CN106855030B - 风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻方法 - Google Patents

Abstract

风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻方法，属于电厂领域，技术要点是：S1.沿风电厂至海挖掘露天渠道，包括海水引入渠道和海水排放渠道，引流海水至风电厂区内；S2.在所述海水排放渠道中选择部分渠段安装下述风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻系统，并由海水引入渠道引入作为冷却水的海水，将其与汽轮机凝汽器进行换热以液化蒸汽，该换热为第一次换热，并将第一次换热后的海水引流至海水排放渠道。

Description

风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻方法

技术领域

本发明属于电厂领域，涉及一种风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻方法。

背景技术

电厂蒸汽需要冷却水冷却，一般电厂冷却水来自于冷却塔，而近海的电厂可以直接引入海水作为冷却水对蒸汽冷却以达到就地取材的目的。海水完成蒸汽冷凝会提高自身热量，如大连冬季时，该完成冷凝的海水的温度会达到18度左右，一般电厂会将这部分海水回流到海里，并没有对这部分热量利用。

如果冬季时能利用这部分海水热量防冻，会降低防冻成本，风电厂的风电冷却系统，冷却工质在极地温度情况下，会导致冷却系统结冰，现有技术使用膨胀水箱及其加热装置以解决该问题，申请号2007101713928的中国发明专利申请公开了风电冷却系统的防冻结构，然而，单纯使用加热装置会增加能源消耗，提高防冻成本。如果能与海水换热，使用海水热量防冻，将极大降低能源消耗。然而海水与冷却水换热，由于海水中混杂泥沙、藻类等易粘附杂质，长时间的换热会导致换热效率极度降低，此外，换热过程中，产生的部分水蒸气，是一种自然净化水，如果加以利用，可以实现对海水的净化。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻方法，技术方案是：包括如下方法：

S1.沿风电厂至海挖掘露天渠道，包括海水引入渠道和海水排放渠道，引流海水至风电厂区内；

S2.在所述海水排放渠道中选择部分渠段安装所述风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻系统，并由海水引入渠道引入作为冷却水的海水，将其与汽轮机凝汽器进行换热以液化蒸汽，该换热为第一次换热，并将第一次换热后的海水引流至海水排放渠道；

S3.膨胀水箱中空层连通于PE中介水回流管，在风电机组停机时，风电机组的风电冷却系统中的冷却工质回流膨胀水箱，当风电机组需要启动时，PE中介水回流管中流动的来自中空层的中介水与进入密闭沟渠的海水换热，提高该中介水的温度，将热量提供给膨胀水箱内的冷却工质，使其融化并输送到风电冷却系统；

在该中介水与海水换热过程中，海水的蒸发气凝结于密闭沟渠的倾斜上盖，并沿着凝结水引流渠道进入导水槽以收集净化水，该中空层的中介水与海水换热过程中，耐腐蚀网循环传动过滤，并由外网铲刀在传动过程中铲去粘接在耐腐蚀网上的杂质，排沟中的杂质由刮板定期刮除；

所述风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻系统包括膨胀水箱、风电冷却系统、换热系统，所述膨胀水箱与风电冷却系统连接，所述膨胀水箱为双层中空式膨胀水箱，膨胀水箱中空层连通于换热系统的PE中介水回流管；

所述的风电冷却系统包括水泵，液压站、发电机、齿轮箱、变频器、热交换器、调温器和冷却器，膨胀水箱的一端与风电冷却系统的水泵连接，另一端连接第二调温器，所述的液压站、发电机、齿轮箱、变频器一端均与水泵及压力表相连，另一端均连接有一热交换器，分别为第一热交换器、第二热交换器、第三热交换器、第四热交换器，其中，液压站经第一热交换器输出后通过一第一调温器与所述的第二热交换器的另一端相连，还通过一第三调温器与所述的第四热交换器的另一端相连，所述的冷却器通过一第二调温器与所述的第三热交换器的另一端相连；

所述换热系统包括密闭沟渠，其具有倾斜平板型上盖，所述上盖的外表面铺设保温层，沿着所述上盖的倾斜方向，在其上开设若干凝结水引流渠道，所述各引流渠道汇聚在置于所述上盖的倾斜底边的导水槽，密闭沟渠的两端部安装密封门，所述导水槽由密封门伸出，入水口安装在一侧密封门上，并具有过滤网，所述倾斜平板型上盖的倾斜角度为5～10度；

