CN103265985B - 一种降低低浓瓦斯湿度的装置和除湿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低低浓瓦斯湿度的装置及除湿方法，该装置包括除湿塔、气液分离器、除湿液恒温换热器、除湿液再生塔和热源；低浓瓦斯经气液分离器进入除湿塔；除湿塔还设置有除湿液排出口和回液口；除湿液由除湿液排出口经过除湿液恒温换热器换热后进入除湿液再生塔再生，最后经除湿塔的回液口返回到除湿塔继续进行除湿；除湿液再生塔还包括一再生空气风机。本发明通过调整吸收剂的浓度可有效控制瓦斯湿度，使其露点温度降低；并利用燃机排烟废热作为主要能源，极大降低了系统能耗，且流动阻力小，瓦斯只需经过除湿塔，不再需要流经压损较大的换热器，给低浓瓦斯运行安全带来了保证。
Description
技术领域
本发明属于能源领域，具体涉及一种降低低浓瓦斯湿度的装置和除湿方法。
背景技术
目前我国低浓度瓦斯的利用过程一般包括：
井下抽放低浓度瓦斯（>10%）→水雾输送→除湿→机组发电。
低浓度瓦斯指的是甲烷浓度介于3%到30%之间的空气混气，为确保安全，根据国家规定会采用喷水雾的方式给瓦斯加湿以确保输送安全，但加湿后较大的湿度却给后续瓦斯的利用带来了极大的困难：
(1))大量的凝水极易混合灰尘造成管系堵塞或阀门卡死；
(2)燃烧利用时因为水分存在使得点火困难、热效率下降。
如中国专利CN103074135A公开的一种低浓度瓦斯脱水方法及成套装置，其特征是它包括以下步骤:首先，便来自煤层的低浓度瓦斯进入过滤器，将瓦斯中的水雾及颗粒物脱除，其次，使除去水雾和颗粒物的低浓度瓦斯进入预冷器中进行预冷，并与经过冷却后的低浓度瓦斯进行热交换，实现第一次降温，第二，使经过第一次降温的低浓度瓦斯进入水气换热器中与冷媒水进行热交换，降温除湿:第四，使经过降温降湿后的低浓度瓦斯进入气水分离器中，去除其中的水雾，第五，使经过再次去除水雾后的低浓度瓦斯通过换热管再次进入预冷器中与从过滤器进入的流经换热管表面的低浓度瓦斯进行热交换，实现对新进入的低浓度瓦斯的第一次降温，最后，将经过热交换升温后的换热管中的低浓度瓦斯送入发电机组中进行发电。
又如中国专利CN202569921U一种旋流冷凝式瓦斯除湿装置，包括圆筒状装置壳体、旋流导向风道、瓦斯进气口、瓦斯出气口、旋流装置、冷凝重力脱水换热管、排污口，所述圆筒状装置壳体内壁上设置有旋流导向风道，所述旋流装置为无底的广口瓶状结构，设置在所述圆筒状装置壳体内，所述旋流装置前端为瓦斯出气口，且延伸至所述圆筒状装置壳体外，所述瓦斯进气口设置在圆筒状装置壳体上部:所述冷凝重力脱水换热管的两端穿过所述旋流装置和一圆筒状装置壳体，所述冷凝重力脱水换热管一端连接冷源，所述冷凝重力脱水换热管另一端为出口，所述排污口设置在所述圆筒状装置壳体下端。该装置适用于瓦斯气中雾状水的脱除。
又如发明人的一项申请CN102443451A公开了一种瓦斯气的吸附除湿方法及其装置，通过在瓦斯出气管路和供气管网进气管路之间的管路上设置吸附塔，对瓦斯气进行再生性吸附除湿处理，所述的吸附剂至少包括2种吸附剂，分层放置，其中，底层吸附剂与顶层吸附剂的质量比为51～21;打开吸附完成的吸附塔的高温空气进气管道上的再生空气阀和乏气出口管道上的乏气排气阀，通入高温空气对吸附剂进行再生处理。
在本领域中，传统的除湿方法是采用低温除湿，也就是利用制冷设备将气体温度降到7℃左右，使相对湿度增高乃至凝水出来后再将气体温度恢复，就可以将气体相对湿度降低，但这种方法的能耗较高，对于低浓瓦斯来说，其能量密度较低，发电能力弱，较高的除湿能耗大大抵消了系统的能量输出，严重时会造成所发电能完全消耗在系统内部而无一产出。传统的低浓瓦斯除湿采用电制冷方式，处理气体能耗较大，每2000方/小时需要约30kw，而由于其浓度较低，发电功率也不过350kw-400kw。
另外，由于低浓瓦斯输送及利用设备的特殊要求，瓦斯处理净化的压损不能过大，而目前的除湿换热器压损较大，也消耗了较多的能源。
发明内容
