一种电厂烟囱上部的风力发电机的布置与运行方式的制作方法

1.本发明属于风力发电领域，特别涉及一种电厂烟囱上部的风力发电机的布置与运行方式，仅适用于烟囱高度较高而且烟囱截面为圆形的电厂。


背景技术：

2.风能是一种清洁无公害的可再生能源，利用风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，日益受到世界各国的重视，但是由于风力发电不稳定，风能难以充分利用，导致我国部分地区弃风现象严重，对于如何高效利用风能对我国的可再生清洁能源发展起着十分重要的作用。
3.电厂普遍远离市区，风能资源丰富，并且电厂烟囱的高度较高，高处的风力更加强劲，但是并没有得到充分地利用。利用电厂烟囱的高度优势通过高处的强劲的风能发电有利于提高电厂的经济效益，因此，一种电厂烟囱上部的风力发电机的布置与运行方式成为本领域的迫切需求之一。


技术实现要素：

4.针对目前电厂还未利用烟囱的高度优势通过常规风力发电的问题，本发明提供了一种电厂烟囱上部的风力发电机的布置与运行方式，其目的是利用电厂烟囱的高度优势通过高处的风能发电，并将风力发电产生的电能通过电厂的输变电系统直接送入电网，提高电厂的经济效益。
5.为了达到上述目的，本发明所采用的一个的技术方案是:
6.一种电厂烟囱上部的风力发电机的布置与运行方式，包括h型风力发电机1、y型风力发电机2、输电线3、紧固钢架4和烟囱5，还包括紧固钢架4两侧的长条突出部a41和长条突出部b42，h型风力发电机单元包括：h型风力发电机1、输电线3和紧固钢架4；y型风力发电机单元包括：y型风力发电机2、输电线3和紧固钢架4，所述的所有风力发电机均直接安装在紧固钢架4两侧的长条突出部a(41)或长条突出部b(42)上，并通过输电线3相连。紧固钢架4两侧的长条突出部a41和长条突出部b42位于紧固钢架4直径的两端，即长条突出部a41和长条突出部b42的连线通过紧固钢架4的圆心。
7.所述紧固钢架4竖直方向的高度为0.6m，由于燃煤电厂烟囱一般为下端粗上端细的圆台结构，所以燃煤电厂烟囱外壁具有一定的锥度，为了使紧固钢架4更好地适应燃煤电厂烟囱，紧固钢架4中部圆环的内壁具有一定锥度，具体锥度大小与具体燃煤电厂烟囱锥度大小相同，以便紧固钢架4中部圆环内壁可以紧贴烟囱外壁面，可以使紧固钢架4可以更加稳固的固定在烟囱5上。沿紧固钢架4上部圆环的径向伸出两段相同长度的长条突出部a41和长条突出部b42,并且长条突出部a41和长条突出部b42位于紧固钢架4上部圆环的同一直径上，长条突出部a41和长条突出部b42的长度均为2m。
8.所述h型风力发电机1的塔架高度0.6m，叶片长0.6m，y型风力发电机2的塔架高度为0.2m，叶片长0.6m。
9.h型风力发电机单元中2台h型风力发电机1分别安装在紧固钢架4两侧的长条突出部a41和长条突出部b42的顶部，安装方式为常规固定方式，在此不赘述，每台h型风力发电机1接出一根输电线3，两根输电线3在紧固钢架4的中部位置汇集。由于同一风力发电机单元上的2台风力发电机在工作时转速时刻保持一致，所以上述布置方式可以平衡两个h型风力发电机1在工作时对烟囱5产生的径向力，减少对烟囱5的影响。
10.y型风力发电机单元中2台y型风力发电机2分别安装在紧固钢架4两侧的长条突出部a41和长条突出部b42顶部，安装方式为常规固定方式，在此不赘述，每台y型风力发电机2接出一根输电线3，两根输电线3在紧固钢架4的中部位置汇集。由于同一风力发电机单元上的2台风力发电机在工作时转速时刻保持一致，所以上述布置方式可以平衡两个y型风力发电机2在工作时对烟囱5产生的径向力，减少对烟囱5的影响。
11.考虑到燃煤电厂烟囱的高度一般为燃煤电厂锅炉厂房高度的2倍
