CN107528499A - 应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统 - Google Patents

应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统，包括温差发电系统、供电系统和储能系统；温差发电系统中温差发电单元包括上下结构的冷端热管装置和热端热管装置、以及冷端热管装置和热端热管装置之间的温差发电片，温差发电单元嵌设在尾部烟道上，温差发电单元的热端热管装置与高温烟气接触吸热，维持温差发电片热面高温，冷端热管装置与环境大气接触，维持温差发电片冷面低温；温差发电系统产生的为直流电经过转换后输出给电器供电；同时多余电能直接储存在储能装置。利用热管的高效导热特性，在温差发电片的两端形成较大的温差，从而提高温差发电片的发电效率。热管管道改为椭圆形，可有效减少固体颗粒物对热管管道的磨损。

Description

应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统
技术领域
本发明涉及一种传热与节能技术，特别涉及一种应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统。
背景技术
电站锅炉、工业锅炉或者燃气锅炉中燃料燃烧产生的烟气具有较高的温度。电站锅炉中一般通过布置受热面的方式对这部分热量进行利用后通过烟囱排入环境，但是这个过程中仍然存在着大量的损失，这些损失包括散热损失、传热损失和排烟损失等。工业锅炉中的排烟一般直接排入环境，很少将其利用，造成大量的能量浪费。如果能将这些热量高效的利用起来，进行温差发电，将是一种有效的节能方式。
温差发电是利用赛贝壳效应，将热端和冷端的温差储存的热能转化为电能，但是直接通过温差发电片产生的电能为直流电，不能直接储存，需要经过稳压保护器调整后才能储存，如果需要输出给用电器，则需要逆变器、稳压保护器等才可转化为交流电输送给用户。
热管是一种利用工质的相变来进行热量传递的高效导热元件，蒸发段与高温区域接触，工质发生相变，带走大量的汽化潜热，到达冷凝段与低温区域接触，放出大量的汽化潜热，同时工质冷凝变成液态回流到蒸发段，如此往复循环，可传递大量的热量。利用热管的这种特性，可以形成较大的温差，结合温差发电片，便可产生电能。
燃煤锅炉燃料燃烧产生的烟气中含有大量的粉尘等固体颗粒物，这些固体颗粒物对受热面造成严重的磨损，如果不对受热面进行改造和处理，受热面磨损严重，将会降低受热面的使用寿命。
发明内容
本发明是针对现有利用锅炉尾部烟道进行温差发电热利用率较低的问题，提出了一种应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统，改进结构，提高温差发电热利用率，并且解决此技术应用于燃煤锅炉等烟气中含有大量粉尘等固体颗粒物的尾部烟道时，受热面磨损严重的问题。
本发明的技术方案为：一种应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统，包括温差发电系统、供电系统和储能系统；
温差发电系统包括多个温差发电单元，温差发电单元包括上下结构的冷端热管装置和热端热管装置、以及冷端热管装置和热端热管装置之间的温差发电片，温差发电单元嵌设在尾部烟道上，温差发电单元的热端热管装置与高温烟气接触吸热，维持温差发电片热面高温，冷端热管装置与环境大气接触，维持温差发电片冷面低温；
供电系统依次包括逆变器、输电稳压保护器和用电器，储能系统包括储电设备；温差发电系统产生直流电，经过逆变器转变为交流电，输出的交流电经过稳压保护器调整电压输出给电器供电；温差发电系统产生的直流电直接储存在储能装置。
所述热端热管装置从下到上包括吸热肋片、热端热管装置热管、冷凝腔、第一紧密性导热材料及热端热管装置热管和冷凝腔内部的热端热管装置工质；冷端热管装置从上到下包括散热肋片、冷端热管装置热管、蒸发腔、第二紧密性导热材料及冷端热管装置热管和蒸发腔内部的冷端热管装置工质；
数个吸热肋片均匀分布在热端热管装置热管上，数根热管端部均与冷凝腔连通，热管与冷凝腔中均充有热端热管装置工质，热端热管装置热管在烟气管道中，高温烟气从烟气管道通过，热端热管装置热管从高温烟气中吸热，冷凝腔位于烟气管道外，处于大气环境中，冷凝腔外侧通过第一紧密性导热材料与温差发电片的热面接触，蒸发的工质沿着热端热管装置热管管道走到冷凝腔放热冷凝，将热量传递给温差发电片的热面，同时工质冷凝后回流到下部热端热管装置热管管道，维持温差发电片热面高温状态；
蒸发腔通过第二紧密性导热材料与温差发电片的冷面接触，数个散热肋片均匀分布在冷端热管装置热管上，数根冷端热管装置热管端部均与蒸发腔连通，有散热肋片的冷端热管装置热管与环境空气接触，冷端热管装置热管向环境中散热，冷端热管装置热管内冷端热管装置工质在蒸发腔吸热蒸发，带走冷面的热量，蒸发的工质在冷端热管装置热管管道中与空气换热，将热量传给空气，同时工质冷凝后回流到下部蒸发腔，维持温差发电片冷面低温状态。
