專利名稱：一種穩(wěn)定連續(xù)脫除可燃?xì)怏w中硅氧烷的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對(duì)可燃?xì)怏w中雜質(zhì)的去除裝置，其主要是用于去除可燃?xì)庵械墓柩跬殡s質(zhì)，屬于可再生能源利用凈化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
垃圾填埋氣、沼氣、石油伴生氣等生物質(zhì)氣體中含有大量的甲烷，相比讓其排放到大氣中致使溫室效應(yīng)惡化，用其作為原料來(lái)燃燒發(fā)電則更加節(jié)能環(huán)保。然而在垃圾填埋氣、 沼氣、石油伴生氣體中含有一定量的硅氧烷等雜質(zhì)和水分，在燃燒過(guò)程中會(huì)對(duì)設(shè)備造成危害。若燃燒含揮發(fā)性硅氧烷的垃圾填埋氣，在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)表面產(chǎn)生二氧化硅層，二氧化硅覆蓋層將會(huì)磨損發(fā)動(dòng)機(jī)部件，并阻礙燃燒換熱和潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑作用；對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)則會(huì)影響其動(dòng)平衡；粘稠的硅氧烷會(huì)堵塞過(guò)濾器和排污管道，阻礙氣體流動(dòng)和液態(tài)雜質(zhì)排放。此外，若燃料氣體中含有大量水分也會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕，降低燃燒換熱效率和發(fā)電效率，嚴(yán)重時(shí)甚至使發(fā)電機(jī)熄火，或無(wú)法點(diǎn)火，因此脫除可燃?xì)怏w中的水分及硅氧烷等雜質(zhì)是十分必要的。目前，生物質(zhì)氣體脫除硅氧烷的方法較多，投入市場(chǎng)可行的有吸附技術(shù)、吸收技術(shù)及深冷技術(shù)。吸附及吸收技術(shù)均須對(duì)吸附劑、吸收劑進(jìn)行再生，且吸附劑隨濕度的增加對(duì)硅氧烷的吸附率降低，不僅處理效果不好而且成本增加?，F(xiàn)已證明當(dāng)壓力為2^ar，溫度降低到-^rc時(shí)，垃圾填埋氣中的硅氧烷脫除率能達(dá)到95% ；而且在該溫度下，填埋氣中的水分以及部分重碳烴雜質(zhì)也可脫除；所以采用深冷法脫除生物質(zhì)氣體中的硅氧烷是可行的。 目前，在國(guó)內(nèi)外對(duì)深冷法脫硅氧烷的研究也有不少，但存在除霜效果不佳，影響系統(tǒng)穩(wěn)定及不能連續(xù)處理的問(wèn)題。美國(guó)一項(xiàng)發(fā)明專利硅氧烷去除系統(tǒng)(公開(kāi)號(hào)US 2004/0045440 Al)采用一套配有兩個(gè)蒸發(fā)器的制冷系統(tǒng)，使來(lái)流的垃圾填埋氣通過(guò)預(yù)冷器后交替地通過(guò)兩個(gè)蒸發(fā)器，被冷卻處理后的氣體再回到預(yù)冷器用來(lái)冷卻來(lái)流的垃圾填埋氣。在制冷劑循環(huán)系統(tǒng)中，使節(jié)流后的制冷劑通入相對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)器來(lái)冷卻來(lái)流的垃圾填埋氣，同時(shí)利用制冷劑從冷凝器出來(lái)流經(jīng)另一個(gè)蒸發(fā)器來(lái)過(guò)冷并對(duì)其除霜；兩個(gè)蒸發(fā)器如此交替循環(huán)，試圖達(dá)到連續(xù)對(duì)垃圾填埋氣進(jìn)行冷卻脫除硅氧烷的效果，附圖1是該發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)存在以下問(wèn)題1、該系統(tǒng)閥門(mén)切換過(guò)程中，來(lái)流的垃圾填埋氣在兩蒸發(fā)器轉(zhuǎn)換時(shí)溫度回升很高，在切換后，系統(tǒng)將來(lái)流氣體處理到設(shè)定溫度需要一個(gè)穩(wěn)定過(guò)程，該階段對(duì)氣體的處理達(dá)不到要求，不能實(shí)現(xiàn)真正連續(xù)脫除硅氧烷；2、該系統(tǒng)的除霜方式為過(guò)冷除霜，在制冷劑循環(huán)系統(tǒng)中，易造成造成吸氣帶液，且制冷劑循環(huán)系統(tǒng)在兩蒸發(fā)器中的溫度、壓力等參數(shù)變化很大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；3、該系統(tǒng)管道系統(tǒng)和控制系統(tǒng)復(fù)雜，且當(dāng)處理氣體達(dá)不到預(yù)設(shè)溫度時(shí)，對(duì)來(lái)流氣體的預(yù)冷效果也下降，進(jìn)而加大制冷系統(tǒng)的負(fù)荷，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行處理造成惡性循環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述硅氧烷去除系統(tǒng)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種可實(shí)現(xiàn)真正連續(xù)脫除垃圾填埋氣中的硅氧烷及水分等雜質(zhì)的裝置，能在保證制冷系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行有效的除霜。