基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電和尾氣凈化系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電及尾氣凈化系統(tǒng)，包括相連接的尾氣排放凈化單元和尾氣余熱發(fā)電單元。尾氣排放凈化單元包括順次連接的第一尾氣管、單向氣門、二次燃燒及換熱裝置、第二尾氣管尾氣。尾氣余熱發(fā)電單元包括斯特林發(fā)電機(jī)、散熱器、冷熱氣體交換器、伸入二次燃燒及換熱裝置中的熱腔管、穩(wěn)壓適配器。高溫尾氣經(jīng)過(guò)尾氣管和單向氣門后進(jìn)入二次燃燒及換熱裝置，尾氣中的固體大顆粒被螺旋形電阻絲產(chǎn)生的瞬間高溫燃燒掉，從而達(dá)到PM2.5的尾氣排放要求。熱腔管從螺旋形電阻絲的環(huán)形中央穿過(guò)，高溫尾氣給其加熱的同時(shí)，高溫螺旋形電阻絲放熱也使斯特林發(fā)電機(jī)的熱腔溫度更高，提高了斯特林發(fā)電機(jī)的熱效率。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及大型柴油機(jī)的廢氣處理及余熱利用技術(shù)，具體涉及基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電和尾氣凈化系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
我國(guó)將于2016年開始在全國(guó)實(shí)施的PM2. 5 (粒徑小于2. 5微米的細(xì)微塵顆粒)監(jiān)測(cè)，就像一把懸于環(huán)保部門頭頂?shù)摹斑_(dá)摩克利斯之劍”。PM2. 5，會(huì)直接進(jìn)入血液、肺部，并存留在肺的深處，對(duì)呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)造成傷害。PM2. 5主要來(lái)源于人類各種污染物排放，而機(jī)車尾氣的排放是其重要原因之一。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為大型機(jī)車的心臟，是其動(dòng)力的來(lái)源，也是燃料的直接消耗者。大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出占燃料燃燒總熱量的25% 42%。發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的余熱具有溫度高、壓強(qiáng)大、流速快的特點(diǎn)，因此尾氣所含能量在浪費(fèi)的熱量中占主要部分。將這些廢氣直接排 放到大氣中，這樣一方面造成了大量的能量散失，另一方面給目前嚴(yán)重的溫室效應(yīng)帶來(lái)更大的壓力。因此，若能將柴油機(jī)尾氣中的這部分能量回收利用起來(lái)，并且將柴油機(jī)尾氣顆粒進(jìn)行處理，使排出的尾氣達(dá)到國(guó)家PM2. 5的要求，一定能夠帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，能為我國(guó)建立“資源節(jié)約型，環(huán)境友好型”社會(huì)做出貢獻(xiàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電及尾氣凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠很好的利用柴油機(jī)的尾氣余熱進(jìn)行發(fā)電，有效的處理尾氣顆粒，從而減少能量損耗，使尾氣排放達(dá)到PM2. 5標(biāo)準(zhǔn)。本技術(shù)通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電及尾氣凈化系統(tǒng)，包括相連接的尾氣排放凈化單元和尾氣余熱發(fā)電單元；尾氣排放凈化單元包括順次連接的第一尾氣管、單向氣門、二次燃燒及換熱裝置和第二尾氣管；尾氣余熱發(fā)電單元包括斯特林發(fā)電機(jī)、散熱器、冷熱氣體交換器、穩(wěn)壓適配器和斯特林發(fā)電機(jī)熱腔管；斯特林發(fā)電機(jī)熱腔管從二次燃燒及換熱裝置管道中央通過(guò)，一端接冷熱氣體交換器，另一端接斯特林發(fā)電機(jī)熱腔；斯特林發(fā)電機(jī)的冷腔直接接到散熱器上，散熱器與冷熱氣體交換器的另一端相連；斯特林發(fā)電機(jī)電源輸出端連接到穩(wěn)壓適配器上。通過(guò)穩(wěn)壓，為二次燃燒裝置的螺旋形電阻絲供電及普通用電。大型船舶柴油機(jī)的尾氣經(jīng)過(guò)單向氣門進(jìn)入二次燃燒及換熱裝置中為斯特林發(fā)電機(jī)的熱腔管加熱，斯特林發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，經(jīng)適配器穩(wěn)壓后用于二次燃燒裝置螺旋形電阻絲加熱和普通用電，二次燃燒裝置中的螺旋形電阻絲發(fā)熱燃燒掉尾氣中的固體顆粒，從而使尾氣的排放標(biāo)準(zhǔn)符合國(guó)家新定標(biāo)準(zhǔn)PM2. 5，同時(shí)螺旋形電阻絲發(fā)熱又為斯特林發(fā)電機(jī)的熱管腔加熱，從而提高尾氣余熱利用率。