CN107152369B - 水塔淋水发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水塔淋水发电系统，包括多个单元发电装置、组串式逆变器、汇流箱、升压箱式变压器、升压开关站，开关站接到电厂升压站或厂用电系统用电设备，所述单元发电装置包括转子、轴承、联轴器及永磁直流发电机；转子由轴和多级叶轮组成；所述转子由联轴器与永磁直流发电机连接。本发明利用冷却水塔填料层底部带有势能的水，下落入集水池前冲击单元发电装置的多级叶轮，将水的势能经转子转动转换成动能，转子带动发电机转动而发电，其既能达到节能降低电厂厂用电率的目的，又降低了冷却水塔的落水噪声，本发明既达到环保要求，也可以节省降噪设备投资，避免造成不必要的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及水塔淋水发电技术领域，尤其涉及一种电厂冷却塔淋水发电系统。
背景技术
我国大型燃煤电厂发电机组多数采用了双曲冷却塔。汽轮机做功后的低品位蒸汽(乏汽)在表面式凝汽器中经循环水冷却变为凝结水重复利用。循环水引入冷却塔内，通过和空气进行热交换，将汽轮机的冷端损失(乏汽携带的热量)扩散到大气之中。
冷却水塔的结构由塔筒、人字柱、集水池、中央竖井、配水淋水层、热交换填料层、收水器层组成；水从填料层底部到集水池液面约有12～14米的落差(5500平米的冷却塔)，存在可以利用的势能；且水下落时在集水池液面会产生较大的噪声，对周边人们的身心健康产生影响，因此，我们提出了一种水塔淋水发电系统用于解决上述问题。
发明内容
基于背景技术中将要解决的技术问题，本发明提出了冷却塔淋水发电系统。即利用冷却水塔填料层底部落入集水池的淋水势能发电，从势能转换成动能，再由动能转变为电能，达到节能降低电厂厂用电率的目的，同时降低冷却水塔的落水噪声，在很大程度上也节约了因满足周围环境噪声的要求而进行环保治理的费用。
本发明提出的水塔淋水发电系统，包括多个单元发电装置、组串式逆变器、汇流箱、升压箱式变压器、升压开关站连接到电厂升压站等一个完整的发电系统。所述单元发电装置、组串式逆变器、汇流箱、升压箱式变压器、升压开关站到电厂升压站或厂内用电系统依次连接。
优选地，所述单元发电装置包括单元发电装置包括转子、轴承、联轴器及永磁直流发电机；轴承支撑转子，转子由轴和多级叶轮组成；所述转子由联轴器与永磁直流发电机连接；且单元发电装置由多个轴承支撑。
优选地，所述单元发电装置为多个，且沿冷却水塔的集水池周向分布，每个单元发电装置沿集水池半径方向辐向布置，单元发电装置的数量或发电容量根据冷却水塔的集水池的结构尺寸和淋水能量密度经计算确定。
优选地，所述转子由多级叶轮串联组成，每单级叶轮由多个单向摆动叶片组成，且叶片采用碳纤维材料制成，所述轴承为水力润滑聚四氟乙烯轴承。
优选地，所述叶轮的叶片表面采用刺状结构。
优选地，所述组串式逆变器由多台逆变器并联构成。
优选地，所述升压箱式变压器通过升压开关站，根据电压等级并入电厂升压站或并入厂用电系统。
优选地，所述升压箱式变压器的输出电压等级根据厂用电系统或电厂升压站母线的电压等级确定。
本发明利用冷却水塔填料层底部出水的势能，在落入集水池的过程中发电，达到节能降低电厂厂用电率的目的，降低了机组的能耗水平，节约了发电用煤。
本发明中，所述水塔淋水发电系统通过单元发电装置的叶轮能够降低淋水噪音，有利于减少对周边环境和工作人员的噪音影响，提高了机组的环保贡献价值，本发明利用冷却水塔内的水，从填料层底部落入集水池过程中所携带的势能发电，达到节能降低电厂厂用电率的目的，同时降低了冷却水塔的落水噪声，很大程度上节约了因满足周围环境噪声的要求而进行环保治理的费用，本发明既能达到一定的环保要求，也可以节省降噪设备投资；避免造成不必要的浪费。
附图说明
图1为本发明提出的水塔淋水发电系统的工作原理图；
