專利名稱:熱軋或csp冷卻水溢流排放發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型屬于水利發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域,即通過水輪機(jī)回收工業(yè)有壓排放
水能量進(jìn)行發(fā)電,尤其涉及熱軋或CSP冷卻水溢流排;改發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù):
1. 熱軋或CSP生產(chǎn)用冷卻水分高壓、低壓以及層流冷卻等多種,大部 分為間歇式,即過鋼時熱軋或CSP按設(shè)計流量用水,不過鋼時按設(shè)計流量 的20%左右用水。由于間歇式周期短,冷卻供水泵組不可能在短時間內(nèi)啟 停數(shù)臺水泵以調(diào)整水量,而采用溢流穩(wěn)壓排水裝置將80%左右的有壓水排 放掉。因此有壓排放水的機(jī)械能主要以磨損、噪音及振動形式消耗掉,不 僅造成環(huán)境污染,而且對設(shè)備損害(如氣蝕)嚴(yán)重影響使用壽命。
目前,國內(nèi)近百套熱軋或CSP生產(chǎn)線均采用上述間歇排放水生產(chǎn)方式。 國外更多熱軋或CSP生產(chǎn)線也是如此。
2. 由于生產(chǎn)工藝及設(shè)備特性等種種原因,熱軋或CSP不能采用循環(huán)泵 組的變頻調(diào)速方式、液力或^f茲力耦合器調(diào)速方式以改變冷卻水量。
3. 由于熱軋或CSP投資巨大(一般為數(shù)十億元人民幣),產(chǎn)量及效率 高,用戶對成百上千萬元的能源浪費(fèi)普遍不夠重^^。
4. 以前國內(nèi)用戶及相關(guān)單位對引進(jìn)國外主生產(chǎn)工藝未完全消化,更無 相應(yīng)的研發(fā)及攻關(guān)課題,且國外也沒有相關(guān)技術(shù)。
5. 國家宏觀能源管理部門對熱軋或CSP有壓水排放不了解,故無熱軋 或CSP間歇水能利用科研立項。
6. 熱軋或CSP與水電是兩個完全不同的^f亍業(yè),而且間歇溢流排;故冷卻
水發(fā)電有較大技術(shù)難度。
鋼鐵工業(yè)是能耗大戶,而熱軋或CSP在鋼鐵生產(chǎn)中能耗占較大比例。 十年前我國建熱軋或CSP主要從國外引進(jìn),近些年國內(nèi)通過技術(shù)攻關(guān)與消 化移植,熱軋已基本上全國產(chǎn)化。但目前國內(nèi)外還沒有采用熱軋或CSP冷 卻水溢流排放水進(jìn)行穩(wěn)壓發(fā)電的先例或設(shè)想,也無這方面的任何文章。按 照我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和節(jié)能減排的要求和我國《可再生能源法》的實 施,建設(shè)與完善環(huán)境友好、資源節(jié)約型熱軋或CSP生產(chǎn)線也是本實用新型 的熱切愿望。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是采用熱軋或CSP冷卻水溢流排^:進(jìn)行發(fā)電,構(gòu)成
3一種目前國內(nèi)外沒有的新的發(fā)電系統(tǒng),對以噪音、振動及磨損等方式浪費(fèi) 的能源(聲能、熱能等)進(jìn)行回收,同時對熱軋或CSP生產(chǎn)按需要進(jìn)行定值
調(diào)節(jié),而且發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度不低于原有溢流穩(wěn)壓排水裝置。熱軋或CSP
冷卻水溢流排放發(fā)電系統(tǒng)不需對原有設(shè)備作任何改造,僅對原有冷卻水管
進(jìn)行開孔引水即可。本實用新型不僅不影響熱軋或CSP生產(chǎn),而且增加了
冷卻水穩(wěn)壓調(diào)節(jié)的可靠性。
本實用新型的技術(shù)方案為
