[发明专利]基于斯特林发电机的尾气余热发电和尾气净化系统

说明书

技术领域

本发明涉及大型柴油机的废气处理及余热利用技术，具体涉及基于斯特林发电机的尾气余热发电和尾气净化系统。

背景技术

我国将于2016年开始在全国实施的PM2.5(粒径小于2.5微米的细微尘颗粒)监测，就像一把悬于环保部门头顶的“达摩克利斯之剑”。PM2.5，会直接进入血液、肺部，并存留在肺的深处，对呼吸系统和心血管系统造成伤害。PM2.5主要来源于人类各种污染物排放，而机车尾气的排放是其重要原因之一。

柴油发动机作为大型机车的心脏，是其动力的来源，也是燃料的直接消耗者。大型柴油发动机动力输出占燃料燃烧总热量的 25％～42％。 发动机尾气的余热具有温度高、压强大、流速快的特点，因此尾气所含能量在浪费的热量中占主要部分。将这些废气直接排放到大气中，这样一方面造成了大量的能量散失，另一方面给目前严重的温室效应带来更大的压力。

因此，若能将柴油机尾气中的这部分能量回收利用起来，并且将柴油机尾气颗粒进行处理，使排出的尾气达到国家PM2.5的要求，一定能够带来可观的经济效益，能为我国建立“资源节约型，环境友好型”社会做出贡献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于斯特林发电机的尾气余热发电及尾气净化系统。该系统能够很好的利用柴油机的尾气余热进行发电，有效的处理尾气颗粒，从而减少能量损耗，使尾气排放达到PM2.5标准。本发明通过以下技术方案实现。

基于斯特林发电机的尾气余热发电及尾气净化系统，包括相连接的尾气排放净化单元和尾气余热发电单元；尾气排放净化单元包括顺次连接的第一尾气管、单向气门、二次燃烧及换热装置和第二尾气管；尾气余热发电单元包括斯特林发电机、散热器、冷热气体交换器、稳压适配器和斯特林发电机热腔管；斯特林发电机热腔管从二次燃烧及换热装置管道中央通过，一端接冷热气体交换器，另一端接斯特林发电机热腔；斯特林发电机的冷腔直接接到散热器上，散热器与冷热气体交换器的另一端相连；斯特林发电机电源输出端连接到稳压适配器上。通过稳压，为二次燃烧装置的螺旋形电阻丝供电及普通用电。大型船舶柴油机的尾气经过单向气门进入二次燃烧及换热装置中为斯特林发电机的热腔管加热，斯特林发电机转动发电，经适配器稳压后用于二次燃烧装置螺旋形电阻丝加热和普通用电，二次燃烧装置中的螺旋形电阻丝发热燃烧掉尾气中的固体颗粒，从而使尾气的排放标准符合国家新定标准PM2.5，同时螺旋形电阻丝发热又为斯特林发电机的热管腔加热，从而提高尾气余热利用率。

进一步改进的，所述单向气门包括壳体、弹簧、阀瓣、止回阀和密封垫圈；壳体中空，弹簧顶紧阀瓣，阀瓣顶紧止回阀，止回阀与壳体之间通过密封垫圈密封，单向气门开启压力<=1000Pa。

进一步改进的，所述斯特林发电机内采用密闭形式的高压He气，安全可靠。

进一步改进的，所述散热器采用水冷，包括出水口、密封圈、第一出气口、第一进气口、铜管束、进水口、散热器壳体和铜箍；进水口、铜管束与散热器壳体通过法兰固定在一起，铜管束深入到散热器壳体内部，铜管束另一端的尾部由铜箍束缚并在铜箍上打有并列的三个凹槽，三个密封圈放入三个凹槽中，密封圈与散热器壳体内壁过盈配合，从而实现水汽分离；冷却水流经进水口、铜管束、出水口流出散热器；斯特林发电机内部气体由第一进气口进入散热器壳体内壁，环绕铜管流动，由第一出气口排入冷热气体交换器。

进一步改进的，所述二次燃烧及换热装置包括壳体、斯特林发电机热腔管、螺旋形电阻丝及托架、冷热气交换、第二进气口和第二出气口；所述螺旋形电阻丝嵌套在带有凹槽的托架内，托架固定在壳体内，所述壳体上有两个小孔，螺旋形电阻丝两端接线穿过上述小孔与外界相连引入电流；斯特林发电机热管从二次燃烧及换热装置螺旋形电阻丝的中央通过，螺旋形电阻丝发热除了燃烧尾气中的固体颗粒，同时也为斯特林发电机的热管腔加热，实现能量的循环利用。

进一步改进的，所述托架呈倒“7”型。所述二次燃烧及换热装置的壳体为空心圆柱形，且在壳体内的同一圆周上设有三个托架，壳体同一母线上并排7个托架。

上述基于斯特林发电机的尾气余热发电及尾气净化系统中，所述的单向气门选取小开启压力的单向气门，防止产生背压，只允许尾气顺流，避免尾气回流，是通入二次燃烧及换热装置的过渡环节。