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種穩(wěn)定連續(xù)脫除可燃?xì)怏w中硅氧烷的裝置，包括制冷循環(huán)系統(tǒng)、垃圾填埋氣循環(huán)系統(tǒng)以及監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)
制冷循環(huán)系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、氣液分離器、冷凝器、兩個(gè)蒸發(fā)器以及膨脹閥、干燥過(guò)濾器、 視液鏡、多個(gè)閥門(mén)和管道；所述兩個(gè)蒸發(fā)器并聯(lián)，其并聯(lián)管路的進(jìn)口通過(guò)三通閥依次連接視液鏡、干燥過(guò)濾器和冷凝器，并聯(lián)管路的出口通過(guò)三通閥依次連接氣液分離器和壓縮機(jī)；
垃圾填埋氣循環(huán)系統(tǒng)包括預(yù)冷換熱器、所述制冷循環(huán)系統(tǒng)的兩個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器、管道、三個(gè)排污裝置和多個(gè)閥門(mén)；所述兩個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器的并聯(lián)管路進(jìn)口和出口分別通過(guò)三通閥與預(yù)冷換熱器連接；所述三個(gè)排污裝置分別與所述預(yù)冷換熱器和兩個(gè)并聯(lián)的蒸發(fā)器連接；所述兩個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器之間還通過(guò)閥門(mén)互連；
監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)包括多個(gè)溫感裝置、壓力表和閥門(mén)；溫感裝置分別設(shè)在所述預(yù)冷換熱器和兩個(gè)并聯(lián)的蒸發(fā)器上，還設(shè)在所述兩個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器的并聯(lián)管路的出口處；所述控制系統(tǒng)根據(jù)溫度的反饋值來(lái)控制閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。本發(fā)明的裝置采用兩個(gè)蒸發(fā)器并聯(lián)使用，具有如下有益效果
(1)首次創(chuàng)新性地提出了來(lái)流氣體自除霜的方式。相比以往的熱氣旁通、過(guò)冷等除霜方式，本發(fā)明利用來(lái)流高溫氣體自身熱量來(lái)融化換熱器中的霜凍；除霜負(fù)荷由來(lái)流氣體承擔(dān)，直接進(jìn)行熱質(zhì)交換，除霜效果更好，并且可有效利用融霜冷量，使得來(lái)流氣體預(yù)冷效果更佳；
(2)提出了一種精確的控制方式，可實(shí)現(xiàn)真正連續(xù)穩(wěn)定地脫除硅氧烷、水分等雜質(zhì)。本系統(tǒng)中制冷過(guò)程和除霜過(guò)程可分開(kāi)控制，在切換過(guò)程前，換熱器中制冷劑已達(dá)到設(shè)定溫度的蒸發(fā)壓力，無(wú)需穩(wěn)定過(guò)程，確保了系統(tǒng)處理的垃圾填埋氣一直穩(wěn)定在一個(gè)較低溫度范圍內(nèi)；
(3)本發(fā)明裝置簡(jiǎn)單可靠，處理效率高。本裝置的制冷循環(huán)系統(tǒng)無(wú)需承擔(dān)除霜負(fù)荷，避免了過(guò)冷度大而造成吸氣帶液等問(wèn)題；且閥門(mén)切換過(guò)程，制冷劑溫度壓力也穩(wěn)定在工作范圍內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行更加安全、可靠。


圖1是本發(fā)明背景技術(shù)中美國(guó)專利“硅氧烷去除系統(tǒng)”的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明脫除可燃?xì)怏w中硅氧烷的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖2所示，本發(fā)明裝置由制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、垃圾填埋氣循環(huán)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)組成。制冷劑循環(huán)系統(tǒng)由實(shí)線所示，垃圾填埋氣循環(huán)系統(tǒng)由虛線所示。制冷循環(huán)系統(tǒng)由壓縮機(jī)1、冷凝器2、蒸發(fā)器3和4、膨脹閥8和9、干燥過(guò)濾器6、視液鏡7以及一些閥門(mén)和管道組成，兩個(gè)蒸發(fā)器并聯(lián)。