一种高温生物燃气控温冷却工艺及装置的制作方法

本发明涉及生物质能高效利用，具体涉及一种高温生物燃气控温冷却工艺及装置。

背景技术：

1、随着我国可再生能源发展需求的日益提升，生物质能凭借其零碳燃料的特性，在能源结构转型进程中扮演着愈发关键且重要的角色。生物质气化技术作为生物质能利用的重要手段，通过高温热解将农林废弃物转化为合成气，该合成气包含 co、h2、ch4以及焦油等成分。不过，受生物质自身热值和灰熔点的限制，此过程产生的高温燃气（温度处于700℃~800℃）含有大量过热态的焦油，这给后续的燃气输送和利用带来了诸多难题。在生物质燃气输送环节，由于燃气风机叶片对温度有着极为严格的限制，为保障设备能够安全稳定地运行，必须将高温燃气的温度从 700 ~ 800℃降低至 400℃左右。

2、在生物质燃气输送过程中，传统冷却方式存在诸多亟待解决的问题。传统高温导热油冷却方式，系统构造复杂，涉及众多设备与环节，导致运行维护成本居高不下。而且有机导热油易燃易爆，在高温燃气冷却时一旦发生泄漏等意外，极易引发安全事故，让生物质燃气输送过程既复杂又危险。低温冷却介质（如常压水）冷却方式，焦油凝结问题突出。在利用其将高温燃气降温时，低温环境使焦油在换热面迅速沉积。随着焦油积累，换热面热阻增大，换热效率大幅下降，换热逐渐失效，严重影响系统稳定性。更严重的是，这可能引发设备故障，造成生产中断，给企业带来巨大经济损失。余热利用方面，传统冷却系统存在明显不足。常规冷却方式无法直接生产高温蒸汽，可后续工艺对蒸汽需求大。为满足需求，需额外加热气化空气产生蒸汽，这不仅增加系统能耗，还降低整体能源利用效率，与生物质能高效利用的初衷相悖，不利于其可持续发展。

3、综上所述，传统冷却方式在生物质燃气输送过程中，在安全、效率、余热利用和经济性等方面均存在严重问题，亟待寻求更为高效、安全、经济的冷却解决方案。

技术实现思路

1、针对现有生物质燃气冷却技术中存在的易发生焦油冷凝堵塞换热面、余热回收利用率低、系统运行稳定性差等问题，本发明提供了一种高温生物燃气控温冷却工艺及装置。本发明通过高压水与蒸汽循环的压力-温度协同控制，有效避免了焦油在换热面上的凝结，同时实现了燃气余热的梯级高效利用。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种高温生物燃气控温冷却装置，包括：

4、燃气热能吸收单元，其包括余热锅炉汽包1、下降管2、蒸发受热面4及压力调节阀10，用于通过蒸发受热面直接吸收高温燃气的热量，产生饱和蒸汽；

5、蒸汽加热单元，其包括过热器3，布置于燃气冷却烟道12内，利用高温燃气的热量将饱和蒸汽加热为过热蒸汽；

6、热能利用单元，其包括空气预热器5、汽水换热器6、缓冲罐7、循环水泵8和减温减压器9；

7、燃气输送单元，其包括燃气冷却烟道12、除尘器11和高温燃气风机13；

8、其中，所述余热锅炉汽包1、下降管2、蒸发受热面4依次连通形成汽水循环回路，所述余热锅炉汽包1的蒸汽出口经所述压力调节阀10与所述过热器3连通；所述过热器3的蒸汽出口分为两支管路，分别与所述减温减压器9和所述空气预热器5连通。

9、优选地，所述燃气冷却烟道12为立式塔状结构，其顶部设有烟气进口，底部设有烟气出口；所述过热器3和所述蒸发受热面4沿燃气流动方向自上而下依次布置在所述燃气冷却烟道12内；所述余热锅炉汽包1布置于所述燃气冷却烟道12的顶部。

