CN104147876A - 巨型风能发电除尘塔建造方案 - Google Patents

Abstract

巨型风能发电除尘塔建造方案，旨在提出大规模生产绿色电能和大范围除尘防大气污染的新途径。它主要由塔体3、塔上层的迎风架10和喷淋管系；塔下部的风能发电机1、低阻尼的导流通道、气水分离系统塔体3外的喷淋系统组成。迎风架10和塔体3把高空横向气流垂直引下，经喷淋除砂尘高速流下，经低阻尼通道气水分离后进行风能发电。寒冷时节塔内靠引入风发电，塔外除尘。以其为基础在污染的大气流主流道上建立除尘发电防护带。其提供的无碳电能有可能取代核电和煤电；其有效的除尘功能将有效保护生态环境；其壮丽宏伟的景象是发展旅游业的热点。本项目的实施可形成巨大的产业链，为经济可持续发展产生不可低估的作用。请参照摘要附图。

Description

巨型风能发电除尘塔建造方案

技术领域

本发明涉及建造超高巨型风能发电除尘塔，达到以相对较低投入建设大型风能电站和削弱砂尘气流对生态环境的危害；同时以综合利用的方法达到短期回收投资的方案。它主要由塔体、风能发电机组、喷水系统、迎风架、冲洗排污系统、水处理系统组成。风能发电机组安装在风塔底部，由塔内快速流下的气流驱动；风塔顶部构有迎风架，数百米高空横向风流经它时变为向下流动，作为驱动风能发电机的动力，塔内设置的水喷淋系统再对引入气流降温使其密度增加而加快气流向下的流速，成为风能发电机的强劲风源。由于上层迎风架的设置，即使无喷水降温，风能发电机仍能依靠上层迎风架引入的气流发电，这对寒冷季节尤为重要。系统的除尘是这样实现的：引入塔内气流带有大量砂尘，这由喷淋水除尘，带有泥砂的水经气水分离后水从排污口流入以过泸、沉澱为主的水处理系统，而带有少量砂尘的气流经风能发电机发电后向塔外排出。在冰冻季节塔内不可喷水，除尘主要在塔外靠温水喷淋。在城市外围--选在形成砂尘暴气流主要流向的上游--建造以巨型风能发电除尘塔为基础的除尘发电网带，不仅能有效降低砂尘暴对城市内生态环境危害，而且取之不竭的自然能为我们廉价使用。这一除尘发电网还应配有塔体外的中层、低层喷淋除尘系统。这就形成了一种蔚为壮观的景观。建立大旅游景区是顺势而为的事。

背景技术

1、煤电的应用对大气污染是众所周知的；核电的发展存在的隐患是令人担忧的；光优发电和当前的风力发电虽是一种方向，但投入是巨大，成本回收遥遥无期。发展一种较低投入高回报、真正无碳迹的供电系统是我国经济可持续高速发展的要求。

2、大气污染严重危害了生态环境。建造本系统取代煤电，是降低二氧化碳排放的有效措施；对一个人口密集地区来说往往是输入性污染造成了区域大气环境恶化，建造本系统就能改善受保护区的生态环境不受输入性污染；雾霾的产生不能以予测予报和“及时关窗”了之，汽车尾气和扬尘、人类活动所产生的微尘也应给予有效治理，这在本人巳申请的几项专利中--如申请号为201210569936.7的“太阳能除尘排热系统”、申请号为201310119416.0的“太阳能-风能联用系统及其应用”等--已有表达。本发明以及已申报的发明项目组成了一个“外防内治”的立体网，它们的实施将给我们带来较多的“兰天白云”天气和“风清气净”环境空气质量。

3、综合利用的方案是摊薄成本的有效办法。本案采用发电+除尘+建立旅游区的设计无疑大大提高了项目的经济效益。

发明内容

本发明提出一个综合性项目，它具有风能发电、区域防尘等多项功能。主要由巨型风塔、风能发电机组、位于风塔顶部的迎风架、设于塔体上部的水喷淋降温系统、设于塔体下部的分流锥、导流凸、导流筋及气水分离系统、设于塔体外的水喷淋降尘系统、冲洗排污系统、水处理系统组成。

