本實用新型涉及冷卻塔能量回收利用技術領域，具體涉及一種循環(huán)水冷卻塔落水勢能發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術：
冷卻塔作為一種有效的冷卻設備,在工農業(yè)生產特別是需要大量冷卻水的火電站和核電站熱力系統(tǒng)中被廣泛使用。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和水資源的日益稀缺,人們對冷卻塔冷卻效果和冷卻效率的要求也逐漸提高,并不斷地對冷卻塔的性能進行研究。
在常規(guī)逆流式自然通風冷卻塔中，熱水由管道通過豎管豎井送入塔內熱水分配系統(tǒng)，經配水管再通過噴濺裝置，將水灑到填料上；經填料后成雨狀自由跌落入至下部集水池，冷卻后的水抽走重新使用。這種型式的冷卻塔稱為簡稱常規(guī)塔。
由于常規(guī)塔的冷卻水經填料自由跌落的高度即雨區(qū)較大，導致常規(guī)塔供水高度較高，故循環(huán)水泵揚程較高、功率較大。為減少循環(huán)水系統(tǒng)電耗，在本世紀70年代末，由法國電力公司和比利時哈蒙冷卻塔公司在常規(guī)塔的基礎上設計研究出一種能降低冷卻塔供水高度的節(jié)能型冷卻塔，即逆流式自然通風高位收水冷卻塔，并于上世紀80年代初期開始在工業(yè)中采用。
與常規(guī)塔相比，高位收水塔取消了常規(guī)塔底部的混凝土集水池及雨區(qū)，配有高位收水裝置，冷卻后的循環(huán)水在淋水填料底部經高位收水裝置截留匯入集水槽至循環(huán)水泵房進水間，再經過循環(huán)水泵升壓后送回主廠房循環(huán)冷卻使用，附屬配水系統(tǒng)、淋水裝置、除水器與常規(guī)塔相似。
常規(guī)自然通風冷卻塔，由于風速影響及水池的消能作用，通過填料后的水流自由跌落即雨區(qū)至集水池所產生的動能被全部損耗，同時產生很大的噪音。高位收水冷卻塔通過填料下端的收水斜板和收水槽，將水匯集到高位集水槽。高位集水槽水面到填料底部的高差遠小于常規(guī)逆流式自然通風冷卻塔雨區(qū)的高度，即高位收水冷卻塔從填料底部通過收水斜板及收水槽損失的能量遠小于常規(guī)塔雨區(qū)損失的能量，相應產生的噪聲更小。節(jié)能、低噪聲，這就是高位收水冷卻塔的生命力所在。
然而，高位收水冷卻塔在應用過程中，在工程設計、高位收水裝置制造、安裝等方面均有較多缺陷，故該種冷卻塔收水方式在國內鮮有成功案例報道。
由于常規(guī)冷卻塔供水高度偏高，循環(huán)水泵電耗過大，機組廠用電率高，以及高水收水冷卻塔技術尚不成熟、造價偏高，尋求一種更加安全經濟、可靠可行的冷卻塔節(jié)能利用方案具有十分重要的意義。
有鑒于上述的缺陷，本設計人積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種本實用新型涉及冷卻塔能量回收利用技術領域，具體涉及一種循環(huán)水冷卻塔落水勢能發(fā)電系統(tǒng)使其更具有產業(yè)上的利用價值。
技術實現(xiàn)要素：
為解決上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種有效回收循環(huán)水落水勢能。通過水輪機將落水勢能轉化為電能，提高機組經濟性的循環(huán)水冷卻塔落水勢能發(fā)電系統(tǒng)。
本實用新型循環(huán)水冷卻塔落水勢能的發(fā)電系統(tǒng)，包括循環(huán)水塔，在所述循環(huán)水塔內由上向下依次布置的水輪機、配水裝置、淋水裝置以及集水池，所述集水池內設有循環(huán)水泵，所述循環(huán)水泵的出水口連接循環(huán)水泵出口循環(huán)水管路的入水口，所述循環(huán)水泵出口循環(huán)水管路的出水口連接水輪機入口循環(huán)水管路的進水口，水輪機入口循環(huán)水管路的出水口連通水輪機的入水口，所述水輪機的出水口通過水輪機出口循環(huán)水管路與配水裝置連通；
