阅读说明：本技术 一种利用焦炉散热发电的方法 (Method for generating electricity by utilizing heat dissipation of coke oven ) 是由 王晓东 刘瑞峰 刘超 张熠 张雷 吴添 吴铄 吕彭 潘忠亮 姚腾豪 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种利用焦炉散热发电的方法,以焦炉的高温部位作为热源,以环境空气为冷源,通过设有温差发电元件的发电装置发电,供电电路通过调压电路、稳压电路对电压进行处理使其符合使用要求后,为包括焦炉生产、烘炉、标定、鉴定时使用的温度传感器、压力传感器、流量传感器及无线通信收发器在内的用电元件进行供电；上述用电元件无需外接电源,节省焦炉投资成本,有利于促进焦炉的智能化进程。(The invention relates to a method for generating power by utilizing heat dissipation of a coke oven, which takes a high-temperature part of the coke oven as a heat source, takes ambient air as a cold source, generates power by a power generation device provided with a temperature difference power generation element, and supplies power to power utilization elements including a temperature sensor, a pressure sensor, a flow sensor and a wireless communication transceiver which are used during coke oven production, oven drying, calibration and identification after a power supply circuit processes voltage by a voltage regulating circuit and a voltage stabilizing circuit to enable the voltage to meet the use requirement; the electric element does not need an external power supply, saves the investment cost of the coke oven and is beneficial to promoting the intelligent process of the coke oven.)

一种利用焦炉散热发电的方法

技术领域

本发明涉及焦炉余热利用技术领域，尤其涉及一种利用焦炉散热发电的方法。

背景技术

焦炉实现智能化操作需要在焦炉的各个部位安装不同种类的传感器、变送器。而焦炉本身的体积庞大、结构复杂、操作环境恶劣，导致在现场进行电源及信号电缆的布置十分困难，并且对电缆的防火、耐热等级要求较高。即便在低功耗无线通讯技术已经迅速发展的情况下，仍然不得不为各种传感器、变送器设置电缆提供电源；一座焦炉上为各类传感器、变送器提供电源及通讯的电缆总长度可达数千千米。耗费大量材料的同时，也大大阻碍了无线通讯技术的应用和发展，极大的提高了焦炉智能化的成本。

温差发电技术是利用半导体赛贝克效应(Seebeck effect)，将热能直接转换成电能的一种新能源技术，具有结构紧凑、无运动部件、性能可靠、免维护、工作时无噪音、低碳环保等特点。

焦炉是冶金行业用煤炼制焦炭的重要大型炉窑，其燃烧室内温度通常为1100～1350℃，且炉体表面温度较高，其表面散热量达到炼焦耗热量的12％左右，即焦炉表面存在大量可以利用温差进行发电的场合，在焦炉上推广温差发电有助于推进焦炉智能化发展。

授权公告号为CN208883786U的中国实用新型专利公开了“一种焦炉集气管压力数据测量装置”，其为专用的，固定式的，利用了集气管上的高温热源，输出电压为5V，用以驱动一只压力传感器。上述专利采用固定式安装，固定式输出电压，且仅使用集气管散热作为热源。因此需要一种能够利用不同位置，不同温度热源的，非固定式的，可控制输出电压的方法。

发明内容

本发明提供了一种利用焦炉散热发电的方法,以焦炉看火孔、装煤孔、除碳孔、保护板、护炉铁件等焦炉高温部位为热源，采用根据赛贝克效应原理制作的半导体温差发电元件发电，为焦炉用的各种传感器、无线通信收发器等用电元件供电，用电元件无需外接电源，节省焦炉投资成本，有利于促进焦炉的智能化进程。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种利用焦炉散热发电的方法，以焦炉的高温部位作为热源,以环境空气为冷源，通过设有温差发电元件的发电装置发电，供电电路通过调压电路、稳压电路对电压进行处理使其符合使用要求后，为包括焦炉生产、烘炉、标定、鉴定时使用的温度传感器、压力传感器、流量传感器及无线通信收发器在内的用电元件进行供电。

