一种发电机定子绕组热回收装置的制作方法

本实用新型涉及一种发电机定子绕组热回收装置，属于发电系统技术领域。

背景技术：

以350MW燃煤电站为例，汽轮发电机组布置在汽机房12.600m运转层。发电机的额定功率为350MW，其定子绕组和汇流排等产生的散热量为1132kW；当给水泵采用电泵时，发电机的最大连续输出功率(扣除励磁功率)为365MW，其定子绕组和汇流排等产生的散热量为1231kW。

发电机的冷却方式通常采用水-氢-氢。发电机定子的绕组和铁心是主要发热部件。

发电机氢气冷却系统为闭式氢气循环系统，氢冷系统的功能是采用干燥的氢气对发电机进行冷却，热氢通过发电机的氢气冷却器由闭式循环冷却水系统冷却。转子绕组氢内冷，定子铁芯及其它结构件氢气表面冷却。

发电机定子绕组水内冷，采用闭式循环，即上述闭式循环冷却水系统，如图1所示，定子绕组冷却水系统81的功能是采用干净、无杂质的水对发电机绕组内部进行冷却。定子绕组冷却水的进水温度范围为40～50℃，进水温度有自动调节装置以使定子线圈不结露(水温高于氢温5℃左右)并保持进水温度基本稳定(45±3℃)且不受发电机负荷的影响，定子绕组冷却水THA工况(热耗率验收工况)下出口水温不大于85℃。定子绕组冷却水系统81的出水进入定子绕组冷却水控制站80的内冷水箱7内，内冷水箱7内的水经过水冷却器8与外部循环冷却水换热、冷却后再返回定子绕组冷却水系统81，对发电机绕组内部进行冷却，实现闭式循环。

定子绕组冷却水控制站80布置在汽机房0.000m底层，包括耐腐蚀水泵、水冷却器8、内冷水箱7、仪器仪表、阀门和连接管路等，并组装在一个底盘上。其中耐腐蚀水泵设置二台，一运一备，当水泵出口压力低于整定值时，压力控制器常开开关动作，接通电气控制回路，启动备用泵。内冷水箱7为充气式水箱，并设置气压调节装置。在发电机定子绕组冷却水进、出口管路上还增设旁路和阀门，以便对定子绕组进行反向冲洗。耐腐蚀水泵控制回路断电和进水压力低联合(串联)保护回路是整定定子绕组冷却水进水口处压力控制器常闭开关动作值和断开值。耐腐蚀水泵出口压力控制器的整定程序是当耐腐蚀水泵出口压力低到0.4MPa左右时，压力控制器常闭开关动作闭合，使备用泵启动，当耐腐蚀水泵出口压力升高到约0.5MPa时，压力控制器常闭开关断开。

上述发电机定子绕组冷却系统中，发电机闭式循环冷却水系统的热量是由外部循环冷却水带走，热量没有被利用，而这部分热量还比较大，因此，此部分余热利用成为电站最有价值的开发对象之一。

目前，大部分制冷空调设备都是以电能驱动的，在消耗大量的电能同时，也带来了制冷工质氟里昂对环境的污染(温室效应和破坏臭氧层)，因此，采用低品位热源为驱动能源，以无CFCs(氯氟烃)问题的自然工质作为循环工质的制冷方式(如吸附式、吸收式、半导体制冷等)，来解决制冷空调中的环保和节能问题是一项有意义的研究课题。

吸附式制冷系统装置的工作原理是：以多孔性固体(如硅胶、活性炭、氯化钙等)作为吸附剂，以某种气体(如水、甲醇、乙醇、氨等)作为制冷剂，形成物理吸附或化学吸附的制冷工质对，利用固体吸附剂对气体的吸附能力随温度不同而不同，固体吸附剂吸附制冷剂气体(等压吸附)，使得制冷剂液体不断蒸发制冷(等容降压)，固体吸附剂吸附饱和之后通过加热解吸(等压解吸)，析出制冷剂气体，并使之凝结为制冷剂液体(等容升压)，完成一个制冷循环。

吸附式制冷系统装置具有结构简单、制造方便、无运动部件、运行稳定、可靠性高、无污染、无噪声、使用安全、寿命长、适用性强等优点，只是其需要消耗外部热量，以加热吸附饱和之后的固体吸附剂，使其解吸。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是如何对发电机定子绕组闭式循环冷却系统的余热进行高效利用。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种发电机定子绕组热回收装置，其特征在于：包括分离式热管换热器，分离式热管换热器的蒸发器设于定子绕组冷却水控制站的内冷水箱内，分离式热管换热器的冷凝器设于加热柜内；定子绕组冷却水系统的出水口连接所述内冷水箱的入口，所述内冷水箱的出口连接定子绕组冷却水系统的进水口；所述加热柜设有进风口和出风口，进风口与风机连接，出风口与低品位废热利用装置连接。

