CN102185537B - 利用导热油炉与半导体发电装置实现热电联产的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用导热油炉与半导体发电装置实现热电联产的系统及方法，该系统包括导热油炉和与其通过供油管道连接的半导体温差发电装置，所述油气分离器通过所述高温换热器与所述半导体温差发电装置连接，所述过滤器通过所述热油泵与所述导热油炉连接，所述低温端备用热油泵与所述低温换热器连接，所述高位膨胀槽与所述油气分离器连接，所述低温储油槽与所述油气分离器连接；所述发电模块相变工质冷凝器采用间接换热方式利用冷流体作为冷却介质冷却相变工质蒸汽，将冷流体加热后送入后续工段，实现热电联产；本发明的有益效果是：高品位热能被回收利用，同时实现热电联产，并且由于半导体温差发电装置无运转动设备，因此安全可靠；同时实现同温度导热油炉供应不同温度导热油的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用导热油炉与半导体发电装置实现热电联产的系统及方法，其采用半导体温差发电装置作为调温设备，在发电的同时解决供应不同温度导热油的难题，同时可以联产蒸汽或热水供热用户使用，属锅炉热电联产技术领域。
背景技术
导热油炉作为特种锅炉，采用导热油作为热载体供热，在实际生产中得到广泛应用。由于工艺生产的需要以及各用热设备耗热量不同，对导热油的温度要求也不同，因此，导热油加热站根据不同用热设备的需要供应不同温度的导热油。
CN100436569C公开了一种用同参数导热油加热炉供应不同温度导热油的方法及装置，它采用相同参数的导热油加热炉供出一种相同温度值的导热油，这个相同温度值是导热油加热系统中所有用热设备中所需要的最高温度值，当加热炉所供的导热油温度与用热设备所需的加热温度相适应时，直接对该用热设备供给导热油；当加热炉所供的导热油温度高于用热设备所需的加热温度时，将该用热设备的低温回油和加热炉所供的导热油进行混合，使其导热油的温度降到该用热设备所要求的供油温度后，再将导热油供给该用热设备；相同参数的导热油加热炉为一台，相同参数的导热油还可为一台以上。由于采用了上述技术方案，其利用一台或一台以上的同参数导热油加热炉供出一种系统所有用热设备中需要的最高温度的导热油，对于对应此温度的用热设备，可直接供给，而对于用热温度低于此温度的用热设备，采用该用热设备的回油和导热油加热炉的供油进行二次循环调节的方法供给。由于导热油加热炉的供热量是按整个系统的热负荷确定的，所以，不论是直接供给，还是通过二次循环调节，导热油加热炉供出的热量和温度时满足用热设备要求的。对于低温用热设备，由于其回油温度比导热油加热炉供油温度低，所以利用其回油和导热油加热炉的供油按一定量进行混合，必将得到所要求的供油温度，从而实现了利用同参数导热油加热炉供应不同温度的导热油，这样使得不但减少了设备投资，便于操作和管理，而且操作维修简单，备品备件减少，设备互换性强。
但是该技术也存在一定的缺点，即燃料高品位的化学能并没有得到很好的利用，如何借鉴蒸汽锅炉热电联产技术，在发电的同时联产供热介质值得研究。
ZL200910183368.5公开了一种以导热油为传热介质的工业余热半导体温差发电机发电技术，该技术采用共知的导热油回收工业低温余热技术，回收了余热的导热油作为传热介质，作为半导体温差发电机的热源，不失为一种很好的余热利用技术。但是该技术存在一定的缺点：即半导体温差发电机的冷源需要使用大量的冷却水，冷却水带走的热量经冷却塔等散热后才能循环使用，且冷却水的循环需要使用一定量的电能。实际半导体温差发电机的发电效率很低，大量的热量被冷却水带走白白散失在大气中并造成热污染；设置的储油罐，里面的导热油温度较高，储油罐兼起油气分离器的作用，导热油回收余热过程中产生的气体要通过储油罐分离出去，由于温度高，接触氧气时容易导致导热油变质；输油泵采用变流量调节作为保证半导体发电模块入口导热油温度的措施，势必导致输油泵不能经济、高效运行，仍需配套变频调速技术才能解决问题；而且为保证半导体发电模块入口温度的相对稳定，势必要采用大流量、低温度的导热油回收工业余热，如通过半导体发电模块的导热油进出口温差大，会引起发电模块的热应力，对其使用寿命有一定的影响；如采用通过半导体发电模块的导热油进出口温差小、低流量的运行方式，将导致导热油的供回油温度均提高，余热回收的热量又会减少。
