CN110671947A - 一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，包括锅炉、蒸汽管道、蒸汽轮机发电机组、空冷器、自然通风塔、热流体管道和冷流体管道，空冷器在自然通风塔底部外部沿圆周垂直布置，或者空冷器在自然通风塔下部内部水平布置，在自然通风塔底部沿圆周布置多台水平轴风力发电机。本发明利用汽轮机乏汽余热在自然通风塔底部产生的空气流动力进行发电，提高了燃煤电厂的发电效率，增加了发电量。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统及方法，用于火力发电厂汽轮机或相类似蒸汽驱动设备的乏汽冷凝及余热发电。
背景技术
燃煤电厂的发电效率约40%，锅炉燃烧中产生的大部分热能作为废热被排放了。发电过程中，汽轮机低压缸排出的乏汽冷凝热（潜热）占总输入能量的52%左右，大量的余热被作为冷端损失没有得到利用。
为了节省水资源，许多电厂采用自然通风的空冷系统。自然通风的空冷系统按乏汽进入空冷器的方式被分为直接空冷系统和间接空冷系统两类。自然通风的直接空冷系统包括：锅炉、蒸汽管道、蒸汽轮机发电机组、空冷器、自然通风塔、热流体管道、冷流体管道；锅炉产生的高温高压蒸汽在蒸汽轮机发电机组内做功后，成为低压力和低温度的乏汽，经热流体管道直接排入空冷器，在空冷器内凝结成水，同时把余热释放到外部的空气中。自然通风的间接空冷系统与直接空冷系统不同，乏汽先在水冷凝汽器内冷凝，乏汽的冷凝热被循环水带走，由循环水经热流体管道进入空冷器释放。自然通风塔在空冷系统中的作用是提供空气经过空冷器流动所需的抽力（空气驱动力）。
现有的自然通风空冷系统存在的不足：大量的余热没有得到利用，发电效率仍较低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统及方法，不仅增加发电量，也使燃煤电厂的发电效率进一步提高。
本发明的目的是这样实现的：
一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，包括锅炉、蒸汽管道、蒸汽轮机发电机组、空冷器、自然通风塔、热流体管道和冷流体管道，空冷器在自然通风塔底部外部沿圆周垂直布置，或者空冷器在自然通风塔下部内部水平布置，在自然通风塔底部沿圆周布置多台水平轴风力发电机。
优选的，所述自然通风空冷系统为直接空冷系统。
优选的，所述自然通风空冷系统为间接空冷系统，还包括水冷凝汽器和凝结水管道。
优选的，空冷器包括多个“V”形冷却三角或多个倒“V”形冷却三角。
优选的，所述风力发电机布置在自然通风塔外或者自然通风塔内。
优选的，自然通风塔的高度为120米-210米。
优选的，风力发电机风轮直径的范围为10米-36米。
一种利用排汽余热发电的方法，采用上述自然通风空冷系统，包括以下步骤：空冷器释放余热，冷空气经过空冷器后被加热温度升高，变为热空气流入自然通风塔，热空气与塔外冷空气形成了密度差产生了浮力，在塔高作用下自然通风塔底部具有很强的抽力，驱动塔内外空气流动，带动风力发电机发电。
本发明的有益效果是：
本发明利用汽轮机乏汽余热在自然通风塔底部产生的空气流动力进行发电，提高了燃煤电厂的发电效率，增加了发电量。
附图说明
图1为本发明实施例1的示意图（直接空冷系统）。
图2为本发明实施例1空冷器和风力发电机布置俯视图。
图3为本发明实施例2的示意图（间接空冷系统）。
图4为本发明实施例3的示意图（直接空冷系统）。
图5为本发明实施例3空冷器和风力发电机布置俯视图。
图6为本发明实施例4示意图。
图7为本发明实施例4布置空冷器和风力发电机俯视图。
图8为本发明实施例5示意图。
图中：1、锅炉；2、蒸汽管道；3、蒸汽轮机发电机组；4、空冷器；5、自然通风塔；6、热流体管道；7、冷流体管道；8、风力发电机；9、凝结水管道；10、水冷凝汽器。
具体实施方式
实施例1：
参见图1，一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，实施例1属于直接空冷系统，由锅炉1、蒸汽管道2、蒸汽轮机发电机组3、空冷器4、自然通风塔5、热流体管道6、冷流体管道7组成，空冷器4在自然通风塔5底部外部沿圆周垂直布置，在空冷器4进风口处增设了多台水平轴风力发电机8。
图2所示的是空冷器4和风力发电机8的布置。空冷器4布置在自然通风塔5外，空冷器4包括多个冷却三角，每个冷却三角由2片换热器组成一个“V”形，多个冷却三角沿自然通风塔5的圆周布置，风力发电机8布置在空冷器4的外侧（空冷器4的进风口），也沿圆周均匀布置。
蒸气轮机发电机组3排出的乏汽，经热流体管道6直接进入空冷器4，与外部冷空气发生热交换后凝结为水，再经冷流体管道7被送回锅炉1；在锅炉1内加热成为高温高压的蒸汽后经蒸汽管道2又进入蒸汽轮机发电机组3内做功发电。冷空气经过空冷器4后被加热温度升高，变为热空气流入自然通风塔5，热空气与塔外冷空气形成了密度差产生了浮力，在塔高作用下自然通风塔5底部具有很强的抽力，驱使塔内外的空气产生强烈流动，经空冷器4进入塔内。根据计算，自然通风塔5底部空气流动速度通常为4.5-7米/秒，能够满足驱动风力发电机8运转和发电的要求。
