用于清洁烟道气体的冷凝器及方法
【专利摘要】一种清洁烟道气体的设备及方法。如图1中所示，提供了冷凝器(10)，其具有两个填充床(20/26)和两个冷凝环路。冷凝环路构造成使得可注入防腐剂(40/41)。腐蚀物在包含防腐剂的冷凝物越过烟道气体时从烟道气体除去。
【专利说明】用于清洁烟道气体的冷凝器及方法
[0001]相关申请的交叉引用
本申请为2012年3月30日提交的美国专利申请第13/436，054号的继续申请，并且请求享有所述申请的优先权。
【技术领域】
[0002]本公开内容涉及烟道气体的处理。更具体而言，其涉及用以从烟道气体有效地除去腐蚀物的设备及方法。
【背景技术】
[0003]某些过程诸如含碳燃料的燃烧产生CO2的气态排放物。CO2已经确定为〃温室〃气体，其似乎有助于全球变暖。由于其作为〃温室〃气体的情形，已经开发了减少CO2排放物的技术，包括:能量效率改进；增加可再生能源诸如太阳能和风能的使用；在性质上促进CO2的吸收/转化(人工造林)；减少化石燃料的使用；等。
[0004]尽管有这些努力和技术，但化石燃料继续提供现今产生的能量的相当大部分。除开发和探寻能量改进和替代物之外，还已经开发了限制或防止CO2从燃烧释放的技术，包括CO2捕集和储存(CCS)。使用CCS技术可大致减少释放至大气的CO2的量。
[0005]存在用于CCS的各种方法或技术。技术大体上落入三个区域中的一个中:燃烧后捕集(PCC)，其中CO2在燃烧之后通过吸收或其它技术来除去；燃烧前(PC)，其中燃料在燃烧之前转化，使得CO2不是能量生产的产物；以及氧焚烧燃烧，其中燃料在富氧或纯氧中焚烧，而替代环境空气，以浓缩CO2燃烧产物。
[0006]CCS技术的缺陷包括增加资本成本和与技术相关联的附加能量消耗。例如，氧焚烧燃烧产生更浓缩的CO2流，从而减少处理烟道流以捕集CO2用于随后储存的能量和资本成本。然而，氧焚烧典型地要求需要能量的空气分离单元来生成纯氧或富氧。为了解决该缺陷，已经使用了载氧体来将氧输送至燃料反应器来开发化学循环燃烧(CLC)。载氧体首先在空气反应器中氧化，并且接着氧化载体输送至燃料反应器，其中，它们在与燃料接触中还原。载体接着返回到空气反应器用于再氧化。通过使用载体，燃烧在富氧气氛中完成，而没有低温地产生富氧气体。
[0007]尽管氧焚烧和CLC系统大体上产生具有较高CO2浓度和大致降低浓度的非反应性空气组分(惰性的)(诸如，氮)的烟道流，但烟道流将包括作为燃烧产物的h20。此外，甚至在初始热回收之后，烟道流将仍具有升高的温度。CO2捕集和处理大体上在气体处理单元(GPU)中完成，该气体处理单元按情况分离CO2用于除去、储存或再使用。在烟道流可在GPU中处理之前，在其在烟道流中离开烟道反应器时为气态的H2O大体上从烟道流冷凝出，留下大致浓缩的C02。烟道流还在输送至GPU之前冷却。能量损失可从存在于烟道流中的故障或低效热回收和从输送至GPU之前的烟道流的有意冷却中增大的能量消耗两者出现。然而，腐蚀物诸如二氧化硫(SO2)可存在于烟道流中，并且必须从烟道流清洁以便在输送至GPU之前最小化腐蚀风险。
[0008]冷凝器可用于冷凝来自烟道流的水，并且冷却烟道流。冷凝器可为各种类型，包括直接接触冷凝器，其可为具有填充床元件的柱状冷凝器。在具有填充床元件的冷凝器中，外部热交换器可被并入用于从烟道气体回收热，并且有助于冷却烟道气体；然而，所需的是烟道气体的温度与返回冷凝物的温度之间的差应当最小化，典型地不大于4°C。大体上，较高液体负载对于最大化烟道气体冷却是优选的。使用的液体负载越低，需要冷却烟道气体的填充床的面积就越大。然而，增大液体负载将引起烟道气体与返回的冷凝物之间的温差超过温差要求。为了最小化温差，穿过填充床元件的液体负载减小，这降低了从烟道流到冷凝物流的热传递的效率，并且减小了烟道流的冷却。由于最小化温差的要求，需要穿过填充床元件的低液体负载，故需要高塔来充分冷凝H2O,这牺牲了烟道气体的冷却。因此，需要冷却烟道流的改进的冷凝器和方法来从烟道气体更高效地回收热，冷却输送至GPU的烟道气体，并且从烟道气体除去二氧化硫以避免腐蚀风险。
