超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法的流程图；
图2为本发明所述超临界二氧化碳机组的锅炉设计系统的框图；
图3为本发明实施例1所述一次再热锅炉的造价成本Cs与单个锅炉的热功率Q、主工质的温度t、主工质的压力P的拟合误差图；
图4为本发明实施例2所述一次再热锅炉的造价成本Cs与单个锅炉的热功率Q、主工质的温度t、主工质的压力P的拟合误差图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本申请所述超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法的具体流程图包括以下步骤：
步骤1、确定待设计锅炉的锅炉类型、已知设计参数和未知设计参数，其中，所述已知设计参数和未知设计参数组成待设计锅炉的设计参数集合，所述设计参数集合内包括超临界二氧化碳机组中锅炉的设计数量、单个锅炉的设计热功率、主工质设计温度、主工质设计压力、单个一次再热锅炉的设计造价成本和单个二次再热锅炉的设计造价成本；
步骤2、选取多个超临界二氧化碳机组，且选取的每个超临界二氧化碳机组的锅炉类型均与待设计锅炉的锅炉类型相同，选取的多个超临界二氧化碳机组中的锅炉的数量包括一个和多个，分别获取选取的每个超临界二氧化碳机组的运行参数，每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数均包括超临界二氧化碳中锅炉的数量n、超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、主工质的温度t、主工质的压力P、单个一次再热锅炉的造价成本Cs和单个二次再热锅炉的造价成本Cd，并将超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数之间建立关系式；
步骤3、将步骤1中所述已知设计参数分别代入步骤2中建立的关系式中，计算出所述未知设计参数。
根据上述内容，提出本申请的如下具体实施例：
实施例1
实施例1中待设计的锅炉所属超临界二氧化碳机组的设计发电效率ηre为0.5，设计发电量Wre为1000MW，待设计锅炉的锅炉类型为π型炉，且待设计锅炉已知设计参数包括主工质设计温度tre为620℃、主工质设计压力Pre为300bar，需在性能最优和单个一次再热锅炉的设计造价成本Cre,s最小的前提下，未知设计参数包括单个锅炉的设计热功率Qre和一次再热锅炉的设计造价成本Cre,s。
选取六个能效最优的超临界二氧化碳机组，且六个所述超临界二氧化碳机组的锅炉均为π型炉，六个超临界二氧化碳机组的锅炉的数量和参数如表1所示。
表1
选取的六个超临界二氧化碳机组的单个一次再热锅炉成本Cs与机组的发电效率η、机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、主工质的温度t、主工质的压力P的进行拟合得到的关系式如下：
Cs＝(r1×(η-1×W/n+r2t+r3)2+r4)(r5P+r6)(r7t+r8)+r9或
Cs＝(r1×(Q+r2t+r3)2+r4)(r5P+r6)(r7t+r8)+r9，
其中本实施例中的拟合系数r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8和r9的值如表2所示。
表2
系数 值 系数 值 系数 值
r1 1.88716×10-9 r4 5.36167×10-1 r7 7.60140×10-2
r2 -5.47995 r5 1.22278×10-3 r8 1.07543×103
r3 1.93255×103 r6 5.36722×101 r9 -3.22208×104
上述关系式的拟合误差图如图3所示。
本实施例中，单个一次再热锅炉的造价成本Cs的单位为103CNY/MWth，单个锅炉的实际热功率Q的单位为MWth，主工质压力P的单位为bar，主工质温度t的单位为℃，超临界二氧化碳机组的发电效率η的单位为1，超临界二氧化碳机组的发电量W的单位为MW。
根据上述关系式可知，(Q+r2×t+r3)2的值越小，则单个一次再热锅炉的造价成本Cs最低，则在单个一次再热锅炉的造价成本Cs最低的前提下，单个锅炉的设计热功率Qre为：
Qre＝-r2×tre-r3＝5.47995×620-1932.55＝1465.019MWth。
将计算到的Qre＝1465.019MWth代入ζ＝(η-1×W)/Q中，计算得到ζ＝(η-1×W)/Qre＝0.5-1×1000/1465.019＝1.3652；
因ζ＜1.4，则超临界二氧化碳机组中锅炉的数量为1，实际上单个锅炉的热功率Q＝η-1W/n＝0.5-1×1000＝2000MWth。
单个一次再热锅炉的造价成本Cre，s为：
Cre，s＝((1.88716×10-9×(0.5-1×1000-5.47995×620+1932.55)2+0.536167)×(1.22278×10-3×300+53.6722)×(0.076014×620+1075.43)-32220.8＝336.92×103CNY/MWth。
则超临界二氧化碳机组的锅炉的造价成本为：
n×Cre，s×Q＝1×336.92×103×2000＝6.7384×108CNY。
实施例2
实施例2中待设计的锅炉所属超临界二氧化碳机组的设计发电效率ηre为0.5，设计发电量Wre为1000MW，要求待设计锅炉的锅炉类型为塔式炉，待设计的锅炉已知设计参数包括主工质设计温度tre为600℃、主工质设计压力Pre为300bar，需在性能最优和单个一次再热锅炉的设计造价成本Cre，s最低的前提下计算未知设计参数，未知设计参数包括单个锅炉的设计热功率Qre。
