CN103138652B - 应用在造纸生产线上的纸机热回收利用装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种纸机热回收利用装置，包括第一管道；套设于第一管道内且由导热体制成的第二管道，第二管道内具有可供纸机产生的流体流通的第二空间；以及贴设于第二管道外壁上的半导体温差发电模块，第一管道与半导体温差发电模块之间具有可供纸机产生的流体流通的第一空间，其中第一空间和第二空间内分别用于通入由纸机排出的具有不同温度的流体，从而在半导体温差发电模块远离第二管道外壁一侧和贴合第二管道外壁一侧形成温度差，使半导体温差发电模块产生电能。本发明还提供一种纸机热回收利用方法。本发明提供的装置结构简单，容易实现对纸机余热的回收利用。

Description

应用在造纸生产线上的纸机热回收利用装置及方法

技术领域

本发明属于热回收系统技术领域，具体涉及应用在造纸生产线上的一种热回收利用装置和方法。

背景技术

在造纸过程中，特别是纸机烘干部，会产生大量的热量、热蒸汽等余热。已经有一些技术被记载在相关文献中，利用这些技术可以对纸机余热进行回收利用，但是这些技术都存在一些问题。

例如，这些技术所揭露的热回收系统结构一般都着眼于利用余热进行加热的方式，而采用这种方式往往需要设置较大和复杂的换热系统。再者，在采用了换热系统后，造成携带热量的蒸汽、燃气废气等载体在管道内的阻力增加，使得蒸汽、燃气废气排出不畅，可能对生产造成负面影响或者需要增加纸机系统的功耗。

由于上述这些缺陷，目前大多数生产企业在实际生产中并没有采用这些技术对纸机余热进行回收利用。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种结构简单，更加实用的应用在造纸生产线上的纸机热回收利用方法和装置。

一种应用在造纸生产线上的纸机热回收利用装置，包括：

第一管道；

套设于第一管道内且由导热体制成的第二管道，第二管道内具有可供纸机产生的流体流通的第二空间；以及

贴设于第二管道外壁上的半导体温差发电模块，第一管道与半导体温差发电模块之间具有可供纸机产生的流体流通的第一空间，在第二管道外壁上、各半导体温差发电模块之间填充有隔热层，其中第一空间和第二空间内分别用于通入由纸机排出的具有不同温度的流体，从而在半导体温差发电模块远离第二管道外壁一侧和贴合第二管道外壁一侧形成温度差，使半导体温差发电模块产生电能；其中一流体为纸机白水循环系统中的白水。

一种应用在造纸生产线上的纸机热回收利用方法，包括下述步骤：

提供一第一管道、套设于第一管道内并由导热体制成的第二管道，以及贴设于第二管道外壁上的半导体温差发电模块，在第二管道外壁上、各半导体温差发电模块之间填充有隔热层，第一管道与半导体温差发电模块之间具有用于供纸机排出的流体流通的第一空间，第二管道内具有用于供纸机排出的流体流通的第二空间，其中，第二管道内壁设置有至少一个内翅片，所述内翅片一端固定于第二管道内壁，另一端朝向第二管道中部延伸；所述内翅片在第二管道内壁呈螺旋形布置；

将纸机排出的具有不同温度的流体分别通入第一空间和第二空间，使半导体温差发电模块的相对两侧形成温度差进而产生电能；以及

储存或者输出由半导体温差发电模块产生的电能；

其中一流体为纸机白水循环系统中的白水；

第二管道内壁设置有至少一个内翅片，所述内翅片一端固定于第二管道内壁，另一端朝向第二管道中部延伸；所述内翅片在第二管道内壁呈螺旋形布置。

与现有的纸机热回收系统相比，本发明提供的装置和方法具有如下特点：

(1)相比传统采用换热器的余热回收方式，本方法使用的装置结构简单，进行改造所需费用少；

(2)该方法使用的装置对纸机废热排出的管道改动小，可以利用纸机现有的蒸汽或燃气废气管道，只需要将本发明中的第一管道或者第二管道连接到这些现有的管道通路中即可，因此几乎不会对蒸汽或燃气废气的排出产生影响；

