CN101886884B - 一种火电厂循环冷却水太阳能节能及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电厂循环冷却水太阳能节能及控制装置，通过在传统的循环冷却水系统基础上增设一个由太阳能供电的配水泵组及其节能控制装置，可以充分利用太阳光能的昼夜和季节特性来调节循环冷却水温度和减小机组循环水泵的厂用电率，从而获得明显的节能效果。

Description

一种火电厂循环冷却水太阳能节能及控制装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能节能及控制装置，特别是一种利用太阳能减少火电厂循环冷却水系统厂用电率和实现循环水温度优化的节能及控制装置。

背景技术

在我国的一次能源结构中，煤炭等化石燃料所占比例达70％以上。因此，火力发电厂在国内发电装机容量中的比例也超过60％，据统计，全世界有40％以上的电力来自煤炭等化石燃料。尽管目前风能、太阳能等各种可再生能源的比例在逐步提高，但在今后相当长的一段时期内，火力发电厂仍将是全球电力工业的一个重要组成部分。

随着各国政府和公众对燃用化石燃料的火力发电厂所排放的二氧化碳造成的温室效应问题的日益重视，提高发电机组的效率和减少污染物排放就成为今后火力发电厂生存和发展的一个至关重要的问题。

火力发电机组是将煤炭等的化学能经过热能和机械能转换成电能的一整套复杂的工艺过程。其热能转换和传递过程的效率仅40％左右，约有60％的能量变成低温余热散失到了空气中。而火力发电机组的热循环效率主要取决于通过汽轮机的温差。这就意味着既可以通过采用较高的蒸汽参数，也可以通过降低汽轮机冷凝器的冷却水温度来提高温差，从而获得较高的循环效率。

目前火力发电厂常规设计的循环冷却水工况一般是按照机组全年的平均冷却水温为基准考虑的，而每年约有50％时间的冷却水温超过平均值。尽管可以通过进一步的优化予以改善(冯伟忠，《动力工程》第27卷第3期，《1000MW超超临界汽轮机蒸汽参数的优化及讨论》)，但机组的循环效率在相当多的时间内仍会因为环境温度等因素的变化而偏离设计时的高效率工况。

用于提供机组循环冷却水的火力发电厂循环水系统是一个庞大的输送系统，供水量约为汽轮机排汽量的50～120倍，其消耗的电能约占总发电量的1％～1.5％，在汽轮发电机组出力、循环水系统耗功间形成了一个复杂的制约关系。而且，合理的循环水温度还与凝汽器及真空系统的运行状态密切相关。诸多的外部不可控因素就使得循环水系统的优化成为火电厂整体效率优化中一个十分关键而又未能较好解决的问题。目前采取的解决方法一般有根据环境温度和机组负荷来改变运行的循环水泵台数或增设循环水泵变频装置来实现循环水系统的节能，但这些方式的可调节手段和精度均有限，运行效果也不尽理想。

而在目前太阳能和风能等可再生能源的大规模利用中，最大的问题之一就是其随环境、气候和时间的不确定性，这些可再生能源直接接入电网所带来的不稳定发电量会对整个电网的运行和安全造成巨大的影响，必须要通过耗资巨大的智能电网改造和升级来适应这些新能源发电机组的直接入网和调度问题。而将作为可再生能源的太阳能等引入常规火力发电厂热力循环系统实现节能，不仅为火力发电厂节能减排提供了一条新路，也可以最为便捷和有效地实现太阳能的规模化利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种火力电厂循环冷却水系统的太阳能节能及控制装置，通过合理利用太阳能发电装置的出力与循环水系统耗能的昼夜和季节匹配特点，从而克服上述现有技术的不足，获得明显的综合节能效果。

本发明的技术方案具体是通过采用一个与常规循环冷却水系统的循环水泵组合运行的，利用太阳能供电的循环冷却水配水泵组及其节能控制装置来实现的，即在由汽轮机凝汽器4、循环水泵3和冷却塔1、冷却塔水池2等组成的常规火力发电机组循环冷却水系统中，增加一个由太阳能发电装置8供电的配水泵组7及回水逆止门10，该配水泵组7安装于冷却塔配水管路6中，并与循环水回水旁路阀5一起由节能控制装置9联动控制。

根据不同机组循环水系统的设计特点，由太阳能供电的配水泵组7可以与循环水一泵3采用串联或并联布置形式，并且可以设计为多台配水泵组合运行。

采用现有的太阳能光伏发电技术的太阳能发电装置8可充分利于电厂的空旷场地和建筑物表面进行布置，其产生的电能通过供电母线和蓄电池组为配水泵7提供电能，同时配水泵组7设计采用变频调节装置，可根据太阳能装置8的供电状态和环境温度等运行参数的变化控制配水泵组7的出力大小。

节能控制装置9与单元机组分散控制系统DCS之间有信号接口联系，从而可以由DCS获得机组负荷、凝汽器真空、凝结水温度、循环水回水温度、循环水进水温度、大气温度等实时数据；同时，节能控制装置9还可现场采集太阳能发电装置8的供电电压、配水泵组7的转速等信号，上述信号经由节能控制装置9处理后，输出配水泵组7的启停和转速控制指令、以及循环水回水旁路阀5开度的控制指令，并可通过DCS设置机组循环水泵3的运行台数，按照优先利用太阳能的原则，获得最大的节能效果。