优选地，所述分离式热管换热器的蒸发器和冷凝器内设有工质，蒸发器的出口通过气管连接冷凝器的进口，冷凝器的出口通过液管连接蒸发器的进口，形成工质环路。

优选地，所述冷凝器设于蒸发器的上方，二者之间形成高度差。

优选地，所述低品位废热利用装置包括但不限于吸附式制冷系统装置、汽机房热风供暖系统。

优选地，所述内冷水箱的出口通过水冷却器及旁通管与所述定子绕组冷却水系统的进水口连接，旁通管与水冷却器并联。

更优选地，所述旁通管上设有阀门，所述水冷却器的进出口也设有阀门。

本实用新型提供的发电机定子绕组热回收装置使用时，分离式热管换热器的蒸发器被内冷水箱内的从定子绕组冷却水系统的发电机汽端回来的热水淹没、加热，蒸发器表面吸热后将热量传给蒸发器内的工质，工质在蒸发器内吸热后由液态变为气态，通过气管流向冷凝器。气态工质在冷凝器内与加热柜进口冷风换热后冷凝，经相变放出潜热后由气态变为液态，工质通过液管依靠重力从冷凝器回流到蒸发器，如此循环，大量热量由蒸发器传至冷凝器。加热柜出口热风输送至吸附式制冷系统装置、汽机房热风供暖系统等低品位废热利用装置，给吸附式制冷系统装置提供解吸过程所需的热量，给汽机房热风供暖系统提供热风供暖。

更优选地，吸附式制冷系统装置包括风冷冷凝器，风冷冷凝器通过风管与所述风机的进风口连接。利用吸附式制冷系统装置的风冷冷凝器的余热对风机5的进风进行预热，提高系统的COP值。

进一步地，所述风冷冷凝器与所述风机连接的风管上设有切换阀，便于根据吸附式制冷系统装置、汽机房热风供暖系统等低品位废热利用装置的运行状态进行开/关切换。

更优选地，还包括空气-水预热器，空气-水预热器的水侧进口连接所述内冷水箱的出口，空气-水预热器的水侧出口连接所述定子绕组冷却水系统的进水口；空气-水预热器的空气侧进口连接所述风机的出风口，空气-水预热器的空气侧出口连接所述加热柜的进风口。利用内冷水箱出口水的余热对加热柜的进口冷风进行预热，以进一步提高系统的COP值。

进一步地，所述空气-水预热器的空气侧、水侧的进出口上均设有阀门，便于根据实际工况进行开/关切换。

本实用新型提供的装置克服了现有技术的不足，具有结构简单、安全可靠、节能、节省设备投资和运行费用的优点，且可以全年全工况下运行，提高了机组经济性，利于环境的可持续发展。对节约水资源也大有益处，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为传统的发电机定子绕组闭式循环冷却系统示意图；

图2为实施例1提供的发电机定子绕组热回收装置示意图；

其中：1、分离式热管换热器的蒸发器；2、分离式热管换热器的冷凝器；3、气管；4、液管；5、风机；6、加热柜；7、内冷水箱；8、水冷却器；9旁通管；80、定子绕组冷却水控制站；81、定子绕组冷却水系统；82、汽机房热风供暖系统；83、吸附式制冷系统装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

图2为本实施例提供的发电机定子绕组热回收装置示意图，所述的发电机定子绕组热回收装置包括定子绕组冷却水系统81、定子绕组冷却水控制站80、分离式热管换热器、汽机房热风供暖系统82、吸附式制冷系统装置83等。

分离式热管换热器由蒸发器1、冷凝器2、工质环路(气管3、液管4)等组成，蒸发器1和冷凝器2内装有工质，蒸发器1的出口通过气管3连接冷凝器2的进口，冷凝器2的出口通过液管4连接蒸发器1的进口，形成工质环路。蒸发器1表面吸热后将热量传给蒸发器内的工质，工质在蒸发器1内吸热后由液态变为气态，通过气管3流向冷凝器2。气态工质在冷凝器2内冷凝，经相变放出潜热后由气态变为液态，工质通过液管4依靠重力从冷凝器2回流到蒸发器1，如此循环，大量热量由蒸发器1传至冷凝器2。通常情况下，冷凝器2布置于蒸发器1的上方，形成高度差，使冷凝器2内的液态工质可以依靠重力回流。

定子绕组冷却水系统81的出水进入定子绕组冷却水控制站80的内冷水箱7内，在内冷水箱7内布置分离式热管换热器的蒸发器1，蒸发器1被内冷水箱7内的从定子绕组冷却水系统81的发电机汽端回来的热水淹没、加热。分离式热管换热器的蒸发器1和定子绕组冷却水控制站80一起布置于汽机房0.000m底层。