【发明内容】
[0009]根据本文所述的方面，提供了一种具有柱部件的冷凝器，该柱部件具有下端、上端以及连接下端和上端来形成中心腔的壁。第一填充床在腔内位于下端上方。至少第二填充床在腔内位于第一填充床上方。第一热交换器构造成从第一填充床接收冷凝物流。第二热交换器构造成从第二填充床至少部分地接收冷凝物流。至少第一阀连接于填充床的冷凝物流。柱部件的下端构造成经由气体入口接收烟道气体。上端构造成容许烟道气体经由气体出口离开柱部件。填充床构造成沿与烟道气流相反的方向提供冷凝物流。防腐试剂经由至少第一阀注入冷凝物流中。
[0010]根据本文所述的其它方面，提供了一种具有柱部件的冷凝器，该柱部件具有下端、上端以及连接下端和上端来形成中心腔的壁。第一填充床在腔内位于下端上方。至少第二填充床在腔内位于第一填充床上方。柱部件的下端构造成经由气体入口接收烟道气体。上端允许气体经由气体出口离开柱部件。冷凝器构造成接收冷凝器的冷凝物流中的防腐试剂。
[0011]根据本文所示的其它方面，提供了一种通过将烟道气体输送至冷凝器来清洁烟道气体的方法，该冷凝器具有下端、上端以及连接下端和上端来形成具有中心腔的柱的侧壁；将烟道气体注入冷凝器的下端中；将烟道气体向上输送穿过冷凝器；在柱的上端处将烟道气体从冷凝器输送出；在烟道气体向上穿过冷凝器时由烟道气体形成冷凝物；以及通过将防腐试剂添加至冷凝物来清洁烟道气体。压缩机包含至少两个填充床和至少两个冷凝环路。各个冷凝环路连接于热交换器。
[0012]上文所述和其它的特征由以下附图和详细描述例示。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]现在参照为示例性实施例的附图，并且其中相似的元件相似地标号:
图1为本公开内容的示例性实施例的截面图。
[0014]图2为本公开内容的另一个示例性实施例的截面图。
【具体实施方式】
[0015]根据本公开内容的示例性实施例，提供了一种冷凝器，其具有柱部件，该柱部件可为大体圆筒形的，连接于上端和下端，从而形成中心腔。第一填充床在中心腔内位于下端上方，并且至少第二填充床在中心腔内位于上端下方和第一填充床上方。填充材料可包括大体上用于填充目的的任何材料。第一热交换器构造成接收来自第一填充床的冷凝物，并且第二热交换器构造成接收至少部分地来自第二填充床的冷凝物。第二热交换器还可在所述冷凝物首先穿过第一热交换器之后从第一填充床接收一部分冷凝物。柱部件的下端构造成经由气体入口接收烟道气体,并且柱部件的上端构造成容许烟道气体经由气体出口离开柱部件。填充床沿烟道气流的相反方向提供冷凝物流。第一填充床和冷凝物流可构造成最大化来自烟道气体的热回收。第二填充床和冷凝物可构造成最大化烟道气体的冷却。第一热交换器可构造成提供来自第一填充床的冷凝物流的热回收。第二热交换器可构造成接收冷却液体来增大冷凝物的冷却。本公开内容可并入试剂的添加，该试剂可为氢氧化钠。试剂的添加可通过PH测量来控制。试剂可用于除去腐蚀物，诸如二氧化硫。
[0016]根据本公开内容的示例性实施例，第一液体分送器可构造成将冷凝物分送穿过第一填充床的顶部部分。可为单独的收集器或柱部件的下端的第一液体收集器构造成收集第一填充床下方的冷凝物。第二液体分送器可构造成将冷凝物分送穿过第二填充床的顶部部分。第二液体收集器可构造成收集第二填充床下方的冷凝物。在备选实施例中，第二液体收集器可构造成容许从第二填充床收集的一部分冷凝物分送穿过第一填充床的顶部部分。该备选方案可包括穿孔的第二液体收集器，其允许一些冷凝物穿过第二液体收集器，并且落到第一填充床的顶部部分上。