选取六个能效最优的超临界二氧化碳机组，且六个所述超临界二氧化碳机组的锅炉均为塔式炉，六个超临界二氧化碳机组的锅炉的数量和运行参数如表3所示。
表3
单个一次再热锅炉成本Cs与机组的发电效率η、机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、主工质的温度t、主工质的压力P的拟合关系式为：
Cs＝(r1×(Q+r2t+r3)2+r4)(r5P+r6)(r7t+r8)+r9
或Cs＝(r1×(η-1×W/n+r2t+r3)2+r4)(r5P+r6)(r7t+r8)+r9。
本实施例中的拟合系数r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8和r9的值如表4所示。
表4
系数 值 系数 值 系数 值
r1 1.91936×10-9 r4 5.45299×10-1 r7 7.74409×10-2
r2 -5.47995 r5 1.24391×10-3 r8 1.09558×103
r3 1.93254×103 r6 5.45982×101 r9 -3.39599×104
本实施例中，单个一次再热锅炉的造价成本Cs的单位为103CNY/MWth，单个锅炉的实际热功率Q的单位为MWth，主工质压力P的单位为bar，主工质温度t的单位为℃，超临界二氧化碳机组的发电效率η的单位为1，超临界二氧化碳机组发电量的单位为MW。
单个一次再热锅炉成本Cs与机组的发电效率η、机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、主工质的温度t、主工质的压力P拟合关系式的误差图如图4所示。
单个一次再热锅炉的设计造价成本最低时，单个锅炉的设计热功率最优值为：Qre＝-r2tre-r3＝5.47995×600-1932.54＝1355.43MWth；
将计算到的单个锅炉的设计热功率Qre的最优值代入n＝(η-1×W)/Q中计算ζ，计算得到ζ＝(η-1×W)/Qre＝0.5-1×1000/1355.43＝1.4755；
因1.4＜ζ＜1.6，本实施例中的超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n取2。
即在单个一次再热锅炉的造价成本Cs最小的基础上，锅炉的数量选择为2，此时单个锅炉的热功率Q实际为η-1×W/n＝0.5-1×1000/2＝1000MWth；
每个一次再热锅炉的设计造价成本为：
Cre，s＝((1.91936×10-9×(0.5-1×1000/2-5.47995×620+1932.54)2+0.545299)×(1.24391×10-3×300+54.5982)×(0.0774409×620+1095.58)-33959.9＝346.3585×103CNY/MWth。
参照电力规划设计总院出版的《火电工程限额设计参数造价指标》中公开锅炉的具体运行参数为主工质温度600℃、主工质压力为270-300bar，其第149页中公开的采用一次再热锅炉的塔式炉的造价成本为4.85×106CNY，采用二次再热锅炉的塔式炉的造价成本为5.4×106CNY。
则每个二次再热锅炉的塔式炉的设计造价成本为：
Cre，d＝5.4×106×346.3585×103/4.85×106＝385.6363×103CNY/MWth
则本实施例中具有两个二次再热锅炉的塔式炉的锅炉的总设计成本为：
n×Cre，s×Q＝2×385.6363×103×1000＝771.2726×108CNY。
实施例3
与实施例2不同的是，待设计锅炉所属的超临界二氧化碳机组的设计发电效率ηre为0.5，机组的设计发电量Wre为800MW，待设计锅炉的锅炉类型为塔式炉，已知设计参数包括单个锅炉的设计热功率Qre为1600MWth和单个一次再热锅炉的设计造价成本Cre，s为320×103CNY/MWth，未知设计参数包括主工质设计温度、主工质设计压力，且本实施例需在能效最优和单个一次再热锅炉的设计造价成本Cre，s最小的前提下选择合适的主工质设计温度、主工质设计压力。
单个一次再热锅炉的设计造价成本Cre，s成本最低时，主工质的温度为：
tre＝(-r3-Qre)/r2＝(1932.54+1600)/5.47995＝644.63℃；
主工质的温度取值范围为[612.40，676.86]，本实施例中主工质设计温度取625℃。
则Cs＝(r1×(Q+r2t+r3)2+r4)(r5Pre+r6)(r7t+r8)+r9≤320
Cs＝(1.91936×10-9×(1600-5.47995×625+1932.54)2+0.545299)×(1.24391×10-3×Pre+54.5982)×(0.0774409×625+1095.58)-33959.9≤320
即0.54532121×(1.24391×10-3×Pre+54.5982)×1143.9805625-33959.9≤320
则Pre≤283bar。
本实施例中，主工质设计压力Pre的取值区间为[100，283]bar，以将待设计的锅炉的成本控制在小于等于单个一次再热锅炉的设计造价成本Cre，s的范围内。
参照图2所示，实施例3具体还公开一种用以实现上述超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法的系统，具体包括：
设计参数确认模块，其用以确定待设计锅炉的锅炉类型、已知设计参数和未知设计参数，其中，所述已知设计参数和未知设计参数组成待设计锅炉的设计参数集合，所述设计参数集合内包括超临界二氧化碳机组中锅炉的设计数量、单个待设计锅炉的设计热功率、主工质设计温度、主工质设计压力、单个一次再热锅炉的设计造价成本和单个二次再热锅炉的设计造价成本；