‑
2.5倍，而锅炉厂房高度高于除烟囱以外其他的电厂建筑，并且低处的风力较弱，难以使风力发电机产生充足电能，所以安装在最下方的风力发电机单元的高度不宜低于电厂烟囱高度的1/2。h型风力发电机的叶片较短，y型风力发电机的叶片较长，因此，烟囱高度的1/2到烟囱高度的2/3安装若干层h型风力发电机单元，烟囱高度的2/3到烟囱的顶部安装若干层y型风力发电机单元，每层风力发电机单元为紧固钢架4两侧的长条突出部a41和长条突出部b42的顶部安装2台h型风力发电机1或两台y型风力发电机2。
12.h型风力发电机单元中，相邻的两个风力发电机单元互相呈60
°
角，而且相邻的两个h型风力发电机单元中位于上方的h型风力发电机单元相对于下方的h型风力发电机单元逆时针旋转60
°
，并且相邻的两个h型风力发电机单元上的h型风力发电机1竖直距离为3m，而且间距保证大于2m，不宜h型风力发电机1的布置过于密集。显然，旋转角度相同并且竖直距离最近的两台h型风力发电机单元恰好间隔2个h型风力发电机单元，并且这个两个h型风力发电机单元上的h型风力发电机1位于同一竖直位置，相距9m，由于h型风力发电机1的整体高度为1.2m，所以竖直方向上相邻的两个h型风力发电机1相距7.8m，不同层的h型风力发电机1不会相互影响。
13.y型风力发电机单元中，相邻的两个风力发电单元的布置方式为互相呈60
°
角，而且相邻的两个风力发电机单元中位于上方的风力发电机单元相对于下方的风力发电机单元逆时针旋转60
°
，并且相邻的两个y型风力发电机单元上的y型风力发电机2竖直距离为3m，而且间距保证大于2m，不宜y型风力发电机2的布置过于密集。由于上述的布置方式，风轮机体设置了转动的最大值为顺时针逆时针各45
°
，保证相邻的两个y型风力发电机单元上的y型风力发电机2的发电机叶片和风轮机体在转动时不会相互干扰，也不会撞击到烟囱。显然，旋转角度相同并且竖直距离最近的两台y型风力发电机单元间隔2个y型风力发电机单元，相距9m，并且这个两个y型风力发电机单元上的y型风力发电机2位于同一竖直位置，由于y型风力发电机2的塔架高度为0.2m，叶片长度为0.6m，所以竖直方向上相邻的两个y型风力发电机1相距8.2m，不同层的y型风力发电机2不会相互影响。
14.y型风力发电机单元与h型风力发电机单元相邻位置处，相邻的两个风力发电单元的布置方式为互相呈60
°
角，且相邻的两个风力发电机单元中位于上方的风力发电机单元相对于下方的风力发电机单元逆时针旋转60
°
，并且相邻的h型风力发电机单元与y型风力发电机单元上的h型风力发电机1与y型风力发电机2竖直距离为3m，不会相互干扰。旋转角
度相同并且竖直距离最近的y型风力发电机单元和h型风力发电机单元间隔1个h型风力发电机单元和1个y型风力发电机单元，相距9m，这两个风力发电机单元上的y型风力发电机2与h型风力发电机1位于同一竖直位置，由于h型风力发电机1的整体高度为1.2m，y型风力发电机2塔架高度为0.2m，叶片长度为0.6m，所以y型风力发电机2与h型风力发电机1在竖直方向上相距7.4m，不同层的h型风力发电机1与y型风力发电机2不会相互影响。
15.所述的布置方案采用严格的启停和运行方式：所述的布置方案采用严格的启停和运行方式：若发电机组启动时，应该由低到高启动风力发电机单元，待下方的风力发电机单元稳定运行后再启动上方的风力发电机单元，直到所有风力发电机单元均投入运行，由低到高顺次启动风力发电机单元，有利于整个系统的稳定，发电机组运行时，同一风力发电机单元的两台风力发电机转速时刻保持一致；若发电机组停止工作时，应该由高到低停止风力发电机单元，待上方的风力发电机单元完全停稳后再停止下方的风力发电机单元，直到所有风力发电机单元均完全停止，由高到低顺次停止风力发电机单元，有利于整个系统的稳定。若需要部分风力发电机工作，由于同一风力发电机单元上的两台风力发电机沿烟囱径向对称布置，并且转速相同，为了设备的稳定运行，要求同一台风力发电机单元上的两台风力发电机同时工作，禁止一台风力发电机单元上的一台风力发电机单独工作，即保证每个紧固钢架4的2台成对布置的风力发电机同时启停。
