本发明专利技术涉及一种特别适合生物质燃烧系统的模块化换热方法和装置。其包括可使用各种热载体介质的若干标准化换热模块。烟气(6)在换热管(8)内流动，换热管(8)在不同换热模块之间同轴布置。这使得各换热模块在运行时可以使用压缩空气清洁喷枪(30)有效地清洁换热管上的粉尘。由于粉尘净化不再必须通过烟气(6)的高流速来实现，因此使得降低烟气速度和减低引风机的动力需求成为可能。本发明专利技术特别适用于通过间接加热产生热空气系统的建造，例如用于谷物干燥时高效率地产生100℃以上的热空气。换热装置可以根据需要沿垂直或水平方向布置，还可以根据需要设计换热装置的大小和长度并实现非常良好的性能表现。
A Modular Heat Transfer Method and Device Particularly Suitable for Biomass Combustion System
【技术实现步骤摘要】
一种特别适合生物质燃烧系统的模块化换热方法和装置
本专利技术涉及一种特别适合生物质燃烧系统的模块化换热方法和装置，此装置由几个换热模块组合成一个换热装置，本专利技术可用来针对不同的热功率和不同的热介质进行换热装置设计。所述换热模块可用于热水加热，也可同时加热包括热油在内的多个热载体介质。特殊的应用例子是通过间接加热使空气超过100℃并用于谷物干燥。
技术介绍
燃煤蒸汽锅炉换热器管内的烟气一般设计为高速流动以防止管内积灰。煤燃烧产生的相对较大粉尘颗粒中包含矿物质成分，其多为熔点较高、具有摩擦作用的盐，有利于换热管的净化。燃煤锅炉的烟气以比实际所需更高的湍流速度运动以获得好的热传递，这也是为什么其引风机经常需要消耗较大的电能。秸秆燃烧产生的纳米级微细粉尘不具有摩擦净化效果，一般带有电荷并会附着在金属表面，即使在烟气高速运动时也会如此。例如在转速高达2800转/分钟的风机的扇翼上会沉积粉尘层，而这种现象在以煤为燃料时则不多见。到目前为止，还没有一种秸秆燃烧系统能够很好地解决换热器表面的有效清洁问题并设计出适宜的结构部件。把换热模块集成为换热装置，将设计简化的模块化换热装置以低价格进行批量化和标准化制造也未见在哪个国家有实际应用。传统换热器的热风一般只与一种介质发生热交换，尚未发现利用一种热风源作用于几种不同的介质同时实现换热的实际应用。在饲料和食品加工领域有许多间接加热的热风发生器被用于干燥植物，谷物烘干设备，尤其是玉米等散装干燥物往往需要烘干空气温度能够超过100℃的强化型热源。而把已经充分燃烧、排放干净的干燥空气直接用于干燥实现起来相对就容易的多。如果用生物质做燃料用换热器进行间接加热时一般必须使用蒸汽或导热油等高温热介质，其建造和运营则远比一个简单的带压95℃热水锅炉要昂贵和复杂的多。谷物干燥多为季节性生产，操作人员很难完全具备操作复杂蒸汽锅炉的能力或资质。热油介质比较昂贵，易老化且容易对环境造成风险。另一方面，常见的以燃煤为主的热力系统以烟气通过热交换来对空气加热时，往往由于排出尾气温度过高使得热效率不够高。在由耐热钢材构成的换热器经常有热堵塞和换热面损坏的危险，换热器损坏时会有明火进入谷物干燥机并可能引起火灾。而由于秸秆火焰特别长，所以燃烧着的秸秆颗粒导致谷物干燥设备发生火灾的可能性更大。但如果因为秸秆燃料的这个特性降低其燃烧温度，则秸秆燃烧的充分性和效率又会下降。与煤相比秸秆燃烧会给换热器带去更多的粉尘，这些粉尘与未燃烧的残余碳化合物结合附着于换热器时就会变得难以清除。因此秸秆的清洁和充分燃烧是至关重要的，但这样的充分清洁燃烧在燃烧温度低于800℃的时候是不能确保完全实现的。另外秸秆中的氯具有较强的腐蚀作用，通常会对钢材的性能产生较大影响。所以到目前为止在农业中用生物质、特别是秸秆来做能源满足集约型谷物干燥尚未多见。用天然气或液化气直接加热方式对谷物干燥的装置在世界范围内很普遍，但代价昂贵。燃油也会用来进行间接或直接(大部分是非法的)干燥，使用煤炭的则只能是间接干燥。在很多国家也不允许用生物质直接干燥谷物。
技术实现思路
在秸秆燃烧系统建造中对换热器表面的附着粉尘进行简单、经济的清洗是首要也是最重要的任务。因为即便烟气高速流动也不能完全阻止粉尘附着，因此换热器粉尘净化迫切需要一种低能耗、易于实现的建造设计概念。本专利技术在只有一个烟气流的情况下可对几个不同的热载体介质同时加热，然后可以组合使用这些不同热介质以实现设计目的。不同热介质的换热模块的设计应该能够标准化并完美的组合，这样可以很好地实现自动化生产以实现低成本制造。在本专利技术应用中，它可以实现以秸秆为燃料，不使用耐热钢材、不使用水蒸气或热油等高温热介质并通过间接加热产生温度超过100℃的热空气。其能量转换效率高、火灾风险大大降低，且各种建造材料承担的热能负担也不会过大。对生产者来说，不需要对热风发生装置进行昂贵和复杂监控也很重要。本专利技术目的是通过若干个换热模块组成模块化换热装置来实现换热目的，这些换热模块之间有同轴换热管可以让由秸秆燃烧系统产生的烟气流过。