CN105529958A - 一种高效烟气温差发电装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效烟气温差发电装置和方法。它包括进气管、储液罐、出气管、烟气温差发电器、集液管、集液器以及回流管。储液罐中盛放足量的水，进气管深入储液罐底部，管口没入储液罐的水中，出气管与温差发电器的换热通道相连，在温差发电器的换热通道的底部连接集液管，集液管与集液罐顶部连接，集液罐底部开口与回流管连接，回流管最终与储液罐底部连接。本发明能够有效提高烟气与换热通道之间的换热系数，使温差发电器的输出功率与转换效率均得到提高。

Description

一种高效烟气温差发电装置和方法

技术领域

本发明涉及一种高效烟气温差发电装置和方法，属于与余热回收利用相结合的温差发电领域。

背景技术

随着能源问题和环境问题的日益严重，如何在确保环境友好的前提下最大限度的提高能源的利用效率己成为世界各国普遍关注的问题。天然气作为一种优质、高效、清洁的能源，被广泛应用于国民生活与生产的各个领域，如燃气采暖、工业加热等。天然气的快速发展，对其热能的高效利用已成为行业优先考虑的问题。目前燃气采暖设备排烟温度在150-250℃左右，工业加热设备排烟温度更高，造成能量的浪费。半导体温差发电器利用温差将热能直接转化为电能的能量转化装置，其无化学反应且无机械移动部件，因而具有无噪声、无污染、无磨损且小巧轻便、使用寿命长等优点，利用温差发电器回收烟气中的热能进行发电能够提高能量的利用效率以及能量的品质。

传统的温差发电装置利用换热通道将烟气中的热量传递给温差发电器的热端，但是由于单纯的气体对流换热系数很低，只有10-100W/m²K，造成温差发电器的热端与烟气之间存在较大的温差，温差发电片冷热端温差较小，制约着温差发电片的输出功率以及转换效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效烟气温差发电装置和方法。它是对普通烟气温差发电器的改进。本发明能够有效提高烟气与换热通道之间的换热系数，提高温差发电片热端温度，使温差发电器的输出功率与转换效率得到提高，单位长度温差发电器发电量增加，在此基础上，能够减少温差发电器的长度以及体积，减少了生产成本。本发明提供了一种简便易行、应用广泛的提高燃气烟气温差发电性能的方法。

本发明提供的一种高效烟气温差发电装置包括进气管、储液罐、出气管、烟气温差发电器、集液管、集液器以及回流管。储液罐是一个密封的罐体（或箱体），其中盛放足量的水，进气管深入储液罐底部，管口要没入储液罐的水中，在储液罐上部开口连接出气管，出气管与温差发电器的换热通道相连，在温差发电器的换热通道的底部，每片温差发电片对应的底部均开设一个小孔，每个小孔均连接一根集液管，集液管与集液罐顶部连接，集液罐是一个密封的罐体（或箱体），集液罐底部开口与回流管连接，回流管最终与储液罐底部连接。此外，储液罐与集液罐安装高度要稍低于烟气温差发电器，并且温差发电器底部应高于储液罐与集液罐中的水位高度，防止水回流到烟气温差发电器的换热通道中。

本发明提供的一种高效烟气温差发电装置的运行方法包括的步骤：储液罐内装有一定量（储液罐体积的1/2-2/3）的纯水，高温烟气首先通过进气管进入储液罐内与罐内水充分接触，高温烟气与纯水充分混合，将会变成温度较低的低温饱和烟气，低温饱和烟气通过储液罐的出气管进入温差发电器，在温差发电器中，低温饱和烟气在换热通道中会发生冷凝放热，其换热系数能够提高很多，最终，使温差发电器的热端温度得到提高，发电量增大。温差发电器换热通道内冷凝产生的水由温差发电器底部经集液管流入集液器，由于集液器与储液罐用回流管联通，收集到的冷凝水回流到储液罐中，实现系统整体的持续稳定运行。

本发明具有普遍适用性，不仅适用于普通换热通道下的温差发电器装置，也适用于换热通道带强化换热部件的温差发电装置。本发明利用水蒸气凝结换热系数较大以及汽化潜热巨大的特点，将烟气中的部分能量转移水蒸气中，通过提高烟气中水蒸气的含量，以提高烟气的对流换热系数，从而有效提高烟气温差发电器热端温度,提高温差发电器的发电效率以及发电密度，此外由于饱和湿烟气比热容的增大，单位长度温差发电器的发电量增大，从而达到节约温差发电器的用料，节约生产成本的目的。

