CN207620961U - 一种利用钢铁厂冷却塔循环冷却水发电的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种利用钢铁厂冷却塔循环冷却水发电的装置，通过改进冷却塔结构，将冷却水的重力势能转化为机械能，再使机械能转化为电力动能以实现资源的高效利用。本装置通过在集水池上方安装水力发电机组，利用水的势能使镁铝轻质耐腐蚀叶片转动，经过变速齿轮增速后促使发电机发电，输出电流整流逆变后向用电设备供电。与传统冷却塔相比，本技术利用现有的发电机设备将自由落下的水的重力势能转化为电能，安装过程简单，经济效益高，同时有利于提高冷却塔冷却效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种将冷却塔内的工业循环冷却用水在冷却过程中产生的重力势能转化为电能，并经整流后向用电设备供电，实现资源的高效利用的利用钢铁厂冷却塔循环冷却水发电的装置。
背景技术
钢铁工业既是我国国民经济基础产业和工业化支撑产业，也是高耗能产业。在钢铁生产过程中，电能是仅次于煤炭的重要能源之一，涉及到生产工序的每一个环节。据统计，钢铁厂平均每月耗电量约为1.6×108kwh，吨钢耗电250~500kwh。为减少电能消耗，钢铁企业采取了很多措施包括优化线路减少阻损，利用煤气余压发电如TRT技术，更换大型设备等。但是TRT吨铁发电量仅为30kwh，并且只有1000m3以上高炉才可应用。在钢铁生产过程中，除了煤气压力外，还有许多二次能源可以被利用，目前已经被利用的二次能源还有烧结余热、蒸汽等。
钢铁厂除了耗电高，冷却水用量也很大，一般占总用水的80%。较经济有效的办法是利用已有的江、河、湖、海洋等作为冷却水水源，循环使用，因此需要把冷却水中的热量在短时间内散发掉。这种将循环冷却水内热量短时间散发到大气中的装置就是冷却塔。冷却塔是钢铁厂中一种很重要的换热设备，使用范围很广。钢铁厂一般采用机械抽风式空冷塔，冷却水温度60℃-95℃，利用水与空气的换热过程实现冷却目的，其每小时水通量一般为4000~6000吨，塔高一般为6~10米，冷却水在塔顶布水管中具有很高的重力势能，若能将这一部分能量全部利用起来，则一台冷却塔每月可节约9.6×104kwh的电量，单台冷却塔每月可产生的经济效益大约为7.6万元。
目前发电机应用广泛，发电原理相似，即将水流、气流、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。如风力发电就是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转速度提升，来促使发电机发电。依据现在的风车技术，大约是3m/s的风速便可以开始发电。通过该原理，也可以将冷却塔内的水流所具备的能量加以利用。
目前风力发电叶片多采用玻璃钢材质，虽然玻璃钢具有质量轻，强度高的优点，但是其在风沙雨雪、化学介质、机械应力等作用下的老化现象严重，层间剪切强度低。水轮机叶片广泛应用的是低碳马氏体不锈钢，但是其脆性大，密度高，发电阻力大，效率低下。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种结构简单，使用方便，将冷却水在布水管高度所具有的重力势能转换为电能，再将电能供给冷却塔风机或并入电网供给其他设备使用，达到资源高效利用的目的利用钢铁厂冷却塔循环冷却水发电的装置与方法。
本实用新型的技术方案是：一种利用钢铁厂冷却塔循环冷却水发电的装置，该装置包括冷却塔和发电装置；所述发电装置包括复合叶片、轴心、低速轴、齿轮箱、发电机、电流整流逆变器和护栏；
其中，所述冷却塔的顶部设有风机，所述冷却塔内部的上端设有依次设有吸水层、布水管和填料层，所述冷却塔内部的底部设有集水池，所述冷却塔位于所述集水池的上端的两侧侧壁上均设有通槽，两个所述低速轴分别安装在所述通槽上，所述复合叶片通过所述轴心安装在所述低速轴上，所述发电机通过齿轮箱与所述低速轴的一端连接，所述发电机与所述电流整流逆变器连接；所述护栏设置在所述冷却塔的侧壁上的所述复合叶片的外侧。
