本发明属于联合循环机组余热利用领域，具体涉及一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法。
背景技术：
1、目前典型的大型h、f级联合循环机组均采用从余热锅炉抽热水用于加热天然气的方案，以达到提升联合循环机组的热效率。例如，配备有西门子f级燃气轮机的联合循环机组，通过从中压省煤器出口抽出热水将燃气轮机入口天然气加热至约200℃；配备有西门子f级燃气轮机的联合循环机组，则通过从中压省煤器出口抽出热水将燃气轮机入口天然气加热至约215℃；配备有ge的h、f级联合循环机组则利用余热锅炉热水将天然气加热至227℃。
2、目前先进的大型h、f级联合循环机组的余热锅炉排烟温度一般为85℃左右。联合循环机组的燃料天然气中一般含硫量可忽略不计，因此无需考虑余热锅炉的酸腐蚀等问题，相应的余热锅炉排烟露点温度等于烟气的水露点温度。因此，理论上，余热锅炉烟气可降至的极限温度为约60℃(考虑烟气温度应高出露点温度10℃)。但是目前大型h、f级联合循环机组对于余热锅炉尾部烟气余热的利用较少，我国南方的部分联合循环电厂通过在余热锅炉尾部额外布置烟气换热器，利用余热锅炉尾部烟气余热生成热水后用于制冷，以供厂内舒适性用冷，但是由于该项技术仅可在机组运行时才可对厂内提供舒适性用冷，与电厂需要舒适性用冷的时间段无法恰好吻合，并且机组停机时电厂必须得依靠电制冷才可满足舒适性用冷需要。因此，该项技术在实际利用中存在明显弊端，在电厂中的推广利用也较少，大部分电厂余热锅炉尾部烟气余热均无法得到有效利用而白白浪费。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供了一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，该方法是通过优化双热源梯级加热天然气方案中的第一级换热器的出口天然气温度，以期获得使综合总费用最低的双热源梯级加热天然气方案。
2、本发明采用如下技术方案来实现的：
3、一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，包括以下步骤：
4、步骤1，在余热锅炉双热源梯级加热天然气方案中，设定第一级换热器的传热端差，分别计算得到余热锅炉双热源梯级加热天然气方案中第一级换热器出口加热后的天然气温度，并获得n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案；
5、步骤2，基于步骤1获得的n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案，利用商业热平衡计算软件thermoflow，分别对n种方案的天然气加热器进行建模，获得n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的天然气加热器的换热面积；
6、步骤3，基于余热锅炉单热源梯级加热天然气方案的天然气加热器的换热面积，以及天然气加热器的成本，计算得到天然气加热器的单位换热面积的造价；
7、步骤4：基于步骤2计算获得的n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的换热面积，以及步骤3计算获得的天然气加热器的单位换热面积的造价，计算得到n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的天然气加热器的造价；
8、步骤5：将步骤4计算获得的n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的天然气加热器的造价，转化计算为天然气加热器的年投资造价；
9、步骤6，根据步骤2定出的n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案，利用商业热平衡计算软件thermoflow分别对n种方案进行联合循环热力系统建模，获得相比于余热锅炉单热源加热天然气方案的n种不同的余热锅炉双热源梯级加热方天然气案的机组净收益功率，并计算得到n种方案的机组年收益；
10、步骤7，基于步骤5计算得到的n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的天然气加热器的年投资造价，以及步骤7计算得到的n种方案的机组年收益，获得n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的年总费用，并根据最低年总费用，确定余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化方案。
11、本发明进一步的改进在于，步骤1中，n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案下第一级换热器出口加热后的天然气温度，其计算公式如下：
12、
13、式中：
14、tgas_out,1hx——第一级换热器出口加热后的天然气温度，℃；
15、——第一级换热器进口热水温度，℃；
16、δt1hx——第一级换热器传热端差，℃。
17、本发明进一步的改进在于，步骤2中，n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的换热器的换热面积，其计算公式如下：
18、ahx＝fhx(δt1hx)
19、式中：
20、ahx——换热器的换热面积，m2；
21、fhx——换热器的换热面积与第一级换热器传热端差的关系。
22、本发明进一步的改进在于，步骤3中，天然气加热器的单位换热面积的造价，其计算公式如下：
23、
24、式中：
25、costsingle,hx——单热源梯级加热天然气方案的天然气加热器的成本，万元；
26、asingle,hx——单热源梯级加热天然气方案的天然气加热器的换热面积，m2；
27、costpasingle,hx——天然气加热器的单位换热面积的造价，万元/m2。
