[发明专利]一种火电厂冷却塔太阳能增效装置

说明书

技术领域

本发明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，本发明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.2007.

[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

发明内容

为了进一步提高冷却塔运行能效和工质的回收效率，本发明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，本发明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；