[发明专利]工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统

权利要求书

1.一种工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统，其特征在于：包括工业锅炉燃烧子系统(1)、行波型热声发动机子系统(2)、永磁直线发电机子系统(3)和电能储备子系统(4)，工业锅炉燃烧子系统(1)连接行波型热声发动机子系统(2)，行波型热声发动机子系统(2)连接永磁直线发电机子系统(3)，永磁直线发电机子系统(3)连接电能储备子系统(4)；

工业锅炉燃烧子系统(1)包括设置在炉膛(16)下端的炉排(11)和设置在炉膛(16)上端的汽包或锅筒(12)，在炉膛(16)内还设置有内置水介质的水冷壁管(13)，炉膛(16)与锅炉烟道(17)连通，在锅炉烟道(17)内设置有与汽包或锅筒(12)连通的省煤器(18)；汽包或锅筒(12)通过管路连接终端用户(112)；

行波型热声发动机子系统(2)主要由热采集器(21)、主冷却器(22)、声学自适应调谐管(23)、声学反馈管(24)、副冷却器(25)、回热器(26)和热缓冲管(27)，热采集器(21)设置在声学反馈管(24)上，热采集器(21)的上方为回热器(26)和主冷却器(22)，热采集器(21)的下方为热缓冲管(27)和副冷却器(25)，热采集器(21)耦合进锅炉烟道(17)内，主冷却器(22)外围固定水冷管(29)，水冷管(29)的一端连接至终端用户(112)的冷凝水或低温循环水回水出水管(113)，另一端连接至锅炉烟道(17)内的省煤器(18)。

2.根据权利要求1所述的工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统，其特征在于：冷凝水或低温循环水回水出水管(113)通过锅炉循环泵(114)连接水冷管(29)；热采集器(21)采用机翼形阵列式。

3.根据权利要求2所述的工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统，其特征在于：声学反馈管(24)上还设置有具有活塞可移动的声学自适应调谐管谐振结构(23)，在声学自适应调谐管谐振结构(23)内设置有位移可变的活塞组件(28)。

4.根据权利要求3所述的工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统，其特征在于：声学反馈管(24)为圆角矩形结构。

5.根据权利要求3所述的工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统，其特征在于：永磁直线发电机子系统(3)包括捕获声功的活塞(31)、弹簧谐振机构(32)、定子绕组(33)、轻质连杆(34)、永磁体(35)、定子轭(36)和发电机外壳(37)；活塞(31)和弹簧谐振机构(32)设置在轻质连杆(34)的两端，活塞(31)活动的设置在声学反馈管(24)内，弹簧谐振机构(32)、定子绕组(33)、永磁体(35)和定子轭(36)设置在发电机外壳(37) 内，永磁体(35)设置在轻质连杆(34)上，定子绕组(33)安装在定子轭(36)上，定子绕组(33)与永磁体(35)对应。

6.根据权利要求5所述的工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统，其特征在于：电能储备子系统(4)包括整流设备(41)和蓄电池(42)，整流设备(41)连接定子绕组(33)和蓄电池(42)。

7.根据权利要求6所述的工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统，其特征在于：整流设备(41)采用二级管串联滑动变阻器并联电感和电容的结构。

8.根据权利要求3所述的工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统，其特征在于：

声学自适应调谐管(23)谐振结构设计及实现步骤如下：

步骤1)测量行波型热声发动机子系统(2)的相关参数：行波型热声发动机子系统(2)输出且作用在永磁直线发电机子系统(3)的活塞(31)上的压力变量行波型热声发动机子系统(2)输出且作用在永磁直线发电机子系统(3)活塞(31)上的工作介质气体体积流速变量行波型热声发动机子系统(2)内气体运行频率ω；调谐管(23)的活塞面积A；调谐管(23)的活塞背腔声容

步骤2)测量永磁直线发电机子系统(3)的相关参数：力矩因数B_grl_g；机械阻抗R_m；与活塞(31)和永磁体动子(35)相连的弹簧谐振机构(32)刚度K_m；定子绕组(33)电阻R_s；定子绕组(33)电感系数L_s；定子绕组(33)产生的感应电流

步骤3)测量电能储备子系统(4)的相关参数：蓄电池设备阻抗的实部R_L1和虚部X_L2；

步骤4)行波型热声发动机子系统(2)会因为外界热源发生变化，而使系统失谐运行，导致输出声功和电能迅速减小，声学自适应调谐管(23)谐振结构位于永磁直线发电机子系统(3)后侧，可提高行波型热声发动机子系统(2)谐振运行能力并且提高永磁直线发电机子系统(3)输出的电功率，声学自适应调谐管(23)长度小于行波型热声发动机子系统(2)工作介质气体波长的四分之一，末端采用活塞(31 )封闭，声学自适应调谐管(23)内工作介质气体流动方向与声学反馈管(24)主声学流道内工作介质气体流动方向有相位角，可抵消由于外界热源变化和永磁直线发电机子系统(3)耦合进声学流道里导致系统阻抗不匹配，这种设计方法可使行波型热声发动机子系统(2)内部纵向声波传递与横向熵传播的相位匹配，实现回热器(26)能量优化运行，使得行波型热声发动机子系统(2)输出声功最大，永磁直线发电机子系统(3)输出的电能最大；

声学自适应调谐管(23)阻抗匹配设计原理如下：

其中Z_ga是声学自适应调谐管(23)的声学阻抗，θ是声学自适应调谐管(23)内气体体积流速与声学反馈管(24)声学主流道气体体积流速的相位角。