熱軋或CSP冷卻水溢流排放發(fā)電系統(tǒng),包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、并網(wǎng)設(shè)備、 控制與保護(hù)裝置、壓力檢測儀表、流量檢測儀表、水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針位置、 轉(zhuǎn)速檢測與調(diào)節(jié)裝置、發(fā)電機(jī)溫度及振動檢測裝置、自控閥門、手動閥門, 其特征在于水輪^幾的入口、出口分別與熱軋或CSP冷卻水的主水管和溢流 管相連,熱軋或CSP冷卻水溢流管中安裝有壓力檢測儀表、流量檢測儀表、 自控閥門、手動閥門,水輪機(jī)的軸端與發(fā)電機(jī)通過齒輪箱相連或軸直接相 連,發(fā)電機(jī)通過母線電纜與并網(wǎng)設(shè)備連接,水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針位置、轉(zhuǎn)速 檢測與調(diào)節(jié)裝置安裝在水輪機(jī)上,發(fā)電機(jī)溫度及振動^f全測裝置安裝在發(fā)電 機(jī)上,并網(wǎng)設(shè)備通過母線電纜與電網(wǎng)連接,控制與保護(hù)裝置分別與壓力檢 測儀表、流量檢測儀表、水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針位置、轉(zhuǎn)速檢測與調(diào)節(jié)裝置、 發(fā)電機(jī)溫度及振動檢測裝置、自控閥門、并網(wǎng)設(shè)備相連。
還包括有溢流穩(wěn)壓排水裝置,在水輪機(jī)的入口、出口的熱軋或CSP冷卻 水溢流管安裝一溢流穩(wěn)壓排水裝置。
當(dāng)發(fā)電機(jī)為同步發(fā)電機(jī),還包括有勵磁裝置,勵磁裝置連接在同步發(fā) 電機(jī)與并網(wǎng)設(shè)備之間。
所述的水4侖才幾為混流式、^H危式、軸流式、貫流式、切擊式、凍+擊式 或雙擊式的水4侖才幾。
所述的自控閥門為蝶閥、球閥、座閥或閘閥,閥門可為氣動、液動或 電動,閥門的口徑、材質(zhì)等規(guī)格與水輪發(fā)電機(jī)的流量、壓力匹配。
所述的手動閥門為閘閥、蝶閥、^U岡或座閥,閥門的口徑、材質(zhì)等類L 格與水輪發(fā)電機(jī)的流量、壓力匹配。
本實用新型所涉及的水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、并網(wǎng)設(shè)備、控制與保護(hù)裝置、 壓力檢測儀表、流量檢測儀表、水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針位置、轉(zhuǎn)速檢測與調(diào)節(jié) 裝置、發(fā)電機(jī)溫度及振動檢測裝置、自控閥門、手動閥門及勵磁裝置、溢 流穩(wěn)壓排水裝置都從市場購買得到。
本《刀新型不耀于,趟私4'<^尸冷々7入/謹(jǐn)遂#放^發(fā)密,^會工
A, /,岸它工泌才在#^:水為適^。采用水輪機(jī)把熱軋或CSP冷卻水的勢能和動能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)輪或水斗等旋 轉(zhuǎn)設(shè)備的機(jī)械能帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。水輪機(jī)可為反擊式(包括混流式、斜流 式、軸流式和貫流式等),也可為沖擊式(包括水斗式即切擊式、斜擊式及
雙擊式等);根據(jù)布置方式的不同,水輪發(fā)電機(jī)可為立式或臥式。具體選用 何種類型水輪機(jī)和發(fā)電機(jī),主要取決于水力壓頭、流量及現(xiàn)有電網(wǎng)環(huán)境與 投資。另外,可根據(jù)發(fā)電量情況及用戶現(xiàn)有電網(wǎng)情況,選擇高壓發(fā)電(10kV 或6kV)或低壓發(fā)電(400V)。
本發(fā)電系統(tǒng)不需要熱軋或CSP設(shè)備進(jìn)行任何改造,僅將控制與保護(hù)裝 置與原有熱軋或CSP控制設(shè)備進(jìn)行信號通訊或聯(lián)系。本實用新型的控制與 保護(hù)裝置可采用PLC、 DCS或現(xiàn)有水電專用控制器。