進(jìn)一步改進(jìn)的，所述單向氣門包括殼體、彈簧、閥瓣、止回閥和密封墊圈；殼體中空，彈簧頂緊閥瓣，閥瓣頂緊止回閥，止回閥與殼體之間通過(guò)密封墊圈密封，單向氣門開啟壓力 <=1000Pa。進(jìn)一步改進(jìn)的，所述斯特林發(fā)電機(jī)內(nèi)采用密閉形式的高壓He氣，安全可靠。進(jìn)一步改進(jìn)的，所述散熱器采用水冷，包括出水口、密封圈、第一出氣口、第一進(jìn)氣口、銅管束、進(jìn)水口、散熱器殼體和銅箍；進(jìn)水口、銅管束與散熱器殼體通過(guò)法蘭固定在一起，銅管束深入到散熱器殼體內(nèi)部，銅管束另一端的尾部由銅箍束縛并在銅箍上打有并列的三個(gè)凹槽，三個(gè)密封圈放入三個(gè)凹槽中，密封圈與散熱器殼體內(nèi)壁過(guò)盈配合，從而實(shí)現(xiàn)水汽分離；冷卻水流經(jīng)進(jìn)水口、銅管束、出水口流出散熱器；斯特林發(fā)電機(jī)內(nèi)部氣體由第一進(jìn)氣口進(jìn)入散熱器殼體內(nèi)壁，環(huán)繞銅管流動(dòng)，由第一出氣口排入冷熱氣體交換器。進(jìn)一步改進(jìn)的，所述二次燃燒及換熱裝置包括殼體、斯特林發(fā)電機(jī)熱腔管、螺旋形電阻絲及托架、冷熱氣交換、第二進(jìn)氣口和第二出氣口 ；所述螺旋形電阻絲嵌套在帶有凹槽的托架內(nèi)，托架固定在殼體內(nèi)，所述殼體上有兩個(gè)小孔，螺旋形電阻絲兩端接線穿過(guò)上述小孔與外界相連引入電流；斯特林發(fā)電機(jī)熱管從二次燃燒及換熱裝置螺旋形電阻絲的中央通 過(guò)，螺旋形電阻絲發(fā)熱除了燃燒尾氣中的固體顆粒，同時(shí)也為斯特林發(fā)電機(jī)的熱管腔加熱，實(shí)現(xiàn)能量的循環(huán)利用。進(jìn)一步改進(jìn)的，所述托架呈倒“7”型。所述二次燃燒及換熱裝置的殼體為空心圓柱形，且在殼體內(nèi)的同一圓周上設(shè)有三個(gè)托架，殼體同一母線上并排7個(gè)托架。上述基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電及尾氣凈化系統(tǒng)中，所述的單向氣門選取小開啟壓力的單向氣門，防止產(chǎn)生背壓，只允許尾氣順流，避免尾氣回流，是通入二次燃燒及換熱裝置的過(guò)渡環(huán)節(jié)。所述的二次燃燒及換熱裝置，是一種利用高溫加熱螺旋形電阻絲燒除尾氣顆粒物的處理裝置，采用螺旋形電阻絲作為加熱介質(zhì)，螺旋形電阻絲溫度可達(dá)到千度以上，同時(shí)螺旋形電阻絲熱電轉(zhuǎn)換時(shí)間短，效率高，利用電能通過(guò)螺旋形電阻絲，形成回路，在螺旋形電阻絲上電能轉(zhuǎn)換成熱能，產(chǎn)生瞬間高溫，達(dá)到瞬間燒除顆粒物目的；斯特林發(fā)電機(jī)的熱腔管道從螺旋形電阻絲中央通過(guò)，除了尾氣的溫度為熱腔管加熱，螺旋形電阻絲產(chǎn)生的高溫也為熱腔加熱，提高斯特林發(fā)電機(jī)的效率；而斯特林發(fā)電機(jī)又為螺旋形電阻絲提供電能，如此實(shí)現(xiàn)能源的聞效率利用。所述的斯特林發(fā)電機(jī)采用密閉高壓He氣，安全可靠，氣體在斯特林發(fā)電機(jī)內(nèi)循環(huán)利用，在二次燃燒及換熱裝置中加熱，在散熱器中冷卻，循環(huán)往復(fù)使斯特林發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。所述的散熱器使用水冷方式，方便簡(jiǎn)潔，尤其在船舶上更加實(shí)用；殼體與斯特林發(fā)電機(jī)的通氣管道相連，銅管芯插入殼體由密封圈實(shí)現(xiàn)水汽分離，銅管內(nèi)部通過(guò)水流冷卻氣體，兩端接入外部水源。本技術(shù)的基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電及尾氣凈化系統(tǒng)使用時(shí)，其能量轉(zhuǎn)化過(guò)程為熱能——機(jī)械能——電能——熱能；具體為斯特林發(fā)電機(jī)經(jīng)歷加熱行程、膨脹行程、冷卻行程、壓縮行程完成一次循環(huán)；高溫尾氣通過(guò)單向氣門進(jìn)入二次燃燒及換熱裝置為斯特林發(fā)電機(jī)的熱腔管道加熱，斯特林發(fā)電機(jī)熱腔膨脹做功，熱腔中的活塞下降，冷腔中的活塞向上運(yùn)動(dòng)，工作氣體從冷腔流入熱腔，斯特林發(fā)電機(jī)內(nèi)部壓力上升；密閉空間中的壓力上升到臨界值，兩個(gè)活塞均向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)斯特林發(fā)電機(jī)就得到一個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力發(fā)電；由于慣性輪儲(chǔ)備的能量使曲柄軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，這使熱腔中的活塞向上運(yùn)動(dòng)，冷腔中的活塞向下運(yùn)動(dòng)，工作氣體便由熱腔進(jìn)入冷腔，斯特林發(fā)電機(jī)內(nèi)的壓力便下降；由于受到工作氣體壓力與兩個(gè)活塞背面的壓力差，兩個(gè)活塞同時(shí)向上推進(jìn)；如此周而復(fù)始，斯特林發(fā)電機(jī)就實(shí)現(xiàn)了熱能-機(jī)械能-電能之間的轉(zhuǎn)化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果本技術(shù)的基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電及尾氣凈化系統(tǒng)能有效解決大型柴油機(jī)尾氣直接排放所造成的大量熱散失的問(wèn)題，在大范圍內(nèi)提高柴油機(jī)的熱效率，達(dá)到節(jié)能減排目的的同時(shí)，也減少大量廢氣的排放，從而有效緩解溫室效應(yīng)，有利于低碳生活的推進(jìn)和環(huán)境質(zhì)量的進(jìn)一步改善。