CN113654370A - 一种热烟气净化及余热发电一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热烟气净化及余热发电一体化装置，包括烟气冷却用蒸汽发生器、传动构件、斯特林发动机和发电机。本发明具有可将烟气中过热蒸汽冷凝回收烟气中的显热和潜热的效果，本发明的零部件及构造达到了气流在每支换热支管内的气流均匀的效果，具有余热回收充分、换热效率高的特点；本发明可减少或避免换热支管中的粉尘及低沸点有机挥发物及水蒸气等冷凝产生的雾滴发生堵塞换热管路的现象发生，同时达了到脱除某些粉尘和冷凝物使烟气净化的效果，减少或避免不同零部件连接点因热应力造成的开裂漏汽现象。本发明的传动构件将多台斯特林发动机的动力汇集后向一个发电机提供动力，具有设备紧凑、空间占用小、寿命长、安全性好的特点。

Description

一种热烟气净化及余热发电一体化装置

技术领域

本发明属能源动力技术领域，尤其是一种热烟气净化及余热发电一体化装置。

背景技术

目前，各种窑炉及燃烧设施产生的含有大量过热蒸汽、且同时含有粉尘和可冷凝的挥发物，因所含可冷凝的挥发物在冷却过程中冷凝雾滴堵塞（换热）管道，使尾气余热得不到充分利用，现有的技术通常采用几种工序、几种设备并用的方式和装备对烟气进行冷却回收其中的余热，存在回收热效率低、回收环节多、流程长、工序设备种类多，空间占用大、投资大等缺点，若能提供一种在烟气冷却过程中即可回收烟气中的显热和潜热、可避免冷凝雾滴堵塞（换热）管道、传热效率高、设备紧凑、空间占用小的热烟气净化及余热发电一体化装置，对减少设备空间占用及投资、提高能源利用效率和节能减排有积极意义。

发明内容

本发明的发明目的：主要针对上述情况，为克服现有技术之缺点，本发明之目的就是提供一种在可回收烟气中的显热和潜热、可脱除热烟气中某些粉尘及冷凝物并可避免冷凝雾滴堵塞（换热）管道、传热效率高、设备紧凑、空间占用小的烟气除尘及余热发电用一体化装置。

