利用烟气余热通过熔盐电池发电的热能利用方法及其装置

摘要

本发明公开了一种利用烟气余热通过熔盐电池发电的热能利用方法及其装置，采用熔盐电解质作为受热载体，通过熔盐循环泵的驱动，将具有回流温度t

说明书

技术领域

本发明涉及基于熔盐电池的余热利用技术领域，具体涉及一种利用烟气余热通过熔盐电池发电的热能利用方法及其装置。

背景技术

有效利用高能耗企业的余热是近年来世界各国和各行业实现节能减排的重要方法，但是部分企业产生的余热中，由于携带余热的介质（如烟气等）温度不高（约100-150℃），传统的技术无法实现高效利用，获取的能量利用率仅为10%以下，另一些余热虽然温度较高，但由于热量采集过程存在安全性等问题（如：电解槽、高炉等）而无法利用，如何实现企业的余热高效利用已成为工业生产中长期追求的目标。

现有的烟气余热利用大多为两种：

1.利用烟气余热加热热水或其他介质，将热水用于采暖或洗浴，该方式能提高被吸收的热能的利用率，但是该种余热利用属于低端利用方式，能量利用范围有限，受地域和季节影响较大，仅仅在北方冬季有推广价值，且总能量利用有限。

2.利用低沸点物质（如氟利昂等）作为热媒，利用卡路里循环，推动动力机械做功发电，该方式目前热能利用率不到热媒吸收热能的10%，远远低于余热所带走的能量，该方式虽然产生了高品位能源，但是热能利用率太低。

因此，现有技术依然不够理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能高效利用烟气余热热能的方法及装备，将烟气所携带的余热通过热交换器被熔盐电解质吸收，通过管道输送到熔盐电池组中进行热-电转换，熔盐电池组将熔盐电解质携带的热能转换为高品位的电能，释放能量的熔盐电解质温度下降，并通过循环泵再次进入到热交换器中吸收烟气余热；转换得到的电能通过电池管理系统输出利用。

本发明的技术方案为：

基于熔盐电池的余热利用方法是这样的：采用熔盐电解质作为受热载体，在熔盐循环泵的驱动下，将具有回流温度t_回流的熔盐电解质通过熔盐输送管道，打入安装在烟气管道中的热交换器收集烟气热量，当熔盐电解质温度t达到（接近）烟气温度t_烟气后，熔盐电解质被输入至熔盐电池组，将热能转换成电能，当温度降至t_回流后，再将熔盐电解质打入热交换器中，如此反复循环，实现热-电能量转换。熔盐电池组转换的电能通过电池管理系统将电能输出。

其中，熔盐电池是热-电能量转换的载体，熔盐电解质采用理论分解电压较高、离子导电性好、较低的黏度、低熔点、低蒸发压等的材料构成（如：Al2O3+冰晶石等），阴极采用液态金属材料（如：铝等），阳极采用能承受较高电流密度、耐高温、抗腐蚀的金属或者非金属材料（如：特种炭素材料、惰性金属等），具有烟气温度t烟气的熔盐电解质在电池组内释放热量，通过阳极和阴极产生直流电，降温放电后的熔盐电解质在循环泵的作用下返回到换热器中吸热循环使用。

其中，热交换器按模块成组，通过调整其组数配置实现在烟气管道中流动的熔盐电解质温度t能从t_回流升温到t_烟气，且交叉安装在烟气管道中，避免给烟气流动带来较大的阻力；另外，输送管道和热交换器制作材料采用抗Na、K、Li侵蚀和耐高温的复合材料。

其中，熔盐电池组由多个超大容量熔盐电池组成，按照特定的成组技术和结构，组成5兆瓦以上的大容量熔盐储能电池组，具有良好的放大和成组特性，并通过电池管理系统向企业内局域电网供电或者回馈给电网。

利用烟气余热通过熔盐电池发电的热能利用装置是这样的：它包括熔盐电池组，熔盐电池组一端通过连接电缆与电池管理系统连接，另一端连接熔盐循环泵，熔盐循环泵连接烟气管道中的热交换器，热交换器按模块成组且交叉安装在烟气管道中；它还包括熔盐输送管道，熔盐输送管道的两端分别连接熔盐电池组和热交换器，电池管理系统一端连接熔盐电池组，另一端通过供电输出对外供电。

供电输出设有循环泵供电线路对熔盐循环泵进行供电。

熔盐电池组由多个熔盐电池组成，按照成组技术和结构，组成5兆瓦以上的大容量熔盐储能电池组，并通过电池管理系统向企业内局域电网供电或者回馈给电网。电池管理系统，具有可管理多个超大容量电池，能控制和协调多组电池的充放电，动态分配每组电池负荷（实现负载均衡），并具有滤波、整流、稳压或恒流、逆变、配电等功能。

