用于從煙氣中去除熱量和水分的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用含水量為M的煙氣的方法。所述煙氣被引入濃鹽水中，所述濃鹽水適于放熱地吸收水分。同時，熱量被回收。這產(chǎn)生了熱量，富含水的鹽水和水分含量小于M的氣體。通過蒸餾富含水的鹽水，能重新獲得濃鹽水，以生產(chǎn)水。在整個吸收中，鹽水的溫度T在220°F-300°F之間能保持溫度變化在2°F內(nèi)。熱回收與工作流體的氣-液相變相關(guān)。熱流的終點(diǎn)與工作流體的氣-液相變相關(guān)。工作流體為液體時，其只因重力、對流或毛細(xì)作用而流動，工作流體為氣體時，其只因擴(kuò)散或?qū)α髯饔枚鲃?。該熱流能?qū)動鍋爐產(chǎn)生蒸汽。含水量M的重量百分比可以大于15%。
【專利說明】用于從煙氣中去除熱量和水分的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及節(jié)能領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]普遍承認(rèn)煙氣中常包含熱量和水分。在水資源受限的環(huán)境中，例如，在位于沙漠的石油燃料發(fā)電廠的環(huán)境中，從煙氣中提取水是熟知的。也已知例如從煙氣中提取熱以預(yù)熱鍋爐給水。但是，使用傳統(tǒng)的技術(shù)常常只能從煙氣中提取相對適中的熱量；如果過度的熱量被提取，則會出現(xiàn)冷凝，可能導(dǎo)致在許多應(yīng)用中出現(xiàn)不希望的腐蝕。還有，由于在可能發(fā)現(xiàn)煙氣的區(qū)域(即有人居住的區(qū)域)中水的來源相對廣泛，使用已知的方法從煙氣中回收水分很少是有經(jīng)濟(jì)效益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的一個方面是利用相對潮濕的煙氣的方法，所述方法包括以下步驟:
[0004]1.將所述潮濕的煙氣引入到鹽水流，所述鹽水適于放熱性地從煙氣中吸收水分，以產(chǎn)生熱量；同時回收熱量，從而產(chǎn)生熱流，富含水的鹽水流和相對干燥的煙氣；和
[0005]i1.從所述富含水的鹽水中重新獲得鹽水，以產(chǎn)生水流；
[0006]所述方法的特征在于:
[0007]?整個熱量回收步驟中的鹽水的溫度保持在220° F-300。F之間的某個固定溫度的2 ° F的變化幅度以內(nèi)；和/或
[0008].熱量回收與工作流體從液態(tài)`到氣態(tài)的相變相關(guān)；所述熱流的終點(diǎn)與所述工作流體從氣態(tài)到液態(tài)的相變相關(guān)；在液態(tài)時，所述工作流體僅由于重力、對流和毛細(xì)作用中的一個或多個作用而流動；在氣態(tài)時，所述工作流體僅由于擴(kuò)散和對流中的一個或多個作用而流動；和/或
[0009].所述熱流直接驅(qū)動鍋爐產(chǎn)生正壓蒸汽；和/或
[0010].所述潮濕的煙氣的含水量重量百分比大于12% ;和/或
[0011].通過對所述富含水的鹽水的多效應(yīng)蒸餾來重新獲得鹽水；
[0012]在所述方法中:
[0013]?所述工作流體能被容納在多個熱管內(nèi)；
[0014].在使用中，熱管能用作填充式吸收塔；
[0015].所述富含水的鹽水能與所述相對潮濕的煙氣處于氣液平衡；
[0016].所述鹽水能與所述相對干燥的煙氣處于氣液平衡；和
[0017]?所述方法能用于來自 DDGS (Dried Distillers Grains with Soluble,干酒糟高蛋白)干燥器并通過熱氧化爐輸送的煙氣。
[0018]本發(fā)明的另一個方面是利用煙氣、液體供給和鹽水流的裝置，所述鹽水適于從煙氣中放熱地吸收水分，以產(chǎn)生熱量；
[0019]所述裝置包括:煙道；容器，所述容器在使用中接收來自所述液體供給的液體，并且所述容器具有包括頂部空間的內(nèi)部，所述容器以隔開的關(guān)系被設(shè)置在所述煙道內(nèi)，以在所述容器和煙道之間限定流體通道，并且在使用中，煙氣通過該流體通道；布料器，所述布料器在使用中接收鹽水，并將所述鹽水引導(dǎo)至所述流體通道；多個熱管，每個所述熱管在所述流體通道和所述容器的所述內(nèi)部之間引導(dǎo)，所述熱管的表面在使用中以在填充式吸收塔中的填充的方式工作，從而便于從煙氣中吸收水分，并產(chǎn)生熱量和淡鹽水，所述熱管進(jìn)一步從所述流體通道回收熱量，并將所述熱量傳給所述容器中的液體，以產(chǎn)生氣體；導(dǎo)管，用于從所述容器的頂部空間排出氣體；收集器，用于收集所述淡鹽水；以及再生器，用于接收所述淡鹽水，再生鹽水，并產(chǎn)生水流。
