一种利用循环冷却水过剩水头发电的方法与流程

本发明涉及一种微型水力发电技术，尤其涉及一种利用工厂循环冷却水的过剩水头进行发电的方法。

背景技术：

焦化厂的煤气净化工艺需要使用大量的循环冷却水，现阶段建设的焦化厂的煤气净化循环冷却水量一般能达到10000m³/h左右。其中煤气冷凝鼓风单元的初冷器是循环冷却水的用水大户，属于高大的用水设备。初冷器的塔顶标高一般在40m左右，而循环冷却水的冷却塔的布水管标高在9m左右，初冷器与冷却塔之间的标高差可以产生巨大的过剩水头。而目前，这部分过剩水头一直没有被加以利用，潜能没有发挥出来。如果将这部分过剩水头用于发电等再生能源的利用，将产生可观的经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用工厂循环冷却水的过剩水头进行发电的方法，以此提供一种再生发电能源系统，并将其产生的能源回馈到工厂的用电网络，从而降低工厂的用电综合成本。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种利用工厂循环冷却水的过剩水头进行发电的方法，具体包括如下步骤：

s1，根据高大的用水设备的资料，确定设备的循环冷却水的用水量、进出水温度、进口所需的最低压力、设备内部水头损失、进出口管径、位置和标高；

s2，根据循环冷却的水量、进出水温度和当地气候条件，设计冷却塔，主要确定冷却塔布水喷头的标高、喷水工作所需最低水头、冷却塔进水口至喷头的总水头损失，还需确定冷却塔的尺寸、数量、风机规格；冷却塔循环冷却水的进出口管径、位置和标高等；

s3，根据总图专业对高大的用水设备和冷却塔的布置，确定集水池、循环水泵房的位置和尺寸；

s4，根据高大的用水设备、冷却塔、集水池和循环水泵的位置和循环冷却水量，确定循环水给水管、循环水回水管的合适位置、管径、管长；

s5，根据上述4个步骤的相关资料，进行循环冷却水系统的详细水力计算，主要确定循环水泵的合理扬程、可利用的过剩水头；

s6，根据可利用的过剩水头、循环冷却水量，设计利用循环冷却水过剩水头水力发电系统，主要包括水力发电设备的选型、布置、发输配电系统的设计；

s7，进行经济效益计算，如果经济效益显著，则按上述设计实施。

所述的循环冷却水系统是敞开式的循环冷却水系统。

所述的水力发电系统主要由水力发电设备(包括水轮机、水轮发电机以及控制器等)、高大的用水设备、冷却塔、集水池、循环水泵、循环水给水管、循环水回水管组成。

所述发电设备选择设备结构紧凑，水力条件好，效率高，适合低水头、小流量的轴流式或贯流式水力发电设备。

所述的高大的用水设备的定义是其内部的循环冷却水管的最高点的绝对标高高于冷却塔的布水管的绝对标高。

所述的高大的用水设备的循环冷却水管的最高点的绝对标高和冷却塔的布水管绝对标高差产生的水头大于循环水回水管的水头损失与冷却塔正常运行所需的最小流速水头之和；使该循环水冷却系统产生可以回收利用的过剩水头。

所述的水力发电设备设置在在循环水回水管道上(即高大的用水设备和冷却塔之间的循环冷却水管道)，把过剩的水头势能转换为电能加以利用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于本发明提供了一种利用循环冷却水进行发电的方法，将此方法应用于含有需要使用大量循环水的高大的用水设备的生产工艺，如焦化厂的煤气净化工艺，利用其具有巨大潜能的过剩水头，设计安装一套微型水力发电机组，就可有效地回收利用被现有循环冷却水系统浪费掉的流体势能，并将产生的再生能源回馈到用电生产领域中去，达到降低综合能源消耗的目的。而该方法正是一种投资少，见效快，发电成本低、发电稳定性好的再生能源制造方法。

附图说明

图1是本发明的利用循环冷却水过剩水头发电系统的组成结构示意图。

图中：1-水力发电设备，2-高大的用水设备，3-冷却塔，4-集水池，5-循环水泵，6-循环水给水管，7-循环水回水管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种利用循环冷却水过剩水头发电的方法作进一步的详细说明。

如图1所示，是一种利用循环冷却水过剩水头发电系统的组成结构示意图。该发电系统的完成是本发明所述方法的一个应用实施例。该实施例的发电系统由水力发电设备1，高大的用水设备(在焦化厂的煤气净化生产工艺中，高大的用水设备即是循环冷却水的初冷器装置)2，冷却塔3，集水池4，循环水泵5，循环水给水管6，循环水回水管7组成。循环水泵5将集水池4中的冷却水通过循环水给水管6输送到高大的用水设备2中去，循环冷却水由高大的用水设备2出来后，即由管道输送给水力发电设备1，在本实施例中，水力发电设备1是一台或者多台微型水力发电机。由高大的用水设备2出来的循环冷却水带有较大的水头势能，该水头势能进入微型水力发电机后，可以转换成一定的电能输出。由微型水力发电机出来后的循环冷却水经循环水回水管7送给冷却塔3进行冷却，由冷却塔3出来的循环水再由管道排放到集水池4中去。