本发明的技术方案为：提供了一种热烟气净化及余热发电一体化装置，包括烟气冷却用蒸汽发生器、传动构件、斯特林发动机和发电机，烟气冷却用蒸汽发生器由气流匀布器件、进气管组件、冷却气出口管、补水管、液位计和箱壳组件构成，气流匀布器件由多个均气管、一个断面为倒立等腰三角形状的均气管插装内架、一个断面为倒立等腰三角形状的均气管固定外架构成，均气管插装内架为由两个形状一致的斜立侧板和一个水平顶板围成，斜立侧板上设有多排均气管插装孔，水平顶板上设有一排均布的进气支管插装固定孔，每个进气支管插装固定孔的中心轴线相互平行且同一排上的每个进气支管插装固定孔的中心轴线位于同一平面，均气管固定外架为由两个形状一致的斜置侧板和一个水平盖板围成，斜置侧板设有多排均气管固定孔，水平盖板设有一排均布的进气支管插装过孔，水平盖板上的进气支管插装过孔与水平顶板上的进气支管插装固定孔个数相等且位置上、下对应匹配，均气管插装内架的水平顶板与均气管固定外架的水平盖板匹配的固定在一起，均气管插装内架的两个斜立侧板分别与均气管固定外架的两个斜置侧板相互对应、平行，相互平行的斜立侧板与斜置侧板之间的距离匹配的小于均气管的长度，相互平行的一对斜立侧板与斜置侧板上的均气管插装孔的个数与均气管固定孔的个数相等，且每个均气管插装孔匹配的对应一个均气管固定孔，对应匹配的均气管插装孔和均气管固定孔的中心轴线重合，均气管为内腔由渐缩锥管经光滑匹配的喉口直管与渐扩锥管相通连而成的管件，均气管的喉口直管处设有一个以上的径向通孔，径向通孔与均气管的中心轴线垂直，径向通孔的内径与喉口直管的内径匹配，均气管插装内架与均气管固定外架的两端分别由一块气流均布架堵头板密闭的连接在一起，箱壳组件由水平断面为长方形状的、且一个直立端的壳面上设有进气总管插装孔的筒状外壳、壳筒顶盖、水箱底板、倒梯台状的底壳和两个水箱侧立板构成，壳筒顶盖为四边外廓与筒状外壳的内廓匹配的平板件，壳筒顶盖上设有不少于两排的换气活塞缸安装固定孔，每排的换气活塞缸安装固定孔的个数不少于两个，每排上的换气活塞缸安装固定孔的中心轴线相互平行且位于一个直立平面，同一排换气活塞缸安装固定孔的中心轴线所在平面与另一排的中心轴线所在平面相互平行，水箱底板为边部设有多个均布的透气通孔、且四边外廓与筒状外壳的内廓匹配的板件，底壳大口端的端面与筒状外壳的下端面匹配且密闭的固定在一起，壳筒顶盖、水箱底板相互平行均密闭匹配的固定于筒状外壳的内侧壁，水箱底板的下表面设有导风裙板，导风裙板位于透气通孔所在区域之内且导风裙板的高度匹配的大于冷却气出口管的外径，壳筒顶盖位于筒状外壳的上顶端，水箱底板位于筒状外壳的下段，水箱底板与筒状外壳下端面之间的距离与冷却气出口管的内径相匹配，水箱侧立板为设有多排换热管插装固定孔、且高度和长度分别与筒状外壳的高度、宽度相匹配的立板件，每块水箱侧立板相互平行且均与壳筒顶盖上的一排换气活塞缸安装固定孔的中心轴线所在的直立平面平行，每块水箱侧立板的下端位于边部透气通孔之内并密闭的与水箱底板固定在一起，水箱侧立板的上端位于换气活塞缸安装固定孔之外并与壳筒顶盖密闭固定相连，水箱侧立板的两侧端面分别匹配密闭的与筒状外壳两端的内壁固定相连，进气管组件由一个水平的且一端封闭的进气总管及多个均布的直立支管相通相连而成，进气总管位于壳筒顶盖之下、两排换气活塞缸安装固定孔之间，进气总管与筒状外壳的一个直立端面上的进气总管插装孔密闭固定相连，进气总管的开口端伸出筒状外壳之外，进气总管封闭端位于与筒状外壳之内，直立支管的位置与气流匀布器件上的进气支管插装过孔、进气支管插装固定孔的位置对应匹配、个数相等，直立支管的下端对应的分别插装于进气支管插装过孔、进气支管插装固定孔且密封的与气流匀布器件固定相连，筒状外壳及气流匀布器件的长度方向与进气总管的中心轴线走向一致，每个水箱侧立板上的换热管插装固定孔个数与相邻的气流匀布器件上的均气管的个数相等、且换热管插装固定孔与均气管位置一一对应，一一对应的换热管插装固定孔与均气管的中心轴线相重合，中心轴线相重合的换热管插装固定孔与均气管之间匹配的设有一个换热支管，换热支管的一端密闭的与均气管的一端密闭相通连，换热支管的另一端穿过换热管插装固定孔与水箱侧立板密闭的固定在一起，冷却气出口管与筒状外壳相通相连的固定于水箱底板和倒梯台状的底壳的上端面之间的筒状外壳侧面上，传动构件由传动轴、支撑板架、多个传动轮构成，支撑板架为由直立耳板及固定于直立耳板下端面的脚板构成的支撑件，直立耳板的上部设有轴承安装固定孔，支撑板架置于壳筒顶盖上两排换气活塞缸安装固定孔之间的对称位置处且固定于壳筒顶盖的上表面，每个支撑板架上的轴承安装固定孔的中心轴线均相重合，轴承安装固定孔内安装固定有径向受力轴承，传动轴为杆状轴件，传动轴分别插装于每一个轴承安装固定孔的径向受力轴承内，传动轴的中心轴线到两侧相邻的两排换气活塞缸安装固定孔中心轴线的距离相等，传动轮固定于传动轴上，每个传动轮的中心轴线、传动轴的中心轴线均与轴承安装固定孔的中心轴线重合，传动轮的个数与斯特林发动机的个数相匹配，传动轴的端部经联轴器与和发电机相连，发电机经电机固定架固定于的壳筒顶盖上。

所述的斯特林发动机为低温差式斯特林发动机，斯特林发动机包括吸热换气缸、动力气缸、曲柄轴转轴机架、曲柄轴转轴和传动飞轮，吸热换气缸为上顶端设有凸沿端盖的柱状密闭的空心圆筒，吸热换气缸插装于壳筒顶盖的换气活塞缸安装固定孔内，吸热换气缸的凸沿端盖置于壳筒顶盖的上表面且与壳筒顶盖密封固定，吸热换气缸的凸沿端盖的中心部位设有连杆过孔，吸热换气缸内设有换气活塞，换气活塞上连接有换气活塞连杆，换气活塞连杆由直动杆和摆杆经铰轴连接在一起构成，换气活塞连杆的直动杆经连杆过孔伸出吸热换气缸的凸沿端盖，换气活塞连杆的摆杆位于吸热换气缸之外，动力气缸和曲柄轴转轴机架固定于吸热换气缸的凸沿端盖上，动力气缸内设有动力活塞，动力活塞上连接有动力活塞连杆，曲柄轴转轴安装于曲柄轴转轴机架上，换气活塞连杆的摆杆和动力活塞连杆分别匹配的与曲柄轴转轴的相应部位相连，同一台斯特林发动机上的换气活塞的运动相位与动力活塞的运动相位匹配，每台斯特林发动机的转动方向均分别与传动轴的转动方向匹配，各个斯特林发动机的转动相位相匹配，传动飞轮固定于曲柄轴转轴的一个端部，传动飞轮与传动轴上的传动轮的位置对应、匹配且两者之间为传动配合，传动飞轮的轮面为圆柱面，传动轮的轮面为圆柱面，每个传动飞轮的轮面的中心轴线均与传动轴的传动轮的中心轴线平行。