[0017]根据本公开内容的示例性实施例，可包括至少两个单独的冷凝环路，使得第一冷凝环路构造成从第一液体收集器接收冷凝物。第一冷凝环路可进一步构造成将冷凝物分送至第一填充床的顶部部分。第一冷凝环路可构造成使得冷凝物流过第一热交换器用于从冷凝物回收热。第二冷凝环路可构造成从第二液体收集器接收冷凝物。作为备选，第二冷凝环路可构造成从第一热交换器或第二液体收集器或两者接收冷凝物。第二冷凝环路可构造成将冷凝物分送至第二填充床的顶部部分。第二冷凝环路可包括可进一步接收冷却液体的第二热交换器。冷凝物环路可构造成容许添加试剂来控制pH。示例性试剂可为NaOH。添加试剂来控制PH允许了本公开内容清洁烟道气体，除去潜在腐蚀物，诸如二氧化硫。
[0018]根据本公开内容的示例性实施例，提供了一种通过将烟道气体输送至冷凝器来从烟道气体回收热并且冷却烟道气体的方法，该冷凝器具有下端和上端，以及连接下端和上端来形成具有中心腔的柱的侧壁。烟道气体可注入冷凝器的下端中，向上输送穿过冷凝器，并且在上端处从冷凝器释放。冷凝物在烟道气体向上穿过冷凝器时由烟道气体形成，该冷凝器可具有两个或更多个填充床。第一填充床可构造成向分送至第一填充床的顶部部分的冷凝物提供有效热传递，使得热可经由第一热交换器回收。第二填充床可构造成提供烟道气体的有效冷却。在第一热交换器中回收的热可集成到蒸汽循环中。分送至第二填充床的冷凝物可经由第二热交换器冷却，该第二热交换器可供有冷却液体。
[0019]参照图1中所示的示例性实施例，提供了冷凝器10，其具有可为大体圆筒形的柱部件18、下端14和上端16，从而形成中心腔。烟道气体在下端14处经由气体入口进入12冷凝器10，并且在上端16处经由气体出口离开34冷凝器10。在中心腔内，第一填充床20抵靠在第一支承栅格22上。穿过第一填充床20的冷凝物可由第一液体收集器24收集。作为备选，穿过第一填充床20的冷凝物可由冷凝器10的下端14收集。来自第一填充床20的冷凝物可经由第一泵部件36输送至第一热交换器44。试剂40诸如NaOH可在输送至第一热交换器44之前添加至冷凝物。第一阀42可被并入以控制试剂40的流入。第一热交换器44可用于回收热用于集成到蒸汽循环中。冷凝物66可进一步输送至第一液体分送器31。可排放冷凝物66的一部分68。第一 pH计62可被并入以测量返回到第一填充床20的冷凝物的pH。测量的pH值可用于控制试剂40经由第一阀42的流入。第一液体分送器31将冷凝物分送至第一填充床的顶部部分。
[0020]仍参照图1中所示的示例性实施例，在中心腔内，第二填充床26抵靠在第二支承栅格28上。穿过第二填充床26的冷凝物可由第二液体收集器74收集。第二液体收集器74可具有开口，其构造成容许气体从第一床20传递至第二床26。来自第二填充床26的冷凝物可经由第二泵部件48输送至第二热交换器52。试剂41诸如NaOH可在输送至第二热交换器52之前添加至冷凝物。第二阀76可被并入以控制试剂41的流入。第二热交换器52可构造成接收冷却液体。冷凝物54可进一步输送至第二液体分送器30。第三阀50可被并入以控制离开第二热交换器52的冷凝物流。冷凝物54的一部分60可排出。第二 pH计56可被并入以测量返回到第二填充床26的冷凝物的pH。测得的pH值可用于控制试剂41经由第二阀76的流入。第一温度计58可被并入以测量返回到第二填充床26的冷凝物的温度。测量温度可用于控制冷凝物64的流。第二液体分送器30将冷凝物分送至填充床26的顶部部分。
