CN212618405U - 一种烟气余热高效回收发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种烟气余热高效回收发电装置，属于烟气余热回收的技术领域，其包括烟囱以及位于烟囱下部的烟气管道，烟囱设置有进烟口，烟气管道通过进烟口与烟囱连通；进烟口的位置设置有风力发电组件，风力发电组件包括位于烟气管道内的第一风力涡轮机和位于烟囱内与第一风力涡轮机连接的发电机；烟囱的上部设置有烟气‑水换热器，烟气‑水换热器设置有第一进水口和第一出水口。本实用新型通过烟囱效应使得烟气上升的过程中带动第一风力涡轮机转动从而进行风力发电，并利用烟囱上部的烟气‑水换热器进行剩余烟气余热的回收，具有余热回收高效、降低热能散失的效果。

Description

一种烟气余热高效回收发电装置

技术领域

本实用新型涉及烟气余热回收的技术领域，尤其是涉及一种烟气余热高效回收发电装置。

背景技术

随着城市的发展和人民生活水平的提高，城市垃圾的产生量大幅度增加，我国城市垃圾年产生量已达1.5亿吨，并每年以8％～10％速度递增。在我国得到广泛应用的城市垃圾处理、处置技术主要有卫生填埋、焚烧和堆肥，其中最主要的是卫生填埋技术，但随着城市规模的扩大、城市人口的增加，我国土地资源日益紧张，很多城市很难找到适宜的填埋场地，采用垃圾焚烧处理方式的比例越来越高。垃圾焚烧既可以达到无害化的目的，同时又能获得能源，如果垃圾发热量Q^y _d，按5000kJ/kg来计算，1.5亿吨的垃圾可折合标煤约2559亿吨。垃圾在焚烧过程中，由于高温热分解、氧化的作用，燃烧物及其产物的体积和粒度减小，其中的不可燃物大部分滞留在炉排上以炉渣的形式排出，一小部分质小体轻的物质在气流携带及热泳力作用下，与焚烧产生的高温气体一起在炉膛内上升，经过热交换后从锅炉出口排出，形成含有颗粒物即飞灰的烟气流。由于烟气中带有大量热量，通常会对烟气余热进行回收。

现有的烟气余热回收后的处理方式主要有余热直接利用、余热发电和热电联供，其中余热转化为电力后能够带来稳定的收益，使过去单纯的公益性垃圾处理设施转变为盈利型处理设施，并且节能环保。授权公告号为CN205279769U的中国实用新型专利公开了一种烟气余热发电装置，包括烟囱，发电装置和烟气加热装置，在烟囱下部侧壁开有两个同轴、对称的两个进烟口；在两个进烟口上，各设有水平进烟管；发电装置包括两个空气涡轮机和一个发电机，其空气涡轮机设置在水平进烟管内，发电机联接在两个空气涡轮机之间；加热装置设置在发电装置上方的烟囱内。

该现有技术利用烟囱效应，通过烟囱中的加热器，使烟囱产生负压，烟囱底部的对称设置进气管道内安装同轴风力涡轮机，涡轮机驱动发电机发电。但是上述中的现有技术方案存在以下缺陷：虽然在发电的过程中部分烟气余热的热能转化成了电能，但还存在部分热能随空气排出到烟囱外，余热利用效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种烟气余热高效回收发电装置，本实用新型通过烟囱效应使得烟气上升的过程中带动第一风力涡轮机转动从而进行风力发电，并利用烟囱上部的烟气-水换热器进行剩余烟气余热的回收，具有余热回收高效、降低热能散失的效果，并通过烟气-水换热器使烟气的温度大幅降低，在烟囱内部短距离即可达到较大的热压差，加速烟气的流动和风力涡轮机转动，提高发电效率。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种烟气余热高效回收发电装置，包括烟囱以及位于烟囱下部的烟气管道，所述烟囱设置有进烟口，所述烟气管道通过进烟口与烟囱连通；所述进烟口的位置设置有风力发电组件，所述风力发电组件包括位于烟气管道内的第一风力涡轮机和位于烟囱内与第一风力涡轮机连接的发电机；所述烟囱的上部设置有烟气-水换热器，所述烟气-水换热器设置有第一进水口和第一出水口。

通过采用上述技术方案，在烟囱效应的作用下，烟囱下部的高温烟气向上部流动，从而带动烟气管道内的第一风力涡轮机转动，驱动发电机发电；在烟气-水换热器的作用下，通过烟气-水换热器的烟气的温度迅速下降，使得在烟囱内烟气-水换热器与第一风力涡轮机之间产生较大的热压差，驱使第一风力涡轮机的快速转动，从而提高了发电机的发电效率。