(3)该方法利用了纸机中大量使用的白水或需要排出的废水，进一步实现资源的充分使用，不会新增能源消耗；

(4)该方法将热能直接转化为电能，而电能转化为其他能源更为方便，高效。

下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的纸机热回收利用装置的截面示意图。

主要元件符号说明

纸机热回收利用装置	10
		第一管道	100
第一空间	101
		外散热器	102
外翅片	103
		半导体温差发电模块	200
隔热层	201
		第二管道	300
第二空间	301
		内翅片	302

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，本发明应用在造纸生产线上的纸机热回收利用装置10包括第一管道100，套设于第一管道100内的、由导热体制成的第二管道300，和贴设于第二管道300外壁上的半导体温差发电模块200。

所述第一管道100和第二管道300，其截面可以为圆柱型、方形等形式。在本实施例中，第一管道100和第二管道300均为方形截面。

半导体温差发电模块200贴设于第二管道300的外壁上。可以理解的，在半导体温差发电模块200与第二管道300外壁之间可以设置有具有导热性能的粘性物质，如导热硅胶，再加以利用紧固件将半导体温差发电模块200固定在第二管道300外壁上。

半导体温差发电模块200包括多块半导体发电芯片，每块芯片由多个半导体PN结串联而成。每一半导体发电芯片具有相对的低温侧和高温侧。半导体温差发电模块200的发电原理基于塞贝克(seebeck)效应。

塞贝克效应，又称作第一热电效应，它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。具体应用至本发明中，即为在半导体温差发电模块200的低温侧和高温侧形成一定的温度差异，即可产生电能。

第一管道100与半导体温差发电模块200之间具有可供纸机生产时所产生的液体或气体等流体流通的第一空间101。第二管道300内具有可供纸机生产时所产生的液体或气体等流体流通的第二空间301。其中，第一空间101和第二空间301用于通入由纸机排出的具有不同温度的流体。在第一空间101和第二空间301内通入不同温度的流体时，半导体温差发电模块200相对的高温侧与低温侧之间，也即远离第二管道300外壁的一侧和贴合第二管道300外壁的一侧之间形成温度差，因而可使半导体温差发电模块200产生电能。

为了使纸机中产生的载有热量的流体能够较快速的通过第二管道300的管壁并对半导体温差发电模块200贴合第二管道300外壁的一侧进行加热或降温，第二管道300优选应采用具有较高导热系数的材料制成，如金属，更为优选的采用铝或铝合金、铜或铜合金。

由于第一管道100并不需要导热，因此并不需要限定使用的材料。

在一些实施例中，可以在第一空间101通入由纸机排出的蒸汽或燃气废气，而第二空间301通入白水或废水；也可以在第一空间101通入白水或废水，而第二空间301通入纸机排出的蒸汽或燃气废气。

所述纸机排出的蒸汽为来自纸机干燥部，为烘缸加热后排出的载有热量的蒸汽，所述燃气废气为来自纸机干燥部，烘缸气罩内燃气燃烧后排出的载有热量的废气，或同时还混合有燃气所形成的高温对纸页进行干燥后，纸页中的水分蒸发形成的蒸汽的废气。

纸机在工作工程中需要大量的水，其中在纸机网部排出大量的水，这些水中含有细小纤维、填料，以及添加的湿强剂、防腐剂等化药成分，即白水，现阶段抄纸过程一般采用部分或全封闭的白水循环系统以重复的或充分的回收利用纤维、填料、化药，提高资源利用率，并降低废水排放。本发明中，可以将该纸机热回收利用装置中的管道接入白水循环系统中，引入白水使半导体温差发电模块200产生电能，可以充分利用白水循环，不会增加能源消耗。

在本实施例中，在第一空间101内通入白水来对半导体温差发电模块200远离第二管道300外壁一侧降温，而在第二空间301内通入由纸机干燥部排出的蒸汽，通过第二管道300的管体对半导体温差发电模块200贴合第二管道300外壁一侧加热，从而使半导体温差发电模块200两侧形成温度差，而产生电能。

为了更好的使第二管道300的管体受热，在第二管道300内壁上设置有至少一个内翅片302。所述内翅片302呈片状，从第二管道300内壁伸向第二管道300中部。内翅片302可以沿第二管道300的延伸方向延伸，以平行于蒸汽的流动方向，可用于增大第二管道300内壁受热面积。

