CN105576943B - 一种高压直流换流阀热回收系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压直流换流阀热回收系统及其实现方法，该系统在原密闭式循环水冷却系统中接入一个新的热回收系统，在不影响原系统完整性的前提下，通过运用该系统对直流换流阀产生的热量进行热回收并加以适当利用。该热回收系统可以通过采用间壁式换热器实时回收热量加以利用，热回收的热量可以作为换流站生活用热，如供应生活热水，还可以作为工业用热，如用于海上平台海水淡化或对换流站闭式冷却塔排污水进行净化处理后回收利用，达到节约水资源的目的。

Description

一种高压直流换流阀热回收系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种热回收系统及其实现方法，具体讲涉及一种高压直流换流阀热回收系统及其实现方法。

背景技术

热回收是节能领域中常见的节能方法。通过分析国内和国际统计数量，可知直流输电换流站数量较少，同时换流站在电网中的重要性导致其对可靠性要求非常高，远远超过对节能的要求；因此，从目前的统计来看，国内外并未出现换流阀的热回收设备的。

高压直流输电被视为目前世界上远距离传输能源最经济的方式之一。对于直流输电换流阀，其热损耗主要由晶闸管或IGBT等电力电子设备产生，为了将热损耗带走以维持换流阀的正常工作，目前所投运的换流阀都采用密闭式水冷系统。纵观国内外换流站，由于工程建设有着明确的专业分工，换流阀设计制造由专业的厂家开展，而换流站的冷热环境则由空调厂家开展，二者联系不多。冬季时，换流阀绝大多数热量通过换热器散失到室外环境中。而环境保护和节能减排日益重要，有必要对换流阀热损耗进行回收并加以梯级利用，如冬季对换流站供热及提供生活热水、海上平台海水淡化，闭式冷却塔排水回收处理等。

直流换流阀运行过程中会产生大量的热损耗，目前采用去离子水作为冷却介质对电力电子元器件进行降温冷却。换流阀出水温度与环境温度差值较小，一般为30～40℃。从热工的角度来看，如此小的温差导致该热量较难加以利用；但是由于其热量集中、稳定、功率大，从热回收角度来看则可加以适当利用，并具有一定的节能价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的是提供一种高压直流换流阀热回收系统及其实现方法，本发明利用直流换流阀部分热源通过水冷却系统换热，将热量传输到末端用热设备；为扩大热能的利用将换流站的消防水池作为蓄热设备，为整个换流站供热。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种高压直流换流阀热回收系统，所述系统包括用于高压直流输电、柔性直流输电中的密闭式水冷系统，所述密闭式水冷却系统包括换流阀外冷却设备E1和换流阀主循环泵P1；所述换流阀外冷却设备E1的一端通过阀门V1与换流阀C1的出水侧连接，另一端与换流阀主循环泵P1连接；所述换流阀主循环泵P1与换流阀C1的进水侧连接；其改进之处在于，所述密闭式水冷却系统通过阀门与余热回收系统连接。

进一步地，所述余热回收系统包括间壁式换热器E2、换流站末端用热设备E3、用热侧水泵P2和其他工业末端用热设备E4；所述换流阀外冷却设备E1的一端通过阀门V2与间壁式换热器E2连接；所述换流阀C1的阴极通过阀门V3与间壁式换热器E2连接；所述间壁式换热器E2通过阀门V4与用热侧水泵P2连接；所述用热侧水泵P2通过阀门V5与换流站末端用热设备E3连接；所述用热侧水泵P2通过阀门V7与其他工业末端用热设备E4连接；所述换流站末端用热设备E3通过阀门V6与间壁式换热器E2连接；所述其他工业末端用热设备E4通过阀门V8与间壁式换热器E2连接。

进一步地，所述间壁式换热器E2的流体阻力设置在换流阀主循环泵P1的额定量程范围内，通过调节所述余热回收系统流体阻力来调节热回收功率；所述阀门V1为流量调节阀，调节换流阀流量来控制间壁式换热器E2的功率。

进一步地，根据环境温度和流量来控制换流阀外冷却设备E1，控制流体进入换流阀的温度T1，使得温度T1低于换流阀要求进水温度的定值。

进一步地，所述换流阀外冷却设备E1包括空气冷却器、闭式冷却塔、制冷机组、蓄冷机组、冷水机组及相互组合形成的复合冷却器，所述换流站末端用热设备E3包括空调用热设备和生活用热设备，所述其他工业末端用热设备E4包括蒸发式海水淡化设备、热泵式污水蒸发处理设备、吸收式空调设备和吸附式空调设备。

本发明还提供一种高压直流换流阀热回收系统的实现方法，其改进之处在于，所述方法设置流量调节阀V1，调节换流阀流量来控制间壁式换热器E2的功率；包括下述情况：

(一)不使用余热回收系统时，关闭阀门V2和V3，开启流量调节阀V1；

(二)使用余热回收系统时，包括：

1)接入换流站末端用热设备E3使用余热回收系统时，开启阀门V2和V3，调整流量调节阀V1；开启用热侧水泵P2、阀门V5和V6，通过调节阀门V4，达到理想的用热水温，为40～100℃；

