一种提升直接空冷机组夏季运行真空的系统及运行方法
阅读说明：本技术 一种提升直接空冷机组夏季运行真空的系统及运行方法 (System and method for improving summer operation vacuum of direct air cooling unit ) 是由 万超 荆涛 吕凯 李高潮 邹洋 韩立 贾明晓 王明勇 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提升直接空冷机组夏季运行真空的系统及运行方法,该系统的主体设备包括中压缸、制冷热泵、空冷散热器、冷水盘管束和空冷风机,该系统设置蒸汽驱动热泵制冷装置,抽取中压缸排汽作为驱动蒸汽,制取冷水,在空冷风机出口、空冷凝汽器空气入口前设置冷水盘管束,经循环泵加压流经增设在空冷风机出口、空冷凝汽器冷风入口前的管束,将冷量传递给冷却空气后,返回至制冷热泵。与现有空冷散热器增容、耗水型尖峰冷却技术相比,本发明以较小的改造投资取得较大的节能效果,且实现全生命周期零水耗,本发明以消耗部分中排蒸汽为代价,实现运行真空提升和机组能耗的下降。(The invention discloses a system for improving the summer running vacuum of a direct air-cooling unit and a running method thereof. Compared with the capacity increasing and water consuming peak cooling technology of the existing air cooling radiator, the invention obtains larger energy-saving effect with smaller modification investment and realizes zero water consumption in the whole life cycle.)
技术领域
本发明属于节能降耗技术领域，具体涉及一种提升直接空冷机组夏季运行真空的系统及运行方法。
背景技术
电站空冷技术以优异的节水性能，在我国三北地区得到了快速发展和广泛应用，目前总装机超1亿千瓦。按照冷却空气和电站乏汽的换热形式，空冷系统可分为直接空冷和间接空冷两种。直接空冷机组，冷却空气经风机驱动掠过空冷凝汽器，冷凝空冷凝汽器管束内部的电站乏汽；间接空冷机组，以循环水为冷却介质，在自然通风冷却塔外围增设散热器，环境空气经空冷塔吸拔力驱动，掠过散热器冷却电站凝汽器出口至空冷塔的高温循环水，空冷塔出口的低温循环水经循环水泵驱动，进入电站凝汽器冷凝汽轮机排汽。
直接空冷机组以环境空气为冷却介质，在夏季高温时段处于高背压运行，加之散热器脏污引起换热恶化、大风及热风循环等因素影响，进一步抬升了机组运行背压，增加能耗。研究表明，运行背压每增加1kPa，机组发电煤耗升高1.3-1.5g/kWh。
为降低直接空冷机组运行背压和能耗，相关学者和机构进行了深入研究，提出了几种解决方案并实现工程应用。方案1：空冷凝汽器增容。在现有空冷系统配置的基础上，通过增加空冷凝汽器面积提高冷却能力。冷却能力提升幅度与空冷凝汽器面积增加幅度成正比，但土建及设备投资相应同步增加。方案2：增设尖峰冷却系统。增设管束式或板片式换热器，管/板内通入乏汽，外部流经空气，同时喷淋冷却水。分流部分汽轮机排汽至尖峰冷却系统，降低原空冷系统热负荷，达到提升运行真空和降低能耗的目的。但存在水耗大的缺点，限制了其应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种提升直接空冷机组夏季运行真空的系统及运行方法，以解决现有技术中设备改造存在的投资及占地大，或水耗大的缺陷。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种提升直接空冷机组夏季运行真空的系统，包括：中压缸，中压缸的蒸汽输出管路分为两个支路，一路连接至低压缸，另一路为动力蒸汽管道，所述动力蒸汽管道连接至制冷热泵；