[0020]在所述裝置中:
[0021 ].所述收集器由蓄水池限定，所述煙道可以包括垂直地從所述收集器延伸的煙囪，所述煙?由環(huán)形壁限定，所述環(huán)形壁具有入口，其被限定為通過該入口接收煙氣；
[0022].所述容器可以是長圓形，具有垂直的側(cè)部，并被設(shè)置成與所述煙囪同圓心；
[0023].所述多個熱管可以被分層布置，每層中的熱管共同限定一個柵格；
[0024].每個熱管可以具有彎曲的形狀；
[0025].每個柵格可以具有洋蔥形圓頂?shù)腻F臺的形狀，所述洋蔥形圓頂是這樣的類型，即，具有由凸面限定的球狀的下部和帶有至頂端逐漸變細(xì)的凹面的上部，以及分別限定所述錐臺的位于所述下部的最寬部分和下部與上部的過渡之間的水平面，和位于所述下部和上部的過渡與頂端之間的水平面；
[0026].所述容器可以從所述多個熱管的上方和下方突出。
[0027]通過下述詳細(xì)的描述，并參考附圖，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、特征和特點(diǎn)將變得清楚，其中將在下文中對附圖進(jìn)行簡單的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例的裝置的示意圖；
[0029]圖2是對應(yīng)圖1中的被圓圈包圍的區(qū)域2的該示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的透視圖；
[0030]圖3是圖2中的結(jié)構(gòu)的視圖，其中煙道以假想線的形式示出，以顯示其內(nèi)部；
[0031]圖4是圖3中的被圓圈包圍的區(qū)域4的放大圖；
[0032]圖5是圖3中的被圓圈包圍的區(qū)域5的放大圖；
[0033]圖6是圖4中的一部分的放大圖，顯示了示例性實(shí)施例中的被隔離的柵格；和
[0034]圖7是本發(fā)明的方法的一個示例性實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]現(xiàn)在參考圖1-7，其顯示了上述的示例性實(shí)施例。
[0036]參考圖1，其以示意的形式顯示了收集器20，煙道22，容器24，布料器26，多個熱管28，導(dǎo)管30和再生器32，它們共同形成了示例性裝置34，并且它們在所有實(shí)施例中都具有在本申請的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分所指出的作為本發(fā)明裝置特征的那些功能。
[0037]在圖2-6中詳細(xì)示出了蓄水池20，煙道22，容器24，布料器26，多個熱管28和導(dǎo)管30，它們共同限定了吹脫吸收模塊36。在本文中，吹脫吸收模塊有時被稱為SAM。
[0038]在此，可以看出，這里的收集器20是具有排水通道38的淺碟形蓄水池。[0039]可以看出該煙道22包括從收集器20垂直延伸的煙囪40，煙囪40由環(huán)形壁42限定，所述環(huán)形壁形成了收集器20的延展，并具有氣體入口 44，通過該氣體入口鄰接收集器20，并且還具有鹽水入口 46，通過該鹽水入口鄰接煙囪40的頂部。
[0040]該容器24是長圓形的，并帶有直立的側(cè)部48，該容器與煙囪40以同圓心并間隔的關(guān)系設(shè)置，以在容器24和煙囪40之間限定流體通道50。容器24的內(nèi)部是頂部空間52。在容器24的底部的附近設(shè)有液體入口 54，如圖1所示。
[0041]該布料器26由板56和多個煙囪58限定。板56是環(huán)形的，并且被設(shè)置成接近容器24的頂部并位于鹽水入口 46的下方，以阻隔流體通道50。每個煙囪58從板56向上延伸到鹽水入口 46上方的高度。在每個煙? 58的底部有氣體通路60，其延伸穿過板56。煙囪58之間的板56的表面具有穿孔62，以使穿過板56流體連通。
