工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统.pdf

本发明涉及一种工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统。该系统包括工业锅炉燃烧子系统、行波型热声发动机子系统、永磁直线发电机子系统和电能储备子系统。本系统机械结构简单，设计灵活，不改变现有工业锅炉系统燃烧的本体结构，提高锅炉燃烧利用率，降低锅炉热负荷，又能将锅炉烟道废弃的烟气余热转化成供生产和生活使用的稳定电能，提高能源综合利用效率。

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)。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：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)。3.  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：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)。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：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。5.  根据权利要求4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)。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：声学反馈管(24)为圆角矩形结构。7.  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：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。8.  根据权利要求7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)。9.  根据权利要求8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。10.  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：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Bgrlg；机械阻抗Rm；与活塞(31)和永磁体动子(35)相连的弹簧谐振机构(32)刚度Km；定子绕组(33)电阻Rs；定子绕组(33)电感系数Ls；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RL1和虚部XL2；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(29)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：Zga=ΔF~ΔU~=1A2[(Bgrlg)2(Rs+jωLs+RL1+jXL2)+Rm+j(ωM-Kmω-A2ωC)]]]>θ=arctan[ωM-Kmω-A2ωC(Bgrlg)2(Rs+jωLs+RL1+jXL2)+Rm]]]>其中Zga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。

说明书工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统
技术领域：本发明涉及利用工业锅炉燃烧时回收烟气余热产生电能的领域。具体指利用热声发电技术实现将锅炉燃烧时烟气余热转化成电能的系统设计。
背景技术：
工业锅炉通过消耗能源生产蒸汽或热水等二次能源，再通过热力管网将它们输送到各用热设备。在我国工业锅炉对能源的消耗总量占能源总消耗量的三分之一以上，是耗能最多的设备之一。工业锅炉在运行过程中产生大量烟气余热，现多采用热管式热水器、热管式空气预热器和热管式省煤器等方法进行烟气余热回收，但仍有大量烟气余热作为废弃余热排放到大气中，不仅污染环境，而且造成能源浪费。若能将排放到大气中的烟气余热转化为电能，不仅实现环保，而且提高锅炉系统的能源综合利用率。但是作为热电技术的热源，烟气余热具有温度低、热源变化率大等特点，属于低品质热源，传统的热电技术很难将其转化为电能。