所述低压缸的排汽管路为排汽母管，所述排汽母管连接至空冷散热器，空冷散热器的凝结水母管连接至凝结水泵；所述空冷散热器前设置有若干个空冷风机，所述空冷散热器和空冷风机之间设置有冷水盘管束；
所述制冷热泵内设置有疏水管路和冷却水管路；冷却水管路和冷水盘管束连接，冷却水在二者之间循环；疏水管路的进口和动力蒸汽管道连接，疏水管路的出口和疏水母管连接，所述疏水母管和凝结水泵连接。
本发明的进一步改进在于：
优选的，所述冷水盘管束由若干个冷水支管并联组成，所述冷水支管的进口均通过冷水管道和冷却水管路的出口连接，所述冷水支管的出口均通过热水母管和冷却水管路的进口连接。
优选的，所述冷水管道上设置有循环泵。
优选的，所述冷水支管竖向设置。
优选的，所述若干个空冷风机并列设置在冷水盘管束前。
优选的，所述凝结水泵的出水端连接至锅炉的省煤器。
优选的，顺着水流的方向，所述凝结水泵至锅炉的排水管路上依次设置有低压加热器组、给水泵组和高压加热器组
优选的，所述锅炉的过热器蒸汽输出端和高压缸连接，高压缸的蒸汽输出端和锅炉的再热蒸汽管路连接，锅炉的再热蒸汽管路输出端和中压缸连接。
优选的，所述高压缸、中压缸和低压缸的动力输出轴同轴，所述动力输出轴的终端连接至发电机。
一种基于上述提升直接空冷机组夏季运行真空的系统的运行方法，所述制冷热泵将中压缸输出的蒸汽作为驱动气源，放热做功成为疏水后，疏水通过疏水母管排入至凝结水泵，同时制冷热泵中的冷却水管路排出的冷却水进入冷水盘管束中，冷却水在冷水盘管束中吸收热量后，流回至制冷热泵的冷却水管路中；
环境空气经过空冷风机加压后，先穿过冷水盘管束吸收冷能降温后，冷却后的环境空气掠过空冷散热器，对空冷散热器中低压缸的排汽进行了冷却。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种提升直接空冷机组夏季运行真空的系统，该系统的主体设备包括中压缸、制冷热泵、空冷散热器、冷水盘管束和空冷风机，该系统设置蒸汽驱动热泵制冷装置，抽取中压缸排汽作为驱动蒸汽，制取冷水，在空冷风机出口、空冷凝汽器空气入口前设置冷水盘管束，经循环泵加压流经增设在空冷风机出口、空冷凝汽器冷风入口前的管束，将冷量传递给冷却空气后，返回至制冷热泵。与现有空冷散热器增容、耗水型尖峰冷却技术相比，本发明以较小的改造投资取得较大的节能效果，且实现全生命周期零水耗，本发明以消耗部分中排蒸汽为代价，实现运行真空提升和机组能耗的下降。
进一步的，冷水盘管束由多个冷水支管并联组成，增强冷却效果。
进一步的，制冷热泵冷却后的水通过循环泵提升至冷水盘管束中。
进一步的，冷水支管竖向设置，使得整个冷水盘管束能够竖向的并列在空冷散热器前，强化环境空气的冷却效果。
进一步的，凝结水通过凝结水泵回到锅炉中，提升整个系统水的利用率。
本发明还公开了一种基于所述提升直接空冷机组夏季运行真空的系统的运行方法，该方法以中压缸排汽为驱动汽源，制取冷能，以低温水为冷能载体；在空冷风机出口、空冷凝汽器空气入口前设置冷水盘管束，热泵出口低温水经循环水升压进入冷水盘管束，释放冷能后汇集母管后再回至热泵，完成水侧循环；空冷风机出口的环境空气经冷水盘管束降温后，再掠过原空冷散热器冷凝电站汽轮机排汽。解决了直接空冷机组夏季运行真空低、能耗高的问题，与现有技术相比，本发明可大幅降低占地、改造工程量及投资，以消耗部分中排蒸汽为代价，实现运行真空提升和机组能耗的下降，并可保持全生命周期零水耗，节能效果显著，应用前景深远。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
图2为本发明的冷水盘管束的结构示意图；