所述热端热管装置热管为椭圆形管道。
本发明的有益效果在于：本发明应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统，有效利用了热管的高导热特性，来维持温差发电片热面的高温状态和冷面的低温状态，并且在热管管道上设置吸热和散热肋片，增加了传热面积，能有效的提高传热效率；利用热管作为吸热和散热途径，从高温烟气中带来大量的热面传给温差发电片的热面，从温差发电片的冷面带走大量的热量传递给环境，使温差发电片的两端维持在较大的温差；采用热管作为受热面，如果其中一根热管损坏对整个温差发电单元影响并不大，剩余热管可以继续维持温差发电系统继续稳定运行，使用灵活；当本装置应用在烟气中含有大量固体颗粒物的尾部烟道时，可将热管管道换成椭圆管，可有效减少粉尘等固体颗粒物对热管管道的磨损，抗磨损能力强。
附图说明
图1为本发明应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统结构示意图；
图2为本发明温差发电单元结构主视图；
图3为本发明温差发电单元与锅炉尾部烟道结合示意图；
图4 为热端热管装置热管管道为圆管时，烟气流过示意图；
图5为本发明热端热管装置热管管道为椭圆管时，烟气流过示意图。
具体实施方式
如图1所示应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统结构示意图，系统包括温差发电系统14、供电系统和储能系统。温差发电系统14包括多个温差发电单元，温差发电单元嵌设在尾部烟道上，温差发电单元的热端热管装置与高温烟气接触，冷端热管装置与环境大气接触。供电系统依次包括逆变器17、输电稳压保护器18、输电电表19和用电器20。储能系统依次包括储电电表15和储电设备16。
当系统进行供电时，温差发电系统14产生的为直流电，依次经过逆变器17转变为交流电，输出的交流电经过稳压保护器18调整为合适电压输出给电器20供电，稳压保护器18输电端接电表19显示电量。
当系统进行储能时，温差发电系统14产生的直流电直接储存在储能装置16中，储能装置16前端接储能电表15显示记录电量。
如图2所示温差发电单元结构主视图，温差发电单元包括上下结构的冷端热管装置和热端热管装置，冷端热管装置和热端热管装置之间的温差发电片10，以及温差发电片10上的输出导线4，热端热管装置从下到上包括吸热肋片1、热端热管装置热管2、冷凝腔3、紧密性导热材料11及热端热管装置热管2和冷凝腔3内部的热端热管装置工质12。冷端热管装置从上到下包括散热肋片6、冷端热管装置热管7、蒸发腔5、紧密性导热材料9及冷端热管装置热管7和蒸发腔5内部的冷端热管装置工质8。
数个吸热肋片1均匀分布在热端热管装置热管2上，数根热管2端部均与冷凝腔3连通，热管2与冷凝腔3中均充有热端热管装置工质12，如图3所示温差发电单元与锅炉尾部烟道结合示意图，13为烟气管道，热端热管装置热管2在烟气管道13中，当高温烟气从烟气管道通过时，吸热肋片1强化热管2从高温烟气中吸热，热管2内工质12吸热蒸发。冷凝腔3位于烟气管道13外，处于大气环境中，冷凝腔3外侧通过紧密性导热材料11与温差发电片10的热面接触，蒸发的工质12沿着热管2管道走到冷凝腔3放热冷凝，将热量传递给温差发电片10的热面，同时工质12冷凝后回流到下部热管2管道，如此循环，维持温差发电片热面高温状态。
蒸发腔5通过紧密性导热材料9与温差发电片10的冷面接触，数个散热肋片6均匀分布在冷端热管装置热管7上，数根冷端热管装置热管7端部均与蒸发腔5连通，有散热肋片6的冷端热管装置热管7与环境空气接触，散热肋片6强化冷端热管装置热管7向环境中散热，冷端热管装置热管7内冷端热管装置工质8在蒸发腔5吸热蒸发，带走冷面的热量，蒸发的工质8在冷端热管装置热管7管道中与空气换热，将热量传给空气，同时工质8冷凝后回流到下部蒸发腔5，如此循环，维持温差发电片冷面低温状态。
所述温差发电片10是温差发电的半导体器件，利用冷热两面的温差进行发电，并且可根据不同温度段位选择不同的温差发电材料，以达温差发电片的最佳输出功率。
所述紧密性导热材料11安装在热端热管装置冷凝腔与温差发电片热面之间，其目的是保证热端热管装置冷凝腔与温差发电片热面之间紧密接触、减少热阻。所述紧密性导热材料9安装在冷端热管装置蒸发凝腔与温差发电片冷面之间，其目的是保证冷端热管装置蒸发凝腔与温差发电片冷面之间紧密接触、减少热阻。
如图4 为热端热管装置热管管道为圆管22时，烟气流过示意图，当热管管道应用于烟气中含有大量固体颗粒物的尾部烟道时，椭圆形管道代替圆管22，可减小固体颗粒物对热管管道的磨损，如图5所示。椭圆管21相对于圆管22来讲，具有较好的抗磨损特性，将热管做成椭圆管形状，将会有效减少其布置在燃煤锅炉尾部烟道中的磨损，从而延长使用寿命。