[0042]熱管28是常規(guī)類型，即每個管28是部分排空管，用于傳熱和容納工作流體。在熱管內(nèi)的熱界面，液體形式的工作流體與導(dǎo)熱固體表面接觸，并通過從該表面吸熱變成蒸汽。蒸汽在擴(kuò)散或?qū)α骰蚨叩墓餐饔孟铝鞯綗峁苤械睦浣缑?，在那里冷凝回液體，釋放潛熱。然后液體通過毛細(xì)作用或重力作用返回到熱界面，在熱界面再次蒸發(fā)并重復(fù)該循環(huán)。
[0043]這些熱管28被分層64布置，每個熱管28在流體通道50和容器24的內(nèi)部之間引導(dǎo)，并具有彎曲形狀，并且，每層的熱管28共同限定柵格66。
[0044]如圖6所示，每個柵格66具有大致為洋蔥形圓頂?shù)腻F臺的形狀。
[0045]?洋蔥形圓頂是這樣的建筑類型(未示出)，即，具有由凸面限定的球狀的下部和帶有至頂端逐漸變細(xì)的凹面的上部；和
[0046].分別限定所述錐臺的位于所述下部的最寬部分和下部與上部的過渡部分之間的水平面，以及位于所述下部和上部的 過渡部分與頂端之間的水平面。
[0047]雖然未示出洋蔥形圓頂，但是通過圖6中的標(biāo)號68和70分別示出了對應(yīng)于上部和下部的柵格的部分。
[0048]熱管28被布置成使得容器24從多個熱管28的上方和下方突出。
[0049]該導(dǎo)管30延伸穿過煙囪40的側(cè)壁42，接近收集器20，由此向上穿過容器24的底部和容器24的內(nèi)部，到達(dá)頂部空間52。
[0050]可以理解該示例性裝置能利用潮濕的饋入氣體(例如煙氣)，液體供給和適于從饋入氣體放熱地吸收水分以產(chǎn)生熱量的濃鹽水流。
[0051]在使用中:
[0052].饋入氣體通過入口 44被導(dǎo)入煙道22 ；
[0053].來自所述供給的液體通過液體入口 54被引入容器24 ；
[0054].濃鹽水通過入口 46被引入布料器26 ；
[0055].濃鹽水穿過穿孔62從其頂部進(jìn)入流體通道50 ;同時，饋入氣體從其底部進(jìn)入流體通道50 ；
[0056].當(dāng)鹽水和饋入氣體相互逆流穿過時，熱管28的表面以類似于在填充式吸收塔中的填充的方式作用，從而便于鹽水從饋入氣體中吸收水分；這產(chǎn)生了富含水的鹽水和熱量，前者與煙氣處于氣液平衡，后者由熱管28同時被從流體通道50回收，并被傳遞到容器24中的液體，以產(chǎn)生過程氣體；
[0057].在容器24內(nèi)部產(chǎn)生的過程氣體進(jìn)入到容器的頂部空間52，并在此經(jīng)導(dǎo)管30被排放；
[0058].富含水的鹽水落入蓄水池20并通過排水道38被導(dǎo)入再生器32 ;和
[0059].在再生器32內(nèi)，富含水的鹽水被閃蒸，以重新生成濃鹽水，并產(chǎn)生水流，由圖1中的箭頭98示出。
[0060]現(xiàn)在參考圖7，其中顯示了本發(fā)明的方法和裝置的一個示例性用途。
[0061]在此，顯示了乙醇工廠的一部分。
[0062]參考區(qū)域8內(nèi)所包圍的圖7的一部分，即，啤酒柱72，蒸餾柱74，76，脫水設(shè)備78，旋轉(zhuǎn)式干燥器80和熱氧化爐82，可以理解，該結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0063]在使用中，布置了形成乙醇純化系統(tǒng)(未示出)的一部分的蒸餾柱74和76，與啤酒柱72 —起，用于多效蒸餾，即，利用正壓蒸汽驅(qū)動第一蒸餾柱74 ;來自第一蒸餾柱74的水蒸氣用于驅(qū)動第二蒸餾柱76 ;來自第二蒸餾柱76的水蒸氣用于驅(qū)動啤酒柱72。來自啤酒柱72的底部的未過濾的酒糟被泵入脫水裝置78，并被分成漿和塊狀物，所述塊狀物被轉(zhuǎn)移至旋轉(zhuǎn)式干燥器80，以產(chǎn)生DDGS和尾氣。尾氣穿過氧化爐82，以去除芳香烴。在傳統(tǒng)設(shè)備中(未示出)，燃料(例如天然氣)將用于為第一蒸餾柱提供正壓蒸汽，冷凝熱交換器將用于從離開熱氧化爐的煙氣中獲取熱量。在該示例性實(shí)施例中，該功能替代地由圖7中的平衡提供，這將理解為大體上對應(yīng)于圖1的結(jié)構(gòu)，并包括在225° F工作的鍋爐24，在260° F工作的SAM36，泵86，多效應(yīng)解吸單元88和蒸發(fā)式冷卻塔90。在使用中，來自熱氧化爐82的400° F煙氣，其包含重量百分比40%的水，被饋送到SAM36的底部，65%的LiBr鹽水被饋送到布料器26。