[发明专利]一种以工业废气为热源的碱金属热电直接转换装置

说明书

技术领域：

本发明的名称是一种以工业废气为热源的碱金属热电直接转换装置，属能源动力工程领域。

背景技术：

随着经济的快速发展，电力供应日趋紧张以及工业废气排放与环境保护的矛盾日益突出。面对这一系列问题，利用工业废气中的可燃气体(简称燃气)如焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等发电，已经成为解决这些问题的较好途径之一。目前利用燃气发电一般有三种方式：蒸汽轮机发电、燃气轮机发电和内燃机发电。蒸汽轮机发电是燃气与空气在燃烧器内燃烧，燃烧产生蒸汽做功发电。蒸汽轮机发电技术成熟，并且可以利用各种热值、压力的燃气；但工艺复杂，建设周期比较长，效率较低，单机功率较大，适合建立大规模的专业发电站。燃气轮机发电则是用空气和燃料通过燃气轮机转变为机械能，然后带动发电机发电。燃气轮机发电的优点是技术成熟、燃机运行效率较高、建设工期短、投资少。但是，采用该法需设置增压系统，噪声大，大修周期短，同时，燃机余热带走热能较大，热能损失大。内燃机发电是用燃气直接燃烧驱动燃气轮机进行发电，其效率大大超过了蒸汽轮机和燃气轮机，且该种发电方式单机功率相对小，建站灵活，为目前国内燃气发电采用的主要方式。

上述三种发电方式均为动态发电，即先将热能转换为机械能再转换为电能。而静态发电则是将热能直接转换为电能。一般来说，在整个能量流动中，转换环节越多，转换链条越长，能量的损失将呈几何级增长，并大大增加整个系统的运作成本和不稳定性。从这一点来看，静态发电与动态发电相比，可能具有更好的经济性和稳定性。另一方面，由于动态发电带有运动部件，磨损，噪音，维护等问题不可避免。此外，目前传统的动态发电为了获得更好的经济效益，装机容量比较大，因此投资成本较高，回收期较长，经济性不佳。于是，利用无运动部件、无声且无需维护的热电直接转换器来进行发电，即静态发电，可成为燃气发电的一种新途径。

碱金属热电转换器作为热电直接转换技术的一种，是以β″氧化铝固体电解质为离子选择性渗透膜，以液态或气态碱金属为循环工质的高效面积型热电直接转换装置。碱金属热电转换器具有许多优势，如高效率(20～40％)，高能流密度(可达0.5kW/kg)，无运动部件，无噪音，无需维护，可靠性好，可模块化组合，适应多种热源(包括核能、太阳能、燃烧产生的热能等)。特别是碱金属热电转换器发电功率较小(一般为5～50kW)，可模块化组合，能量转换效率与装置容量无关的优势使得碱金属热电转换器有着广阔的应用前景，不但可以应用于空间电源、深海动力电源，野外作业用电源，也可用于太阳能发电、余热发电、混合电力汽车等。

基于以上现状和思想，提出采用碱金属热电转换器将工业废气中的可燃气体燃烧产生的热能直接转换为电能，即一种以工业废气为热源的碱金属热电直接转换装置。

发明内容：

本发明提供一种以工业废气为热源的碱金属热电直接转换装置。本装置主要包括燃烧器、燃烧室壁面、热管、碱金属热电转换器模块、空气预热通道、燃气预热通道、烟道。本系统一方面可实现工业废气发电的要求，另一方面可减少环境污染。同时，本装置采用碱金属热电转换器实现热能与电能的直接转换，其发电效率与装置容量无关，因此具有发电效率高，成本低，投资回收期短等优点。

本发明通过以下技术方案实现：

一种以工业废气为热源的碱金属热电直接转换装置由燃烧器1、燃烧室壁面2、燃烧室壁面热管蒸发段3、燃烧室肩部热管蒸发段4、燃烧室壁面热管冷凝段5、燃烧室肩部热管冷凝段6、内侧碱金属热电转换器模块7、外侧碱金属热电转换器模块8、空气预热入口9、空气预热通道10、空气预热出口11、燃气预热入口12、燃气预热通道13、燃气预热出口14、烟道15组成；其特征在于：燃烧室壁面2内侧设有均匀分布的燃烧室壁面热管蒸发段3，在燃烧室内靠近肩部处设有位于同一平面内呈辐射状的燃烧室肩部热管蒸发段4；在燃烧室肩部外侧设有燃烧室壁面热管冷凝段5和燃烧室肩部热管冷凝段6，且每三根燃烧室壁面热管冷凝段5间隔布置一根燃烧室肩部热管冷凝段6；在燃烧室壁面热管冷凝段5和燃烧室肩部热管冷凝段6内、外侧分别装有内侧碱金属热电转换器模块7和外侧碱金属热电转换器模块8；热管内表面设有高毛细力、低流动阻力的毛细芯，并灌装有传热介质钠。