ZL200810172026.9公开了一种比较高效的用于半导体温差发电模块的冷却装置，主要用于对内燃机尾气余热回收半导体温差发电系统头功一种比较高效的冷却系统。利用液体相变潜热较大的特点，可从半导体温差发电模块的冷端面吸收更多的热量，能够进一步提高半导体温差发电模块冷热端面的温差，从而取得更好的利用余热的发电效果。同时冷却液循环使用，无需动力，无介质耗损、泄漏，节能环保。但该技术也有存在问题的地方：由于半导体温差发电模块冷端面的热量无法回收利用，只能散失到大气中，因此该技术限制了冷却液的沸点低于100℃；发电模块冷端面蒸发器内部空腔为长方体，里面并未充满冷却液体，吸收发电模块热量的冷却液体气化时必然会夹带冷却液体，从而与长方体空腔的大气端薄翅片接触吸热气化，吸收热量的气化气体又会与冷却液进行热交换而是冷却液部分气化，冷却液的气化潜热并未被发电模块冷端面全部利用。而且蒸发器内部空腔为长方体，气液并存，体积会加大。
因此如何在导热油炉中利用半导体温差发电技术，在发电的同时解决供应不同温度导热油的难题、实现热电联产成为该领域研究的热点。
发明内容
本发明的目的是通过导热油炉与半导体温差发电装置实现热电联产，在发电的同时实现供应不同温度的导热油，并有效回收半导体温差发电装置冷端的热量，把这部分热量全部转化成供热负荷或送系统循环使用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
利用导热油炉与半导体发电装置实现热电联产的系统包括导热油炉和与其通过供油管道连接的半导体温差发电装置，高温换热器、油气分离器、过滤器、热油泵、低温端备用热油泵、低温换热器、高位膨胀槽以及低位储油槽，所述油气分离器通过所述高温换热器与所述半导体温差发电装置连接，所述过滤器通过所述热油泵与所述导热油炉连接，所述低温端备用热油泵与所述低温换热器连接，所述高位膨胀槽与所述油气分离器连接，所述低温储油槽与所述油气分离器连接；所述低温端备用热油泵、所述相应的调节阀、所述低温换热器通过相应管道连接形成循环回路，与所述导热油炉形成补热回路。
所述导热油炉包括燃烧设备与连接管道；所述半导体温差发电装置包括半导体温差发电模块、发电模块热端、相变工质液相汇流排、发电模块冷端相变工质蒸发器、相变工质气相汇流排、相变工质气相管道、发电模块相变工质冷凝器、相变工质液相管道，所述半导体温差发电模块置于所述相变工质液相汇流排与所述相变工质气相汇流排之间，所述相变工质液相管道与该相变工质液相汇流排连接，该相变工质气相汇流排通过所述相变工质气相管道与所述发电模块相变工质冷凝器连接；所述半导体温差发电装置上述各模块构成相变工质的循环回路；所述半导体温差发电模块采用串联、并联或串并联方式导出产生的电流；所述发电模块相变工质冷凝器包含至少一根换热管。
本发明还涉及一种利用导热油炉与半导体发电装置实现热电联产的方法，其特征在于：所述发电模块相变工质冷凝器采用间接换热方式利用冷流体作为冷却介质冷却相变工质蒸汽，将冷流体加热后送入后续工段；经所述导热油炉加热后的导热油进入所述半导体温差发电装置进行发电后排出符合所述低温换热器温度要求的导热油，由该低温换热器降温后经所述油气分离器分离出气体，从所述高位膨胀槽排出，液态导热油经所述过滤器、热油泵、导热油炉循环使用；或者将所述半导体温差发电装置排出的低温导热油和通过调节阀的高温导热油相混合，调节出符合所述低温换热器温度要求的导热油。
控制所述高位膨胀槽里面的导热油温度在70℃以内，所述冷流体为空气、水或其他工艺介质；相变换热器的工质采用沸点不低于100℃的、气化潜热大的液体。
所述高温换热器停用时，所述半导体温差发电装置和所述低温换热器正常工作；所述半导体温差发电装置发生故障时，控制相应的调节阀，启动所述低温端备用热油泵，使所述低温换热器正常运行；所述低温换热器停用时，通过控制相应的调节阀及其导热油旁路调节管道，使所述半导体温差发电装置继续工作。
本发明的有益效果是，导热油炉供出的高温导热油通过半导体温差发电机将导热油携带的部分热量转换成电能而被回收利用，其余的热量用于加热空气或加热锅炉给水或其他需要加热的工艺介质。利用通过调节阀及其管路的高温导热油与通过半导体温差发电装置的低温导热油混合可以方便调节出低温换热器所需要的温度，从而方便实现供应不同温度导热油的目的，整个装置实现了热电联产。由于半导体温差发电装置无运转动设备，因此安全可靠。
附图说明
图1是现有技术的工业余热半导体温差发电机发电装置方框图。
图2为现有技术的工业余热半导体温差发电机结构图。
图3为现有技术用于半导体温差发电模块的冷却装置结构图。