热声发电技术可利用低品质热源，具有热源适应性好、结构简单、使用寿命长，安全可靠等潜在优点，因此成为一种新兴的能源利用方式。但是现有热声发电技术主要应用在太阳能发电领域，自激荡起振温度高，起振难的不足已经成为制约热声发电技术应用的瓶颈。另外现有热声发电技术采用固定谐振管结构，系统运行时谐振管耗散大量声功，这种固定谐振管结构使行波型热声发动机子系统和永磁直线发电子系统谐振运行的频宽范围非常有限。当热声发电系统不能谐振运行时，永磁直线发电机子系统捕获声功的能力迅速减小，严重影响整个系统输出电功的能力。工业锅炉燃烧时的烟气余热是低品质热源，外界气候或是燃料质量及燃烧条件发生变化时，都会使热源温度发生变化，热声发电系统工作介质运行的频宽范围特别大，这与固定谐振管谐振频率的频宽有限相矛盾。再有热声发电技术中热接收器的也是设计难点，它是实现捕获低品质热源热能的关键，但是将热声发电技术应用到工业锅炉烟气余热领域的研究尚属空白，现有的太阳能热采集器设计结构不能直接应用于工业锅炉烟气余热行波型热声发电系统里。由于热声发电系统工作介质波动运行的方式，永磁直线发电机产生交变的电能，现有热声发电系统采用变电阻测量输出电功能力的方法不能直接产生供生产生活使用的稳定电能。
发明内容：
发明目的：本发明结合工业锅炉燃烧子系统结构及烟气流程和汽水流程，设计专门应用于工业锅炉燃烧时回收烟气余热的工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统，其目的是解决以往所存在的问题，其输出供生产和生活直接使用的稳定电能，同时提高工业锅炉燃烧子 系统能源综合利用率。
技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：
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、行波型热声发动机子系统、永磁直线发电机子系统和电能储备子系统，工业锅炉燃烧子系统连接行波型热声发动机子系统，行波型热声发动机子系统连接永磁直线发电机子系统，永磁直线发电机子系统连接电能储备子系统。
工业锅炉燃烧子系统包括设置在炉膛下端的炉排和设置在炉膛上端的汽包或锅筒，在炉膛内还设置有内置水介质的水冷壁管，炉膛与锅炉烟道连通，在锅炉烟道内设置有与汽包或锅筒连通的省煤器；汽包或锅筒通过管路连接终端用户。
行波型热声发动机子系统主要由热采集器、主冷却器、声学自适应调谐管、声学反馈管、副冷却器、回热器和热缓冲管，热采集器设置在声学反馈管上，热采集器的上方为回热器和主冷却器，热采集器的下方为热缓冲管和副冷却器，热采集器耦合进锅炉烟道内，主冷却器外围固定水冷管，水冷管的一端连接至终端用户的冷凝水或低温循环水回水出水管，另一端连接至锅炉烟道内的省煤器。
冷凝水或低温循环水回水出水管通过锅炉循环泵连接水冷管；热采集器采用机翼形阵列式。
声学反馈管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，在声学自适应调谐管谐振结构内设置有位移可变的活塞组件。
声学反馈管为圆角矩形结构。
永磁直线发电机子系统包括捕获声功的活塞、弹簧谐振机构、定子绕组、轻质连杆、永磁体、定子轭和发电机外壳；活塞和弹簧谐振机构设置在轻质连杆的两端，活塞活动的设置在声学反馈管内，弹簧谐振机构、定子绕组、永磁体和定子轭设置在发电机外壳内，永磁体设置在轻质连杆上，定子绕组安装在定子轭上，定子绕组与永磁体对应。
电能储备子系统包括整流设备和蓄电池，整流设备连接定子绕组和蓄电池。
整流设备采用二级管串联滑动变阻器并联电感和电容的结构。
声学自适应调谐管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的相关参数：行波型热声发动机子系统输出且作用在永磁直线发电机子系统的活塞上的压力变量行波型热声发动机子系统输出且作用在永磁直线发电机子系统活塞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内气体运行频率ω；调谐管的活塞面积A；调谐管的活塞背腔声容
步骤2)测量永磁直线发电机子系统的相关参数：力矩因数Bgrlg；机械阻抗Rm；与活塞和 永磁体动子相连的弹簧谐振机构刚度Km；定子绕组电阻Rs；定子绕组电感系数Ls；定子绕组产生的感应电流