所述的底壳的大开口端设有底座架，底壳的小开口端密封的固定有螺旋输送机，螺旋输送机的出口处设有常闭式排料阀。

所述的补水管相通相连的固定于筒状外壳的一个侧端面的下段，补水管的位置匹配的高于水箱底板，补水管的进口端设有补水控制阀，补水管之上的筒状外壳的侧端面的上段设有蒸汽排放管，液位计为浮子液位计，液位计的下端与补水管相通相连，液位计的上端与蒸汽排放管相通相连，蒸汽排放管上设有蒸汽压力表、安全阀，蒸汽排放管的末端设有蒸汽输出阀。

所述的传动飞轮与传动轮的配合为斜齿轮面配合，且每个传动飞轮的中心轴线均与传动轮的中心轴线平行。

所述的传动飞轮与传动轮相贴的节面为圆锥面，且每个传动飞轮的轮面的中心轴线均与传动轮的中心轴线平行。

所述的动力气缸的外部设有散热翅片，吸热换气缸的外部设有吸热筋片。

本发明的有益效果是：本发明实现了对烟气进行冷却并回收热能发电、脱除热烟气中某些粉尘及冷凝物并避免冷凝雾滴堵塞（换热）管道的效果和目的。本发明的导气支管、换热支管与水热交换方式达到了使烟气中过热蒸汽冷凝并可回收烟气中的显热和潜热的效果，达到了脱除冷却过程中的粉尘冷凝雾滴使烟气净化的效果，具有余热回收充分、设备紧凑的特点。本发明的气流匀布器件与均压室构造实现了使气流在每支换热支管内的气流均匀的效果，提高了换热效率。本发明的传动构件实现了将多台斯特林发动机的动力汇集后向一个发电机提供动力的效果。本发明集烟气净化、余热回收发电于一体，具有设备紧凑、空间占用小的优点，对提高能源效率和节能减排有积极意义。