Claims (3)

1.一种应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统，其特征在于，包括温差发电系统、供电系统和储能系统；
温差发电系统包括多个温差发电单元，温差发电单元包括上下结构的冷端热管装置和热端热管装置、以及冷端热管装置和热端热管装置之间的温差发电片，温差发电单元嵌设在尾部烟道上，温差发电单元的热端热管装置与高温烟气接触吸热，维持温差发电片热面高温，冷端热管装置与环境大气接触，维持温差发电片冷面低温；
供电系统依次包括逆变器、输电稳压保护器和用电器，储能系统包括储电设备；温差发电系统产生直流电，经过逆变器转变为交流电，输出的交流电经过稳压保护器调整电压输出给电器供电；温差发电系统产生的直流电直接储存在储能装置。
2.根据权利要求1所述应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统，其特征在于，所述热端热管装置从下到上包括吸热肋片、热端热管装置热管、冷凝腔、第一紧密性导热材料及热端热管装置热管和冷凝腔内部的热端热管装置工质；冷端热管装置从上到下包括散热肋片、冷端热管装置热管、蒸发腔、第二紧密性导热材料及冷端热管装置热管和蒸发腔内部的冷端热管装置工质；
数个吸热肋片均匀分布在热端热管装置热管上，数根热管端部均与冷凝腔连通，热管与冷凝腔中均充有热端热管装置工质，热端热管装置热管在烟气管道中，高温烟气从烟气管道通过，热端热管装置热管从高温烟气中吸热，冷凝腔位于烟气管道外，处于大气环境中，冷凝腔外侧通过第一紧密性导热材料与温差发电片的热面接触，蒸发的工质沿着热端热管装置热管管道走到冷凝腔放热冷凝，将热量传递给温差发电片的热面，同时工质冷凝后回流到下部热端热管装置热管管道，维持温差发电片热面高温状态；
蒸发腔通过第二紧密性导热材料与温差发电片的冷面接触，数个散热肋片均匀分布在冷端热管装置热管上，数根冷端热管装置热管端部均与蒸发腔连通，有散热肋片的冷端热管装置热管与环境空气接触，冷端热管装置热管向环境中散热，冷端热管装置热管内冷端热管装置工质在蒸发腔吸热蒸发，带走冷面的热量，蒸发的工质在冷端热管装置热管管道中与空气换热，将热量传给空气，同时工质冷凝后回流到下部蒸发腔，维持温差发电片冷面低温状态。
3.根据权利要求1或2所述应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统，其特征在于，所述热端热管装置热管为椭圆形管道。
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