CN104901585A - 一种利用锅炉尾部烟道烟气余热的热电发电装置和半导体发电设备 - Google Patents

一种利用锅炉尾部烟道烟气余热的热电发电装置和半导体发电设备 Download PDF

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Abstract

用锅炉尾部烟道烟气余热的半导体发电设备，包括锅炉尾部烟道101和热电发电装置109。后者包括热端面110、冷端面102、引出线103、焊接点104、导流片106、P型半导体107、N型半导体108和保温材料层111，冷端面上设有散热孔105。热电发电装置通过保温材料层与锅炉尾部烟道连接；后者中烟气余热形成的热端面110与处于大气温度下的冷端面102产生温差，使P型与N型半导体分别产生电动势；P型与N型半导体通过导流片串联，并通过焊接点和引出线将所产电能输出给用户。本发明利用半导体的热敏性，对烟气的余热进行利用，将低温余热直接转化为电能，无污染、安装便利，并具有节能减排的效果。

Description

一种利用锅炉尾部烟道烟气余热的热电发电装置和半导体发电设备
技术领域
本发明是一种尾部烟道烟气余热回收利用的装置，具体涉及一种回收尾部烟道烟气余热并利用半导体热敏性发电的热电发电装置和半导体发电设备。
背景技术
在我国能源相对紧缺的前提下，需加大节能力度。
锅炉的排烟温度较高，一般在150℃～200℃之间，是潜力很大的余热资源。
现有的烟气余热利用装置主要为低压省煤器，但由于烟气温度太低，并且低压省煤器换热系数较小，所以需要较大的换热面积，从而造成装置体积庞大，金属耗材较多。
现有烟气余热利用的主要技术为有机物郎肯循环，但其所需工质量较大，且又多为有机物，使其原材料成本及运输和维护成本相对较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用锅炉尾部烟道烟气余热的半导体发电设备，利用了半导体的热敏性对尾部烟道中烟气的余热进行利用，实现了将低温余热直接转化为电能，无污染、安装便利，属于节能减排领域。
根据本发明的一个方面，提供了一种利用锅炉尾部烟道烟气余热的半导体发电设备，由锅炉尾部烟道和热电发电装置两部分构成。其中，热电发电装置又包括热端面、冷端面、引出线、焊接点、导流片、P型半导体、N型半导体和保温材料，在冷端面上设有散热孔。热电发电装置通过固定的保温材料层与锅炉尾部烟道连接；锅炉尾部烟道中烟气余热形成的热端面与处于大气温度下的冷端面产生温差，使P型半导体与N型半导体分别产生电动势；P型半导体与N型半导体通过导流片串联起来，最后通过焊接点连接的引出线将所产电能输出供用户使用或储存保留。
所述冷端面材料可由陶瓷等散热性能良好的材料构成，并可借助波形结构来加强散热，或在其大气外侧开设一定数量的散热孔来加强散热。
所述P型半导体与N型半导体对称布置，且与竖直方向夹角在15°～30°之间；可使用碲化铋热电发电半导体材料或其他热电优值较高的材料。
所述热电发电装置可模块化生产，其数目可根据实际锅炉尾部烟道结构尺寸和烟气余热量来确定；通过开设与保温材料同等面积大小孔洞进行固定安装。
所述P型半导体、N型半导体及导流片迂回连接，结构紧凑，使得模块体积小，质量轻。
根据本发明的一个方面，提供了一种热电发电装置，其特征在于包括：热端面、冷端面、引出线、焊接点、导流片、多个P型半导体、多个N型半导体、保温材料，
其中
在冷端面上设有散热孔，
热电发电装置通过固定的保温材料层与锅炉尾部烟道连接，
锅炉尾部烟道中的热端面与处于大气温度下的冷端面产生温差，使P型半导体与N型半导体分别产生电动势，
多个P型半导体与多个N型半导体通过导流片依次串联起来，
依次串联的所述多个P型半导体与多个N型半导体所产生的电能通过焊接点连接的引出线输出。
根据本发明的另一个方面，提供了一种利用锅炉尾部烟道烟气余热的半导体发电设备，其特征在于包括：
锅炉尾部烟道，和
至少一个上述热电发电装置。
本发明的有益效果包括：
1)低压省煤器换热系数较小，可降低烟气温度约30℃。而P、N半导体发电的原理是：半导体热敏性高，烟气流经半导体表面时，P、N半导体表面分别产生“+”“-”电荷，再由导流片将电能传出。P、N半导体发电能利用高于大气温度约60℃以上的温度，烟气余热约150～180℃，可降低烟气温度70～120℃左右，大大提高了能源利用效率。
2)由于烟气温度低，使得低压省煤器内工质与烟气传热温差小，需要很大的换热面积来利用烟气余热，使得低压省煤器装置本身制造和加工成本高；且低压省煤器管间容易产生积灰和结渣等现象。而P、N半导体发电设备耗材少，资源消耗小，体积小，结构简单，易于模块化生产，与低压省煤器相比，P、N半导体发电设备设备成本投入很低，经济性高、且安装便利且更节能环保。
3)对采用有机物朗肯循环方式进行烟气余热利用的装置，由于使用有机物作为工质，工质使用量大、价格昂贵，且有机物多有毒性和腐蚀性，需要设置严密的防泄漏措施，运行成本高，难以推广。而P、N半导体发电设备结构简单，模块化结构更换方便，运行成本低，维护简单，经济性好。
4)在引出线外面加装不同型号的电压互感装置，进而可以产生不同电压等级的电压。当通过电压互感装置产生220V电压等级的电压的时候可以供家庭照明以及家用电器所用，也可通过蓄电池将电能储存以用于其他方面。当通过电压互感装置产生380V电压等级的电压的时候可以供厂、矿机电设备所用。通过增加电压互感装置，大大增加了该专利的适用范围，提高了其适用性。
附图说明：
图1是根据本发明的一个实施例的利用锅炉尾部烟道烟气余热的半导体发电设备的剖面图；
图2是根据本发明的一个实施例的热电发电装置的结构立体图；
图3是波形冷端面结构示意图。
图中：101—尾部烟道；102—冷端面；103—引出线；104—焊接点；105—散热孔；106—导流片；107—P型半导体；108—N型半导体；109—热电发电装置；110—热端面；111—保温材料。
具体实施方式：
以下结合附图描述本发明的实施例。如图1所示，根据本发明的一个实施例的利用锅炉尾部烟道烟气余热的半导体发电设备包括锅炉尾部烟道(101)和热电发电装置(109)。其中，热电发电装置(109)又包括热端面(110)、冷端面(102)、引出线(103)、焊接点(104)、导流片(106)、P型半导体(107)、N型半导体(108)和保温材料(111)，在冷端面(102)上设有散热孔(105)。
热电发电装置(109)通过固定的保温材料(111)层与锅炉尾部烟道(101)连接；锅炉尾部烟道(101)中烟气余热形成的热端面(110)与处于大气温度下的冷端面(102)产生温差，使P型半导体(107)与N型半导体(108)分别产生相反的电动势；P型半导体(107)与N型半导体(108)通过导流片(106)串联起来，最后通过焊接点(104)连接的引出线(103)将所产电能输出，供用户使用或储存保留。
如图2所示，根据本发明的一个实施例的热电发电装置(109)(见图1)中的P型半导体(107)与N型半导体(108)采取导电串联和导热并联的方式，结构紧凑，最大程度利用余热发电。且本发明热电发电模块数量的多少不受限制，并可在烟道的多侧进行安装。
如图2所示，利用烟气余热的热电发电装置(109)(见图1)中的P型半导体(107)与N型半导体(108)与竖直方向呈现15°～30°的夹角，显著地增加了气流的扰动，提高了热电器件的热利用率，避免积灰；在安装时，通过在烟道上开设与保温材料(111)同等面积大小的孔洞进行固定安装，安装方便且易于更换。
图3所示的是根据本发明的一个实施例的热电发电装置(109)，其中，为了加强热电发电装置(109)中冷端面(102)一侧的散热，将冷端面(102)设计为波浪形，并在导流片(106)(见图1和图2)的对侧开设了多个散热孔(105)；散热孔(105)的直径与导流片(106)大小相当，且散热孔(105)的数量不受限制。根据一个进一步的实施例，也可通过用循环冷却水作为工质对其进行水冷散热处理。
根据一个进一步的实施例，为了减小工作时热端面(110)所产生的应力，预先对P型半导体(107)、N型半导体(108)以及热端的导流片(106)进行了热处理。
由于烟气中含有大量粉尘、氮化物、硫化物，根据一个进一步的实施例，为了减少对P型半导体(107)、N型半导体(108)以及热端的导流片(106)的低温腐蚀和磨损，事先在它们的表面镀铬或者包裹耐磨耐腐蚀材料，以减少损耗。