本发明的目的在于为低浓度瓦斯除湿寻求更高、更有效的方法，极大降低系统自耗电，为此本发明提供了一种溶液吸收除湿且利用发电废热将吸收液再生的方法。
为了有效解决上述问题，本系统提供了一种低浓度瓦斯除湿的装置，具体如下：
该装置包括除湿塔、气液分离器、除湿液恒温换热器和除湿液再生塔；所述的低浓瓦斯经气液分离器进入除湿塔；所述的除湿塔设置有除湿液排出口和回液口，除湿液由除湿液排出口经过除湿液恒温换热器换热后进入除湿液再生塔再生，最后经除湿塔的回液口返回到除湿塔继续进行除湿；
所述的除湿液再生塔还包括一再生空气风机。
优选的，所述装置还包括一除湿液回热换热器，用于除湿塔的排出液和除湿液再生塔的排出液的换热。
优选的，除湿塔的回液口前管路上设置冷却装置，用于降低再生后的除湿液体的温度。
优选的，所述装置还包括一除湿液罐，其包括除湿液出口和除湿液入口，所述除湿液入口和除湿塔再生塔的液体出口连接。
优选的，按除湿液回流方向，所述除湿液再生塔的液体出口分为两个支路，其中一个支路和除湿吸收塔的回液口连接，另一个支路和除湿液罐的除湿液入口连接。优选的，所述除湿液罐的出口和除湿塔的回液口通过旁路连接。该旁路的起端和终端分别连接在除湿液再生塔的液体出口和除湿塔的回液口之间的管路以及除湿液恒温换热器和除湿液排出口之间的管路上，旁路管路上设置旁路阀。
除湿液罐的除湿液出口和除湿塔间管路上设置阀门。
优选的，除湿塔的气体出口和除沫器连接，除沫器的液体出口和除湿塔连接。
该装置工作方法包括：
1）除湿过程：低浓瓦斯从进入气液分离器后将凝结水脱出，然后进入除湿塔与除湿液进行逆流传质，得到除湿后的瓦斯气体；
2）再生过程：除湿器内除湿液流出后通过除湿液恒温换热器升温后，进入除湿液回收塔，并启动风机对除湿液进行再生。
优选的，该装置的工作方法还包括：
当除湿器内的除湿液除湿能力下降时，通过除湿液罐向除湿塔内加入浓的除湿液。当系统刚刚启动还没有发电废热源的时候也可以通过系统自身的吸湿能力确保处理足够多的气量以至于后续发动机正常运行产出可再生用废热。
本系统为低浓瓦斯利用工程配套工程，本系统的具有如下特点：
1、除湿彻底：通过调整吸收剂的浓度可有效控制瓦斯湿度，使其露点温度降低，最低可到零下10℃，远远超过普通低温制冷除湿的效果；
2、能耗低：系统利用了燃机排烟废热作为主要能源，辅助以电能，极大降低了系统能耗；采用吸收的方式后，主要的电耗是液体输送泵，相对于上述同样的处理量，电耗约6kw，其再生热能利用的是发动机的排烟能量，这样既降低了发动机排气温度，余热得到了利用，又可以方便降低瓦斯的湿度；
3、流动阻力小：瓦斯只需经过除湿塔即可，不再需要流经压损较大的换热器，给低浓瓦斯运行安全带来了保证。
4、发动机效率高：由于低浓瓦斯不能升压（国家规范要求AQ1076），吸收工艺压损是原有系统一半，提高了发动机的效率。
附图说明
图1、低浓瓦斯除湿装置的示意图。
附图标注：
1、余热锅炉；2、余热水循环泵；3、除湿液恒温换热器；4、再生空气风机；5、除湿液再生塔；6、除湿液输送泵；7、除湿液回热换热器；8、第一切换阀；9、旁路阀；10、第二切换阀；11、气液分离器；12、除湿液冷却换热器；13、冷却水塔；14、冷却水循环泵；15、回液阀；16、除沫器；17、产品气湿度传感器；18、除湿除湿液流量调节阀；19、原料气湿度传感器；20、除湿塔；21、除湿液灌；22、补液阀；23、原料气进口；24、除湿液再生泵；25、取样阀。
具体实施方式
下面将结合实施例和附图对本发明作出解释，其仅用作对本申请的解释而不是限制。
该装置包括除湿塔、气液分离器、除湿液恒温换热器和除湿液再生塔；低浓瓦斯经气液分离器进入除湿塔；除湿塔设置有除湿液排出口和回液口，除湿液由除湿液排出口经过除湿液恒温换热器换热后进入除湿液再生塔再生，最后经除湿塔的回液口返回到除湿塔继续进行除湿，除湿液再生塔还包括一再生空气风机。具体的，该装置包括：
