[发明专利]一种利用热电材料实现工业过程废热发电的新技术

说明书

技术领域

本发明专利属于热电材料在热加工行业应用的领域。

背景技术

在工业过程如钢铁、陶瓷、有色、玻璃、水泥等生产过程中会产生大量的废热，废热发电是近年来出现的一种废热利用的新技术，其主要工艺为利用余热锅炉将废热的热能转化为蒸汽的机械能，再利用汽轮机将蒸汽的机械能转化为电能，该技术的主要实用范围为大规模、中高温的余热利用，而对于象中低温烟气余热(150～400℃)、加热物料的显热、炉壁散热、冷却物料或废弃物的冷却水中的余热，上述的从热能→机械能→电能的两步法，出于技术或成本的原因很难应用。

专利“水泥窑纯中低温余热发电系统”(专利申请号：200510049635.1)介绍了一种水泥窑使用的纯中低温余热发电系统，其基本原理仍是采用废热-蒸汽-电能的两步法。通过一些改进措施提高余热发电能力。

专利“水泥窑纯中低温余热发电系统”(专利申请号200720038566.9)本实用新型介绍了一种水泥窑纯中低温余热发电系统，采用是同上的两步法，包创新点为从窑尾锅炉过热器出来的蒸汽和从窑头锅炉过热器出来的蒸汽是先混合再进一步加热，混合前蒸汽温度接近或相同，因此减少或避免了熵增现象，汽轮机进口过热蒸汽的温度和流量也得到了提高，从而增加发电能力。

专利”炼钢烧结环冷机中低温余热发电系统”(专利申请号：200710065858.6)介绍了一种应用钢铁厂自产的煤气和烧结环冷机废气余热发电的系统。其特点为在一级过热器之后设置有补燃式二级过热器，将余热最大限度地转化成为电能，余热发电能力与现有的烧结环冷机纯中低温饱和蒸汽余热发电技术相比提高50％以上，并改善了排放对环境的影响。

专利“炼铁生产过程伴生能源的整体梯级回收系统”(专利申请号200910155008.4)介绍了一种在炼铁生产过程伴生能源的整体梯级回收系统，包括：包含燃气轮机的高炉煤气燃机发电系统和包含双压余热锅炉的余热回收发电系统；还包括烧结烟气回收系统和冷却热废气回收系统。将烧结工艺显热和炼铁过程伴生的低热值高炉煤气进行整体回收，并且梯级利用，形成完整的、能稳定运行的中低温余热、低热值高炉煤气高效综合利用系统。

以上的专利虽然都是以中低温烟气的余热回收作为目标，但是其技术路线均是热能-机械能-电能的两步法，所做的工作主要是通过设备和工艺改进，产生更大量、更高温度的蒸汽，但由于“两步法”在热能和电能之间多了一个机械能的环节，降低了余热利用的效率。其二由于目前的余热转化为在蒸汽的过程均是以水为工质，所以烟气的温度范围受到很大影响，400℃以下的烟气由于无法直接得到饱和蒸汽，经济不可行限制了该技术的应用。所以在400℃以下的烟气余热回收基本还是个空白。而对于分布在加热物料的显热、炉壁散热、冷却物料或废弃物的冷却水中的余热等有限空间处的废热，由于采用汽轮机余热发电要求较大空间，所以采用“一步法”几乎不可能。

针对这一情况，本专利开发了一种利用热电材料将工业过程中废热直接转化为电能的“一步法”余热发电技术，可将低温烟气余热、加热物料的显热、冷却物料或废弃物的冷却水中的余热等，以往“两步法”无法回收的废热转化为电能，生成的电能配置新能源在线调控系统，变间歇发电为连续稳定输出供电，可就地使用，也可以通过压缩空气储能的办法实现电能送到需要的地方，摆脱了上网输送的限制，实现了废热是最好的新能源，同时也解决了以往新能源发电由于不能上网而导致“窝电”等浪费电能的问题。

发明内容

本发明专利的目的就是将以往将以往常用常规余热发电技术无法利用的中低温废热烟气等废热，通过热电材料转化为电能，实现废热利用。

本发明专利的目的可以通过如下的技术方案实现：

步骤一：首先根据废热点的温度范围选择合适材质的热电材料晶片。热电材料材质选择主要根据废热的温度，可以在如下的五种典型热电材料中选取，主要包括：

(1)BiTe：0～300℃；

(2)MgSi：200～500℃；

(3)ZnSb：250～500℃；

(4)方钴矿：300～650℃；

(5)氧化物类：250～1000℃。

气体废热：主要为各类中低温烟气废热，如轧钢加热炉、陶瓷窑、玻璃窑等的烟气，温度范围：150～400℃。

固体废热：主要为加热物料在输送过程中的高温辐射显热，温度范围：～1000℃，炉子壁面的散热：20～100℃。

液体废热：物料冷却后的废水中的废热，如高炉冲渣水等，温度范围：20～80℃。