DE112008002100T5

DE112008002100T5 - Verfahren zum Verbessern der Kühlleistung eines Direktluftkühlungssystems für ein Kraftwerk und des Kühlungssystems desselben

Info

Publication number: DE112008002100T5
Application number: DE112008002100T
Authority: DE
Inventors: Chunjiang Han; Peng Guo; Yuyang Gong
Original assignee: China Datang Technologies and Engineering Co Ltd
Current assignee: China Datang Technologies and Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2028-12-06
Also published as: CN101430168B; DE112008002100B4; US8320750B2; US20110214845A1; CN101430168A; WO2010060235A1

Abstract

Verfahren zum Verbessern der Kühlleistung eines Direktluftkühlungssystems für ein Kraftwerk, das folgende Schritte umfasst:
1) ein Kühlungssystem wird mit einer Spannung des Stromnetzes verbunden und gibt eine Spannung an einen Elektromotor ab, so dass seine Betriebsspannung 380–390 V erreicht;
2) eine Frequenz von 40–47 Hz wird von einem Frequenzumwandler in dem Kühlungssystem an den Elektromotor abgegeben;
3) ein Ventilator wird durch den Elektromotor angetrieben, der bei einer Spannung von 380–390 V und einer Frequenz von 40–47 Hz arbeitet, um gemäß eines festgelegten Geschwindigkeitsverhältnisses mit der Hilfe eines Drehzahlminderers zu rotieren, und
4) Kühlwind wird durch den rotierenden Ventilator frontal auf einen Wärmeradiator abgegeben.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung gehört zu dem technischen Gebiet der Stromerzeugung. Sie bezieht sich auf ein Direktluftkühlungssystem für ein Kraftwerk, insbesondere auf ein Verfahren zum Verbessern der Kühlleistung eines Direktluftkühlungssystems für ein Kraftwerk und ein Kühlungssystem eines Direktluftkühlungssystems für ein Kraftwerk.
STAND DER TECHNIK
Ein Kühlungssystem ist ein wichtiges Verbindungsglied in dem Stromerzeugungsvorgang. Abdampf, der Arbeit verrichtet hat, muss in einem Dampfkondensator kondensiert werden und wiederverwendet werden.
Es gibt zwei Arten von Kraftwerkskühlungssystemen, Wasserkühlung und Luftkühlung, und der Hauptunterschied zwischen diesen liegt in dem Kühlungssystem. Ein Stromaggregat, das ein Luftkühlungssystem anwendet, erfordert Umgebungsluft anstatt Wasser als Kühlmedium des Abdampfes von einer Dampfturbine.
Es gibt zwei Arten von Kraftwerksluftkühlungssystemen. Eine Art sind indirekte Luftkühlungssysteme, die in Gemischtypluftkühlungssysteme und Oberflächentypluftkühlungssysteme unterteilt werden können. Wie in indirekten Luftkühlungssystemen wird Kühlwasser von einem Oberflächentypdampfkondensator einer Dampfturbine in einen Kühlturm gekühlt. Eine andere Art sind Direktluftkühlungssysteme (ACC). Wie bei Direktluftkühlung wird Abdampf von einer Dampfturbine direkt durch Luft gekühlt, und die Luft und der Dampf tauschen Wärme aus.
Direktluftkühlungssysteme, die den Zwiespalt zwischen Reichhaltigkeit an Kohle und Mangel an Wasser wirksam gelöst haben, sind ein Vertreter des Trends von zukünftigen Luftkühlungssystemen (siehe Tawney R, Khan Z, Zachary J; Economic and Performance Evaluation of Heat Sink Options in combined Cycle Applications [A]; Proceeding of Turbo Expo [C]; ASME/IGTI Turbo Expo, Atlanta, Georgia, USA, 2003).
Das erste 1.500 kW direkte Luftkühlungsaggregat auf der Welt wurde im Jahre 1938 in einem Minen-Mund-Kraftwerk in Deutschland in Betrieb genommen. Gegenwärtig sind Deutschland und die USA in der Direktluftkühlungstechnologie führend. Existierende Direktluftkühlungssysteme umfassen deutsche Einzelrohr-, Doppelröhrensysteme und amerikanische Einzelrohr-, Dreifachröhrensysteme.
Das Wirkprinzip eines Kraftwerks, das Direktluftkühlungssysteme verwendet, ist in 1 gezeigt, wobei Wasser mit einer Pumpe durch einen Kessel geschickt wird und durch verbrennenden Brennstoff (Kohle, Öl, Erdgas oder Kohlegase etc.) auf überhitzte Bedingungen erwärmt wird, und der überhitzte Dampf wird durch eine Rohrleitung zu einer Dampfturbine geschickt, die den Stromerzeuger antreibt, um Strom zu erzeugen. Der Dampf, der Arbeit verrichtet hat, und dessen Druck und Temperatur auf 5 kPa (Kilopascal)~50 kPa und 30~38°C reduziert wurde, wird durch eine Rohrleitung in einen Direktluftkühlungswärmeradiator befördert, wo die Hitze des Dampfes durch strömende Luft von unten nach oben mit der Hilfe eines Kühlventilators getragen wird, und der Dampf wird zu Wasser gekühlt. Nach dem Einsammeln wird das gekühlte Wasser wieder durch die Pumpe zum Erhitzen in den Kessel gesandt, wodurch ein Kreislauf gebildet wird.
In den vergangenen Jahren hat China solche Technologien für Anwendungen in der Stromerzeugungsindustrie eingeführt, z. B. führte das zweite Datong Kraftwerk (2 × 600 MW (1000 Kilowatt) Anlage) ein deutsches Einröhren-Direktluftkühlungssystem ein, das Datong Yungang Kraftwerk (2 × 200 MW Anlage) führte ein deutsches Doppelröhren-Direktluftkühlungssystem ein und das Yushe Kraftwerk (2 × 300 MW Anlage) führte ein amerikanisches Dreifachröhren-Direktluftkühlungssystem ein.
Gegenwärtig gibt es mehr als 100 Direktluftkühlungsstromanlagen, die in China in Betrieb genommen wurden, und alle von diesen sind Großanlagen (300 MW oder mehr pro Anlage). Ein Verhältnis der installierten Leistung von Direktluftkühlungsstromanlagen und der von indirekten Luftkühlungsstromanlagen liegt oberhalb von 9:1.
Das Kernstück eines Direktluftkühlungssystems liegt in einem Ventilatorkühlungssystem, wie es in 2 gezeigt ist. Die Kernvorrichtung eines Ventilatorkühlungssystems umfasst einen Transformator, einen Frequenzumwandler, elektrische Kabel, einen Elektromotor mit variabler Frequenz, einen Drehzahlminderer und einen Ventilator. Der Transformator, der Frequenzumwandler und die elektrischen Kabel stellen eine benötigte Spannungsversorgung bereit. Der Elektromotor treibt den Drehzahlminderer an, der den Ventilator antreibt, um ihn zu drehen, so dass Luft gelenkt wird, von unten nach oben zu strömen. Wenn die strömende Luft durch den Wärmeradiator passiert, wird ein Konvektionswärmetransfer gebildet, folglich wird die Hitze des Dampfes weggetragen und das Ziel, dass der Dampf gekühlt wird, wird erreicht.
In China befinden sich Direktluftkühlungssysteme noch in einer Vorstufe und Erfahrungen in Entwicklung und Betrieb sind unzureichend. Zuverlässigkeit des Luftkühlungssystems interessiert die Besitzer eines Kraftwerks mehr als die Wirtschaftlichkeit der Optimisierung, Luftkühlungssysteme zu entwickeln (siehe Brief Introduction of Power Station Air-Cooling Systems, herausgegeben durch China Industrial Control Website am 10. November 2008). Die unabhängige Entwicklung und das unabhängige Zusammenfassen von Großkraftwerksluftkühlungssystemen ist eine der wichtigen Aufgaben für die Lokalisierung wesentlicher technischer Anlagen durch China gewesen.
Im Sommer, wenn die Temperatur am höchsten ist, ist, um einen normalen Betrieb der Anlagen sicherzustellen, das Verbessern der Wärmetransferleistung zwischen der Umgebungsluft und dem Abdampf der Dampfturbine notwendig, um den Druck des Dampfkondensators in dem Kühlungssystem auf einem normalen Niveau zu halten. Der effektivste Weg, um die Wärmeabstrahlleistung des Wärmeradiators zu erhöhen, ist es, die Flussrate der Kühlungsluft zu erhöhen, d. h. die frontale Windgeschwindigkeit des Luftkühlungswärmeradiators zu erhöhen, demnach ist es nötig, die Rotationsgeschwindigkeit des Ventilators zu erhöhen (siehe Operation Problems and Solutions for Direct Air-Cooled Condenser Systems, Yang Lijun, Du Xiaoze, Yang Yongping, Liu Dengying, Guo Yuenian, Modern Electric Power, Volume 23, No. 2, April 2006).