所述沟渠的水平下盖铺设一组U型PE中介水回流管，该组的各PE中介水回流管间呈半包围式均匀排布，并在间隙填充沙子密实，各PE中介水回流管安装有循环泵，且与中介水储水箱连通，并在连通管道上安装控制阀，且各PE中介水回流管与膨胀水箱的中空层连通；

作为冷却水的海水与火电厂的汽轮机凝汽器换热，换热后的海水由一侧密封门进入，在密闭沟渠中与PE中介水回流管中的中介水换热；在PE中介水回流管的上层覆盖一层透水砖，所述透水砖倾斜铺设，且在位于倾斜最低处的透水砖的附近挖出排沟，使位于倾斜最低处的透水砖与排沟连通；所述上盖与透水砖的铺设倾斜方向一致，所述透水砖的倾斜角度是7～12度；

透水砖的上层铺设耐腐蚀网，所述耐腐蚀网为单层钢丝网，网丝呈横纵垂直交叉均匀排布；主动辊和从动辊安装在左右两侧密封门的支撑架上，第一传动链条分别与所述主动辊的前端和所述从动辊的前端相连，第二传动链条分别与所述主动辊的后端和所述从动辊的后端相连，以使所述主动辊与所述从动辊联动，所述耐腐蚀网覆盖在第一传动链条或第二传动链条上；两侧密闭门的支撑架中的一个或两个安装有外网铲刀；

所述排沟配备有刮板，排沟中铺设有用于刮板行进的轨道；

所述膨胀水箱内和中空层中还安装有辅助加热器。

进一步的，所述膨胀水箱的中空层具有补水口。

有益效果：本发明使用与电厂蒸汽换热后的海水和风电场膨胀水箱内的中空层的中介水换热，以对带有电厂废热的海水的热量进行回收，并且，提升了海水换热的换热效率，延长了耗材的使用时间，还将由蒸汽产生的冷凝水回收利用，以形成换热、净化的一体式系统。

附图说明

图1为本发明所述系统的结构示意图；

图2为本发明所述系统的另一种结构示意图；

图3为耐腐蚀网传动结构示意图；

图4是所述系统的结构框图；

图5为实施例中所述方法的示意图。

1.上盖，2.导水槽，3.PE中介水回流管，4.透水砖，5.耐腐蚀网，6.主动辊，7.从动辊，8.第一传动链条，9.耐腐蚀网，10.电机，11.耐腐蚀网，12..第二传动链条。

具体实施方式

本实施方式提供一种实施例，以对本发明进一步说明。

在一种实施例中，风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻系统，包括膨胀水箱、风电冷却系统、换热系统，所述膨胀水箱与风电冷却系统连接，所述膨胀水箱为双层中空式膨胀水箱，膨胀水箱中空层连通于换热系统的PE中介水回流管；

所述的风电冷却系统包括水泵，液压站、发电机、齿轮箱、变频器、热交换器、调温器和冷却器，膨胀水箱的一端与风电冷却系统的水泵连接，另一端连接第二调温器，所述的液压站、发电机、齿轮箱、变频器一端均与水泵及压力表相连，另一端均连接有一热交换器，分别为第一热交换器、第二热交换器、第三热交换器、第四热交换器，其中，液压站经第一热交换器输出后通过一第一调温器与所述的第二热交换器的另一端相连，还通过一第三调温器与所述的第四热交换器的另一端相连，所述的冷却器通过一第二调温器与所述的第三热交换器的另一端相连；

