螺旋式消烟发电排烟装置的制作方法

文档序号:25992852发布日期:2021-07-23 21:05阅读:160来源:国知局
螺旋式消烟发电排烟装置的制作方法

本申请是专利申请号为2019102738592、名称为“自助式消烟发电排烟装置”的分案申请,本发明是涉及一种烟气排放设备。



背景技术:

化工厂、电厂等生产型企业通常具有排放烟或雾的烟囱,这是使用燃煤、燃气、燃油或其它燃料的窑炉必备的装置。随着社会的进步和公众环保意识的增强,烟囱排放的黑烟或白烟成了污染的代名词,即使烟囱上安装了监测烟尘和二氧化硫、氮化物的仪器,在线监测结果达到《大气污染物排放标准》,并得到环保部门的许可,但公众仍将之视为雾霾的主要祸首之一,企业因此饱受诟病。

另一方面,排放的白烟中水汽处于饱和状态,随意排放也浪费了宝贵的水资源。据计算,国内随烟囱排出的水汽总量超过数亿吨。虽然这些水汽量和自然界排出的水汽量相比微不足道,但在温度低、气压低时,是形成团雾或局部雾霾的帮凶,一些地方出台了治理烟囱白烟的规定,要求烟囱限期脱“白”。

目前,国内外消除烟囱白烟方法通常采用加热白烟,抬高其温度,降低其相对湿度,达到一定高温低湿度后,高温热气远离湿焓线饱和区,即使环境温度很低高温热气在排出烟囱后再不会凝成白烟。但当环境温度极低时,如低于-10℃,即使加热至85℃,仍能看白烟,需加热至120℃以上,才能看不到白烟,这就需要消耗更多的热能,缺乏经济价值和环保价值。

专利申请号为2011102927526的一种利用风机排烟的发电系统,包括排烟风机、风机出口管、软联结、净气排放烟囱基础、净气排放烟囱、锥形联结管、风力发电机机舱、风力发电机、引风管和引风阀;所述风力发电机外设有风力发电机机舱,风力发电机机舱通过锥形联结管与净气排放烟囱上端相连,净气排放烟囱下端设于净气排放烟囱基础上;净气排放烟囱与排烟风机通过风机出口管相连,风机出口管上设有软联结;所述净气排放烟囱的负压端设有引风管,引风管上设有引风阀。该发明结构部件过多,故障率较高,且需要引风风机消耗额外能源。



技术实现要素:

提供一种利用烟气自身含有的热能,既能自动运行又能利用其热能发电,效率更高的螺旋式消烟发电排气装置。

技术方案:

本发明的螺旋式消烟发电排气装置,按照烟气流程,依次具有水平的布气总管、垂直的布气支管、吸风筒、垂直风叶(即风叶的转轴为铅垂设置)发电输电系统。

布气总管的外围具有竖直设置的悬空风筒,悬空风筒的底部为敞口(优选敞口的高度为风筒直径的1/10-1/3,使得冷空气进入的量与烟气的量吻合,而且,冷空气进入形成扁平通路,具有较快的流动速度,较小的流动噪音),供冷空气进入;悬空风筒的上部与吸风筒相连接;悬空风筒的内部容纳垂直热交换管路;悬空风筒支撑在混凝土、金属或非金属支架上的竖直筒状物,由金属材料或非金属材料制成。

上述原理是:烟气既是热媒,又是动力源,为吸风筒产生烟囱效应提供动力,被吸入的空气既是冷媒,被加热后又成为新的动力源,在烟囱效应的作用上,在吸风筒中成为恒速上升的热气流吹动风叶发电,为此烟气和空气按照流程,依次具有水平布气总管、垂直布气支管、悬空吸风筒及基础,垂直风叶发电系统;

布气总管的外围具有竖直设置的悬空吸风筒,吸风筒的底部为敞口时,供冷空气进入;布气支管中烟气与支管外的空气进行热交换,烟气降温冷凝,同时空气被加热,密度降低,吸风筒内外的空气在密度差的作用上产生烟囱效应,被加热空气在烟囱效应的作用下形成恒速上升热气流。热气流在垂直布气支管顶部排出的已降温冷凝的烟气(温度仍高于热气流)相混合,混合气湿度下降,湿度下降后不再具备成烟条件,混合气继续上升,吹动垂直风叶发电系统风叶旋转,带动发电机发电。悬空风筒的内部容纳的水平布气总管和垂直布气支管,既是热交换设备,也是吸风筒的心脏——发动机。

垂直热交换管路为多支平行设置的布气支管,每支布气支管的直径小于水平烟道的直径;布气支管之间具有空冷空间,供冷空气进入,与布气支管内的烟气进行热交换。

布气总管供热烟气从一端流入,布气总管优选为由外而内旋转的螺旋线形状水平烟道(使得烟气跟随下述风叶旋转方向旋转后,从布气支管依次排出,排出的上升气流能够加上风叶的旋转惯性,而且由外而内的烟气主要加载在外围叶片上,使得叶片旋转惯性和旋转力量更大),烟道的上侧壁具有多只开孔,每个开孔处垂直连接一支布气支管(布气支管的长度可以由长至短依次变化,外围的气流出口较高更接近风叶,方向更垂直,内侧的气流出口较矮距离风叶较远,方向可变向外围扩散,使得大部分气流从较大的旋转半径出向上排出,气流的动力充分利用,而不会从风叶中间部位排出不能有效驱动风叶旋转浪费动力),供热烟气由水平流动改变为向上分流。

布气总管的另一端联通有冷凝水收集管路,当热烟气在布气支管中向上流动时与支管之间的冷空气进行热交换,热烟气中的部分水蒸气被冷却,形成冷凝水,向下流滴到冷凝水收集管路,从而减少烟气排入大气的水分。

