本发明专利技术属于热电材料在热加工行业应用的领域。本发明专利技术涉及一种利用热电材料将工业过程中废热直接转化为电能的“一步法”余热发电技术，可将低温烟气余热、加热物料的显热、冷却物料或废弃物的冷却水中的余热等，将传统的通过热能→机械能→电能转化的“两步法”余热发电无法回收的废热转化为电能，生成的电能通过配置一个新能源在线调控系统，变间歇发电为连续稳定输出供电，可就地使用，也可以通过压缩空气储能的办法实现电能送到需要的地方，摆脱了上网输送的限制，实现了废热是最好的新能源，同时也解决了以往新能源发电由于不能上网而导致“窝电”等浪费电能的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种利用热电材料实现工业过程废热发电的新技术
本专利技术专利属于热电材料在热加工行业应用的领域。
技术介绍
在工业过程如钢铁、陶瓷、有色、玻璃、水泥等生产过程中会产生大量的废热，废热发电是近年来出现的一种废热利用的新技术，其主要工艺为利用余热锅炉将废热的热能转化为蒸汽的机械能，再利用汽轮机将蒸汽的机械能转化为电能，该技术的主要实用范围为大规模、中高温的余热利用，而对于象中低温烟气余热(150?400°C )、加热物料的显热、炉壁散热、冷却物料或废弃物的冷却水中的余热，上述的从热能一机械能一电能的两步法，出于技术或成本的原因很难应用。专利“水泥窑纯中低温余热发电系统”(专利申请号:200510049635.1)介绍了一种水泥窑使用的纯中低温余热发电系统，其基本原理仍是采用废热-蒸汽-电能的两步法。通过一些改进措施提高余热发电能力。专利“水泥窑纯中低温余热发电系统”(专利申请号200720038566.9)本技术介绍了一种水泥窑纯中低温余热发电系统，采用是同上的两步法，包创新点为从窑尾锅炉过热器出来的蒸汽和从窑头锅炉过热器出来的蒸汽是先混合再进一步加热，混合前蒸汽温度接近或相同，因此减少或避免了熵增现象，汽轮机进口过热蒸汽的温度和流量也得到了提闻，从而增加发电能力。专利”炼钢烧结环冷机中低温余热发电系统”(专利申请号:200710065858.6)介绍了一种应用钢铁厂自产的煤气和烧结环冷机废气余热发电的系统。其特点为在一级过热器之后设置有补燃式二级过热器，将余热最大限度地转化成为电能，余热发电能力与现有的烧结环冷机纯中低温饱和蒸汽余热发电技术相比提高50%以上，并改善了排放对环境的影响。专利“炼铁生产过程伴生能源的整体梯级回收系统”(专利申请号200910155008.4)介绍了一种在炼铁生产过程伴生能源的整体梯级回收系统，包括:包含燃气轮机的高炉煤气燃机发电系统和包含双压余热锅炉的余热回收发电系统；还包括烧结烟气回收系统和冷却热废气回收系统。将烧结工艺显热和炼铁过程伴生的低热值高炉煤气进行整体回收，并且梯级利用，形成完整的、能稳定运行的中低温余热、低热值高炉煤气高效综合利用系统。以上的专利虽然都是以中低温烟气的余热回收作为目标，但是其技术路线均是热能-机械能-电能的两步法，所做的工作主要是通过设备和工艺改进，产生更大量、更高温度的蒸汽，但由于“两步法”在热能和电能之间多了一个机械能的环节，降低了余热利用的效率。其二由于目前的余热转化为在蒸汽的过程均是以水为工质，所以烟气的温度范围受到很大影响，400°C以下的烟气由于无法直接得到饱和蒸汽，经济不可行限制了该技术的应用。所以在400°C以下的烟气余热回收基本还是个空白。而对于分布在加热物料的显热、炉壁散热、冷却物料或废弃物的冷却水中的余热等有限空间处的废热，由于采用汽轮机余热发电要求较大空间，所以采用“一步法”几乎不可能。针对这一情况，本专利开发了一种利用热电材料将工业过程中废热直接转化为电能的“一步法”余热发电技术，可将低温烟气余热、加热物料的显热、冷却物料或废弃物的冷却水中的余热等，以往“两步法”无法回收的废热转化为电能，生成的电能配置新能源在线调控系统，变间歇发电为连续稳定输出供电，可就地使用，也可以通过压缩空气储能的办法实现电能送到需要的地方，摆脱了上网输送的限制，实现了废热是最好的新能源，同时也解决了以往新能源发电由于不能上网而导致“窝电”等浪费电能的问题。
技术实现思路
本专利技术专利的目的就是将以往将以往常用常规余热发电技术无法利用的中低温废热烟气等废热，通过热电材料转化为电能，实现废热利用。本专利技术专利的目的可以通过如下的技术方案实现:步骤一:首先根据废热点的温度范围选择合适材质的热电材料晶片。热电材料材质选择主要根据废热的温度，可以在如下的五种典型热电材料中选取，主要包括:(I)BiTe:0 ?300°C ;(2) MgS1:200 ?500°C ;(3) ZnSb:250 ?500 °C ;(4)方钴矿:300 ?650 0C ；(5)氧化物类:250 ?1000°C。气体废热:主要为各类中低温烟气废热，如轧钢加热炉、陶瓷窑、玻璃窑等的烟气，温度范围:150?400°C。