[發明專利]用于冷卻發電廠的載體流體的方法、發電廠以及冷卻系統

有效

• 申請號: 201110417910.6
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102536353A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: E·沃爾夫
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F01D25/12
• 分類號: F01D25/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 崔幼平;楊楷

技術領域

本發明涉及用于冷卻載體流體的方法，其中載體流體用于驅動發電廠中的渦輪機。本發明還涉及具有帶有載體流體的載體回路的發電廠，載體流體在運轉中驅動發電廠的渦輪機。此外，發明涉及用于這種發電廠的冷卻系統。

背景技術

在發電廠中，典型的從熱能中產生電能的方式是使載體流體達到一定的熱能水平并且由此為其提供一定水平的動能。載體流體，例如水，蒸發并且變成蒸汽。水，其被置于大約270巴的相當大的壓力下，轉換成蒸汽，這意味著額外增加了載體流體的體積。從而，蒸汽具有足夠的能量以驅動大型渦輪機，大型渦輪機的運動將使發電機運動。驅動渦輪機后，該蒸汽需要被冷卻，這通常在冷凝器中完成。這種冷凝器常常是具有冷卻回路的換熱器，具有載體流體的載體回路沿著該冷卻回路被引導。這樣，載體回路是連接到渦輪機的管路系統，冷卻回路充滿冷卻液體，冷卻液體間接接觸載體流體并且在冷凝前比載體流體冷很多。載體流體的部分熱量，也就是蒸汽，由此傳遞給冷卻回路中的冷卻液體以使得蒸汽再次變成水。

如今采用這種技術的發電廠，為了使冷卻回路中的溫度降低，采用濕式冷卻塔或干式冷卻塔。在濕式冷卻塔中部分冷卻液體，典型地再次是水，將被蒸發并且釋放到空氣中。其他部分的冷卻流體可以在冷卻回路中重復使用或者釋放到河水中，更冷的水相應地從河水中被吸出用于再次為冷卻回路供給具有河水溫度的新鮮冷卻水。

根據現有技術的這種發電廠在圖1中進行描述。在該圖中示意性地示出發電廠2的一些部件的發電廠2具有載體回路1和冷卻回路11。在載體回路1中，載體流體5，在這種情形下是水5，相當部分的水蒸汽通過載體回路泵3被泵送穿過管路系統。為了將水蒸汽5冷卻到相當低的溫度以使其再次轉換成液態水5，采用了換熱器9。冷凝水通過載體回路泵3泵送離開。換熱器9還連接到具有冷卻流體13(也就是冷卻水13)的冷卻回路11。從河水27中吸取冷卻水13并且通過冷卻回路泵23將其泵送到換熱器9。在到達換熱器9之前冷卻水13具有大約河水27的溫度。離開換熱器9之后冷卻水13從載體回路1中的水蒸汽5中吸取許多熱量。因此其比離開換熱器9之前熱很多并且也需要被冷卻以被送回河水27中。為此目的而采用濕式冷卻塔19。這里來自冷卻回路11的熱的冷卻水13被噴射到塔中，同時空氣17在冷卻塔19中流通。由這個過程產生蒸汽云21同時冷卻水13的剩余部分25以比進入濕式冷卻塔19之前顯著低的溫度水平被送回河水27中。

根據該原理，被用于冷凝換熱器9中的水蒸汽5的相當大部分的冷卻水13將在濕式冷卻塔19中蒸發進入空氣中。由于冷卻水13的剩余部分25獲得顯著低的溫度，由此提供了非常高的冷卻效率。由于發電廠2的效率直接取決于該冷卻系統冷卻載體流體5的能力，這種冷凝系統提供總體較高的發電廠效率。然而，濕式冷卻塔消耗大量水。取決于環境條件，用于500MW發電廠的水消耗量的值遠遠超過500kg/s。

因此，替代濕式冷卻塔的是所謂的干式冷卻塔，其原理將參照圖2描述。干式冷卻塔33在載體回路1中直接冷卻載體流體5。在發電廠2中載體流體5來自渦輪機29。渦輪機29驅動發電機31，發電機31通過渦輪機29的旋轉產生電能。在干式冷卻塔33中，水5穿過作為翅片管式換熱器的管路系統37。為了冷卻管路系統37，通風機35提供圍繞管路系統37流通的新鮮空氣以使得空氣17的恒定氣流圍繞管路系統37流通。載體流體5由此慢慢地在管路系統37中冷卻并且通過載體回路泵3被泵送回加熱單元(未示出)。這種加熱單元可以包括物質(油，煤，廢料和其他可燃材料)在其中燃燒的加熱腔或者可以包括核反應堆或者太陽熱場。

干式冷卻塔35無需水供應，然而它們的功效受環境溫度的限制。高環境溫度將導致熱力學過程的效率較低，因為干式冷卻塔35中的冷凝器溫度以及由此在渦輪機29的相應出口的壓力將升高。

在一個發電廠中同時結合濕式冷卻塔19和干式冷卻塔35也是可能的。然而，基于任何一種或者兩種冷卻技術的任意一種發電廠的運行仍然存在某種困難。在一些地區，在高峰時間缺乏水和/或空氣非常熱。通常這兩種影響可能同時發生。然而這些干旱地方.例如沙漠，具有的優勢是通常能容易地利用大量太陽能。這樣，被證實的主要問題是當理論上能以非常低的成本利用充足的熱能時如何提供有效的冷卻系統。

發明內容

本發明的目的是進一步優化用于冷凝發電廠的冷卻過程。特別地，本發明的目的是更適宜地減少這種過程中水或者實際上任何其他冷卻流體的消耗。

這個目的通過根據權利要求1的方法，通過根據權利要求7的方法，通過根據權利要求13的發電廠以及也通過根據權利要求14的發電廠實現。