一种用于小型垃圾焚烧炉余热发电系统的热交换炉的制作方法

本实用新型涉及余热发电领域，具体涉及一种用于小型垃圾焚烧炉余热发电系统的热交换炉。

背景技术：

小型垃圾焚烧炉主要用于一些特殊场合，如农村垃圾处理、实验固废处理等等。此类小型垃圾焚烧炉的作用主要是为了充分将垃圾燃烧处理，此过程中小型垃圾焚烧炉产生的热能仅仅通过余热锅炉烧水进行利用，余热利用效率不高。而采用斯特林发动机用在小型垃圾焚烧炉进行热能到机械能再到电能的转换，构成余热发电系统，是一种能量利用率较高的措施。

而要把小型垃圾焚烧炉排出的高温烟气的热量有效传导到斯特林发动机的热端，就必须设计一种装置来连接小型垃圾焚烧炉和斯特林发动机，以保证垃圾焚烧炉的高温烟气的合理流通、斯特林发动机热端吸收烟气的热能和减少高温烟气的热量散失。此外小型垃圾焚烧炉的密闭结构也不允许将斯特林发动机热端直接插入焚烧炉中，因此设计一种热交换炉来连接小型垃圾焚烧炉和斯特林发动机热端具有很现实的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为解决上述小型垃圾焚烧炉烟气余热未能高效利用的问题，提供一种用于小型垃圾焚烧炉余热发电系统的热交换炉。

本实用新型通过如下技术方案实现：

一种用于小型垃圾焚烧炉余热发电系统的热交换炉，所述小型垃圾焚烧炉余热发电系统包括一次燃烧系统、二次燃烧系统、尾气处理装置、斯特林发动机，所述一次燃烧系统的出气口连接所述二次燃烧系统的进气口；所述二次燃烧系统的出气口连接所述热交换炉的进气口；所述热交换炉的出气口连接尾气处理装置的进气口，所述的热交换炉由外向内依次包括：圆筒形外层钢板、保温层、耐火层、螺旋式烟气管道，所述螺旋式烟气管道内壁设置有用于传热和连接斯特林发动机的热端的内衬。高温烟气由垃圾焚烧系统通过热交换炉向斯特林发动机热端传导热量，实现高温烟气热量的有效利用。

进一步地，所述螺旋式烟气管道的两端设置有进气管道和出气管道。

进一步地，所述螺旋式烟气管道的两端分别通过圆弧型接头连接进气管道和出气管道。

进一步地，所述的圆弧型接头采用加厚处理加厚处理的目的是更好地弥补高温烟气对接头部分的冲刷磨损，延长装置寿命。

进一步地，所述的圆弧型接头的厚度与圆弧型接头内部烟气流速成正比。

进一步地，所述的内衬的材料为碳素纤维材料或聚四氟乙烯材料，内衬既起到连接作用，同时作为高温烟气与烟气管道的接触层，具有防腐蚀、耐冲刷的作用。

进一步地，所述的保温层的材料为酚醛树脂发泡材料或复合硅酸盐保温材料，热阻系数大，具有减少热量向外层钢板扩散的保温作用。

进一步地，所述的耐火层的材料为硅质耐火材料，具有熔点高，高温下几乎不发生热变形，具有支撑烟气管道的作用。

进一步地，所述外层钢板的壁厚为炉身水平最大宽度的1.5~3%，既能保证足够的强度，同时减少重量和成本。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

1.本实用新型的热交换炉，应用于小型垃圾焚烧炉的余热发电项目，充分利用小型垃圾焚烧炉产生的热量，提高能源利用效率，实现节能减排的目的。

2. 热交换炉结构简单，加工方便，能够实现高温烟气与斯特林发动机热端之间的热交换，具有较高的热交换效率，可以充分利用小型垃圾焚烧炉产生的热量，实现能源的回收和利用。

附图说明

图1为本实用新型实施例中小型垃圾焚烧炉余热发电系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中热交换炉的三维结构剖视示意图。

图3为本实用新型实施例中热交换炉内部与斯特林发动机相连接的示意图。

图4为本实用新型实施例中热交换炉的纵向剖视示意图。

图中所示：1-一次燃烧系统；2-次燃烧系统；3-热交换炉；4-斯特林发动机；5-发电机；6-交直交变流电路；7-变压器；8-尾气处理装置；9-内衬，10-耐火层，11-保温层，12-外层钢板，13-螺旋式烟气管道，14-斯特林发动机热端，15-圆弧型接头，16-出气管道，17-进气管道。

具体实施方式

为了使本实用新型更加清楚明白，以下将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种用于小型垃圾焚烧炉余热发电系统的热交换炉，所述小型垃圾焚烧炉余热发电系统包括一次燃烧系统1、二次燃烧系统2、热交换炉3、斯特林发动机4、发电机5、交直交变流电路6、变压器7和尾气处理装置8；所述一次燃烧系统1的出气口连接所述二次燃烧系统2的进气口；所述二次燃烧系统2的出气口连接所述热交换炉3的进气口；所述热交换炉3的出气口连接尾气处理装置8的进气口，所述热交换炉3的内衬连接斯特林发动机4的热端；所述斯特林发动机4的飞轮连接发电机5，所述发电机5的母线连接交直交变流电路6的输入端，所述交直交变流电路6输出端连接变压器7。

如图2至图4所示，所述的热交换炉3由外向内依次包括：圆筒形外层钢板12、保温层11、耐火层10、螺旋式烟气管道13，所述螺旋式烟气管道13内壁设置有用于传热和连接斯特林发动机4的热端的内衬9。余热发电系统正常工作时，高温烟气由垃圾焚烧系统通过热交换炉向斯特林发动机热端传导热量，实现高温烟气热量的有效利用。

所述螺旋式烟气管道的两端分别通过圆弧型接头15连接进气管道17和出气管道16。所述的圆弧型接头15采用加厚处理，厚度与圆弧型接头15内部烟气流速成正比，内部烟气流速越大，圆弧型接头15的厚度也相应增加，提高热交换炉的可靠性和使用寿命。

本实施例中，整个热交换炉3的直径为96 cm，其中，所述的内衬9的材料为碳素纤维材料或聚四氟乙烯材料，所述的保温层11的材料为酚醛树脂发泡材料或复合硅酸盐保温材料。厚度为4cm；所述的耐火层10的材料为硅质耐火材料，厚度为22cm；所述外层钢板12的壁厚为2cm，高118cm。所述的热交换炉3可根据其实际工作环境设计其结构，使斯特林发动机4热端能够充分吸收烟气余热，提高发电效率和能源利用率。

当小型垃圾焚烧炉正常工作时，垃圾在一次燃烧系统1燃烧并生成烟气排出，烟气经过二次燃烧系统2再燃烧处理形成高温烟气进入热交换炉3，在热交换炉3中高温烟气的热能传输给斯特林发动机4热端，由斯特林发动机4将热能转化为机械能，再带动发电机5发电，经过交直交变流电路6以及变压器7后输出可用电压。烟气从热交换炉3排出后进入尾气处理装置8，最后排入大气中。

具体而言，当该余热发电系统正常工作时，高温烟气由小型垃圾焚烧炉经过热交换炉3的进气管道9进入废气处理系统，然后经过圆弧型接头15将高温烟气汇集输入螺旋式烟气管道13，在热交换炉3内部，由于耐火层10 、保温层11以及螺旋式烟气管道13的作用，烟气的热量主要经过内衬9向斯特林发动机热端4传导，实现高温烟气热量的有效利用。

所述热交换炉3可依据实际烟气流量大小来调整各内部结构尺寸大小。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的保护范围。