16.上述的启停方法与工作方式配合风力发电机的径向对称布置可以保证烟囱5径向的受力平衡。
17.根据不同电厂设备和风力情况，可自行选择风力发电机单元的数量，即若干层紧固钢架4两侧的长条突出部a41和长条突出部b42的顶部安装2台h型风力发电机1或两台y型风力发电机2。
18.所述的两种风力发电机单元的输电线3在紧固钢架4的中部位置汇集后接入下一风力发电机单元，并由最下方的风力发电机单元接入燃煤电厂输变电系统。燃煤电厂的输变电系统系常规设备，在此不做赘述。
19.综上所述的设计方案有以下优点：
①
高处相对于低处的风力的比较强劲，而电厂烟囱的高度较高，烟囱顶部有非常丰富的风力资源，目前还未有相应的风力发电机，本发明可以充分利用烟囱顶部丰富的风力资源。
②
将风力发电机安装在电厂烟囱上部，因为电厂烟囱具有一定的建筑高度，所以风力发电机不需要过高的塔架而节省设备投资，也节省土地资源。
③
采用对称布置可以平衡风力发电机在工作时产生的振动，减少风力发电机对电厂烟囱的影响。
④
针对不同的布置方案采用合理的启停和运行方式，进一步减少风力发电机对电厂烟囱的影响，而且提高了设备工作的稳定性。
⑤
风力发电机产生的电能通过电厂的输变电系统直接并入电网，而常规风力发电还需要配备专门的输变电系统直接及电网，本装置则节省了输变电系统的投资，提高了电厂的经济性。
20.本专利创新性的风力发电机的布置和运行方式保证风力发电的可靠高效输出，增加燃煤电厂的经济效益，若燃煤电厂限负荷运行，可以根据风力发电量减少燃煤发电的燃煤量，磨煤机、水泵和送引风机等辅机的负荷相应减少，厂用电降低，设备的磨损减轻，在取得经济效益的同时，污染物的排放降低，环保效益明显，而且节省了土地资源，进一步提升电厂的经济效益。
附图说明
21.图1为紧固钢架的三维结构示意图；
22.图2为紧固钢架的俯视图；
23.图3为h型风力发电机单元的三维结构示意图；
24.图4为y型风力发电机单元的三维结构示意图；
25.图5为h型风力发电机单元组合的三维结构示意图；
26.图6为y型风力发电机单元组合的三维结构示意图；
27.图7为y型风力发电机单元与h型风力发电机单元相邻布置的三维结构示意图；
28.图8为相邻4个h型风力发电机单元组合的俯视图。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
30.本发明为一种电厂烟囱上部的风力发电机的布置与运行方式，包括h型风力发电机1、y型风力发电机2、输电线3和紧固钢架4。h型风力发电机布置方案包括：h型风力发电机1、输电线3和紧固钢架4；y型风力发电机布置方案包括：y型风力发电机2、输电线3和紧固钢架4，所述的所有风力发电机均直接安装在设备紧固钢架4上，并通过输电线3相连。
31.所述h型风力发电机布置方案由若干个h型风力发电机单元构成，y型风力发电机布置方案由若干个y型风力发电机单元构成。每个风力发电机单元为紧固钢架4两侧的长条突出部a41和长条突出部b42的顶部安装2台h型风力发电机1或两台y型风力发电机2。
32.所述h型风力发电机1的塔架高度0.6m，叶片长0.6m，y型风力发电机2的塔架高度为0.2m，叶片长0.6m。