除湿塔20、气液分离器11、除湿液恒温换热器3、除湿液再生塔5、热源（此处为余热锅炉1）；所述气液分离器11的入口和瓦斯源连接，气液分离器11的汽体出口和除湿塔20的入口连接；除湿塔20还设置有除湿液排出口和回液口；除湿液排出口和除湿液再生塔5的液体入口连接，除湿液排出口和除湿液再生塔5之间管道上设置除湿液恒温换热器3，排出的除湿液经除湿液恒温换热器3和热源换热，热源通过余热循环水以及余热循环水泵和除湿液恒温换热器3连接；除湿液再生塔5的液体出口和除湿塔20的回液口连接；除湿液再生塔20还包括一再生空气风机4；该装置还包括一旁路，该旁路的起端和终端分别连接在除湿液再生塔5的液体出口和除湿塔20的回液口之间的管路以及除湿液恒温换热器3和除湿液排出口之间的管路上，除湿液恒温换热器和旁路终端之间管路设置第一切换阀8，除湿液再生塔和旁路的始端间管路设置第二切换阀10，旁路管路上设置旁路阀9。
该装置还包括一除湿液回热换热器7，用于除湿塔20的排出液和除湿液再生塔11的排出液的换热。
旁路起端和除湿塔的回液口间管路上即回液口前管路设置冷却装置（包含冷却水塔和循环泵），用于降低再生后的除湿液体的温度。
该装置还包括一除湿液罐，其包括除湿液出口和除湿液入口，其中除湿液出口和除湿塔的液体出口连接。按除湿液回流方向，除湿液再生塔和除湿塔间管路在旁路的始端后分为两个支路，其中一个支路和除湿吸收塔的回液口连接，另一个支路和除湿液罐的除湿液如入口连接。
除湿液罐的除湿液出口和除湿塔间管路上设置阀门，另外根据实际需要以及安全生产的需求分别在相应的管路设置相应的仪表或者传感器、阀门，比如在除湿塔的气体入口处设置原料气湿度传感器19。
该装置工作方法包括：
1）除湿过程：低浓瓦斯从进入气液分离器后将凝结水脱出，然后进入除湿塔，与除湿液逆流进行传质过程，得到除湿后的瓦斯气体。具体的，低浓瓦斯从进入气液分离器11后将凝结水脱出，原料气湿度传感器19测量此时的瓦斯相对湿度，然后瓦斯进入除湿塔20，与除湿液逆流进行传质过程，由于溶液的水蒸气分压较低，瓦斯中的水分迁移至溶液中，从而确保瓦斯相对湿度下降至少到60%，由于吸收发热，气体温度会上升约5摄氏度，相应瓦斯的相对湿度会降至约50%，离开除湿塔后的干瓦斯在除沫器16中回收所有携带液滴后成为产品气供给发动机。
2）再生过程：除湿器20内除湿液流出通过除湿液恒温换热器3升温，后进入除湿液再生塔5，启动风机对除湿液进行再生，再生后的除湿液返回除湿塔内。具体的，当湿度仪17检测到瓦斯的相对湿度超过75%以后，将阀第一切换阀8、第二切换阀10打开，关闭旁路阀9，同时将发动机余热锅炉1启动，启动泵2通过换热器3将除湿液加热至75摄氏度，启动再生空气风机4，对除湿液再生，再生后的除湿液经除湿液输送泵6输送至吸收塔重新利用。
3）当除湿器内的除湿液除湿能力下降时，通过除湿液罐向除湿塔内加入浓的除湿液。具体的，除湿塔20内除湿液由于吸收了瓦斯中的水分，溶液的浓度逐渐下降，当湿度仪检测到瓦斯的相对湿度超过70%以后，打开补液阀22，将溶液罐中的浓溶液注入系统，当系统为初始运行而不足以通过热源进行除湿液再生时，除湿液通过旁路进入除湿塔。
Claims (5)
1.一种降低低浓瓦斯湿度的装置，其特征在于，该装置包括除湿塔、气液分离器、除湿液恒温换热器和除湿液再生塔；所述的低浓瓦斯经气液分离器进入除湿塔；所述的除湿塔设置有除湿液排出口和回液口，除湿液由除湿液排出口经过除湿液恒温换热器换热后进入除湿液再生塔再生，最后经除湿塔的回液口返回到除湿塔继续进行除湿；
所述的除湿液再生塔还包括一再生空气风机；
所述装置还包括一除湿液回热换热器，用于除湿塔的排出液和除湿液再生塔的排出液的换热；
所述装置还包括一除湿液罐，其包括除湿液出口和除湿液入口，所述除湿液入口和除湿塔再生塔的液体出口连接；
按除湿液回流方向，所述除湿液再生塔的液体出口分为两个支路，其中一个支路和除湿吸收塔的回液口连接，另一个支路和除湿液罐的除湿液入口连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，除湿塔的回液口前管路上设置冷却装置，用于降低再生后的除湿液体的温度。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述除湿液罐的出口和除湿塔的回液口通过旁路连接。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，除湿塔的气体出口和除沫器连接，除沫器的液体出口和除湿塔连接。
