专利名称：使用固定床涓流塔的除雾/除湿的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及关于从气体移除水汽的方法和设备，并且特别地，涉及关于在外界空气施加到燃气涡轮系统之前从外界空气移除水汽的方法和设备。
背景技术：
从气体移除水汽，包括悬浮在例如空气中并且在本文中称为空气/水雾的细分水滴的移除在各种环境中执行。一个这种环境，例如，涉及用于发电的燃气涡轮系统的操作，在燃气涡轮系统中，外界空气流与燃料混合并且混合物燃烧以产生燃烧气体产物，采用燃烧气体产物以驱动涡轮，其为发电机的转子提供功率。典型地在这种操作中，与燃料混合的外界空气可首先经受某些调节程序。作为前述的示例，外界空气可被过滤以移除可损害涡轮装备的颗粒物质并且空气可被冷却至更高的密度。密度更高的空气在燃气涡轮装备处提供更高的质量流率和压力比率，从而导致增加的涡轮输出和效率。在其中空气被过滤以致移除颗粒物质的某些情况下，可存在于空气中的水汽可在过滤器处沉淀。在过滤器处以这种方式沉淀的水汽可与也在过滤器处沉淀的固体颗粒物质结合，从而在过滤器上形成覆层，其干扰通过过滤器的自由空气流。因此，在过滤器处可经历增加的压力损失。因此，从输送至过滤器的空气流移除水汽并且随后将空气流施加在燃气涡轮系统处是有利的。一种用于从空气流移除水汽的技术涉及使用惯性分离器或漂浮物清除器，其迫使空气流沿曲折的通道行进，这导致水汽的微粒从空气流掉落出来。该技术最适合用于大于存在于空气/水雾中的小滴的水汽微粒。另一技术涉及使用所谓的凝聚(coalescing)过滤器。在该技术中，导致包含水汽微粒的空气流行进通过凝聚过滤器的网络，水汽微粒与凝聚过滤器碰撞，由此从空气流掉落出来。另外，水汽微粒可彼此碰撞，并且因此从空气流掉落出来。
发明内容
为了提供对本发明的选定方面的基本理解，下文陈述了本发明的示例的简化摘要。该摘要不构成本发明的所有方面或实施例的详尽概述。该摘要也不意图识别本发明的关键方面或限定本发明的范围。该摘要的唯一目的是以简化形式介绍本发明的选定方面，作为对摘要之后的本发明的实施例的更详细描述的介绍。根据本发明的方面，提供一种除湿系统，用于从空气流移除水汽。除湿系统包括一个或多个填充床(packed bed)，其包括水-入口表面，液态水在水-入口表面处接收并且其后行进通过一个或多个填充床。在除湿系统中还包括作为一个或多个填充床的构件的空气-入口表面，其定位成与水-入口表面大致相对。包含水汽的空气流在空气-入口表面处接收并且其后沿与液态水通过一个或多个填充床的通路大致逆流的方向行进通过一个或多个填充床。液态水和空气流在当它们行进通过一个或多个填充床时彼此接触，从而导致水汽的至少一部分从空气流移除。除湿系统还可包括相应的供水设备，诸如喷头，其可定位在例如一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面的上方。供水设备可构造成将液态水提供至一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面并且将液态水分配至水-入口表面的大致全部。除湿系统可位于燃气涡轮系统的入口的上游并且可操作地连接到燃气涡轮系统的入口处，在水汽的至少一部分已经在一个或多个填充床中的至少一个处从空气流移除之后，空气流被输送至燃气涡轮系统的入口处。根据本发明的另一方面，提供一种从空气流移除水汽的方法。该方法包括提供一个或多个填充床，其包括水-入口表面，液态水在水-入口表面处接收并且其后行进通过一个或多个填充床。该方法还包括提供诸如喷头的相应的供水设备，其可构造成将液态水提供至一个或多个填充床的水-入口表面。喷头可位于一个或多个填充床的水-入口表面的上方并且可将液态水分配至水-入口表面的大致全部。一个或多个填充床还可包括空气-入口表面，包含水汽的空气流在空气-入口表面处接收并且其后行进通过一个或多个填充床。空气-入口表面定位成与水-入口表面大致相对，以便空气流沿与液态水通过一个或多个填充床的通路大致逆流的方向行进通过一个或多个填充床。包含水汽的空气流可输送至一个或多个填充床的空气-入口表面并且其后行进通过一个或多个填充床。包含水汽的空气流可在空气流和液态水行进通过一个或多个填充床时与液态水接触，由此从空气流移除水汽的至少一部分。除湿系统可位于燃气涡轮系统的进气口的上游并且可操作地连接到燃气涡轮系统的进气口，空气流在水汽的至少一部分在一个或多个填充床处从空气流移除之后输送至燃气涡轮系统的进气口。