上述的利用循环冷却水过剩水头发电的系统是依据本发明的方法设计完成的，本发明的方法具体包括以下步骤：

s1，根据高大的用水设备2的资料，确定设备的循环冷却水的用水量、进出水温度、进口所需的最低压力、设备内部水头损失、进出口管径、位置和标高；

s2，根据循环冷却的水量、进出水温度和当地气候条件，设计冷却塔3，主要确定冷却塔3布水喷头的标高、喷水工作所需最低水头、冷却塔3进水口至喷头的总水头损失，还需确定冷却塔3的尺寸、数量、风机规格；冷却塔3循环冷却水的进出口管径、位置和标高等；

s3，根据总图专业对高大的用水设备2和冷却塔3的布置，确定集水池4、循环水泵5泵房的位置和尺寸；

s4，根据高大的用水设备2、冷却塔3、集水池4和循环水泵5的位置和循环冷却水量，确定循环水给水管6、循环水回水管7的合适位置、管径、管长；

s5，根据上述4个步骤的相关资料，进行循环冷却水系统的详细水力计算，主要确定循环水泵5的合理扬程、可利用的过剩水头；

s6，根据可利用的过剩水头、循环冷却水量，设计利用循环冷却水过剩水头水力发电系统，主要包括水力发电设备1的选型、布置、发输配电系统的设计；

s7，进行经济效益计算，如果经济效益显著，则按上述设计实施。

所述的循环冷却水系统是敞开式的循环冷却水系统。

所述的水力发电系统主要由水力发电设备(包括水轮机、水轮发电机以及控制器等)、高大的用水设备、冷却塔、集水池、循环水泵、循环水给水管、循环水回水管组成。

所述发电设备选择设备结构紧凑，水力条件好，效率高，适合低水头、小流量的轴流式或贯流式水力发电设备。

所述的高大的用水设备的定义是其内部的循环冷却水管的最高点的绝对标高高于冷却塔的布水管的绝对标高。

所述的高大的用水设备的循环冷却水管的最高点的绝对标高和冷却塔的布水管绝对标高差产生的水头大于循环水回水管的水头损失与冷却塔正常运行所需的最小流速水头之和；使该循环水冷却系统产生可以回收利用的过剩水头。

所述的水力发电设备设置在在循环水回水管道上(即高大的用水设备和冷却塔之间的循环冷却水管道)，把过剩的水头势能转换为电能加以利用。

依据本发明的方法设计的循环冷却水过剩水头发电系统的例子如下：

现假定某焦化厂的煤气净化循环冷却水量q为10000m³/h，集水池4水面标高h0为0m，高大的用水设备(初冷器)2的塔顶标高h1为40m，冷却塔3布水管的标高h2为9m，冷却塔3正常运行所需的最小流速水头h4为5m，循环水泵5的吸水管、循环水泵5及循环水给水管6的总水头损失h1为10m，高大的用水设备(初冷器)2的水头损失h2为5m，水力发电设备1的水头损失h3为5m，循环水回水管7的水头损失h4为5m,正常富裕水头h5为5m。可利用的过剩水头设为h。

循环水泵5的扬程h以能保证初冷器正常运行所需冷却用水压力为条件进行计算如下：h＝h1-h0+h1+h2+h5＝40-0+10+5+5＝60m；可利用的过剩水头h以能保证满足冷却塔3正常运行所需的最小流速水头为条件进行计算如下：h＝h-(h2-h0)-h4-h1-h2-h3-h4-h5＝60-(9-0)-5-10-5-5-5-5＝16m。

根据循环冷却水量q和可以利用的过剩水头h选择水力发电设备1，可以选择轴流式或贯流式水力发电设备，安装在循环水回水管7上。发电系统可以参考低水头小(2)型水电站或微型水电站进行设计。

经济效益计算：考虑发电设备中水轮机和水轮发电机的效率，得出该水力发电设备1的输出功率约为300kw。循环水泵5电机的输入功率约为2000kw。计算循环冷却水系统的能量回收率：(300/2000)*100％＝15％，相当于回收了15％的循环水泵5的耗电量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于本发明提供了一种利用循环冷却水进行发电的方法，将此方法应用于含有需要使用大量循环水的高大的用水设备的生产工艺，如焦化厂的煤气净化工艺，利用其具有巨大潜能的过剩水头，设计安装一套微型水力发电机组，就可有效地回收利用被现有循环冷却水系统浪费掉的流体势能，并将产生的再生能源回馈到用电生产领域中去，达到降低综合能源消耗的目的。而该方法正是一种投资少，见效快，发电成本低、发电稳定性好的再生能源制造方法。