33.图1所示为紧固钢架4的锥度示意图，图中l1为紧固钢架4上部圆环的直径长度，l2为紧固钢架4下部圆环的直径长度，且l2略大于l1，直线h为紧固钢架4的高度，紧固钢架4中部圆环的内壁的锥度即为并且该锥度等于燃煤电厂烟囱外壁的锥度。
34.图2所示为紧固钢架4的俯视图，图中双向箭头指向分别为长条突出部a41和长条突出部b42的伸出方向，并且双箭头实线经过紧固钢架4中部的圆心。
35.图3所示为h型风力发电机单元的三维结构示意图，2台h型风力发电机1分别安装在紧固钢架4两侧的长条突出部a41和长条突出部b42顶部，每台h型风力发电机1接出一根输电线3，两根输电线3在紧固钢架4的中部位置汇集，上述布置方式可以平衡两个h型风力发电机1在工作时发生振动对烟囱5产生的径向力，减少设备对烟囱5的影响。
36.图4所示为y型风力发电机单元的三维结构示意图，2台y型风力发电机2分别安装在紧固钢架4两侧的长条突出部a41和长条突出部b42顶部，每台y型风力发电机2接出一根输电线3，两根输电线3在紧固钢架4的中部位置汇集，上述布置方式可以平衡两个y型风力发电机2在工作时发生振动对烟囱5产生的径向力，减少设备对烟囱5的影响。
37.考虑到燃煤电厂烟囱的高度一般为燃煤电厂锅炉厂房高度的2倍
‑
2.5倍,而锅炉厂房高度高于除烟囱以外其他的电厂建筑，并且低处的风力较弱，难以使风力发电机产生
充足电能，所以安装在最下方的风力发电机单元的高度不宜低于电厂烟囱高度的1/2。h型风力发电机的叶片较短，y型风力发电机的叶片较长，因此，烟囱高度的1/2到烟囱高度的2/3安装若干层h型风力发电机单元，烟囱高度的2/3到烟囱的顶部安装若干层y型风力发电机单元，每层风力发电机单元为紧固钢架4两侧的长条突出部a41和长条突出部b42的顶部安装2台h型风力发电机1或两台y型风力发电机2。
38.图5所示为h型风力发电机单元组合的三维结构示意图，5为烟囱的一部分，相邻的两个风力发电机单元的布置方式为互相呈60
°
角，而且相邻的两个h型风力发电机单元中位于上方的h型风力发电机单元相对于下方的h型风力发电机单元逆时针旋转60
°
，并且相邻的两个h型风力发电机单元上的h型风力发电机1竖直距离为3m，而且间距保证大于2m，不宜h型风力发电机1的布置过于密集。显然，旋转角度相同并且竖直距离最近的两台h型风力发电机单元恰好间隔2个h型风力发电机单元，并且这个两个h型风力发电机单元上的h型风力发电机1位于同一竖直位置，相距9m，由于h型风力发电机1的整体高度为1.2m，所以竖直方向上相邻的两个h型风力发电机1相距7.8m，不同层的h型风力发电机1不会相互影响。
39.图6所示为y型风力发电机单元组合的三维结构示意图，5为烟囱的一部分，相邻的两个风力发电单元的布置方式为互相呈60
°
角，而且相邻的两个风力发电机单元中位于上方的风力发电机单元相对于下方的风力发电机单元逆时针旋转60
°
，并且相邻的两个y型风力发电机单元上的y型风力发电机2竖直距离为3m，而且间距保证大于2m，不宜y型风力发电机2的布置过于密集。由于上述的布置方式，风轮机体设置了转动的最大值为顺时针逆时针各45
°
，保证相邻的两个y型风力发电机单元上的y型风力发电机2的发电机叶片和风轮机体在转动时不会相互干扰，也不会撞击到烟囱。显然，旋转角度相同并且竖直距离最近的两台y型风力发电机单元间隔2个y型风力发电机单元，相距9m，并且这个两个y型风力发电机单元上的y型风力发电机2位于同一竖直位置，由于y型风力发电机2的塔架高度为0.2m，叶片长度为0.6m，所以竖直方向上相邻的两个y型风力发电机1相距8.2m，不同层的y型风力发电机2不会相互影响。