从以下参考附图的本发明的方面和实施例的示例的详细说明，本发明的前述及其他方面将对本发明涉及的本领域技术人员显而易见，在附图中，相同附图标记在若干附图中用于参考相同部件或元件，并且其中
图1是除湿系统的示例的示意侧视图，该除湿系统用于在空气流输送至用于调节空气流的系统之前从空气流移除水汽，在调节之后，被调节的空气流被输送至燃气涡轮系统；
图2是图1的除湿系统的一部分的示意放大图；并且
图3是填充床的示例的示意透视图，该填充床包括于图1和图2的除湿系统中。
具体实施例方式组成本发明的一个或多个方面的实施例的示例通过在某些方面参考附图而描述如下。这些示例不意图限制本发明。因此，例如，在一些情况下，参考一个方面或实施例描述的本发明的一个或多个示例可在其他方面和实施例中利用。另外，某些术语在本文中仅为了方便起见而使用并且不意图视为限制本发明。图1示意地示出了本发明的方面，其中，大体在10处指示的用于从空气流移除水汽的除湿系统与大体在40处指示的空气-调节系统相关联。除湿系统10位于空气-调节系统40的进气口 39处，空气-调节系统40在空气流已经行进通过除湿系统10之后进一步调节空气流，以便空气流适于在大体在42处指示的燃气涡轮系统处施加。因此，下文更详细地描述的除湿系统10，位于燃气涡轮系统42的入口 41的上游并且可操作地连接到燃气涡轮系统42的入口 41，空气流在空气流所包含的水汽的至少一部分在除湿系统处从空气流移除之后输送并且施加到燃气涡轮系统42的入口处。除湿系统10也可以在其中空气流被施加到除了燃气涡轮系统的系统和装备(例如，诸如内燃机和加热、冷却以及通风系统的进气口)的情况下采用。在燃气涡轮系统42处的压缩机48运行以将环境空气流吸入通过除湿系统10进入空气-调节系统40的进气口 39并且通过空气-调节系统。空气流在使得水汽在除湿系统10处移除之后并且在空气-调节系统40处进一步调节之后行进通过适配导管50，其趋向于使空气流收缩至在压缩机48处的燃气涡轮系统42的入口 41的较小尺寸。调节空气在进入压缩机48后被压缩至高压。空气在压缩之后进入燃烧区域52，在燃烧区域52中，压缩空气与诸如例如天然气的燃料混合，并且混合物燃烧以产生高压、高速气体，其为发生在燃烧区域52中的燃烧的产物。高压、高速气体前进)到涡轮54中并且驱动附接至输出轴的涡轮叶片。涡轮叶片的旋转导致附接输出轴也旋转，并且旋转的输出轴的能量输送至发电机46，且电能由此在发电机处根据本领域技术人员所熟悉的过程而产生。然而，燃气涡轮系统的应用不受限于发电，并且燃气涡轮系统也可被施加以例如驱动泵和压缩机，如本领域技术人员所公知的。为了在燃气涡轮系统42处使用来自外界环境的空气，外界空气必须首先被调节，并且这在除湿系统10和空气-调节系统40处完成。再一次参考图1，如上图所示，外界空气流，在压缩机48的作用下，首先被吸入除湿系统10，在除湿系统10中水汽被移除并且其水汽的至少一部分已经被移除的空气流然后在进气口 39处进入空气-调节系统40。在可包含在外壳45内的空气-调节系统40处，空气流可前进通过过滤室62，在过滤室62中悬浮在空气中的颗粒物质可由未示出的过滤器从空气流移除。其后，可使得其水汽和悬浮颗粒物质中的至少一些已经移除的空气流可引导通过冷却室63，冷却室63包含诸如例如蒸发冷却器的冷却装置。蒸发冷却器可运行以冷却和增加空气流的密度。密度更高的空气将在燃气涡轮系统42处提供更高的质量流率和压力比率，从而导致涡轮输出和效率的增加。从冷却室63，调节空气流可流入适配导管50，并且空气可从适配导管通过燃气涡轮系统的入口 41流至燃气涡轮系统42。在压缩机48处压缩之后的调节空气可与燃料混合并且如上文所述地燃烧。在图1中的箭头全部指示空气从其入口进入除湿系统10流过空气调节系统40至在压缩机48处的燃气涡轮系统42的入口 41处的空气的输送处的方向。