固体废热:主要为加热物料在输送过程中的高温辐射显热，温度范围:?1000°C，炉子壁面的散热:20?100°C。液体废热:物料冷却后的废水中的废热，如高炉冲渣水等，温度范围:20?80°C。步骤二:以上热电材料的材质确定后，通过配料、混料、熔炼、热压、切片等工艺后得到热电晶片，对热电晶片切割后进行表面处理，然后通过专用的结合材料进行模组的组装，低温、中温和高温的模组可以单独组成模块，也可以组合组成模块，最后完成模组的可靠性测试。[0021 ] 步骤三:针对不同的废热源设计不同的取热装置，并配置冷却装置。具体分气、固、液三种。气体:在烟道上开设取气孔，将烟气通过高温引风机引出，将热电材料的热端布置在管道内侧和热烟气接触，热烟气然后返回原烟道排出，热电材料冷端布置在烟道外侧，可采用空气冷却或水冷。发出的电能接入“新能源在线调控系统”，将间歇性电能储存在蓄电池中，充电完成后就可以实现连续供电。固体:将热电材料的热端布置在热壁面上，冷端对外，冷端可采用空气冷却或水冷。发出的电能接入“新能源在线调控系统”，将间歇性电能储存在蓄电池中，充电完成后就可以实现连续供电。液体:安装道流管将含废热的热水引入，热电材料的热端紧贴通过导热性强的水管壁，冷端对外，冷端可采用空气冷却或水冷。发出的电能接入“新能源在线调控系统”，将间歇性电能储存在蓄电池中，充电完成后就可以实现连续供电。当出发的电本地不需要使用时，可以采用压缩空气储能技术，用电驱动空压机，将电能转化为压缩空气的能量，压缩空气可以储存在特制的气罐中，通过运输车运到需要电力的地方，然后让压缩空气膨胀做工，压缩的空气机械能转化为电能，放出空气，通过以上方案可以实现电能的移动输送。下面结合附图对本专利技术专利做进一步说明。以加热炉烟道I排出的中低温烟气(150?400°C )作为热源，在烟道上合适的位置开孔，将取热器2与烟道孔连接，通过引风机3将烟气从烟道中抽出，通过取热器2后在回到烟道I，从烟弹I排出，热电发电系统5的热端(高温侧)布置在紧靠取热器2，烟气的热量通过导热板3直接与取热器中的烟气接触，导热板可以选取铜板等导热系数高的材料，热电发电系统5的低温侧配置冷却板6，冷却板可以通过风冷或通水冷却，热电发电系统5发出的电送到新能源在线调控系统7，在该系统热电发电系统发出的电能被存入蓄电池，当系统7显示蓄电池充满电后，可将本地用电设备8接入使用，系统7和用电设备8可以同时工作，当系统7显示电量不足时会自动将电源切换到电网供电系统，保持用电设备8的正常使用。如果系统7附件没有合适的用电设备，则将空压机9与系统7对接，空压机9使用系统7提供的电力将压缩空气源源不断地送入压缩空气储存罐10，电能被转化为压缩空气的能量，压缩空气储存罐10装满后，可以通过专用车运送到远程用电设备12处，然后将压缩空气储存罐10与发电机11连接，输出电能带动远程用电设备12运行。【附图说明】图为工业废热采用热电一步法发电技术流程图烟道I取热器2导热板3引本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用热电材料实现工业过程废热发电的新技术，其特征在于；利用热电材料将工业过程中废热直接转化为电能的“一步法”余热发电技术，可将低温烟气余热、加热物料的显热、冷却物料或废弃物的冷却水中的余热等，以往“两步法”无法回收的废热转化为电能，生成的电能配置新能源在线调控系统，变间歇发电为连续稳定输出供电，可就地使用，也可以通过压缩空气储能的办法实现电能送到需要的地方，摆脱了上网输送的限制，解决了以往新能源发电由于不能上网而导致“窝电”等浪费电能的问题，实现了废热是最好的新能源的目标。
【技术特征摘要】
1.一种利用热电材料实现工业过程废热发电的新技术，其特征在于；利用热电材料将工业过程中废热直接转化为电能的“一步法”余热发电技术，可将低温烟气余热、加热物料的显热、冷却物料或废弃物的冷却水中的余热等，以往“两步法”无法回收的废热转化为电能，生成的电能配置新能源在线调控系统，变间歇发电为连续稳定输出供电，可就地使用，也可以通过压缩空气储能的办法实现电能送到需要的地方，摆脱了上网输送的限制，解决了以往新能源发电由于不能上网而导致“窝电”等浪费电能的问题，实现了废热是最好的新能源的目标。2.权利要求1所说的热电材料，其特征在于；包括目前已知的五大类热电材料，包括BiTe系列、MgSi系列、ZnSb系列、方钴矿系列和氧化物类。3.权利要求1所说的工业过程废热，其特征在于；包括气体、液体和固体等三大类废热，气体废热为中低温烟气废热，包括轧钢加热炉、陶瓷窑、玻璃窑等工业炉窑的烟气废热，温度范围为150?400°C，固体废热高温和低温两类，高温主要包...
【专利技术属性】
技术研发人员：饶宝其，饶文涛，
申请(专利权)人：饶宝其，饶文涛，
类型：发明
国别省市：
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