冷空气被加热后,在悬空风筒的烟囱效应作用下,向上流动,布气支管中的烟气流出后,与被热交换所预热了的冷空气一起向上流动,形成恒速向上的热气流。本发明组合悬空风筒和敞式热交换吸风筒,利用低品位余热废热产生该效应),从下方进入吸风筒,催动风机的叶片转动,驱动发电输电系统,将风能转化为电能输送出去。

工作时,温度40℃以上的烟气进入水平烟道后,分流到竖直的布气支管内,排烟在向上流动的过程中,与支管外的环境空气进行热交换,排气温度下降。所含水蒸汽部分凝结成水,放出潜热,凝结水沿管壁向下流淌,最终流至布气总管,凝结流到冷凝水收集管路,使得烟气中排出的水汽量明显减小。与此同时,环境空气从悬空风筒底部的敞口进入,被烟气加热,温度上升,相对湿度下降,热空气在悬空风筒中形成上升热气流,从而环境空气被吸风筒源源不断地吸入,上升的热气流与从热交换管(布气支管)顶部出来的被充分冷却冷凝的排放烟气相混合,混合气相对湿度下降,不再有肉眼可见的白气。

吸风筒里面的风叶旋转,混合气继续向上,从吸风筒上方的开口处流出,风叶旋转驱动发电输电系统产生电能。优选第一组风叶后还有第二道垂直发电风叶,热气流吹过第一组风叶后继续向上,稳流后又吹过第二道风叶旋转产生更多的电能。

悬空风筒的当量直径因排气量而异,直径可为1-50米,风筒高度小至1米,大至数百米,优选风筒高度20-50米。

吸风筒一开始以低品位余热废热为动力,然后可以在上升气流的天塔效应作用下,自动旋转吸风。布气总管由金属或非金属制成,当量直径0.1-10米,长5-50米,带有众多布气支管接口和竖直换热管接口;布气支管从布气总管的支管接口上接出,由金属或非金属材料制成,当量直径0.05-0.5米,长1-50米,配有换热管接口,由金属或石墨等导热材料制成的光管、翅片管或螺旋管等。

发电输电系统利用竖直方向的气流吹动风叶旋转,带动发电机发电。由变电器、发电机支座、发电机、垂直风叶等部分组成。

有益效果:

本发明使得烟气排放的同时自动实现热交换,将烟气中富余的水汽先行凝结下来流出,排放的烟气中水汽含量低,不会出现白烟现象。而且烟气中隐含的热能能够转化为电能,实现余热利用;且转换过程基本无需额外动力,装置结构简单。通过合理的管路排放量的计算设计,可以按需确定烟气流量和发电电量,叶片旋转惯性更大,发电效率更高地利用。

附图说明

图1是本发明的一种铅垂剖面结构示意图;

图2是本发明的一种局部的俯视结构示意图。

图中,1-布气总管;2-冷凝水管路;3-布气支管;4-悬空风筒;5-风筒支座;6-敞口;7-吸风筒;8-发电输电系统;13-支管开口处。

具体实施方式

如图1所示的螺旋式消烟发电排气装置,按照烟气流程,依次具有布气总管、多支布气支管(高度逐步缩短)、吸风筒、发电输电系统。

图2揭示了本发明的布气总管特殊的螺旋结构,其上具有多个跟随旋转的支管开口处。

布气总管的外围具有竖直设置的悬空风筒,悬空风筒的底部为敞口,其高度为直径的1/5;悬空风筒的上部与吸风筒相连接;悬空风筒的内部容纳垂直热交换管路;悬空风筒支撑在混凝土的竖直筒状物,由金属材料制成。

垂直热交换管路为多支平行设置的布气支管,每支布气支管的直径小于水平烟道的直径;布气支管之间具有空冷空间,供冷空气进入,与布气支管内的烟气进行热交换。

布气总管供热烟气从一端流入,水平烟道上侧壁具有多只开孔,每个开孔处垂直连接一支布气支管,供热烟气由水平流动改变为向上分流。布气总管的另一端联通有冷凝水收集管路,当热烟气在布气支管中向上流动时与支管之间的冷空气进行热交换,热烟气中的部分水蒸气被冷却,形成冷凝水,向下流滴到冷凝水收集管路。

当环境空气温度为20℃,相对湿度50%时,敞式热交换吸风筒将悬空风筒内的空气由进口20℃加热至30℃时,相对湿度下降至27%,空气密度由1.204kg/m3下降至1.158kg/m3。悬空风筒内、外空气的密度差异导致悬空风筒底部敞口(即空气入口)处产生压差。如悬空风筒高10米,则压差δp=(1.204-1.158)*9.81*10=4.51pa,风筒外压力高,风筒内压力底,环境空气从悬空风筒底部敞品处被挤入风筒,按计算,进风速度约为3m/s。悬空风筒高度越高,风速将按比例增加。被挤入的空气竖直向上流动,进行热交换,与排气混合,吹动风机旋转,最后从悬空风筒顶部排出,当温度较低,湿度也低时,肉眼再看不到烟雾。

按理论计算,某热电厂锅炉烟气脱硫后排放流量300000m3/h,烟气温度50℃,湿度100%。送入换热面积15000m2的敞式热交换吸风筒,当悬空风筒直径25m,高30m时,按气温25℃,环境湿度50%计算,布气总管底部将排出凝结水1000kg/h,塔顶风速达4m/s,推动风叶以60rpm转速旋转,每套垂直风叶发电系统功率80kw。从塔顶排出的混合气温度为32℃,相对湿度65%,排气量6000000m3/h。

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