附图说明

图1为本发明的外形结构示意图。

图2为本发明的主要部件装配剖视图。

图3为本发明的气流均布器件、换热支管及进气管的装配示意图。

图4为本发明的壳筒顶盖的结构示意图。

图5为本发明的水箱底板的结构示意图。

图6为本发明的水箱侧立板的结构示意图。

图7为本发明的传动构件的连接结构示意图。

图8为本发明的气流均布器件的装配局部剖视图。

图9为本发明的斯特林发动机的结构示意图。

图10为本发明的气流均布器件原理示意图。

图11为本发明的工作原理示意图。

其中：1为传动构件；2为斯特林发动机；3为发电机；4为气流匀布器件；5为进气管组件；6为冷却气出口管；7为补水管；8为液位计；9为均气管；10为均气管插装内架；11为均气管固定外架；12为斜立侧板；13为水平顶板；14为均气管插装孔；15为进气支管插装固定孔；16为斜置侧板；17为水平盖板；18为均气管固定孔；19为进气支管插装过孔；20为渐缩锥管；21为喉口直管；22为渐扩锥管；23为径向通孔；24为气流均布架堵头板；25为筒状外壳；26为壳筒顶盖；27为水箱底板；28为底壳；29为水箱侧立板；30为换气活塞缸安装固定孔；31为透气通孔；32为导风裙板；33为换热管插装固定孔；34为进气总管；35为直立支管；36为换热支管；37为传动轴；38为支撑板架；39为传动轮；40为直立耳板；41为联轴器；42为电机固定架；201为吸热换气缸；202为动力气缸；203为曲柄轴转轴机架；204为曲柄轴转轴；205为传动飞轮；206为凸沿端盖；207为换气活塞连杆；208为动力活塞连杆； 301为底座架；302为螺旋输送机；303为常闭式排料阀；401为补水控制阀；402为蒸汽排放管；403为蒸汽压力表；404为安全阀；405为蒸汽输出阀。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1至图11给出了一种热烟气净化及余热发电一体化装置，包括烟气冷却用蒸汽发生器、传动构件1、斯特林发动机2和发电机3，烟气冷却用蒸汽发生器由气流匀布器件4、进气管组件5、冷却气出口管6、补水管7、液位计8和箱壳组件构成，气流匀布器件4由多个均气管9、一个断面为倒立等腰三角形状的均气管插装内架10、一个断面为倒立等腰三角形状的均气管固定外架11构成，均气管插装内架10为由两个形状一致的斜立侧板12和一个水平顶板13围成，斜立侧板12上设有多排均气管插装孔14，水平顶板13上设有一排均布的进气支管插装固定孔15，每个进气支管插装固定孔15的中心轴线相互平行且同一排上的每个进气支管插装固定孔15的中心轴线位于同一平面，均气管固定外架11为由两个形状一致的斜置侧板16和一个水平盖板17围成，斜置侧板16设有多排均气管固定孔18，水平盖板17设有一排均布的进气支管插装过孔19，水平盖板17上的进气支管插装过孔19与水平顶板13上的进气支管插装固定孔15个数相等且位置上、下对应匹配，均气管插装内架10的水平顶板13与均气管固定外架11的水平盖板17匹配的固定在一起，均气管插装内架10的两个斜立侧板12分别与均气管固定外架11的两个斜置侧板16相互对应、平行，相互平行的斜立侧板12与斜置侧板16之间的距离匹配的小于均气管9的长度，相互平行的一对斜立侧板12与斜置侧板16上的均气管插装孔14的个数与均气管固定孔18的个数相等，且每个均气管插装孔14匹配的对应一个均气管固定孔18，对应匹配的均气管插装孔14和均气管固定孔18的中心轴线重合，均气管9为内腔由渐缩锥管20经光滑匹配的喉口直管21与渐扩锥管22相通连而成的管件，均气管9的喉口直管21处设有一个以上的径向通孔23，径向通孔23与均气管9的中心轴线垂直，径向通孔23的内径与喉口直管21的内径匹配，均气管插装内架10与均气管固定外架11的两端分别由一块气流均布架堵头板24密闭的连接在一起，箱壳组件由水平断面为长方形状的、且一个直立端的壳面上设有进气总管插装孔的筒状外壳25、壳筒顶盖26、水箱底板27、倒梯台状的底壳28和两个水箱侧立板29构成，壳筒顶盖26为四边外廓与筒状外壳25的内廓匹配的平板件，壳筒顶盖26上设有不少于两排的换气活塞缸安装固定孔30，每排的换气活塞缸安装固定孔30的个数不少于两个，每排上的换气活塞缸安装固定孔30的中心轴线相互平行且位于一个直立平面，同一排换气活塞缸安装固定孔30的中心轴线所在平面与另一排的中心轴线所在平面相互平行，水箱底板27为边部设有多个均布的透气通孔31、且四边外廓与筒状外壳25的内廓匹配的板件，底壳28大口端的端面与筒状外壳25的下端面匹配且密闭的固定在一起，壳筒顶盖26、水箱底板27相互平行均密闭匹配的固定于筒状外壳25的内侧壁，水箱底板27的下表面设有导风裙板32，导风裙板32位于透气通孔31所在区域之内且导风裙板32的高度匹配的大于冷却气出口管6的外径，壳筒顶盖26位于筒状外壳25的上顶端，水箱底板27位于筒状外壳25的下段，水箱底板27与筒状外壳25下端面之间的距离与冷却气出口管6的内径相匹配，水箱侧立板29为设有多排换热管插装固定孔33、且高度和长度分别与筒状外壳25的高度、宽度相匹配的立板件，每块水箱侧立板29相互平行且均与壳筒顶盖26上的一排换气活塞缸安装固定孔30的中心轴线所在的直立平面平行，每块水箱侧立板29的下端位于边部透气通孔31之内并密闭的与水箱底板27固定在一起，水箱侧立板29的上端位于换气活塞缸安装固定孔30之外并与壳筒顶盖26密闭固定相连，水箱侧立板29的两侧端面分别匹配密闭的与筒状外壳25两端的内壁固定相连，进气管组件5由一个水平的且一端封闭的进气总管34及多个均布的直立支管35相通相连而成，进气总管34位于壳筒顶盖26之下、两排换气活塞缸安装固定孔30之间，进气总管34与筒状外壳25的一个直立端面上的进气总管插装孔密闭固定相连，进气总管34的开口端伸出筒状外壳25之外，进气总管34封闭端位于与筒状外壳25之内，直立支管35的位置与气流匀布器件4上的进气支管插装过孔19、进气支管插装固定孔15的位置对应匹配、个数相等，直立支管35的下端对应的分别插装于进气支管插装过孔19、进气支管插装固定孔15且密封的与气流匀布器件4固定相连，筒状外壳25及气流匀布器件4的长度方向与进气总管34的中心轴线走向一致，每个水箱侧立板29上的换热管插装固定孔33个数与相邻的气流匀布器件4上的均气管9的个数相等、且换热管插装固定孔33与均气管9位置一一对应，一一对应的换热管插装固定孔33与均气管9的中心轴线相重合，中心轴线相重合的换热管插装固定孔33与均气管9之间匹配的设有一个换热支管36，换热支管36的一端密闭的与均气管9的一端密闭相通连，换热支管36的另一端穿过换热管插装固定孔33与水箱侧立板29密闭的固定在一起，冷却气出口管6与筒状外壳25相通相连的固定于水箱底板27和倒梯台状的底壳28的上端面之间的筒状外壳25侧面上，传动构件1由传动轴37、支撑板架38、多个传动轮39构成，支撑板架38为由直立耳板40及固定于直立耳板40下端面的脚板构成的支撑件，直立耳板40的上部设有轴承安装固定孔，支撑板架38置于壳筒顶盖26上两排换气活塞缸安装固定孔30之间的对称位置处且固定于壳筒顶盖26的上表面，每个支撑板架38上的轴承安装固定孔的中心轴线均相重合，轴承安装固定孔内安装固定有径向受力轴承，传动轴37为杆状轴件，传动轴37分别插装于每一个轴承安装固定孔的径向受力轴承内，传动轴37的中心轴线到两侧相邻的两排换气活塞缸安装固定孔30中心轴线的距离相等，传动轮39固定于传动轴37上，每个传动轮39的中心轴线、传动轴37的中心轴线均与轴承安装固定孔的中心轴线重合，传动轮39的个数与斯特林发动机的个数相匹配，传动轴37的端部经联轴器41与和发电机3相连，发电机3经电机固定架42固定于的壳筒顶盖26上。