所述换热系统包括密闭沟渠，其具有倾斜平板型上盖1，所述上盖1的外表面铺设保温层，沿着所述上盖1的倾斜方向，在其上开设若干凝结水引流渠道，所述各引流渠道汇聚在置于所述上盖1的倾斜底边的导水槽2，密闭沟渠的两端部安装密封门，所述导水槽2由密封门伸出。换热过程中，会有大量水蒸气在上盖1凝结为凝结水，通常被认为是一种可回收的洁净水，为对这部分水进行回收利用，将上盖1设置为平板型倾斜上盖1，且开设若干凝结水引流渠道，将凝结在上盖1的凝结水通过重力作用引流，并汇聚在上盖1的倾斜底边的导水槽2，以使得这部分凝结水被收集。而铺设保温层，是为了保证低温季节不结冰，如冬季时，上盖1温度过低，可能导致凝结水结冰的问题出现。所述倾斜平板型上盖的倾斜角度为5～10度，优选为8度，由于上盖倾斜设置的目的是为了收集凝结水，如果倾斜角度过小，则凝结水不易流动，不能到达导水槽，使得凝结水无法被引流收集；而过大角度，又使得凝结水流速难以控制，产生溢流现象，且过大的角度，还浪费了大量的保温层材料，该角度范围是经过大量的角度更换实验发现的较佳范围，凝结水在该范围下流速较为理想，能够适配收集速度，且不会发生溢流现象，在该角度下，保温层材料的使用不会导致明显的成本增加。在该实施例中，对海水的蒸发凝结水进行回收，是得到洁净水的一种非常有效的手段，这种回收发生在换热过程中，进一步促进了回收的水量，比如，被处理的海水的流量是10000吨/小时，按照万分之一的蒸发量，每小时的蒸发量可以达到1吨，一天收集的洁净水能达到24吨左右，收集的水量非常可观。

该系统中，流入第一次换热后的海水的入水口安装在一侧密封门上，并具有过滤网，以过滤掉第一次换热后的海水在排放流动过程中落入的垃圾等较为大件的东西。所述沟渠的水平下盖铺设一组U型PE中介水回流管3，该组的各PE中介水回流管3间呈半包围式均匀排布，并在间隙填充沙子密实，各PE中介水回流管3安装有循环泵，且与中介水储水箱连通，并在连通管道上安装控制阀；U型PE中介水回流管3内即循环流动的中介水，储水箱的水可直接来自自来水，在需要时，可使用储水箱中的水补充PE中介水回流管3中的中介水。

作为冷却水的海水与火电厂的汽轮机凝汽器换热，换热后的海水由一侧密封门进入，在密闭沟渠中与PE中介水回流管3中的中介水换热，PE中介水通过水箱连通于膨胀箱的中空层，以使得换热后的中介水提升膨胀箱内的冷却工质的温度。

而用沙子密实U型PE中介水回流管3，一方面起固定管的作用，另一方面，沙子的热传递较好，适合换热使用，如果没有使用沙子，一旦易粘接的杂质长期吸附于管上，必将极大影响热交换效率。

第一次换热后的海水由一侧密封门进入，在密闭沟渠中与PE中介水回流管3中的中介水换热；在PE中介水回流管3的上层覆盖一层透水砖4，所述透水砖4倾斜铺设，且在位于倾斜最低处的透水砖4的附近挖出排沟，使位于倾斜最低处的透水砖4与排沟连通，所述排沟配备有刮板，排沟中铺设有用于刮板行进的轨道；所述上盖1与透水砖4的铺设倾斜方向一致；使用透水砖4的目的是，在U型PE中介水回流管3与进水之间形成一层过滤，使得水可以通过透水砖4换热且杂质被透水砖4过滤，而为了避免透水砖4被杂质粘接，将其倾斜设置，以使得杂质受重力作用，由透水砖4滑下进入排沟，只要定期清理排沟即可，并且使用轨道带动刮板最排沟进行清理，可以使用控制器控制清理的周期和强度，清理效果较佳，延长了透水砖4的使用时间和清理时间。所述透水砖的铺设倾斜角度是7～12度，优选为10度，在该方案中，可以优选在透水砖上表面贴附透水滑层，以使得杂质更易滑下落入排沟，透水砖倾斜铺设的目的是为了使得杂质受重力滑下到排沟，由于海水在引入电厂时，已经被过滤一次，因而，排放过程中杂质明显的较海里的海水少一些，在这种情况下，无需使得透水砖倾斜角度过大；透水砖倾斜角度大，杂质容易落下，然而却也使得海水容易在排沟附近积聚，导致换热不均匀的问题，而角度过小，杂质不易落入排沟，经过大量倾斜实验发现，上述范围最为理想，在此范围内，杂质容易滑落到排沟中，且不会造成排沟附近的海水积聚，而上盖1与透水砖4的铺设倾斜方向一致，目的是为了在上盖的凝结水发生溢流时，由于落下的凝结水温度与海水温度不同会影响换热均匀，因而，作出上述限定，即使发生溢流，由于倾斜方向一致，溢流水一般会流到排沟附近，远离透水砖，降低对换热的影响。在本实施例中，优选海水引入密闭沟渠的量维持在刚没过透水砖或者没过透水砖，且刚没过第二传动链条，此时换热效果较佳。

