CN216523221U - 一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统 - Google Patents

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胡孟起
王一丰
连小龙
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Abstract

本实用新型公开了一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统，包括：太阳能光伏板发电制冷系统，利用空冷塔外墙布置的太阳能光伏板，将太阳能直接转化为电能；燃气轮机进气喷雾冷却系统，通过将太阳能光伏板发电制冷系统制得的冷水送入布置好的喷嘴中；空冷塔进气喷雾冷却系统，通过将太阳能光伏板发电制冷系统制得的冷水送入布置于光伏板下方的喷嘴中。本实用新型针对夏季高温情况下，联合循环机组燃气轮机性能和空冷塔的换热效果下降，而此时正好有丰富的太阳能资源的情况。

Description

一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统
技术领域
本实用新型属于电厂冷却系统、太阳能综合利用领域，具体涉及一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统。
背景技术
在湿冷塔中，冷却水主要通过蒸发散热的方式将废热直接传递给空气，这将造成大量的水资源的消耗。而在空冷塔中，空气和冷却水通过空冷散热器进行热交换，冷却水通过对流换热的方式将废热传递给空气，避免了冷却水与空气直接接触换热所造成的水资源消耗。而在缺水的干旱、沙漠等地区，常常蕴藏有大量的天然气、页岩气资源，如中东地区、我国的新疆、山西等地区等。因此，考虑到用水的限制，当在上述地区建设联合循环机组时，空冷塔可成为一个非常有竞争力的选择。
但是，在缺水的地区建设配置有空冷塔的联合循环机组，面临的一个较大的问题是，在夏季高温情况下，随着环境空气干球温度的升高，燃气轮机的性能和空冷塔换热效果的将显著下降。燃气轮机性能的下降将直接导致燃气轮机出力的下降，而空冷塔换热效果的下降，将使汽轮机背压显著增大，汽轮机出力也将大幅下降，因此在夏季高温情况下，联合循环机组的出力将受到燃气轮机和空冷系统的综合影响而显著减小，而夏季高温情况下又是居民用电的高峰期，因此，提高夏季高温情况下燃气轮机的性能以及空冷塔换热效果，对于提高联合循环机组的经济收益是有较大的实际意义的。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统，针对夏季高温情况下，联合循环机组燃气轮机性能和空冷塔的换热效果下降，而此时正好有丰富的太阳能资源的情况。
本实用新型采用如下技术方案来实现的：
一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统，包括：
太阳能光伏板发电制冷系统，利用空冷塔外墙布置的太阳能光伏板，将太阳能直接转化为电能；
燃气轮机进气喷雾冷却系统，通过将太阳能光伏板发电制冷系统制得的冷水送入布置好的喷嘴中；
空冷塔进气喷雾冷却系统，通过将太阳能光伏板发电制冷系统制得的冷水送入布置于光伏板下方的喷嘴中。
本实用新型进一步的改进在于，当燃气轮机和空冷系统的喷雾冷却系统运行时，太阳能光伏板制成的电能驱动螺杆式制冷机组制成冷水，并驱动水泵将冷水输送至燃气轮机和空冷系统的喷雾冷却系统，多余的电能则接入厂用电系统中。
本实用新型进一步的改进在于，螺杆式制冷机组能够将厂内除盐水降温至5℃。
本实用新型进一步的改进在于，当燃气轮机和空冷系统的喷雾冷却系统停止运行时，太阳能光伏板制成的电能则全部接入厂用电系统，在侧风影响下，空冷塔的将换热效能下降，部分太阳能光伏板充当空冷塔导流板的作用，提升空冷塔在侧风影响下的换热性能。
本实用新型进一步的改进在于，空冷塔进气喷雾冷却系统中，当光伏板脏污积灰时，将喷雾水储罐中的喷雾水送入布置于光伏板上方的喷嘴中，对光伏板实施清洗，提升光伏板发电效率。
本实用新型进一步的改进在于，喷嘴能够将冷水变为直径为50μm的水滴。