[0021]参照图2中所示的示例性实施例，提供冷凝器，冷凝器11具有可为大体圆筒形的柱部件18，下端14和上端16，从而形成中心腔。烟道气体在下端14处经由气体入口进入12冷凝器10，并且在上端16处经由气体出口离开34冷凝器10。在中心腔内，第一填充床20抵靠第一支承栅格22。穿过第一填充床20的冷凝物可由第一液体收集器24收集。作为备选，穿过第一填充床20的冷凝物可由冷凝器11的下端14收集。来自第一填充床20的冷凝物可经由第一泵部件36输送至第一热交换器44。试剂40诸如NaOH可在输送至第一热交换器44之前添加至冷凝物。第一阀42可被并入以使用由第二 pH计62测量的pH值控制试剂40的流入。第一热交换器44可用于蒸汽生成。冷凝物46可进一步输送至第二热交换器52。来自第二填充床26的冷凝物可在输送至第二热交换器52之前经由第二泵48添加至冷凝物46。第二阀50可被并入以使用由第一温度计58测量的温度控制冷凝物从第二填充床26至第二热交换器52的流。在该实施例中，第二液体收集器23位于第二填充元件26下方。第二液体收集器23可构造成容许来自第二填充床的冷凝物的一部分流过21第二液体收集器，并且沿烟道气体的相反方向25在第一填充元件的顶部部分上。试剂40可经由第一阀42添加，其流入可由第二 pH计56的pH测量来控制。
[0022]本公开内容的实施例在将烟道气体输送至GPU之前最大化了来自烟道气体的热回收和烟道气体的冷却。来自第一填充床20的冷凝物38和进入冷凝器(11或12)的烟道气体12的温差可保持低于4°C，潜在地低于2°C。离开气流34和冷凝物流54的温差大体上可低于2°C，潜在地小于1°C。此外，如果试剂40/41在本公开内容中使用，则可实现烟道气体的有效清洁，除去了腐蚀物。离开流34中的SO2浓度可大体上减小到小于lppmv，潜在地低于0.1ppmv0因此，本公开内容通过使用具有单独或部分地集成的冷凝环路的冷凝器柱中的至少两个单独的填充床而克服了现有的冷凝器的局限性，这可单独地构造成容许一个环路中的最大的热回收和另一个环路中的最大冷却。
[0023]尽管已经参照各种示例性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将理解，可作出各种变化，并且等同物可替代其元件，而并未脱离本发明的范围。此外，可作出许多改型，以使特定情形或材料适合本发明的教导，而并未脱离其基本范围。因此，意图是，本发明不限于公开为构想用于执行本发明的最佳模式的特别实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。
【权利要求】
1.一种冷凝器，包括: 柱部件，其具有下端、上端以及连接所述下端和所述上端来形成中心腔的壁； 在所述腔内在所述下端上方的第一填充床； 在所述腔内在所述第一填充床上方的至少第二填充床； 构造成从所述第一填充床接收冷凝物流的第一热交换器； 构造成从所述第二填充床至少部分地接收冷凝物流的第二热交换器； 连接于填充床的冷凝物流的至少第一阀； 其中所述柱部件的下端构造成经由气体入口接收烟道气体； 其中所述上端构造成容许烟道气体经由气体出口离开所述柱部件； 其中所述填充床构造成沿烟道气流的相反方向提供冷凝物流； 其中防腐试剂经由至少所述第一阀注入冷凝物流中。
2.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器还包括:构造成将冷凝物分送穿过所述第一填充床的顶部部分的第一液体分送器。
3.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器还包括:构造成收集所述第一填充床下方的冷凝物的第一液体收集器。
