专利名称：利用半导体发电装置实现导热油炉热电联产的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种以高额定温度导热油炉供应低温度导热油的方法及装置，采用半导体温差发电装置作为调温设备，同时可以联产蒸汽或热水供热用户使用，属锅炉热电联产技术领域。
背景技术：
导热油炉作为一种特种锅炉，采用导热油作为热载体供热，在实际生产中得到广泛应用。由于工艺生产的需要，用热设备耗热量不一样，对导热油的温度要求也不同，因此， 导热油加热站根据不同用热设备的需要供应不同温度的导热油。一般导热油炉的额定供油温度要高于实际使用温度，比如导热油炉额定温度一般为320°C，但实际使用中供油温度通常为250°C ^(TC，有的甚至更低，企业还可能需要蒸汽或热水供应，需要配套一定容量的蒸汽或热水锅炉才能满足使用要求。因此如何合理利用这部分温差实现供热的目的成为研究的热点。ZL200910183368. 5公开了一种以导热油为传热介质的工业余热半导体温差发电机发电技术，如图1、图2所示，图中标识为1-换热器，2-半导体温差发电机，3-储油罐， 4-温控器，5-输油泵，6-导热油管道，7-冷却水管，8-半导体温差发电芯片。该技术采用共知的导热油回收工业低温余热技术，回收了余热的导热油作为传热介质，作为半导体温差发电机的热源，不失为一种很好的余热利用技术。但是该技术存在一定的缺点即半导体温差发电机的冷源需要使用大量的冷却水，冷却水带走的热量经冷却塔等散热后才能循环使用，且冷却水的循环需要使用一定量的电能。实际半导体温差发电机的发电效率很低，大量的热量被冷却水带走白白散失在大气中并造成热污染；设置的储油罐，里面的导热油温度较高，储油罐兼起油气分离器的作用，导热油回收余热过程中产生的气体要通过储油罐分离出去，由于温度高，接触氧气时容易导致导热油变质；输油泵采用变流量调节作为保证半导体发电模块入口导热油温度的措施，势必导致输油泵不能经济、 高效运行，仍需配套变频调速技术才能解决问题；而且为保证半导体发电模块入口温度的相对稳定，势必要采用大流量、低温度的导热油回收工业余热，如通过半导体发电模块的导热油进出口温差大，会引起发电模块的热应力，对其使用寿命有一定的影响；如采用通过半导体发电模块的导热油进出口温差小、低流量的运行方式，将导致导热油的供回油温度均提高，余热回收的热量又会减少。ZL200810172026. 9公开了一种比较高效的用于半导体温差发电模块的冷却装置， 主要用于对内燃机尾气余热回收半导体温差发电系统头功一种比较高效的冷却系统。利用液体相变潜热较大的特点，可从半导体温差发电模块的冷端面吸收更多的热量，能够进一步提高半导体温差发电模块冷热端面的温差，从而取得更好的利用余热的发电效果。同时冷却液循环使用，无需动力，无介质耗损、泄漏，节能环保。如图3所示，图中标识21-散热器，22-冷凝器，23-导液管，24-导气管，2546-薄翅片，27-半导体温差发电模块。但该技术也有存在问题的地方由于半导体温差发电模块冷端面的热量无法回收利用，只能散失到大气中，因此该技术限制了冷却液的沸点低于100°c ；发电模块冷端面蒸发器内部空腔为长方体，里面并未充满冷却液体，吸收发电模块热量的冷却液体气化时必然会夹带冷却液体， 从而与长方体空腔的大气端薄翅片接触吸热气化，吸收热量的气化气体又会与冷却液进行热交换而使冷却液部分气化，冷却液的气化潜热并未被发电模块冷端面全部利用。而且蒸发器内部空腔为长方体，气液并存，体积会加大。因此如何在导热油炉中利用半导体温差发电技术，在发电的同时解决供应较低温度导热油的难题、实现热电联产成为该领域研究的热点。
发明内容