进一步，该装置还包括用于储存电能的蓄电池，所述蓄电池与所述发电机连接。
进一步，该装置还包括用于给所述冷却塔的内部降温的降温装置，所述降温装置设置在所述冷却塔的一侧外部，且与所述通槽的高度一致。
进一步，所述降温装置为风扇，所述风扇与所述电流整流逆变器连接。
进一步，所述复合叶片与水平方向的夹角为5-50°。
进一步，所述发电装置的数量为一组或多组。
进一步，所述复合叶片由镁铝微孔材料和树脂薄膜组成。
所述复合叶片的制备工艺为：将含铝量在6-50wt%的镁铝合金，通过加热炉加热至500-850℃之间，加入5-8wt%粒度在185-300目之间的发泡剂碳酸盐和0.5-3.5wt%高纯SiC颗粒制备的增粘剂后，以1000-1500r/min的速率搅拌2-15min，搅拌过程中通入Ar或CO2混合保护气体，保温5-20min后注入陶瓷复合膜上直接冷却，得到叶片基板，然后再在叶片基板上喷涂耐冲刷耐腐蚀树脂薄膜。
进一步，所述叶片平均密度在0.5-2g/cm3之间，比表面积为10-40cm2/cm3，孔隙度在20%-70%之间，孔径控制在100μm-500μm之间，强度为55-360MPa;树脂薄膜的厚度0.5mm-1.5mm。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的利用钢铁厂冷却塔循环冷却水发电的装置与方法，不使用新的能源，对现有冷却塔设备进行适当改动，使用镁铝轻质耐腐蚀叶片，仅利用循环冷却水在冷却过程中的重力势能发电，第一，不产生二次污染及二次能耗，节约能源，高效利用水资源，绿色环保；第二，所采用的新型美铝轻质耐腐蚀叶片减震效果、吸音效果均优于玻璃钢材质，外层喷涂树脂薄膜是材料耐冲刷、耐腐蚀性能大大提高；第三，本方法加速了塔内空气流动，增加了对流换热面积，同时叶片散热性好，提高了冷却效率。第四，本方法转化出来的电能可用于风机、照明电路等用电设备，节约了成本。综上所述，本方法操作简单，易于实施，适用范围广，经济效益高，节能环保。
附图说明
图1为本实用新型一种利用钢铁厂冷却塔循环冷却水发电的装置的结构示意图。
图2为本实用新型一种利用钢铁厂冷却塔循环冷却水发电的装置的侧视图。
图3为本实用新型一种利用钢铁厂冷却塔循环冷却水发电的装置的原理图。
图中：
1、复合叶片，2-发电机组，3-布水管，4-集水池，5-风机，6-降温装置，7-配电箱，8-电网或用电设备，9-吸水层，10-填料层，11-防护栏，12-变速齿轮箱 13-齿轮急停装置，14-低速轴，15-轴心。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
如图1-图2所示，本实用新型一种利用钢铁厂冷却塔循环冷却水发电的装置，该装置包括冷却塔和发电装置；所述发电装置包括复合叶片、轴心、低速轴、齿轮箱、发电机、电流整流逆变器和护栏；
其中，所述冷却塔的顶部设有风机，所述冷却塔内部的上端设有依次设有吸水层、布水管和填料层，所述冷却塔内部的底部设有集水池，所述冷却塔位于所述集水池的上端的两侧侧壁上均设有通槽，两个所述低速轴分别安装在所述通槽上，所述复合叶片通过所述轴心安装在所述低速轴上，所述发电机通过齿轮箱与所述低速轴的一端连接，所述发电机与所述电流整流逆变器连接；所述护栏设置在所述冷却塔的侧壁上的所述复合叶片的外侧。
进一步，该装置还包括用于储存电能的蓄电池，所述蓄电池与所述发电机连接。
进一步，该装置还包括用于给所述冷却塔的内部降温的降温装置，所述降温装置设置在所述冷却塔的一侧外部，且与所述通槽的高度一致。
进一步，所述降温装置为风扇，所述风扇与所述电流整流逆变器连接。
进一步，所述复合叶片与水平方向的夹角为5-50°。
进一步，所述发电装置的数量为一组或多组。
进一步，所述复合叶片由镁铝微孔材料和树脂薄膜组成。