2)接入其他工业末端用热设备E4时，开启阀门V2和V3，调整流量调节阀V1；开启用热侧水泵P2、阀门V7和V8，通过调节阀门V4，调控回收的热源；回收的热源用于海上平台作为海水淡化的热源使用，或用于闭式塔进行排污水净化处理回收。

与现有技术比，本发明的有益效果是：

1)本发明采用换流阀下游接入，热回收效率比从上游接入高。

2)本发明在原密闭式水冷却系统中接入一个新的换热系统，而不影响原系统的完整性。接入的间壁式换热器E2流阻设置在主泵P1的额定扬程范围内。通过调节接入的余热回收系统流体阻力来调节热回收功率。由于原系统是调整T1来平衡换流阀进阀水温度，因此进入E2间壁式换热器的水温是稳定的。

3)该发明广泛适用于高压直流输电、柔性直流输电中的密闭式水冷系统，热回收的热量可以用于换流站的生活用水，同时也可以用于海上平台作为海水淡化的热源使用，也可以用于闭式塔进行排污水净化处理回收，将回收的水用于闭式塔补充水。

附图说明

图1是本发明提供的高压直流换流阀热回收系统结构图；其中：E1-换流阀外冷却设备、P1-换流阀主循环泵、C1-换流阀(发热源)、T1-流体进入换流阀的温度、E2-间壁式换热器、E3-换流站末端用热设备、P2-用热侧水泵、E4-其他工业末端用热设备；

图2是现有技术的换流阀密闭式水冷却系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

直流换流阀运行过程中会产生大量的热损耗，目前采用去离子水作为冷却介质对电力电子元器件进行降温冷却。换流阀出水温度与环境温度差值较小，一般为30～40℃。从热工的角度来看，如此小的温差导致该热量较难加以利用；但是由于其热量集中、稳定、功率大，从热回收角度来看则可加以适当利用，并具有一定的节能价值。

直流输电换流阀主要发热源为晶闸管、阻尼电阻和饱和电抗器，一般采用密闭式循环水冷却系统进行冷却，冷却途径为通过换热器将热量从发热源导出并最终传输到环境中。针对这种技术特点，本发明提供了一种高压直流换流阀热回收系统。

常规的换流阀密闭式水冷却系统如图2，该系统为换流阀密闭式水冷却系统的主循环系统。根据环境温度和流量来控制阀外冷却设备E1从而控制流体进入换流阀的温度T1，使得该温度低于换流阀要求的进水温度的定值。

本发明提供的一种高压直流换流阀热回收系统，在原密闭式循环水冷却系统中接入一个新的热回收系统，在不影响原系统完整性的前提下，通过运用该系统对直流换流阀产生的热量进行热回收并加以适当利用。该热回收系统可以通过采用间壁式换热器实时回收热量加以利用，热回收的热量可以作为换流站生活用热，如供应生活热水，还可以作为工业用热，如用于海上平台海水淡化或对换流站闭式冷却塔排污水进行净化处理后回收利用。

本发明提供的高压直流换流阀热回收系统结构图如图1所示，包括由换流阀外冷却设备E1和换流阀主循环泵P1组成的密闭式水冷却系统；所述换流阀外冷却设备E1的一端通过阀门V1与换流阀C1的出水侧连接，另一端与换流阀主循环泵P1连接；所述换流阀主循环泵P1与换流阀C1的进水侧连接；密闭式水冷却系统通过阀门与余热回收系统连接。

余热回收系统包括间壁式换热器E2、换流站末端用热设备E3、用热侧水泵P2和其他工业末端用热设备E4；所述换流阀外冷却设备E1的一端通过阀门V2与间壁式换热器E2连接；所述换流阀C1的阴极通过阀门V3与间壁式换热器E2连接；所述间壁式换热器E2通过阀门V4与用热侧水泵P2连接；所述用热侧水泵P2通过阀门V5与换流站末端用热设备E3连接；所述用热侧水泵P2通过阀门V7与其他工业末端用热设备E4连接；所述换流站末端用热设备E3通过阀门V6与间壁式换热器E2连接；所述其他工业末端用热设备E4通过阀门V8与间壁式换热器E2连接。

换流阀外冷却设备E1包括空气冷却器、闭式冷却塔、制冷机组、蓄冷机组、冷水机组及相互组合形成的复合冷却器，所述换流站末端用热设备E3包括空调用热设备和生活用热设备，所述其他工业末端用热设备E4包括蒸发式海水淡化设备、热泵式污水蒸发处理设备、吸收式空调设备和吸附式空调设备。