本实用新型进一步设置为：所述烟囱的下部设置有进气口以及与进气口连通的空气管道，所述空气管道上设置有空气-水换热器；所述空气-水换热器设置有第二进水口和第二出水口，所述空气-水换热器的第二进水口与烟气-水换热器的第一出水口通过输水管连通，第二出水口和第一进水口通过输水管连通且第二出水口和第一进水口的输水管上设置有循环水泵；所述空气管道靠近进气口处设置有第二风力涡轮机，所述第二风力涡轮机与发电机连接。

通过采用上述技术方案，烟气-水换热器将从烟气中获得的热能通过水循环进入空气-水换热器处理后将通过第二风力涡轮机的空气升温，在烟囱效应的作用下驱动第二风力涡轮机转动，进行发电，提高了烟气余热的利用率。

本实用新型进一步设置为：所述烟囱竖直设置，所述烟气管道水平设置，所述烟气管道和空气管道同轴设置。

通过采用上述技术方案，使经过第一风力涡轮机和第二风力涡轮机的烟气和空气互不影响。

本实用新型进一步设置为：所述烟气-水换热器和空气-水换热器均为翅片管式换热器。

通过采用上述技术方案，翅片管式换热器能够增加换热面积，加快换热速度，提高换热效率。

本实用新型进一步设置为：所述空气管道上设置有远离烟囱并位于空气-水换热器外侧的风机。

通过采用上述技术方案，利用风机向空气-水换热器中补充空气，使得空气-水的热交换持续进行。

本实用新型进一步设置为：所述空气管道内位于风机与空气-水换热器之间设置有单向阀。

通过采用上述技术方案，单向阀使空气只能向空气-水换热器的方向流动，避免空气出现逆流。

本实用新型进一步设置为：所述烟气管道上设置有除尘组件。

通过采用上述技术方案，燃烧产生的烟气中带有大量的杂质和灰尘，利用除尘组件降低流动的烟气中的固体颗粒物含量，使烟气得到初步净化。

本实用新型进一步设置为：所述除尘组件包括布袋除尘器。

通过采用上述技术方案，布袋除尘器耐高温，除尘效率高，可使烟气中的大部分烟尘被收集过滤下来，保证到达发电组件的烟气的洁净，也避免对烟气-水换热器封堵，造成烟气流通不畅。

本实用新型进一步设置为：所述烟气-水换热器下方靠近烟气-水换热器的位置设置有温度传感器。

通过采用上述技术方案，温度传感器用于检测烟囱内靠近烟气-水换热器的烟气的温度，烟气的流速并不能保证稳定，根据温度传感器检测到的温度，PLC控制系统调整烟气-水换热器中水的流速，始终使烟气-水换热器达到高效的换热效果并保证下方空气-水换热器中空气的加热温度达到预期值。

本实用新型进一步设置为：所述烟囱内位于烟气-水换热器的上方设置有气体净化器。

通过采用上述技术方案，由于烟气中含有有害气体，为了减少烟气的污染，在烟囱内位于烟气-水换热器的上方可以进一步设置气体净化器，利用烟囱上部的气体净化器净化后使得排入到大气中的烟气符合气体排放标准。

综上所述，本实用新型的有益技术效果为：

1.通过在烟气管道和烟囱内设置风力发电组件，在烟囱效应的作用下，烟囱下部的高温烟气向上部流动，从而带动烟气管道内的第一风力涡轮机转动，驱动发电机发电；在烟气-水换热器的作用下，通过烟气-水换热器的烟气的温度迅速下降，使得在烟囱内烟气-水换热器与第一风力涡轮机之间产生较大的热压差，驱使第一风力涡轮机的快速转动，从而提高了发电机的发电效率；

2.通过设置与烟气-水换热器连通的空气-水换热器，烟气-水换热器将从烟气中获得的热能通过水循环进入空气-水换热器处理后将通过第二风力涡轮机的空气升温，在烟囱效应的作用下驱动第二风力涡轮机转动，进行发电，提高了烟气余热的利用率；

3.通过设置除尘组件和烟气净化装置，使得进入烟囱内以及排放到大气中的烟气得到净化，不会对发电设备造成破坏，也不会对大气造成污染。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的内部结构示意图；

