本发明专利技术公开的一种蒸汽辅助微波螺杆快速加热大流量烟气的装置及方法，涉及烟气加热技术领域。该装置包括加热主体和智能控制系统，所述加热主体包括加热炉体以及与智能控制系统相连接的微波源系统、定压喷雾系统、抽气螺杆系统；所述加热炉体内部设置有加热通道，所述加热通道与加热炉体接触面包裹耐火材料层；所述加热通道入口端连接外源气体，加热通道出口端连接所需作业环境；所述加热通道出、入口均安装有防微波泄露装置以及与智能控制系统相连接的测温测湿装置、干燥器、流量监测器。本发明专利技术具有大流量、快速加热和智能控温的优点，适用于工业源热烟气强化煤层气等非常规天然气开发与封存工程中烟气注入储层前的快速加热。热。热。
【技术实现步骤摘要】
一种蒸汽辅助微波螺杆快速加热大流量烟气的装置及方法
[0001]本专利技术涉及烟气加热
，具体涉及一种蒸汽辅助微波螺杆快速加热大流量烟气的装置及方法。
技术介绍
[0002]工业源烟气是最大的CO2排放源，工业源烟气内CO2的捕集、利用与封存(CCUS)是实现碳中和目标的关键。CO2驱煤层气封存(CO2‑
ECBM)被视为煤层气高效开发的可能手段，注入煤层的CO2因竞争吸附优势可大量置换驱替煤层甲烷，在强化煤层气开采的同时实现CO2封存。而由于当前CO2捕集成本仍相对较高，最高可占全链条总成本的60％左右，导致CO2‑
ECBM技术的推广应用受限。为此，国内外相关学者提出跳过CO2捕集分离环节，将工业源烟气直接用于强化煤层气开发和封存，即烟气驱煤层气封存技术(Flue
‑
gas ECBM)。在烟气驱煤层气封存现场工程中，需要将电厂、化工厂排出的大流量烟气进行快速加热至一定温度后再注入储层，通过热作用协同CO2置换效应，诱导储层内甲烷解吸，同时利用热效应改性储层结果，强化甲烷运移流动，继而实现煤层气的高效驱替开发。因此，如何实现大流量烟气的高效快速加热是工程应用中的关键问题。
[0003]现工业上，采用的气体加热方法主要有蒸汽加热法和电加热法。但是，蒸汽加热法能量利用率低，加热速度慢，不能满足CO2‑
ECBM技术对气体快速且大流量加热的需求。电加热法具有局限性，易发生爆炸，安全性欠佳。微波加热是一种经济、绿色、高效、安全的加热方法，但在加热领域，现有微波气体加热技术的加热上限较低、加热流量较小、加热速度较慢。
[0004]因此，鉴于以上问题，有必要提出一种安全、高效的烟气加热方法，以实现工业源烟气驱煤层气封存工程中大流量烟气注入前的快速加热。
技术实现思路
[0005]鉴于此，本专利技术公开了一种蒸汽辅助微波螺杆快速加热大流量烟气的装置及方法，通过水蒸汽加热、气固换热、做工加热的有效组合，实现工业源烟气驱煤层气封存工程中大流量烟气注入前的快速加热，从而为烟气驱煤层气封存技术的推广应用提供关键技术支撑。
[0006]根据本专利技术的目的提出的一种蒸汽辅助微波螺杆快速加热大流量烟气的装置，包括加热主体和智能控制系统，所述加热主体包括加热炉体以及与智能控制系统相连接的微波源系统、定压喷雾系统、抽气螺杆系统；所述加热炉体内部设置有加热通道，所述加热通道与加热炉体接触面包裹耐火材料层；所述加热通道入口端连接外源气体，加热通道出口端连接所需作业环境；所述加热通道出、入口均安装有防微波泄露装置以及与智能控制系统相连接的测温测湿装置和流量监测器，所述加热通道出口还设置有干燥器；
[0007]所述微波源系统包括微波发生器，所述微波发生器设置于加热炉体上，并与加热炉体的连接处设有气密装置；