40.图7所示为y型风力发电机单元与h型风力发电机单元相邻布置的三维结构示意图，5为烟囱高度1/2处，相邻的两个风力发电单元互相呈60
°
角，且相邻的两个风力发电机单元中位于上方的风力发电机单元相对于下方的风力发电机单元逆时针旋转60
°
，并且相邻的h型风力发电机单元与y型风力发电机单元上的h型风力发电机1与y型风力发电机2竖直距离为3m，不会相互干扰。旋转角度相同并且竖直距离最近的y型风力发电机单元和h型风力发电机单元间隔1个h型风力发电机单元和1个y型风力发电机单元，相距9m，这两个风力发电机单元上的y型风力发电机2与h型风力发电机1位于同一竖直位置，由于h型风力发电机1的整体高度为1.2m，y型风力发电机2塔架高度为0.2m，叶片长度为0.6m，所以y型风力发电机2与h型风力发电机1在竖直方向上相距7.4m，不同层的h型风力发电机1与y型风力发电机2不会相互影响。
41.图8所示为相邻4个h型风力发电机单元组合的俯视图，图中
①
、
②
、
③
和
④
是沿烟囱从低到高相邻的4层风力发电机单元的布置示意图，为了叙述方便，仅表示4层风力发电机单元的重叠示意图，其中，双向箭头实线
①
、
②
和
③
之间互呈60
°
角，并且双向箭头实线
①
与双向箭头实线
④
重合。如图7所示：忽略高度的影响，仅描述不同层风力发电机单元的角度，其中，
①
风力发电机单元位于正中的上下位置，相邻的
②
风力发电机单元与
①
风力发电
机单元在逆时针方向夹角60
°
，
③
风力发电机单元则在
②
风力发电机单元的基础上再旋转60
°
角，而
④
风力发电机单元在
③
风力发电机单元的基础上再旋转60
°
角则与
①
风力发电机单元重合，完成一个循环，若再布置其它风力发电机单元则按此规律布置。同理，y型风力发电机不同单元组合的俯视图与此类似，不再赘述。
42.所述的布置方案采用严格的启停和运行方式：所述的布置方案采用严格的启停和运行方式：若发电机组启动时，应该由低到高启动风力发电机单元，待下方的风力发电机单元稳定运行后再启动上方的风力发电机单元，直到所有风力发电机单元均投入运行，由低到高顺次启动风力发电机单元，有利于整个系统的稳定，发电机组运行时，同一风力发电机单元的两台风力发电机转速时刻保持一致；若发电机组停止工作时，应该由高到低停止风力发电机单元，待上方的风力发电机单元完全停稳后再停止下方的风力发电机单元，直到所有风力发电机单元均完全停止，由高到低顺次停止风力发电机单元，有利于整个系统的稳定。若需要部分风力发电机开始工作，由于同一风力发电机单元上的两台风力发电机沿烟囱径向对称布置，并且转速相同，为了设备的稳定运行，要求同一台风力发电机单元上的两台风力发电机同时工作，禁止一台风力发电机单元上的一台风力发电机单独工作，即保证每个紧固钢架4的2台成对布置的风力发电机同时启停。
43.上述的启停方法与工作方式配合风力发电机的径向对称布置可以保证烟囱5径向的受力平衡。
44.根据不同电厂设备和风力情况，可自行选择风力发电机单元的数量，即若干层紧固钢架4两侧的长条突出部a41和长条突出部b42的顶部安装2台h型风力发电机1或两台y型风力发电机2。
45.所述的两种风力发电机单元的输电线3在紧固钢架4的中部位置汇集后接入下一风力发电机单元，并由最下方的风力发电机单元接入电厂的输变电系统，将风力发电机产生的电能并入电网，提高电厂的经济效益。
46.本专利创新性的风力发电机的布置和运行方式保证风力发电的可靠高效输出，增加燃煤电厂的经济效益，即使燃煤电厂限负荷运行，可以根据风力发电量减少燃煤发电的燃煤量，磨煤机、水泵和送引风机等辅机的负荷减少，厂用电降低，设备的磨损减轻，在取得经济效益的同时，污染物的排放降低，环保效益明显，而且节省了土地资源，进一步提升电厂的经济效益。