关系式建立模块，其用以选取多个超临界二氧化碳机组，且选取的每个超临界二氧化碳机组的锅炉类型均与待设计锅炉的锅炉类型相同，选取的多个超临界二氧化碳机组中的锅炉的数量包括一个和多个，分别获取选取的每个超临界二氧化碳机组的运行参数，每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数均包括超临界二氧化碳中锅炉的数量n、超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、主工质的温度t、主工质的压力P、单个一次再热锅炉的造价成本Cs和单个二次再热锅炉的造价成本Cd，分别将每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数之间建立关系式；
设计模块，其用以获取所述设计参数确认模块中的所述已知设计参数，并代入所述关系式建立模块建立的关系式中，以确认所述未知设计参数。
本实施例公开的所述超临界二氧化碳机组的锅炉设计系统用以实现上述超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法，从而实现超临界二氧化碳机组的锅炉优化设计。
基于上述一种超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法，本发明还提供一种计算机存储介质。
一种存储介质，包括存储器以及存储在所述存储器内的计算机指令，所述计算机指令被执行时实现如上述所述的超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法。
本申请以通过选取性能最优的超临界二氧化碳机组的锅炉的运行参数建立关系式，可通过待设计锅炉中所述已知设计参数来和关系式计算所述未知设计参数，从而获得性能最优的锅炉设计。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、确定待设计锅炉的锅炉类型、已知设计参数和未知设计参数，其中，所述已知设计参数和未知设计参数组成待设计锅炉的设计参数集合，所述设计参数集合内包括超临界二氧化碳机组中锅炉的设计数量、单个待设计锅炉的设计热功率、主工质设计温度、主工质设计压力和单个一次再热锅炉的设计造价成本；
步骤2、选取多个超临界二氧化碳机组，且选取的每个超临界二氧化碳机组的锅炉类型均与待设计锅炉的锅炉类型相同，选取的多个超临界二氧化碳机组中的锅炉的数量包括一个和多个，分别获取选取的每个超临界二氧化碳机组的运行参数，每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数均包括超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n、超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、主工质的温度t、主工质的压力P和单个一次再热锅炉的造价成本Cs，并将超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数之间建立关系式；
步骤3、将步骤1中所述已知设计参数分别代入步骤2中建立的关系式中，计算出所述未知设计参数；
其中，在所述步骤2中，分别将每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数之间建立关系式具体为，将超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W和单个锅炉的实际热功率Q之间建立关系式；
超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W和单个锅炉的实际热功率Q之间的关系式为：
n=(η-1 ×W)/ Q；
其中，n为超临界二氧化碳机组中锅炉的数量，η为超临界二氧化碳机组的发电效率，W为超临界二氧化碳机组的发电量，Q为单个锅炉的实际热功率Q；
或者，在所述步骤2中，分别将每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数之间建立关系式具体为，将单个一次再热锅炉的造价成本Cs与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n、主工质的温度t和主工质的压力P之间建立关系式；
单个一次再热锅炉的造价成本Cs与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n、主工质的温度t和主工质的压力P之间的关系式为：
Cs=(r1×(Q+ r2t+ r3 )2+r4)(r5 P+r6)(r7 t +r8)+r9，
或Cs=(r1×(η-1 ×W /n+ r2t+ r3 )2+r4)(r5 P+r6)(r7 t +r8)+r9；
Cs为单个一次再热锅炉的造价成本，Q为单个锅炉的实际热功率，P为主工质压力，t为主工质温度，η为超临界二氧化碳机组的发电效率，W为超临界二氧化碳机组的发电量，r1 、r2、r3、r4、 r5 、r6、r7、r8和r9均为系数。
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法，其特征在于，在所述超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W和单个锅炉的实际热功率Q之间的关系式中，若所述已知设计参数包括单个锅炉的设计热功率Qre，所述未知设计参数包括锅炉的设计数量，在确定待设计锅炉所属超临界二氧化碳机组的设计发电量和超临界二氧化碳机组的设计发电效率后，超临界二氧化碳机组的锅炉的设计数量的选择系数为：
