專利名稱：一種火電廠循環(huán)冷卻水太陽能節(jié)能及控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽能節(jié)能及控制裝置，特別是一種利用太陽能減少火電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)廠用電率和實(shí)現(xiàn)循環(huán)水溫度優(yōu)化的節(jié)能及控制裝置。
背景技術(shù)：
在我國的一次能源結(jié)構(gòu)中，煤炭等化石燃料所占比例達(dá)70%以上。因此，火力 發(fā)電廠在國內(nèi)發(fā)電裝機(jī)容量中的比例也超過60%，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界有40%以上的電力來 自煤炭等化石燃料。盡管目前風(fēng)能、太陽能等各種可再生能源的比例在逐步提高，但在 今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，火力發(fā)電廠仍將是全球電力工業(yè)的一個(gè)重要組成部分。隨著各國政府和公眾對(duì)燃用化石燃料的火力發(fā)電廠所排放的二氧化碳造成的溫 室效應(yīng)問題的日益重視，提高發(fā)電機(jī)組的效率和減少污染物排放就成為今后火力發(fā)電廠 生存和發(fā)展的一個(gè)至關(guān)重要的問題?；鹆Πl(fā)電機(jī)組是將煤炭等的化學(xué)能經(jīng)過熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的一整套復(fù)雜 的工藝過程。其熱能轉(zhuǎn)換和傳遞過程的效率僅40%左右，約有60%的能量變成低溫余熱 散失到了空氣中。而火力發(fā)電機(jī)組的熱循環(huán)效率主要取決于通過汽輪機(jī)的溫差。這就意 味著既可以通過采用較高的蒸汽參數(shù)，也可以通過降低汽輪機(jī)冷凝器的冷卻水溫度來提 高溫差，從而獲得較高的循環(huán)效率。目前火力發(fā)電廠常規(guī)設(shè)計(jì)的循環(huán)冷卻水工況一般是按照機(jī)組全年的平均冷卻水 溫為基準(zhǔn)考慮的，而每年約有50%時(shí)間的冷卻水溫超過平均值。盡管可以通過進(jìn)一步的 優(yōu)化予以改善(馮偉忠，《動(dòng)力工程》第27卷第3期，《1000MW超超臨界汽輪機(jī)蒸汽 參數(shù)的優(yōu)化及討論》)，但機(jī)組的循環(huán)效率在相當(dāng)多的時(shí)間內(nèi)仍會(huì)因?yàn)榄h(huán)境溫度等因素的 變化而偏離設(shè)計(jì)時(shí)的高效率工況。用于提供機(jī)組循環(huán)冷卻水的火力發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)是一個(gè)龐大的輸送系統(tǒng)，供 水量約為汽輪機(jī)排汽量的50 120倍，其消耗的電能約占總發(fā)電量的 1.5%，在汽 輪發(fā)電機(jī)組出力、循環(huán)水系統(tǒng)耗功間形成了一個(gè)復(fù)雜的制約關(guān)系。而且，合理的循環(huán)水 溫度還與凝汽器及真空系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)。諸多的外部不可控因素就使得循環(huán)水 系統(tǒng)的優(yōu)化成為火電廠整體效率優(yōu)化中一個(gè)十分關(guān)鍵而又未能較好解決的問題。目前采 取的解決方法一般有根據(jù)環(huán)境溫度和機(jī)組負(fù)荷來改變運(yùn)行的循環(huán)水泵臺(tái)數(shù)或增設(shè)循環(huán)水 泵變頻裝置來實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能，但這些方式的可調(diào)節(jié)手段和精度均有限，運(yùn)行效 果也不盡理想。而在目前太陽能和風(fēng)能等可再生能源的大規(guī)模利用中，最大的問題之一就是其 隨環(huán)境、氣候和時(shí)間的不確定性，這些可再生能源直接接入電網(wǎng)所帶來的不穩(wěn)定發(fā)電量 會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行和安全造成巨大的影響，必須要通過耗資巨大的智能電網(wǎng)改造和升 級(jí)來適應(yīng)這些新能源發(fā)電機(jī)組的直接入網(wǎng)和調(diào)度問題。而將作為可再生能源的太陽能等 引入常規(guī)火力發(fā)電廠熱力循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，不僅為火力發(fā)電廠節(jié)能減排提供了一條新 路，也可以最為便捷和有效地實(shí)現(xiàn)太陽能的規(guī)?；谩０l(fā)明內(nèi)容[0008]本實(shí)用新型公開了一種火力電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的太陽能節(jié)能及控制裝置，通 過合理利用太陽能發(fā)電裝置的出力與循環(huán)水系統(tǒng)耗能的晝夜和季節(jié)匹配特點(diǎn)，從而克服 上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，獲得明顯的綜合節(jié)能效果。