本发明的有益效果是与现有的技术相比，采用了太阳能供电的配水泵组作为循环水节能优化的调节手段，与常规循环水泵组合使用，充分利用了循环冷却水系统需求与太阳能发电装置出力二者间的季节和昼夜同步特征，最大限度地利用太阳能来完成冷却塔配水和循环水温度的调节，从而有效地减少了循环水系统的厂用电率，也提高了汽轮机循环冷却水系统的节能控制精度。为提高传统火力发电厂的循环效率和太阳能的有效应用提供了一个新的解决方案。

附图说明

图1是本发明采用并联布置方案时的结构图；

图2是本发明采用串联布置方案时的结构图。

具体实施方式

下面根据图1、图2对本发明的实施例作详细说明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施并给出了具体的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：太阳能供电的配水泵与循环水泵并联布置：

如图1所示，火力发电机组循环冷却水系统由汽轮机凝汽器4、循环水泵3和冷却塔1、冷却塔水池2等组成，本发明的实施例一的特征在于在冷却塔水池和配水管之间设置了由太阳能供电的配水泵组7和回水逆止门10，并由节能控制装置9控制配水泵组7的启停和运行转速，通过改变冷却塔的配水流量，从而达到调节循环水进水温度的目的。

由于太阳能装置8在白天温度高和夜间温度低时所提供的电能与机组循环冷却水温差的需求正好匹配，因此，节能控制装置9从机组分散控制系统DCS通信得到机组负荷、凝汽器真空和循环水进、回水温度差等参数并与设定值进行比较，按照二者的差值大小调节配水泵的台数和转速，在白天气温较高时，提高配水泵转速，在夜间气温较低时，减少配水泵转速或减少运行的循环水泵台数，满足机组在不同环境温度下的运行需要。

在不同的机组负荷下，节能控制装置9能够根据配水泵的运行状态，按照预置的方式，优先调节配水泵组7的出力，最大限度地利用太阳能，并在此基础上进一步设定循环水泵3的运行台数，从而使得机组在不同负荷和环境(季节)工况下都能够尽可能地达到设计端差，降低循环水泵的厂用电率。

在机组负荷较低或冬季温度较低时，还可以通过调节循环水旁路阀5的开度，使凝汽器的回水直接回流到冷却塔水池，而由配水泵组7承担冷却塔的配水和保温，从而进一步减少循环水泵的厂用电率。

实施例2：太阳能供电的配水泵与循环水泵串联布置：

根据图2所示，火力发电机组循环冷却水系统也是由汽轮机凝汽器4、循环水泵3和冷却塔1、冷却塔水池2等组成，本发明实施例二的特征在于在循环水回水管道和配水管之间串联设置了由太阳能供电的配水泵组7作为循环水泵升压泵，并由节能控制装置9控制配水泵组7的启停和运行转速，从而达到减少循环水泵厂用电率和调节循环冷却水温度的目的。当配水泵组7停运时，可以由循环水泵3从装有回水逆止门10的旁路管道直接配水。

由于太阳能装置8在白天温度高和夜间温度低时，提供的电能与机组循环水冷却的需求正好匹配，因此，节能控制装置9从机组分散控制系统DCS通信得到的机组负荷、凝汽器真空和循环水进、回水温度差等参数并与设定值比较，按照其差值大小通过调节配水泵运行台数和转速，满足机组在不同环境温度下的运行需要。

在不同的机组负荷下，节能控制装置能够根据配水泵的运行状态，按照预置的方式，优先调节配水泵的出力，最大限度地利用太阳能，并在此基础上进一步设定循环水泵的运行台数，从而使得机组在不同负荷和环境工况下能够尽可能地达到设计端差，并大大降低了循环水泵的厂用电率。

Claims (1)

1.一种火电厂循环冷却水太阳能节能及控制装置，它包括冷却塔(1)、冷却塔水池(2)、循环水泵(3)、汽轮机凝汽器(4)、循环水回水旁路阀(5)、冷却塔配水管路(6)、配水泵组(7)、太阳能发电装置(8)、节能控制装置(9)以及回水逆止门(10)，其特征在于：在冷却塔配水管路(6)上设置了由太阳能发电装置(8)供电的配水泵组(7)，并与循环水回水旁路阀(5)一起由节能控制装置(9)控制；由太阳能发电装置(8)供电的配水泵组(7)可以设计为与循环水泵(3)串联或并联布置形式；其节能控制装置(9)与单元机组分散控制系统DCS之间有信号接口联系，从而可以由单元机组分散控制系统DCS获得机组负荷、凝汽器真空、凝结水温度、循环水回水温度、循环水进水温度、大气温度的实时数据；同时，节能控制装置(9)还可现场采集太阳能发电装置(8)的供电电压、配水泵组(7)转速信号，上述信号经由节能控制装置(9)处理后，输出配水泵组(7)的启停和转速控制指令、循环水回水旁路阀(5)的开度控制指令，并可通过单元机组分散控制系统DCS改变循环水泵(3)的运行台数。

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