间壁式换热器E2的流体阻力设置在换流阀主循环泵P1的额定量程范围内，通过调节所述余热回收系统流体阻力来调节热回收功率；所述阀门V1为流量调节阀，调节换流阀流量来控制间壁式换热器E2的功率。

根据环境温度和流量来控制换流阀外冷却设备E1，控制流体进入换流阀的温度T1，使得温度T1低于换流阀要求进水温度的定值。

本发明还一种高压直流换流阀热回收系统的实现方法，该方法设置流量调节阀V1，调节换流阀流量来控制间壁式换热器E2的功率；包括下述情况：

(一)不使用余热回收系统时，关闭阀门V2和V3，开启流量调节阀V1；

(二)使用余热回收系统时，包括：

1)接入换流站末端用热设备E3使用余热回收系统时，开启阀门V2和V3，调整流量调节阀V1；开启用热侧水泵P2、阀门V5和V6，通过调节阀门V4，达到理想的用热水温(40～100℃)；

2)接入其他工业末端用热设备E4时，开启阀门V2和V3，调整流量调节阀V1；开启用热侧水泵P2、阀门V7和V8，通过调节阀门V4，调控回收的热源；回收的热源用于海上平台作为海水淡化的热源使用，或用于闭式塔进行排污水净化处理回收。

本发明采用换流阀出水侧接入，热回收效率比换流阀进水侧接入时高；通过优化设计换热器的阻力使得在原密闭式水冷却系统中接入一个新的热回收系统也不影响原系统的正常工作；该发明广泛适用于高压直流输电、柔性直流输电中的密闭式水冷系统，热回收的热量可以用于换流站的生活用水，也可以用于海上平台作为海水淡化的热源使用，还可以用于闭式塔进行排污水净化处理回收，将回收的水用于闭式塔补充水，以达到节约水资源的目的。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高压直流换流阀热回收系统，所述系统包括用于高压直流输电、柔性直流输电中的密闭式水冷系统，所述密闭式水冷却系统包括换流阀外冷却设备E1和换流阀主循环泵P1；所述换流阀外冷却设备E1的一端通过阀门V1与换流阀C1的出水侧连接，另一端与换流阀主循环泵P1连接；所述换流阀主循环泵P1与换流阀C1的进水侧连接；其特征在于，所述密闭式水冷却系统通过阀门与余热回收系统连接；

所述余热回收系统包括间壁式换热器E2、换流站末端用热设备E3、用热侧水泵P2和其他工业末端用热设备E4；所述换流阀外冷却设备E1的一端通过阀门V2与间壁式换热器E2连接；所述换流阀C1的阴极通过阀门V3与间壁式换热器E2连接；所述间壁式换热器E2通过阀门V4与用热侧水泵P2连接；所述用热侧水泵P2通过阀门V5与换流站末端用热设备E3连接；所述用热侧水泵P2通过阀门V7与其他工业末端用热设备E4连接；所述换流站末端用热设备E3通过阀门V6与间壁式换热器E2连接；所述其他工业末端用热设备E4通过阀门V8与间壁式换热器E2连接；

所述间壁式换热器E2的流体阻力设置在换流阀主循环泵P1的额定量程范围内，通过调节所述余热回收系统流体阻力来调节热回收功率；所述阀门V1为流量调节阀，调节换流阀流量来控制间壁式换热器E2的功率；

根据环境温度和流量来控制换流阀外冷却设备E1，控制流体进入换流阀的温度T1，使得温度T1低于换流阀要求进水温度的定值。

2.如权利要求1所述的高压直流换流阀热回收系统，其特征在于，所述换流阀外冷却设备E1包括空气冷却器、闭式冷却塔、制冷机组、蓄冷机组、冷水机组及相互组合形成的复合冷却器，所述换流站末端用热设备E3包括空调用热设备和生活用热设备，所述其他工业末端用热设备E4包括蒸发式海水淡化设备、热泵式污水蒸发处理设备、吸收式空调设备和吸附式空调设备。

3.一种如权利要求1-2任一项所述的高压直流换流阀热回收系统的实现方法，其特征在于，所述方法设置流量调节阀V1，调节换流阀流量来控制间壁式换热器E2的功率；包括下述情况：

(一)不使用余热回收系统时，关闭阀门V2和V3，开启流量调节阀V1；

(二)使用余热回收系统时，包括：

1)接入换流站末端用热设备E3使用余热回收系统时，开启阀门V2和V3，调整流量调节阀V1；开启用热侧水泵P2、阀门V5和V6，通过调节阀门V4，达到理想的用热水温，为40～100℃；

2)接入其他工业末端用热设备E4时，开启阀门V2和V3，调整流量调节阀V1；开启用热侧水泵P2、阀门V7和V8，通过调节阀门V4，调控回收的热源；回收的热源用于海上平台作为海水淡化的热源使用，或用于闭式塔进行排污水净化处理回收。