[发明专利]斯特林发动机余热发电方法

说明书

技术领域

本发明涉及余热发电技术领域，是一种斯特林发动机余热发电方法，用锅炉的排出烟气、汽轮机的排出蒸汽、内燃机尾气、燃气轮机尾气中的余热产生机械能，然后带动发电机发电的方法。

背景技术

目前，锅炉排烟、汽轮机排出蒸汽、内燃机尾气及燃气轮机尾气的余热发电形式主要有两种形式：一是将蒸汽再热或利用烟气携带的热量加热水产生高温高压蒸汽推动汽轮机工作，带动发电机发电。这种技术的缺陷是：整套系统的设备比较庞大，管路布置复杂，投资成本比较高，且只能利用温度很高的烟气或蒸汽的余热，并需要额外热量投入，要求余热总量比较大，分布集中，整体上经济性较差，不适合大面积推广；二是利用温差发电原理，烟气或蒸汽侧作为温差电池板高温侧，温差电池板的低温侧为散热片或循环冷却水，在电池板两侧形成电位差，输出电流。这种技术的缺陷是：温差电池板的低温侧需要面积很大，输送冷却水消耗的电功率随着电池板面积的增加而增加，且此种方法发出的电力功率较小，很难满足工业及生活常规用电需求。

发明内容

本发明的目的是解决现有余热发电方法中设备庞大，要求余热热源温度高，不适合分散余热热源利用，且需额外加热及产生的电力品位低的技术缺陷，提供一种斯特林发动机余热发电方法，其整体设备紧凑、对热源温度要求低、不需要额外热源、经济性好、单体需要余热量小，且发电品位高。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种斯特林发动机余热发电方法，其包括步骤：A)以锅炉排烟、汽轮机蒸汽、内燃机排气或燃气轮机排气为热源；B)利用做了绝热处理的集热管，将这些余热引至集气腔；C)斯特林发动机吸热器位于集气腔内，吸热器与集气腔壁接触处严格密封；D)被加热的斯特林发动机吸热器内工质推动斯特林发动机工作；E)由斯特林发动机带动发电机发电；F)余热气体加热吸热器内的工质后排入环境中。

所述的余热发电方法，其所述B)步中的集气腔，为斯特林发动机吸热器与余热热源进行热交换的装置。

所述的余热发电方法，其所述C)步中的吸热器，为管式换热器或热管型换热器，内部充有工质。

所述的余热发电方法，其所述C)步中，集热管的中心线与吸热器对称轴重合，吸热器顶部与集热管内蒸汽或烟气的来流方向垂直；集热管、集气腔外壁面设有保温绝热材料，吸热器与集气腔内壁之间用耐高温的材料密封。

所述的余热发电方法，其所述C)步中，对于锅炉烟气，燃气轮机排气组分中含水分较少的工况，斯特林发动机布置在集气腔下方；对于汽轮机排汽或内燃机排气，斯特林发动机布置在集气腔上方，防止余热气体中的水分凝结引起吸热器的锈蚀。

所述的余热发电方法，其所述D)步中的吸热器内工质，为氦气或氢气，工质受热膨胀推动斯特林发动机的动力活塞运动，做功。

所述的余热发电方法，其所述E)步中，斯特林发动机与发电机的动力连接方式为联轴器、啮合齿轮或皮带连接。

本发明的技术效果是：可以将锅炉排烟、汽轮机排出蒸汽、发动机尾气等这些利用起来比较困难、品位低的热量转化为使用方便、高品位的机械能和电能，降低排出的烟气或蒸汽的温度，提高整体系统的能源利用率。斯特林发动机的热力循环过程理想情况下与热力学上的卡诺循环一样，热功转换效率高，因此斯特林发动机余热发电效率高；斯特林发动机余热发电系统为外部加热，没有排气和进气过程，运行时噪音低；斯特林发动机余热发电方法结构紧凑，系统配套设备少，无需附加热源，发电系统的整体投资小；系统整体功率可以根据实际的余热热源的分布情况和总量选择斯特林发动机功率，发电功率可以从几百瓦到几百千瓦，非常适合余热总量很大但是分布分散的场合；斯特林余热发电系统对余热品位要求很低，加热热源温度400摄氏度以上系统就可以工作，可以充分利用低品位的余热，适合中低温余热热源场合。

采用外部加热的斯特林发动机余热发电方法的效率不受设备所处的海拔影响。因此，采用本发明可以解决目前其他余热发电方式的成本高，设备庞大复杂，经济效益低，无法利用低温热源的困难现状，低成本提高能源系统的整体利用效率，减少热量的排放损耗，用被视为无法再利用的低品位余热换取高品位电能，减缓化石能源的消耗速度，节约能源。

附图说明

图1为热力学中的斯特林循环示意图；其中：a-b为等温压缩过程；b-c等容加热过程；c-d等温膨胀过程；d-a为等容冷却过程；

图2为包含发电机的斯特林发动机结构示意图；

图3为本发明的斯特林发动机余热发电方法所用发电系统原理图。