现在考虑用于从空气流移除水汽的除湿系统10及其操作的更详细的描述，首先参考附图的图1和图2。在图1和图2中所示的本发明的方面，除湿系统10示出为包括大体在12处指示的多个同样的单元。除湿系统10的各单元12包括大体在14处指示的填充床和大体在16处指示的相应的供水设备。这取决于许多因素，包括除湿系统10所服务的系统的操作需求，除湿系统可包括单元12中的一个或多个和相应地一个或多个填充床14。另外，各单元12可包括多于一个填充床。如本文所用地，名称“填充床”意图具有由化学工程领域中的普通技术人员赋予该名称的意思。因此，例如，“填充床”可包括“填充塔”和“固定床涓流塔”。各单元12位于机罩18的底部或进口处，机罩18可固连至外壳45，其包含空气-调节系统40。除湿系统10可定位成露天并且机罩(因为它们覆盖单元12)为单元提供对诸如雨和雪的自然环境的防护。另外，机罩起作用以限定用于外界空气从周围环境引导至空气-调节系统40的进气口 39的通路。因此，外界空气流将在机罩下通过机罩的进口并且通过填充床14吸上来，水汽将在填充床14处从空气流移除并且其后空气流将从填充床14通过进气口 39进入空气-调节系统40。如在图2和图3中最佳可见地，在那些附图中示出的填充床14的示例包括框架20，其形成在顶部和底部处开口的包壳。包含在框架20之内的是大体在22处指示的填充材料。填充床14可包括非结构化填充料作为填充材料22或结构化填充料作为填充材料22。在图2和图3的示例中，示出使用以Raschig环23的形式的非结构化填充料。可使用的非结构化填充料的其他示例包括Pall环和球形件。结构化填充料可包括例如由固定在一起的许多波纹板形成的结构。非结构化和结构化填充料两者可由多种材料，包括例如金属、塑料、陶瓷、碳和纤维素制成。填充床的顶部和填充床的底部两者都可用网孔状或网状元件覆盖，以便将填充材料22在框架20内维持就位同时允许水进入填充床的水-入口表面并且允许空气进入填充床的空气-入口表面。虽然填充床14示出为具有大体矩形形状以致适合于机罩18的进口，但是床可具有其他形状，诸如例如正方形形状或圆形形状。特别地，填充床的形状可与机罩18的进口的构型配合。该填充可注入催化剂(catalyst)以促进水汽从空气流的移除。另外，虽然填充通常将是亲水的，但是在其中空气流包括油质成分的情况下，填充可为亲油的。除湿系统10的填充床14，如所述地，可包括一个或多个这种填充床，其包括水-入口表面24和定位成与水-入口表面24大致相对的空气-入口表面26，液态水在水入口表面24处接收并且其后行进或涓流通过填充床，包含水汽的空气流在空气-入口表面26处从除湿系统10所处的环境中接收并且其后行进通过填充床。如可理解地，利用水-入口表面24和空气-入口表面26的该布置，包含水汽的空气流沿与液态水通过填充床的通路大致逆流的方向行进通过填充床14。如本文中所用的，术语“逆流”意图涵盖空气流流动的如下任何方向，即，该方向与液态水流的方向充分相对，以导致在液态水中的悬浮水微粒与空气流中的周围空气之间的平衡的移动或者打破，并且提供水汽从空气流的可接受程度的移除。现在参考图2，示出大体在30处指示的相应的供水设备的方面，供水设备构造成提供液态水至供水设备定位处的一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面24。在所示出的方面，供水设备30包括喷头32，其定位在一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面24的上方。如在图2中示意地示出，喷头32构造成将液态水分配至一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面24的大致全部。随着液态水向下移动并且空气流向上移动并且他们两者行进通过填充床，液态水和空气流彼此接触，从而导致水汽的至少一部分从空气流移除。如上文所述的水汽移除系统运行的方式的示例可被认为与存在于空气/水雾中的水汽的移除有关。可以以雾的形式存在的空气/水雾可被认为是由在气团中细分的水滴或水微粒的悬浮物而形成的胶悬体。由于在水微粒与水微粒悬浮在其中的周围空气之间所建立的压力/温度平衡，水微粒保持悬浮。