在该模块化换热装置中，根据不同热性能表现需要配置有不同换热管径、不同管长的换热管，所有换热模块的换热管都是同轴排列布置。因此，换热模块可以彼此垂直放置，也可以彼此水平放置，烟气以直线方式流过所有的换热模块。这种结构允许通过压缩空气气流完全将所有换热模块的换热管内表面的粉尘进行清洁，这样除尘净化就不再由烟气气流来承担，因此可以降低烟气速度，可以为风机降低能量消耗，同时又能够根据需要控制换热器大小。换热模块可为不同热介质设计，热介质可以是水-乙二醇混合物或热油等液体，也可以是空气等气体，这使得不同换热模块可以同时加热多种热介质。如果只加热水介质时也可以将几个标准换热模块彼此垂直或平行布置，这样可以降低换热装置生产成本。如果让换热装置的烟气首先通过以导热油或者空气为介质的换热模块，则为了达到较低的排出烟气温度可跟随一个以水为介质的换热模块。如果需要产出超过100℃的热空气，例如用于谷物干燥等，根据本专利技术可布置3个以上不同的换热模块组合来完成。首先烟气流过烟气-水换热模块，烟气温度降至钢材能够承受的680℃以下，换热产生的90℃热水流经空气-水换热模块可将初始冷空气预热至约65℃，预加热空气流经烟气-空气换热模块后进一步加热到所需的温度，例如115℃。为提高效率，烟气-空气换热模块可以切换到另一个烟气-水换热模块，因其单位面积的传热能力高于烟气-空气换热模块，可获得较低尾气排放温度。在冬季谷物干燥时温度较低地区，第二个烟气-水换热模块也可以用烟气-空气换热模块来替代。模块化换热装置允许制造者根据换热装置所在地特点来进行结构设计。通过降低第一个烟气-水模块中的烟气温度，在接下来的烟气-空气换热模块制造时就不需要使用特殊高价格耐高温钢材。煤炭燃烧产生的粉尘含有盐分氧化物，一般水溶性差并且熔点多高于1000℃。因此煤燃烧在换热装置表面形成熔化层的风险不大。而在秸秆燃烧时其粉尘的大部分是水溶性盐氧化物，这些氧化物中很大一部分会在较低温度时熔化，例如熔点是340℃的磷氧化物或熔点只有334℃的硝酸钾，但同时秸秆燃烧的粉尘中也包含熔点为770℃的钾氧化物等，钾氧化物等完全熔化则需要较高温度。因一般蒸汽锅炉的换热管温度很少超过300℃，因此秸秆燃烧时没有粉尘熔化和形成固体层的危险。然而在烟气-空气-烟气交换时换热钢管温度较高，例如烟气温度900℃、空气温度100℃时换热钢管温度就可能达到500℃。而这个温度对于普通钢来说已经是太高，所以存在熔融矿物引发问题的风险。所以在秸秆燃烧时把烟气温度控制到680℃以下是必须的，这样可以确保换热钢管温度低于400℃，这是钢管能够承受并且避免矿物熔化的温度。为安全起见应对烟气输入温度进行监测，必要时可以通过在旋风后燃烧室加入冷空气从而及时降低烟气温度。烟气注入式换热器模块彼此相连，它们可以相互上下叠放使烟气垂直流动，或者相互前后排列使烟气水平流动。所有换热管都同轴布置彼此成一条直线。当烟气温度降低时为保持烟气流速，可以像蒸汽锅炉的习惯做法一样让换热管直径随烟气流动方向逐渐减小。通过选择换热管直径可以实现将后部换热模块换热管的一小段可以插入前部换热模块的换热管内。来自烟气-水换热模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种特别适合生物质燃烧系统的模块化换热方法和装置，包含换热管、热载体介质、泵和管道、风机等，秸秆燃烧系统产生的烟气(6)流进换热模块的换热管(8)并由支撑板(48、49)固定，其中支撑板(48)与导风板(39)配合完成空气导流；其特征在于，不同的换热模块(1、2、3、11、12、13、33、34、35)可以用相同数量的换热管(8)相互同轴连接并呈直线排列。
【技术特征摘要】
1.一种特别适合生物质燃烧系统的模块化换热方法和装置，包含换热管、热载体介质、泵和管道、风机等，秸秆燃烧系统产生的烟气(6)流进换热模块的换热管(8)并由支撑板(48、49)固定，其中支撑板(48)与导风板(39)配合完成空气导流；其特征在于，不同的换热模块(1、2、3、11、12、13、33、34、35)可以用相同数量的换热管(8)相互同轴连接并呈直线排列。2.根据权利要求1所述的一种特别适合生物质燃烧系统的模块化换热方法和装置，其特征在于，换热模块可以被设计用于加热不同的热介质。3.根据权利要求1所述的一种特别适合生物质燃烧系统的模块化换热方法和装置，其特征在于，烟气进入端(4)布置在换热装置前段，烟气释放端(5)布置在换热装置后段。4.根据权利要求1所述的一种特别适合生物质燃烧系统的模块化换热方法和装...
【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安赫尔特，
申请(专利权)人：黑龙江赫尔特生物质能源发展有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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