CN104613808A - 冷却系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了冷却系统及其控制方法，其中冷却系统包括：冷却塔，用于对发电机组进行冷却；以及至少一个第一换热机组以及至少一个第二换热机组，均设置在发电机组和冷却塔之间，其中第一换热机组用于与发电机组之间形成低温缸套水循环，第二换热机组用于与发电机组之间形成高温缸套水循环，第一换热机组和第二换热机组与冷却塔之间均形成冷却水循环。通过在冷却塔与发电机组之间设置换热机组，完成冷却塔的冷却水与发电机组高低温缸套水中热量的交换，该一体化冷却系统采用换热机组隔断换热，保证冷却水进入发电机组的要求，在配置上减少发电机组的风冷散热器，使发电机组与余热利用设备可以共用水冷冷却塔，解决冷却系统设备复杂，占地大的问题。

Description

冷却系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及冷热电联供系统控制领域，尤其涉及冷却系统及其控制方法。

背景技术

冷热电联供系统是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机、微燃机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力供应用户的电力需求，系统发电后排出的余热通过余热回收利用设备(余热锅炉或者余热直燃机等)向用户供热、供冷。

冷热电联供系统中包括燃气发电机组和余热利用设备，一般在燃气冷热电联产系统中，常规的冷却方案为：余热利用设备(一般是以制冷机组为例)采用开式水冷冷却塔进行冷却，燃气发电机组的高温缸套水、低温缸套水采用闭式风冷散热器进行冷却，常采用乙二醇溶液作为冷却液。对于开式冷却塔，其冷却原理是将循环水以喷雾方式喷淋到玻璃纤维的填料上，通过水与空气的接触达到换热的目的，再有风机带动塔内气流循环，将与水换热后的热气流带出，从而达到冷却。余热利用设备通过一进一出的管道与冷却塔连通，一般需要至少两个冷却塔。对于闭式风冷散热，其冷却原理是在风冷散热器运行过程中依靠强迫风冷带走热量，从而实现冷却。

但是，对于燃气发电机组所用的风冷散热器和余热利用设备所用的冷却塔的冷却原理以及冷却过程所采用的设备不同，由于对燃气发电机组和余热利用设备进行冷却的冷却设备分开设置，因此整个设备和冷却装置需要占用较大的空间，而且两种不同的冷却设备是单独控制和运行的，使得整个系统的冷却设备复杂、占地面积大。

发明内容

为了克服现有技术中发电机组和余热利用设备的冷却装置分开设置带来的占地较大、设备复杂的技术问题，本发明提供了具有一体化结构的冷却系统及其控制方法，来简化冷却系统的结构、减小占地面积。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而得知。

一方面，

本发明提供了一种冷却系统，包括：

冷却塔，用于对发电机组进行冷却；以及

至少一个第一换热机组以及至少一个第二换热机组，均设置在所述发电机组和所述冷却塔之间，其中所述第一换热机组用于与所述发电机组之间形成低温缸套水循环，所述第二换热机组用于与所述发电机组之间形成高温缸套水循环，所述第一换热机组与所述冷却塔之间以及所述第二换热机组与所述冷却塔之间分别形成冷却水循环。

根据本发明的一个实施例，所述冷却塔之间与所述发电机组还设置有余热利用设备，所述余热利用设备与所述发电机组之间形成高温缸套水循环，所述余热利用设备与所述冷却塔之间形成冷却水循环。

根据本发明的另一个实施例，所述冷却系统还包括：控制器，与所述发电机组、所述冷却塔、所述第一换热机组、第二换热机组以及所述余热利用设备均连接，用于控制所述冷却系统中冷却水的流量。根据本发明的另一个实施例，所述第一换热机组及所述第二换热机组均为板式换热机组。

