[发明专利]干法水泥回转窑表面余热发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种干法水泥生产线回转窑低温余热利用技术，更具体的说，它是一种利用干法水泥回转窑表面余热的热电转换方法和装置，是以工业余热利用发电为目标的新能源开发利用技术领域。

背景技术

世界水泥产量的一半出自中国，水泥制造是一种典型的高能耗、高物耗、高污染的行业，干法水泥生产过程中，回转窑的表面有大量余热常年连续向外散发，表面温度通常不低于150℃，为保证窑体不因过热而损坏需要进行降温冷却，水泥回转窑表面余热不但白白浪费，而且降温过程还需消耗能量。

目前干法水泥生产线，通过余热锅炉回收水泥回转窑窑头篦冷机废气余热和回转窑尾气的余热进行发电的技术已经非常成熟，但利用水泥回转窑表面余热进行发电的技术尚未见到相关报道。

发明内容

本发明克服了现有发电技术的不足之处，提供了一种可随水泥回转窑一起旋转，利用干法水泥回转窑表面余热发电的方法和装置，解决了回转窑表面余热资源的利用难题，将热能直接转化为电能，是一种低品位余热的高效利用方式，具有节能、结构简单、坚固耐用、清洁、无泄露、无噪声、使用寿命长等优点。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：干法水泥回转窑表面余热发电系统，包括有水泥回转窑，在所述水泥回转窑外表面依次布置有集热器、半导体温差发电模块、散热器，呈层状结构排布，随水泥回转窑一起旋转，垂直于烟气(物料)流动方向呈圆周状分布；所述集热器位于内层，布置于水泥回转窑外表面；所述半导体温差发电模块位于中间层，即处于集热器和散热器之间；散热器位于半导体温差发电模块的冷端一侧，负责将热量传递至环境；集热器与半导体温差发电模块的热端接触，集热器与半导体温差发电模块、半导体温差发电模块与散热器之间粘贴在一起。所述粘贴材料可以是导热胶、导热性银浆或锡浆、合金焊料等。

通过集热器收集水泥回转窑外表面的余热，并将收集的热量传递到温差发电模块热端；散热器布置在半导体温差发电模块外侧的冷端，由于温差发电模块的热端温度接近于回转窑表面温度，而冷端温度接近于环境温度，因此冷端温度低于热端温度，从而在半导体温差发电模块的热冷两端形成温度差，半导体温差发电模块在塞贝克效应作用下形成电动势；并通过滑环、电刷将旋转机构产生的电能转换为固定方式输出，解决了由于水泥回转窑不停旋转产生的缠线问题，经后续电路处理，产生直流/交流电供负载使用。

所述半导体温差发电模块的冷端一侧面上设有电绝缘体，所述半导体温差发电模块的热端一侧面上设有导电体，在导电体和电绝缘体中间连接有PN型半导体，所述导电体两端连接到电源极。

所述半导体温差发电模块依次与滑环、电刷电连接，电刷依次连接到DC/DC变换器和DC/AC逆变器并构成回路，在DC/DC变换器上连接有直流负载，在DC/AC逆变器上连接有交流负载。基于水泥回转窑不停旋转的特性，需通过滑环、电刷结构实现旋转机构向固定装置的电能输出；温差发电模块产生的电能经滑环、电刷输出后，连接DC/DC变换器和DC/AC逆变器，实现直流/交流供电，供直流或交流负载使用。

水泥回转窑沿窑长方向采用梯级设置。水泥回转窑沿窑长方向的不同位置不同反应段不同窑体外表面温度而采用梯级设置。即根据不同的水泥回转窑表面温度设置不同参数的集热器，以产生不同的温差发电模块热端温度。

所述干法水泥回转窑表面余热发电系统的特征之一是沿干法水泥回转窑烟气流动方向不同反应段，依据不同的窑体表面温度而采用梯级利用，即将整个回转窑沿烟气流动方向划分为n段，每段布置m组温差发电模块，根据不同回转窑表面温度而设置不同参数的集热器，以产生不同的温差发电模块热端温度，在确保半导体温差发电模块工作温度不超出其安全工作温度的前提下，通过优化分析尽可能提高发电模块热端温度，即提高温差发电模块热冷端面温差，从而提高发电效率。根据窑体表面温度，可以分段选择工作温度不同的半导体温差发电模块，不同的工作温度其半导体材料也不同。

所述半导体温差发电模块采用主要是铋、锑、硒、碲组成的固溶体。依据水泥旋转窑不同的表面温度，分段粘贴不同工作温度的半导体温差发电模块。

更进一步的是：半导体工作温度与水泥旋转窑不同表面作温度匹配时，半导体发电模块可以直接粘贴于水泥旋转窑表面，从而省去热端集热器。

所述水泥回转窑沿烟气流动方向划分为n段，每段布置有m组温差发电模块，上下游各温差发电模块之间产生的电能为单独输出或几个乃至全部模块以串联和/或并联互相连接。温差发电模块上下游各段之间可以单独输出电能，也可以几个乃至全部模块以串联和/或并联互相连通，以满足不同的需求。