[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案具體是通過一個(gè)與常規(guī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的循環(huán)水泵組合 運(yùn)行的，利用太陽能供電的循環(huán)冷卻水配水泵組及其節(jié)能控制裝置來實(shí)現(xiàn)的，即在由汽 輪機(jī)凝汽器4、循環(huán)水泵3和冷卻塔1、冷卻塔水池2等組成的常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷 卻水系統(tǒng)中，增加一個(gè)由太陽能發(fā)電裝置8供電的配水泵組7及回水逆止門10，該配水泵 組7安裝于冷卻塔配水管路6中，并與循環(huán)水回水旁路閥5 —起由節(jié)能控制裝置9聯(lián)動(dòng)控 制。[0010]根據(jù)不同機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，由太陽能供電的配水泵組7可以與循環(huán) 水泵3采用串聯(lián)或并聯(lián)布置形式，并且可以設(shè)計(jì)為多臺(tái)配水泵組合運(yùn)行。[0011]采用現(xiàn)有的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的太陽能發(fā)電裝置8可充分利于電廠的空曠場(chǎng) 地和建筑物表面進(jìn)行布置，其產(chǎn)生的電能通過供電母線和蓄電池組為配水泵7提供電 能，同時(shí)配水泵組7設(shè)計(jì)采用變頻調(diào)節(jié)裝置，可根據(jù)太陽能裝置8的供電狀態(tài)和環(huán)境溫度 等運(yùn)行參數(shù)的變化控制配水泵組7的出力大小。[0012]節(jié)能控制裝置9與單元機(jī)組分散控制系統(tǒng)DCS之間有信號(hào)接口聯(lián)系，從而可以 由DCS獲得機(jī)組負(fù)荷、凝汽器真空、凝結(jié)水溫度、循環(huán)水回水溫度、循環(huán)水進(jìn)水溫度、 大氣溫度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；同時(shí)，節(jié)能控制裝置9還可現(xiàn)場(chǎng)采集太陽能發(fā)電裝置8的供電電 壓、配水泵組7的轉(zhuǎn)速等信號(hào)，上述信號(hào)經(jīng)由節(jié)能控制裝置9處理后，輸出配水泵組7的 啟停和轉(zhuǎn)速控制指令、以及循環(huán)水回水旁路閥5開度的控制指令，并可通過DCS設(shè)置機(jī) 組循環(huán)水泵3的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，按照優(yōu)先利用太陽能的原則，獲得最大的節(jié)能效果。[0013]本實(shí)用新型的有益效果是與現(xiàn)有的技術(shù)相比，采用了太陽能供電的配水泵組作 為循環(huán)水節(jié)能優(yōu)化的調(diào)節(jié)手段，與常規(guī)循環(huán)水泵組合使用，充分利用了循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 需求與太陽能發(fā)電裝置出力二者間的季節(jié)和晝夜同步特征，最大限度地利用太陽能來完 成冷卻塔配水和循環(huán)水溫度的調(diào)節(jié)，從而有效地減少了循環(huán)水系統(tǒng)的廠用電率，也提高 了汽輪機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能控制精度。為提高傳統(tǒng)火力發(fā)電廠的循環(huán)效率和太陽能 的有效應(yīng)用提供了一個(gè)新的解決方案。


[0014]圖1是本實(shí)用新型采用并聯(lián)布置方案時(shí)的結(jié)構(gòu)圖；[0015]圖2是本實(shí)用新型采用串聯(lián)布置方案時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
[0016]下面根據(jù)圖1、圖2對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說明，實(shí)施例在以本實(shí)用新型 技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施并給出了具體的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于 下述的實(shí)施例。[0017]實(shí)施例1 太陽能供電的配水泵與循環(huán)水泵并聯(lián)布置[0018]如圖1所示，火力發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)由汽輪機(jī)凝汽器4、循環(huán)水泵3和冷 卻塔1、冷卻塔水池2等組成，本實(shí)用新型的實(shí)施例一的特征在于在冷卻塔水池和配水管 之間設(shè)置了由太陽能供電的配水泵組7和回水逆止門10，并由節(jié)能控制裝置9控制配水泵 組7的啟停和運(yùn)行轉(zhuǎn)速，通過改變冷卻塔的配水流量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)循環(huán)水進(jìn)水溫度的 目的。