Wie in 2 gezeigt, sind die Betriebsparameter des Ventilatorkühlungssystems in bestehenden Direktluftkühlungssystemen für Kraftwerke bei maximaler Ausgangsleistung:

– Transformatoreingangsspannung (a):	6k V (Kilovolt) oder 10 kV,
	Ausgangsspannung: 380 V
	(Volt);
– Frequenzumwandlerausgangsfrequenz (d):	55 Hz (Hertz);
– Betriebsfrequenz des Elektromotors (f):	55 Hz;
– Geschwindigkeitsverhältnis des Drehzahlminderers (g):	(Rotationsgeschwindigkeit
	des Elektromotors bei 55 Hz)
	/(110% der
	Nennrotationsgeschwin
	digkeit des Ventilators).

Außerdem ist ein oft auftretendes Phänomen, dass bei hohen Temperaturen im Sommer die Arbeitsleistung und der Leistungsgrad der Direktluftkühlungssysteme deutlich unterhalb der konstruierten Anforderungen liegen, was eine starke Auswirkung auf die ökonomische Effizienz des Kraftwerks hat. Tabelle 1: Daten von Energieerzeugungsverlusten von verschiedenen Kraftwerken in China

Nr.	Kraftwerk	Anlagengröße (MW)	Maximalleitung der Anlage im Sommer (MW)	Energieerzeugungsverlust (pro Jahr, MW)	Bemerkung
1	Zweites Datong Kraftwerk (II)	2 × 600	500	2 × 900	Umgebungstemperatur: 30°C; Dampfmaschinengegendruck: 30 kPa
2	Yuncheng Kraftwerk	2 × 600	450	2 × 1350	Umgebungstemperatur: 32°C; Dampfmaschinengegendruck: 30 kPa
3	Tuoketuo Kraftwerk	2 × 600	450	2 × 1350	Umgebungstemperatur: 26°C; Dampfmaschinengegendruck: 30 kPa
4	Uralgebirgskraftwerk	2 × 300	210	2 × 810	Umgebungstemperatur: 28°C; Dampfmaschinengegendruck: 30 kPa

Anmerkung: „pro Jahr” in der Tabelle wurde entsprechend den drei heißesten Monaten im Sommer und den drei heißesten Stunden jedes Tages berechnet

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verbessern von Kühlleistung eines Direktluftkühlungssystems für ein Kraftwerk bereitzustellen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kühlungssystem für ein Direktluftkühlungssystem für ein Kraftwerk bereitzustellen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte:

