CN108548439A - 一种烟气余热发电装置及烟气余热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及领域，公开了一种烟气余热发电装置及烟气余热系统，其中烟气余热发电装置包括：换热装置、集热装置、温差发电器和散热装置；换热装置内设有至少一个供导热介质流动的流道；集热装置位于换热装置的上方，且集热装置设置在温差发电器的一侧；集热装置的上侧设有至少一个第一开口，下侧设有至少一个第二开口，第一开口与第二开口一一对应连通；流道的出口与第一开口相连，进口与第二开口相连。本发明提供的烟气余热发电装置，在提高烟气余热回收效率的同时，不需额外功耗；即该发电装置可实现高效、灵活、可靠、低耗的运行。

Description

一种烟气余热发电装置及烟气余热系统

技术领域

本发明涉及烟气余热回收领域，特别是涉及一种烟气余热发电装置及烟气余热系统。

背景技术

从各种炉排出的高温烟气往往带走炉子供热量的20～50％，烟气是一般耗能设备浪费能量的主要途径。回收利用烟气余热，是提高能量利用率的途径之一。

余热的回收利用途径很多。一般说来，综合利用余热最好，其次是直接利用，再次是间接利用(如余热发电)。综合利用就是根据余热的品质，按照温度高低顺序不同按阶梯利用，品质高的可以用于生产工艺或余热发电；中等的(120度-160度)可以采用氨水吸收制冷设备来制取-30度到5度的冷量，用于空调或工业；低温的可以用来制热或利用吸收式热泵来提高热量的数量或温度供生产和生活使用。

这些途径虽然都能一定程度的提高了烟气能量的利用率，但目前余热回收项目，投产后，均会造成不能足量回收本工序产生的余热、余热有效利用率不高、影响工艺生产、回收的热能贬值、回收的热能无用户利用、余热回收运行不稳定、季节性供需不平衡、回收资源得不偿失等缺陷，甚至不能投产，造成资和能的极大浪费。鉴于现有回收方法的缺陷，开发出高效、灵活的烟气余热回收系统迫在眉睫。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种烟气余热发电装置及烟气余热系统，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种烟气余热发电装置，包括：换热装置、集热装置、温差发电器和散热装置；所述换热装置内设有至少一个供导热介质流动的流道，所述换热装置通过所述流道将烟气余热传递给所述导热介质；所述集热装置位于所述换热装置的上方，且所述集热装置设置在所述温差发电器的一侧；所述集热装置的上侧设有至少一个第一开口，下侧设有至少一个第二开口，所述第一开口与所述第二开口一一对应连通；所述流道的出口与所述集热装置的第一开口相连，进口与所述集热装置的第二开口相连。

其中，所述的烟气余热发电装置，还包括：散热装置；所述散热装置设置在所述温差发电器的另一侧，且所述温差发电器的一侧与另一侧相对。

其中，所述集热装置为集热板；所述集热板为中空结构。

其中，所述换热装置为管式换热器。

其中，所述散热装置包括：多个翅片；所述翅片等间距地设置在所述散热装置的散热面上。

其中，所述翅片为波形翅片或条形翅片。

其中，所述温差发电器为低级热温差发电器、高温温差发电器、中温温差发电器或低温温差发电器。

其中，所述导热介质为液态金属。

其中，所述液态金属为镓、钠、钾、汞、镓铟合金、镓铟锡合金或钠钾合金中的一种或多种。

本发明还提供一种烟气余热系统，包括：上述的烟气余热发电装置。

(三)有益效果

本发明提供的一种烟气余热发电装置及烟气余热系统，通过将集热装置设置在换热装置的上方，且将换热装置内流通导热介质的流道出口，与集热装置上侧的第一开口连通；流道入口与集热装置下侧的第二开口连通，使得可导热介质的虹吸效应在换热装置与集热装置之间实现自驱动循环；则在利用该发电装置回收烟气余热时，在提高烟气余热回收效率的同时，不需额外功耗；即该发电装置可实现高效、灵活、可靠、低耗的运行。

附图说明

图1为本发明烟气余热发电装置的一个优选实施例的结构示意图；

图2为本发明烟气余热发电装置的另一个优选实施例的结构示意图；

图3为图1或图2所示的烟气余热发电装置中的集热装置的纵截面的结构示意图；

图4为图1或图2所示的烟气余热发电装置中的温差发电器的纵截面的结构示意图；

图5为图2所示的烟气余热发电装置中的散热装置的纵截面的结构示意图；

图6为图5所示的散热装置中的另一种翅片形状的结构示意图；

图中，1-烟气管道；2-换热装置；3-管道；4-集热装置；5-温差发电器；6-散热装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