为了防止管道内形成附面层，使第二管道300内壁更好的受热，所述内翅片302可以沿着第二管道300内壁设置呈螺旋片状，由此蒸汽在第二管道300内流动时，沿着内翅片302呈螺旋式的前进，由此避免形成有效的附面层，从而提高第二管道300管壁的受热效率。

所谓附面层，为水、空气或其它低粘滞性流体沿固体表面流动或固体在流体中运动时，在高雷诺数情况下，亦即惯性力占主要地位，流体呈紊流(也称湍流)流动的状态下，附于固体表面的一层流体相对于流体的其他部分流速很慢，甚至为零。在本发明中，附面层将造成热传输效率的降低，因而需要避免形成附面层。

为了使半导体温差发电模块200远离第二管道300外壁的一侧更有效的通过白水降温，在半导体温差发电模块200外设置有外散热器102。外散热器102包括至少一个外翅片103。所述外翅片103呈片状，并朝向第一管道100的管壁延伸，以平行于白水流动方向。

外翅片103也可以设置呈螺旋片状，并沿着第一管道100延伸，从而使白水沿着外翅片103呈螺旋式的前进，以破坏白水附面层，提高外散热器102热传导效率。半导体温差发电模块200与外散热器102可以整合成一体，亦或采用紧固件将半导体温差发电模块200与外散热器102紧密连接。

进一步的，在各半导体温差发电模块200之间填充隔热层201，隔热层201覆盖在第二管道300外壁上，用于防止白水等较低温度的流体对第二管道300外壁温度的干扰，使第二管道300的内外壁温差的影响均施加在半导体温差发电模块200上，以提高半导体温差发电模块200的热电转换效率。

本发明与上述纸机热回收利用装置相应，还提供一种纸机热回收利用方法。该方法具体包括下述步骤。

首先，提供一第一管道100、套设于第一管道100内并由导热体制成的第二管道300，以及贴设于第二管道300外壁上的半导体温差发电模块200，第一管道100与半导体温差发电模块200之间具有用于供纸机产生的液体或气体等流体流通的第一空间101，第二管道300内具有用于供纸机产生的液体或气体等流体流通的第二空间301。

接着将纸机排出的具有不同温度的流体分别通入第一空间101和第二空间301。其中纸机排出的流体包括具有相对高温的蒸汽或燃气废气，和具有相对低温的白水或废水。

在一具体的实施例中，可以将纸机排出的蒸汽或燃气废气通入第二空间301内，并通过第二管道300管体对半导体温差发电模块200贴合第二管道300外壁的一侧加热；将纸机白水或纸机排出的废水通入第一管道100与第二管道300之间的第一空间101内，并对半导体温差发电模块200远离第二管道300外壁的一侧降温。

可以理解的在不同实施例中，也可以是将纸机排出的蒸汽或燃气废气等具有较高温度的流体通入第一空间101内，对半导体温差发电模块200远离第二管道300外壁的一侧加温；而将纸机白水或纸机排出的废水等具有较低温度的流体通入第二空间301内，并通过第二管道300管体对半导体温差发电模块200贴合第二管道300外壁的一侧降温。

来自纸机干燥部的载有热量的蒸汽或燃气废气对半导体温差发电模块200的一侧进行加热，而来自纸机的白水或废水对半导体温差发电模块200的另一侧进行冷却，从而使半导体温差发电模块200两侧形成温度差，进而产生电能。

为了更好的使流体对半导体温差发电模块200进行加热或降温，还可设置有对第二空间301的流体进行扰动，破坏其附面层效应的步骤，亦可还设置有对第一空间101内的流体进行扰动，破坏其附面层效应的步骤。

通常情况下，半导体温差发电模块200工作在不高于160℃的环境中，因此优选的所述蒸汽或燃气废气温度小于等于160℃，在本实施例中，所述蒸汽或燃气废气温度为100-120℃。

通常情况下，半导体温差发电模块200两侧温度侧大于等于60℃时具有较好的发电效率，因此上述白水或废水温度优选的小于等于60℃，使得半导体温差发电模块200两侧温度侧大于等于60℃。在一些实施例中，白水或者废水的温度可为15℃-35℃。