平衡的移动或打破可促进细分的水微粒凝聚至如下程度，即，凝聚微粒呈现如下大小与重量，即其导致凝聚微粒从空气/水雾掉落出来并且水汽从微粒曾在其中悬浮的空气的相关移除。填充床14的功能是使在这种细分的水微粒与微粒悬浮在其中的外界空气流之间存在的平衡移动或打破。来自供水设备30的水以使得水涓流通过在填充床中的填充材料22的速率将水分配至填充床14的水-入口表面24的大致全部。换言之，填充床不被水淹没。目的是在填充床14中创造条件，使得在水-入口表面24与空气-入口表面26之间的压降不会如此大以致于显著干扰朝上通过填充床的空气流的流动。同时，水的量足以允许在向下涓流通过填充床14中的填充材料22的水与向上行进通过填充材料的空气流之间发生良好的接触。该接触足以使在悬浮水微粒与空气/水雾中的周围空气之间的平衡移动或打破，并且提供水汽从空气流的可接受程度的移除。随着来自供水设备30的水与在空气流中的细分水滴彼此接触，在空气/水雾中的平衡状态移动并且细分水微粒凝聚以形成水滴，水滴具有如下重量与体积，即该重量与体积如此大以致于凝聚的水滴不能由空气流向上携带通过填充床14。因此，凝聚的水滴与来自供水设备30的、已经完全涓流并且完成其通过填充床的通路的水一起通过空气-入口表面26流出填充床14。平衡状态的移动可通过使用来自具有或者高于或者低于在空气/水雾中的细分水滴的温度的供水设备30的水而促进。失去了其水汽的至少一部分的离开水-入口表面24的空气流其后通过进气口 39流入空气-调节系统40。与此同时，来自供水设备30和从空气/水雾移除的凝聚水滴这两者的水，从填充床14的空气-入口表面26下降到位于填充床下方的机罩18上。如在图2中最佳可见地，水将向下在机罩18上流动到机罩的底部边缘，在该处安装在机罩的边缘处的通道19将水远离机罩传导到适当的水收集位置(未示出)。从最底端填充床落下的水可被允许简单地落到地面或者可被收集到在地面上的通道中并且传导到水收集位置。在水收集位置积聚的水可被过滤或者如有必要以其他方式处理并且再循环至供水设备30，用于在填充床中再使用。虽然从行进通过填充床的空气流的水汽的移除已经结合悬浮在空气/水雾中的细分水滴的移除、并且在填充床作为除雾器运行这点上进行了描述，但是其他水汽，诸如在空气流中的水蒸气和如此之大以致于只是由于它们能够通过空气流的惯性携带而所以悬浮在空气流中的水滴，也可以在填充床14处移除。另外，由空气流携带的固体颗粒物质可在填充床14处移除。因此，除湿系统10可与空气-调节系统40合作作为第一级分离器而运行。另外，因为在空气/水雾中的平衡的扰乱涉及将热从在空气流的空气传递出来至凝聚水滴，所以离开填充床14的水-入口表面24的空气可处于比空气在进入填充床时的温度更低的温度。因此，可在空气-调节系统40处在冷却室63中的蒸发冷却器中发生的空气的冷却可由除湿系统10加强，并且在这一点上，除湿系统可起入口冷却器的作用。从本发明的某些方面和实施例的前述描述，可理解本发明还通过提供如在这些方面和实施例中所描述的除湿系统来提供从空气流移除水汽的方法。该方法可包括从供水设备30提供液态水至一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面24处，以及使液态水行进通过一个或多个填充床中的至少一个。方法还可包括将包含水汽的空气流输送至一个或多个填充床的至少一个的空气-入口表面26，以及使包含水汽的空气流行进通过一个或多个填充床的至少一个。该方法还可包括在包含水汽的空气流和液态水行进通过一个或多个填充床中的至少一个时，使包含水汽的空气流与液态水接触，由此将水汽的至少一部分从空气流移除。虽然本发明的所述实施例可具有普遍应用，但是存在实施例可特别有益地施加的某些环境。这种环境的示例包括如下环境，其具有变得湿润的倾向，以致外界空气包含大浓度的水汽。沿海环境、特别是热带沿海环境，可以为这种类型。另外，在沿海环境中可见的包含于空气中的水汽可被溶解盐污染物污染，溶解盐污染物可侵蚀诸如空气-调节系统40和燃气涡轮系统42的装备的构件。另外在沿海环境中、以及在其他环境中，其他类型的水溶性有害污染物可存在于外界空气中。