從壓縮機(jī)1出來(lái)的高溫高壓制冷劑經(jīng)冷凝器2冷凝后流經(jīng)干燥過(guò)濾器6，由閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉來(lái)控制制冷劑節(jié)流后交替流經(jīng)兩個(gè)蒸發(fā)換熱器，從蒸發(fā)器換熱出來(lái)的制冷劑再經(jīng)過(guò)氣液分離器5回到壓縮機(jī)1，完成一個(gè)循環(huán)。垃圾填埋氣循環(huán)系統(tǒng)由預(yù)冷換熱器21、兩個(gè)三通閥M和36、管道、排污裝置34、 35和38以及一些控制閥門(mén)組成。來(lái)流垃圾填埋氣經(jīng)預(yù)冷換熱器21預(yù)冷后，流經(jīng)三通閥由閥門(mén)控制先流過(guò)用于除霜的蒸發(fā)器，利用高溫的來(lái)流垃圾填埋氣對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行除霜并得到進(jìn)一步預(yù)冷，液體雜質(zhì)由排污裝置排出；除霜后的垃圾填埋氣再被送入制冷用蒸發(fā)器進(jìn)行冷卻，處理好的填埋氣又送回預(yù)冷換熱器21用來(lái)預(yù)冷初始來(lái)流的垃圾填埋氣，溫度升高， 最后送入儲(chǔ)氣罐中。監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)由若干溫感裝置22、40、41和42、壓力表、控制閥門(mén)組成。在控制系統(tǒng)中，由溫度反饋值來(lái)控制閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉，尤其在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，通過(guò)精確控制閥門(mén)使得在切換前蒸發(fā)器中制冷劑已經(jīng)達(dá)到設(shè)定溫度的蒸發(fā)壓力，確保連續(xù)有效地處理。采用溫控方式對(duì)除霜啟停進(jìn)行判別，在蒸發(fā)器上設(shè)有溫感裝置，當(dāng)溫度回升至(5—10°C)時(shí)，除霜停止；使系統(tǒng)工作運(yùn)行更加高效穩(wěn)定。下文將對(duì)系統(tǒng)處理過(guò)程進(jìn)行具體描述
首先，蒸發(fā)器3用來(lái)冷卻垃圾填埋氣，蒸發(fā)器4用來(lái)除霜并過(guò)冷垃圾填埋氣。制冷劑系統(tǒng)閥門(mén)13、17打開(kāi)，閥門(mén)14、19關(guān)閉。從壓縮機(jī)1出來(lái)的高溫高壓制冷劑經(jīng)冷凝器2冷卻后，再流過(guò)干燥過(guò)濾器6視液鏡7，流經(jīng)管道10到三通閥12，此時(shí)閥門(mén)13 打開(kāi)，14關(guān)閉；制冷劑經(jīng)過(guò)閥門(mén)13到膨脹閥8，節(jié)流后的低溫低壓制冷劑液體與垃圾填埋氣進(jìn)行換熱，變成低壓氣體再?gòu)墓艿?5流出，經(jīng)閥門(mén)17到三通閥18，再?gòu)娜ㄩy18出來(lái)由管道11送至氣液分離器5最后回到壓縮機(jī)1，完成一個(gè)制冷循環(huán)。垃圾填埋氣系統(tǒng)閥門(mén)25、30打開(kāi)，閥門(mén)沈、四關(guān)閉。來(lái)流的垃圾填埋氣由管道20 送入預(yù)冷換熱器21被初步預(yù)冷，其中的少量雜質(zhì)和水分從排污裝置38排出。預(yù)冷后的填埋氣從管道23流出進(jìn)入三通閥M，此時(shí)閥門(mén)25打開(kāi)，沈關(guān)閉；填埋氣經(jīng)過(guò)閥門(mén)25和管道 27送入蒸發(fā)器4中與其中的冷凝雜質(zhì)和冰霜進(jìn)行熱質(zhì)交換，高溫的垃圾填埋氣將蒸發(fā)器4 中的霜凍融化并被進(jìn)一步預(yù)冷，而液態(tài)水和部分溶于水中的硅氧烷和重碳烴等雜質(zhì)由排污裝置35排出。此時(shí)閥門(mén)四關(guān)閉，閥門(mén)33開(kāi)啟，垃圾填埋氣從管道流出并進(jìn)入蒸發(fā)器3被制冷劑冷卻到，大部分的雜質(zhì)，水分及硅氧烷被冷凝并通過(guò)排污裝置34排出。處理好的垃圾填埋氣經(jīng)閥門(mén)30和管道32送入三通閥36，并從三通的出口流出由管道37送回預(yù)冷換熱器21，將來(lái)流的垃圾填埋氣初步冷卻，最后經(jīng)由管道39送至儲(chǔ)氣罐或是燃燒設(shè)備。16、 28,31為管道。當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間后，此時(shí)當(dāng)溫感裝置42顯示而蒸發(fā)器4本身的溫度明顯上升(達(dá)到5 — 10°C)，說(shuō)明蒸發(fā)器4融霜已完全，由溫感裝置42將溫度值反饋至控制系統(tǒng)，此時(shí)將閥門(mén)25、33關(guān)閉，閥門(mén)沈打開(kāi)，來(lái)流垃圾填埋氣經(jīng)預(yù)冷換熱器21后直接進(jìn)入蒸發(fā)器3中冷進(jìn)行卻處理。再運(yùn)行一段時(shí)間后，當(dāng)溫感裝置40顯示蒸發(fā)器3中處理后的垃圾填埋氣溫度逐漸上升，說(shuō)明此時(shí)蒸發(fā)器3中已逐漸結(jié)霜，換熱效果下降；由溫感裝置40將溫度值反饋至控制系統(tǒng)。此時(shí)，將閥門(mén)14、19打開(kāi)，制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器4并將其冷卻2—5分鐘后，制冷劑已達(dá)