A、控制與保護(hù)裝置組成和功能
包括以CPU為核心構(gòu)成的控制器、模擬量輸入/輸出模塊、通訊設(shè)備 及總線、人機(jī)接口 (HMI )等。
_一控制器
包括主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架。通過模擬量輸入/輸出模塊采集的各參數(shù)及通 訊信息,自動或半自動啟機(jī)、并網(wǎng)、升負(fù)荷至正常運(yùn)行或停機(jī)。無論發(fā)電 系統(tǒng)處于何狀態(tài),控制器實時根據(jù)熱軋或CSP的冷卻水壓力及用量進(jìn)行自
動穩(wěn)壓調(diào)節(jié)。
通過模擬量輸入/輸出模塊采集的各參數(shù)及通訊總線相關(guān)信息,如機(jī)組
過速、軸瓦溫度過高、冷卻水中斷、電網(wǎng)故障、軋或CSP主生產(chǎn)要求等,
控制器自動按程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)組緊急停機(jī)及相關(guān)的安全連鎖保護(hù)控制。 一一模擬量輸入/輸出模塊
通過模擬量輸入/輸出模塊釆集處理現(xiàn)場各運(yùn)行參數(shù)及相關(guān)信息,如水 輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速與振動、軸承溫度、冷卻水流量與壓力、電網(wǎng)狀態(tài)、熱軋
或CSP主生產(chǎn)要求以及發(fā)電系統(tǒng)電量參數(shù)(電壓、電流、有功功率、功率
因數(shù)等),配合控制器自動按程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)組運(yùn)行控制、停機(jī)控制及相關(guān)的安 全連鎖保護(hù)控制。
——通訊設(shè)備及總線
不僅實現(xiàn)水輪發(fā)電系統(tǒng)控制設(shè)備之間的連接與通訊,而且可與主生產(chǎn) 控制裝置進(jìn)行信息交換
——人機(jī)接口 (HMI)
用于監(jiān)視和控制水輪發(fā)電的運(yùn)行狀態(tài)。
熱軋或CSP冷卻水溢流排放水發(fā)電是現(xiàn)場無人值守的生產(chǎn)機(jī)組。其中 現(xiàn)場HMI用于發(fā)電設(shè)備調(diào)試與檢修;設(shè)在熱軋或CSP操作控制室的HMI,用于正常生產(chǎn)時及過渡工況情況下的監(jiān)控。 B、軟件
為控制及安全保護(hù)裝置的核心。通過軟件,結(jié)合現(xiàn)場儀表、閥門及外 部通訊聯(lián)系信號,自動實現(xiàn)本實用新型的各種狀態(tài)控制與安全保護(hù)控制。
本實用新型是以不影響主線生產(chǎn)為原則,并最大限度地發(fā)電。因此控 制裝置主要功能與一般水電項目有別,即無論發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行還是過渡
運(yùn)行,要把熱軋或CSP生產(chǎn)用冷卻水壓力、流量等參數(shù)控制放在第一位。
圖1為本實用新型的原理示意圖。
具體實施方式結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的描述。
如圖1所示,本實用新型包括水輪機(jī)l、發(fā)電機(jī)2、并網(wǎng)設(shè)備3、控制 與保護(hù)裝置4、溢流穩(wěn)壓排水裝置、壓力檢測儀表5-1、流量檢測儀表5 -2、水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針位置、轉(zhuǎn)速檢測與調(diào)節(jié)裝置5-3、發(fā)電機(jī)溫度及 振動檢測裝置5-4、自控閥門6、手動閥門7,水輪機(jī)1的入口、出口分 別與熱軋或CSP冷卻水主水管和溢流管相連,在水4侖才幾1的入口 、出口的 熱軋或CSP冷卻水溢流管安裝一溢流穩(wěn)壓排水裝置,熱軋或CSP冷卻水溢 