CN114810229A - 一种烟气动能回收系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟气动能回收系统及方法，通过采用在烟道尾部的烟囱内设置叶轮及发电装置，利用烟囱中的烟气向上流动来推动叶轮转动，带动主轴转动，主轴通过转向齿轮箱调整转动方向，并通过副轴输出，带动发电机转动产生电能，产生电能储存在蓄电池中，通过设置的控制装置，控制向各个用电设备的电能输出。有效将烟气产生的动能进行回收再利用，实现了能源的回收利用。

Description

一种烟气动能回收系统及方法
技术领域
本发明属于烟气能量回收领域，尤其是一种烟气动能回收系统及方法。
背景技术
电厂锅炉内燃烧产生的烟气通过烟囱排向大体，一般烟气在烟囱尾部的流动速度可达到6～7米/秒，相当于至少四级风力，具有较大的动能，如果将这部分动能回收，可有多种用途，同时控制回收装置对烟气产生的阻力，在烟气排出速度不受过大影响的情况下，可节约大量能源。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种烟气动能回收系统及方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种烟气动能回收系统，包括烟囱壁、气体流速仪、转向齿轮箱、叶轮、支撑架、发电机、蓄电池及控制装置、主轴和副轴；
所述烟囱壁内侧安装有支撑架，所述支撑架的中心安装有主轴，所述主轴一端连接若干叶轮，所述主轴另一端连接转向齿轮箱，所述转向齿轮箱连接副轴，所述副轴连接发电机，所述发电机连接蓄电池及控制装置，所述气体流速仪安装在烟囱壁的内侧靠近出口位置。
进一步的，若干所述叶轮的中心安装有叶片调节机构。
进一步的，所述支撑架中心安装有第一导向轴承，所述第一导向轴承套在主轴上。
进一步的，所述第一导向轴承一端连接第二导向轴承，所述第二导向轴承套在主轴上，所述第一导向轴承另一端连接轴承外壳，所述轴承外壳套在主轴上。
进一步的，所述轴承外壳内设置有推力轴承仓和碳刷仓，所述第一导向轴承连接推力轴承仓，所述推力轴承仓连接碳刷仓。
进一步的，所述轴承外壳上安装有齿轮箱支架，所述齿轮箱支架支撑转向齿轮箱。
进一步的，所述发电机和蓄电池及控制装置设置在发电仓内，所述发电仓设置在烟囱壁外侧。
进一步的，所述蓄电池及控制装置通过输电线路连接气体流速仪和若干航标灯，所述蓄电池及控制装置通过输电线路连接碳刷仓内的碳刷，所述碳刷通过输电线路连接叶片调节机构。
进一步的，所述烟囱壁内侧的装置材料采用耐腐蚀材料或表面设置耐腐蚀层。
一种基于所述系统的烟气动能回收方法，包括：
预设烟气流速值，使用气体流速仪实时测量烟气流速，烟气流速大于预设值时，利用烟囱中的烟气向上流动推动叶轮转动，带动主轴转动，主轴通过转向齿轮箱调整转动方向，并通过副轴带动发电机转动产生电能存在蓄电池中，通过输电线路向各用电设备供电；
烟气流速大于6米/秒时，调节叶轮的角度，使叶轮朝向烟气的面积增大，增大阻力，以此获得更大的动力；
烟气流速小于预设值时，调节叶轮的角度，减小叶轮朝向烟气的面积，减小对烟气的阻力，保障烟气的正常排出。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种烟气动能回收系统，通过在烟道内部安装叶轮及发电设备，利用烟气的向上流动带动叶轮转动，叶轮再带动小型直流发电机产生电能。电能储存在蓄电池中，可用于烟囱航标灯、气体流速仪、叶片调节机构以及其他用电单元的供电。控制装置可以控制向各个用电设备的电能输出，无需人工操作，智能程度高，使用成本低，有效的将烟气流动产生的动能进行回收，并将其产生的电能进行利用，提高了烟气动能利用效率，实现了能源回收利用，从而节约电能。
