基于熱電轉(zhuǎn)換的鋁電解槽側(cè)壁余熱發(fā)電研究.pdf

1、中圖分類號型窆!三L毯Q皇UDC6209博士學(xué)位論文學(xué)校代碼10533基于熱電轉(zhuǎn)換的鋁電解槽側(cè)壁余熱發(fā)電研究ResearchonPowerGenerationof彤窖steHeatRecoveryfromAluminumReductionCell’sSidewallsBasedonThermoelectricConversion作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：梁高衛(wèi)動力工程及工程熱物理溫差發(fā)電能源科學(xué)與工程學(xué)院周

2、孑民教授答辯委員會主席中南大學(xué)2013年3月勱0她摘要基于熱電轉(zhuǎn)換的鋁電解槽側(cè)壁余熱發(fā)電研究摘要：鋁電解工業(yè)是能耗大戶，2008年，我國電解鋁總耗電量占全國電能消耗總量的5％左右，而且約一半的電能以余熱方式直接散失。有效地利用鋁電解余熱是實(shí)現(xiàn)鋁冶金工業(yè)節(jié)能的一個(gè)重要措施。溫差發(fā)電技術(shù)利用半導(dǎo)體熱電材料的熱電效應(yīng)，能夠直接將熱能轉(zhuǎn)換為電能，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性高、環(huán)保無污染等優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)余熱回收發(fā)電方面，由于傳統(tǒng)的發(fā)電方式無法回收

3、這部分能源，采用溫差發(fā)電技術(shù)可有效地將工業(yè)余熱轉(zhuǎn)換為電能。本文將溫差發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到鋁電解槽側(cè)壁的余熱回收發(fā)電，根據(jù)鋁電解槽側(cè)壁散熱孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制作了溫差發(fā)電裝置，通過回收低品位電解散熱達(dá)到減少余熱排放的目的。本論文完成的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：(1)建立了單個(gè)溫差發(fā)電器的熱電模型。該模型首次考慮了接觸效應(yīng)對溫差發(fā)電器性能的影響，得出了溫差發(fā)電器的電壓、電流、輸出功率和匹配負(fù)載的相關(guān)表達(dá)式。結(jié)果表明：接觸電阻對輸出功率的影響相當(dāng)

4、于增大了發(fā)電器的電源內(nèi)阻；接觸熱阻是通過降低半導(dǎo)體熱電偶對兩端的溫差來降低輸出功率的；與通常的電路不同，溫差發(fā)電器最大輸出功率時(shí)的匹配負(fù)載并不等于發(fā)電器的總內(nèi)阻。(2)通過理論分析和實(shí)驗(yàn)測試，研究了溫差發(fā)電器串聯(lián)連接和并聯(lián)連接的性能。建立了溫差發(fā)電器串聯(lián)連接解析的模型和溫差發(fā)電器并聯(lián)的解析模型，得到了串聯(lián)回路和并聯(lián)回路的電壓、電流、輸出功率的近似表達(dá)式，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這兩個(gè)模型。研究表明：只有當(dāng)回路中所有的熱電模塊具有相同的內(nèi)在參數(shù)，

5、且忽略接觸熱阻的影響時(shí)，溫差發(fā)電器串聯(lián)或并聯(lián)回路與一般的直流電源具有相同的串聯(lián)或并聯(lián)性能。(3)通過理論分析和實(shí)驗(yàn)測試，研究了磁場對溫差發(fā)電器輸出性能的影響。從理論上說明磁場對溫差發(fā)電器的輸出性能影響很小；通過實(shí)驗(yàn)證明，磁電效應(yīng)和熱磁效應(yīng)對碲化鉍材料制成的溫差發(fā)電器的開路性能、輸出功率的影響可以忽略不計(jì)。(4)建立了溫差發(fā)電器實(shí)驗(yàn)平臺，該平臺可以測試各種復(fù)雜工況下熱電模塊的性能。并利用實(shí)驗(yàn)平臺，篩選出最適合在鋁電解槽側(cè)壁散熱孔環(huán)境下工作