28、本发明进一步的改进在于，步骤4中，n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的天然气加热器的造价，其计算公式如下：
29、costhx＝costpasingle,hx·ahx
30、式中：
31、costhx——双热源梯级加热天然气方案的天然气加热器的成本，万元。
32、本发明进一步的改进在于，步骤5中，天然气加热器的年投资造价，其计算公式如下：
33、
34、式中：
35、costperyearhx——双热源梯级加热天然气方案的天然气加热器的年投资造价，万元/年；
36、i——资本的年收益率。
37、本发明进一步的改进在于，步骤6中，相比于余热锅炉单热源加热天然气方案的n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的机组净收益功率，其计算公式如下：
38、net_fowerst,dualhx＝fowerst,dualhx-fowerst,singlehx
39、式中：
40、net_powerst,dua——余热锅炉双热源梯级加热天然气方案带来的机组净收益功率，kw；
41、fowerst,singlehx——余热锅炉单热源梯级加热天然气方案下汽轮机出力，kw。
42、本发明进一步的改进在于，步骤6中，基于n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的机组净收益功率，计算得到n种方案的机组年收益，其计算公式如下：
43、revenueperyeardua＝net_powerst,dua·hour·price
44、式中：
45、revenueperyeardualh—余热锅炉双热源梯级加热天然气方案带来的机组年收益，万元/年；
46、hour——年利用小时数，h；
47、price——电价，元/kw.h。
48、本发明进一步的改进在于，步骤7中，n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的年总费用，其计算公式如下：
49、all_costdualhx＝costperyearhx-revenueperyeardualh
50、式中：
51、all_costdual—余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的年总费用，万元/年。
52、本发明至少具有如下有益的技术效果：
53、本发明提供的一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，其采用余热锅炉双热源梯级加热天然气方案，即采用低品位的余热锅炉尾部烟气余热加热天然气，替代一部分从中压省煤器出口抽取的用于加热天然气的热水，并将中压省煤器处高品位的烟气热能用于产生更多的再热和低压蒸汽，既实现了余热锅炉尾部烟气余热的充分利用，又提升机组出力。
54、与传统的仅使用中压省煤器出口抽取热水加热天然气的单热源加热天然气方案相比，余热锅炉双热源梯级加热天然气方案需增加一个天然气加热器，不可避免需增加一定的换热器面积，因此需增加一定的投资成本，并且投资成本的增加与双热源梯级加热天然气方案中利用尾部烟气余热将天然气加热后的温度息息相关，本发明提出一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，实现双热源梯级加热天然气方案综合总费用最低、经济性最优。
1.一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，其特征在于，步骤1中，n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案下第一级换热器出口加热后的天然气温度，其计算公式如下：
3.根据权利要求2所述的一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，其特征在于，步骤2中，n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的换热器的换热面积，其计算公式如下：
4.根据权利要求3所述的一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，其特征在于，步骤3中，天然气加热器的单位换热面积的造价，其计算公式如下：
5.根据权利要求4所述的一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，其特征在于，步骤4中，n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的天然气加热器的造价，其计算公式如下：
6.根据权利要求5所述的一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，其特征在于，步骤5中，天然气加热器的年投资造价，其计算公式如下：
7.根据权利要求6所述的一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，其特征在于，步骤6中，相比于余热锅炉单热源加热天然气方案的n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的机组净收益功率，其计算公式如下：
8.根据权利要求7所述的一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，其特征在于，步骤6中，基于n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的机组净收益功率，计算得到n种方案的机组年收益，其计算公式如下：
9.根据权利要求8所述的一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，其特征在于，步骤7中，n种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的年总费用，其计算公式如下：