所述焦炉的高温部位为焦炉工作状态下表面温度超过50℃的部位。

所述焦炉的高温部位包括看火孔及看火孔盖、装煤孔及装煤孔盖、除碳孔及除碳孔盖、保护板、分烟道墙壁、蓄热室封墙、废气交换开闭器及护炉铁件。

所述温差发电元件是根据赛贝克效应原理制作的半导体元件；温差发电元件的热端表面靠近热源的表面，温差发电元件的冷端与空气接触散热，或者温差发电元件的冷端与冷风或冷却水换热，换热后的热量就近散发到空气中。

根据用电元件的电压或功率要求，温差发电元件设多组，各组温差发电元件之间通过串联或并联组成供电电路。

所述调压电路为升压电路和/或降压电路。

所述稳压电路为调压电路输出端直接通过滤波电路进行稳压，或采用独立稳压芯片构成独立的稳压电路。

处理后的电压为3V～24V。

所述供电电路中设蓄电池作为储能元件，或者不设蓄电池。

所述调压电路、稳压电路集成于发电装置的内部，或者独立设于发电装置的外部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)利用焦炉表面温度较高和/或内部存在高温辐射的炭化室和燃烧室、蓄热室等部位。以环境或换热装置为冷端，采用根据赛贝克效应原理制作的半导体温差发电元件发电，能够方便的在焦炉的各个部位获取电能；

2)采用调压电路、稳压电路将温差发电元件产生的不稳定电源转化为具有恒定电压的电源，在主供电电路中增设蓄电池则可以进一步获得稳定的电源输出；

3)能够直接为各种温度传感器、压力传感器、流量传感器等用电元件供电，搭配无线通讯技术，能够实现在焦炉上搭建无需供电、免维护的传感器网络，促进焦炉智能化发展。

具体实施方式

本发明所述一种利用焦炉散热发电的方法，以焦炉的高温部位作为热源,以环境空气为冷源，通过设有温差发电元件的发电装置发电，供电电路通过调压电路、稳压电路对电压进行处理使其符合使用要求后，为包括焦炉生产、烘炉、标定、鉴定时使用的温度传感器、压力传感器、流量传感器及无线通信收发器在内的用电元件进行供电。

所述焦炉的高温部位为焦炉工作状态下表面温度超过50℃的部位。

所述焦炉的高温部位包括看火孔及看火孔盖、装煤孔及装煤孔盖、除碳孔及除碳孔盖、保护板、分烟道墙壁、蓄热室封墙、废气交换开闭器及护炉铁件。

所述温差发电元件是根据赛贝克效应原理制作的半导体元件；温差发电元件的热端表面靠近热源的表面，温差发电元件的冷端与空气接触散热，或者温差发电元件的冷端与冷风或冷却水换热，换热后的热量就近散发到空气中。

根据用电元件的电压或功率要求，温差发电元件设多组，各组温差发电元件之间通过串联或并联组成供电电路。

所述调压电路为升压电路和/或降压电路。

所述稳压电路为调压电路输出端直接通过滤波电路进行稳压，或采用独立稳压芯片构成独立的稳压电路。

处理后的电压为3V～24V。

所述供电电路中设蓄电池作为储能元件，或者不设蓄电池。

所述调压电路、稳压电路集成于发电装置的内部，或者独立设于发电装置的外部。

本发明中，冷源(环境空气)是热源的热流量通过温度发电元件后的最终接收者。温差发电元件的冷端设置散热装置(如散热片)或换热装置(如风冷换热器、水冷换热器)，仅加速热量的流通，其热量的最终接收者依然是冷源(环境空气)。

温差发电元件是根据赛贝克效应原理制作的半导体元件，当其冷端和热端存在一定的温差时能够将通过自身的一部分热流量转化为电能。温差发电元件采用市售成品即可，具体结构在此不加赘述。

发电装置要保证能够将热流量良好的传递给温差发电元件，并保证温差发电元件的热端不超过其能够承受的工作温度，冷端需要具有良好的散热能力。

为满足不同冷热源条件及不同用电元件的需求，可采用不同数量、不同型号的温差发电元件串联或并联的方式，满足不同的电压及功率需求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。