CN107401747A - 一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，包括一次燃烧系统、二次燃烧系统、热交换炉、斯特林发动机、发电机、交直交变流电路、变压器和尾气处理装置；所述一次燃烧系统的出气口连接所述二次燃烧系统的进气口；所述二次燃烧系统的出气口连接所述热交换炉的进气口；所述热交换炉的出气口连接尾气处理装置的进气口，所述热交换炉的内衬连接斯特林发动机的热端；所述斯特林发动机的飞轮连接发电机，所述发电机的母线连接交直交变流电路的输入端，所述交直交变流电路输出端连接变压器。本发明能有效利用小型垃圾焚烧炉烟气余热，提高能源利用效率，实现节能减排的目的。
Description
技术领域
本发明涉及余热发电领域，具体涉及一种利用热交换炉和斯特林发动机的小型垃圾焚烧炉余热发电系统。
背景技术
随着中国现代经济的不断发展，城市垃圾数量不断增多，垃圾处理问题日益严重。2015年中国垃圾产生量已达1.92亿吨，占世界总量的四分之一以上，每年以8% ~ 10% 的速度增长。目前，垃圾处理主要采用焚烧或者填埋，其中焚烧处理量约占32%。我国垃圾处理的发展趋势是：垃圾填埋的标准将越来越高，比例将逐步下降；垃圾焚烧将稳步发展，焚烧余热利用特别是余热发电的比例将有所上升。
目前对于垃圾焚烧发电的研究主要集中于大型的焚烧厂，大型焚烧厂处理的垃圾量相当大。而在一些较为特殊的场合，小型的垃圾焚烧设备必不可少，如用于农村垃圾处理、医疗垃圾处理等，其垃圾处理量相对大型垃圾焚烧厂要少得多。根据业内人士数据，目前国内小型垃圾焚烧炉年产量为1000多台。此类小型垃圾焚烧炉的作用主要是为了充分将垃圾燃烧处理，此过程中小型垃圾焚烧炉产生的热能仅仅通过余热锅炉烧水进行利用，余热利用效率不高。因此研究利用小型垃圾焚烧炉余热来发电具有现实意义。
在唐大伟等的斯特林发动机余热发电方法专利中，已提出用斯特林发动机进行余热发电的方法，热源来自锅炉的排出烟气、汽轮机的排出蒸汽、内燃机尾气、燃气轮机尾气中的余热，但未涉及小型垃圾焚烧炉余热发电领域，也未构造出完整的系统。
发明内容
本发明的目的是为解决上述小型垃圾焚烧炉烟气余热未能高效利用的问题，提供一种基于斯特林发动机的小型垃圾焚烧炉余热发电系统。
本发明通过如下技术方案实现：
一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，包括一次燃烧系统、二次燃烧系统、热交换炉、斯特林发动机、发电机、交直交变流电路、变压器和尾气处理装置；所述一次燃烧系统的出气口连接所述二次燃烧系统的进气口；所述二次燃烧系统的出气口连接所述热交换炉的进气口；所述热交换炉的出气口连接尾气处理装置的进气口，所述热交换炉的内衬连接斯特林发动机的热端；所述斯特林发动机的飞轮连接发电机，所述发电机的母线连接交直交变流电路的输入端，所述交直交变流电路输出端连接变压器。
进一步地，所述的热交换炉由外向内依次包括：圆筒形外层钢板、保温层、耐火层、螺旋式烟气管道，所述螺旋式烟气管道内壁设置有用于传热和连接斯特林发动机的热端的内衬。高温烟气由垃圾焚烧系统通过热交换炉向斯特林发动机热端传导热量，实现高温烟气热量的有效利用。
进一步地，所述螺旋式烟气管道的两端设置有进气管道和出气管道。
进一步地，所述螺旋式烟气管道的两端分别通过圆弧型接头连接进气管道和出气管道。
进一步地，所述的圆弧型接头采用加厚处理，加厚处理的目的是更好地弥补高温烟气对接头部分的冲刷磨损，延长装置寿命。
进一步地，所述的圆弧型接头的厚度与圆弧型接头内部烟气流速成正比。
进一步地，所述的内衬的材料为碳素纤维材料或聚四氟乙烯材料，内衬既起到连接作用，同时作为高温烟气与烟气管道的接触层，具有防腐蚀、耐冲刷的作用。
进一步地，所述的保温层的材料为酚醛树脂发泡材料或复合硅酸盐保温材料，热阻系数大，具有减少热量向外层钢板扩散的保温作用。
进一步地，所述的耐火层的材料为硅质耐火材料，具有熔点高，高温下几乎不发生热变形，具有支撑烟气管道的作用。
进一步地，所述外层钢板的壁厚为炉身水平最大宽度的1.5~3%，既能保证足够的强度，同时减少重量和成本。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：
1.本发明的一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，应用于小型垃圾焚烧炉的余热发电项目，充分利用小型垃圾焚烧炉产生的热量，提高能源利用效率，实现节能减排的目的。
2.本发明的经一次燃烧系统、二次燃烧系统排出的高温烟气的余热足够带动斯特林发动机运行发电，具有较高的稳定性和可靠性。
3. 热交换炉结构简单，加工方便，能够实现高温烟气与斯特林发动机热端之间的热交换，具有较高的热交换效率，可以充分利用小型垃圾焚烧炉产生的热量，实现能源的回收和利用。
附图说明
图1为本发明实施例中一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统的结构示意图。
图2为本发明实施例中热交换炉的三维结构剖视示意图。
图3为本发明实施例中热交换炉内部与斯特林发动机相连接的示意图。
图4为本发明实施例中热交换炉的纵向剖视示意图。
图中所示：1-一次燃烧系统；2-次燃烧系统；3-热交换炉；4-斯特林发动机；5-发电机；6-交直交变流电路；7-变压器；8-尾气处理装置；9-内衬，10-耐火层，11-保温层，12-外层钢板，13-螺旋式烟气管道，14-斯特林发动机热端，15-圆弧型接头，16-出气管道，17-进气管道。
具体实施方式