将分离式热管换热器的冷凝器2布置于加热柜6内。分离式热管换热器的冷凝器2及加热柜6布置于汽机房6.300m中间层。冷凝器2与蒸发器1之间形成高度差。加热柜6前、后分别设置有进风口、出风口，加热柜6的进风口与风机5连接，加热柜6的出风口分别通过风管与吸附式制冷系统装置83、汽机房热风供暖系统82连接，风管上设置有风阀，根据使用要求进行调节。

通过分离式热管换热器将定子绕组冷却水系统81出口热水的热量由蒸发器1传至冷凝器2，冷凝器2与风机5引入的进风换热，将进口冷风加热成热风，热风输送至吸附式制冷系统装置83和/或汽机房热风供暖系统82，给吸附式制冷系统装置83提供解吸过程所需的热量，给汽机房热风供暖系统82提供热风供暖。

吸附式制冷系统装置83为连续型，设置有二台(或二台以上)吸附床，通过阀门的自动切换(阀门接受时间继电器的电信号)实现连续制冷，从而使余热充分利用。吸附式制冷系统装置83通常采用水冷冷凝器，吸附式制冷系统装置83被布置于汽机房6.300m中间层。

在传统结构的水冷却器8被冷却侧水路上增加一根旁通管9，旁通管9与水冷却器8并联。即内冷水箱7出口连接水冷却器8高温侧入口及旁通管9一端，水冷却器8高温侧出口及旁通管9另一端汇流后连接定子绕组冷却水系统81的进水口。旁通管9上设置阀门，水冷却器8的高温侧进出口及低温侧进出口也均设置阀门。

当分离式热管换热器工作时，内冷水箱7出口水直接经过旁通管9返回定子绕组冷却水系统81，对发电机绕组内部进行冷却，实现闭式循环。当分离式热管换热器不工作时，内冷水箱7出口水依然通过水冷却器8，与外部循环冷却水换热、冷却后再返回定子绕组冷却水系统81，对发电机绕组内部进行冷却，实现闭式循环。外部循环冷却水系统作为备用工作水源。

本实施例中，采用了分离式热管换热器，热管换热器有以下特点：1)结构简单，无运转部件，运行可靠性高，制造和维护方便，适应性强，布置灵活。2)在回收相同热量条件下，利用热管换热器得到的冷流体温度，比用其它换热器所得到的冷流体温度要高，回收相同热量的有用价值高。3)因冷、热介质的换热在热管的外表面进行，蒸发器、冷凝器采用环形翅片强化传热，容易扩展受热及吸热面积。热管换热器的结构决定了它是典型的逆流换热，热管又几乎是等温运行，因此热管换热器具有很高的余热回收效率。4)热管换热器传热系数比相同几何尺寸的金属棒大几个数量级，传热速度是相同金属的数千倍至万倍，0.1℃的温差即有热响应，能弥补气体对流换热系数小的影响。5)如进行热交换需要敷设较长管路系统时，基本没有影响。6)冷、热介质的物理状态可不同，即可为气体，也可为液体。7)冷、热介质没有交叉污染问题。8)分离式热管换热器可以避免出现单根热管过长而导致达到携带极限，以及制造、运输不便的问题。

通过分离式热管换热器将发电机定子绕组产生的低品位废热用于吸附式制冷机，加热固体吸附剂并使之解吸，析出制冷剂气体，制取冷冻水；或用于厂房冷季热风供暖；或其它适宜的需要低品位热源的场所。

本实施例提供的发电机定子绕组热回收装置具有安全可靠、节能、节省设备投资和运行费用、全年全工况下运行、系统简化的优点，提高了机组经济性，利于环境的可持续发展。对节约水资源也大有益处，尤其对于我国北方缺水地区。因此，具有广阔的应用前景。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：吸附式制冷系统装置83采用风冷冷凝器，风冷冷凝器通过风管与所述风机5的进风口连接，利用吸附式制冷系统装置83的风冷冷凝器的余热对风机5的进风进行预热。风管上设有切换阀，便于根据吸附式制冷系统装置、汽机房热风供暖系统等低品位废热利用装置的运行状态进行开/关切换，提高系统的COP值。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：还包括空气-水预热器，空气-水预热器的水侧进口连接所述内冷水箱7的出口，空气-水预热器的水侧出口连接所述定子绕组冷却水系统81的进水口；空气-水预热器的空气侧进口连接所述风机5的出风口，空气-水预热器的空气侧出口连接所述加热柜6的进风口。利用内冷水箱出口水的余热对加热柜的进口冷风进行预热，空气-水预热器的各进出口上均设有切换阀，便于根据实际工况进行开/关切换，以进一步提高系统的COP值。