[实用新型]工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统

说明书

技术领域：本发明涉及利用工业锅炉燃烧时回收烟气余热产生电能的领域。具体指利用热声发电技术实现将锅炉燃烧时烟气余热转化成电能的系统设计。

背景技术：

工业锅炉通过消耗能源生产蒸汽或热水等二次能源，再通过热力管网将它们输送到各用热设备。在我国工业锅炉对能源的消耗总量占能源总消耗量的三分之一以上，是耗能最多的设备之一。工业锅炉在运行过程中产生大量烟气余热，现多采用热管式热水器、热管式空气预热器和热管式省煤器等方法进行烟气余热回收，但仍有大量烟气余热作为废弃余热排放到大气中，不仅污染环境，而且造成能源浪费。若能将排放到大气中的烟气余热转化为电能，不仅实现环保，而且提高锅炉系统的能源综合利用率。但是作为热电技术的热源，烟气余热具有温度低、热源变化率大等特点，属于低品质热源，传统的热电技术很难将其转化为电能。

热声发电技术可利用低品质热源，具有热源适应性好、结构简单、使用寿命长，安全可靠等潜在优点，因此成为一种新兴的能源利用方式。但是现有热声发电技术主要应用在太阳能发电领域，自激荡起振温度高，起振难的不足已经成为制约热声发电技术应用的瓶颈。另外现有热声发电技术采用固定谐振管结构，系统运行时谐振管耗散大量声功，这种固定谐振管结构使行波型热声发动机子系统和永磁直线发电子系统谐振运行的频宽范围非常有限。当热声发电系统不能谐振运行时，永磁直线发电机子系统捕获声功的能力迅速减小，严重影响整个系统输出电功的能力。工业锅炉燃烧时的烟气余热是低品质热源，外界气候或是燃料质量及燃烧条件发生变化时，都会使热源温度发生变化，热声发电系统工作介质运行的频宽范围特别大，这与固定谐振管谐振频率的频宽有限相矛盾。再有热声发电技术中热接收器的也是设计难点，它是实现捕获低品质热源热能的关键，但是将热声发电技术应用到工业锅炉烟气余热领域的研究尚属空白，现有的太阳能热采集器设计结构不能直接应用于工业锅炉烟气余热行波型热声发电系统里。由于热声发电系统工作介质波动运行的方式，永磁直线发电机产生交变的电能，现有热声发电系统采用变电阻测量输出电功能力的方法不能直接产生供生产生活使用的稳定电能。

发明内容：

发明目的：本发明结合工业锅炉燃烧子系统结构及烟气流程和汽水流程，设计专门应用于工业锅炉燃烧时回收烟气余热的工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统，其目的是解决以往所存在的问题，其输出供生产和生活直接使用的稳定电能，同时提高工业锅炉燃烧子系统能源综合利用率。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统，其特征在于：包括工业锅炉燃烧子系统、行波型热声发动机子系统、永磁直线发电机子系统和电能储备子系统，工业锅炉燃烧子系统连接行波型热声发动机子系统，行波型热声发动机子系统连接永磁直线发电机子系统，永磁直线发电机子系统连接电能储备子系统。

工业锅炉燃烧子系统包括设置在炉膛下端的炉排和设置在炉膛上端的汽包或锅筒，在炉膛内还设置有内置水介质的水冷壁管，炉膛与锅炉烟道连通，在锅炉烟道内设置有与汽包或锅筒连通的省煤器；汽包或锅筒通过管路连接终端用户。

行波型热声发动机子系统主要由热采集器、主冷却器、声学自适应调谐管、声学反馈管、副冷却器、回热器和热缓冲管，热采集器设置在声学反馈管上，热采集器的上方为回热器和主冷却器，热采集器的下方为热缓冲管和副冷却器，热采集器耦合进锅炉烟道内，主冷却器外围固定水冷管，水冷管的一端连接至终端用户的冷凝水或低温循环水回水出水管，另一端连接至锅炉烟道内的省煤器。

冷凝水或低温循环水回水出水管通过锅炉循环泵连接水冷管；热采集器采用机翼形阵列式。

声学反馈管上还设置有具有活塞可移动的声学自适应调谐管谐振结构，在声学自适应调谐管谐振结构内设置有位移可变的活塞组件。

声学反馈管为圆角矩形结构。

永磁直线发电机子系统包括捕获声功的活塞、弹簧谐振机构、定子绕组、轻质连杆、永磁体、定子轭和发电机外壳；活塞和弹簧谐振机构设置在轻质连杆的两端，活塞活动的设置在声学反馈管内，弹簧谐振机构、定子绕组、永磁体和定子轭设置在发电机外壳内，永磁体设置在轻质连杆上，定子绕组安装在定子轭上，定子绕组与永磁体对应。

电能储备子系统包括整流设备和蓄电池，整流设备连接定子绕组和蓄电池。

整流设备采用二级管串联滑动变阻器并联电感和电容的结构。

声学自适应调谐管谐振结构设计及实现步骤如下：