Claims (10)

1.一种热电发电装置(109)，其特征在于包括：热端面(110)、冷端面(102)、引出线(103)、焊接点(104)、导流片(106)、多个P型半导体(107)、多个N型半导体(108)、保温材料(111)，
其中
在冷端面(102)上设有散热孔(105)，
热电发电装置(109)通过固定的保温材料(111)层与锅炉尾部烟道(101)连接，
锅炉尾部烟道(101)中的热端面(110)与处于大气温度下的冷端面(102)产生温差，使P型半导体(107)与N型半导体(108)分别产生电动势，
多个P型半导体(107)与多个N型半导体(108)通过导流片(106)依次串联起来，
依次串联的所述多个P型半导体(107)与多个N型半导体(108)所产生的电能通过焊接点(104)连接的引出线(103)输出。
2.如权利要求书1所述的热电发电装置(109)，其特征在于：
冷端面(102)为波浪形，
在导流片(106)的对侧开设有多个散热孔(105)。
3.如权利要求书2所述的热电发电装置(109)，其特征在于：
散热孔(105)的直径与导流片(106)大小相当。
4.如权利要求书1所述的热电发电装置(109)，其特征在于:
每组P型半导体(107)与N型半导体(108)对称布置，且与竖直方向成15°～30°的夹角。
5.如权利要求书1所述的热电发电装置(109)，其特征在于：
通过在尾部烟道开设与保温材料(111)同等面积大小孔洞进行固定安装。
6.如权利要求书1－5之一所述的热电发电装置(109)，其特征在于：
P型半导体(107)、N型半导体(108)及导流片(106)迂回连接。
7.如权利要求书1－5之一所述的热电发电装置(109)，其特征在于：
所述冷端面(102)由散热性能良好的陶瓷材料构成。
8.如权利要求书1－5之一所述的热电发电装置(109)，其特征在于：
通过用循环冷却水作为工质对所述冷端面(102)进行水冷散热处理。
9.一种利用锅炉尾部烟道烟气余热的半导体发电设备，其特征在于包括：
锅炉尾部烟道(101)，和
至少一个根据权利要求1－8之一所述的热电发电装置(109)。
10.如权利要求书9所述的半导体发电设备，其特征在于：
热电发电装置(109)的数目根据实际锅炉尾部烟道结构尺寸和烟气余热量确定。
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