所述的斯特林发动机2为低温差式斯特林发动机，斯特林发动机2包括吸热换气缸201、动力气缸202、曲柄轴转轴机架203、曲柄轴转轴204和传动飞轮205，吸热换气缸201为上顶端设有凸沿端盖206的柱状密闭的空心圆筒，吸热换气缸201插装于壳筒顶盖26的换气活塞缸安装固定孔30内，吸热换气缸201的凸沿端盖206置于壳筒顶盖26的上表面且与壳筒顶盖26密封固定，吸热换气缸201的凸沿端盖206的中心部位设有连杆过孔，吸热换气缸201内设有换气活塞，换气活塞上连接有换气活塞连杆207，换气活塞连杆207由直动杆和摆杆经铰轴连接在一起构成，换气活塞连杆207的直动杆经连杆过孔伸出吸热换气缸201的凸沿端盖206，换气活塞连杆207的摆杆位于吸热换气缸201之外，动力气缸202和曲柄轴转轴机架203固定于吸热换气缸201的凸沿端盖206上，动力气缸202内设有动力活塞，动力活塞上连接有动力活塞连杆208，曲柄轴转轴204安装于曲柄轴转轴机架203上，换气活塞连杆207的摆杆和动力活塞连杆208分别匹配的与曲柄轴转轴204的相应部位相连，同一台斯特林发动机2上的换气活塞的运动相位与动力活塞的运动相位匹配，每台斯特林发动机2的转动方向均分别与传动轴37的转动方向匹配，各个斯特林发动机2的转动相位相匹配，传动飞轮205固定于曲柄轴转轴204的一个端部，传动飞轮205与传动轴37上的传动轮39的位置对应、匹配且两者之间为传动配合，传动飞轮205的轮面为圆柱面，传动轮39的轮面为圆柱面，每个传动飞轮205的轮面的中心轴线均与传动轴37的传动轮39的中心轴线平行。

所述的底壳28的大开口端设有底座架301，底壳28的小开口端密封的固定有螺旋输送机302，螺旋输送机302的出口处设有常闭式排料阀303。

所述的补水管7相通相连的固定于筒状外壳25的一个侧端面的下段，补水管7的位置匹配的高于水箱底板27，补水管7的进口端设有补水控制阀401，补水管7之上的筒状外壳25的侧端面的上段设有蒸汽排放管402，液位计8为浮子液位计，液位计8的下端与补水管7相通相连，液位计8的上端与蒸汽排放管402相通相连，蒸汽排放管402上设有蒸汽压力表403、安全阀404，蒸汽排放管402的末端设有蒸汽输出阀405。