然而，在实践中发现，只使用透水砖4进行过滤，在多次实践中发现，透水砖4的使用时间仍不理想，为了增加透水砖4的使用时间，也为了提高过滤效果，增加换热效率，在透水砖4的上层铺设耐腐蚀网5，所述耐腐蚀网5为单层钢丝网，当然，也可以是多层钢丝网，网丝呈横纵垂直交叉均匀排布；主动辊6和从动辊7安装在左右两侧密封门的支撑架上，第一传动链条8分别与所述主动辊6的前端和所述从动辊7的前端相连，第二传动链条12分别与所述主动辊6的后端和所述从动辊7的后端相连，以使所述主动辊6与所述从动辊7联动，所述耐腐蚀网5覆盖在第一传动链条8或第二传动链条12上；以此，使得耐腐蚀网5循环传动，让杂质粘接在钢丝网上，而为了增加钢丝网的过滤效果和使用时间，在所述两侧密封门的支撑架中的一个或两个安装有外网铲刀，以铲除外网上粘接的杂质，该所述铲刀可配合以支架伸出，使其能刮除外网粘接物，其下具有接料槽，接住粘结物，以定期清理，因而，该传动机构的耐腐蚀网可以伸出密封门，即铲刀位于外侧的密封门上(铲刀位于系统密闭空间之外，如图1)，以方便清理接料槽的粘接物，而为了考虑密封性，可以将该铲刀置于内侧的密封门上(铲刀位于系统密闭空间之内，如图2)。

本实施例中，为了防止膨胀水箱内的冷却工质和中空层内的中介水由于温度极低时，不能使用所述换热系统有效运行，所以在所述膨胀水箱内和中空层中还安装有辅助加热器，以在需要时候，能够快速加温，所述膨胀水箱的中空层具有补水口。

在一种实施例中，所有与海水接触的设备、元器件等，均是耐腐蚀性的。

作为一种实施例，该风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻系统的防冻方法如下：

S1.沿风电厂至海挖掘露天渠道，包括海水引入渠道和海水排放渠道，引流海水至风电厂区内；

S2.在所述海水排放渠道中选择部分渠段安装所述风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻系统，并由海水引入渠道引入作为冷却水的海水，将其与汽轮机凝汽器进行换热以液化蒸汽，该换热为第一次换热，并将第一次换热后的海水引流至海水排放渠道；

S3.膨胀水箱中空层连通于PE中介水回流管，在风电机组停机时，风电机组的风电冷却系统中的冷却工质回流膨胀水箱，当风电机组需要启动时，PE中介水回流管中流动的来自中空层的中介水(约10度)与进入密闭沟渠的海水(约18度)换热，提高该中介水的温度，将热量提供给膨胀水箱内的冷却工质，使其融化并输送到风电冷却系统；

在该中介水与海水换热过程中，海水的蒸发气凝结于密闭沟渠的倾斜上盖，并沿着凝结水引流渠道进入导水槽以收集净化水，该中空层的中介水与海水换热过程中，耐腐蚀网循环传动过滤，并由外网铲刀在传动过程中铲去粘接在耐腐蚀网上的杂质，排沟中的杂质由刮板定期刮除；

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻方法，其特征在于，包括如下方法：

S1.沿风电厂至海挖掘露天渠道，包括海水引入渠道和海水排放渠道，引流海水至风电厂区内；

S2.在所述海水排放渠道中选择部分渠段安装所述风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻系统，并由海水引入渠道引入作为冷却水的海水，将其与汽轮机凝汽器进行换热以液化蒸汽，该换热为第一次换热，并将第一次换热后的海水引流至海水排放渠道；