图2为本发明提出的水塔淋水发电系统的单元发电装置的工作原理图。
图中：1轴承、2叶轮、3永磁直流发电机。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例
参考图1-2，本实施例提出了水塔淋水发电系统，由多个发电单元发电装置、组串式逆变器、汇流箱、升压箱式变压器、升压开关站组成。每个单元发电装置、组串式逆变器、汇流箱、升压箱式变压器、升压开关站到电厂升压站或厂用电系统依次连接；每个单元发电装置将冷却水塔填料层底部淋水的势能转换为动能，由转子带动永磁发电机将动能转换为电能，然后传输至组串式逆变器，将直流电转换为交流电，接着经汇流箱汇入升压箱式变压器进行变压，再经升压开关站接入电厂升压站或厂用电系统。
本实施例中，单元发电装置包括转子、轴承1、联轴器及永磁直流发电机；轴承1支撑转子，转子由轴和多级叶轮2组成；所述转子由联轴器与永磁直流发电机3连接；且单元发电装置由多个轴承1支撑。
水塔淋水发电系统的单元发电装置为多个，且沿冷却水塔的集水池周向分布，每个单元发电装置沿集水池半径方向辐向布置，单元发电装置的数量或发电容量根据冷却水塔的集水池的结构尺寸和淋水密度经计算确定；转子由多级叶轮串联组成；单级叶轮2由多个单向摆动叶片组成，且叶片采用碳纤维材料制成；轴承为水润滑聚四氟乙烯轴承，单级叶轮2的叶片表面采用刺状结构；组串式逆变器由多台逆变器并联构成；升压箱式变压器通过升压开关站并入电厂升压站或并入厂用电系统，升压箱式变压器的输出电压等级根据厂用电系统或电厂升压站母线的电压等级确定。
本实施例中，从冷却水塔填料层下落的循环水具有一定的势能，单元发电装置将水的落差势能通过叶轮2吸收，转化为转子的动能，由转子带动永磁直流发电机3发电变为电能。发电系统由多套单元发电装置组成，沿圆形集水池周向分布；每个单元发电装置由多个轴承1支撑，其轴系由转子和永磁直流发电机3组成；由于冷却水塔集水池为圆形，轴系将沿冷却水塔的集水池半径方向辐向布置；单元发电装置的数量或发电容量根据集水池的的结构尺寸和淋水密度经计算确定；转子由多级叶轮2串联组成，叶轮2由多个单向摆动叶片组成，叶片采用碳纤维材料，强度大，耐腐蚀，冷却水塔填料层淋下的的循环水落在叶片上，冲击叶片使转子转动，带动永磁直流发电机3发电；单元发电装置的发电能力主要取决于叶片的迎水投影面积和水的落差高度(淋水能量密度)。
本实施例中，永磁直流发电机3发出的电能引入逆变器，根据逆变器的容量确定由几个单元发电装置接入组串式逆变器，经多台逆变器后引入汇流箱，经汇流箱后引入1台升压箱式变压器，再经升压开关站接入厂用电系统或并入电厂升压站，升压箱式变压器的输出电压等级根据厂用电系统或电厂升压站母线的电压等级确定。
本实施例中，由于转子上的多级叶轮2的叶片表面采用刺状结构，水滴或水流冲击叶片表面时进行分化，大大降低水滴冲击水面时发出的噪声，由于是发电系统的衍生的降噪功能，与专门设计的水塔降噪系统相比虽效果有所欠缺，但可满足环保II类噪声区的标准要求，具有降噪效果明显、维修方便等优点，避免因装设专门的降噪系统对水塔的通风产生影响。
本实施例中，电气部分的运行管理采用综合自动化系统，按“无人值班”方式设计，取消常规控制信号屏，由计算机监控系统对现场所有断路器、电动隔离开关实现全监控，手动隔离开关实现监测；计算机监控系统和远动合用一套数据采集装置，系统的设计和选型保证升压开关站的主控室调度调整自动化的功能要求和对远动数据的实时性、可靠性和准确性的要求；继电保护装置独立设置，保护信号双重化采集，故障录波器独立设置、自成系统，故障录波器装置的动作和故障信号通过硬接线方式接入计算机监控系统，监控系统经网络接口与电厂升压站的主控室实现通讯，微机五防装置独立设置，电压无功自动调节功能由计算机监控系统实现，测量功能由微机监控系统实现；监控系统操作台与升压开关站计算机监控系统操作员站、五防工作站单独布置于本系统综合主控制室内，也可以布置在电厂升压站的主控室。升压开关站、升压箱式变压器、保护部分、组串式逆变器等设备设计放置在专用室内；永磁直流发电机3为直流且电压等级低，防污等级选取IP62，对人和设备无安全隐患，电气部分将按国家安全标准设计和集成，充分考虑消除触电、漏电、雷击的危险点。