所述循環(huán)水泵將集水池內的循環(huán)水循環(huán)經由水泵出口循環(huán)水管路將輸送至預定的最高輸水位置，循環(huán)水經水輪機入口循環(huán)水管路輸入水輪機驅動所述水輪機，循環(huán)水再由水輪機的出口循環(huán)水管道輸出至配水裝置。
進一步地，所述水輪機包括臥式水輪機殼體，所述水輪機殼體的兩側設有水輪機進水口和水輪機出水口；所述水輪機殼體的中心設有軸承座；
水輪機葉輪，所述水輪機葉輪設在所述水輪機殼體內部，且所述水輪機葉輪包括：設在葉輪中心處的葉輪軸心，和設在葉輪邊緣的葉片；設在水輪機殼體外部的變速箱，所述變速箱的一側通過傳動軸與水輪機殼體的軸承座連接，另一側設有聯(lián)軸，所述聯(lián)軸用于和冷卻塔的風機連接或用于和水輪發(fā)電機連接，驅動水輪發(fā)電機發(fā)電。
進一步地，所述變速箱的增速為1∶1.5～3倍數(shù)，優(yōu)選地，所述變速箱的增速為1∶2.3±0.1倍數(shù)。
進一步地，預定的最高輸水位置與水輪機之間的距離不小于3m。
進一步地，水輪機進水口設置有可調節(jié)進水量大小的調節(jié)閥。
進一步地，所述葉片可拆卸式設置在葉輪軸心上，所述葉片的下部為弧形結構，上部為直形結構，且上部與下部的長度比為1:1至1:3。
借由上述方案，本實用新型至少具有以下優(yōu)點：
本實用新型通過對在現(xiàn)有發(fā)電機組循環(huán)水冷卻塔結構的簡單改造，通過本實用新型所述的循環(huán)水冷卻塔落水勢能發(fā)電系統(tǒng)，可以有效回收循環(huán)水落水勢能。通過水輪機將落水勢能轉化為電能，提高機組經濟性。本實用新型縮小了雨區(qū)區(qū)域，降低了冷卻塔的噪音，同時減小了冷卻塔整體的通風阻力，對提高冷卻效果有一定的益處。
上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
附圖說明
圖1是本實用新型循環(huán)水冷卻塔落水勢能發(fā)電系統(tǒng)的結構示意圖；
1為水輪機，2為配水裝置，3為淋水裝置，4為集水池，5為循環(huán)水泵，6為循環(huán)水塔，7為懸吊固定架，8為循環(huán)水泵出口循環(huán)水管路，9為水輪機入口循環(huán)水管路，10為水輪機出口循環(huán)水管路。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
參見圖1，本實用新型一較佳實施例所述的一種循環(huán)水冷卻塔落水勢能發(fā)電系統(tǒng)，主要包括循環(huán)水塔6、集水池4、循環(huán)水泵5、配水裝置2、淋水裝置3、水輪機系統(tǒng)1、輸水管道8、9、10以及懸吊固定架7等。所述的循環(huán)水泵5用來提供所需的壓頭，將冷卻水輸送至最高水位位置。所述的輸水管道包括從循環(huán)水泵至最高水位位置間管道8，最高水位至水輪機入口管道9以及水輪機出口至配水系統(tǒng)管道10；所述的懸吊固定架7主要用來固定水輪機系統(tǒng)1。所述的集水池4位于冷卻塔下部，具有一定深度，用來收集雨區(qū)落下的循環(huán)水。所述的配水裝置2與淋水裝置3位于水輪機下方，與常規(guī)塔相比，與集水池的高度差更小。將具有一定勢能的循環(huán)水通入水輪機系統(tǒng)1做功轉化為電能，回收的電能繼續(xù)作為循環(huán)水泵5的部分驅動電力，或為其它廠用電用戶提供電力。
本實用新型涉及的輸水管道中，需要注意兩部分管道口徑尺寸：一是在頂部主輸水管道與水輪機間的輸水管道9，另一段為水輪機出口至配水裝置入口段輸水管道10。兩部的輸水管道的尺寸要配合循環(huán)水給水管道尺寸和水輪機入口尺寸，以及要配合水輪機出口尺寸與配水裝置入口管道尺寸。減小循環(huán)水在新增的輸水管道中的流動損失，強化勢能回收效果。
鑒于通入水輪機的循環(huán)水量與循環(huán)水水位，本實用新型采用適合中小型水輪發(fā)電規(guī)模的臥式布置方式。水輪機發(fā)電系統(tǒng)，由轉子、定子、機架、推力軸承、導軸承、冷卻器、制動器等主要部件組成。