自然通风塔5的高度越高，形成的抽力越大；系统热负荷越大，需要的空冷器4的换热面积也越大（数量越多），空冷器4的高度也越高。根据多年的工程实践，自然通风塔5优选的高度范围为120-210米；空冷器4的优选高度范围为18-36米；风力发电机8的外形尺寸应与自然通风塔5和空冷器4的外形尺寸相适应，所以叶轮直径的优选范围为10-36米；风力发电机8的数量应为多台并能够均布在塔底部圆周。
在空冷系统运行过程中，蒸汽轮机发电机组3排出乏汽的冷凝热（余热）使塔内空气温度升高，形成足够抽力、产生空气流动并驱动风力发电机8发电，使空冷系统释放到大气的部分余热得到了利用。
实施例2：
参见图3，一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，本实施例2属于间接空冷系统，比实施例1多了水冷凝汽器10和连接管道（凝结水管道9）。与实施例1相同或相似，由多个“V”形冷却三角组成的空冷器4设置在自然通风塔5的底部外部沿圆周垂直布置，风力发电机8布置在空冷器4的外围，也是沿圆周布置。
从蒸汽轮机发电机组3排出的乏汽先进入水冷凝汽器10，在水冷凝汽器10内被凝结成水经凝结水管道9送回锅炉1。乏汽的凝结热由循环水带走，在水冷凝汽器10内温度升高的循环水，经热流体管道6进入空冷器4，与空冷器4外部的冷空气进行热交换，循环水被冷却、温度降低后再送入水冷凝汽器10内去冷凝乏汽。冷空气通过空冷器4被加热进入自然通风塔5，与实施例1相同，形成了塔内外空气的密度差，使自然通风塔5具有抽力，驱动塔内外空气流动且带动风力发电机8发电。风力发电机8发电的方式与实施例1也相同。
实施例3：
见图4和图5，一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，所述风力发电机8也布置在自然通风塔5的底部，但是，却布置在空冷器4的空气出口处，在自然通风塔4内部沿圆周布置。其余结构与实施例1相同。
实施例4：
见图6，一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，由锅炉1、蒸汽管道2、蒸汽轮机发电机组3、空冷器4、自然通风塔5、热流体管道6、冷流体管道7组成；空冷器4水平布置在自然通风塔5内部下部；增设了水平轴风力发电机8，风力发电机8布置在自然通风塔5底部外部空气入口处。
图7表示了空冷器4和风力发电机8的布置情况（俯视）。空冷器4由多个冷却三角组成，每个冷却三角由两片换热器组成一个倒“V”形（与实施例1类似，实施例1为正“V”形，而本实施例为倒“V”形，即开口向下），多个冷却三角一排排布置在整个自然通风塔5的水平通风横截面上；风力发电机在自然通风塔5外部沿圆周布置。
除空冷器水平布置方式外，实施例4的其它结构与实施例1相同。
实施例5：
见图8，一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，所述风力发电机8布置在自然通风塔5的底部内部，风力发电机8在自然通风塔5内部沿圆周布置。除风力发电机8的位置不同外，实施例5的其它结构与实施例4相同。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，包括锅炉（1）、蒸汽管道（2）、蒸汽轮机发电机组（3）、空冷器（4）、自然通风塔（5）、热流体管道（6）和冷流体管道（7），其特征在于：空冷器（4）在自然通风塔（5）底部外部沿圆周垂直布置，或者空冷器（4）在自然通风塔（5）下部内部水平布置，在自然通风塔（5）底部沿圆周布置多台水平轴风力发电机（8）。
2.根据权利要求1所述的一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，其特征在于：所述自然通风空冷系统为直接空冷系统。
3.根据权利要求1所述的一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，其特征在于：所述自然通风空冷系统为间接空冷系统，还包括水冷凝汽器（10）和凝结水管道（9）。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，其特征在于：空冷器（4）包括多个“V”形冷却三角或多个倒“V”形冷却三角。
5.根据权利要求1所述的一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，其特征在于：所述风力发电机（8）布置在自然通风塔（5）外或者自然通风塔（5）内。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，其特征在于：自然通风塔（5）的高度为120米-210米。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种利用排汽余热发电的自然通风空冷系统，其特征在于：风力发电机（8）风轮直径的范围为10米-36米。
8.一种利用排汽余热发电的方法，其特征在于：采用权利要求1-7任一所述的自然通风空冷系统，包括以下步骤：空冷器释放余热，冷空气经过空冷器后被加热温度升高，变为热空气流入自然通风塔，热空气与塔外冷空气形成了密度差产生了浮力，在塔高作用下自然通风塔底部具有很强的抽力，驱动塔内外空气流动，带动风力发电机发电。
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