CN110242482A - 循环水回水余压发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种循环水回水余压发电系统，包括主管道、旁通管道、调节阀门组以及发电装置，主管道的一端用于与生产单元连通，主管道的另一端用于与冷却单元连通；旁通管道具有第一端口和第二端口，第一端口为旁通管道的入水端口，第二端口为旁通管道的出水端口。旁通管道的第一端口和第二端口与主管道均连通；调节阀门组设置在主管道和/或旁通管道上以控制主管道的导通或关闭以及旁通管道的导通或关闭以使生产单元导出的至少部分循环水通过旁通管道输送回冷却单元进行冷却；发电装置设置在旁通管道上以将流经旁通管道的循环水的回水余压产生的能量转化成电能。从而能够有效回收冷却塔回水余压的能量，避免能量浪费。解决了现有技术中的冷却循环水系统回水余压较大而造成大量能量浪费的问题。

Description

循环水回水余压发电系统
技术领域
本发明涉及能量回收设备领域，具体而言，涉及一种循环水回水余压发电系统。
背景技术
循环水系统是工业生产中重要的辅助性设备，其组成包括机泵单元、冷却塔单元、换热器单元和管网单元，其根本目的是带走工艺生产过程中产生的废热，使工艺侧温度达到生产需求。
在工业应用中，为满足高位换热器回水需求，避免回水压力过低导致高位换热器回水管道出现负压状态而影响系统安全，一般通过调整冷却塔上塔阀，提高系统的回水压力。由于冷却塔的上塔阀门开度较小，导致上塔阀门流动阻力较大，回水上塔余压较大，造成大量的能量浪费。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种循环水回水余压发电系统，以解决现有技术中的冷却循环水系统回水余压较大而造成大量能量浪费的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种循环水回水余压发电系统，包括：主管道，主管道的一端用于与生产单元连通，主管道的另一端用于与冷却单元连通；旁通管道，旁通管道具有第一端口和第二端口，旁通管道的第一端口和第二端口与主管道均连通；调节阀门组，设置在主管道和/或旁通管道上以控制主管道的导通或关闭以及旁通管道的导通或关闭以使生产单元导出的至少部分循环水通过旁通管道输送回冷却单元进行冷却；发电装置，设置在旁通管道上以将流经旁通管道的循环水的回水余压产生的能量转化成电能；其中，第一端口为旁通管道的入水端口，第二端口为旁通管道的出水端口。
进一步地，主管道包括第一管段，调节阀门组包括：第一控制阀门，第一控制阀门设置在第一管段上以控制第一管段的导通或关闭；其中，第一管段为主管道上位于旁通管道的第一端口和第二端口之间的管段。
进一步地，主管道还包括第二管段，调节阀门组还包括：第二控制阀门，第二控制阀门设置在第二管段上以控制第二管段的导通或关闭；其中，第二管段为主管道位于生产单元与旁通管道的第一端口之间的管段。
进一步地，调节阀门组还包括：第三控制阀门，设置在旁通管道上靠近第一端口的位置以控制旁通管道的第一端口的导通或关闭。
进一步地，调节阀门组还包括：第四控制阀门，设置在旁通管道上靠近第二端口的位置以控制旁通管道的第二端口的导通或关闭。
进一步地，发电装置包括：转轮叶片，绕其轴线可转动地设置在旁通管道内以在将流经旁通管道的循环水的回水余压作用下高速旋转；发电机，设置在旁通管道外部；主轴，主轴的一端与转轮叶片连接，主轴的另一端与发电机连接以带动发电机转动以将流经旁通管道的循环水的回水余压产生的能量转化成电能。
进一步地，发电装置还包括：导叶，设置在旁通管道内并与转轮叶片相对设置；其中，导叶的轴线与转轮叶片的轴线重合。
进一步地，发电装置还包括：连接支架，安装在旁通管道的内壁上；固定球体，安装在连接支架上；其中，导叶固定安装在固定球体上，转轮叶片可转动安装在固定球体上，主轴穿过固定球体与转轮叶片连接。
进一步地，旁通管道具有收缩段，沿收缩段的中间预设位置向收缩段两端的方向，收缩段的直径逐渐增大；其中，转轮叶片设置在收缩段内且转轮叶片的轴线与收缩段的中心线重合。