进一步，所述复合叶片的制备工艺为：将含铝量在6-50wt%的镁铝合金，通过加热炉加热至500-850℃之间，加入5-8wt%粒度在185-300目之间的发泡剂碳酸盐和0.5-3.5wt%高纯SiC颗粒制备的增粘剂后，以1000-1500r/min的速率搅拌2-15min，搅拌过程中通入Ar或CO2混合保护气体，保温5-20min后注入陶瓷复合膜上直接冷却，得到叶片基板，然后再在叶片基板上喷涂耐冲刷耐腐蚀树脂薄膜。
进一步，所述叶片平均密度在0.5-2g/cm3之间，比表面积为10-40cm2/cm3，孔隙度在20%-70%之间，孔径控制在100μm-500μm之间，强度为55-360MPa;
树脂薄膜的厚度0.5mm-1.5mm。
本实用新型的另一目的是上述钢铁厂冷却塔循环冷却水发电装置的发电的方法，该方法具体步骤如下：
将发电装置安装好后，当冷却水由布水管喷出经填料层落入雨区后，落在复合叶片上，由于复合叶片与水平方向的夹角为5-50°，将重力势能转化为动能，带动复合叶片发生旋转，同时带动发电机转动，将机械能转换为电能，电能通过电流整流逆变器转换后进入蓄电池或并入电网；
带动复合叶片转动的水在降落过程中损失热量，温度降低，然后跌落到集水池中聚集，再由水泵抽入各个循环管道中流向各换热设备。
实施例
以某钢厂某冷却塔为例，其冷却水通量为6000t/h，布水管高度为8m，冷却水温度60℃-95℃，1h内通过的水的重力势能为4.8×105kJ，综合可利用系数为0.3（具体能量利用系数随冷却塔和冷却水成分而有所变化），即有1.44×105kJ的能量被转化为机械能，这一部分机械能被用于发电，其发电效率为85%，故可每小时可发电34kwh。
在某些实施例中，所述发电方法提高了冷却效率，冷却过程不使用风机抽风，也可达到要求温降。
上述实施方式仅示例性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型，任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施方式进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种利用钢铁厂冷却塔循环冷却水发电的装置，该装置包括冷却塔和发电装置；其特征在于，所述发电装置包括复合叶片、轴心、低速轴、齿轮箱、发电机、电流整流逆变器和护栏；
其中，所述冷却塔的顶部设有风机，所述冷却塔内部的上端设有依次设有吸水层、布水管和填料层，所述冷却塔内部的底部设有集水池，所述冷却塔位于所述集水池的上端的两侧侧壁上均设有通槽，两个所述低速轴分别安装在所述通槽上，所述复合叶片通过所述轴心安装在所述低速轴上，所述发电机通过齿轮箱与所述低速轴的一端连接，所述发电机与所述电流整流逆变器连接；所述护栏设置在所述冷却塔的侧壁上的所述复合叶片的外侧。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括用于储存电能的蓄电池，所述蓄电池与所述发电机连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括用于给所述冷却塔的内部降温的降温装置，所述降温装置设置在所述冷却塔的一侧外部，且与所述通槽的高度一致。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述降温装置为风扇，所述风扇与所述电流整流逆变器连接。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述复合叶片与水平方向的夹角为5-50°。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述发电装置的数量为一组或多组。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述复合叶片由镁铝微孔材料和树脂薄膜组成，所述树脂薄膜的厚度为0.5mm-1.5mm。
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