[0001]
本实用新型涉及烟气加热技术领域，具体为一种生物质锅炉烟气加热空气源热泵进风系统。
背景技术：[0002]
锅炉排烟热损失是锅炉主要热损失之一，生物质锅炉在经过省煤器和布袋除尘器后尾部排烟温度大多在100-160℃左右，烟气中含有8％～15％的显热和10％的汽化潜热，如果直接排放到大气中，不仅浪费了大量热能而且对大气带来“热”污染，加剧城市热岛效应。空气源热泵机组所处外部空气温度越低，空气源效率越低，能耗越大，特别是当北方冬季空气温度很低时，空气源热泵换热器表面凝结成霜，会加大能耗影响使用寿命。
[0003]
实用新型专利申请号201811645012.4、公开日为2019.06.11的实用新型专利公开了一种燃气锅炉烟气加热空气源热泵进风系统，该专利采用空气源热泵、烟囱和风管道相连通，使用引风机将气体吹向空气源热泵，该专利利用天然气锅炉排放的烟气解决空气源热泵的冬季环境结霜问题。但是该混合方式因燃料元素成分不同烟气组分差别不同不适合于生物质锅炉烟气混合，生物质锅炉的主要燃料为农林废弃物，包括各种秸秆、稻壳、木屑等。尾部烟气经布袋除尘后仍含有30mg/m3灰尘与空气混合易堵塞风管道降低混合效率。
[0004]
目前生物质锅炉烟气余热回收多采用重回燃烧过程或经换热器回收，仍有低位热能无法回收。
技术实现要素：[0005]
本实用新型的目的是：针对现有技术在低温环境中空气源热泵因低温产生结霜和生物质锅炉烟气利用率低的问题，提出一种生物质锅炉烟气加热空气源热泵进风系统。
[0006]
本实用新型为了解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0007]
一种生物质锅炉烟气加热空气源热泵进风系统，包括：空烟混合室2、烟囱1和空气源热泵5，所述空烟混合室2上设有生物质锅炉烟气进风口3、外部空气进风口21和空气源热泵取风口22；
[0008]
所述生物质锅炉烟气进风口3通过取烟管道6与烟囱1连通，所述取烟管道6上设有进烟气控制阀门4、第一引风机9、第一温度变送器10和第一流量计11；
[0009]
所述空气源热泵取风口22通过混合气管道8与空气源热泵5连通，所述混合气管道8上设有空气源取风切换阀门16和第三温度变送器17；
[0010]
所述外部空气进风口21与取气管道7连通，所述取气管道7上设有空气取风控制阀门12、第二引风机13、第二温度变送器14和第二流量计15。
[0011]
进一步的，所述空烟混合室2上还设有放气孔23。
[0012]
进一步的，所述取烟管道6和取气管道7汇合处设有导流烟气管道25，所述导流烟气管道25圆周面上均布多个通孔。
[0013]
进一步的，所述放气孔23上设有放气阀18。
[0014]
进一步的，所述空气源取风切换阀门16和放气阀18为电动截止阀。
[0015]
进一步的，所述空烟混合室2上还设有排污口24。
[0016]
进一步的，所述排污口24上设有排污阀19。
[0017]
进一步的，所述排污阀19为阀套式排污阀。
[0018]
进一步的，所述空烟混合室2、取烟管道6、混合气管道8和取气管道7外侧设有保温层。
[0019]
进一步的，所述第一流量计11和第二流量计15为超声波流量计。
[0020]
本实用新型的有益效果是：
[0021]
通过温度变送器和流量计实时监测管路内各个区域的温度、气体流量；控制系统调整控制空气取风控制阀门，从而改变进入风道的空气流量，动态保持空烟混合室内空气温度。
[0022]
使用生物质锅炉的烟气提高空气源热泵进风温度，可避免空气源热泵因环境低温产生的结霜问题，不但减少了空气源热泵因融霜造成的电耗增加，而且有效降低了生物质锅炉的烟气温度，解决目前锅炉余热特别是低位热能的能源利用效率低的问题，与现有申请专利相比减少气流汇合处修理率和由生物质燃料带来的灰尘处理。
附图说明
[0023]
图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0024]
图2为本实用新型空烟混合室2另有内部“迷宫式”换热器结构示意图；