在機組運行初始階段，水輪機尚未做功，此時采用備用輔助電源驅動循環(huán)泵輸水。當循環(huán)冷卻水勢能經水輪機轉化為電能后，代替循環(huán)泵部分電源，或為其它廠用電用戶提供電力，進而降低廠用電率。
本實用新型所述的輸水管道包括三部分，第一段從循環(huán)水泵至最高水位位置間管道，第二段是頂部最高水位處與水輪機間的輸水管道，第三段為水輪機出口至配水裝置入口段。后兩段輸水管道的尺寸要配合循環(huán)水給水管道尺寸和水輪機入口尺寸，以及要配合水輪機出口尺寸與配水裝置入口管道尺寸。減小循環(huán)水在新增的輸水管道中的流動損失，強化勢能回收效果。
本實用新型中，循環(huán)水利用自身勢能沖擊水輪機發(fā)電后進入配水裝置，經配水管再通過噴濺裝置，將水灑到填料上，經填料后成雨狀自由跌落至下部集水池，冷卻后的水抽走后重新使用。
冷卻塔換熱的主要區(qū)域為淋水填料區(qū)域冷卻份額占60％-70％，雨區(qū)的換熱僅為全塔換熱的一小部分。冷卻塔通風阻力中，雨區(qū)的阻力占40％左右，本實用新型將冷卻塔雨區(qū)縮小，減小了通風阻力，其份額遠超增加水輪機發(fā)電系統(tǒng)所增加的通風阻力，故冷卻塔整體通風效果有了一定的增強。
更進一步的技術方案是水輪機發(fā)出的電能直接供給至循環(huán)水泵或其他廠用電用戶，減少循環(huán)水泵等用戶的額外電力供給，進而降低廠用電率。
更進一步的技術方案是水輪機可以帶動風機運行而不進行發(fā)電，水輪機驅動風機可以提高冷卻水塔的通風能力，降低機組冷卻水溫，進而提高機組循環(huán)熱效率。例如：所述水輪機包括臥式水輪機殼體，所述水輪機殼體的兩側設有水輪機進水口和水輪機出水口；水輪機進水口設置有可調節(jié)進水量大小的調節(jié)閥。所述水輪機殼體的中心設有軸承座。
水輪機葉輪，所述水輪機葉輪設在所述水輪機殼體內部，且所述水輪機葉輪包括：設在葉輪中心處的葉輪軸心，和設在葉輪邊緣的葉片；設在水輪機殼體外部的變速箱，所述變速箱的一側通過傳動軸與水輪機殼體的軸承座連接，另一側設有聯(lián)軸，所述聯(lián)軸用于和冷卻塔的風機連接或用于和水輪發(fā)電機連接，驅動水輪發(fā)電機發(fā)電。
所述變速箱的增速為1∶1.5～3倍數(shù)，優(yōu)選地，所述變速箱的增速為1∶2.3±0.1倍數(shù)。
預定的最高輸水位置與水輪機之間的距離不小于3m。
所述葉片可拆卸式設置在葉輪軸心上，所述葉片的下部為弧形結構，上部為直形結構，且上部與下部的長度比為1:1至1:3。所述水葉41的下部為弧形結構，上部為直形結構，且上部與下部的長度比為1:1至1:3。水葉41由不銹鋼做成，防銹防腐蝕，功能好，壽命長。
本實用新型將常規(guī)設計的冷卻塔配水裝置2和淋水裝置3向下移動一定的距離，在保證冷卻塔必需的冷卻效果和結構安全的前提下盡量將配水裝置2和淋水裝置3低位布置，提高冷卻塔落水勢能的發(fā)電效果。
在所述的配水裝置2上方安裝水輪機發(fā)電系統(tǒng)1，利用增加的輸水管道9直接將具有一定位勢能的循環(huán)水通入水輪機發(fā)電裝置，在不改變常規(guī)冷卻塔系統(tǒng)循環(huán)冷卻水上升高度的前提下，回收利用多余的落水勢能，提高機組經濟效益。
低位布置的配水裝置2與淋水裝置3與集水池4的高度差明顯縮短，減小了雨區(qū)的設計高度，可以大大降低循環(huán)水冷卻塔雨區(qū)噪聲，并降低雨區(qū)氣體流動阻力，整體上改善冷卻塔內流動效果。
水輪機發(fā)出的電能直接供給至循環(huán)水泵5，減少循環(huán)水泵的額外電力供給，或供給其他廠用電用戶，進而降低廠用電率。
本實用新型配水裝置與淋水裝置涉及的雨滴直徑、淋水密度、填料特性等方面的選擇已有大量相關研究，在具體實施過程中根據實際情況進行合理選擇，此處不在贅述。
以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本實用新型，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本實用新型的保護范圍。