根据本发明的另一个实施例，所述板式换热机组包括：

换热器，所述换热器的两侧分别为缸套水侧和冷却水侧；

多个温度传感器，分别设置在所述缸套水侧的出水管和回水管上以及所述冷却水侧的出水管和回水管上；

循环水泵，设置在所述冷却水侧出水管上，且与所述冷却水侧出水管上的温度传感器连接；

电动三通阀，设置在所述发电机组、所述第二换热机组以及所述余热利用设备的分支处。

根据本发明的另一个实施例，所述冷却塔的底部设置有积水盘，且所述积水盘上还设置有加热棒。

另一方面，

本发明还提供了一种对上述冷却系统的控制方法，所述冷却系统用于对发电机组进行冷却，包括冷却塔和换热机组，包括以下步骤：

在所述换热机组的缸套水侧采集缸套水侧回水温度；

根据缸套水的回水温度结合循环水泵的频率切换电动三通阀，以调节所述发电机组流向所述换热机组和所述余热利用设备的高温缸套水的流量。

根据本发明的一个实施例，所述根据缸套水的回水温度结合循环水泵的频率切换电动三通阀，以调节所述发电机组流向所述换热机组和所述余热利用设备的高温缸套水的流量包括：

所述电动三通阀优先开启至所述余热利用设备侧；

当高温缸套水侧的回水温度高于第一预设温度时，所述电动三通阀调节部分高温缸套水流向所述第二换热机组，同时对应高温缸套水侧的第二换热机组的循环水泵运行，其中所述高温缸套水侧的回水温度通过设置在第二换热机组中缸套水侧的温度传感器检测得到。。

根据本发明的另一个实施例，所述控制方法还包括：

当所述发电机组开启时，对应低温缸套水侧的第一换热机组的循环水泵运行；

当低温缸套水侧的回水温度低于第二预设温度时调低所述循环水泵的运行频率；

当低温缸套水侧的回水温度不低于第二预设温度时调高所述循环水泵的运行频率。

本发明提供的一体化的冷却系统及其控制方法，通过在冷却塔与发电机组之间设置换热机组，完成冷却塔的冷却水与发电机组高低温缸套水中热量的交换，该一体化冷却系统采用换热机组隔断换热，保证冷却水进入发电机组的要求，在配置上减少发电机组的风冷散热器，使发电机组与余热利用设备可以共用水冷冷却塔，解决冷却系统设备复杂，占地大的问题。

附图说明

图1为本发明一示例性实施例中的冷却系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一中一种实施方案中提供的一种冷却系统的组成示意图；

图3为本发明实施例一中另一种实施方案提供的冷却系统的结构示意图；

图4为本发明实施例一中板式换热机组的连接关系示意图；

图5为本发明实施例二提供的一种冷却系统的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。

发电机组需要连接两组风冷散热器，一组用于高温缸套水的冷却，另一组用于低温缸套水的冷却。示例性实施例中冷热电联产系统中的冷却系统的结构示意图如图1所示，在发电机组10和余热利用设备20构成的冷热电联供系统中，发电机组10连接两组风冷散热器11和12，发电机组10和任一组风冷散热器11或12连接时均通过两路通道进行连接，即一路为进风通道，另一路为出风通道；余热利用设备20连接用于水冷的冷却塔，本示例性实施例中以两个冷却塔为例，分别是21和22，两个连接管路中一路为进水管，另一路为出水管。例如，在某机场燃气冷热电项目中，两台1160kW的燃气发电机组的高低温缸套水各自采用闭式风冷散热器，即需要两套风冷散热器，而余热利用设备采用开式水冷冷却塔，还需要至少一套包含冷却塔的水冷系统。由于发电机组通过风冷散热器进行冷却，余热利用设备通过水冷冷却塔进行冷却，使得整个冷热电联产系统的冷却系统设备复杂，占地较大，由于两种冷却方式独立运行，不能联合运行，也无法实现联合控制。

实施例一

为实现一体化冷却的目的，本发明实施例提供了一种冷却系统，其组成示意图如图2所示，包括：

冷却塔100，用于对发电机组200进行冷却；以及

至少一个第一换热机组301以及至少一个第二换热机组302，均设置在发电机组200和冷却塔100之间，其中第一换热机组301用于与发电机组200之间形成低温缸套水循环，第二换热机组302用于与发电机组200之间形成高温缸套水循环，第一换热机组301与冷却塔100之间以及第二换热机组302与冷却塔100之间分别形成冷却水循环。