图1示出了本发明烟气余热发电装置的一个优选实施例，如图1所示，该烟气余热发电装置，包括：换热装置2、集热装置4、温差发电器5和散热装置6；换热装置2内设有至少一个供导热介质流动的流道，换热装置2通过流道将烟气余热传递给导热介质；集热装置4位于换热装置2的上方，且集热装置4设置在温差发电器5的一侧；集热装置4的上侧设有至少一个第一开口，下侧设有至少一个第二开口，第一开口与第二开口一一对应连通；流道的出口与集热装置4的第一开口相连，进口与集热装置4的第二开口相连。

具体地，例如，换热装置2内包括至少一根换热管，则供导热介质流动的流道为换热管的管道；将通过将烟气与换热管接触，进而实现烟气与导热介质之间的换热，即将烟气余热传递给导热介质，进而使得导热介质被加热。还可以通过在换热装置2内设置多个换热管来提高导热介质与烟气余热的换热效率，进而提高烟气余热的利用率。当然，换热装置2也可为其他形式，例如，换热装置2为板式换热器等，只要能够将烟气管道1内的烟气余热传递给导热介质即可。

集热装置4的上侧设有至少一个第一开口，下侧设有至少一个第二开口，且第一开口与第二开口一一对应连通，即，在集热装置4上设有供被加热的导热介质流动的流道。且集热装置4位于换热装置2的上方，且换热装置2内的流道的出口与第一开口相连，流道的进口与第二开口相连，例如，流道的数量、第一开口的数量和第二开口的数量一一对应；且流道的出口通过管道3与第一开口连通，流道的进口也通过管道3与第二开口连通，例如，管道3的材质为铜、不锈钢、钛、金、银、金刚石、石墨或陶瓷；则换热装置2与集热装置4构成循环回路。当然，流道的数量也可以多于或少于第一开口和第二开口的数量，只要流道的出口与所有第一开口均连通，流道的进口与所有第二开口均连通即可，即保证导热介质可以在换热装置2与集热装置4之间循环流动。

则换热装置2内被烟气余热加热的导热介质由于受热膨胀、密度变小，则被加热的导热介质将沿着管道3上升至集热装置4上侧的第一开口处；而被集热装置4采集热量后的导热介质由于温度下降、密度变大，则流动至集热装置4下侧的第二开口处，并沿着管道3回流至换热装置2的流道进口处。则通过导热介质的虹吸效应可以实现导热介质的自驱动循环，即导热介质依次通过：换热装置2的流道出口、集热装置4的第一开口、集热装置4的第二开口和换热装置2的流道进口；且导热介质在该循环流动的过程中不需要额外的功耗。

集热装置4将导热介质的热量采集后，供给温差发电装置进行发电，即，集热装置4将采集的热量传递给温差发电装置的热端，使得温差发电器5中温差电单体的热端与冷端之间建立温差，进而使得温差发电器5进行发电，即实现将热能转化为电能。

在该实施例中，通过将集热装置4设置在换热装置2的上方，且将换热装置2内流通导热介质的流道出口，与集热装置4上侧的第一开口连通；流道入口与集热装置4下侧的第二开口连通，使得可导热介质的虹吸效应在换热装置2与集热装置4之间实现自驱动循环；则在利用该发电装置回收烟气余热时，在提高烟气余热回收效率的同时，不需额外功耗；即该发电装置可实现高效、灵活、可靠、低耗的运行。

进一步地，集热装置4为集热板；集热板为中空结构，如图3所示。例如，集热板的材质为铜、不锈钢、钛、金或银。集热装置4采用集热板，且该集热板为中空结构，可以在一定程度上减小集热装置4的重量，则集热板和温差发电器5均可较稳定地安装在换热装置2的上方；提高该发电装置的稳定性。

进一步地，换热装置2为管式换热器。例如，该管式换热器为U型管式换热器或固定管板式换热器等。例如，该换热装置2为固定管板式换热器，例如，换热管为铜管；相应地，集热板的材质也可采用铜，且采用铜质管道3连接该固定管板式换热器和集热板。则将带有余热的烟气通入该固定管板式换热器的壳体内，将导热介质通入到固定管板式换热器的换热管内，即可实现带余热的烟气与导热介质之间的换热。当然，该固定管板式换热器的换热管还可为不锈钢管等；相应地，集热板的材质也可采用锈钢，且采用不锈钢管道3连接该固定管板式换热器和集热板。另外，还可在该管式换热器的换热管上设肋片，以增加换热管的换热面积，进而提高换热器的换热效率，从而可提高烟气余热的利用率。当然，只要该换热装置2能够将烟气管道1内的烟气余热传递给导热介质，该换热装置2还可为其他的换热器。

进一步地，如图4所示，该温差发电器5为低级热温差发电器5、高温温差发电器5、中温温差发电器5或低温温差发电器5。其中，低级热温差发电器5，将各种形式的低温热能(包括余热、废热)直接转换成电能的温差发电器5。高温温差发电器5，其热面工作温度一般在700℃以上，使用的典型温差电材料是硅锗合金(SiGe)。中温温差发电器5，其热面工作温度一般在400℃～500℃，使用的典型温差电材料是碲化铅(PbTe)。低温温差电器，其热面工作温度一般在400℃以下，使用的典型温差电材料是碲化铋(Bi2Te3)。

