[发明专利]一种特别适合生物质燃烧系统的模块化换热方法和装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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，本发明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。

背景技术

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。

发明内容