本发明的目的就是解决上述现有技术存在的缺点，采用导热油炉实现热电联产， 利用导热油为热媒的半导体温差发电装置，在发电的同时实现供应较低温度导热油的目的，并有效回收了半导体温差发电装置冷端的热量，把这部分热量全部转化成供热负荷，不需要冷却水，系统的综合效率大大提高，同时系统运行调节方便，达到了节能降耗的目的。本发明以利用半导体发电装置实现导热油炉热电联产的系统示意图(见附图4附图标识说明)做说明利用导热油炉热电联产装置，包含导热油炉42，导热油炉42包括燃烧设备41，以及导热油炉42外设备及其连接管道。其中燃烧设备41可以采用煤、石油或气体燃料。导热油炉42外设备包括半导体温差发电装置50、油气分离器44、过滤器45、热油泵46、低温换热器64、高位膨胀槽47以及低位储油槽48，以及配套的管道仪表阀门等。半导体温差发电装置50包括半导体温差发电模块68、发电模块热端58、相变工质液相汇流排阳、发电模块冷端相变工质蒸发器56、相变工质气相汇流排51、相变工质气相管道52、发电模块相变工质冷凝器53、相变工质液相管道M。其中相变工质液相汇流排阳、发电模块冷端相变工质蒸发器56、相变工质气相汇流排51、相变工质气相管道52、发电模块相变工质冷凝器53、相变工质液相管道M、相变工质液相汇流排55构成相变工质的循环回路。发电模块相变工质冷凝器53采用间接换热方式利用冷流体作为冷却介质冷却相变工质蒸汽，将冷流体69加热后送入后续工段使用。经导热油炉42加热后的导热油进入半导体温差发电装置50进行发电，出来符合低温换热器64温度要求的导热油，经低温换热器64降温后的导热油经油气分离器44分离出气体，从高位膨胀槽47排出，液态导热油经过滤器45、热油泵46、导热油炉42循环使用。也可采用半导体温差发电装置50出来的低温导热油和通过调节阀67的高温导热油相混合的办法，方便调节出符合低温换热器64温度要求的导热油。本发明通过设置高位膨胀槽47，控制高位膨胀槽47里面的导热油温度在70°C以内，能避免导热油氧化变质，大大延长导热油的使用寿命。半导体温差发电装置50发生故障时，关闭调节阀57、59，通过发电模块旁路调节阀67，在对故障进行处理的同时，仍能保证低温换热器64正常运行，不会导致紧急停车等事故。当换热器64停用时，关闭调节阀60、65，通过调节阀66及其导热油旁路调节管道 71等，半导体温差发电装置50仍能继续工作，并保证发电模块相变工质冷凝器53加热的冷流体69加热后仍能继续供后继工序使用。
本发明的特色是可选择沸点不低于100°C的、气化潜热大的液体作为相变换热器的工质，例如选择水，采用高于或等于100°c的相变温度吸热气化，在保持半导体温差发电机冷端温度恒定的同时，产生的蒸汽将通过半导体温差发电机的废热快速移走并在发电模块相变工质冷凝器53得到回收利用，设备安全可靠。实质上相当于牺牲半导体温差发电机冷端温度到常温的温度差所发的电量，几乎全部回收了通过冷却水散失在大气中的热量。 半导体温差发电机冷端的排放热量得到了有效的利用，系统的综合余热回收效率大大提高，是对现有半导体温差发电余热回收技术的一大改进。本发明的有益效果是，导热油炉供出的高温导热油通过半导体温差发电机将导热油携带的部分热量转换成电能，大量的通过半导体温差发电装置50冷端之相变工质蒸发器排出的热量又被回收利用，用于加热供热介质。利用通过调节阀67及其管路的高温导热油与通过半导体温差发电装置50的低温导热油混合可以方便调节出低温换热器64所需要的温度，也可直接通过半导体温差发电装置50调节出所需的低温导热油，从而方便实现高参数导热油炉供应低温度导热油的目的。整个装置实现了热电联产。由于半导体温差发电装置50无运转动设备，因此安全可靠。本发明的半导体温差发电装置50的蒸发器可采用板式、螺旋板式、波浪式等常规形式，特征是竖直布置，半导体温差发电机冷端之相变换热器蒸发器内充装饱和温度液体， 吸热即气化成气体利用密度差方便汇集到相变工质气相汇流排。饱和气体经冷凝器冷却后靠重力作用进入相变工质液相汇流排，再经过分配进入相变工质换热器蒸发器各组片，循环使用，无需消耗动力，无泄漏。本发明可与导热油炉烟气余热回收技术组合使用，保证导热油炉系统经济、高效运行。