所述实施例对包含这些溶解盐及其他水溶性污染物的空气流的施加可导致这些盐及其他污染物与水汽一起移除，并且由此维护空气流所行进通过的以及空气流在其中使用的系统的完整性。因此，在这点上，除湿系统还可作为盐或污染物移除系统来运行。虽然本发明已经参考其某些实施例而在上文描述和示出，但是应当明白本发明不受限于此。因此，如上文所述，本发明的各种方面可具有在其中从空气流移除水汽是有利的、除了利用燃气涡轮系统的背景中的应用。另外，在阅读和理解说明书、包括附图后，本领域技术人员可想到本文中所述的本发明的方面的修改和变更。例如，不是定位在空气-调节系统的范围之外的除湿系统可更直接地合并入空气-调节系统并且可定位在室内。本发明意图涵盖和包括由所附权利要求包括的对所述实施例的随便什么修改和变型。
权利要求
1.一种用于从空气流移除水汽的除湿系统，所述除湿系统包括 一个或多个填充床，其包括水-入口表面和定位成与所述水-入口表面大致相对的空气-入口表面两者，液态水在所述水-入口表面处接收并且其后行进通过所述一个或多个填充床，所述空气流在所述空气-入口表面处接收并且其后沿与所述液态水通过所述一个或多个填充床的通路大致逆流的方向行进通过所述一个或多个填充床，由此，所述液态水和所述空气流在它们行进通过所述一个或多个填充床时彼此接触，从而导致所述水汽的至少一部分从所述空气流移除；以及 相应的供水设备，其构造成提供所述液态水至所述一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面。
2.根据权利要求1所述的除湿系统，其特征在于，所述一个或多个填充床中的至少一个包括非结构化填充料作为填充材料。
3.根据权利要求1所述的除湿系统，其特征在于，所述一个或多个填充床中的至少一个包括结构化填充料作为填充材料。
4.根据权利要求1所述的除湿系统，其特征在于，所述相应的供水设备中的至少一个包括喷头，其定位在所述至少一个或多个填充床中的水-入口表面的上方并且构造成将液态水分配至所述一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面的大致全部。
5.根据权利要求1所述的除湿系统，其特征在于，所述除湿系统定位在燃气涡轮系统的进气口的上游并且可操作地连接到燃气涡轮系统的进气口，在所述水汽的至少一部分在所述一个或多个填充床中的至少一个处从所述空气流移除之后，所述空气流被输送至燃气涡轮系统的进气口。
6.根据权利要求5所述的除湿系统，其特征在于，所述一个或多个填充床中的至少一个包括非结构化填充料作为填充材料。
7.根据权利要求6所述的除湿系统，其特征在于，所述非结构化填充料包括Raschig环。
8.根据权利要求6所述的除湿系统，其特征在于，所述非结构化填充料包括Pall环。
9.根据权利要求5所述的除湿系统，其特征在于，所述一个或多个填充床中的至少一个包括结构化填充料作为填充材料。
10.根据权利要求7所述的除湿系统，其特征在于，所述相应的供水设备中的至少一个包括喷头，其定位在所述一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面的上方并且构造成将液态水分配至所述一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面的大致全部。
11.一种从空气流移除水汽的方法，所述方法包括 提供一个或多个填充床，其包括水-入口表面和定位成与所述水-入口表面大致相对的空气-入口表面，液态水在所述水-入口表面处接收并且其后行进通过所述一个或多个填充床，所述空气流在所述空气-入口表面处接收并且其后沿与所述液态水通过所述一个或多个填充床的通路大致逆流的方向行进通过所述一个或多个填充床，由此，所述液态水和所述空气流在它们行进通过所述一个或多个填充床时彼此接触，从而导致所述水汽的至少一部分从所述空气流移除； 提供相应的供水设备，其构造成将所述液态水提供至所述一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面；将所述液态水从所述供水设备提供至所述一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面，并且使所述液态水行进通过所述一个或多个填充床中的至少一个； 将包含水汽的空气流输送至所述一个或多个填充床中的至少一个的空气-入口表面，并且使包含水汽的空气流行进通过所述一个或多个填充床中的至少一个；以及 当包含水汽的空气流与所述液态水行进通过所述一个或多个填充床中的至少一个时，使包含水汽的所述空气流与所述液态水接触，由此从所述空气流移除所述水汽的至少一部分。