1. Ein Transformator in einem Kühlungssystem wird mit einer Spannung des Stromnetzes verbunden und gibt eine Spannung an den Elektromotor ab, so dass die Betriebsspannung 380–390 V erreicht;
2. Eine Frequenz von 40–47 Hz wird von einem Frequenzumwandler in dem Kühlungssystem an den Elektromotor abgegeben;
3. Ein Ventilator wird durch den Elektromotor, der mit einer Spannung von 380–390 V und einer Frequenz von 40–47 Hz arbeitet, angetrieben, um entsprechend einem festgelegten Geschwindigkeitsverhältnisses mit der Hilfe eines Drehzahlminderers zu drehen; und
4. Kühlwind wird durch den drehenden Ventilator frontal auf einen Wärmeradiator abgegeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Eingangdrossel zwischen dem Transformator und dem Frequenzumwandler derart angebracht, um die Interferenz der harmonischen Wellen zu dem Stromnetz zu unterdrücken.
Das Geschwindigkeitsverhältnis des Drehzahlminderers ist (die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors bei einer Frequenz von 40–47 Hz)/(110–130% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators).
Die Spannungsabfallsbandbreite der Eingangsdrossel liegt zwischen 1%–5%, und der Induktivitätswert der Ausgangsdrossel liegt zwischen 30–50 µH.
Der Transformator ist mit einer Spannung von 10 kV oder 6 kV des Stromnetzes verbunden, und solche Spannung wird zu einer Spannung von 400 V transformiert. Die Eingangsdrossel ist mit der 400 V-Spannung verbunden, und gibt eine Spannung von 395–398 V an den Frequenzumwandler ab. Der Frequenzumwandler arbeitet zwischen einer Frequenz von 40–47 Hz, und gibt eine Spannung von 395–398 V zu der Ausgangsdrossel ab. Die Ausgangsdrossel, die mit der 395–398 V-Spannung verbunden ist, gibt eine Spannung von 385–395 V durch elektrische Kabel ab. Der Elektromotor arbeitet bei einer Spannung von 380–390 V und einer Frequenz von 40–47 Hz.
Spannungen für die Langzeitbetriebsdauerhaltbarkeit der Vorrichtungen des Kühlungssystems sind:

– Der Transformator: 420 V;

– Der Frequenzumwandler: 480 V; und

– Der Elektromotor: 400 V.
Das Kühlungssystem der vorliegenden Erfindung umfasst einen Transformator, der durch elektrische Kabel elektrisch verbunden ist, einen Frequenzumwandler, einen Elektromotor, einen Drehzahlminderer und einen Ventilator, wobei der Transformator mit einer Spannung des Stromnetzes verbunden ist und eine Spannung zu dem Elektromotor durch den Frequenzumwandler abgibt, der eine Frequenz zu dem Elektromotor abgibt, dessen Eingangsklemmspannung 380–390 V, und dessen Eingangsfrequenz 40–47 Hz sind.
Das oben genannte System umfasst ferner eine Ausgangsdrossel, die zwischen dem Frequenzumwandler und dem Elektromotor angeordnet ist.
Auch kann eine Eingangsdrossel umfasst werden, die zwischen dem Transformator und dem Frequenzumwandler angeordnet ist.
Das Geschwindigkeitsverhältnis des Drehzahlminderers ist (die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors bei einer Frequenz von 40–47 Hz)/(110–130% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators).
Die Spannungsabfallsbandbreite der Eingangsdrossel liegt zwischen 1%–5% und die Induktivität der Ausgangsdrossel liegt zwischen 30–50 µH.
Der Transformator ist ein Trockentyptransformator.
Wie in 3 gezeigt, steht die Kühlleistung des Systems direkt in Zusammenhang mit der Windgeschwindigkeit. Die Zeichnung stellt die Windgeschwindigkeit des Wärmeradiators in Abhängigkeit des Wärmetransferkoeffizienten K und des Radiatordruckabfalls dar, von dem gesehen werden kann, dass K mit steigender Windgeschwindigkeit zunimmt, sozusagen, je höher die Windgeschwindigkeit ist, desto besser ist die Wärmeaustauscheigenschaft.
Theoretisch kann das Erhöhen der Rotationsgeschwindigkeit des Ventilators dadurch erreicht werden, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors erhöht wird, d. h. unendlich die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors zu erhöhen, erhöht die Rotationsgeschwindigkeit des Ventilators. Trotzdem ist, wie durch die Eigenschaften des Elektromotors eingeschränkt, 50% ein Wendepunkt der Eigenschaften des Elektromotors, unterhalb dieses Werts liefert er ein konstantes Moment, während oberhalb diesen Wertes er eine konstante Leistung liefert. Dementsprechend ist es unausführbar, die Rotationsgeschwindigkeit des Ventilators zu erhöhen, indem man die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors oberhalb von 50 Hz erhöht.
Aufgrund der Faktoren von Produktionsfehlern und Entwicklungsfehlern etc., die in dem Elektromotor existieren, haben die oben genannten theoretischen Daten einen gewissen Abstand von den praxisnahen Elektromotoreigenschaften. 4 zeigt eine Leistungskurve eines angewandten Elektromotors unter angewandter Last, und wie man sieht, erreicht der Elektromotor bei angewandtem Betrieb den kritischen Punkt des Eigenschaftenübergangs bei ungefähr 47 Hz. Es ist von der Kurve bekannt, dass unterhalb 47 Hz zusammen mit dem Zunehmen der Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors ein Zunehmen der Ausgangsleistung erreicht werden kann. Aber oberhalb von 47 Hz kann das Ausgangsmoment nicht erhöht werden, egal wie stark die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors erhöht wird.
Unter den obigen Voraussetzungen ist, um die Windgeschwindigkeit zu erhöhen, eine Frage, wie sicherzustellen ist, dass der Elektromotor die Ausgangsleistung maximieren kann, eine andere Frage ist, wie man effektiv die Drehmomentabgabe durch den Elektromotor zu dem Ventilator überträgt.
Die Drehmomentabgabe des Elektromotors ist: T_N = 9550·P_N/n_N, wobei

T_N:: Drehmoment;
P_N:: Elektromotorleistung;
n_N:: Elektromotorrotationsgeschwindigkeit;

PN = 3U1·I1·cosθ = (nN·TN)/9550,

U₁:: Elektromotoreingangsspannung;
I₁:: Elektromotoreingangsstrom;
θ:: Phasenwinkel.

