CN203518792U - 一种火电厂冷却塔太阳能增效装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种火电厂冷却塔太阳能增效装置，通过在传统的火电厂循环冷却水系统基础上增设一个由太阳能供电的涡旋增效装置，包括增效水泵、输水管道和放置于冷却塔上部的多组涡旋喷嘴，利用涡旋喷嘴以可控切角喷出的高压水雾形成切圆涡旋来提高冷却塔的通风效率和冷却工质回收率，同时可以利用太阳光能的昼夜和季节自然调节特性来改善冷却塔系统的运行效率，从而获得明显的节能效果。

Description

一种火电厂冷却塔太阳能增效装置

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能节能装置，特别是一种利用太阳能提高火电厂循环冷却水系统能效和工质回收率的互补型增效装置。

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化石燃料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50-60％的低温余热通过机组循环冷却水系统直接散失到了空气或江河湖海中。其中，在冷却水源较为匮乏的地区，机组循环冷却水系统多采用冷却塔^[1][2]等二次循环方式。而随着对江河湖泊等水源地保护指标的日益严苛，原本可以设计采用循环水直接排放的大容量火力发电厂也不得不改用冷却塔二次循环设计。因此，冷却塔的高效运行也就更具广泛意义。

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^[3]，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。由于我国存在着大量的燃煤火力发电厂，随着环保指标的不断提高，其运营成本的压力也随之大幅度提高。而随着机组初参数的提高和采用各种运行优化措施，在原有的热力系统基础上进一步实现节能减排的空间也逐渐缩小，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。因此，本实用新型申请人曾提出了一种火电厂循环冷却水太阳能节能控制装置，通过利用太阳能昼夜和季节的自然特性变化，通过互补的方法来实现循环水输送系统的节能^[4]。

参考文献：

[1]赵振国.冷却塔[M].北京：中国水利水电出版社.1997.

[2]赵顺安.海水冷却塔[M].北京：中国水利水电出版社.2007.

[3]崔容强等著.并网型太阳能光伏发电系统[M].北京：化学工业出版社.2.007.

[4]一种火电厂循环冷却水太阳能节能控制装置[Z].中国专利，201010191387.5

实用新型内容

为了进一步提高冷却塔运行能效和工质的回收效率，本实用新型提出了一种冷却塔的太阳能增效装置。其技术方案具体是由以下方法和步骤来实现的：

常规的火电厂循环冷却水系统包括冷却塔1、冷却塔水池2、汽轮机凝汽器3、循环水泵4及循环水管路，本实用新型则在火电厂循环冷却水系统中增设了增效水泵5和相应的配水管路，用于将冷却水输送至安装于冷却塔1上部的多组涡旋喷嘴6，每组涡旋喷嘴6均具有可调节的水平倾角α和切圆偏角β，通过喷射高压水雾在冷却塔1上部形成一个可控涡旋，加大冷却塔的通流能力，并可加速塔内水蒸汽的凝结以回收工质；增效水泵5由一个太阳能发电装置7供电，并与涡旋喷嘴6一起由太阳能增效控制系统8控制；

其中，涡旋喷嘴6可设计为外圈布置或中心布置。当涡旋喷嘴6为外圈布置时，多组涡旋喷嘴6间隔布置于冷却塔1的内壁，每组涡旋喷嘴6可有多个喷口，分别向冷却塔中心以一个切圆偏角β喷射高压水雾，从而形成虹吸式上升涡旋；

中心布置则是多组涡旋喷嘴6以不同方向集中布置于冷却塔1中心部位，每组涡旋喷嘴6可有多个喷口9，以水平倾角α由内往外向冷却塔1内壁处喷射高压水雾，从而形成一个扇形可控涡旋。

增效水泵5可设计为其供水取自于冷却塔水池2或取自独立的冷却水水源，即增效水泵5与循环水泵4为并列形式运行；另外，增效水泵5也可设计为连接于循环水泵4出口，即增效水泵5与循环水泵4为串接形式运行；

太阳能增效控制系统8用于调节增效水泵5、涡旋喷嘴6以及太阳能发电装置7的运行状态。其与单元机组分散控制系统DCS之间设计有信号接口联系，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、循环水进回水温度、大气温度的实时数据；同时，太阳能增效控制系统8还可现场采集太阳能发电装置7的供电电压、增效水泵5转速信号、各个涡旋喷嘴6的水平倾角α和切圆偏角β位置信号，上述信号经由太阳能增效控制系统8处理后，输出增效水泵5的启停和转速控制指令、以及调整各个涡旋喷嘴6水平倾角α和切圆偏角β的控制信号；同时，太阳能增效控制系统8还可向单元机组分散控制系统DCS传输上述的各个运行状态及控制信号，便于在中央控制室实现对整个循环水系统及增效装置的集中监控。

本实用新型的有益效果是在现有的火电厂冷却塔循环冷却水系统基础上，采用了太阳能供电的增效冷却系统作为节能优化手段，利用高压水雾形成的涡旋来加大冷却塔的通流能力，并可加速塔内水蒸汽的凝结以回收工质。其可与常规的循环水泵组合使用，可充分利用冷却水塔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冷却和工质回收能力的调节，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实用解决方案。

附图说明

图1是本实用新型的冷却塔增效系统原理图；

图2是本实用新型的涡旋喷嘴工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图1～图2来对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施并给出了具体的实施方式和系统结构，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

由于技术经济性评价的侧重因素不同，国内火力发电厂的冷却塔与国外设计相比，往往通流能力偏小。这样虽然能够减少循环水泵等的厂用耗电量，降低整个冷却塔系统的初始投资，但也相应降低了机组的运行经济性。随着国内对火电厂节能降耗的重视，以及继续提高发电机组设计初参数也受到了高温金属材料等因素的制约，改善循环冷却水系统的运行效率，进一步提高汽轮机发电机组的端差也就成为了一种重要的节能方法。