图4为本发明利用导热油炉与半导体发电装置实现热电联产的系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1、2所示为现有技术的半导体温差发电机发电装置方框图和结构图，图中标识为：1-换热器，2-半导体温差发电机，3-储油罐，4-温控器，5-输油泵，6-导热油管道，7-冷却水管，8-半导体温差发电芯片。
如图3所示为用于半导体温差发电模块的冷却装置，图中标识：21-散热器，22-冷凝器，23-导液管，24-导气管，25、26-薄翅片，27-现有技术中半导体温差发电模块。
所述半导体温差发电装置50包括半导体温差发电模块68、发电模块热端58、相变工质液相汇流排55、发电模块冷端相变工质蒸发器56、相变工质气相汇流排51、相变工质气相管道52、发电模块相变工质冷凝器53、相变工质液相管道54,所述半导体温差发电模块68置于所述相变工质液相汇流排55与所述相变工质气相汇流排51之间，所述相变工质液相管道54与该相变工质液相汇流排55连接，该相变工质气相汇流排51通过所述相变工质气相管道52与所述发电模块相变工质冷凝器53连接；所述半导体温差发电装置50的各模块构成相变工质的循环回路；所述半导体温差发电模块68采用串联、并联或串并联方式导出产生的电流；所述发电模块相变工质冷凝器53包含至少一根换热管。
如图4是本发明利用导热油炉与半导体发电装置实现热电联产的系统示意图。所述导热油炉包括燃烧设备41与连接管道；所述系统包括导热油炉42和与其通过供油管道连接的半导体温差发电装置50，还包括高温换热器43、油气分离器44、过滤器45、热油泵46、低温端备用热油泵62、低温换热器64、高位膨胀槽47以及低位储油槽48；所述油气分离器44通过所述高温换热器43与所述半导体温差发电装置50连接，所述过滤器45通过所述热油泵46与所述导热油炉42连接，所述低温端备用热油泵62与所述低温换热器64连接，所述高位膨胀槽47与所述油气分离器44连接，所述低温储油槽48与所述油气分离器44连接。所述低温端备用热油泵62、所述调节阀61、63、65、66、所述低温换热器64通过相应管道连接形成循环回路，并通过调节阀67及其连接管路、调节阀72及其连接管道，与所述导热油炉42形成补热回路。
所述系统实现热电流联产的具体过程如下：
所述发电模块相变工质冷凝器53采用间接换热方式利用冷流体作为冷却介质冷却相变工质蒸汽，将冷流体69加热后送入后续工段；经所述导热油炉42加热后的导热油进入所述半导体温差发电装置50进行发电后排出符合所述低温换热器64温度要求的导热油，由该低温换热器64降温后经所述油气分离器44分离出气体，从所述高位膨胀槽47排出，液态导热油经所述过滤器45、热油泵46、导热油炉42循环使用；或者将所述半导体温差发电装置50排出的低温导热油和通过调节阀67的高温导热油相混合，调节出符合所述低温换热器64温度要求的导热油。
上述过程中控制所述高位膨胀槽47里面的导热油温度在70℃以内，所述冷流体为空气、水或其他工艺介质；相变换热器的工质采用沸点不低于100℃的、气化潜热大的液体。
本发明还有防故障措施，具体如下：
所述高温换热器43停用时，所述半导体温差发电装置50和所述低温换热器64正常工作；所述低温换热器64停用时，关闭所述调节阀60、61、65，通过所述调节阀66及其导热油旁路调节管道71，使所述半导体温差发电装置50继续工作；当所述半导体温差发电装置50发生故障时，关闭调节阀57、59、60，打开调节阀61、63、66，启动所述低温端备用热油泵62，通过发电模块旁路调节阀67，使所述低温换热器64正常运行。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例和附图并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的为准。
Claims (10)