进一步地，发电机为异步发电机。
应用本发明技术方案的循环水回水余压发电系统，包括主管道、旁通管道、调节阀门组以及发电装置，主管道的一端用于与生产单元连通，主管道的另一端用于与冷却单元连通；旁通管道具有第一端口和第二端口，第一端口为旁通管道的入水端口，第二端口为旁通管道的出水端口。旁通管道的第一端口和第二端口与主管道均连通；调节阀门组设置在主管道和/或旁通管道上以控制主管道的导通或关闭以及旁通管道的导通或关闭以使生产单元导出的至少部分循环水通过旁通管道输送回冷却单元进行冷却；发电装置设置在旁通管道上以将流经旁通管道的循环水的回水余压产生的能量转化成电能。从而能够有效回收冷却塔回水余压的能量，避免能量浪费。解决了现有技术中的冷却循环水系统回水余压较大而造成大量能量浪费的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的可选的一种循环水回水余压发电系统的结构示意图；以及
图2是根据本发明实施例的可选的一种循环水回水余压发电系统的发电装置在旁通管道内的安装结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、主管道；11、第一管段；12、第二管段；13、第三管段；20、旁通管道；21、收缩段；30、调节阀门组；31、第一控制阀门；32、第二控制阀门；33、第三控制阀门；34、第四控制阀门；40、发电装置；41、转轮叶片；42、发电机；43、主轴；44、导叶；45、连接支架；46、固定球体；50、支撑座。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据本发明实施例的循环水回水余压发电系统，包括主管道10、旁通管道20、调节阀门组30以及发电装置40，主管道10的一端用于与生产单元连通，主管道10的另一端用于与冷却单元连通；旁通管道20具有第一端口和第二端口，第一端口为旁通管道20的入水端口，第二端口为旁通管道20的出水端口。旁通管道20的第一端口和第二端口与主管道10均连通；调节阀门组30设置在主管道10和/或旁通管道20上以控制主管道10的导通或关闭以及旁通管道20的导通或关闭以使生产单元导出的至少部分循环水通过旁通管道20输送回冷却单元进行冷却；发电装置40设置在旁通管道20上以将流经旁通管道20的循环水的回水余压产生的能量转化成电能。从而能够有效回收冷却塔回水余压的能量，避免能量浪费。解决了现有技术中的冷却循环水系统回水余压较大而造成大量能量浪费的问题。
具体实施时，生产单元生产过程中产生的废热通过热交换将热量传导至循环水，通过循环水回水余压发电系统将循环水输送至冷却单元进行冷却后重新输送至生产单元进行热交换。冷却单元一般为冷却塔。
主管道10包括第一管段11、第二管段12和第三管段13，第一管段11为主管道10上位于旁通管道20的第一端口和第二端口之间的管段，第二管段12为主管道10位于生产单元与旁通管道20的第一端口之间的管段，第三管段13为主管道10位于旁通管道20的第二端口与冷却单元之间的管段。在实际安装时，要将循环水输送回冷却塔的高位换热器，因此，主管道10沿高度方向设置，第一管段11和第二管段12沿竖直方向安装，第三管段13沿水平方向安装，主管道10整体呈倒置的“L”形。
调节阀门组30包括第一控制阀门31、第二控制阀门32、第三控制阀门33和第四控制阀门34，第一控制阀门31设置在第一管段11上以控制第一管段11的导通或关闭；第二控制阀门32设置在第二管段12上以控制第二管段12的导通或关闭；第三控制阀门33设置在旁通管道20上靠近第一端口的位置以控制旁通管道20的第一端口的导通或关闭；第四控制阀门34设置在旁通管道20上靠近第二端口的位置以控制旁通管道20的第二端口的导通或关闭。