本技術(shù)的基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電及尾氣凈化系統(tǒng)采用斯特林發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，具有振動(dòng)小、噪音、排放低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、單機(jī)容量小、熱能效率高且出力和效率不受海拔高度影響等優(yōu)點(diǎn)，為尾氣發(fā)電提供了新的參考模式；本技術(shù)的基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電及尾氣凈化系統(tǒng)設(shè)置二次燃燒及換熱裝置，在通道處設(shè)置高溫區(qū)，使得尾氣通過(guò)時(shí)瞬間被燒除；利用電能通過(guò)，形成回路，在螺旋形電阻絲上電能轉(zhuǎn)換成熱能，產(chǎn)生瞬間高溫，達(dá)到瞬間燒除顆粒物目的；將螺旋形電阻絲的形狀做成螺旋狀，增大了高溫區(qū)的面積同時(shí)，也利于對(duì)螺旋形電阻絲進(jìn)行保溫；斯特林發(fā)電機(jī)的熱腔通過(guò)螺旋形電阻絲環(huán)形中央，在瞬間燃燒尾氣顆粒的同時(shí)，為斯特林發(fā)電機(jī)的熱腔加熱，加大斯特林發(fā)電機(jī)冷熱腔之間本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電及尾氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，包括相連接的尾氣排放凈化單元和尾氣余熱發(fā)電單元；尾氣排放凈化單元包括順次連接的第一尾氣管、單向氣門、二次燃燒及換熱裝置和第二尾氣管；尾氣余熱發(fā)電單元包括斯特林發(fā)電機(jī)、散熱器、冷熱氣體交換器、穩(wěn)壓適配器和斯特林發(fā)電機(jī)熱腔管；斯特林發(fā)電機(jī)熱腔管從二次燃燒及換熱裝置管道中央通過(guò)，一端接冷熱氣體交換器，另一端接斯特林發(fā)電機(jī)熱腔；斯特林發(fā)電機(jī)的冷腔直接接到散熱器上，散熱器與冷熱氣體交換器的另一端相連；斯特林發(fā)電機(jī)電源輸出端連接到穩(wěn)壓適配器上。

【技術(shù)特征摘要】
1.基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電及尾氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，包括相連接的尾氣排放凈化單元和尾氣余熱發(fā)電單元；尾氣排放凈化單元包括順次連接的第一尾氣管、單向氣門、二次燃燒及換熱裝置和第二尾氣管；尾氣余熱發(fā)電單元包括斯特林發(fā)電機(jī)、散熱器、冷熱氣體交換器、穩(wěn)壓適配器和斯特林發(fā)電機(jī)熱腔管；斯特林發(fā)電機(jī)熱腔管從二次燃燒及換熱裝置管道中央通過(guò)，一端接冷熱氣體交換器，另一端接斯特林發(fā)電機(jī)熱腔；斯特林發(fā)電機(jī)的冷腔直接接到散熱器上，散熱器與冷熱氣體交換器的另一端相連；斯特林發(fā)電機(jī)電源輸出端連接到穩(wěn)壓適配器上。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電及尾氣凈化系統(tǒng)，其特征在于單向氣門包括殼體、彈簧、閥瓣、止回閥和密封墊圈；殼體中空，彈簧頂緊閥瓣，閥瓣頂緊止回閥，止回閥與殼體之間通過(guò)密封墊圈密封。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電及尾氣凈化系統(tǒng)，其特征在于斯特林發(fā)電機(jī)內(nèi)采用密閉形式的高壓He氣。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于斯特林發(fā)電機(jī)的尾氣余熱發(fā)電及尾氣凈化系統(tǒng)，其特征在于散熱器米用水冷，包括出水ロ、密封圈、第一出氣ロ、第一進(jìn)氣ロ、銅管束、進(jìn)水ロ、散熱器殼體和銅箍；進(jìn)水ロ...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：謝小鵬，王東輝，吳增彬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華南理工大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：