由于太陽能裝置8在白天溫度高和夜間溫度低時(shí)所提供的電能與機(jī)組循環(huán)冷卻 水溫差的需求正好匹配，因此，節(jié)能控制裝置9從機(jī)組分散控制系統(tǒng)DCS通信得到機(jī)組 負(fù)荷、凝汽器真空和循環(huán)水進(jìn)、回水溫度差等參數(shù)并與設(shè)定值進(jìn)行比較，按照二者的差 值大小調(diào)節(jié)配水泵的臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速，在白天氣溫較高時(shí)，提高配水泵轉(zhuǎn)速，在夜間氣溫較 低時(shí)，減少配水泵轉(zhuǎn)速或減少運(yùn)行的循環(huán)水泵臺(tái)數(shù)，滿足機(jī)組在不同環(huán)境溫度下的運(yùn)行 需要。在不同的機(jī)組負(fù)荷下，節(jié)能控制裝置9能夠根據(jù)配水泵的運(yùn)行狀態(tài)，按照預(yù)置 的方式，優(yōu)先調(diào)節(jié)配水泵組7的出力，最大限度地利用太陽能，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè) 定循環(huán)水泵3的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，從而使得機(jī)組在不同負(fù)荷和環(huán)境(季節(jié))工況下都能夠盡可能 地達(dá)到設(shè)計(jì)端差，降低循環(huán)水泵的廠用電率。在機(jī)組負(fù)荷較低或冬季溫度較低時(shí)，還可以通過調(diào)節(jié)循環(huán)水旁路閥5的開度， 使凝汽器的回水直接回流到冷卻塔水池，而由配水泵組7承擔(dān)冷卻塔的配水和保溫，從 而進(jìn)一步減少循環(huán)水泵的廠用電率。實(shí)施例2 太陽能供電的配水泵與循環(huán)水泵串聯(lián)布置根據(jù)圖2所示，火力發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)也是由汽輪機(jī)凝汽器4、循環(huán)水泵 3和冷卻塔1、冷卻塔水池2等組成，本實(shí)用新型的實(shí)施例二的特征在于在循環(huán)水回水管 道和配水管之間串聯(lián)設(shè)置了由太陽能供電的配水泵組7作為循環(huán)水泵升壓泵，并由節(jié)能 控制裝置9控制配水泵組7的啟停和運(yùn)行轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到減少循環(huán)水泵廠用電率和調(diào)節(jié)循 環(huán)冷卻水溫度的目的。由于太陽能裝置8在白天溫度高和夜間溫度低時(shí)，提供的電能與機(jī)組循環(huán)水冷 卻的需求正好匹配，因此，節(jié)能控制裝置9從機(jī)組分散控制系統(tǒng)DCS通信得到的機(jī)組負(fù) 荷、凝汽器真空和循環(huán)水進(jìn)、回水溫度差等參數(shù)并與設(shè)定值比較，按照其差值大小通過 調(diào)節(jié)配水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速，滿足機(jī)組在不同環(huán)境溫度下的運(yùn)行需要。在不同的機(jī)組負(fù)荷下，節(jié)能控制裝置能夠根據(jù)配水泵的運(yùn)行狀態(tài)，按照預(yù)置的 方式，優(yōu)先調(diào)節(jié)配水泵的出力，最大限度地利用太陽能，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)定循環(huán) 水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，從而使得機(jī)組在不同負(fù)荷和環(huán)境工況下能夠盡可能地達(dá)到設(shè)計(jì)端差， 并大大降低了循環(huán)水泵的廠用電率。
權(quán)利要求1.一種火電廠循環(huán)冷卻水太陽能節(jié)能及控制裝置，它包括冷卻塔(1)、冷卻塔水池 (2)、循環(huán)水泵(3)、汽輪機(jī)凝汽器(4)、循環(huán)水回水旁路閥(5)、冷卻塔配水管路(6)、 配水泵組(7)、太陽能發(fā)電裝置(8)、節(jié)能控制裝置(9)以及回水逆止門(10)，其特征在 于在冷卻塔配水管路(6)上設(shè)置了由太陽能發(fā)電裝置(8)供電的配水泵組(7)，并與循 環(huán)水回水旁路閥(5) —起由節(jié)能控制裝置(9)控制。
2.如權(quán)利要求1所述的一種火電廠循環(huán)冷卻水太陽能節(jié)能及控制裝置，其特征在于 由太陽能發(fā)電裝置⑶供電的配水泵組⑵可以設(shè)計(jì)為與循環(huán)水泵(3)串聯(lián)或并聯(lián)布置形 式。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種火電廠循環(huán)冷卻水太陽能節(jié)能及控制裝置，通過在傳統(tǒng)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)基礎(chǔ)上增設(shè)一個(gè)與循環(huán)水泵3串聯(lián)或并聯(lián)，并采用太陽能發(fā)電裝置8供電的配水泵組7及其節(jié)能控制裝置9，利用太陽光能的晝夜和季節(jié)特性來調(diào)節(jié)循環(huán)冷卻水溫度和減小機(jī)組循環(huán)水泵的廠用電率，從而獲得明顯的節(jié)能效果。
文檔編號(hào)F28B9/04GK201803602SQ20102021461
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者葉敏, 葉靈 申請(qǐng)人:上海迪吉特控制系統(tǒng)有限公司