Wie man von dem oben Genannten sieht, wird, wenn die Eingangsspannung des Elektromotors konstant ist, die Ausgangsleistung des Elektromotors verändert wie der Eingangsstrom verändert wird (die Drehmomentabgabe wird zur selben Zeit auch verändert). Auch wird, wenn der Eingangsstrom des Elektromotors konstant ist, die Ausgangsleistung des Elektromotors verändert, wie die Eingangsspannung verändert wird (die Drehmomentabgabe wird auch zur selben Zeit verändert). Trotzdem beeinflusst in praktischen Anwendungen eine Spannungsänderung direkt die Stromänderung.
Dementsprechend gilt in der Ingenieurpraxis, dass die Eingangsspannung des Elektromotors sichergestellt werden kann, und die Ausgangsleistung des Elektromotors im Wesentlichen mit einer Sicherheit bereitgestellt wird.
Betriebsparameter eines Ventilatorkühlungssystems in existierenden Direktluftkühlungssystemen für Kraftwerke sind bei ihrer maximalen Ausgangsleistung:

– Transformatoreingangsspannung (a): 6 kV oder 10 kV, Ausgangsspannung:

380 V;

– Frequenzumwandlerausgangsfrequenz (d): 55 Hz;

– Elektromotorarbeitsfrequenz (f): 55 Hz.
Wie man aus 5 sieht und durch Messungen und Analyse von Labortestdatenbetriebsparameter des Elektromotors und praktischem Betrieb sieht, erreicht der Elektromotor nicht die ausgelegte Nennspannung von 380 kV bei 55 Hz. Wenn der Elektromotor bei 44–47 Hz betrieben wird (statistische Daten), ist die Ausgangsspannung am höchsten, die allerdings nur 90~95% der Nennspannung ist. Des Weiteren wird nicht nur die Arbeitsspannung des Elektromotors verändert, sondern der Arbeitspunkt des Elektromotors wird auch von 55 Hz zu ungefähr 44–47 Hz verändert (statistische Daten). Dementsprechend muss, damit die Ausgangsleistung des Elektromotors exzellent eingesetzt wird, der Arbeitspunkt des Elektromotors entsprechend der praktischen Situation neu bestimmt werden, und die normale Arbeitsspannung des Elektromotors muss sichergestellt werden.
Durch tatsächliche Messungen finden die Spannungsabfälle in dem System hauptsächlich in zwei Teilen statt: Der Drossel und den elektrischen Kabel. 6 stellt die Spannungsausgangskurve des Frequenzumwandlers dar und durch einen Vergleich zwischen 5 und 6 ist gezeigt, dass Spannungsabfälle hauptsächlich in zwei Teilen stattfinden: Der Drossel und den elektrischen Kabel.

Aufgrund des Spannungsabfalls sind die Arbeitsparameter der Bauelemente:

– Transformatoreingangsspannung (a):	6 kV oder 10 kV;
– Eingangsspannung der Eingangsdrossel (b):	380 V;
– Frequenzumwandlereingangsspannung (c):	370–375 V;
– Frequenzumwandlerausgangsspannung und -frequenz (d):	370–375 V, 55 Hz;
– Eingangsspannung und Frequenz der Ausgangsdrossel (e):	370–375 V, 55 Hz;
– Elektromotoreingangsspannung und -frequenz (f):	360–365 V, 55 Hz.

Andererseits ist die Beziehung zwischen dem Ausgangsmoment des Elektromotors und der Frequenz der Spannungsversorgung in 4 gezeigt. Wenn die Spannungsversorgung bei 55 Hz liegt, verliert der Elektromotor 20% oder mehr an Ausgangsmoment, was einen starken Einfluss auf die Ausgangsleistung des ganzen Systems hat.
In Anbetracht der oben genannten Faktoren wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Ausgangsspannung des Transformators von den derzeitigen 380 V auf 400 V erhöht, wodurch die Eingangsspannung des Elektromotors weiterhin 380–390 V erreichen kann, auch wenn der Faktor des Spannungsabfalls gegeben ist.
Gemäß der Beziehung zwischen dem Ausgangsmoment des Elektromotors und der Frequenz der Spannungsversorgung reduziert die vorliegende Erfindung die Ausgangsfrequenz des Frequenzumwandlers von den derzeitigen 45 Hz weiter zu 40–47 Hz, so dass die Elektroden innerhalb des Bereichs betrieben werden, der ermöglicht, das maximale Ausgangsmoment und Ausgangsspannung zu erreichen.
Mit dem Sicherstellen einer zuverlässigen Ausgangsleistung des Elektromotors ist das nächste Ziel, die Ausgangsleistung des Elektromotors effektiv zu dem Ventilator zu transferieren. Damit das Ausgangsmoment des Systems verstärkt wird, ist ein Drehzahlminderer in dem System angeordnet, und eine Auswahl von dem Geschwindigkeitsverhältnis des Drehzahlminderers beeinflusst direkt die ausgeübte Leistung des Ventilators.
Die Windgeschwindigkeit des Ventilators wird bestimmt durch das Druckluftvolumen des Ventilators. Um die Windgeschwindigkeit des Ventilators zu erhöhen, muss das Druckluftvolumen erhöht werden.
Das Druckluftvolumen des Ventilators ist: Q = K·N,wobei

Q:: Druckluftvolumen;
K:: Proportionalitätskonstante;
N:: Ventilatorrotationsgeschwindigkeit.