图1是现有技术的工业余热半导体温差发电机发电装置方框图。图2为现有技术的工业余热半导体温差发电机结构图。图3为现有技术用于半导体温差发电模块的冷却装置结构图。图4为本发明利用半导体发电装置实现导热油炉热电联产的系统示意图。图中，41 一燃烧设备，42—导热油炉，44一油气分离器，45—过滤器，46—热油泵， 47—高位膨胀槽，48—低位储油槽，49一空气，50—半导体温差发电装置，51—相变工质气相汇流排，52—相变工质气相管道，53—发电模块相变工质冷凝器，54—相变工质液相管道，55—相变工质液相汇流排，56-发电模块冷端相变工质蒸发器，57-调节阀，58-发电模块热端，59-调节阀，60-调节阀，64-低温换热器，65-调节阀，66-调节阀，67-调节阀， 68-半导体温差发电模块，69-冷流体，70-热流体，71-导热油旁路调节管道，72-调节阀。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明创造作进一步详细描述。如图4所示，本发明以利用半导体发电装置实现导热油炉热电联产的系统示意图进行详细描述利用导热油炉热电联产装置，包含导热油炉42，导热油炉42包括燃烧设备 41，以及导热油炉42外设备及其连接管道。其中燃烧设备41可以采用煤、石油或气体燃料。导热油炉42外设备包括半导体温差发电装置50、油气分离器44、过滤器45、热油泵46、 低温换热器64、高位膨胀槽47、低位储油槽48，以及配套的管道仪表阀门等。半导体温差发电装置50包括半导体温差发电模块68、发电模块热端58、相变工质液相汇流排阳、发电模块冷端相变工质蒸发器56、相变工质气相汇流排51、相变工质气相管道52、发电模块相变工质冷凝器53、相变工质液相管道M。其中相变工质液相汇流排阳、发电模块冷端相变工质蒸发器56、相变工质气相汇流排51、相变工质气相管道52、发电模块相变工质冷凝器53、相变工质液相管道M、相变工质液相汇流排55构成相变工质的循环回路。发电模块相变工质冷凝器53采用间接换热方式利用冷流体作为冷却介质冷却相变工质蒸汽，将冷流体69加热后送入后续工段使用。经导热油炉42加热后的导热油进入半导体温差发电装置50进行发电，出来符合低温换热器64温度要求的导热油，经低温换热器64降温后的导热油经油气分离器44分离出气体，从高位膨胀槽47排出，液态导热油经过滤器45、热油泵46、导热油炉42循环使用。也可采用半导体温差发电装置50出来的低温导热油和通过调节阀67的高温导热油相混合的办法，方便调节出符合低温换热器64温度要求的导热油。半导体温差发电装置50发生故障时，关闭调节阀57、59，通过发电模块旁路调节阀67，在对故障进行处理的同时，仍能保证低温换热器64正常运行，不会导致紧急停车等事故。当低温换热器64停用时，关闭调节阀60、65，通过调节阀66及其导热油旁路调节管道71等，半导体温差发电装置50仍能继续工作，并保证发电模块相变工质冷凝器53加热的冷流体69加热后仍能继续供后继工序使用。本发明可与导热油炉烟气余热回收技术组合使用，保证导热油炉系统经济、高效运行。虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的为准。
权利要求