5.基于权利要求1～4所述装置的降低低浓瓦斯湿度的除湿方法，该方法包括：
1)除湿过程：低浓瓦斯从进入气液分离器后将凝结水脱出，然后进入除湿塔与除湿液进行逆流传质，得到除湿后的瓦斯气体；
2)再生过程：除湿器内除湿液流出后通过除湿液恒温换热器升温后，进入除湿液回收塔，并启动风机对除湿液进行再生。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 100085 East Road, Beijing, Haidian District, No. 9, real estate, building on the eastern side of the south side of the 3 Patentee after: BEIJING FAIRYLAND ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 100085 East Road, Beijing, Haidian District, No. 9, real estate, building on the eastern side of the south side of the 3 Patentee before: BEIJING FAIRYLAND ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Device for reducing humidity of low-concentration gas and dehumidification method Effective date of registration: 20191114 Granted publication date: 20141112 Pledgee: Huaxia Bank Limited by Share Ltd. Zhongguancun Beijing branch Pledgor: BEIJING FAIRYLAND ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2019110000006 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Date of cancellation: 20210302 Granted publication date: 20141112 Pledgee: Huaxia Bank Limited by Share Ltd. Zhongguancun Beijing branch Pledgor: BEIJING FAIRYLAND ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2019110000006 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A device and dehumidification method for reducing the humidity of low concentration gas Granted publication date: 20141112 Pledgee: Zhongguancun Beijing technology financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING FAIRYLAND ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2024990000043 |
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