[0008]所述定压喷雾系统包括蒸汽发生装置以及与蒸汽发生装置气密连接的定压喷嘴；所述蒸汽发生装置设置于加热通道入口端外的加热炉体内，所述定压喷嘴喷口穿过耐火材料层朝向加热通道轴心设置；所述蒸汽发生装置外接高压水源；
[0009]所述抽气螺杆系统包括电机和抽气螺杆，所述电机与抽气螺杆连接，可带动抽气螺杆螺旋；所述抽气螺杆设置于加热通道内，结构呈圆台状，其直径从加热通道入口到加热通道出口逐渐减小，且螺纹间距从底圆到顶圆方向愈来愈密。
[0010]优选的，所述加热炉体由非磁性材料构成，整体呈柱形；所述加热通道呈径口从加热通道入口到加热通道出口逐渐缩小的圆台状；所述耐火材料层材质为刚玉或刚玉莫来石或氧化镁
‑
氧化钛。
[0011]优选的，所述微波发生器为环状安装在加热炉体首尾壁面的多排、多个，所述微波发生器频率为300MHz
‑
300GHz。
[0012]优选的，所述定压喷雾系统相较于加热通道入口处设置的防微波泄露装置、测温测湿装置以及流量监测器更靠近加热通道出口；所述防微波泄露装置由耐火材料包裹保护，相较于对应加热通道入口或加热通道出口的测温测湿装置、干燥器以及流量监测器更靠近定压喷雾系统。
[0013]优选的，所述蒸汽发生装置分多节、沿加热通道周向呈环状设置于加热炉体内；所述定压喷嘴为多个，环形排列在蒸汽发生装置上。
[0014]优选的，所述电机为六面体，紧靠加热通道的五个面均由隔温材料包裹，剩余一面敞口。
[0015]优选的，所述抽气螺杆由高微波吸收率材料制成。
[0016]优选的，所述测温测湿装置为接触式测温测湿装置，用于反馈加热通道出口和加热通道入口气体温度、湿度给智能控制系统；所述加热通道出口处的测温测湿装置安装于干燥器的下游。
[0017]本专利技术另外公开的一种使用上述蒸汽辅助微波螺杆快速加热大流量烟气的装置加热烟气的方法，包括以下步骤：
[0018]步骤一：基于目标气体参数，通过智能控制系统对加热设备进行粗调预热：设定微波发生器的频率和数目对蒸汽发生装置中的水和抽气螺杆系统中高微波吸收率的抽气螺杆进行预热；
[0019]步骤二：当蒸汽发生装置中的水被加热到一定温度，顶开定压喷嘴喷出200
‑
300摄氏度的水蒸汽，螺杆被预热至1000
‑
1200摄氏度成为高温热源，通过智能控制系统调节电机功率带动抽气螺杆抽压气体进、出已预热的加热通道，对气体进行水蒸汽加热、气固换热以及做工加热三级加热程序，最终输出目标气体温度达800摄氏度；
[0020]步骤三：通过设置于加热通道出口处的测温测湿装置、流量监测器对三级加热后的气体参数进行实时监测，并及时反馈给智能控制系统，当参数不达标时，通过智能控制系统调节电机功率、微波发生器的频率、定压喷嘴系统定压，改变加热条件。
[0021]优选的，三级加热程序中，外源气体进入加热通道经水蒸汽加热后温度为200
‑
300摄氏度，被水蒸气加热后的气体在经过高温抽气螺杆的过程中气固换热，温度为700
‑
800摄氏度，在气固换热的同时，气体被抽气螺杆快速抽压，通过做工方式使气体再次升温50
‑
60摄氏度，最终输出目标气体温度达800摄氏度。
[0022]与现有技术相比，本专利技术公开的一种蒸汽辅助微波螺杆快速加热大流量烟气的装置及方法的优点是：
[0023](1)本专利技术以微波作为加热源头，利用其高效节能的特点，可将加热运行成本降低到原来得六到七成，这在加热需求量大的工业领域十分可观。