ζ=(ηre -1 ×Wre)/ Qre；
当ζ<1.4时，待设计锅炉的设计数量n为1；
当X.4≤ζ≤X.6时，待设计锅炉的设计数量n为X或X +1；
当X.6<ζ<(X +1).4时，待设计锅炉的设计数量n为X +1；
其中，X为整数且大于或等于1，ζ为选择系数，ηre为超临界二氧化碳机组的设计发电效率，Wre为超临界二氧化碳机组的设计发电量，Qre为单个锅炉的设计热功率。
3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法，其特征在于，在所述单个一次再热锅炉的造价成本Cs与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n、主工质的温度t和主工质的压力P之间的关系式中，单个一次再热锅炉的造价成本最小时，单个锅炉的实际热功率Q与主工质温度t的关系式为：
Q=-r2t-r3；
其中，Q为单个锅炉的实际热功率，t为主工质温度，r2和r3为系数。
4.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法，其特征在于，若所述已知设计参数包括单个锅炉的设计热功率Qre，所述未知设计参数包括主工质设计温度时，则在单个一次再热锅炉的造价成本Cs最小时，主工质设计温度 tre为 [0.95(-r3-Qre)/ r2,1.05(-r3-Qre)/ r2]。
5.根据权利要求4所述的超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法，其特征在于，若所述已知设计参数包括单个锅炉的设计热功率Qre和单个一次再热锅炉的最大的设计造价成本Cre，s，所述未知设计参数包括主工质设计温度和主工质设计压力时，则主工质设计压力Pre的取值区间为：
。
6.一种超临界二氧化碳机组的锅炉设计系统，其特征在于，包括：
设计参数确认模块，其用以确定待设计锅炉的锅炉类型、已知设计参数和未知设计参数，其中，所述已知设计参数和未知设计参数组成待设计锅炉的设计参数集合，所述设计参数集合内包括超临界二氧化碳机组中锅炉的设计数量、单个待设计锅炉的设计热功率、主工质设计温度、主工质设计压力和单个一次再热锅炉的设计造价成本；
关系式建立模块，其用以选取多个超临界二氧化碳机组，且选取的每个超临界二氧化碳机组的锅炉类型均与待设计锅炉的锅炉类型相同，选取的多个超临界二氧化碳机组中的锅炉的数量包括一个和多个，分别获取选取的每个超临界二氧化碳机组的运行参数，每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数均包括超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n、超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、主工质的温度t、主工质的压力P和单个一次再热锅炉的造价成本Cs，分别将每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数之间建立关系式；
设计模块，其用以获取所述设计参数确认模块中的所述已知设计参数，并代入所述关系式建立模块建立的关系式中，以确认所述未知设计参数；
其中，在所述关系式建立模块中，分别将每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数之间建立关系式具体为，将超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W和单个锅炉的实际热功率Q之间建立关系式；
超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W和单个锅炉的实际热功率Q之间的关系式为：
n=(η-1 ×W)/ Q；
其中，n为超临界二氧化碳机组中锅炉的数量，η为超临界二氧化碳机组的发电效率，W为超临界二氧化碳机组的发电量，Q为单个锅炉的实际热功率Q；
或者，在所述关系式建立模块中，分别将每个超临界二氧化碳机组的所述运行参数中的多个运行参数之间建立关系式具体为，将单个一次再热锅炉的造价成本Cs与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n、主工质的温度t和主工质的压力P之间建立关系式；
单个一次再热锅炉的造价成本Cs与超临界二氧化碳机组的发电效率η、超临界二氧化碳机组的发电量W、单个锅炉的实际热功率Q、超临界二氧化碳机组中锅炉的数量n、主工质的温度t和主工质的压力P之间的关系式为：
Cs=(r1×(Q+ r2t+ r3 )2+r4)(r5 P+r6)(r7 t +r8)+r9，
或Cs=(r1×(η-1 ×W /n+ r2t+ r3 )2+r4)(r5 P+r6)(r7 t +r8)+r9；
Cs为单个一次再热锅炉的造价成本，Q为单个锅炉的实际热功率，P为主工质压力，t为主工质温度，η为超临界二氧化碳机组的发电效率，W为超临界二氧化碳机组的发电量，r1 、r2、r3、r4、 r5 、r6、r7、r8和r9均为系数。
7.一种存储介质，包括存储器以及存储在所述存储器内的计算机指令，所述计算机指令被执行时实现如权利要求1至5任一项所述的超临界二氧化碳机组的锅炉设计方法。
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