迎风架由钢构架、迎风活板、液压导风板组成。钢构架上每个风口上装有迎风活板，受到横向风吹动时可张开规定的角度，将横向风改变为垂直向下的风。钢构架的背风面上的迎风活板却紧紧贴合在钢构架风口上，引入的风只能沿此迎风活板面向下流动。液压导风板位于钢构架上部，当风向传感器测定并发出伩号时，钢构架背风面上的液压导风板向上张开到位于其上部的定位圈靠定，多层液压导风板迎风张开便组成相当于一只巨大的迎风弯头，使横向风受引导后向下流动。由于迎风架的设置使塔内气流动能显著增加。

塔体内高层设有多层向下的水喷淋系统。它不仅具有除尘功能，炎热时节更能降低塔内气流温度，使其密度增加、流速加快，使向下的风速加快。寒冷季节无法进行水喷淋，主要能靠迎风架导入的风能发电。塔体内壁设有气水分离弧形导流凸，其上装有集水口，将分离出的水和沿内壁流下的水排入水处理系统。在塔体底部砌有分流锥，气流沿锥体弧形表面流向改为外排方向，并在锥体表面再进行气水分离，大量沿锥体表面流下的水经锥体集水口也排入水处理系统。最后清水进入环塔湖，作为喷砂水源。

在塔体下部一定距离外建有挡风圈，使侧向风不能干扰风能发电机正常运行。

寒能季节来临，只能依靠迎风架引入高空高速气流发电。降尘功能是这样实现的：采用温水在塔体外喷淋，温水系统配有电加热装置。

依托本系统强大的发电能力和除尘功能，在砂尘暴和雾霾流的主要流向上建造横隔网带，不仅可以形成新的绿色能源基地和阻抗大气输入性污染的屏障，也可建成蔚为壮观的旅游热地。

由上可知，本发明的实施具有以下优势：

1、利用高空用之不竭的自然风能转换为电能，其具有建造大型绿色电站的潜能，完全有可能逐步取代存在巨大缺陷的“煤电”、“核电”以及伪绿色能源。

2、具有区域防输入性大气污染的功能。这是民生实事工程。对待大气污染只仃留在予测予报上显然不够的，“及时关门窗”也只是权宜之计。

3、本系统建造具有很好的经济前景。1)真正的绿色产业。2)其双重功能摊薄了投资成本。其综合开发利用的特性使投资回收期大大缩短。3)形成全新的巨大产业链，为我国经济可持续快速发展注入新的活力。

附图说明

图1是风能发电除尘塔正视图。

图2是风能发电除尘塔顶视图。

图3是迎风架结构原理图。

图4是液压导风板结构原理图。

图5是迎风活板结构图。

图6是分流锥原理图。

图7是风能发电除尘带方案图。

具体实施方案

请参照图1和图2，风能发电除尘塔主要由风能发电机组1、塔体3、迎风架10、喷水泵11、砂砾泸层14、喷淋塔19、环塔湖17等组成。风能发电机组1分布在塔体3底部四周，依靠塔体3内高速气流推动其叶轮发电。高速气流的产生是由于位于塔体3顶部的迎风架10引入高空气流并由塔内对其水喷淋的降温而加速。塔体3内的水喷淋系统另一个重要作用是清洗气流中携带大量砂尘。在塔体3外建有喷淋塔19，其上众多喷咀和环塔湖17上的低空喷水点阵减少了砂尘暴和雾霾的强度。环塔湖17接受砂砾泸层14过泸后的水，并成为喷淋水的水源。寒冷季节塔体3内所有喷淋系统仃用。除尘主要在塔体3外进行。为此设有温水系统的喷管15对从风能发电机排气出口排出的气流进行除尘。再辅以喷淋塔19和低喷管的温水喷淋，可有效降尘。温水加热所耗的大量能源仍主要取自本系统的发电，也可辅以太阳能光-热转换系统。

请参照图3，巨大的钢制迎风架10四周构有许多进风口，每只进风口内侧装有迎风活板5，其转轴在其上方。当横向风袭来时，迎风活板5被打开至一定角度而限位，横向风被改变为向下流动的气流。当迎风面上所有迎风活板5被打开后便形成很大的向下气流。而背风面的迎风活板5则被贴合在各自对应的进风口，使进入塔内的气流不能穿过漏逸。为引入更大的气流，在迎风架10的顶部周边设有液压导风板。液压导风板的设置是多层的，其迎风张开的角度受其上方的定位圈6定位，上一层定位圈6直径小于下一圈，因而多层液压导风板迎风张开后便形成巨大的跟踪风向的迎风弯头。由于液压导风板是迎风张开的，张开过程受风力推动，因而液压系统不需要太大的能耗。