[0024](2)本专利技术通过水蒸汽加热、气固换热、做工加热三级加热的方式可极大提高加热效率，能在短时间内制得大流量高温气体，可实现工业源烟气驱煤层气封存工程中大流量烟气注入前的快速加热，解决了热烟气驱煤层气封存工程中的大流量烟气快速加热问题，应用前景广阔，也为烟气驱煤层气封存技术的推广应用提供关键技术支撑。
附图说明
[0025]为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种蒸汽辅助微波螺杆快速加热大流量烟气的装置，其特征在于，包括加热主体(15)和智能控制系统(1)，所述加热主体(15)包括加热炉体(7)以及与智能控制系统(1)相连接的微波源系统(2)、定压喷雾系统(3)、抽气螺杆系统；所述加热炉体(7)内部设置有加热通道(8)，所述加热通道(8)与加热炉体(7)接触面包裹耐火材料层(6)；所述加热通道入口(9)端连接外源气体，加热通道出口(10)端连接所需作业环境；所述加热通道(8)出、入口均安装有防微波泄露装置(11)以及与智能控制系统(1)相连接的测温测湿装置(12)和流量监测器(14)，所述加热通道出口(10)还设置有干燥器(13)；所述微波源系统(2)包括微波发生器，所述微波发生器设置于加热炉体(7)上，并与加热炉体(7)的连接处设有气密装置；所述定压喷雾系统(3)包括蒸汽发生装置以及与蒸汽发生装置气密连接的定压喷嘴；所述蒸汽发生装置设置于加热通道入口(9)端外的加热炉体(7)内，所述定压喷嘴喷口穿过耐火材料层(6)朝向加热通道(8)轴心设置；所述蒸汽发生装置外接高压水源(19)；所述抽气螺杆系统包括电机(5)和抽气螺杆(4)，所述电机(5)与抽气螺杆(4)连接，可带动抽气螺杆(4)螺旋；所述抽气螺杆(4)设置于加热通道(8)内，结构呈圆台状，其直径从加热通道入口(9)到加热通道出口(10)逐渐减小，且螺纹间距从底圆到顶圆方向愈来愈密。2.根据权利要求1所述的一种蒸汽辅助微波螺杆快速加热大流量烟气的装置，其特征在于，所述加热炉体(7)由非磁性材料构成，整体呈柱形；所述加热通道(8)呈径口从加热通道入口(9)到加热通道出口(10)逐渐缩小的圆台状；所述耐火材料层(6)材质为刚玉或刚玉莫来石或氧化镁
‑
氧化钛。3.根据权利要求1所述的一种蒸汽辅助微波螺杆快速加热大流量烟气的装置，其特征在于，所述微波发生器为环状安装在加热炉体(7)首尾壁面的多排、多个，所述微波发生器频率为300MHz
‑
300GHz。4.根据权利要求1所述的一种蒸汽辅助微波螺杆快速加热大流量烟气的装置，其特征在于，所述定压喷雾系统(3)相较于加热通道入口(9)处设置的防微波泄露装置(11)、测温测湿装置(12)、以及流量监测器(14)更靠近加热通道出口(10)；所述防微波泄露装置(11)由耐火材料包裹保护，相较于对应加热通道入口(9)或加热通道出口(10)的测温测湿装置(12)、干燥器(13)以及流量监测器(14)更靠近定压喷雾系统(3)。5.根据权利要求1所述的一种蒸汽辅...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘统，郝颖聪，桑树勋，林柏泉，翟成，刘世奇，杨威，查伟，刘彦池，沈扬，白雅洁，陈一凡，王璐，刘施恩，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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