步骤3)测量电能储备子系统的相关参数：蓄电池设备阻抗的实部RL1和虚部XL2；
步骤4)行波型热声发动机子系统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，声学自适应调谐管谐振结构位于永磁直线发电机子系统后侧，可提高行波型热声发动机子系统谐振运行能力并且提高永磁直线发电机子系统输出的电功率，声学自适应调谐管长度小于行波型热声发动机子系统工作介质气体波长的四分之一，末端采用活塞封闭，声学自适应调谐管内工作介质气体流动方向与声学反馈管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内部纵向声波传递与横向熵传播的相位匹配，实现回热器能量优化运行，使得行波型热声发动机子系统输出声功最大，永磁直线发电机子系统输出的电能最大；
声学自适应调谐管阻抗匹配设计原理如下：
Zga=ΔF~ΔU~=1A2[(Bgrlg)2(Rs+jωLs+RL1+jXL2)+Rm+j(ωM-Kmω-A2ωC)]]]>
θ=arctan[ωM-Kmω-A2ωC(Bgrlg)2(Rs+jωLs+RL1+jXL2)+Rm]]]>
其中Zga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。
优点及效果：
本发明提供一种工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统，其利用热声发电技术将工业锅炉燃烧时产生的废弃烟气余热转化为电能，实现对低品质热源的有效利用。整个系统结构简单，不改变现有工业锅炉燃烧子系统的主要结构，成本低，可推广性强，提高能源综合利用效率。行波型热声发动机子系统中无机械运动部件，只要内部回热器两端温度梯度达到临界温度，在系统内部就会产生声波振荡，与传统内燃机相比减少了维护费用。热声发电技术的工作介质为惰性气体，对环境友好，安全可靠减少污染。
行波型热声发动机子系统热采集器采用机翼形阵列式，直接耦合进锅炉烟道，机翼形阵列式的热采集器不影响锅炉烟道内空气流通，又能提高行波型热声发动机横向熵传递的能力，实现热能捕获最大。相比于传统热机将加热器安装在锅炉炉膛设计方法，降低热采集器材料要求，并提高了锅炉燃料燃烧的利用率，真正实现使用锅炉燃烧烟气余热发电。
行波型热声发动机子系统主冷却器采用外围固定式水冷管致冷，且水冷管与锅炉燃烧子系统的冷凝水(或低温循环水回水)出水管直接连接，参与锅炉燃烧子系统水循环。锅炉燃烧子系统的冷凝水(或低温循环水回水)经由锅炉循环泵注入行波型热声发动机子系统的主冷却器水冷管，经过主冷却器一次升温后注入锅炉燃烧子系统的省煤器进行二次升温。既可降低工业锅炉子系统的热负荷，又能增大行波型热声发动机子系统内部回热器的温度梯度，提高行波型热声发动机子系统输出声功的能力。
行波型热声发动机子系统采用具有活塞可移动的声学自适应调谐管调谐结构，这种声学调谐管设计可以根据锅炉燃烧烟气余热温度变化主动调整热声发电系统动力学过程中的声波压力振荡和热力学过程中的横向熵振荡间的相位，使两种振荡以最优的相位耦合。工业锅炉烟气余热是低品质热源，外界气候或是燃料质量及燃烧条件发生变化时，都会使热源的温度发生变化，导致热声发电系统工作介质谐振运行的频宽范围特别大。声学自适应调谐管调谐结构克服现有固定谐振管频宽有限的问题，提高系统的热—声—电转换效率，使行波型热声发动机子系统可与任何温度与频率的锅炉燃烧烟气余热匹配运行，提高设备的通用性。这种声学自适应调谐管谐振结构使整个系统结构简单，检测与维修方便。
永磁直线发电机子系统采用发电机电动起振运行，将系统牵入谐振的自主协同起振控制策略，这种使用发电机起振控制补偿行波型热声发动机自激荡起振的技术可降低系统起振温度，减小系统自激荡起振消耗能量，提高热声发电系统的能量转换效率，克服现有热声发电系统自激荡起振温度高，起振难的不足。
所述电能储备系统由蓄电池和整流设备组成，通过对热声发电系统输出的电能进行主动整流处理，实现将热声发电系统输出的交变电能转化成蓄电池输出的稳定电能，供直接使用。
附图说明：
图1本发明的工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统组成图；
图2是本发明的工业锅炉燃烧子系统结构图；
图3是本发明的行波型热声发动机子系统的结构图；
图4是本发明的永磁直线发电子系统和电能储备子系统原理图。