[0025]
图3为本实用新型导流烟气管道25结构示意图；
[0026]
其中，烟囱1、空烟混合室2、生物质锅炉烟气进风口3、进烟气控制阀门4、空气源热泵5、取烟管道6、取气管道7、混合气管道8、第一引风机9、第一温度变送器10、第一流量计11、空气取风控制阀门12、第二引风机13、第二温度变送器14、第二流量计15、空气源取风切换阀门16、第三温度变送器17、放气阀18、排污阀19、电气控制箱20、外部空气进风口21、空气源热泵取风口22、放气孔23、排污口24、导流烟气管道25、弧形挡隔板26、空气管道27、烟气管道28。
具体实施方式
[0027]
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种生物质锅炉烟气加热空气源热泵进风系统，包括空烟混合室2、烟囱1、空气源热泵5，所述空烟混合室2上设置有生物质锅炉烟气进风口3、外部空气进风口21、空气源热泵取风口22、放气孔23、排污口24，生物质锅炉烟气进风口3和烟囱通过管路相连通，烟囱1在与生物质锅炉烟气进风口3连通位置的上游设置有进烟气控制阀门4，外部空气进风口21与外部空气通过管路相连通，空气源热泵取风口22与空气源热泵通过管路相连通。所述管路包括与烟囱相连通的取烟管道6、与外部空气相连的取气管道7和与空气源热泵取风口相连的混合气管道，取烟管道6、取气管道7和混合气管道均与空烟混合室2相连，所述取烟管道6上靠近烟囱1一侧设置有进烟气控制阀门4和第一引风机9，取烟管道6烟道靠近空烟混合室2一侧设置有第一温度变送器10和第一流量计11，所述取气管道7靠近外部空气一侧设置有空气取风控制阀门12和第二引风机13、靠近空烟混合室2一侧设置有第二温度变送器14和第二流量计15，所述
混合气管道8上与空气源热泵5连通位置上游设置有空气源取风切换阀门16和第三温度变送器17，所述放气孔23处设置有放气阀18，所述排污口24处设置有排污阀19。
[0028]
本实用新型通过温度变送器和流量计实时监测管路内各个区域的温度、气体流量；本实用新型在具体实施时还可以利用电气控制箱20进行控制，利用控制系统或者手动调整控制空气取风控制阀门，从而改变进入风道的空气流量，动态保持空烟混合室内空气温度。本实用新型有效利用生物质锅炉尾部烟气余热，解决空气源热泵进风温度低、能效低、冬季结霜问题，多能互补，显著提高烟气余热利用率，符合清洁生产的要求；延长空气源热泵使用寿命。
[0029]
使用生物质锅炉的烟气提高空气源热泵进风温度，可避免空气源热泵因环境低温产生的结霜问题，不但减少了空气源热泵因融霜造成的电耗增加，而且有效降低了生物质锅炉的烟气温度，提升锅炉系统能源利用效率。与现有技术相比，布置空烟混合室2和较短的管道设置可以有效增加烟气与空气换热效率并减少气流汇合处修理率。
[0030]
本实用新型一种生物质锅炉烟气加热空气源热泵进风系统，包括烟囱1、空烟混合室2、空气源热泵5、和电气控制箱20，所述电气控制箱中含有电气控制系统实现电气控制，所述控制系统设置安全警报，所述烟囱上设置有进烟气控制阀门4，其为可控制开口阀门，与空烟混合室2上设置生物质锅炉烟气进风口3通过取烟管道6相连接，所述取烟管道6上游可以通过第一引风机9引取烟囱中高温烟气送入空烟混合室2，所述取烟管道6通过第一温度变送器10和第一流量计11实时监控进烟气温度和流量情况，所述取气管道7将外部空气与空烟混合室2相连，所述取气管道7与大气连接一端设置有空气取风控制阀门12和第二引风机13，所述空气取风控制阀门12为电动截止阀，所述取气管道7靠近空烟混合室2一端设置有第二温度变送器14和第二流量计15实时监控外部空气进风温度和流量情况，所述第一流量计11和第二流量计15均使用超声波流量计，在使用超声波流量计时，无需进行接触，同时在流体中没有阻碍件存在，不会对流束产生任何影响，同时也不会造成任何压力损失，所述空气源热泵上设置有空气源取风切换阀门16，空气源取风切换阀门16关闭时周围空气可从空气源取风切换阀门16进入空气源热泵5，空气源取风切换阀门16打开时，空气源热泵5只能接收混合气管道8的供气，所述空气源取风切换阀门16为电动截止阀，所述混合气管道8上游靠近空烟混合室2设置有第三温度变送器17，在具体实施时，需要预先设定一个预设值，当第三温度变送器17监测混合气管道8温度超过预设值时，根据第二温度变送器14的数值改变第二引风机13的转速从而改变流速，进而降低空烟混合室2混合气体温度，