S3.膨胀水箱中空层连通于PE中介水回流管，在风电机组停机时，风电机组的风电冷却系统中的冷却工质回流膨胀水箱，当风电机组需要启动时，PE中介水回流管中流动的来自中空层的中介水与进入密闭沟渠的海水换热，提高该中介水的温度，将热量提供给膨胀水箱内的冷却工质，使其融化并输送到风电冷却系统；

在该中介水与海水换热过程中，海水的蒸发气凝结于密闭沟渠的倾斜上盖，并沿着凝结水引流渠道进入导水槽以收集净化水，该中空层的中介水与海水换热过程中，耐腐蚀网循环传动过滤，并由外网铲刀在传动过程中铲去粘接在耐腐蚀网上的杂质，排沟中的杂质由刮板定期刮除；

所述风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻系统包括膨胀水箱、风电冷却系统、换热系统，所述膨胀水箱与风电冷却系统连接，所述膨胀水箱为双层中空式膨胀水箱，膨胀水箱中空层连通于换热系统的PE中介水回流管；

所述的风电冷却系统包括水泵，液压站、发电机、齿轮箱、变频器、热交换器、调温器和冷却器，膨胀水箱的一端与风电冷却系统的水泵连接，另一端连接第二调温器，所述的液压站、发电机、齿轮箱、变频器一端均与水泵及压力表相连，另一端均连接有一热交换器，分别为第一热交换器、第二热交换器、第三热交换器、第四热交换器，其中，液压站经第一热交换器输出后通过一第一调温器与所述的第二热交换器的另一端相连，还通过一第三调温器与所述的第四热交换器的另一端相连，所述的冷却器通过一第二调温器与所述的第三热交换器的另一端相连；

所述换热系统包括密闭沟渠，其具有倾斜平板型上盖(1)，所述上盖(1)的外表面铺设保温层，沿着所述上盖(1)的倾斜方向，在其上开设若干凝结水引流渠道，所述各引流渠道汇聚在置于所述上盖(1)的倾斜底边的导水槽(2)，密闭沟渠的两端部安装密封门，所述导水槽(2)由密封门伸出，入水口安装在一侧密封门上，并具有过滤网，所述倾斜平板型上盖(1)的倾斜角度为5～10度；

所述沟渠的水平下盖铺设一组U型PE中介水回流管(3)，该组的各PE中介水回流管(3)间呈半包围式均匀排布，并在间隙填充沙子密实，各PE中介水回流管(3)安装有循环泵，且与中介水储水箱连通，并在连通管道上安装控制阀，且各PE中介水回流管(3)与膨胀水箱的中空层连通；

作为冷却水的海水与火电厂的汽轮机凝汽器换热，换热后的海水由一侧密封门进入，在密闭沟渠中与PE中介水回流管(3)中的中介水换热；在PE中介水回流管(3)的上层覆盖一层透水砖(4)，所述透水砖(4)倾斜铺设，且在位于倾斜最低处的透水砖(4)的附近挖出排沟，使位于倾斜最低处的透水砖(4)与排沟连通；所述上盖(1)与透水砖(4)的铺设倾斜方向一致，所述透水砖的倾斜角度是7～12度；

透水砖(4)的上层铺设耐腐蚀网(5)，所述耐腐蚀网(5)为单层钢丝网，网丝呈横纵垂直交叉均匀排布；主动辊(6)和从动辊(7)安装在左右两侧密封门的支撑架上，第一传动链条(8)分别与所述主动辊(6)的前端和所述从动辊(7)的前端相连，第二传动链条(12)分别与所述主动辊(6)的后端和所述从动辊(7)的后端相连，以使所述主动辊(6)与所述从动辊(7)联动，所述耐腐蚀网(5)覆盖在第一传动链条(8)或第二传动链条(12)上；两侧密闭门的支撑架中的一个或两个安装有外网铲刀；

所述排沟配备有刮板，排沟中铺设有用于刮板行进的轨道；

所述膨胀水箱内和中空层中还安装有辅助加热器。

2.如权利要求1所述的风电场的基于海水源热泵的风电冷却防冻方法，其特征在于，所述膨胀水箱的中空层具有补水口。