4.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器还包括:构造成将冷凝物分送穿过所述第二填充床的顶部部分的第二液体分送器。
5.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器还包括:构造成收集所述第二填充床下方的冷凝物的第二液体收集器。
6.根据权利要求5所述的冷凝器，其特征在于，所述第二液体收集器构造成容许从所述第二填充床收集的冷凝物的一部分分送至所述第一填充床。
7.根据权利要求6所述的冷凝器，其特征在于，穿过所述第一热交换器的冷凝物输送至所述第二热交换器。
8.根据权利要求7所述的冷凝器，其特征在于，从所述第二填充床收集的所述冷凝物的一部分在输送至所述第二热交换器之前与离开所述第一热交换器的冷凝物组合。
9.根据权利要求8所述的冷凝器，其特征在于，穿过所述第二热交换器的冷凝物的一部分分送到所述第二填充床的顶部部分上。
10.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器还包括:至少两个单独的冷凝环路。
11.根据权利要求10所述的冷凝器，其特征在于，第一冷凝环路构造成从所述第一填充床接收冷凝物，并且将冷凝物输送至第一热交换器。
12.根据权利要求11所述的冷凝器，其特征在于，所述第一冷凝环路构造成将液体分送至所述第一填充床的顶部部分。
13.根据权利要求10所述的冷凝器，其特征在于，第二冷凝环路构造成从所述第二填充床接收冷凝物，并且将冷凝物输送至第二热交换器。
14.根据权利要求13所述的冷凝器，其特征在于，所述第二热交换器构造成在将冷凝物分送至所述第二填充床的顶部部分之前冷却冷凝物。
15.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述防腐试剂为NaOH。
16.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器还包括连接于所述冷凝器的冷凝物流的pH计。
17.一种冷凝器，包括: 柱部件，其具有下端、上端以及连接所述下端和所述上端来形成中心腔的壁； 在所述腔内在所述下端上方的第一填充床； 在所述腔内在所述第一填充床上方的至少第二填充床； 其中所述柱部件的下端构造成经由气体入口接收烟道气体； 其中所述上端允许气体经由气体出口离开所述柱部件； 其中所述冷凝器构造成接收所述冷凝器的冷凝物流中的防腐试剂。
18.一种清洁烟道气体的方法，包括: 将所述烟道气体输送至冷凝器，所述冷凝器具有下端、上端，以及连接所述下端和所述上端来形成具有中心腔的柱的侧壁； 将所述烟道气体注入所述冷凝器的下端中； 将所述烟道气体向上输送穿过所述冷凝器； 在所述柱的上端处将所述烟道气体从所述冷凝器输送出； 在所述烟道气体向上穿过所述冷凝器时由所述烟道气体形成冷凝物； 通过将防腐试剂添加至所述冷凝物来清洁所述烟道气体； 其中所述压缩机包含至少两个填充床； 其中所述压缩机具有至少两个冷凝环路； 其中各个冷凝环路连接于热交换器。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述防腐剂为NaOH。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，防腐剂的流入由pH测量来确定。
【文档编号】F23J15/04GK104204673SQ201380018272
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月27日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】W.王, S.阿曼 申请人:阿尔斯通技术有限公司