其中：1-锅炉；2-高压缸；3-中压缸；4-低压缸；5-发电机；6-空冷散热器；7-空冷风机；8-凝结水泵；9-低压加热器组；10-给水泵组；11-高压加热器组；12-制冷热泵；13-循环泵；14-冷水盘管束；15-动力蒸汽管道；16-冷水管道；17-热水母管；18-疏水母管；19-凝结水母管；20-排汽母管；21-冷水支管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明公开了一种提升直接空冷机组夏季运行真空的系统及运行方法，具体的，该系统包括锅炉1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、发电机5、空冷散热器6、空冷风机7、凝结水泵8、低压加热器组9、给水泵组10、高压加热器组11、制冷热泵12、循环泵13和冷水盘管束14。
锅炉1的过热器的蒸汽输出管路和高压缸2连接，高压缸2的蒸汽输出管路和锅炉1的再热蒸汽管路连接，锅炉1的再热蒸汽管路输出管路连接和中压缸3的蒸汽进入管路连接，中压缸3的蒸汽输出管路分为两个支路，一个支路连接至低压缸4，另外一个支路为动力蒸汽管道15，动力蒸汽管道15连接至制冷热泵13。高压缸2、中压缸3和低压缸4共同连接同一个动力输出轴，动力输出后和发电机5连接，驱动发电机5发电。
低压缸4的蒸汽输出管路为两路排汽母管20，两路排汽母管20均和空冷散热器6连接，低压缸4的蒸汽在空冷散热器6被冷却后成为凝结水，空冷散热器6将凝结水排出的管路为凝结水母管19，凝结水母管19和凝结水泵8的进水端连接。
空冷散热器6前设置有冷水盘管束14，冷水盘管束14前设置有若干个空冷风机7；使得环境空气经空冷风机7加压后，先横向穿过冷水盘管束14吸收冷能降温后，再掠过原空冷散热器6，冷凝汽轮机低压缸4的排汽。
参见图1和图2，冷水盘管束14由若干个冷水支管21并列组成，所有的冷水支管21的设置方向为竖向方向，所有的冷水支管21均由冷水管道16提供进水，冷水通过冷水盘管束14将热量传递给空冷风机7后成为热水，所有的冷水支管21的出口均共同连接至热水母管17的进口。
制冷热泵12内设置有冷却水管路和疏水管路，冷却水管路的进水端通过热水母管17和冷水盘管束14的出水端连接，冷却水管路的出水端通过冷水管道16和冷水盘管束14的进水端连接，冷水管道16上设置有循环泵13；疏水管路的进水端和动力蒸汽管道15连接，疏水管路的出水端和疏水母管18连接，疏水母管18的出水口和凝结水泵8的进水口连接。
凝结水泵8的出水端和低压加热器9连接，低压加热器9的出水端给水泵组10连接，给水泵组10的出水端和高压加热器组11连接，高压加热器组11的出水端和锅炉1的省煤器连接。
本发明的工作原理和运行方法：
锅炉1过热器出口蒸汽进入高压缸2做功，排汽进入锅炉1再热器二次提温后再进入中压缸3做功，中压缸3的排汽分为两路，一路进入低压缸4做功，另外一路为动力蒸汽管道15；低压缸4的排汽进入空冷散热器6冷凝；动力蒸汽管道15的蒸汽进入制冷热泵12。高压缸2、中压缸3和低压缸4同轴连接，共同驱动发电机5发电。
空冷散热器6出口凝结水经凝结水泵8升压后，依次经过低压加热器组9、给水泵10和高压加热器组11升温升压后，进入锅炉1，完成热力循环。
环境空气经空冷风机7加压后，掠过空冷散热器6冷凝低压缸4排汽。低压缸4排汽冷凝后汇集至凝结水母管，流入凝结水泵8入口。
增设制冷热泵12，引中压缸3部分排汽作为驱动汽源进入制冷热泵12，放热后疏水回至凝结水泵8入口。制冷热泵12制取冷能，出口低温水经循环泵13加压后进入冷水盘管束14释放冷能后，再经热水管道17回至制冷热泵12，完成水侧循环。环境空气经空冷风机7加压后，先横向穿过冷水盘管束14吸收冷能降温后，再掠过原空冷散热器6，冷凝汽轮机低压缸4排汽。
在夏季高温、机组高电负荷区间段，可投运制冷热泵系统，以消耗部分中排蒸汽为代价，实现运行真空提升和机组能耗的下降。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。