附图说明

图1为一种高效烟气温差发电装置的示意图。

图2为传统的烟气温差发电器原理示意图。

具体实施方式

以下参照附图进一步说明本发明的内容、特点及功效。

如图1所示，本发明提供的一种高效烟气温差发电装置包括进气管1、储液罐2、出气管3、烟气温差发电器4、集液管5、集液器6以及回流管7。储液罐2是一个密封的罐体（或箱体），其中盛放足量（储液罐体积的1/2-2/3）的水，进气管1深入储液罐2底部，管口要没入储液罐2的水中，在储液罐2上部开口连接出气管3，出气管3与烟气温差发电器4的换热通道相连，在烟气温差发电器4的换热通道的底部，每片温差发电片对应的底部均开设一个小孔，每个小孔均连接一根集液管5，集液管5与集液罐6顶部连接，集液罐6是一个密封的罐体（或箱体），集液罐6底部开口与回流管7连接，回流管7最终与储液罐2底部连接。此外，储液罐2与集液罐6安装高度要稍低于烟气温差发电器4，并且温差发电器4底部应高于储液罐2与集液罐6中的水位高度，方便烟气温差发电器4换热通道中的凝结水顺利流向集液罐6。

普通烟气温差发电器如图2所示，包括烟气进口通道21，烟气出口通道22，烟气换热通道27，冷却流体进口通道23，冷却流体出口通道24，冷流体换热器25以及半导体温差发电片26。普通烟气温差发电器依靠烟气与冷流体的温差进行发电，具体过程如下：高温烟气通过烟气进口通道21进入烟气换热通道27，在烟气换热通道27中高温烟气将热量传递给温差发电片26的热端而变为低温烟气由烟气出口通道22排出，在温差发电片26中，一部分热量转变成电能，剩余的热量被冷流体换热器25中的冷流体吸收，冷流体可以是冷空气也可以是冷水。但是由于高温烟气与烟气换热通道27之间的换热系数一般较低，造成高温烟气与温差发电片26的热端之间存在较大的热阻，实际温差发电片26的热端温度要远低于高温烟气的温度，造成发电量与发电效率较低。

本发明将高温烟气首先通过进气管1通入储液罐2内，使其与罐内水充分接触，高温烟气中的部分热量传递给水，使部分水气化变成水蒸气，此时高温烟气的温度降低，但烟气中水蒸气含量将会增加，最终，未饱和的烟气将变成温度较低的饱和湿烟气通过进气管3进入温差发电器4的烟气换热通道27中。在烟气换热通道27中，低温饱和湿烟气遇冷将会发生水蒸气的冷凝，饱和湿烟气在烟气换热通道27中的换热系数要比原高温烟气大得多，因此，低温饱和湿烟气与温差发电片26热端之间的热阻将会降低，温差发电片26的热端温度更接近低温饱和湿烟气的温度，虽然此时饱和湿烟气的温度不如原高温烟气的温度高，但是换热系数的提高使得温差发电片26的热端温度依然高于原方法，温差发电片26的冷热端温差增大，发电量与发电效率将会增大。烟气换热通道27中由于低温饱和湿烟气中水蒸气的冷凝，在烟气换热通道27中将会出现冷凝水，通过集液管5将冷凝水收集到集液罐6中，最后集液罐6中的冷凝水回流到储液罐2中完成循环。

此外，由于饱和湿烟气的比热较非饱和湿烟气的比热大，降低相同的温度，饱和湿空气释放出更多的热量，因此单位面积温差发电器的发电量增大，相同的温差发电器将会进一步降低烟气的温度，烟气余热的总体利用率提高，发电量增大，发电效率增大。

本发明同样适用于换热通道采取了强化换热方式的温差发电器，因为本发明是改变温差发电器进气的状态，对于能够强化烟气对流换热的通道，同样可以强化饱和湿烟气的换热效果，因此本发明具有普遍适用性。

本发明不仅适用于回收燃气烟气余热的温差发电器，也适用于含湿量较大的任何形式下的尾气，如湿度含量较大的煤、生物质燃料产生的烟气，其烟气中水蒸气含量较大，也可利用本发明提高烟气对流换热系数，提高温差发电器性能。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高效烟气温差发电装置，其特征在于它包括进气管、储液罐、出气管、烟气温差发电器、集液管、集液器以及回流管；进气管管口深入储液罐的水中，储液罐顶部连接出气管一端，出气管的另一端与温差发电器的换热通道相连;换热通道底部设小孔，小孔对应温差发电器的温差发电片；每个小孔均连接集液管，集液管与集液罐顶部连接；集液罐底部设回流管，回流管连通储液罐；储液罐与集液罐密封。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的进气管深入储液罐的底部。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的储液罐与集液罐安装高度要稍低于烟气温差发电器，温差发电器底部应高于储液罐与集液罐中的水位高度。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的储液罐的水的体积为储液罐体积1/2-2/3。

5.权利要求1所述的一种高效烟气温差发电装置运行的方法，其特征在于包括的步骤：

1）储液罐2内装有储液罐体积的1/2-2/3的纯水，高温烟气首先通过进气管进入储液罐内与罐内水充分接触，高温烟气与纯水充分混合，变成温度较低的低温饱和烟气；

2）低温饱和烟气通过储液罐的出气管进入温差发电器，在温差发电器中，低温饱和烟气在换热通道中会发生冷凝放热，使温差发电器的热端温度得到提高；

3）温差发电器换热通道内冷凝产生的水由温差发电器底部经集液管流入集液器，收集到的冷凝水回流到储液罐中，实现系统整体的持续稳定运行。