热交换器在烟气管道中设有临时隔断模块，当热交换器出现故障时，利用临时隔断模块将该热交换器周围烟气隔断以便将该热交换器模块取出更换。更换热交换器模块时，将熔盐电解质切换到旁通管道，不影响系统和设备运行。

与现有技术比较，本发明通过利用熔盐电解质作为热传递介质和热电转换介质，配以相应辅助设施，将低品位能源转换成高品位能源——电能，同时采用热电转换技术，简略掉机械设备运转和其他能量转换，将能源利用大大提高，更高效的实现能量回收利用，更好的实现节能减排的目标。因此本发明有很好的推广价值和使用价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

附图标记说明：1-熔盐循环泵，2-熔盐输送管道，3-烟气管道，4-热交换器，5-熔盐电池组，6-电池管理系统，7-临时隔断模块，8-连接电缆，9-供电输出，10-循环泵供电线路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，首先，本发明的装置是这样的，它主要包括烟气管道3和熔盐电池组5，以及设置在二者之间的熔盐循环泵1。在烟气管道3中设有多个串联的热交换器4，热交换器4设有临时隔断模块7。熔盐循环泵1的一端连接熔盐电池组5，另一端接入烟气管道3中并与热交换器4连接。熔盐电池组5一端连接熔盐循环泵1，另一端通过连接电缆8连接电池管理系统6，电池管理系统6通过供电输出9对外供电，或者通过循环泵供电线路10对熔盐循环泵1进行回流供电。熔盐电解质通过熔盐输送管道2输送，熔盐输送管道2一端连接烟气管道3中的热交换器4，另一端与熔盐电池组5连接。熔盐输送管道2与熔盐循环泵1分别连接在串联而成的热交换器4组件的不同两端。

它的余热利用方法是采用熔盐电解质作为受热载体，通过熔盐循环泵1的驱动，将具有回流温度t_回流的熔盐电解质通过熔盐输送管道2，打入安装在烟气管道3中的热交换器4收集烟气热量，当熔盐电解质温度t达到（接近）烟气温度t_烟气后，熔盐电解质被输入至熔盐电池组5，将热能转换成电能，当温度降至t_回流后，再将熔盐电解质打入热交换器4中，实现热-电能量转换。能量利用率可达到30%以上，总能量利用不受限制，不受地域和季节变化影响，使工业生产的余热能得到较高效率的回收利用，更好的实现我国节能减排的目标。

本发明的技术方案采用熔盐电解质作为受热载体，并设置有熔盐循环泵1为熔盐循环流动动力源，中间配有熔盐输送管道2，余热在烟气管道3中采集，通过热交换器4采集交换热能，外部有热电转换熔盐电池组5，并配有电池管理系统6，电池管理系统6通过连接电缆8与熔盐电池组5相连接，外接供电输出9，熔盐循环泵1由供电输出9供电，同时配有外部启动供电，热交换器4侧烟气管道3上有临时隔断模块7。

本发明是这样实施的：在系统运行过程中，先在系统中注入熔盐电解质，利用烟气管道3中烟气余热对换热器4中的熔盐电解质进行初步加热后，通过外接电源启动熔盐循环泵1，使熔盐电解质在系统中开始流动循环，初步加热后的熔盐电解质通过熔盐输送管道2进入到熔盐电池组5中，在熔盐电池组5中进行热—电转换，熔盐电解质释放能量后温度下降，降温后的熔盐电解质在熔盐循环泵1的作用下再次进入热交换器4中吸收烟气余热升温。熔盐电池组5转换的电能输出到电池管理系统6，电池管理系统6通过供电输出9将电能输出到各用户，并同时切换熔盐循环泵1供电至电池管理系统6供电，系统实现净电能输出，同时实现环保、清洁、高效节能减排的目标。

系统熔盐电池组5按照特定的成组技术和结构，当其中一组发生故障不能正常运行时，切断该组电池外部连接管道及输配电缆，简单快捷的更换电池组，保证发电组件正常运行。当热交换器4出现故障时，利用临时隔断模块7将该热交换器4周围烟气隔断，将该热交换器4模块取出更换，更换热交换器4模块时，将熔盐电解质切换到旁通管道，不影响系统设备和换热组件运行。

该项基于熔盐电池的余热利用技术适用于大型工业炉窑烟气，其中包含铝电解槽烟气、炼钢高炉烧结烟气等。

当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。