进一步的，叶轮上安装有叶片调节机构，如果烟气速度过低至设计下限值时，可以调节叶轮方向，减少烟气阻力，如果烟气流速较大，可调节到较大角度，增加烟气动能利用率。
进一步的，除叶轮等必要设备安装在烟囱流道内，其余设备如发电机、蓄电池等都设置在烟囱外，最大程度地减少了设备对烟气流动的阻力，将烟气减少的动能更大程度地转化为电能，提高了烟气动能利用效率；同时在不回收时又能保证烟囱流道畅通。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的烟气动能回收系统装置示意图。
图2为本发明的叶轮的A-A向剖视图。
其中：1-烟囱壁，2-气体流速仪，3-转向齿轮箱，4-齿轮箱支架，5-碳刷仓，6-推力轴承仓，7-第一导向轴承，8-第二导向轴承，9-叶轮，10-叶片调节机构，11-支撑架，12-发电仓，13-发电机，14-蓄电池及控制装置，15-航标灯，16-主轴，17-副轴。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1至图2，本发明提供一种烟气动能回收系统，包括烟囱壁1、气体流速仪2、转向齿轮箱3、齿轮箱支架4、碳刷仓5、推力轴承仓6、第一导向轴承7、第二导向轴承8、叶轮9、叶片调节机构10、支撑架11、发电仓12、发电机13、蓄电池及控制装置14、航标灯15、主轴16、副轴17。烟道尾部的烟囱壁1的内侧安装有支撑架11，支撑架11起到对整个动能回收装置的支撑作用，支撑架11中心位置安装主轴16，主轴16下方连接叶轮9，叶轮9中心安装有叶片调节机构10，用于调节叶轮9的角度，支撑架11上设置了两组导向轴承和一组推力轴承，导向轴承分别为第一导向轴承7和第二导向轴承8，对叶轮机构起导向作用，第一导向轴承7设置在支撑架11的中心，套在主轴16上，支撑架11的下方设置有第二导向轴承8，第二导向轴承8与第一导向轴承7相连且套在主轴16上，推力轴承位于推力轴承仓6中，对叶轮机构起承重作用，推力轴承仓6设置在轴承外壳内，轴承外壳安装在支撑架11上且套在主轴16上，轴承外壳内还设置碳刷仓5，碳刷仓5内的碳刷一端通过输电线路连接蓄电池及控制装置14，另一端从主轴16内部通过输电线路连接叶片调节机构10内的电机，用于通过蓄电池及控制装置14对叶片调节机构10内的电机供电，轴承外壳上方连接齿轮箱支架4，用于支撑转向齿轮箱3，主轴16的顶部连接到转向齿轮箱3，将动能传导到副轴17，副轴连接发电机13，转动产生电能，产生的电能储存在蓄电池中，蓄电池及控制装置14包含蓄电和电能输出控制组件，电能输出组件可以通过输电线路对各用电单元供电，发电机13和蓄电池及控制装置14设置在烟囱壁1外侧的发电仓12内；烟囱壁1接近出口位置安装气体流速仪2，用于实时测量烟气流速；烟囱壁1顶部及其他规定位置安装若干数量的航标灯15。
本发明的烟气动能回收方法：
在控制单元中预设允许烟气动能回收的流速数值，通过气体流速仪2实时测量烟气流速，当流速大于允许值时，可以正常回收动能，烟囱中的烟气向上流动，推动叶轮9转动，带动主轴16转动，主轴16通过转向齿轮箱3将转动方向调整为水平方向，并通过副轴17输出，带动发电机13转动产生电能，电能储存在蓄电池中，蓄电池及控制装置14中设置有控制装置，具备一定的自动化控制能力，用于控制向各个用电设备的电能输出，用电设备有航标灯15、叶片调节机构10、气体流速仪2以及其他用电单元。
当流速达到6米/秒时，可以控制叶片调节机构10调节叶轮9的角度，使叶轮9朝向烟气的面积增大，增大阻力，以此获得更大的动力；当烟气流速低于允许值时，控制叶轮9减小朝向烟气的面积，减小对烟气的阻力，减少烟气动力的回收，保障烟气的排出不受影响。