1.一种利用半导体发电装置实现导热油炉热电联产装置，包含导热油炉(42)，导热油炉(42)包括燃烧设备(41)，以及导热油炉(42)外设备及其连接管道；导热油炉(42)外设备包括至少一个半导体温差发电装置(50)、油气分离器(44)、至少一个低温换热器(64)， 以及配套的管道仪表阀门，其特征在于所述半导体温差发电装置(50)包括半导体温差发电模块(68)、发电模块热端(58)、相变工质液相汇流排(55)、发电模块冷端相变工质蒸发器(56)、相变工质气相汇流排(51)、相变工质气相管道(52)、发电模块相变工质冷凝器 (53)、相变工质液相管道(54)；其中相变工质液相汇流排(55)、发电模块冷端相变工质蒸发器(56)、相变工质气相汇流排(51)、相变工质气相管道(52)、发电模块相变工质冷凝器 (53)、相变工质液相管道(54)、相变工质液相汇流排(55)构成相变工质的循环回路。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述导热油炉(42)及低温换热器(64)之间设有所述半导体温差发电装置(50 )。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述油气分离器(44)与导热油炉(42)之间还设有过滤器(45)、热油泵(46)。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于它还设有高位膨胀槽(47)、低温储油槽(48)，所述油气分离器(44)分离出的气体经高位膨胀槽(47)排出，所述低温储油槽 (48)对导热油炉(42)系统补油并提供系统储油作用。
5.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于它还设有半导体发电模块旁路调节阀(67 )、发电模块调节阀阀(57、59、60、65 )，在半导体温差发电装置(50 )发生故障时，打开发电模块旁路调节阀(67)，关闭发电模块调节阀(57、59)，调节导热油炉(42)燃烧工况， 满足换热器(64)用热需要。
6.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于所述发电模块相变工质蒸发器 (56)与所述发电模块热端(58)间隔排列，多个所述半导体发电模块(68)依次设置于发电模块相变工质蒸发器(56)与发电模块热端(58)之间。
7.根据权利要求5所述的导热油炉热电联产方法及装置，其特征在于所述低温换热器(64)停用时，关闭调节阀(60、65)，打开调节阀(66)，保证发电模块相变工质冷凝器(53) 正常工作，将冷流体(69 )加热成符合后续工序要求的热流体(70 )。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述冷流体可以为空气、水或其他工艺介质。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述发电模块相变工质冷凝器(53)包含至少一根换热管；所述发电模块相变工质冷凝器(53)采用间接换热方式利用冷流体作为冷却介质冷却相变工质蒸汽，出来的热流体供后续工艺使用。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述半导体温差发电模块(68)可以采用串联、并联或串并联方式导出产生的电流。
全文摘要
本发明公开了一种利用半导体发电装置实现导热油炉热电联产的系统和方法，利用高温导热油作为半导体温差发电装置的热源，包含至少一个半导体温差发电装置，半导体温差发电装置包含相变工质蒸发器和相变工质冷凝器，其中冷凝器采用间接换热方式利用冷流体作为冷却介质冷却蒸汽，经半导体温差发电装置发电降温后的导热油作为热用户换热器的供热热源，发电模块相变工质冷凝器加热冷流体(例如水)，产生的热流体(例如热水或蒸汽)可以作为供热介质外供使用。本发明采用以导热油为热媒的导热油炉热电联产方法及装置，达到了高效、经济利用热能的目的。
文档编号H02N11/00GK102200344SQ20111008826
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月9日 优先权日2011年4月9日
发明者严红, 周志晔, 姚小春, 杨勇, 王海波 申请人:王海波