然后，储存或者输出由半导体温差发电模块200产生的电能。

产生的电能需要进一步的储存或者输出，可以借由相关设施与半导体温差发电模块200形成电连接来达成。

进一步的，还可设置有对存储的电能进行逆变为交流电的步骤，以方便提供给用电设备使用。

在本发明中，利用纸机工作过程中产生的热量转化为电能，以电能的形式更加适合后端的应用。同时，引入白水，对半导体温差发电模块200进行降温冷却，保持半导体温差发电模块200的低温侧具有较恒定的低温。此举充分利用了纸机中的白水循环，不会因为半导体温差发电模块200产生电能需要冷却体而增加新的能源消耗。

Claims (12)

1.一种应用在造纸生产线上的纸机热回收利用装置，包括：

第一管道；

套设于第一管道内且由导热体制成的第二管道，第二管道内具有可供纸机产生的流体流通的第二空间；以及

贴设于第二管道外壁上的半导体温差发电模块，在第二管道外壁上、各半导体温差发电模块之间填充有隔热层，且所述隔热层设于相邻的两块半导体温差发电模块之间，第一管道与半导体温差发电模块之间具有可供纸机产生的流体流通的第一空间，其中第一空间和第二空间内分别用于通入由纸机排出的具有不同温度的流体，从而在半导体温差发电模块远离第二管道外壁一侧和贴合第二管道外壁一侧形成温度差，使半导体温差发电模块产生电能；

其中一流体为纸机白水循环系统中的白水；

第二管道内壁设置有至少一个内翅片，所述内翅片一端固定于第二管道内壁，另一端朝向第二管道中部延伸；

所述内翅片在第二管道内壁呈螺旋形布置。

2.如权利要求1所述的应用在造纸生产线上的纸机热回收利用装置，其特征在于，其中另一种流体为纸机排出的蒸汽或燃气废气。

3.如权利要求1或2所述的应用在造纸生产线上的纸机热回收利用装置，其特征在于，所述半导体温差发电模块外还设置有外散热器，所述外散热器包括至少一个外翅片。

4.如权利要求3所述的应用在造纸生产线上的纸机热回收利用装置，其特征在于，所述外翅片平行于第一管道内的流体流向。

5.如权利要求3所述的应用在造纸生产线上的纸机热回收利用装置，其特征在于，所述外翅片沿着第一管道呈螺旋形布置。

6.一种应用在造纸生产线上的纸机热回收利用方法，包括下述步骤：

提供一第一管道、套设于第一管道内并由导热体制成的第二管道，以及贴设于第二管道外壁上的半导体温差发电模块，在第二管道外壁上、各半导体温差发电模块之间填充有隔热层，第一管道与半导体温差发电模块之间具有用于供纸机排出的流体流通的第一空间，第二管道内具有用于供纸机排出的流体流通的第二空间，其中，第二管道内壁设置有至少一个内翅片，所述内翅片一端固定于第二管道内壁，另一端朝向第二管道中部延伸；所述内翅片在第二管道内壁呈螺旋形布置；

将纸机排出的具有不同温度的流体分别通入第一空间和第二空间，使半导体温差发电模块的相对两侧形成温度差进而产生电能；以及

储存或者输出由半导体温差发电模块产生的电能；

其中一流体为纸机白水循环系统中的白水。

7.如权利要求6所述的应用在造纸生产线上的纸机热回收利用方法，其特征在于，其中另一流体为具有相对高温的蒸汽或燃气废气。

8.如权利要求7所述的应用在造纸生产线上的纸机热回收利用方法，其特征在于，所述蒸汽或燃气废气的温度小于等于160℃。

9.如权利要求8所述的应用在造纸生产线上的纸机热回收利用方法，其特征在于，所述蒸汽或燃气废气温度为100℃-120℃。

10.如权利要求7所述的应用在造纸生产线上的纸机热回收利用方法，其特征在于，所述白水或者废水的温度为15℃-35℃。

11.如权利要求6所述的应用在造纸生产线上的纸机热回收利用方法，其特征在于，还包括将半导体温差发电模块产生的电能进行逆变为交流电的步骤。

12.如权利要求6-11项中任意一项所述的应用在造纸生产线上的纸机热回收利用方法，其特征在于，还包括对第一空间内的流体和/或第二空间内的流体进行扰动，以破坏附面层的步骤。