所述的传动飞轮205与传动轮39的配合为斜齿轮面配合，且每个传动飞轮205的中心轴线均与传动轮39的中心轴线平行。

所述的传动飞轮205与传动轮39相贴的节面为圆锥面，且每个传动飞轮205的轮面的中心轴线均与传动轮39的中心轴线平行。

所述的动力气缸202的外部设有散热翅片，吸热换气缸201的外部设有吸热筋片。

实施例一：本发明用于温度为180℃、过热水蒸气含量高、含有粉尘、低沸点有机挥发物及大量过热蒸汽的炉顶气的降温及余热发电，运行前备好前文所述各部件并将各部件连接组装好，采用8台低温差斯特林发动机2，两台功率为10kw的发电机3分别固定于传动轴37的两端，筒状外壳25的高为4米、宽为3米、长为6米，气流均布器件4的长为5米、宽度为1.2米，气流均布器件4的斜立侧板12之间的夹角为60°，进气总管34的内径为300mm，冷却气出口管6直径250mm，使用时将进气总管34（经外配的热气阀与炉顶气连接好，将冷却气出口管6经外配的气阀与出气管路连接好，补水管7及补水控制阀401与外配的供水系统连接好，用外配的供水系统与液位计8及蒸汽输出阀405整体配合使用控制筒状外壳25内的水位在高于气流均布器件4上顶面的适当位置（图11中H-H处），本发明使用时，炉顶气由进气总管34经直立支管35流进气流均布器件4的均气管插装内架10形成的腔室，被初步分流均布后在流入到各个均气管，进入换热支管36，气体经换热支管36壁与水发生热交换将热量（尾气中的显热及尾气中过热蒸汽的潜热）传递给水，气流然后经水箱侧立板29与筒状外壳25的内壁之间的空隙流向透气通孔进入底壳28内腔（此时粉尘及冷凝液滴被筒状外壳25内壁初步滞止），被冷却的气体在导风裙板32的约束下向下流动，气体中的粉尘或冷凝雾滴冲向底壳28内壁或底壳28内的物料表面而沉落，冷却净化过的气体经阻挡后向上导风裙板32的由冷却气出口管6排出（图10中空心箭头所示气流走向，图11中实心箭头为传热方向），在气流经换热支管36与水进行的热交换过程中，换热支管36的最高端处为尾气与水进行热交换的温度最高区域，换热支管36的尾端内气体是与水进行的热交换，换热支管36足够的长度和适当的换热支管36的个数（或总换热面积），可实现气体排出的温度低于水的沸点并与补充水的温度接近，这样可以回收尾气中的显热及潜热传递，热效率高，本发明应用时，气流匀布器件上的均气管固定外架11与均气管插装内架10之间的腔隙构造出了气体静压强相等的均压室（如图10中C-C所示区域，图11中箭头所示为气流走向），每个均气管9的径向通孔23均与均压室相通，当气流流经均气管9时，气流先经面积逐渐收缩的圆锥管内流动，发生流速增加而压强降低的能量转换过程，流入到相邻或相隔的均气管9的气流分布不均时，相邻或相隔的均气管9的气体动能和气体压力能（即气体静压强）不等，会使相邻或相隔的均气管9之间喉口直管21处的静压强不相等，这样就会发生均压室内气体与喉口直管21处的气体存在压强差，进而产生均气管9的气体流出喉口直管21（该处气流匀布器件内的气流强）或均压室内的气体流进喉口直管21（该处气流匀布器件内的气流弱）的现象，均气管9内的气体经径向通孔23与均压室之间的气体再分配现象，这样交实现了进入换热支管36的气流的均匀性，均气管9的渐扩形锥管22增加喉口直管21处的气体背压、同时满足均气管9与换热支管36之间的内腔的匹配和光滑要求，这样就达到了每个换热支管36内的气流分布均匀、热交换均匀的效果，进而提高了热交换效率。本发明的烟气冷却用蒸汽发生器通入热炉顶气一段时间后，有水蒸气产生（压力表可示出产生蒸汽的程度）并达到一定压力后，转动一个斯特林发动机2的传动飞轮205（断开发电机33外配的开关避免带负荷启动）使斯特林发动机2的传动飞轮205由慢向快转动，转速达到一定值且斯特林发动机2启动并自主运转，此时，传动轴一侧的所有斯特林发动机的传动飞轮205均按顺时针转动，传动轴一侧的所有斯特林发动机的传动飞轮205均按逆时针针转动可驱动传动轮39带动传动轴37向一个方向转动（图11中，弧线箭头所示），动力活塞的运动相位、换气活塞的运动相位匹配经曲柄轴转轴204使换气活塞的作上下往复直线运动、而传动飞轮205作旋转运动，将发电机33外配的开关接通可向外部供电，在斯特林发动机2运转过程中，烟气冷却用蒸汽发生器内的水蒸气向斯特林发动机2的吸热换气缸201传递热量驱动斯特林发动机2运转，斯特林发动机2运转时，传动飞轮205与传动轮39发生摩擦，进而驱动传动轴37，传动轴37经联轴器41带动发电机33转动发电，这样就实现了利用烟气（尾气）余热发电的目的，无热烟气供应时，断开发电机33外配的开关，烟气冷却蒸汽发生器无蒸汽产生时，斯特林发动机2停转。当底壳28内积物到一定量时，择机启动螺旋输送机302和常闭式排料阀303将炉顶气中的脱出物排掉，这样就实现了将炉顶气降温、回收余热发电、脱除热烟气中的某些粉尘和冷凝物而净化烟气的效果和目的。

本发明的换热支管与水热交换方式达到了使烟气中过热蒸汽冷凝进而可回收烟气中的显热和潜热的效果，气流匀布器件的均压室构造与均气管一起达到了气流在每支换热支管内的气流均匀的效果，具有余热回收充分、换热效率高的特点；气体在本发明的各个换热管路的零部件流动时，气流在进气组件及气流匀布器件中的冷却效应小，不发生低沸点有机挥发物的冷凝现象，当进入换热支管后，因换热支管倾斜向下的结构特征可减少或避免换热支管中的粉尘及低沸点有机挥发物及水蒸气等冷凝产生的雾滴发生堵塞换热管路的现象，与此同时热烟气中的粉尘及冷凝液滴被收集到导风裙板之下的底壳内并达到了脱除某些粉尘和冷凝物的净化效果。本发明的传动构件将多台斯特林发动机的动力汇集后向一个发电机提供动力，气流匀布器件、换热支管、水箱侧立板等均位于水面之下的低温区域，使不同的换热零部件可减少或避免不同零部件连接点因热应力造成的开裂渗漏现象。本发明具有设备紧凑、空间占用小、寿命长、安全性好的特点。

Claims (7)