[0031]
在具体实施时，所述第一温度变送器14、第一流量计11、第二温度变送器10、第二流量计15，第三温度变送器17、第一引风机9、第二引风机13均将数据传递给电气控制箱20实现电气控制，当第三温度变送器17监测混合气管道8温度超过预设值时电气控制箱10会根据第二温度变送器14改变第二引风机13的转速从而改变流速，进而降低空烟混合室2混合气体温度，所述电气控制箱20会当第一温度变送器10、第二温度变送器14、第三温度变送器17的温度过高或过低时会触发安全警报，所述空烟混合室2上侧方设置有放气孔23，所述放气孔处23放置有放气阀18，所述放气阀18为截止阀，在设计运作流程出现故障或设备停用时可关闭所有阀门，打开放气阀18将空烟混合室2内部烟气放出，防止在检修时出现因空烟混合室2及管道内部烟气导致的人员受伤或其他伤害，所述空烟混合室2有向下的排污口24，所述排污口24处设置有排污阀19，所述排污阀19为阀套式排污阀，以便定时清理空烟混
合室2中因热烟气和冷空气相遇混合在内部可能出现的水珠，减少空烟混合室2的空气混合面积影响换热效率，所述空烟混合室2及管道外侧均设置有保温层，所述保温层采用eva乙烯-乙酸乙烯共聚物材料。
[0032]
当系统使用生物质锅炉烟气加热空气提高空气源热泵5进风温度时，打开烟囱进烟气控制阀门4，打开空气取风控制阀门12，打开空气源取风切换阀门16，开启第一引风机9和第二引风机13，第二引风机13转速主要由电气控制箱20中第三温度变送器17数据控制，第二引风机13的额定风量是空气源热泵5的设置风量的1.2倍。
[0033]
当环境温度较高或生物质锅炉停炉不能提供烟气余热时，系统停止使用生物质锅炉烟气加热空气提高空气源热泵5进风温度时，关闭空气源取风切换阀门16，关闭第一引风机9和第二引风机13，关闭进烟气控制阀门4，关闭烟囱烟气取烟控制阀门4，打开放气阀18，将空气源热泵5与此设计装置完全隔离开，所述空气源热泵仅由环境风提供进风。
[0034]
具体实施方式二：结合图2、3说明本实施方式“迷宫式”空烟混合室2，可以在烟气和空气分别从两端通入，经过多次旋涡冲刷对流汇入空气源热泵取风口22，达到预想混合效果。所述空烟混合室2为长方体，长为300cm、宽度为200cm。设置有弧形挡隔板26，其一端固定，长度所占取空烟混合室270cm。所述烟气管道28和空气管道27汇合处设置导流烟气管道25。所述导流烟气管道25圆周面上均布多个φ40mm通孔。
[0035]
利用气体旋转时产生离心力的原理，此时空烟混合室2内“迷宫式”换热器还具有除尘的功能。粉尘粒子在导流烟气管道25中受到的离心力为：
[0036][0037]
其中m
a
为粒子质量，单位为kg；u为回转半径在r处的切线速度，单位为m/s；r为粒子的回转半径，单位为m；d
a
为粒径，单位为μm；ρ
a
为粒子的物质密度。
[0038]
粒子所受的阻力为：
[0039]
f
s
＝3πμ
α
u
t
d
a
[0040]
其中μ
α
为气相流体动力粘度；μ
t
为终端沉降速度，单位m/s。
[0041]
因为在分离过程中，粒子所受到的离心力和阻力相平衡，因此可以得到：
[0042][0043]
因此，粒子最终沉降速度为：
[0044][0045]
研究表明，空烟混合室2内“迷宫式”换热器对于5～10μm以上的粉尘颗粒除尘效率较高，最高除尘效率接近90％，进一步解决燃用生物质燃料带来的灰尘问题。
[0046]
需要注意的是，具体实施方式仅仅是对本实用新型技术方案的解释和说明，不能以此限定权利保护范围。凡根据本实用新型权利要求书和说明书所做的仅仅是局部改变的，仍应落入本实用新型的保护范围内。