本实用新型进一步的改进在于，部分喷嘴采用水平顺流布置、部分喷嘴采用逆流布置以及部分喷嘴采用30°角的倾斜布置。
本实用新型进一步的改进在于，太阳能光伏板呈导流板形状。
本实用新型至少具有如下有益的技术效果：
本实用新型提供的一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统，空冷塔作为天然气发电厂内的大型设备，具有塔高高、外形面积大等优势，并且空冷塔与厂内其他设备、建筑不同，空冷塔的外墙可随意布置光伏板，并不影响空冷塔的运行性能、维护与检修等。本实用新型通过充分利用空冷塔入口处与外墙处的外部空间，布置太阳能光伏板，其中空冷塔入口处的太阳能光伏板还可作为空冷塔的导流板；太阳能光伏板将太阳能转化为电能，实现太阳能资源和空冷塔外部空间资源的充分利用。
将太阳能光伏板制成的电能用于驱动喷雾冷却系统的制冷机组、各类水泵等耗电设备，制得的喷雾冷水可用于燃气轮机和空冷系统的喷雾冷却系统，提高喷雾水与空气间的换热效果，显著降低进入燃气轮机和空冷塔的空气干球温度，提高燃气轮机性能和空冷塔的换热效果，达到提升燃气轮机与汽轮机发电功率的目的。根据估算，如通过制冷机组值得的冷水与常温水相比水温降低约30％，可使显热冷却效果提升超过180％；如燃气轮机进口空气温度降低3℃，燃机发电功率可升高约9MW(针对美国通用电气9HA.01型燃气轮机)；如能通过喷雾冷却，降低空冷塔的空气干球温度至约20℃运行，可显著降低机组背压，提升汽机出力，预计一年可为电厂带来超过500万元的收益。如太阳能光伏板有多余的电量可输送至厂用电系统，降低电厂的厂用电率。
在环境侧风影响下，该系统的部分导流板形状的太阳能光伏板可作为导流板，提升空冷塔在侧风影响下的换热性能。与无导流板的情况相比，通过布置宽度为1.5米的导流板形状的光伏板，可在侧风为4～12m/s下，提升空冷塔的换热性能约40～65％。
附图说明
图1为本实用新型的整体系统示意图。
图2为太阳能光伏板发电制冷系统示意图。
图3为燃气轮机进气喷雾冷却系统示意图。
图4为空冷塔进气喷雾冷却系统示意图。
附图标记说明：1为燃气轮机；2为太阳能光伏板发电制冷系统；2A为螺杆式制冷机组；2B为第一冷水输运水泵；2C为导流板形状的太阳能光伏板；2D为空冷散热器；2E为空冷塔外墙布置的太阳能光伏板；3为燃气轮机进气喷雾冷却系统；3A为第二冷水输运水泵；3B为喷雾水储罐；3C为第一将冷水加压至喷嘴压力的水泵；3D为喷嘴；3E为压气机进口的空气过滤器；3F为消音器；4为空冷塔进气喷雾冷却系统；4A为第三冷水输运水泵；4B为喷雾水储罐；4C为第二将冷水加压至喷嘴压力的水泵；4D为喷雾冷却系统内部的连通水管；4E为喷嘴；4F为输运水泵；4G为连通水管；4H为喷嘴。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
如图1所示，本实用新型提供的一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统，包括：
太阳能光伏板发电制冷系统2：如图2所示，在夏季高温情况下，通过布置在空冷塔外墙底部的太阳能光伏板2C、以及空冷塔外墙布置的太阳能光伏板2E将太阳能转化为电能，并驱动螺杆式制冷机组2A；螺杆式制冷机组2A将厂内除盐水降温至5℃，并通过第一冷水输运水泵2B输送至燃气轮机进气喷雾冷却系统3和空冷塔进气喷雾冷却系统4。导流板形状的太阳能光伏板2C、空冷塔外墙布置的太阳能光伏板2E发出的多余电能将输送至燃气轮机进气喷雾冷却系统3和空冷塔进气喷雾冷却系统4，驱动第二冷水输运水泵3A、第三冷水输运水泵4A、输运水泵4F，以及第一将冷水加压至喷嘴压力的水泵3C、第二将冷水加压至喷嘴压力的水泵4C。如仍有多余的电能则接入厂用电系统。当燃气轮机进气喷雾冷却系统3和空冷塔进气喷雾冷却系统4停运时，太阳能光伏板发电制冷系统2则全部输入厂用电系统。在环境侧风影响下，该系统的部分导流板形状的太阳能光伏板2C可作为导流板，提升空冷塔在侧风影响下的换热性能。与无导流板的情况相比，通过布置宽度为1.5米的导流板形状的光伏板2C，可在侧风为4～12m/s下，提升空冷塔的换热性能约40～65％。