流管上安裝有壓力斥企測儀表5-1、流量檢測儀表5-2、自控閥門6、手動 閥門7,水輪機(jī)1的軸端與發(fā)電機(jī)2通過軸相連或齒輪連接,發(fā)電機(jī)2通 過母線電纜與并網(wǎng)設(shè)備3連接,水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針位置、轉(zhuǎn)速檢測與調(diào)節(jié) 裝置5 - 3安裝在水輪機(jī)1上,發(fā)電機(jī)溫度及振動檢測裝置5 - 4安裝在發(fā) 電機(jī)2上,并網(wǎng)設(shè)備3通過母線電纜與電網(wǎng)連接,控制與保護(hù)裝置4分別 與壓力檢測儀表5-1、流量檢測儀表5-2、水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針位置、轉(zhuǎn)速 檢測與調(diào)節(jié)裝置5-3、自控閥門6、發(fā)電機(jī)溫度及振動檢測裝置5-4、并 網(wǎng)設(shè)備3相連。
建設(shè)熱軋或CSP冷卻水溢流排放發(fā)電系統(tǒng)需要遵循國家有關(guān)規(guī)程規(guī) 范,
以下結(jié)合附圖對本實用新型實施作進(jìn)一步說明。
1. 啟動準(zhǔn)備
水輪發(fā)電可在現(xiàn)場啟動,也可在與熱軋或CSP共用的操作控制室啟動。 熱軋或CSP主生產(chǎn)運(yùn)行前,其水處理等輔助設(shè)施已先期投入運(yùn)行,此 時熱軋或CSP冷卻溢流排放水發(fā)電系統(tǒng)也處于發(fā)電準(zhǔn)備狀態(tài)。檢查與熱軋 或CSP冷卻溢流排放水發(fā)電系統(tǒng)啟動有關(guān)的設(shè)備及參數(shù)是否處于正常,如 果以上設(shè)備及參數(shù)均正常,即可開關(guān)有關(guān)閥門(包括手動閥門)。
2. 啟動過程緩開水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針,逐漸加大進(jìn)入水輪機(jī)水量。通過水流量檢測 儀,水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針位置、轉(zhuǎn)速檢測儀及主生產(chǎn)用冷卻水壓力檢測等參 數(shù),綜合比較判斷并確定導(dǎo)葉或噴針開度與行程。實時觀察水輪發(fā)電機(jī)的 運(yùn)行參數(shù)變化,使水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪升至接近并網(wǎng)轉(zhuǎn)速。對于同步機(jī),此時應(yīng)投 勵磁并通過同期裝置檢查熱軋或CSP冷卻溢流排放水發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的電 壓、頻率及相位,在滿足并網(wǎng)條件下適時并網(wǎng)(對于初次并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組, 須按規(guī)程規(guī)范進(jìn)行空載運(yùn)行測試)。
3. 運(yùn)行過程
并網(wǎng)后的水輪發(fā)電機(jī)即可進(jìn)行升功率控制。在升功率過程中,"溢流穩(wěn) 壓排水裝置"調(diào)節(jié)閥關(guān)閉,這個自動控制過程也可由本水電控制裝置參與
完成。 一旦"溢流穩(wěn)壓排水裝置"調(diào)節(jié)閥全關(guān),熱軋或CSP生產(chǎn)處于非過
鋼時,本實用新型即處于"&計負(fù)荷發(fā)電。
正常生產(chǎn)時,本實用新型可與主生產(chǎn)控制裝置對重要參數(shù)進(jìn)行信息交 換,以便相互了解生產(chǎn)情況和進(jìn)行必要的連鎖控制。
由于本實用新型發(fā)電量小,且波動頻繁,運(yùn)行中不參與負(fù)荷峰值調(diào)節(jié)。
4. 正常停機(jī)