1.一种热烟气净化及余热发电一体化装置，包括烟气冷却用蒸汽发生器、传动构件（1）、斯特林发动机（2）和发电机（3），其特征在于：烟气冷却用蒸汽发生器由气流匀布器件（4）、进气管组件（5）、冷却气出口管（6）、补水管（7）、液位计（8）和箱壳组件构成，气流匀布器件（4）由多个均气管（9）、一个断面为倒立等腰三角形状的均气管插装内架（10）、一个断面为倒立等腰三角形状的均气管固定外架（11）构成，均气管插装内架（10）为由两个形状一致的斜立侧板（12）和一个水平顶板（13）围成，斜立侧板（12）上设有多排均气管插装孔（14），水平顶板（13）上设有一排均布的进气支管插装固定孔（15），每个进气支管插装固定孔（15）的中心轴线相互平行且同一排上的每个进气支管插装固定孔（15）的中心轴线位于同一平面，均气管固定外架（11）为由两个形状一致的斜置侧板（16）和一个水平盖板（17）围成，斜置侧板（16）设有多排均气管固定孔（18），水平盖板（17）设有一排均布的进气支管插装过孔（19），水平盖板（17）上的进气支管插装过孔（19）与水平顶板（13）上的进气支管插装固定孔（15）个数相等且位置上、下对应匹配，均气管插装内架（10）的水平顶板（13）与均气管固定外架（11）的水平盖板（17）匹配的固定在一起，均气管插装内架（10）的两个斜立侧板（12）分别与均气管固定外架（11）的两个斜置侧板（16）相互对应、平行，相互平行的斜立侧板（12）与斜置侧板（16）之间的距离匹配的小于均气管（9）的长度，相互平行的一对斜立侧板（12）与斜置侧板（16）上的均气管插装孔（14）的个数与均气管固定孔（18）的个数相等，且每个均气管插装孔（14）匹配的对应一个均气管固定孔（18），对应匹配的均气管插装孔（14）和均气管固定孔（18）的中心轴线重合，均气管（9）为内腔由渐缩锥管（20）经光滑匹配的喉口直管（21）与渐扩锥管（22）相通连而成的管件，均气管（9）的喉口直管（21）处设有一个以上的径向通孔（23），径向通孔（23）与均气管（9）的中心轴线垂直，径向通孔（23）的内径与喉口直管（21）的内径匹配，均气管插装内架（10）与均气管固定外架（11）的两端分别由一块气流均布架堵头板（24）密闭的连接在一起，箱壳组件由水平断面为长方形状的、且一个直立端的壳面上设有进气总管插装孔的筒状外壳（25）、壳筒顶盖（26）、水箱底板（27）、倒梯台状的底壳（28）和两个水箱侧立板（29）构成，壳筒顶盖（26）为四边外廓与筒状外壳（25）的内廓匹配的平板件，壳筒顶盖（26）上设有不少于两排的换气活塞缸安装固定孔（30），每排的换气活塞缸安装固定孔（30）的个数不少于两个，每排上的换气活塞缸安装固定孔（30）的中心轴线相互平行且位于一个直立平面，同一排换气活塞缸安装固定孔（30）的中心轴线所在平面与另一排的中心轴线所在平面相互平行，水箱底板（27）为边部设有多个均布的透气通孔（31）、且四边外廓与筒状外壳（25）的内廓匹配的板件，底壳（28）大口端的端面与筒状外壳（25）的下端面匹配且密闭的固定在一起，壳筒顶盖（26）、水箱底板（27）相互平行均密闭匹配的固定于筒状外壳（25）的内侧壁，水箱底板（27）的下表面设有导风裙板（32），导风裙板（32）位于透气通孔（31）所在区域之内且导风裙板（32）的高度匹配的大于冷却气出口管（6）的外径，壳筒顶盖（26）位于筒状外壳（25）的上顶端，水箱底板（27）位于筒状外壳（25）的下段，水箱底板（27）与筒状外壳（25）下端面之间的距离与冷却气出口管（6）的内径相匹配，水箱侧立板（29）为设有多排换热管插装固定孔（33）、且高度和长度分别与筒状外壳（25）的高度、宽度相匹配的立板件，每块水箱侧立板（29）相互平行且均与壳筒顶盖（26）上的一排换气活塞缸安装固定孔（30）的中心轴线所在的直立平面平行，每块水箱侧立板（29）的下端位于边部透气通孔（31）之内并密闭的与水箱底板（27）固定在一起，水箱侧立板（29）的上端位于换气活塞缸安装固定孔（30）之外并与壳筒顶盖（26）密闭固定相连，水箱侧立板（29）的两侧端面分别匹配密闭的与筒状外壳（25）两端的内壁固定相连，进气管组件（5）由一个水平的且一端封闭的进气总管（34）及多个均布的直立支管（35）相通相连而成，进气总管（34）位于壳筒顶盖（26）之下、两排换气活塞缸安装固定孔（30）之间，进气总管（34）与筒状外壳（25）的一个直立端面上的进气总管插装孔密闭固定相连，进气总管（34）的开口端伸出筒状外壳（25）之外，进气总管（34）封闭端位于与筒状外壳（25）之内，直立支管（35）的位置与气流匀布器件（4）上的进气支管插装过孔（19）、进气支管插装固定孔（15）的位置对应匹配、个数相等，直立支管（35）的下端对应的分别插装于进气支管插装过孔（19）、进气支管插装固定孔（15）且密封的与气流匀布器件（4）固定相连，筒状外壳（25）及气流匀布器件（4）的长度方向与进气总管（34）的中心轴线走向一致，每个水箱侧立板（29）上的换热管插装固定孔（33）个数与相邻的气流匀布器件（4）上的均气管（9）的个数相等、且换热管插装固定孔（33）与均气管（9）位置一一对应，一一对应的换热管插装固定孔（33）与均气管（9）的中心轴线相重合，中心轴线相重合的换热管插装固定孔（33）与均气管（9）之间匹配的设有一个换热支管（36），换热支管（36）的一端密闭的与均气管（9）的一端密闭相通连，换热支管（36）的另一端穿过换热管插装固定孔（33）与水箱侧立板（29）密闭的固定在一起，冷却气出口管（6）与筒状外壳（25）相通相连的固定于水箱底板（27）和倒梯台状的底壳（28）的上端面之间的筒状外壳（25）侧面上，传动构件（1）由传动轴（37）、支撑板架（38）、多个传动轮（39）构成，支撑板架（38）为由直立耳板（40）及固定于直立耳板（40）下端面的脚板构成的支撑件，直立耳板（40）的上部设有轴承安装固定孔，支撑板架（38）置于壳筒顶盖（26）上两排换气活塞缸安装固定孔（30）之间的对称位置处且固定于壳筒顶盖（26）的上表面，每个支撑板架（38）上的轴承安装固定孔的中心轴线均相重合，轴承安装固定孔内安装固定有径向受力轴承，传动轴（37）为杆状轴件，传动轴（37）分别插装于每一个轴承安装固定孔的径向受力轴承内，传动轴（37）的中心轴线到两侧相邻的两排换气活塞缸安装固定孔（30）中心轴线的距离相等，传动轮（39）固定于传动轴（37）上，每个传动轮（39）的中心轴线、传动轴（37）的中心轴线均与轴承安装固定孔的中心轴线重合，传动轮（39）的个数与斯特林发动机的个数相匹配，传动轴（37）的端部经联轴器（41）与和发电机（3）相连，发电机（3）经电机固定架（42）固定于的壳筒顶盖（26）上。