由于发电机组的冷却一般包括高温缸套水循环的冷却以及低温缸套水的冷却，高温缸套水的水循环温度范围为80-90℃，低温缸套水循环温度范围为40-50℃，而常规冷却塔对应冷却水循环温度范围为30-37℃。由于高温缸套水和低温缸套水这两个水循环的冷却需求不同，因此在冷却塔和发电机组之间需要分别通过两个换热机组来实现冷却。需要说明的是，本实施例中的第一换热机组是指连接发电机组与冷却塔之间完成低温缸套水循环换热的换热机组，可以是一个或多个，同理第二换热机组是指连接发电机组与冷却塔之间完成高温缸套水循环换热的换热机组，也可以是一个或多个，本实施例中是以一个为例，但是并不局限于一个，可以根据需要适量选用。

通过在发电机组与冷却塔之间设置换热机组，可以隔断换热，在利用冷却塔对发电机组进行冷却时保证冷却水进入发电机组的水质以及水压符合要求，因此本实施例改变现有冷却系统的结构，使得冷却塔也可以对发电机组进行水冷，通过在系统配置上减少发电机组的闭式风冷散热器，适当增加水冷散热器的散热容量就能实现一体化冷却系统，减少设备的占地面积以及简化设备。

除上述以外，冷却系统运行过程中还会涉及余热利用设备400，设置在0冷却塔100与发电机组20之间，余热利用设备400与发电机组200之间形成高温缸套水循环，余热利用设备400与冷却塔100之间形成冷却水循环。由于余热利用设备本身就可以通过冷却塔来进行水冷，因此可以将余热利用设备设置在冷却塔与发电机组之间，完成发电机组的高温缸套水的冷却，其中余热利用设备可以根据需要进行选择，常用的是制冷机组。

为实现整体运行以及冷却控制，该冷却系统还可以包括：控制器500，与发电机组200、冷却塔100、第一换热机组301、第二换热机组302以及余热利用设备400均连接，用于控制冷却系统中冷却水的流量，结构示意图如图3所示。以冷热电联产系统为例，利用冷却塔完成对发电机组以及余热利用设备的一体化冷却，需要根据冷热电联产系统运行工况来调整冷却塔的运行状态，调整的过程需要控制器来实现。通过控制器采集发电机组、余热利用设备干接点信号、冷却水的供水温度信号以及回水温度信号，来控制冷却塔的开启、变频运行和电动旁通阀的开度，因此需要控制器与发电机组、余热利用设备、冷却塔、第一换热机组以及第二换热机组均连接，根据采集各设备的状态完成整体运行的调控。

本实施例中采用的换热机组，即第一换热机组301及第二换热机组302均为板式换热机组。其中板式换热机组的连接关系示意图如图4所示，板式换热机组中包括：换热器(即图中“板换”，表示板式换热器)，换热器的两侧分别为缸套水侧和冷却水侧；多个温度传感器，分别设置在缸套水侧的出水管和回水管上以及冷却水侧的出水管和回水管上；循环水泵，设置在冷却水侧出水管上，且与冷却水侧出水管上的温度传感器连接；电动三通阀(图中未示出)，设置在发电机组200、第二换热机组302以及余热利用设备400的分支处。其中循环水泵由变频器控制，通过高温缸套水的回水温度结合循环水泵的频率来切换电动三通阀，以调节高温缸套水向第二换热机组和余热利用设备的流量。

另外，板式换热机组中还包括过滤器和止回集箱，其中过滤器优先采用低阻力型过滤器，用于对循环水泵的水进行过滤；止回集箱既能防止水流反冲，防止出现倒流，又可以最大限度降低管道水流阻力。如图4所示，图4中T3、P3表示板换(板式换热机组的简称)冷却塔侧循环水泵出口的冷却水出水温度、出水压力，T4、P4表示板换冷却塔侧冷却水的回水温度、回水压力，T5、T6表示板换发电机缸套水侧出水温度、回水温度。