叶片调节机构10位于叶轮9的中心位置，结构简单，不过由于电动机随叶轮9一起转动，通过连接蓄电池的碳刷从主轴16内部连接叶片调节机构10的电机对其供电。另外，由于烟气带有一定的腐蚀性，本装置中结构材料需要具有一定的耐腐蚀性，可以采用耐腐蚀材料或表面喷涂耐腐蚀层。如图2所示的局部剖视图所绘制4片叶轮9仅是示意作用，实际应用时采用的叶轮9数量视具体烟囱尺寸来确定。通过回收动能存储的电能，不限于所列的几项用途，可根据发电量以及其他电厂耗电设备的需求合理安排。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种烟气动能回收系统，其特征在于，包括烟囱壁(1)、气体流速仪(2)、转向齿轮箱(3)、叶轮(9)、支撑架(11)、发电机(13)、蓄电池及控制装置(14)、主轴(16)和副轴(17)；
所述烟囱壁(1)内侧安装有支撑架(11)，所述支撑架(11)的中心安装有主轴(16)，所述主轴(16)一端连接若干叶轮(9)，所述主轴(16)另一端连接转向齿轮箱(3)，所述转向齿轮箱(3)连接副轴(17)，所述副轴(17)连接发电机(13)，所述发电机(13)连接蓄电池及控制装置(14)，所述气体流速仪(2)安装在烟囱壁(1)的内侧靠近出口位置。
2.根据权利要求1所述的一种烟气动能回收系统，其特征在于，若干所述叶轮(9)的中心安装有叶片调节机构(10)。
3.根据权利要求1所述的一种烟气动能回收系统，其特征在于，所述支撑架(11)中心安装有第一导向轴承(7)，所述第一导向轴承(7)套在主轴(16)上。
4.根据权利要求3所述的一种烟气动能回收系统，其特征在于，所述第一导向轴承(7)一端连接第二导向轴承(8)，所述第二导向轴承(8)套在主轴(16)上，所述第一导向轴承(7)另一端连接轴承外壳，所述轴承外壳套在主轴(16)上。
5.根据权利要求4所述的一种烟气动能回收系统，其特征在于，所述轴承外壳内设置有推力轴承仓(6)和碳刷仓(5)，所述第一导向轴承(7)连接推力轴承仓(6)，所述推力轴承仓(6)连接碳刷仓(5)。
6.根据权利要求4所述的一种烟气动能回收系统，其特征在于，所述轴承外壳上安装有齿轮箱支架(4)，所述齿轮箱支架(4)支撑转向齿轮箱(3)。
7.根据权利要求1所述的一种烟气动能回收系统，其特征在于，所述发电机(13)和蓄电池及控制装置(14)设置在发电仓(12)内，所述发电仓(12)设置在烟囱壁(1)外侧。
8.根据权利要求1所述的一种烟气动能回收系统，其特征在于，所述蓄电池及控制装置(14)通过输电线路连接气体流速仪(2)和若干航标灯(15)，所述蓄电池及控制装置(14)通过输电线路连接碳刷仓(5)内的碳刷，所述碳刷通过输电线路连接叶片调节机构(10)。
9.根据权利要求1所述的一种烟气动能回收系统，其特征在于，所述烟囱壁(1)内侧的装置材料采用耐腐蚀材料或表面设置耐腐蚀层。
10.一种基于权利要求1～9任一项所述系统的烟气动能回收方法，其特征在于，包括：
预设烟气流速值，使用气体流速仪(2)实时测量烟气流速，烟气流速大于预设值时，利用烟囱中的烟气向上流动推动叶轮(9)转动，带动主轴(16)转动，主轴(16)通过转向齿轮箱(3)调整转动方向，并通过副轴(17)带动发电机(13)转动产生电能存在蓄电池中，通过输电线路向各用电设备供电；
烟气流速大于6米/秒时，调节叶轮(9)的角度，使叶轮(9)朝向烟气的面积增大，增大阻力，以此获得更大的动力；
烟气流速小于预设值时，调节叶轮(9)的角度，减小叶轮(9)朝向烟气的面积，减小对烟气的阻力，保障烟气的正常排出。
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