5到設(shè)定溫度的飽和蒸發(fā)壓力值；再將閥門(mén)29、33打開(kāi)，閥門(mén)13、17、25、30關(guān)閉；這時(shí)，蒸發(fā)器3用來(lái)除霜。來(lái)流氣體先進(jìn)入蒸發(fā)器3對(duì)其進(jìn)行除霜，再經(jīng)閥門(mén)33流入蒸發(fā)器4被冷卻處理，最后回到預(yù)冷換熱器21升溫后送至儲(chǔ)氣罐或燃燒設(shè)備。 在此切換過(guò)程中，通過(guò)控制系統(tǒng)的精確控制，保證了來(lái)流氣體在兩個(gè)換熱器中交換倒置的過(guò)程中也能處理到要求的溫度，真正實(shí)現(xiàn)了連續(xù)脫除硅氧烷和水分等雜質(zhì)的目的。
權(quán)利要求
1. 一種穩(wěn)定連續(xù)脫除可燃?xì)怏w中硅氧烷的裝置，包括制冷循環(huán)系統(tǒng)、垃圾填埋氣循環(huán)系統(tǒng)以及監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，其特征在于制冷循環(huán)系統(tǒng)包括壓縮機(jī)(1)、氣液分離器、冷凝器(2)、兩個(gè)蒸發(fā)器以及膨脹閥、干燥過(guò)濾器(6)、視液鏡(7)、多個(gè)閥門(mén)和管道；所述兩個(gè)蒸發(fā)器并聯(lián)，其并聯(lián)管路的進(jìn)口通過(guò)三通閥(12)依次連接視液鏡、干燥過(guò)濾器和冷凝器，并聯(lián)管路的出口通過(guò)三通閥(18)依次連接氣液分離器和壓縮機(jī)；垃圾填埋氣循環(huán)系統(tǒng)包括預(yù)冷換熱器(21)、所述制冷循環(huán)系統(tǒng)的兩個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器、管道、三個(gè)排污裝置和多個(gè)閥門(mén)；所述兩個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器的并聯(lián)管路進(jìn)口和出口分別通過(guò)三通閥與預(yù)冷換熱器連接；所述三個(gè)排污裝置分別與所述預(yù)冷換熱器和兩個(gè)并聯(lián)的蒸發(fā)器連接；所述兩個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器之間還通過(guò)閥門(mén)(33)互連；監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)包括多個(gè)溫感裝置、壓力表和閥門(mén)；溫感裝置分別設(shè)在所述預(yù)冷換熱器和兩個(gè)并聯(lián)的蒸發(fā)器上，還設(shè)在所述兩個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器的并聯(lián)管路的出口處；所述控制系統(tǒng)根據(jù)溫度的反饋值來(lái)控制閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于脫除可燃?xì)怏w中硅氧烷的裝置，屬于可再生能源利用凈化領(lǐng)域。該裝置包括制冷循環(huán)系統(tǒng)、垃圾填埋氣循環(huán)系統(tǒng)以及監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，具體包括壓縮機(jī)、氣液分離器、冷凝器、兩個(gè)并聯(lián)的蒸發(fā)器、膨脹閥、干燥過(guò)濾器、視液鏡、預(yù)冷換熱器、排污裝置、溫感裝置、壓力表、多個(gè)閥門(mén)和管道。本發(fā)明提出了一種來(lái)流氣體自除霜的新型除霜方式，可實(shí)現(xiàn)制冷過(guò)程與除霜過(guò)程獨(dú)立且同時(shí)進(jìn)行，既能有效除霜，又能保證制冷系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；同時(shí)提出了一套精密的控制系統(tǒng)，在全程處理過(guò)程中可使垃圾填埋氣溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、連續(xù)、有效地去除垃圾填埋氣中硅氧烷及水分等雜質(zhì)的效果。
文檔編號(hào)C10L3/10GK102382701SQ201110338779
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者吳未立, 張忠斌, 李雅清, 王慧, 黃虎 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué), 南京碳環(huán)生物質(zhì)科技有限公司