正常停機(jī)是熱軋或CSP長期停產(chǎn),水處理設(shè)施相應(yīng)停運(yùn)而進(jìn)行的停機(jī) 過程,如果是熱軋或CSP冷卻溢流排放水發(fā)電系統(tǒng)(包括電網(wǎng))參數(shù)異常 或定期檢修也要停機(jī)。停機(jī)過程是導(dǎo)葉或噴針緩慢關(guān)閉,"溢流穩(wěn)壓排水裝 置"有關(guān)閥門自動相應(yīng)打開,當(dāng)熱軋或CSP冷卻溢流排放水發(fā)電系統(tǒng)輸出 功率為零或接近零時與電網(wǎng)解列,然后全關(guān)相應(yīng)的導(dǎo)葉或噴針及水輪機(jī)入 出口閥門。
5. 緊急停機(jī)
是指嚴(yán)重影響熱軋或CSP冷卻溢流排放水發(fā)電系統(tǒng)(包括電網(wǎng))安全 或影響熱軋或CSP主生產(chǎn)的一種全自動停機(jī)方式,緊急停機(jī)是由安全保護(hù) 裝置實現(xiàn)的,主要與以下參數(shù)或狀態(tài)有關(guān)
熱軋或CSP要求
水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)振動過大
水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)軸承溫度過高
轉(zhuǎn)速過高
電網(wǎng)故障
當(dāng)發(fā)電運(yùn)行中出現(xiàn)以上的任一停機(jī)條件時,連鎖發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列, 緊急停機(jī)與"溢流穩(wěn)壓排水裝置"協(xié)調(diào)動作,實現(xiàn)緊急停機(jī)情況下熱軋或 CSP壓力調(diào)節(jié)的平穩(wěn)過渡。舉例i兌明
以某熱軋廠兩種冷卻水為例計算與分析
1. 高壓冷卻水
泵組水泵數(shù)量7臺(5用2備),單臺功率800kW,揚(yáng)程125m 水流量2. 17m3/s,不過鋼時間歇排;故水量:Q=2. 17m3/s*0. 8=1. 73
m3/s。
故發(fā)電功率P = 9. 81tiQH =9.81*0.9*1.73*125=1909 (千瓦)
式中ri為水輪發(fā)電機(jī)的效率,Q為水流量,H為水頭即揚(yáng)程。若熱軋廠
年生產(chǎn)時間按7000小時計,間歇排放水按3500小時計(實際會大于3500
小時),則
年發(fā)電量E=P*T=3500*1909=6682450 (千瓦時)=668. 245萬度
2. 層流冷卻水
泵組水泵數(shù)量8臺(6用2備),單臺功率315kW,揚(yáng)程30m;排 ;故水頭25m
水流量:4. 17m3/ s ,不過鋼時間歇排力文水量Q=4. 17m3/ s 故發(fā)電功率P = 9. 81riQH =9.81*0.9*4.17*25=920 (千瓦) 年發(fā)電量E=P*T=3500*368-3221481 (千瓦時)=322. 15萬度 建設(shè)熱軋或CSP冷卻水溢流排放發(fā)電系統(tǒng)可利用原有廠房及管路,僅 對水電設(shè)備基礎(chǔ)作適當(dāng)處理并增加與熱軋或CSP冷卻溢流排放水發(fā)電系統(tǒng) 有關(guān)的管路,因此土建部分占用投資很低。國內(nèi)現(xiàn)有熱軋或CSP廠共100 個左右(如僅武鋼有3套熱軋及1套CSP )。熱軋或CSP冷卻溢流排放水發(fā) 電系統(tǒng)建設(shè)總投資200 - 400萬元,因此經(jīng)濟(jì)效益與社會效益十分可觀。
熱軋或CSP冷卻水溢流排;改發(fā)電系統(tǒng)主要用于減少主生產(chǎn)線用電需 求,即不必直接并入國家大電網(wǎng)系統(tǒng)。
8