煙氣的顯熱以及與吸收的熱量有關(guān)的潛熱，通過熱管28被傳遞到鍋爐24，以產(chǎn)生用于第一蒸餾柱74的5psig蒸汽。來自SAM36收集器的重量百分比58%的LiBr鹽水在多效應(yīng)解吸單元88中使用工廠蒸汽被解吸，以重新獲得濃鹽水，并產(chǎn)生低質(zhì)量蒸汽，所述低質(zhì)量蒸汽通過蒸發(fā)冷卻設(shè)備90被脫水。工廠蒸汽中大約需要5，500BTU/gal來點(diǎn)火解吸單元88，其在5psig蒸汽中產(chǎn)生約10，400BTU/gal熱量，產(chǎn)生4，900BTU/gal乙醇生產(chǎn)的熱量的凈節(jié)約。在該應(yīng)用中，對于每加侖乙醇生產(chǎn)，大約額外節(jié)約0.33加侖的水。
[0064]鑒于對具體的示例性實(shí)施例進(jìn)行了描述和說明，可以理解，本發(fā)明并不受此限制。
[0065]而是，在任何存在有以下情況的應(yīng)用的環(huán)境中，本發(fā)明都應(yīng)該被理解為是有利的，這些情況包括:
[0066]O正壓蒸汽的用途；和
[0067]ο潮濕的煙氣
[0068]煙氣應(yīng)該具有重量百分比最低約12%的含水量；當(dāng)含水量顯著低于該含量時，與所含水蒸氣的潛熱相關(guān)的能量將通常不夠使吸收器溫度維持在220° F，并且低于該溫度，通常得不到有用的蒸汽熱量。
[0069]普通技術(shù)人員將容易理解本發(fā)明能在其他應(yīng)用中被利用的方式，因此，并不需要也沒有對此提供詳細(xì)的描述。但是，可以理解，當(dāng)溫度升高，LiBr鹽水的吸收能力將下降；因此，將期望吹脫吸收模塊通常被設(shè)計成在220-300° F范圍內(nèi)工作。并且，LiBr鹽水在升高的濃度中傾向于結(jié)晶，這將引起設(shè)備損壞；基于該原因，濃鹽水將通常被設(shè)計為在重量百分比不高于70%Lifc下進(jìn)入SAM。
[0070]通過調(diào)節(jié)鹽水的流速，在吸收器的頂部的濃鹽水的平衡溫度和在吸收器的底部的平衡溫度可以是相同的，并且在其通過吸收器時，該鹽水的溫度基本不變，即，在溫度變化約2F°內(nèi)。不是出于受理論束縛，但是相信其在熱交換效率方面是有利的，因?yàn)?，通常在恒定溫差的條件下，熱交換器的利用是最有效的。
【權(quán)利要求】
1.一種利用含水量為M的煙氣的方法，所述方法包括以下步驟: i.將所述煙氣引入到濃鹽水流，所述濃鹽水適于放熱地從所述煙氣中吸收水分，以產(chǎn)生熱量；同時回收熱量，從而產(chǎn)生熱流、富含水的鹽水流和含水量小于M的氣體；和 ii.從所述富含水的鹽水中重新獲得所述濃鹽水，以產(chǎn)生水流，所述方法的特征在于: a.整個吸收步驟中的鹽水的溫度保持在220°F-300° F之間的溫度T的2° F的變化幅度以內(nèi)；和/或 b.熱量回收與工作流體從液態(tài)到氣態(tài)的相變相關(guān)；所述熱流的終點(diǎn)與所述工作流體從氣態(tài)到液態(tài)的相變相關(guān)；在液態(tài)時，所述工作流體僅由于重力、對流和毛細(xì)作用中的一個或多個作用而流動；在氣態(tài)時，所述工作流體僅由于擴(kuò)散和對流中的一個或多個作用而流動；和/或 c.所述熱流直接驅(qū)動鍋爐產(chǎn)生正壓蒸汽；和/或 d.含水量M為重量百分比大于12%;和/或 e.通過對所述富含水的鹽水的多效應(yīng)蒸餾來重新獲得濃鹽水。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在整個所述吸收步驟中，所述鹽水的溫度保持在溫度T的2 ° F的變化幅度以內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱量回收與工作流體從液態(tài)到氣態(tài)的相變相關(guān)；所述熱流的終點(diǎn)與所述工作流體從氣態(tài)到液態(tài)的相變相關(guān)；在液態(tài)時，所述工作流體僅由于重力、對流和毛細(xì)作用中的一個或多個作用而流動；在氣態(tài)時，所述工作流體僅由于擴(kuò)散和對流中的一個或多個作用而流動。