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述一个或多个填充床中的至少一个包括非结构化填充料作为填充材料。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述一个或多个填充床中的至少一个包括结构化填充料作为填充材料。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，构造成提供所述液态水至所述一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面的相应的供水设备中的至少一个包括喷头，其定位在所述一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面的上方，并且构造成将水分配至所述一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面的大致全部。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述除湿系统定位在燃气涡轮系统的进气口的上游并且可操作地连接到燃气涡轮系统的进气口，在所述水汽的至少一部分在所述一个或多个填充床中的至少一个处从所述空气流移除之后，所述空气流输送至所述燃气涡轮系统的进气口。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述一个或多个填充床中的至少一个包括非结构化填充料作为填充材料。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,所述非结构化填充料包括Raschig环。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述非结构化填充料包括Pall环。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述一个或多个填充床中的至少一个包括结构化填充料作为填充材料。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，构造成提供所述液态水至所述一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面的相应的供水设备中的至少一个包括喷头，其定位在所述一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面的上方，并且构造成将水分配至所述一个或多个填充床中的至少一个的水-入口表面的大致全部。
全文摘要
本发明涉及使用固定床涓流塔的除雾/除湿。更具体而言，提供了一种用于从空气流移除水汽的除湿系统及其关联方法。除湿系统包括一个或多个填充床，其包括水-入口表面和定位成与水-入口表面大致相对的空气-入口表面，液态水在水-入口表面处接收并且空气流在空气-入口表面处接收。空气流沿与液态水的通路大致逆流的方向行进通过一个或多个填充床，并且液态水与空气流在一个或多个填充床中彼此接触，从而导致水汽的至少一部分从空气流移除。除湿系统可定位于燃气涡轮系统的入口的上游并且可操作地连接到燃气涡轮系统的入口，空气流从除湿系统输送至燃气涡轮系统的入口。
文档编号F02C7/00GK103032172SQ201210368809
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月27日 优先权日2011年10月3日
发明者A.M.库尔卡尼, R.M.A.曼, J.C.戴维斯 申请人:通用电气公司