在发电装置40正常运行时，第一控制阀门31关闭，第二控制阀门32、第三控制阀门33以及第四控制阀门34均打开，来自生产单元的循环水只能通过旁通管道20输送回冷却单元进行冷却，流经旁通管道20的循环水的余压作用驱动发电装置40运转将循环水余压携带的能量转化电能。
当发电装置40出现故障时，第一控制阀门31和第二控制阀门32打开，第三控制阀门33以及第四控制阀门34均关闭，即旁通管道20关闭，来自生产单元的循环水直接通过主管道10输送回冷却单元进行冷却。通过将第三控制阀门33和第四控制阀门34均关闭，可以将旁通管道20与主管道10完全隔离，在维修时不会受到循环水的干扰，且能够保证循环冷却工作的正常进行。
另外，通过设置第三控制阀门33和第四控制阀门34可以控制旁通管道20流经发电装置40的水流量，防止水量波动导致发电装置过载。
可选地，第一控制阀门31、第二控制阀门32、第三控制阀门33以及第四控制阀门34均为电动蝶阀，从而实现主管道10与旁通管道20导通或关闭的自动控制。
进一步地，发电装置40包括转轮叶片41、发电机42、主轴43、导叶44、连接支架45以及固定球体46，发电机42为异步发电机，旁通管道20的主体部分也沿竖直方向设置，在旁通管道20的下方设置有支撑座50，发电机42安装在支撑座50上并位于旁通管道20外部；连接支架45安装在旁通管道20的内壁上；连接支架45包括多片沿旁通管道20周向间隔设置的连接板，固定球体46通过各个连接板与旁通管道20的内壁连接，在固定球体46与旁通管道20的内壁之间形成供循环水流过的空隙。固定球体46上设置轴承机构，主轴43的下端与发电机42的主轴43连接，主轴43的上端穿过旁通管道20的管壁，并穿过固定球体46连接在轴承机构上从而可以转动，转轮叶片41连接在主轴43上端的端部从而可以和主轴43共同旋转，循环水流过转轮叶片41时，驱动转轮叶片41高速转动，转轮叶片41通过主轴43带动发电机42进行发电，从而将流经旁通管道20的循环水的回水余压产生的能量转化成电能。
为了提高循环水流动过程中能量转化效率，需要对流经转轮叶片41的水流方向进行引导，从而使循环水余压蕴藏的能量最大化转化为动能，进而转化为电能。进一步地，发电装置40还包括导叶44，导叶44整体为环形结构，导叶44固定安装在固定球体46上，导叶44与转轮叶片41相对设置且导叶44的轴线与转轮叶片41的轴线重合。导叶44沿其周向包括多个呈一定角度倾斜的弧形叶片，能够对循环水的流向进行引导，从而使循环水余压能够最大化作用在转轮叶片41上，提高能量转化效率。
为了进一步提高循环水的能量转化效率，旁通管道20具有收缩段21，收缩段21位于旁通管道20的中部，收缩段21整体为沙漏结构，沿收缩段21的中间预设位置向收缩段21两端的方向，收缩段21的直径逐渐增大；转轮叶片41设置在收缩段21直径最小的位置，且转轮叶片41的轴线与收缩段21的中心线重合，从而使循环水余压能够最大化作用在转轮叶片41上。
本发明实施例的循环水回水余压发电系统，发电装置40采用的是贯流式水轮机，利用循环水回水余压推动水轮机的转轮叶片41旋转，将回水余压能能转换为机械能，通过主轴43传输至发电机42，继而转换为电能，实现能量的回收。发电机42和水轮机采用立式结构，主轴43一端与水轮机的转轮叶片41连接，主轴另一端伸出旁通管道20外部通过联轴器和传动轴连接发电机42，发电机42、旁通管道20和水轮机的重量依靠底部的支撑座50支撑。
本发明实施例的循环水回水余压发电系统利用了贯流式水轮机适用于低水头，大流量，高效率的特点，能够实现水力能的高效转化，水力能-电能的能量综合转换效率达到85％。由于贯流式水轮机水头适用范围为1-30m，该技术可以通过调整贯流式水轮机结构，实现较宽范围内回水余压能的利用，适用于目前工业所有的循环水系统。同时，该发电技术不改变循环水系统原有管道结构，一旦水轮发电机组出现故障，可快速恢复至原有运行工况，实现系统安全稳定运行。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种循环水回水余压发电系统，其特征在于，包括：