图4中循环水泵与T6间的两条虚线表示T6温度传感器的信号传输至循环水泵的变频控制器：根据发电机组缸套水的回水温度T6是否达到发电机对缸套水的需求温度，对板换冷却塔侧的循环水泵进行变频控制，调节进入板换的冷却水流量大小(即对缸套水的换冷量大小)。当回水温度T6高于额定回水温度要求时，调高冷却水循环水泵的频率，增大冷却水对缸套水的换冷量；通过PID(Proportion、Integration、Differentiation，即比例积分微分)调节来精确控制温度T6，使发电机缸套水回水温度达到额定回水温度的要求。因此，该冷却系统能够根据系统反馈的当前状态来调整冷却方案，保证冷热电联产系统中发电机组与余热利用设备的联合运行冷却需求和独立运行的冷却器需求。

另外，本实施例中还可以在冷却塔的底部设置有积水盘，且积水盘上还设置有加热棒，用于解决该冷却系统在冬季运行时出现冰冻导致无法正常完成冷却功能的问题。冬季室温低于0℃时，冷却塔长时间不运用，其积水盘的积水就会结冰，影响冷却塔的正常运行。在积水盘设置电加热棒可以很好的解决积水盘冰冻问题。其中加热棒采用电极式液位开关、液位控制器、温度传感器和温控器配合起来控制加热棒的运行，当控制温度超过设定值时，加热器停止加热，当控制温度低于设定值时加热器开始自动加热。

以该一体化冷却系统应用于冷热电联产系统中为例，工作原理如下：

当冷热电联产系统在夏季冷电联产工况下运行时，发电机和余热利用设备运行，冷却塔的运行需要保证余热利用设备和发电机缸套水散热的要求，冷却塔的开启、台数控制、电动旁通阀的开度及冷却水循环水泵的频率通过可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)采集的相关信号进行控制；当冷热电联产系统在冬季热电联产工况下运行时，发电机和余热利用设备运行，冷却塔正常不开启，但根据板换机组对发电机缸套水进行散热的要求，由发电机缸套水的相关参数来调节冷却塔的开启、台数控制、电动旁通阀的开度及冷却水循环水泵的频率；当冷热电联产系统在过渡季冷/热电联产工况下运行时，发电机和余热利用设备运行，冷却塔的运行需要保证余热利用设备和发电机缸套水散热的要求，冷却塔的开启、台数控制、电动旁通阀的开度及冷却水循环水泵的频率通过PLC控制器采集的相关信号进行控制。

综上所述，本实施例提供的冷却系统通过在发电机组与冷却塔之间设置换热机组，可以隔断换热，在利用冷却塔对发电机组进行冷却时保证冷却水进入发电机组的水质以及水压符合要求，因此本实施例改变现有冷却系统的结构，使得冷却塔也可以对发电机组进行水冷，通过在系统配置上减少发电机组的闭式风冷散热器，适当增加水冷散热器的散热容量就能实现一体化冷却系统，减少设备的占地面积以及简化设备。根据发电机组以及余热利用设备反馈的当前状态来调整冷却方案，保证冷热电联产系统中发电机组与余热利用设备的联合运行冷却需求和独立运行的冷却器需求。

实施例二

本实施例还提供了一种冷却系统的控制方法，步骤流程图如图5所示，包括以下步骤：

步骤S11、在换热机组的缸套水侧采集缸套水侧回水温度；

步骤S12、根据缸套水的回水温度结合循环水泵的频率切换电动三通阀，以调节发电机组流向换热机组和余热利用设备的高温缸套水的流量，从而使缸套水的回水温度满足预设要求。