Wellenleistung des Ventilators: P = D·n3 = (nN·TN)/9550,wobei

P:: Ventilatorwellenleistung;
D:: Proportionalitätskonstante.

Es ist aus den obigen beiden Formeln ersichtlich, dass unter der Voraussetzung, dass die anderen Faktoren sich nicht ändern, eine Flussrate des Ventilators durch Verändern der Rotationsgeschwindigkeit des Ventilators erhöht werden kann, allerdings muss die Wellenleistung, die von dem Ventilator benötigt wird, auch erhöht werden.
Zum jetzigen Zeitpunkt ist die Beziehung zwischen der Leistung des Ventilators und dem Elektromotor: P = PN·ηElektromotor·ηDrehzahlminderer,wobei

η_Elektromotor:: Effizienz des Elektromotors;
η_{Drehzahlminderer}:: Effizienz des Drehzahlminderers.

Die Beziehung zwischen der Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors und der Rotationsgeschwindigkeit des Ventilators ist: n1 = λ·n2,wobei

n₁:: Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors;
n₂:: Rotationsgeschwindigkeit des Ventilators;
λ:: Geschwindigkeitsverhältnis des Drehzahlminderers.

Da das System das Prinzip der Energieerhaltung in dem Energietransferprozess befolgt, ist, trotz der Beziehung zwischen dem Elektromotor und dem Ventilator, die Beziehung zwischen der Ausgangsleistung des Elektromotors und der Eingangswellenleistung des Ventilators unabhängig von der Transmissionseffizienz: PN := P,wobei

P_N:: Elektromotorausgangsleistung.

Basierend auf dem oben Genannten gibt es: (n1·T1)/9550 = (n·T)/9550,wobei

T₁:: Moment des Elektromotors an dem Ausgangsleistungspunkt;
n₁:: Elektromotorrotationsgeschwindigkeit;
T:: Ventilatoreingangsmoment.

Somit gibt es: λ = n1/n = T1/T = n1·K/Q.
Wie man von oben sieht, arbeitet der Drehzahlminderer, um das Moment in dem System zu verstärken, und der Verstärkungskoeffizient ist genau das Geschwindigkeitsverhältnis des Drehzahlminderers.
In Anbetracht dessen, dass der Ventilator vorzugsweise unter einer vorbestimmten idealen Bedingung arbeitet, ist das Geschwindigkeitsverhältnis des Drehzahlminderers theoretisch (die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors bei maximaler Ausgangsleistung)/(die Rotationsgeschwindigkeit des Ventilators bei maximalem Druckluftvolumen). Das praktische Geschwindigkeitsverhältnis des existierenden Systems ist (die Nennrotationsgeschwindigkeit des Elektromotors)/(110% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators), das das Verhältnis der Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors, der bei 66 Hz arbeitet, und 110% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators ist.
Wie in 4 gezeigt, verliert, wenn die Spannungsversorgung bei 55 Hz liegt, der Elektromotor 20% oder mehr des Ausgangsmoments, was eine starke Auswirkung auf die Ausgangsleistung des gesamten Systems hat, resultierend darin, dass das Geschwindigkeitsverhältnis des Drehzahlminderers, der von existierenden Systemen verwendet wird, stark die Transfereffizienz der Ausgangsleistung des Elektromotors zu dem Ventilator reduziert, und der Elektromotor läuft leer und kann den Ventilator nicht effektiv antreiben.
Andererseits berücksichtigt das Verwenden von 110% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators nicht die Toleranz des Ventilators. Angesichts des Einflusses des natürlichen Windes, sollte, um den Widerstand des Kühlwinds gegenüber dem Einfluss des Transektionswindes sicherzustellen, das Geschwindigkeitsverhältnis weiter reduziert werden.
Dementsprechend ist angesichts der Toleranz des Ventilators und des Einflusses des Umgebungswinds das Geschwindigkeitsverhältnis, das von der vorliegenden Erfindung verwendet wird (die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors, der bei 40–47 Hz arbeitet)/(110%–130% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators), während spezifische Werte entsprechend dem Umgebungswind bestimmt werden.

Kühlungssysteme der vorliegenden Erfindung und des Standes der Technik können anhand von Betriebsparametern und Ergebnissen verglichen werden, die in Tabelle 2 aufgelistet sind. Tabelle 2: Vergleich der vorliegenden Erfindung und des Stands der Technik bei maximaler Ausgangsleistung

	Die vorliegende Erfindung	Stand der Technik
Spannungsbereich	10 kV oder 6 kV~400 V	10 kV oder 6 kV N~380 V
Arbeitsfrequenz des Frequenzumwandlers	400 V	380 V
Eingangsspannung des Frequenzumwandlers	40~47 Hz	55 Hz
Eingangsspannung der Eingangsdrossel	395~398 V	370~375 V
Eingangsspannung der Ausgangsdrossel	395~398 V	370~375 V
Frequenz des Elektromotors	40~47 Hz	55 Hz
Eingangsspannung des Elektromotors	380~390 V	360~365 V
Geschwindigkeitsverhältnis des Drehzahlminderers	(Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors bei 40~47 Hz)/(110–130% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators)	(Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors bei 55 Hz)/(110% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators)
Ausgangsmoment des Elektromotors	Um 20% oder mehr erhöht	Unfähig die maximale Ausgangsleitung zu erreichen
Regulierbereich des Ventilators	Um 30% oder mehr erhöht	Klein