为了使本发明更加清楚明白，以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，其特征在于：包括一次燃烧系统1、二次燃烧系统2、热交换炉3、斯特林发动机4、发电机5、交直交变流电路6、变压器7和尾气处理装置8；所述一次燃烧系统1的出气口连接所述二次燃烧系统2的进气口；所述二次燃烧系统2的出气口连接所述热交换炉3的进气口；所述热交换炉3的出气口连接尾气处理装置8的进气口，所述热交换炉3的内衬连接斯特林发动机4的热端；所述斯特林发动机4的飞轮连接发电机5，所述发电机5的母线连接交直交变流电路6的输入端，所述交直交变流电路6输出端连接变压器7。
如图2至图4所示，所述的热交换炉3由外向内依次包括：圆筒形外层钢板12、保温层11、耐火层10、螺旋式烟气管道13，所述螺旋式烟气管道13内壁设置有用于传热和连接斯特林发动机4的热端的内衬9。余热发电系统正常工作时，高温烟气由垃圾焚烧系统通过热交换炉向斯特林发动机热端传导热量，实现高温烟气热量的有效利用。
所述螺旋式烟气管道的两端分别通过圆弧型接头15连接进气管道17和出气管道16。所述的圆弧型接头15采用加厚处理，厚度与圆弧型接头15内部烟气流速成正比，内部烟气流速越大，圆弧型接头15的厚度也相应增加，提高热交换炉的可靠性和使用寿命。
本实施例中，整个热交换炉3的直径为96cm，其中，所述的内衬9的材料为碳素纤维材料或聚四氟乙烯材料，所述的保温层11的材料为酚醛树脂发泡材料或复合硅酸盐保温材料。厚度为4cm；所述的耐火层10的材料为硅质耐火材料，厚度为22cm；所述外层钢板12的壁厚为2cm，高118cm。所述的热交换炉3可根据其实际工作环境设计其结构，使斯特林发动机4热端能够充分吸收烟气余热，提高发电效率和能源利用率。
当小型垃圾焚烧炉正常工作时，垃圾在一次燃烧系统1燃烧并生成烟气排出，烟气经过二次燃烧系统2再燃烧处理形成高温烟气进入热交换炉3，在热交换炉3中高温烟气的热能传输给斯特林发动机4热端，由斯特林发动机4将热能转化为机械能，再带动发电机5发电，经过交直交变流电路6以及变压器7后输出可用电压。烟气从热交换炉3排出后进入尾气处理装置8，最后排入大气中。
具体而言，当该余热发电系统正常工作时，高温烟气由小型垃圾焚烧炉经过热交换炉3的进气管道9进入废气处理系统，然后经过圆弧型接头15将高温烟气汇集输入螺旋式烟气管道13，在热交换炉3内部，由于耐火层10 、保温层11以及螺旋式烟气管道13的作用，烟气的热量主要经过内衬9向斯特林发动机热端4传导，实现高温烟气热量的有效利用。
所述热交换炉3可依据实际烟气流量大小来合理调整各内部结构尺寸大小。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，其特征在于：包括一次燃烧系统(1)、二次燃烧系统(2)、热交换炉(3)、斯特林发动机(4)、发电机(5)、交直交变流电路(6)、变压器(7)和尾气处理装置(8)；所述一次燃烧系统(1)的出气口连接所述二次燃烧系统(2)的进气口；所述二次燃烧系统(2)的出气口连接所述热交换炉(3)的进气口；所述热交换炉(3)的出气口连接尾气处理装置(8)的进气口，所述热交换炉(3)的内衬连接斯特林发动机(4)的热端；所述斯特林发动机(4)的飞轮连接发电机(5)，所述发电机(5)的母线连接交直交变流电路(6)的输入端，所述交直交变流电路(6)输出端连接变压器(7)。
2.根据权利要求1所述的一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，其特征在于：所述的热交换炉(3)由外向内依次包括：圆筒形外层钢板(12)、保温层(11)、耐火层(10)、螺旋式烟气管道(13)，所述螺旋式烟气管道(13)内壁设置有用于传热和连接斯特林发动机热端（14）的内衬(9)。
3.根据权利要求2所述的一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，其特征在于：所述螺旋式烟气管道(13)的两端分别设置有进气管道(17)和出气管道(16)。
4.根据权利要求3所述的一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，其特征在于：所述螺旋式烟气管道(13)的两端分别通过圆弧型接头(15)连接进气管道(17)和出气管道(16)。
5.根据权利要求4所述的一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，其特征在于：所述的圆弧型接头(15)采用加厚处理。
6.根据权利要求5所述的一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，其特征在于：所述的圆弧型接头(15)的厚度与圆弧型接头(15)内部烟气流速成正比。
7.根据权利要求2所述的一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，其特征在于：所述的内衬(9)的材料为碳素纤维材料或聚四氟乙烯材料。
8.根据权利要求2所述的一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，其特征在于：所述的保温层(11)的材料为酚醛树脂发泡材料或复合硅酸盐保温材料。
9.根据权利要求2所述的一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，其特征在于：所述的耐火层(10)的材料为硅质耐火材料。
10.根据权利要求2所述的一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统，其特征在于：所述外层钢板(12)的壁厚为炉身水平最大宽度的1.5~3%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171128 |