示例：经济效益及计算依据
取得的实际效益的计算方法和数值：
1、因节能降低厂用电率，可以多向电网送出电的收益
以300MW火力发电机组常规配置的冷却塔为例，循环水量34000m3/h，水塔淋水面积5500m2，集水池深度2.3m，内径98m，淋水高度9.75m，中央竖井外缘直径5m；夏季蒸发和飘散损失最大510t/h；势能水量33490m3/h，单位面积势能水量6.09m3/m2.h；淋水密度为1.692kg/m2·s；其势能H＝mgh＝1.692×9.8×9.75＝161.6焦耳/m2·s；则一小时的势能为33490×161.6＝5412MJ/h，从势能转化为转子动能再带发电机发电，整个系统装置的保守效率按40％测算，则5412×40％＝2164.8MJ/h，折合电量601度；每天多发电14424度，上网电价按0.42元/KW·h，每天约有6058元的收益；若机组年利用小时按5000小时计，可节约126.2万元；针对不同的水塔可按相同的计算方法得出节能效果。
2、每天多发14424KW·h电，机组煤耗按321g/KW·h,节约标煤4.8t，按每吨标煤650元计算；可节约3120元。
3、每天节约减排433千克SO2、3923千克灰尘、216千克NOx的费用1300元。
由上得出结论：不计运费、管理费、税费等的情况下，直接收益每天就有1.0478万元，若机组年利用小时按5000小时计可有218.29万元的收益。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种水塔淋水发电系统，包括多个单元发电装置、组串式逆变器、汇流箱、升压箱式变压器、升压开关站，其特征在于，所述单元发电装置、组串式逆变器、汇流箱、升压箱式变压器和升压开关站依次连接；多个单元发电装置沿冷却水塔的集水池周向分布；每个单元发电装置沿半径方向辐向布置，单元发电装置的数量或发电容量根据冷却水塔的集水池的结构尺寸和淋水能量密度经计算确定；每个单元发电装置将冷却水塔填料层底部淋水的势能转换为动能，由转子带动永磁发电机将动能转换为电能，然后传输至组串式逆变器，将直流电转换为交流电，接着经汇流箱汇入升压箱式变压器进行变压，再经升压开关站接入电厂升压站或厂用电系统。
2.根据权利要求1所述的水塔淋水发电系统，其特征在于，所述单元发电装置包括轴承（1），轴承（1）支撑转子，且转子由轴和多级叶轮（2）组成，所述转子经联轴器与永磁直流发电机（3）连接，且单元发电装置由多个轴承（1）支撑。
3.根据权利要求2所述的水塔淋水发电系统，其特征在于，叶轮（2）由多个单向摆动叶片组成，且叶片采用碳纤维材料制成，所述轴承为水力润滑聚四氟乙烯轴承。
4.根据权利要求2所述的水塔淋水发电系统，其特征在于，所述叶轮（2）的叶片表面采用刺状结构。
5.根据权利要求1所述的水塔淋水发电系统，其特征在于，所述组串式逆变器由多台逆变器并联构成。
6.根据权利要求1所述的水塔淋水发电系统，其特征在于，所述升压箱式变压器通过升压开关站，根据电压等级并入电厂升压站或并入厂用电系统。
7.根据权利要求6所述的水塔淋水发电系统，其特征在于，所述升压箱式变压器的输出电压等级根据厂用电系统或电厂升压站母线的电压等级确定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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