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt einen Aufbau eines Luftkühlungssystems;
2 zeigt einen Aufbau eines Kühlungssystems eines Direktluftkühlungssystems;
3 zeigt die Beziehung zwischen der Windgeschwindigkeit des Wärmeradiators und dem Wärmetransferkoeffizienten K und dem Radiatordruckabfall;
4 zeigt die Beziehung zwischen dem Ausgangsmoment und der Frequenz des Elektromotors;
5 zeigt die Beziehung zwischen der Spannung und der Frequenz des Elektromotors;
6 zeigt die Beziehung zwischen der Spannung und der Frequenz des Frequenzumwandlers.
BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, Kühlungssysteme von Direktluftkühlungssystemen nachzuvollziehen, die geplanten Bedingungen bei hohen Temperaturen im Sommer nicht entsprechen. Die vorliegende Erfindung kann auch dazu verwendet werden, neue Direktluftkühlungskraftwerke zu entwickeln.
Ein Hauptfaktor, der die Wärmeaustauscheffekte von Direktluftkühlung beeinflusst, ist die Frontalwindgeschwindigkeit des Ventilators zu dem Wärmeradiator. Die Frontalwindgeschwindigkeit ist ein Schlüsselparameter der systematischen Flächenberechnung. Theorien zeigen an, dass in einer 300 MW-Anlage, falls die Frontalgeschwindigkeit um 0,1 m/s erhöht wird, die Wärmeaustauschfläche um ungefähr 10.000 m² reduziert werden kann.
Das Kühlungssystem des Direktluftkühlungssystems der vorliegenden Erfindung ist in 2 gezeigt. Es umfasst die folgenden Vorrichtungen: einen Transformator, einen Frequenzumwandler, einen Elektromotor, einen Drehzahlminderer und einen Ventilator. Die Drossel, die in der Figur gezeigt ist, ist derart angeordnet, um die Interferenz von harmonischen Wellen zu dem Elektromotor zu unterbinden, und es ist auch ohne diese anzuordnen oder einen Filter zu tauschen möglich.
Wie in 2 gezeigt, wird die Spannung der Spannungsversorgung von einer Hochspannung (10 kV oder 6 kV) auf 400 V bei dem Transformator reduziert und Strom mit einstellbarer Frequenz wird durch den Frequenzumwandler zu dem Elektromotor bereitgestellt, der den Drehzahlminderer antreibt, so dass der Drehzahlminderer den Ventilator antreibt, um ihn rotieren zu lassen, und das System wird mit Kühlluft versorgt.
Als Transformator wird üblicherweise ein Trockentyp verwendet, und die Spannung des Hochspannungsanschlusses wird üblicherweise auf 10 kV oder 6 kV ausgelegt, während der Niederspannungsanschluss 400 V beträgt (die spezifischen Werte des Niederspannungsanschlusses sind abhängig davon, dass die Arbeitsspannung des Elektromotors 380–390 V erreicht, und derartige 400 V sind angesichts des systematischen Spannungsabfalls entsprechend der Statistik ausgewählt).
Wie bei existierenden Systemen ist es nötig, die Ausgangsspannung des Transformators auf 400 V anzupassen, was durch Anpassen des Verbindungsschalters des Hochspannungsanschlusses erreicht wird.
Das Anpassungsverfahren bei existierenden Systemen ist wie folgt:

1. Bevor der Transformator in Betrieb genommen wird, wird das Anzapfungsblech auf eine entsprechende Position entsprechend dem Typenschild und dem Anzapfungsanzeiger des Transformators eingestellt.
2. Wie für Transformatoren ohne Anregungsspannungsregelung wird im Fall des vollständigen Abklemmens vom Stromnetz (Hoch-, Niederspannungsanschlüsse werden beide abgeklemmt) eine simultane Dreiphasenregulierung auf Basis der Anzapfungsposition gemäß der Spannung des Stromnetzes zu der Zeit durch den Anwender ausgeführt.
3. Wie für Lastspannungsregulationstransformatoren wird die Anzahl an Drehungen pro Schleife durch einen automatischen Regler oder durch Elektro-, Handbetrieb geändert.

Wie beim Frequenzumwandler wird seine Kapazität durch die Wellenleistung des Elektromotors berechnet und durch Umrechnen der Drehzahlminderereffizienz, der Elektromotoreffizienz, der Elektromotortemperatur, die den Kapazitätskoeffizienten herabsetzt, der Länge des elektrischen Kabels, das den Kapazitätskoeffizienten herabsetzt, der Ausgangsdrossel, die den Kapazitätskoeffizienten herabsetzt, der harmonischen Welle, die den Kapazitätskoeffizienten herabsetzt und der Temperatur des Frequenzumwandlers, die den Kapazitätskoeffizienten zu der Eingangsseite des Frequenzumwandlers herabsetzt, gemäß existierenden Standards. Eine Frequenz von 40–47 Hz wird durch den Frequenzumwandler zu dem Elektromotor abgegeben.
Wie die Eingangsdrossel wird üblicherweise eine Drossel mit einer Spannungsabfallsbandbreite von 1–5% gewählt, so dass der Unterdrückungsgrad der Interferenz von harmonischen Wellen zu dem Stromnetz innerhalb der Bandbreite nationaler Standards kontrolliert wird.
Wie die Ausgangsdrossel, wird eine Drossel mit einer Induktivität zwischen 30–50 µH verwendet, so dass die Interferenz von harmonischen Wellen zu dem Elektromotor effektiv unterdrückt wird.
Bei maximaler Ausgangsleistung beträgt die Betriebsspannung des Elektromotors 380–390 V und die Arbeitsfrequenz beträgt 40–47 Hz.
Dementsprechend sollte das Geschwindigkeitsverhältnis des Drehzahlminderers festgelegt werden auf (die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors bei 40–47 Hz)/(110% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators).
In Anbetracht des Einflusses des Umwelttransektionswindes sollte die Flussratentoleranz des Ventilators nicht weniger als 30% betragen, und das Geschwindigkeitsverhältnis des Drehzahlminderers sollte festgelegt werden auf (die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors bei 40–47 Hz)/(110–130% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators), wobei spezifische Werte entsprechend dem Umgebungswind festgelegt werden.
Um einen stabilen Betrieb des Systems der vorliegenden Erfindung sicherzustellen, kann die Langzeitbetriebsspannungsdauerhaltbarkeit der Vorrichtung in dem Kühlungssystem wie folgt festgelegt werden:

Der Transformator: 420 V;

der Frequenzumwandler: 480 V; und

der Elektromotor: 400 V.
Ein Beispiel eines Kühlungssystems der vorliegenden Erfindung ist: Der Transformator ist mit einer 6 kV-Spannung des Stromnetzes verbunden, welche auf eine 400 V-Spannung konvertiert wird; die Eingangsdrossel ist mit der 400 V-Spannung verbunden und gibt eine 395 V-Spannung zu dem Frequenzumwandler ab; der Frequenzumwandler arbeitet bei einer Frequenz von 42 Hz und gibt eine Spannung von 395 V zu der Ausgangsdrossel ab; die Ausgangsdrossel, die mit der 395 V-Spannung verbunden ist, gibt eine Spannung von 380 V durch die Kabel ab; und der Elektromotor arbeitet bei einer Spannung von 380 V und einer Frequenz von 42 Hz. Bei einer Geschwindigkeit des Umgebungswinds von ungefähr 2 m/s treibt der Drehzahlminderer den Ventilator an, der frontal auf den Wärmeradiator bläst gemäß einem Geschwindigkeitsverhältnisses von (die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors bei 42 Hz)/(115% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators). Dadurch wird die Windgeschwindigkeit um 8% erhöht.
Ein anderes Beispiel der vorliegenden Erfindung ist:
Der Transformator des Systems ist mit einer 6 kV-Spannung des Stromnetzes verbunden, welche auf eine 400 V-Spannung konvertiert wird; die Eingangsdrossel ist mit der 400 V-Spannung verbunden und gibt eine 396 V-Spannung zu dem Frequenzumwandler ab; der Frequenzumwandler arbeitet bei einer Frequenz von 40 Hz und gibt eine Spannung von 396 V zu der Ausgangsdrossel ab; die Ausgangsdrossel, die mit der 396 V-Spannung verbunden ist, gibt eine Spannung von 382 V durch die Kabel ab; und der Elektromotor arbeitet bei einer Spannung von 382 V und einer Frequenz von 40 Hz. Bei einer Geschwindigkeit des Umgebungswinds von ungefähr 1 m/s treibt der Drehzahlminderer den Ventilator an, der frontal auf den Wärmeradiator bläst gemäß eines Geschwindigkeitsverhältnisses von (die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors bei 40 Hz)/(110% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators). Hierdurch wird die Windgeschwindigkeit um 12% erhöht.
Ein anderes Beispiel der vorliegenden Erfindung ist:
Der Transformator des Systems ist mit einer 10 kV-Spannung des Stromnetzes verbunden, die auf eine 400 V-Spannung konvertiert wird; die Eingangsdrossel ist mit der 400 V-Spannung verbunden und gibt eine 398 V-Spannung zu dem Frequenzumwandler ab; der Frequenzumwandler arbeitet bei einer Frequenz von 47 Hz und gibt eine Spannung von 398 V zu der Ausgangsdrossel ab; die Ausgangsdrossel, die mit der 398 V-Spannung verbunden ist, gibt eine Spannung von 390 V durch die Kabel ab; und der Elektromotor arbeitet bei einer Spannung von 390 V und einer Frequenz von 40 Hz. Bei einer Geschwindigkeit des Umgebungswinds von 6 m/s treibt der Drehzahlminderer den Ventilator an, der frontal auf den Wärmeradiator bläst gemäß eines Geschwindigkeitsverhältnisses von (die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors bei 47 Hz)/(130% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators). Hierdurch wird die Windgeschwindigkeit um 14% erhöht.
Bei einer hohen Temperatur im Sommer unter einer Nennlast würde eine 300 MW Direktluftkühlungseinheit des Systems der vorliegenden Erfindung einen Energieerzeugungsrückgang von 30% aufweisen und ein Leistungsrückgang von 90 MW/h könnte durch die Verwendung des oben genannten Verfahrens verhindert werden.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Stromerzeugung. Sie betrifft ein Verfahren zum Verbessern der Kühlleistung eines Direktluftkühlungssystems für ein Kraftwerk und ein Kühlungssystem eines Direktluftkühlungssystems für ein Kraftwerk. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Transformator in einem Kühlungssystem mit einer Spannung des Stromnetzes verbunden und gibt eine Spannung an einen Elektromotor ab, so dass die Betriebsspannung 380–390 V erreicht; eine Frequenz von 40–47 Hz wird von einem Frequenzwandler in dem Kühlungssystem an den Elektromotor abgegeben; ein Ventilator wird durch den Elektromotor, der bei einer Spannung von 380–390 V und einer Frequenz von 40–47 Hz arbeitet, angetrieben, um gemäß eines festgelegten Geschwindigkeitsverhältnisses mit der Hilfe eines Drehzahlminderers zu drehen, und Kühlwind wird durch den rotierenden Ventilator frontal auf einen Wärmeradiator abgegeben. Die vorliegende Erfindung stellt sicher, dass einerseits die Ausgangsleistung des Elektromotors maximiert wird, und dass andererseits das Ausgangsmoment des Elektromotors effektiv zu dem Ventilator transferiert wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Ausgangsmoment des Elektromotors um 20% oder mehr verbessert und der Regelbereich des Ventilators wird um 30% oder mehr verbessert, dadurch wird die Kühlleistung des Direktluftkühlungssystems stark vergrößert. Die vorliegende Erfindung kann bei einem Nachbauen von existierenden Direktluftkühlungssystemen oder Entwerfen von neuen Direktluftkühlungssystemen für Kraftwerke breit angewendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Tawney R, Khan Z, Zachary J; Economic and Performance Evaluation of Heat Sink Options in combined Cycle Applications [A]; Proceeding of Turbo Expo [C]; ASME/IGTI Turbo Expo, Atlanta, Georgia, USA, 2003 [0005]
- Brief Introduction of Power Station Air-Cooling Systems, herausgegeben durch China Industrial Control Website am 10. November 2008 [0011]
- Operation Problems and Solutions for Direct Air-Cooled Condenser Systems, Yang Lijun, Du Xiaoze, Yang Yongping, Liu Dengying, Guo Yuenian, Modern Electric Power, Volume 23, No. 2, April 2006 [0012]