2.根据权利要求1所述的一种热烟气净化及余热发电一体化装置，其特征在于：所述的斯特林发动机（2）为低温差式斯特林发动机，斯特林发动机（2）包括吸热换气缸（201）、动力气缸（202）、曲柄轴转轴机架（203）、曲柄轴转轴（204）和传动飞轮（205），吸热换气缸（201）为上顶端设有凸沿端盖（206）的柱状密闭的空心圆筒，吸热换气缸（201）插装于壳筒顶盖（26）的换气活塞缸安装固定孔（30）内，吸热换气缸（201）的凸沿端盖（206）置于壳筒顶盖（26）的上表面且与壳筒顶盖（26）密封固定，吸热换气缸（201）的凸沿端盖（206）的中心部位设有连杆过孔，吸热换气缸（201）内设有换气活塞，换气活塞上连接有换气活塞连杆（207），换气活塞连杆（207）由直动杆和摆杆经铰轴连接在一起构成，换气活塞连杆（207）的直动杆经连杆过孔伸出吸热换气缸（201）的凸沿端盖（206），换气活塞连杆（207）的摆杆位于吸热换气缸（201）之外，动力气缸（202）和曲柄轴转轴机架（203）固定于吸热换气缸（201）的凸沿端盖（206）上，动力气缸（202）内设有动力活塞，动力活塞上连接有动力活塞连杆（208），曲柄轴转轴（204）安装于曲柄轴转轴机架（203）上，换气活塞连杆（207）的摆杆和动力活塞连杆（208）分别匹配的与曲柄轴转轴（204）的相应部位相连，同一台斯特林发动机（2）上的换气活塞的运动相位与动力活塞的运动相位匹配，每台斯特林发动机（2）的转动方向均分别与传动轴（37）的转动方向匹配，各个斯特林发动机（2）的转动相位相匹配，传动飞轮（205）固定于曲柄轴转轴（204）的一个端部，传动飞轮（205）与传动轴（37）上的传动轮（39）的位置对应、匹配且两者之间为传动配合，传动飞轮（205）的轮面为圆柱面，传动轮（39）的轮面为圆柱面，每个传动飞轮（205）的轮面的中心轴线均与传动轴（37）的传动轮（39）的中心轴线平行。

3.根据权利要求1所述的一种热烟气净化及余热发电一体化装置，其特征在于：所述的底壳（28）的大开口端设有底座架（301），底壳（28）的小开口端密封的固定有螺旋输送机（302），螺旋输送机（302）的出口处设有常闭式排料阀（303）。

4.根据权利要求1所述的一种热烟气净化及余热发电一体化装置，其特征在于：所述的补水管（7）相通相连的固定于筒状外壳（25）的一个侧端面的下段，补水管（7）的位置匹配的高于水箱底板（27），补水管（7）的进口端设有补水控制阀（401），补水管（7）之上的筒状外壳（25）的侧端面的上段设有蒸汽排放管（402），液位计（8）为浮子液位计，液位计（8）的下端与补水管（7）相通相连，液位计（8）的上端与蒸汽排放管（402）相通相连，蒸汽排放管（402）上设有蒸汽压力表（403）、安全阀（404），蒸汽排放管（402）的末端设有蒸汽输出阀（405）。

5.根据权利要求2所述的一种热烟气净化及余热发电一体化装置，其特征在于：所述的传动飞轮（205）与传动轮（39）的配合为斜齿轮面配合，且每个传动飞轮（205）的中心轴线均与传动轮（39）的中心轴线平行。

6.根据权利要求2所述的一种热烟气净化及余热发电一体化装置，其特征在于：所述的传动飞轮（205）与传动轮（39）相贴的节面为圆锥面，且每个传动飞轮（205）的轮面的中心轴线均与传动轮（39）的中心轴线平行。

7.根据权利要求2所述的一种热烟气净化及余热发电一体化装置，其特征在于：所述的动力气缸（202）的外部设有散热翅片，吸热换气缸（201）的外部设有吸热筋片。

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