具体实施方式：
本发明提供一种工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统，其主要是将热声发电技术应用在工业锅炉燃烧时回收烟气余热转化成电能的领域，该系统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。
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。
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。
声学反馈管24为圆角矩形结构。
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。
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。
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
下面结合链条炉排工业锅炉及附图进行详细说明：
图1是本发明的工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统组成图。主要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、电能储备子系统4。其中工业锅炉燃烧子系统1燃烧时产生的烟道17内烟气余热为行波型热声发动机子系统2提供热源，工业锅炉燃烧子系统1的冷凝水(或低温循环水回水)经由锅炉循环泵114注入行波型热声发动机子系统2的主冷却器22水冷管29，经过主冷却器22一次升温后注入省煤器18进行二次升温，既可降低锅炉子系统1的热负荷，又能增大行波型热声发动机子系统2内部回热器26的温度梯度，提高行波型热声发动机子系统2输出声功的能力。行波型热声发动 机子系统2通过将热采集器21直接耦合到烟道17内，捕获工业锅炉燃烧子系统1低品质热源，根据热声效应原理将热能转化为声功，驱动嵌入到声学反馈管24里的永磁直线发电机子系统3的活塞31、弹簧谐振机构32和永磁体动子35往复运行，根据电磁感应定律，在定子绕组33感应出交变的电能。电能储备子系统4里的整流设备41直接与永磁直线发电机子系统3的定子绕组33相连，将交变的电流整流后充入到蓄电池设备42里，最后输出供生产生活直接使用的稳定电能。同时永磁直线发电机子系统3和电能储备子系统4也是行波型热声发动机子系统2的声学负载，它们的阻抗变化又会影响热声发电系统能量转换效率。
图2是本发明的工业锅炉燃烧子系统1的结构图。所述链条炉排工业锅炉燃烧子系统1的燃料在炉排11上燃烧给汽包(或锅筒)12和水冷壁管13的水系统加热，产生的高温烟气在鼓风机14和引风机15外力作用下，经由炉膛16进入烟道17，再依次穿过行波型热声发动机子系统2的热采集器21、工业锅炉燃烧子系统的省煤器18、空气预热器19、除尘器110、烟囱111排入大气。锅炉循环水受热后，在汽包(或锅筒)12里形成生产过程(或供暖)需要的蒸汽(或热水)，供给终端用户112进行热交换和使用。热交换后的冷凝水(或低温循环水回水)经由循环泵114注入行波型热声发动机子系统2的主冷却器22的水冷管29，经过主冷却器22一次升温后注入省煤器18进行二次升温后，流入汽包(或锅筒)12完成水循环。
图3是本发明的行波型热声发动机子系统2的结构图。所述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，热缓冲管27，声学自适应调谐管活塞组件28，主冷却器外围固定式水冷管29组成。行波型热声发动机子系统2通过热采集器21捕获工业锅炉烟气燃烧子系统1的烟道17内烟气余热给内部声学流道的工作介质气体加热，当温度梯度到达起振临界点时，回热器内26工作介质气体产生声波自激荡，根据热声效应原理，将捕获的烟气余热转化成声功，驱动嵌入声学反馈管24的永磁直线发电机子系统3进行直线往复运动。
进一步地，行波型热声发动机子系统2热采集器21采用机翼形阵列式，直接耦合进锅炉烟道17内，机翼形阵列式的热采集器21不影响锅炉烟道17内空气流通，又能提高行波型热声发动机子系统2横向熵传递的能力，实现热能捕获最大。相比于传统热机将加热器安装在锅炉炉膛设计方法，降低热采集器21材料要求，并提高了工业锅炉子系统1燃料燃烧的利用率，真正实现使用锅炉燃烧烟气余热发电。