燃气轮机进气喷雾冷却系统3。如图3所示，从太阳能光伏板发电制冷系统2来的冷水经冷水输运水泵3A输送至从喷雾水储罐3B，再经水泵3C加压至喷嘴工作压力，进入喷嘴3D中。喷嘴3D布置在压气机进口空气过滤器3E和消声器3F之间。如图3所示，喷嘴3D采用逆流布置的方式，而冷水经加压后并经喷嘴后变为直径约为50μm的水滴以增强喷雾与空气的换热能力，提升喷雾冷却效果。空气经喷雾冷却后进入压气机中。从太阳能光伏板发电制冷系统2来制得的电能则驱动冷水输运水泵3A和将冷水加压至喷嘴压力的水泵3C。
空冷塔进气喷雾冷却系统4。如图4所示，从太阳能光伏板发电制冷系统2来的冷水经冷水输运水泵4A输送至从喷雾水储罐4B，并经水泵4C加压至喷嘴工作压力，并经喷雾冷却系统内部的连通水管4D后进入喷嘴4E。喷嘴4E布置在导流板形状的太阳能光伏板2C的下端，并尽量远离空冷塔，以增加水滴运行距离，增强冷却效果，并保证水滴完全蒸发，不腐蚀空冷散热器2D。导流板形状的太阳能光伏板2C呈水平布置，并紧贴空冷塔外壁。如图4所示，部分喷嘴4E采用水平顺流布置、部分采用逆流布置、部分采用30°角的倾斜布置，冷水经加压后并经喷嘴后变为直径约为50um的水雾以增强水雾与空气的换热能力，并在导流板形状的太阳能光伏板2C下完全蒸发，不腐蚀空冷散热器2D，并取得较好的冷却效果。当太阳能光伏板脏污积灰时，从喷雾水储罐4B输送部分喷雾水经输运水泵4F，后进入连通水管4G后再进入喷嘴4H。喷嘴4H布置在太阳能光伏板1C的上部，并采用倾斜布置，实现对布置在空冷塔外墙底部的导流板形状的太阳能光伏板2C、以及空冷塔外墙布置的太阳能光伏板2E的清洗。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统，其特征在于，包括：
太阳能光伏板发电制冷系统，利用空冷塔外墙布置的太阳能光伏板，将太阳能直接转化为电能；
燃气轮机进气喷雾冷却系统，通过将太阳能光伏板发电制冷系统制得的冷水送入布置好的喷嘴中；
空冷塔进气喷雾冷却系统，通过将太阳能光伏板发电制冷系统制得的冷水送入布置于光伏板下方的喷嘴中。
2.根据权利要求1所述的一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统，其特征在于，当燃气轮机和空冷系统的喷雾冷却系统运行时，太阳能光伏板制成的电能驱动螺杆式制冷机组制成冷水，并驱动水泵将冷水输送至燃气轮机和空冷系统的喷雾冷却系统，多余的电能则接入厂用电系统中。
3.根据权利要求2所述的一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统，其特征在于，螺杆式制冷机组能够将厂内除盐水降温至5℃。
4.根据权利要求1所述的一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统，其特征在于，当燃气轮机和空冷系统的喷雾冷却系统停止运行时，太阳能光伏板制成的电能则全部接入厂用电系统，在侧风影响下，空冷塔的将换热效能下降，部分太阳能光伏板充当空冷塔导流板的作用，提升空冷塔在侧风影响下的换热性能。
5.根据权利要求1所述的一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统，其特征在于，空冷塔进气喷雾冷却系统中，当光伏板脏污积灰时，将喷雾水储罐中的喷雾水送入布置于光伏板上方的喷嘴中，对光伏板实施清洗，提升光伏板发电效率。
6.根据权利要求1所述的一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统，其特征在于，喷嘴能够将冷水变为直径为50μm的水滴。
7.根据权利要求1所述的一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统，其特征在于，部分喷嘴采用水平顺流布置、部分喷嘴采用逆流布置以及部分喷嘴采用30°角的倾斜布置。
8.根据权利要求1所述的一种耦合太阳能的联合循环机组喷雾冷却系统，其特征在于，太阳能光伏板呈导流板形状。
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