Claims

Verfahren zum Verbessern der Kühlleistung eines Direktluftkühlungssystems für ein Kraftwerk, das folgende Schritte umfasst: 1) ein Kühlungssystem wird mit einer Spannung des Stromnetzes verbunden und gibt eine Spannung an einen Elektromotor ab, so dass seine Betriebsspannung 380–390 V erreicht; 2) eine Frequenz von 40–47 Hz wird von einem Frequenzumwandler in dem Kühlungssystem an den Elektromotor abgegeben; 3) ein Ventilator wird durch den Elektromotor angetrieben, der bei einer Spannung von 380–390 V und einer Frequenz von 40–47 Hz arbeitet, um gemäß eines festgelegten Geschwindigkeitsverhältnisses mit der Hilfe eines Drehzahlminderers zu rotieren, und 4) Kühlwind wird durch den rotierenden Ventilator frontal auf einen Wärmeradiator abgegeben.
Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangsdrossel zwischen dem Frequenzumwandler und dem Elektromotor angeordnet ist, um die Interferenz von harmonischen Wellen zu dem Elektromotor zu unterdrücken.
Verfahren gemäß Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität der Ausgangsdrossel zwischen 30–50 µH liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingangsdrossel zwischen dem Transformator und dem Frequenzumwandler angeordnet ist, um die Interferenz von harmonischen Wellen zu dem Stromnetz zu unterbinden.
Verfahren gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsabfallbandbreite der Eingangsdrossel zwischen 1%–5% liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsverhältnis des Drehzahlminderers (die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors bei einer Frequenz von 40–47 Hz)/(110–130% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator mit einer Spannung von 10 kV oder 6 kV des Stromnetzes verbunden ist, und solche Spannung auf eine Spannung von 400 V transformiert wird; die Eingangsdrossel mit der 400 V-Spannung verbunden ist und eine Spannung von 395–398 V an den Frequenzumwandler abgibt; der Frequenzumwandler bei einer Frequenz von 40–47 Hz arbeitet und eine Spannung von 395–398 V an die Ausgangsdrossel abgibt; die Ausgangsdrossel, die mit der 395–398 V-Spannung verbunden ist, eine Spannung von 385–395 V durch die elektrischen Kabel abgibt; der Elektromotor bei einer Spannung von 380–390 V und einer Frequenz von 40– 47 Hz arbeitet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannungsdauerhaltbarkeit des Transformators bei 420 V liegt; die Betriebsspannungsdauerhaltbarkeit des Frequenzumwandlers 480 V beträgt; die Betriebsspannungsdauerhaltbarkeit des Elektromotors 400 V beträgt.
Ein Kühlungssystem für ein Direktluftkühlungssystem eines Kraftwerks, wobei ein solches Kühlungssystem Folgendes umfasst: einen Transformator, der durch elektrische Kabel elektrisch verbunden ist, einen Frequenzumwandler, einen Elektromotor, einen Drehzahlminderer und einen Ventilator, wobei der Transformator mit einer Spannung des Stromnetzes verbunden ist und eine Spannung an den Elektromotor durch den Frequenzumwandler abgibt, der eine Frequenz an den Elektromotor abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Eingangsklemmenspannung des Elektromotors 380–390 V beträgt und die Eingangsfrequenz 40–47 Hz beträgt.
System gemäß Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner eine Ausgangsdrossel umfasst, die zwischen dem Frequenzumwandler und dem Elektromotor angeordnet ist.
System gemäß Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität der Ausgangsdrossel zwischen 30–40 µH beträgt.
System gemäß Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner eine Eingangsdrossel umfasst, die zwischen dem Transformator und dem Frequenzumwandler angeordnet ist.
System gemäß Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsabfallsbandbreite der Eingangsdrossel zwischen 1%–5% beträgt.
System gemäß Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsverhältnis des Drehzahlminderers (die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors bei einer Frequenz von 40–47 Hz)/(110–130% der Nennrotationsgeschwindigkeit des Ventilators) ist.
System gemäß einem der Ansprüche 9–14 dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannungsdauerhaltbarkeit des Transformators 420 V beträgt; die Betriebsspannungsdauerhaltbarkeit des Frequenzumwandlers 480 V beträgt; und die Betriebsspannungsdauerhaltbarkeit des Elektromotors 400 V beträgt.
System gemäß Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator ein Trockentyptransformator ist.