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱流直接驅(qū)動鍋爐產(chǎn)生正壓蒸汽。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，含水量M為重量百分比大于15%。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過對所述富含水的鹽水的多效應(yīng)蒸餾來重新獲得濃鹽水。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述工作流體被容納在多個熱管內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述熱管在使用中用作填充式吸收塔。
9.如權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的方法，所述富含水的鹽水與所述煙氣氣液平衡。
10.如權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的方法，所述鹽水與相對干燥的煙氣氣液平衡。
11.如權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)所述的方法用于來自DDGS干燥器的煙氣的用途。
12.如權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)所述的方法用于來自DDGS干燥器并通過熱氧化爐輸送的煙氣的用途。
13.一種利用煙氣、液體供給和濃鹽水流的裝置，所述濃鹽水適于從所述煙氣中放熱性地吸收水分，以產(chǎn)生熱量，所述裝置包括: 煙道； 容器，所述容器在使用中接收來自所述供給的液體，并且所述容器具有包括頂部空間的內(nèi)部，所述容器以隔開的關(guān)系被設(shè)置在所述煙道內(nèi)，以在所述容器和煙道之間限定流體通道，并且在使用中，所述煙氣通過所述流體通道； 布料器，所述布料器在使用中接收所述濃鹽水，并將所述濃鹽水引導(dǎo)至所述流體通道； 多個熱管，每個所述熱管在所述流體通道和所述容器的所述內(nèi)部之間引導(dǎo)，所述熱管的表面在使用中作為填充式吸收塔中的填料的方式工作，從而便于從所述煙氣中吸收水分，并產(chǎn)生熱量，所述熱管進(jìn)一步從所述流體通道回收熱量，并將所述熱量傳給所述容器中的液體，以產(chǎn)生氣體； 導(dǎo)管，用于從所述容器的所述頂部空間排出氣體； 收集器，用于收集淡鹽水；和 再生器，用于接收所述富含水的鹽水，以再生濃鹽水，并產(chǎn)生水流；
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述收集器由蓄水池限定，所述煙道包括垂直地從所述收集器延伸的煙?，所述煙?由環(huán)形壁限定，所述環(huán)形壁具有入口，其被限定為通過該入口接收所述煙氣。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述容器是長圓形，具有垂直的側(cè)部，并被設(shè)置成與所述煙囪同圓心。
16.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述多個熱管被分層布置，每層中的所述熱管共同限定一個柵格。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中每個所述熱管具有彎曲的形狀。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中每個柵格具有洋蔥形圓頂?shù)腻F臺的形狀，所述洋蔥形圓頂是這樣的類型，即，具有由凸面限定的球狀的下部和帶有至頂端逐漸變細(xì)的凹面的上部，以及分別限定所述錐臺的位于所述下部的最寬部分和下部與上部的過渡之間的水平面，和位于所述下部和上部的過渡與所述頂端之間的水平面。
19.如權(quán)利要求17或1 8所述的裝置，其中所述容器從所述多個熱管的上方和下方突出。
【文檔編號】B01D53/14GK103582519SQ201280022511
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月8日
【發(fā)明者】克里斯多夫·H·貝爾徹斯, 伊恩·R·麥格雷戈, 史蒂夫·弗朗 申請人:德賴斯蒂爾股份有限公司