1.一种利用导热油炉与半导体发电装置实现热电联产的系统，包括导热油炉（42）和与其通过供油管道连接的半导体温差发电装置（50），其特征在于：所述系统还包括高温换热器（43）、油气分离器（44）、过滤器（45）、热油泵（46）、低温端备用热油泵（62）、低温换热器（64）、高位膨胀槽（47）以及低位储油槽（48），所述油气分离器（44）通过管道与所述高温换热器（43）及所述半导体温差发电装置（50）出口管道连接，所述过滤器（45）通过所述热油泵（46）与所述导热油炉（42）连接，所述低温端备用热油泵（62）与所述低温换热器（64）连接，所述高位膨胀槽（47）与所述油气分离器（44）连接，所述低温储油槽（48）与所述油气分离器（44）连接；所述导热油炉（42）包括燃烧设备（41）与连接管道。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述半导体温差发电装置（50）发生故障时，关闭进出半导体温差发电装置（50）的第一调节阀（57）、第二调节阀（59）、第三调节阀（60），所述低温端备用热油泵（62）、位于低温端备用热油泵（62）两端的第四调节阀（61）和第五调节阀（63）、第六调节阀（65）、第七调节阀（66）与所述低温换热器（64）通过相应管道连接形成循环回路，并通过半导体温差发电装置旁路第八调节阀（67）及其连接管道、第九调节阀（72）及其连接管道，与所述导热油炉（42）形成补热回路，保证低温换热器（64）正常运行。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述半导体温差发电装置（50）包括半导体温差发电模块（68）、发电模块热端（58）、相变工质液相汇流排（55）、发电模块冷端相变工质蒸发器（56）、相变工质气相汇流排（51）、相变工质气相管道(52)、发电模块相变工质冷凝器(53)、相变工质液相管道(54)，所述半导体温差发电模块（68）置于所述相变工质液相汇流排（55）与所述相变工质气相汇流排（51）之间，所述相变工质液相管道(54)与所述相变工质液相汇流排（55）连接，所述相变工质气相汇流排（51）通过所述相变工质气相管道(52)与所述发电模块相变工质冷凝器(53)连接。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述半导体温差发电装置（50）的各半导体温差发电模块构成相变工质的循环回路；所述半导体温差发电模块（68）采用串联、并联或串并联方式导出产生的电流；所述发电模块相变工质冷凝器（53）包含至少一根换热管。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述发电模块冷端相变工质蒸发器（56）与所述发电模块热端（58）间隔排列，多个所述半导体温差发电模块（68）依次设置于发电模块冷端相变工质蒸发器（56）与发电模块热端（58）之间。
6.一种权利要求3所述利用导热油炉与半导体发电装置热电联产系统的实现方法，其特征在于：发电模块相变工质冷凝器（53）采用间接换热方式利用冷流体作为冷却介质冷却相变工质蒸汽，将冷流体（69）加热后送入后续工段；经导热油炉（42）加热后的导热油进入半导体温差发电装置（50）进行发电后排出符合低温换热器（64）温度要求的导热油，由该低温换热器（64）降温后经油气分离器（44）分离出气体，从高位膨胀槽（47）排出，液态导热油经过滤器（45）、热油泵（46）、导热油炉（42）循环使用。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：将半导体温差发电装置（50）排出的低温导热油和通过第八调节阀（67）的高温导热油相混合，调节出符合低温换热器（64）温度要求的导热油；控制高位膨胀槽（47）里面的导热油温度在70℃以内，冷流体为空气或水；低温换热器的工质采用沸点不低于100℃的、气化潜热大的液体。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：高温换热器（43）停用时，半导体温差发电装置（50）和低温换热器（64）仍能正常工作。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：半导体温差发电装置（50）发生故障时，关闭进出半导体温差发电装置（50）的第一调节阀（57）、第二调节阀（59）、第三调节阀（60），打开低温端备用热油泵（62）两端的第四调节阀（61）和第五调节阀（63）、第七调节阀（66），启动低温端备用热油泵（62），通过第八调节阀（67）、第九调节阀（72），使低温换热器（64）正常运行。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：低温换热器（64）停用时，关闭第三调节阀（60）、第四调节阀（61）、第六调节阀（65），通过第七调节阀（66）及其导热油旁路调节管道（71），使半导体温差发电装置（50）继续工作。
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