本实用新型通过采用太阳能和火力发电机组互补的方式，采用了太阳能增效装置来改善循环冷却水的运行效率，发电机组的厂用电率不升反降。由于将太阳能置于机组循环冷却水系统还可以充分利用冷却水塔与太阳能发电装置出力二者间季节和昼夜的自然同步特征，具有很好的自补偿和自调节特性。

本实施例即是在常规的火电厂循环冷却水系统中增设一套增效水泵5和相应的配水管路，用于将冷却水输送至安装于冷却塔1上部的多组涡旋喷嘴6，每组涡旋喷嘴6均具有可调节的水平倾角α和切圆偏角β，通过喷射高压水雾在冷却塔1上部形成一个可控涡旋，加大冷却塔的通流能力，并可加速塔内水蒸汽的凝结以回收工质；增效水泵5由一个太阳能发电装置7供电，并与涡旋喷嘴6一起由太阳能增效控制系统8控制。这种实施方案不仅可以直接应用于新建的电厂的设计，也可以很方便地实现老机组的技术改造。附图1给出了本实用新型一个实施例的系统原理图。增效水泵5的供水取自冷却塔1的冷却水池2，通过输送管道将工作介质输送到放置于冷却塔1上部的多组涡旋喷嘴6。

涡旋喷嘴6的工作原理见附图2。由附图2的A-A截面图可以看出，在本实施例中在冷却塔1的内壁均匀设置了8组涡旋喷嘴6，其喷口均向冷却塔1中心偏置了一个切圆偏角β，用于形成水平切圆涡旋。该偏角可以通过位置控制装置由太阳能增效控制系统8进行调整。同时，由附图2的B-B截面图还可以看出，每组涡旋喷嘴6都有4个涡旋喷口9用于喷射高压水雾，其放置角度即涡旋喷嘴6的水平倾角α也可设计位置控制装置，并由太阳能增效控制系统8控制，这个水平倾角α可以使整个切圆涡旋产生向上的虹吸作用，从而提高冷却塔的通流能力和加快塔内蒸汽的凝结以回收工质。

太阳能增效控制系统8可以根据整个循环冷却水系统包括太阳能发电装置7的工作状态，即时地调整增效水泵5和涡旋喷嘴6的运行。还可以配合机组分散控制系统DCS对循环水泵的运行状态进行调整。

根据整个循环冷却水系统的设计，本实施例还采取了一系列的优化措施，如在太阳能发电装置7中配置了电池储能装置，以便进一步充分利用太阳能和提高增效系统的运行能力。同时，增效水泵5除可以直接从冷却水池2取水之外，还可以切换至机组的循环水补水回路单独取水，作为冷却水池2的补水泵。

Claims (5)

1.一种火电厂冷却塔太阳能增效装置，其中火电厂循环冷却水系统包括冷却塔(1)、冷却塔水池(2)、汽轮机凝汽器(3)、循环水泵(4)及循环水管路，其特征在于：在火电厂循环冷却水系统中增设了增效水泵(5)和相应的配水管路，用于将冷却水输送至安装于冷却塔(1)上部的多组涡旋喷嘴(6)，每组涡旋喷嘴(6)均具有可调节的水平倾角α和切圆偏角β，通过喷射高压水雾在冷却塔(1)上部形成一个可控涡旋；增效水泵(5)由一个太阳能发电装置(7)供电，并与涡旋喷嘴(6)一起由太阳能增效控制系统(8)控制。 

2.如权利要求1所述的一种火电厂冷却塔太阳能增效装置，其特征在于：所述涡旋喷嘴(6)为外圈布置，即多组涡旋喷嘴(6)间隔布置于冷却塔(1)的内壁，每组涡旋喷嘴(6)可有多个喷口，分别向冷却塔中心以一个切圆偏角β喷射高压水雾，从而形成可控涡旋。 

3.如权利要求1所述的一种火电厂冷却塔太阳能增效装置，其特征在于：所述涡旋喷嘴(6)为中心布置，即多组涡旋喷嘴(6)以不同方向集中布置于冷却塔(1)中心部位，每组涡旋喷嘴(6)可有多个喷口(9)，以水平倾角α由内往外向冷却塔(1)内壁处喷射高压水雾，从而形成扇形可控涡旋。 

4.如权利要求1所述的一种火电厂冷却塔太阳能增效装置，其特征在于：所述增效水泵(5)可设计为其供水取自于冷却塔水池(2)或取自独立的冷却水水源，即增效水泵(5)与循环水泵(4)为并列形式运行；另外，增效水泵(5)也可设计为连接于循环水泵(4)出口，即增效水泵(5)与循环水泵(4)为串接形式运行。 

5.如权利要求1所述的一种火电厂冷却塔太阳能增效装置，其特征在于：所述太阳能增效控制系统(8)与单元机组分散控制系统DCS之间设计有信号接口联系，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、循环水进回水温度、大气温度的实时数据；同时，太阳能增效控制系统(8)还可现场采集太阳能发电装置(7)的供电电压、增效水泵(5)转速信号、各个涡旋喷嘴(6)的水平倾角α和切圆偏角β位置信号，上述信号经由太阳能增效控制系统(8)处理后，输出增效水泵(5)的启停和转速控制指令、以及调整各个涡旋喷嘴(6)水平倾角 α和切圆偏角β的控制信号；同时，太阳能增效控制系统(8)还可向单元机组分散控制系统DCS传输上述的各个运行状态及控制信号。 

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