主管道(10)，所述主管道(10)的一端用于与生产单元连通，所述主管道(10)的另一端用于与冷却单元连通；
旁通管道(20)，所述旁通管道(20)具有第一端口和第二端口，所述旁通管道(20)的第一端口和第二端口与所述主管道(10)均连通；
调节阀门组(30)，设置在所述主管道(10)和/或所述旁通管道(20)上以控制所述主管道(10)的导通或关闭以及所述旁通管道(20)的导通或关闭以使所述生产单元导出的至少部分循环水通过所述旁通管道(20)输送回所述冷却单元进行冷却；
发电装置(40)，设置在所述旁通管道(20)上以将流经所述旁通管道(20)的循环水的回水余压产生的能量转化成电能；
其中，所述第一端口为所述旁通管道(20)的入水端口，所述第二端口为所述旁通管道(20)的出水端口。
2.根据权利要求1所述的循环水回水余压发电系统，其特征在于，所述主管道(10)包括第一管段(11)，所述调节阀门组(30)包括：
第一控制阀门(31)，所述第一控制阀门(31)设置在所述第一管段(11)上以控制所述第一管段(11)的导通或关闭；
其中，所述第一管段(11)为所述主管道(10)上位于所述旁通管道(20)的第一端口和第二端口之间的管段。
3.根据权利要求2所述的循环水回水余压发电系统，其特征在于，所述主管道(10)还包括第二管段(12)，所述调节阀门组(30)还包括：
第二控制阀门(32)，所述第二控制阀门(32)设置在所述第二管段(12)上以控制所述第二管段(12)的导通或关闭；
其中，所述第二管段(12)为所述主管道(10)位于所述生产单元与所述旁通管道(20)的第一端口之间的管段。
4.根据权利要求3所述的循环水回水余压发电系统，其特征在于，所述调节阀门组(30)还包括：
第三控制阀门(33)，设置在所述旁通管道(20)上靠近所述第一端口的位置以控制所述旁通管道(20)的第一端口的导通或关闭。
5.根据权利要求4所述的循环水回水余压发电系统，其特征在于，所述调节阀门组(30)还包括：
第四控制阀门(34)，设置在所述旁通管道(20)上靠近所述第二端口的位置以控制所述旁通管道(20)的第二端口的导通或关闭。
6.根据权利要求1所述的循环水回水余压发电系统，其特征在于，所述发电装置(40)包括：
转轮叶片(41)，绕其轴线可转动地设置在所述旁通管道(20)内以在将流经所述旁通管道(20)的循环水的回水余压作用下高速旋转；
发电机(42)，设置在所述旁通管道(20)外部；
主轴(43)，所述主轴(43)的一端与所述转轮叶片(41)连接，所述主轴(43)的另一端与所述发电机(42)连接以带动所述发电机(42)转动以将流经所述旁通管道(20)的循环水的回水余压产生的能量转化成电能。
7.根据权利要求6所述的循环水回水余压发电系统，其特征在于，所述发电装置(40)还包括：
导叶(44)，设置在所述旁通管道(20)内并与所述转轮叶片(41)相对设置；
其中，所述导叶(44)的轴线与所述转轮叶片(41)的轴线重合。
8.根据权利要求7所述的循环水回水余压发电系统，其特征在于，所述发电装置(40)还包括：
连接支架(45)，安装在所述旁通管道(20)的内壁上；
固定球体(46)，安装在所述连接支架(45)上；
其中，所述导叶(44)固定安装在所述固定球体(46)上，所述转轮叶片(41)可转动安装在所述固定球体(46)上，所述主轴(43)穿过所述固定球体(46)与所述转轮叶片(41)连接。
9.根据权利要求6所述的循环水回水余压发电系统，其特征在于，所述旁通管道(20)具有收缩段(21)，沿所述收缩段(21)的中间预设位置向所述收缩段(21)两端的方向，所述收缩段(21)的直径逐渐增大；
其中，所述转轮叶片(41)设置在所述收缩段(21)内且所述转轮叶片(41)的轴线与所述收缩段(21)的中心线重合。
10.根据权利要求6所述的循环水回水余压发电系统，其特征在于，所述发电机(42)为异步发电机。
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