其中步骤S12根据缸套水的回水温度结合循环水泵的频率切换电动三通阀，以调节发电机组流向换热机组和余热利用设备的高温缸套水的流量包括：

电动三通阀优先开启至余热利用设备侧；

当高温缸套水侧的回水温度高于第一预设温度时，电动三通阀调节部分高温缸套水流向第二换热机组，同时对应高温缸套水侧的第二换热机组的循环水泵运行，其中高温缸套水侧的回水温度通过设置在第二换热机组中缸套水侧的温度传感器检测得到。

本实施例中提供的控制方法还包括：

当发电机组开启时，对应低温缸套水侧的第一换热机组的循环水泵运行；

当低温缸套水侧的回水温度低于第二预设温度时调低循环水泵的运行频率；

当低温缸套水侧的回水温度不低于第二预设温度时调高循环水泵的运行频率。

当缸套水侧回水温度高于预设的回水温度时，调高循环水泵的运行频率，增大进入换热机组的冷却水的流量。增大冷却水流量进一步也就增大了缸套水的换热量，从而降低缸套水的回水温度，使得缸套水的回水温度下降到满足额定的回水温度的需求。

本实施例具有同实施例一相同的技术效果，此处不再赘述。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种冷却系统，其特征在于，包括：

冷却塔，用于对发电机组进行冷却；以及

至少一个第一换热机组以及至少一个第二换热机组，均设置在所述发电机组和所述冷却塔之间，其中所述第一换热机组用于与所述发电机组之间形成低温缸套水循环，所述第二换热机组用于与所述发电机组之间形成高温缸套水循环，所述第一换热机组与所述冷却塔之间以及所述第二换热机组与所述冷却塔之间分别形成冷却水循环。

2.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述所述冷却塔之间与所述发电机组还设置有余热利用设备，所述余热利用设备与所述发电机组之间形成高温缸套水循环，所述余热利用设备与所述冷却塔之间形成冷却水循环。

3.如权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括：控制器，与所述发电机组、所述冷却塔、所述第一换热机组、第二换热机组以及所述余热利用设备均连接，用于控制所述冷却系统中冷却水的流量。

4.如权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述第一换热机组及所述第二换热机组均为板式换热机组。

5.如权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述板式换热机组包括：

换热器，所述换热器的两侧分别为缸套水侧和冷却水侧；

多个温度传感器，分别设置在所述缸套水侧的出水管和回水管上以及所述冷却水侧的出水管和回水管上；

循环水泵，设置在所述冷却水侧出水管上，且与所述冷却水侧出水管上的温度传感器连接；

电动三通阀，设置在所述发电机组、所述第二换热机组以及所述余热利用设备的分支处。

6.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却塔的底部设置有积水盘，且所述积水盘上还设置有加热棒。

7.一种对权利要求1至6中任一项所述的冷却系统的控制方法，所述冷却系统用于对发电机组进行冷却，包括冷却塔和换热机组，其特征在于，包括以下步骤：

在所述换热机组的缸套水侧采集缸套水侧回水温度；

根据缸套水的回水温度结合循环水泵的频率切换电动三通阀，以调节所述发电机组流向所述换热机组和所述余热利用设备的高温缸套水的流量。

8.如权利要求7所述的冷却系统的控制方法，其特征在于，所述根据缸套水的回水温度结合循环水泵的频率切换电动三通阀，以调节所述发电机组流向所述换热机组和所述余热利用设备的高温缸套水的流量包括：

所述电动三通阀优先开启至所述余热利用设备侧；

当高温缸套水侧的回水温度高于第一预设温度时，所述电动三通阀调节部分高温缸套水流向所述第二换热机组，同时对应高温缸套水侧的第二换热机组的循环水泵运行，其中所述高温缸套水侧的回水温度通过设置在第二换热机组中缸套水侧的温度传感器检测得到。

9.如权利要求7所述的冷却系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

当所述发电机组开启时，对应低温缸套水侧的第一换热机组的循环水泵运行；

当低温缸套水侧的回水温度低于第二预设温度时调低所述循环水泵的运行频率；

当低温缸套水侧的回水温度不低于第二预设温度时调高所述循环水泵的运行频率。