10、优选地，所述过热器3分为位于上方的高温段3-1和位于下方的低温段3-2。

11、进一步地，所述高温段3-1采用310s材质，所述低温段3-2采用316或1cr12mov耐高温材质；

12、进一步地，所述蒸发受热面4采用20g材质。

13、优选地，所述空气预热器5的凝结水出口依次连通所述汽水换热器6、所述缓冲罐7、所述循环水泵8和所述余热锅炉汽包1，形成蒸汽凝结水闭式循环回路。

14、所述缓冲罐7，布置在汽水换热器后，循环水泵前，减少凝结水流量波动、减少气体被带入高压给水泵，维持泵入口压力平稳，防止给水闪蒸汽化。

15、本发明还提供了一种基于上述装置实现的高温生物燃气控温冷却工艺，包括以下步骤：

16、s1燃气降温与除尘：气化装置出口的高温生物燃气进入所述燃气冷却烟道12，依次经由所述过热器3和蒸发受热面4进行间接换热冷却，降温后的燃气经所述除尘器11除尘后被所述高温燃气风机13抽出；

17、s2高压水与蒸汽循环吸热：所述余热锅炉汽包1内的饱和水经所述下降管2进入所述蒸发受热面4吸热蒸发产生汽水混合物，所述汽水混合物返回所述余热锅炉汽包1进行分离，分离出的饱和蒸汽经所述压力调节阀10进入所述过热器3被加热为高温高压过热蒸汽；

18、s3蒸汽梯级利用：所述过热器3出口的高温高压过热蒸汽分为两路，第一路进入所述减温减压器9降温降压后用于外部供热；第二路进入所述空气预热器5放热，用于将气化冷空气加热为高温空气；蒸汽在所述空气预热器5放热冷凝后的凝结水依次经所述汽水换热器6冷却、所述缓冲罐7稳压以及所述循环水泵8加压后，重新送回所述余热锅炉汽包1。

19、本发明将除尘器11布置于高温燃气风机13之前，使进入风机的燃气预先经过除尘处理，有效减少了焦油和粉尘对风机叶片的磨损与腐蚀，延长了设备使用寿命。

20、优选地，在步骤s2中，通过调节所述压力调节阀10，将余热锅炉汽包1的运行压力控制在≥6.0mpa，使蒸发受热面4内汽水混合物温度不低于275℃；并使过热器3和蒸发受热面4的金属外表面温度保持在不低于310℃，以防止高温生物燃气中的焦油在换热表面发生凝结。

21、优选地，在步骤s1中，所述高温生物燃气的进口温度为700℃至800℃，经冷却后的降温燃气温度为380℃至420℃。

22、优选地，在步骤s3中，所述过热器3出口的高温高压过热蒸汽的压力为6.0mpa至9.8mpa、温度为450℃至550℃。

23、更优选地，在步骤s3中，所述过热器3出口的高温高压过热蒸汽的温度为450℃至500℃。

24、本发明与现有技术相比，有益技术效果体现在：

25、其一，高效防焦油凝结。通过将余热锅炉汽包1的运行压力控制在≥6.0mpa，使过热器3和蒸发受热面4的金属外表面温度均保持在不低于310℃。通过上述压力-温度协同控制，确保与高温燃气接触的换热金属表面温度始终高于轻质、中质及大部分重质焦油的凝结温度，有效抑制焦油在换热面上的凝结与附着。配合烟道内高速气流的冲刷作用，即使有微量液态焦油析出，也能被及时剥离带出，从而避免焦油堵塞换热通道，保证系统长期稳定运行。作为对比，传统导热油冷却系统的导热油进口温度约200℃、出口温度约260℃，换热壁面温度明显低于本发明，无法有效抑制焦油凝结。

26、其二，余热梯级利用，利用燃气自身余热产生高温蒸汽，直接加热气化空气，实现气化冷燃气效率和燃气热值提高充分回收余热，减少额外能耗；

27、其三，经济性优化，以电厂锅炉水为冷却介质，降低运行成本，与导热油系统相比，设备投资减少，且系统结构简化，维护更便捷；

28、其四，运行模式灵活，支持内循环（蒸汽全用于加热）与外供热（部分蒸汽减温减压供热）双模式，可根据不同工况需求灵活切换，提高系统适应性。

29、本发明通过压力-温度协同控制，有效抑制了焦油在换热面上的凝结，并实现了燃气余热的梯级利用。