图3是本实用新型的烟气管道的剖面结构示意图；

图4是本实用新型的烟囱的剖面结构示意图；

图5是本实用新型的空气管道的剖面结构示意图。

图中，1、烟囱；11、进烟口；12、进气口；13、烟气管道；14、空气管道；141、风机；142、单向阀；1421、挡块；1424、转动片；1423、固定轴；3、除尘组件；31、布袋除尘器；32、连接法兰；4、风力发电组件；41、第一风力涡轮机；42、第二风力涡轮机；43、发电机；5、烟气-水换热器；51、第一进水口；52、第一出水口；53、输水管；6、空气-水换热器；61、第二进水口；62、第二出水口；7、循环水泵；8、气体净化器；9、温度传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1、图2，为本实用新型公开的一种烟气余热高效回收发电装置，包括竖直设置的烟囱1，烟囱1顶端封开口，底端封闭。烟囱1的下部的侧壁上开设有贯穿侧壁的进烟口11。

进烟口11处水平设置有与烟囱1连通的烟气管道13。烟气管道13与烟囱1固定连接。烟囱1内底部设置有风力发电组件4。风力发电组件4包括设置在烟气管道13内并与进烟口11同轴的第一风力涡轮机41以及设置在烟囱1内的发电机43，发电机43与第一风力涡轮机41同轴设置。

参照图2、图3，烟气管道13上位于第一风力涡轮机41远离烟囱1的一侧设置有除尘组件3。除尘组件3包括与烟气管道13形状匹配的布袋除尘器31以及位于布袋除尘器31轴向的两端的连接法兰32。布袋除尘器31利用连接法兰32与轴向两侧的烟气管道13法兰连接。布袋除尘器31内部结构采用目前工业生产中常用的布袋除尘器31的结构。

布袋除尘器31是一种干式除尘装置，适用于捕集细小、干燥非纤维性粉尘，滤袋采用纺织的滤布或非纺织的毡制成，利用纤维织物的过滤作用对含尘烟气进行过滤，当含尘烟气进入布袋除尘器31，颗粒大、比重大的粉尘，由于重力的作用沉降下来，落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，使烟气得到净化。利用布袋除尘器31可以对由烟气管道13进入烟囱1的烟气进行过滤，使烟气中的灰尘被阻挡在布袋除尘器31内。

参照2、图4，烟囱1的上部设置有与烟囱1同轴且固定在烟囱1内壁上的烟气-水换热器5。为了增加换热效率，本实施例中的烟气-水换热器5采用翅片管式换热器（翅片在图中未体现）。烟气-水换热器5设置有第一进水口51和第一出水口52。烟气-水换热器5的第一进水口51设置在下部，第一出水口52设置在上部。在烟囱1内烟气-水换热器5的下方靠近烟气-水换热器5的位置设置有温度传感器9。

由于烟气具有高温，使得烟囱1产生烟囱效应，底部的热烟气在热压差的作用下向烟囱1的顶部流动，从而带动第一风力涡轮机41转动，进而驱动发电机43发电。在烟气-水换热器5的作用下，通过烟气-水换热器5的烟气的温度迅速下降，使得在烟囱1内烟气-水换热器5与第一风力涡轮机41之间产生较大的热压差，驱使第一风力涡轮机41的快速转动，从而提高了发电机43的发电效率。

经过烟气-水换热器5的烟气由于含有一定的有害气体需要净化，为了减少烟气的污染，在烟囱1内位于烟气-水换热器5的上方可以进一步连接烟气净化装置。烟气净化装置可以根据烟气中的污染物种类，可以设置脱硫、脱硝、除尘等装置，例如可以为吸收塔等。通过烟气净化装置的净化，使得烟气中的有害成分被充分吸收，烟气可以直接排放。本实施例中的烟气净化装置为气体净化器8，在布袋除尘器31对烟气除尘的基础上，利用烟囱1上部的气体净化器8净化后使得排入到大气中的烟气符合气体排放标准。

参照图2、图5，烟囱1下部与进烟口11相对的侧壁上开设有与进烟口11同轴的进气口12。进气口12处设置有通过进气口12与烟囱1连通的空气管道14。空气管道14内靠近烟囱1的位置固定设置有第二风力涡轮机42，第二风力涡轮机42与发电机43连接。

空气管道14内靠近第二风力涡轮机42并位于第二风力涡轮机42远离烟囱1的一侧设置有空气-水换热器6。本实施例中的空气-水换热器6采用翅片管式换热器（翅片在图中未体现）。空气-水换热器6设置有第二进水口61和第二出水口62。空气-水换热器6第二进水口61与烟气-水换热器5的第一出水口52通过输水管53连通，空气-水换热器6的第二出水口62与烟气-水换热器5的第一进水口51通过输水管53连通。空气-水换热器6的第二出水口62与烟气-水换热器5的第一进水口51之间设置有循环水泵7。在循环水泵7的作用下实现烟气-水换热器5与空气-水换热器6之间的水循环。

