[发明专利]一种火电厂循环冷却水太阳能节能及控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能节能及控制装置，特别是一种利用太阳能减少火电厂循环冷却水系统厂用电率和实现循环水温度优化的节能及控制装置。

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60％的能量变成低温余热散失到了空气中。而火力发电机组的热循环效率主要取决于通过汽轮机的温差。这就意味着既可以通过采用较高的蒸汽参数，也可以通过降低汽轮机冷凝器的冷却水温度来提高温差，从而获得较高的循环效率。

目前火力发电厂常规设计的循环冷却水工况一般是按照机组全年的平均冷却水温为基准考虑的，而每年约有50％时间的冷却水温超过平均值。尽管可以通过进一步的优化予以改善(冯伟忠，《动力工程》第27卷第3期，《1000MW超超临界汽轮机蒸汽参数的优化及讨论》)，但机组的循环效率在相当多的时间内仍会因为环境温度等因素的变化而偏离设计时的高效率工况。

用于提供机组循环冷却水的火力发电厂循环水系统是一个庞大的输送系统，供水量约为汽轮机排汽量的50～120倍，其消耗的电能约占总发电量的1％～1.5％，在汽轮发电机组出力、循环水系统耗功间形成了一个复杂的制约关系。而且，合理的循环水温度还与凝汽器及真空系统的运行状态密切相关。诸多的外部不可控因素就使得循环水系统的优化成为火电厂整体效率优化中一个十分关键而又未能较好解决的问题。目前采取的解决方法一般有根据环境温度和机组负荷来改变运行的循环水泵台数或增设循环水泵变频装置来实现循环水系统的节能，但这些方式的可调节手段和精度均有限，运行效果也不尽理想。

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，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。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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种火力电厂循环冷却水系统的太阳能节能及控制装置，通过合理利用太阳能发电装置的出力与循环水系统耗能的昼夜和季节匹配特点，从而克服上述现有技术的不足，获得明显的综合节能效果。

本发明的技术方案具体是通过采用一个与常规循环冷却水系统的循环水泵组合运行的，利用太阳能供电的循环冷却水配水泵组及其节能控制装置来实现的，即在由汽轮机凝汽器4、循环水泵3和冷却塔1、冷却塔水池2等组成的常规火力发电机组循环冷却水系统中，增加一个由太阳能发电装置8供电的配水泵组7，该配水泵组7安装于冷却塔配水管路6中，并与循环水回水旁路阀5一起由节能控制装置9联动控制。

根据不同机组循环水系统的设计特点，由太阳能供电的配水泵组7可以与循环水泵3采用串联或并联布置形式，并且可以设计为多台配水泵组合运行。

采用现有的太阳能光伏发电技术的太阳能发电装置8可充分利于电厂的空旷场地和建筑物表面进行布置，其产生的电能通过供电母线和蓄电池组为配水泵7提供电能，同时配水泵组7设计采用变频调节装置，可根据太阳能装置8的供电状态和环境温度等运行参数的变化控制配水泵组7的出力大小。

节能控制装置9与单元机组分散控制系统DCS之间有信号接口联系，从而可以由DCS获得机组负荷、凝汽器真空、凝结水温度、循环水回水温度、循环水进水温度、大气温度等实时数据；同时，节能控制装置9还可现场采集太阳能发电装置8的供电电压、配水泵组7的转速等信号，上述信号经由节能控制装置9处理后，输出配水泵组7的启停和转速控制指令、以及循环水回水旁路阀5开度的控制指令，并可通过DCS设置机组循环水泵3的运行台数，按照优先利用太阳能的原则，获得最大的节能效果。