[實用新型]工業鍋爐燃燒煙氣余熱行波型熱聲發電系統

有效

• 申請號: 201520150085.1
• 申請日: 2015-03-16
• 公開（公告）號: CN204553133U
• 公開（公告）日: 2015-08-12
• 發明（設計）人: 何新;張秋實;楊明菁;張博譞
• 申請（專利權）人: 沈陽安新自動化控制有限公司
• 主分類號: F03G7/00
• 分類號: F03G7/00;F22B33/18;F24H1/44;H02K35/02
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍;周智博

技術領域：本發明涉及利用工業鍋爐燃燒時回收煙氣余熱產生電能的領域。具體指利用熱聲發電技術實現將鍋爐燃燒時煙氣余熱轉化成電能的系統設計。

背景技術：

工業鍋爐通過消耗能源生產蒸汽或熱水等二次能源，再通過熱力管網將它們輸送到各用熱設備。在我國工業鍋爐對能源的消耗總量占能源總消耗量的三分之一以上，是耗能最多的設備之一。工業鍋爐在運行過程中產生大量煙氣余熱，現多采用熱管式熱水器、熱管式空氣預熱器和熱管式省煤器等方法進行煙氣余熱回收，但仍有大量煙氣余熱作為廢棄余熱排放到大氣中，不僅污染環境，而且造成能源浪費。若能將排放到大氣中的煙氣余熱轉化為電能，不僅實現環保，而且提高鍋爐系統的能源綜合利用率。但是作為熱電技術的熱源，煙氣余熱具有溫度低、熱源變化率大等特點，屬于低品質熱源，傳統的熱電技術很難將其轉化為電能。

熱聲發電技術可利用低品質熱源，具有熱源適應性好、結構簡單、使用壽命長，安全可靠等潛在優點，因此成為一種新興的能源利用方式。但是現有熱聲發電技術主要應用在太陽能發電領域，自激蕩起振溫度高，起振難的不足已經成為制約熱聲發電技術應用的瓶頸。另外現有熱聲發電技術采用固定諧振管結構，系統運行時諧振管耗散大量聲功，這種固定諧振管結構使行波型熱聲發動機子系統和永磁直線發電子系統諧振運行的頻寬范圍非常有限。當熱聲發電系統不能諧振運行時，永磁直線發電機子系統捕獲聲功的能力迅速減小，嚴重影響整個系統輸出電功的能力。工業鍋爐燃燒時的煙氣余熱是低品質熱源，外界氣候或是燃料質量及燃燒條件發生變化時，都會使熱源溫度發生變化，熱聲發電系統工作介質運行的頻寬范圍特別大，這與固定諧振管諧振頻率的頻寬有限相矛盾。再有熱聲發電技術中熱接收器的也是設計難點，它是實現捕獲低品質熱源熱能的關鍵，但是將熱聲發電技術應用到工業鍋爐煙氣余熱領域的研究尚屬空白，現有的太陽能熱采集器設計結構不能直接應用于工業鍋爐煙氣余熱行波型熱聲發電系統里。由于熱聲發電系統工作介質波動運行的方式，永磁直線發電機產生交變的電能，現有熱聲發電系統采用變電阻測量輸出電功能力的方法不能直接產生供生產生活使用的穩定電能。

發明內容：

發明目的：本發明結合工業鍋爐燃燒子系統結構及煙氣流程和汽水流程，設計專門應用于工業鍋爐燃燒時回收煙氣余熱的工業鍋爐燃燒煙氣余熱行波型熱聲發電系統，其目的是解決以往所存在的問題，其輸出供生產和生活直接使用的穩定電能，同時提高工業鍋爐燃燒子系統能源綜合利用率。

技術方案：本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種工業鍋爐燃燒煙氣余熱行波型熱聲發電系統，其特征在于：包括工業鍋爐燃燒子系統、行波型熱聲發動機子系統、永磁直線發電機子系統和電能儲備子系統，工業鍋爐燃燒子系統連接行波型熱聲發動機子系統，行波型熱聲發動機子系統連接永磁直線發電機子系統，永磁直線發電機子系統連接電能儲備子系統。

工業鍋爐燃燒子系統包括設置在爐膛下端的爐排和設置在爐膛上端的汽包或鍋筒，在爐膛內還設置有內置水介質的水冷壁管，爐膛與鍋爐煙道連通，在鍋爐煙道內設置有與汽包或鍋筒連通的省煤器；汽包或鍋筒通過管路連接終端用戶。

行波型熱聲發動機子系統主要由熱采集器、主冷卻器、聲學自適應調諧管、聲學反饋管、副冷卻器、回熱器和熱緩沖管，熱采集器設置在聲學反饋管上，熱采集器的上方為回熱器和主冷卻器，熱采集器的下方為熱緩沖管和副冷卻器，熱采集器耦合進鍋爐煙道內，主冷卻器外圍固定水冷管，水冷管的一端連接至終端用戶的冷凝水或低溫循環水回水出水管，另一端連接至鍋爐煙道內的省煤器。

冷凝水或低溫循環水回水出水管通過鍋爐循環泵連接水冷管；熱采集器采用機翼形陣列式。

聲學反饋管上還設置有具有活塞可移動的聲學自適應調諧管諧振結構，在聲學自適應調諧管諧振結構內設置有位移可變的活塞組件。

聲學反饋管為圓角矩形結構。

永磁直線發電機子系統包括捕獲聲功的活塞、彈簧諧振機構、定子繞組、輕質連桿、永磁體、定子軛和發電機外殼；活塞和彈簧諧振機構設置在輕質連桿的兩端，活塞活動的設置在聲學反饋管內，彈簧諧振機構、定子繞組、永磁體和定子軛設置在發電機外殼內，永磁體設置在輕質連桿上，定子繞組安裝在定子軛上，定子繞組與永磁體對應。

電能儲備子系統包括整流設備和蓄電池，整流設備連接定子繞組和蓄電池。

整流設備采用二級管串聯滑動變阻器并聯電感和電容的結構。

聲學自適應調諧管諧振結構設計及實現步驟如下：