烟气-水换热器5将从烟气中获得的热能通过水循环进入空气-水换热器6处理后将通过第二风力涡轮机42的空气升温，在烟囱效应的作用下驱动第二风力涡轮机42转动，进行发电。

空气管道14内位于空气-水换热器6远离第二风力涡轮机42的一侧设置有风机141。风机141使经过空气-水换热器6的空气能够得到补充。空气管道14内位于风机141与空气-水换热器6之间设置有单向阀142。

单向阀142包括竖直设置的两转动片1424，两转动片1424利用竖直并与空气管道14的侧壁固定连接的固定轴1423连接。空气管道14的内壁上固定设置有避免转动片1424向风机141一侧转动的挡块1421。单向阀142使空气只能向空气-水换热器6的方向流动，避免空气出现逆流。

本实用新型还设置有PLC控制系统。PLC控制系统用于对本实用新型中的各部分进行控制。

本实施例的实施原理为：在烟囱效应的作用下，烟囱1下部的高温烟气向上部流动，从而带动烟气管道13内的第一风力涡轮机41转动，驱动发电机43发电；烟囱1上部的烟气-水换热器5将烟气的余热通过水输送到空气-水换热器6中并对通过空气-水换热器6的空气加热，热空气在烟囱1内流动的同时带动第二风力涡轮机42转动从而驱动发电机43进行发电。

温度传感器9用于检测烟囱1内靠近烟气-水换热器5的烟气的温度， 烟气的流速并不能保证稳定，根据温度传感器9检测到的温度，PLC控制系统调整烟气-水换热器5中水的流速，始终使烟气-水换热器5达到高效的换热效果并保证下方空气-水换热器6中空气的加热温度达到预期值。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烟气余热高效回收发电装置，包括烟囱（1）以及位于烟囱（1）下部的烟气管道（13），其特征在于：所述烟囱（1）设置有进烟口（11），所述烟气管道（13）通过进烟口（11）与烟囱（1）连通；所述进烟口（11）的位置设置有风力发电组件（4），所述风力发电组件（4）包括位于烟气管道（13）内的第一风力涡轮机（41）和位于烟囱（1）内与第一风力涡轮机（41）连接的发电机（43）；所述烟囱（1）的上部设置有烟气-水换热器（5），所述烟气-水换热器（5）设置有第一进水口（51）和第一出水口（52）。

2.根据权利要求1所述的烟气余热高效回收发电装置，其特征在于：所述烟囱（1）的下部设置有进气口（12）以及与进气口（12）连通的空气管道（14），所述空气管道（14）上设置有空气-水换热器（6）；所述空气-水换热器（6）设置有第二进水口（61）和第二出水口（62），所述空气-水换热器（6）的第二进水口（61）与烟气-水换热器（5）的第一出水口（52）通过输水管（53）连通，第二出水口（62）和第一进水口（51）通过输水管（53）连通且第二出水口（62）和第一进水口（51）的输水管（53）上设置有循环水泵（7）；所述空气管道（14）靠近进气口（12）处设置有第二风力涡轮机（42），所述第二风力涡轮机（42）与发电机（43）连接。

3.根据权利要求2所述的烟气余热高效回收发电装置，其特征在于：所述烟囱（1）竖直设置，所述烟气管道（13）水平设置，所述烟气管道（13）和空气管道（14）同轴设置。

4.根据权利要求2所述的烟气余热高效回收发电装置，其特征在于：所述烟气-水换热器（5）和空气-水换热器（6）均为翅片管式换热器。

5.根据权利要求2所述的烟气余热高效回收发电装置，其特征在于：所述空气管道（14）上设置有远离烟囱（1）并位于空气-水换热器（6）外侧的风机（141）。

6.根据权利要求5所述的烟气余热高效回收发电装置，其特征在于：所述空气管道（14）内位于风机（141）与空气-水换热器（6）之间设置有单向阀（142）。

7.根据权利要求1所述的烟气余热高效回收发电装置，其特征在于：所述烟气管道（13）上设置有除尘组件（3）。

8.根据权利要求7所述的烟气余热高效回收发电装置，其特征在于：所述除尘组件（3）包括布袋除尘器（31）。

9.根据权利要求1所述的烟气余热高效回收发电装置，其特征在于：所述烟气-水换热器（5）下方靠近烟气-水换热器（5）的位置设置有温度传感器（9）。

10.根据权利要求1所述的烟气余热高效回收发电装置，其特征在于：所述烟囱（1）内位于烟气-水换热器（5）的上方设置有气体净化器（8）。

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