进一步地，导热介质为液态金属。液态金属常温为液态，具有低熔点高沸点，高导热率，流动性等特点，是发电装置中导热介质的最优选择，相较于其他导热介质，液态金属能大幅提高导热效率。优选地，液态金属为镓、钠、钾、汞、镓铟合金、镓铟锡合金或钠钾合金中的一种或多种。可根据烟气的温度不同，选择熔点不同的液态金属作为导热介质，即，液态金属的熔点与烟气的温度接近，这样可以使得烟气余热能够较快的改变液态金属的形态，例如，液态金属由固态变为液态，进而使得液态金属可以较快的上升至集热装置4内。相应地，集热板选择的材质也不能被液态金属腐蚀，保证其寿命，不锈钢材质即符合要求；换热器的材质也不能被液态金属腐蚀，保证其寿命，不锈钢材质即符合要求。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：

如图2所示，该烟气余热发电装置还包括：散热装置6；散热装置6设置在温差发电器5的另一侧，且温差发电器5的一侧与另一侧相对。

具体地，在烟气余热发电装置中设置散热装置6，且该散热装置6设置在温差发电器5的另一侧，即，该散热装置6与集热装置4相对设置；则集热装置4、温差发电器5和散热装置6均设在换热装置2的上方。且通过在温差发电器5的另一侧设置散热装置6，可以增大温差发电器5两侧的温差，进而提高温差发电器5的发电效率，从而提高烟气余热的利用率。

进一步地，散热装置6包括：多个翅片；翅片等间距地设置在散热装置6的散热面。例如，翅片的材质为铝、铜或不锈钢散热翅片。例如，散热装置6的多个翅片均为条状翅片，且翅片横向、等距地设在散热装置6的散热面，如图5所示。则散热装置6可以通过翅片为温差发电器5进行散热，进而使得温差发电器5的热端与冷端之间的温差增大，进而增大温差发电器5的发电效率。另外，翅片还可以为其他形式，只能该翅片能够进行散热即可。

优选地，翅片为波形翅片或条形翅片。例如，翅片为波形翅片，如图6所示，则多个波形翅片等距的设置在散热装置6的散热面，即，每个波形翅片的波峰与相邻翅片的波峰之间保持一定距离；以及，每个波形翅片的波谷与相邻翅片的波谷之间保持一定距离，该种形式的翅片可以增大散热装置6的散热面积，进而提高散热装置6的散热效率，从而使得温差发电器5的热端与冷端之间的温差进一步增大，从而再次增大温差发电器5的发电效率。

本发明还提供一种烟气余热系统，包括：上述的烟气余热发电装置。即，该发电装置可以为实施例1中的发电装置，也可以实施例2中的发电装置。该烟气余热系统具有的效果，发电装置带来的效果相同，在此不再具述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烟气余热发电装置，其特征在于，包括：换热装置、集热装置、温差发电器和散热装置；

所述换热装置内设有至少一个供导热介质流动的流道，所述换热装置通过所述流道将烟气余热传递给所述导热介质；

所述集热装置位于所述换热装置的上方，且所述集热装置设置在所述温差发电器的一侧；

所述集热装置的上侧设有至少一个第一开口，下侧设有至少一个第二开口，所述第一开口与所述第二开口一一对应连通；

所述流道的出口与所述集热装置的第一开口相连，进口与所述集热装置的第二开口相连。

2.根据权利要求1所述的烟气余热发电装置，其特征在于，还包括：散热装置；所述散热装置设置在所述温差发电器的另一侧，且所述温差发电器的一侧与另一侧相对。

3.根据权利要求1所述的烟气余热发电装置，其特征在于，所述集热装置为集热板；所述集热板为中空结构。

4.根据权利要求1所述的烟气余热发电装置，其特征在于，所述换热装置为管式换热器。

5.根据权利要求2所述的烟气余热发电装置，其特征在于，所述散热装置包括：多个翅片；所述翅片等间距地设置在所述散热装置的散热面上。

6.根据权利要求5所述的烟气余热发电装置，其特征在于，所述翅片为波形翅片或条形翅片。

7.根据权利要求1所述的烟气余热发电装置，其特征在于，所述温差发电器为低级热温差发电器、高温温差发电器、中温温差发电器或低温温差发电器。

8.根据权利要求1-7任一项所述的烟气余热发电装置，其特征在于，所述导热介质为液态金属。

9.根据权利要求8所述的烟气余热发电装置，其特征在于，所述液态金属为镓、钠、钾、汞、镓铟合金、镓铟锡合金或钠钾合金中的一种或多种。

10.一种烟气余热系统，其特征在于，包括：权利要求1-9任一项所述的烟气余热发电装置。