權(quán)利要求1、熱軋或CSP冷卻水溢流排放發(fā)電系統(tǒng),包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、并網(wǎng)設(shè)備、控制與保護(hù)裝置、壓力檢測儀表、流量檢測儀表、水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針位置、轉(zhuǎn)速檢測與調(diào)節(jié)裝置、發(fā)電機(jī)溫度及振動檢測裝置、自控閥門、手動閥門,其特征在于水輪機(jī)的入口、出口分別與熱軋或CSP冷卻水的主水管和溢流管相連,熱軋或CSP冷卻水溢流管上安裝有壓力檢測儀表、流量檢測儀表、自控閥門、手動閥門,水輪機(jī)的軸端與發(fā)電機(jī)直接相連或通過齒輪箱相連,發(fā)電機(jī)通過母線電纜與并網(wǎng)設(shè)備連接,水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針位置、轉(zhuǎn)速檢測與調(diào)節(jié)裝置安裝在水輪機(jī)上,發(fā)電機(jī)溫度及振動檢測裝置安裝在發(fā)電機(jī)上,并網(wǎng)設(shè)備通過母線電纜與電網(wǎng)連接,控制與保護(hù)裝置分別與壓力檢測儀表、流量檢測儀表、水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針位置、轉(zhuǎn)速檢測與調(diào)節(jié)裝置、發(fā)電機(jī)溫度及振動檢測裝置、自控閥門、并網(wǎng)設(shè)備相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋或CSP冷卻水溢流排放發(fā)電系統(tǒng),其特征 在于還包括有溢流穩(wěn)壓排水裝置,在水輪機(jī)的入口、出口的熱軋或CSP 冷卻水溢流管安裝一溢流穩(wěn)壓排水裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱軋或CSP冷卻水溢流排放發(fā)電系統(tǒng),其 特征在于當(dāng)發(fā)電機(jī)為同步發(fā)電機(jī),還包括有勵磁裝置,勵磁裝置與發(fā)電 機(jī)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋或CSP冷卻水溢流排放發(fā)電系統(tǒng),其特征 在于所述的7JC輪才幾為混流式、斜流式、軸流式工、貫流式、切擊式、斜 擊式或雙擊式的水4侖才幾。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋或CSP冷卻水溢流排放發(fā)電系統(tǒng),其特征 在于所述的自控閥門為蝶閥、球閥、座閥或閘閥。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋或CSP冷卻水溢流排放發(fā)電系統(tǒng),其特征 在于所述的手動閥門為閘閥、*萊閥、^求閥或座閥。
專利摘要本實用新型涉及熱軋或CSP冷卻水溢流排放發(fā)電系統(tǒng),各組成部件按以下方式連接水輪機(jī)分別與熱軋或CSP冷卻水的主水管和溢流管連接,溢流管上安裝壓力檢測儀表、流量檢測儀表、自控閥門、手動閥門,水輪機(jī)的軸端與發(fā)電機(jī)相連,發(fā)電機(jī)與并網(wǎng)設(shè)備連接,水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針位置、轉(zhuǎn)速檢測與調(diào)節(jié)裝置安裝在水輪機(jī)上,發(fā)電機(jī)溫度及振動檢測裝置安裝在發(fā)電機(jī)上,并網(wǎng)設(shè)備通過母線電纜與電網(wǎng)連接,控制與保護(hù)裝置分別與壓力檢測儀表、流量檢測儀表、水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針位置、轉(zhuǎn)速檢測與調(diào)節(jié)裝置、發(fā)電機(jī)溫度及振動檢測裝置、自控閥門、并網(wǎng)設(shè)備相連。本實用新型屬小水電,且負(fù)荷變化范圍大,故不參與調(diào)峰與調(diào)頻。
文檔編號F03B13/00GK201386617SQ20092008374
公開日2010年1月20日 申請日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者王貴良 申請人:王貴良