请参照图4，液压导风板分二层，它们是前液压导风板7和后液压导风板8，所有导风板均向塔内弯曲。处在非工作状态时它们水平姿态，前液压导风板7的几何尺寸以此姿态决定，它是前端窄而后端宽，处在工作状态时，它们张开一定角度靠定位圈6限位，此时前液压导风板7显现较大的漏风条缝，需位于其后的后液压导风板8覆盖，因而其几何尺寸按工作状态决定，其宽度比前液压导风板的漏风条缝稍宽并且二边有软侧板，工作状态时可阻挡漏风。它们的工作应按设定的程序进行：当风向传感器感知风向并发出伩号，则迎风面半周的液压导风板7和8组合保持水平姿态，而另半周的液压导风板7和8组合在液压装置推动下向上张开。首先是后液压导风板8张开至位于其上面的定位圈6，而前液压导风板7再续上。当横向风改变方向后，部分液压导风板复位，动作程序相反。这是为防止不同位置时液压导风板之间相互卡死。

请参照图5，迎风活板5用于将高空横向气流引入塔体3内并垂直向下的主要部件之一。其转轴设在其上端，板型为上宽下狭并朝塔外弯曲，在其下部中线部位焊有垂直翅板23。它们在迎风架10的每只进风口上褂装，靠横向气流的推动而张开一定角度，在进风口上方设一限位挡24，使每层迎风活板5张开的角度一致，但上一层比下一层张开角度大。迎风活板5的弯曲是为增加风的托力，不使其出现鼓荡。为使在迎风架10二侧切向流过的风产生足够的推力，设置了翅板23。

在塔体3内的上部设有多处喷淋装置，用于对气流降温以增加其密度，加快气流向下流动的速度和冲洗泥砂。但混有大量泥砂的水应在进入风能发电之前尽量排出。为此，应设有气水分离功能。

请参照图6，此为分流锥原理图，它设置在塔体底部。当向下的高速气流流经分流锥13时，以较小的阻尼改变为向外排放的流向，推动风能发电组群平稳而均衡运转。其另一功能为与塔体内壁导流凸20一起分离气流中水分。在分流锥13和塔体3内壁环状导流凸20上分布有环状集水口21，顺锥体和塔体3内壁流下的气流中水分被分离出来，排入砂砾泸层。经过多次分离，进入风能发电机通道的气流中的水分和泥砂应大为减少。

为尽可能减少砂尘暴或输入性雾霾天气对人口密集区生态环境危害，以风能发电除尘塔为基础建立发电防尘网带。

请参照图7，这是风能发电除尘带构建方案。我国许多地区为输入性大气污染所困扰，污染的气流主要流向大致一定。为保护人口密集区生态环境，在区域外污染气流的主要流道上横向建造风能发电除尘网带，将起有效隔离防治作用。这一防治带所显现的壮观景象再配以绿化和其他配套设施，将成为人们趋之若鹜的旅游热地。

Claims (6)

1.巨型风能发电除尘塔，其特征在于：建造巨型高塔，在园形塔体3下部四周安装多套风能发电机组1，由塔体3顶部的迎风架引入高空快速气流驱动发电，逐步取代“煤电”和“核电”，取代伪绿色新能源。另一大功能是除尘功能。其工作原理为：气温较高时节在塔体3内用喷淋水对气流除尘降温，加快气流向下流动的速度。气温低时塔体内不再喷水，仅依靠引入的快速气流发电，喷淋除尘在塔体3外进行。为保证高效引入高空气流，在顶层迎风架柵格的进风口上安装了迎风活板5，它靠横向风力吹开一定角度，把横向风引导向下。迎风面半周的迎风活门5全部张开，而另半周的迎风活板5全部贴合在栅格的风口上，不让进来的气流漏逸。为更多引入高空气流，在迎风架10顶部设置了多层液压导风板7和8，它们在背风的半周张开，其迎风弯下的板形更易导入气流。液压导风板的张开角受其上定位圈6定位，上一层定位圈比下一圈直径小，在液压装置9在风向传感器发出的伩号自动控制制下，各层液压导风板便能形成跟踪风向的迎风弯头状。液压导风板进行程控操作。