进一步地，行波型热声发动机子系统2主冷却器22采用外围固定式水冷管29致冷，且水冷管29与锅炉燃烧子系统1的冷凝水(或低温循环水回水)出水管113直接连接，参与水循环。锅炉燃烧子系统1的冷凝水(或低温循环水回水)经由锅炉循环泵114注入行波型热 声发动机子系统2的主冷却器22水冷管29，经过主冷却器22一次升温后注入锅炉燃烧子系统1的省煤器18进行二次升温，既降低锅炉子系统1的热负荷，又能增大行波型热声发动机子系统2内部回热器26的温度梯度，提高行波型热声发动机子系统2输出声功的能力。
进一步地，行波型热声发动机子系统2采用具有活塞可移动的声学自适应调谐管23谐振结构，这种声学调谐管23谐振结构可以通过活塞位移的变化，自动补偿由于外界气候或是燃料质量及燃烧条件发生变化，导致热采集器21捕获烟道17烟气热量产生的声波阻抗变化，同时也能补偿由于永磁直线发电机子系统3和电能储备子系统4引入声学流道导致行波型热声发动机子系统2声学阻抗的变化。声学自适应调谐管23通过自调整行波型热声发动机子系统2动力学过程中的声波压力振荡和热力学过程中的横向熵振荡间的相位，使两种振荡以最优的相位耦合，同时又可拓宽永磁直线发电机子系统3捕获最大声功的频宽范围，使行波型热声发动机子系统2可与任意工业锅炉燃烧子系统1的燃烧烟气余热匹配运行。声学自适应调谐管23谐振结构使行波型热声发动机子系统2结构简单，检测与维修方便，通用性与适用性强，并且可提高整个系统的热—声--电转换效率。
进一步地，声学自适应调谐管23谐振结构设计及实现原理如下：
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Bgrlg；机械阻抗Rm；与活塞31和永磁体动子35相连的弹簧谐振机构32刚度Km；定子绕组33电阻Rs；定子绕组33电感系数Ls；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RL1和虚部RL2；
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29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：
Zga=ΔF~ΔU~=1A2[(Bgrlg)2(Rs+jωLs+RL1+jXL2)+Rm+j(ωM-Kmω-A2ωC)]]]>
θ=arctan[ωM-Kmω-A2ωC(Bgrlg)2(Rs+jωLs+RL1+jXL2)+Rm]]]>
其中Zga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。
图4是本发明的永磁直线发电子系统3和电能储备子系统4原理图。所述永磁直线发电子系统3由捕获声功的活塞31，弹簧谐振机构32，定子绕组33，安装在轻质连杆34上的永磁体35，定子轭36，发电机外壳37组成。
进一步地，永磁直线发电子系统3的永磁体35安装在轻质连杆34作为动子，弹簧谐振机构32和活塞31相连，定子绕组33安装在定子轭36上。根据热声效应原理，行波型热声发动机子系统2的热采集器21捕获烟道17内烟气余热输出正弦声波压力，作用在嵌入行波型热声发动机子系统2的声学反馈管24里的永磁直线发电子系统3活塞31表面，活塞31捕获行波型热声发动机子系统2输出的压力，带动永磁体动子35作直线往复运动。根据法拉第电磁感应定律，定子绕组33的磁通就会发生变化，产生感应电动势。其中永磁直线发电机子系统3采用电动起振与热声发动机自激荡起振自主协同起振，即永磁直线发电子系统3采用发电机电动起振运行，拖动行波型热声发动机子系统2牵入谐振的自主协同起振控制策略，使用永磁直线发电子系统3控制补偿行波型热声发动机子系统2自激荡起振的技术可降低系统起振温度，减小系统自激荡起振消耗能量，提高热声发电系统的能量转换效率，克服现有行波型热声发动机子系统2自激荡起振温度高，起振难的不足。
进一步地，电能储备子系统4由整流设备41和蓄电池42组成，对永磁直线发电子系统3定子绕组33输出的电流进行主动整流处理。采用二级管串联滑动变阻器及并联电感电容实现将永磁直线发电子系统3输出的交变电流整流后充入蓄电池42输出稳定电能，供生产和生活直接使用。
工业锅炉燃烧烟气余热行波型热声发电系统机械结构简单，设计灵活，不改变现有工业锅炉燃烧系统本体结构，降低锅炉热负荷，提高锅炉燃烧利用率，又能将锅炉烟道废弃的烟气余热转化成供生产和生活使用的稳定电能，提高能源综合利用效率。