在塔体3的下体砌有带环形集水口21的导流凸20，坐落在塔体3底部的是带环形集水口21的分流锥13，分流锥13的底面是蜗形导风表面，在导流凸20下方每二个出风口之间还构有导流筋21。从上面流下的气流经导流凸20、分流锥13和导流筋21组成的弯曲但顺畅的通道时，以最小的阻尼进入风能发电机通风道，并将气流中带有泥砂的水分分离出来。因而在气温较高时节进行风能发电的气流是基本不带水珠的饱和空气流。在寒冷季节，塔体3内不进行水喷淋降尘。除发电外，降尘工作只在塔外进行。这时启用温水喷淋降尘。温水主要由电热生产。塔体3外所有的降尘喷淋系统均根据风向和气流污染程度进行自动跟踪控制喷淋。

对项目进行综合开发利用，不但摊薄了成本而且使经济效益大增。本项目把旅游产业作为延伸开发，其经济价值不言而喻。

2.根据权利要求1，本设计利用高塔将数百米高空存在的高速气流引下发电，采用了二大技术措施：1)在塔体3上部设计了迎风架10，在其周围进风口上安装了在风力推动下可开启一定角度的迎风活板5，将气流向下引入；在迎风架顶部周边安装了上下多层液压导风板组成的风向跟踪弯头，将从迎风架10上方越过的气流引入流下。2)塔体3上部设有水喷淋系统，无冰冻期间对进入塔体3的气流进行除尘降温，使气流加速下行，增强对风能发电机的驱动力。寒冷季节不进行喷淋。

3.根据权利要求1，为使迎风架10更有利于将高空横向风向下引入，对安装在其上的迎风活板5和液压导风板有特殊设计：1)迎风活板5的转动角度有一定要求，张开的角度上一层应比下一层迎风活板5的大，但最高一层张开角度也应小于180度。每层张开角度都有限位挡24定位。此外，它们的几何尺寸应按其完全张开时确定。当横向风切向经过迎风面二侧时，切向风力可能不足以使这些迎风活板5完全张开，为解决这一问题，在迎风活板5的外侧-迎风侧可焊有与它垂直的翅板23，保证二侧迎风活板5有足够推力而张开进风。此外，迎风活板5应有一定向外弯曲度，使横向风吹过张开时更具托力，使迎风板5不易鼓荡。2)液压导风板有前后二层，它们是前液压导风板7和后液压导风板8。它们在风向传感器发出伩号后，液压装置9按程序首先将后液压导风板8迎风张开，定位在其上方的定位圈6上，感知定位伩号后，液压装置9再打开前液压导风板7，直至与后液压导风板8二边软侧板贴合。横向风转向时，部分液压导风板将复位，复位动作程序与张开时相反。液压导风板复位状态是水平的。由于迎风架是园型，因而前液压导风板7必须上部窄下部宽，张开后存在很大的漏隙。必须用带软侧板的宽度略大于漏隙宽度的后液压导风板8封堵。导风板均迎风弯曲。

4.根据权利要求1，进入塔体3的气流应以最小的水头损失进入发电通道。为此，在塔体3下部以分流锥13、导流凸20和导流筋22构成了顺畅的气流通道。

5.根据权利要求1，气温较高季节对塔体3内流入的气流进行喷淋，为减少对设施的损耗，应在气流进入发电通道前将其夹带的水分分离出来。为此在分流锥13、导流凸20多处设置了收集分离水的环型集水口22。分离水被导入塔体3外的砂砾泸层14，经过泸后的水体排入环塔湖17，此湖内水体作为喷淋水源。

6.根据权利要求1，以风能发电除尘塔为基础，建设一条防发电除尘带横挡在砂尘暴主要流向上，是减少其对人口密集区生态环境危害的有力措施。其投资虽然巨大，但带来的是巨大的真正的绿色产业链，这是新的经济发展杠杆；是让下几代受益的民生工程。

以此项目为基础，延伸开发为旅游区，其雄伟壮丽的景观将形成人们趋之若鹜的旅游热地。投资的回收期将更短。