CN102580477A - 一种烟气中水分子捕集装置及捕集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气中水分子捕集装置及捕集方法，包括锅炉(1)、除尘器(2)、吸收塔(3)和烟筒(5)，锅炉(1)的烟气输出口与除尘器(2)相连，除尘器(2)的烟气输出口与吸收塔(3)相连，吸收塔(3)的烟气输出端连接烟筒(5)；吸收塔(3)和烟筒(5)之间设有膜法水捕集装置(4)。本发明它能够从除尘、脱硫后的烟气中捕集水分子，并将其冷凝、回收再次利用，减少每次循环后的补水量，节约水资源，对我国国民经济的发展将产生重大影响。

Description

一种烟气中水分子捕集装置及捕集方法

技术领域

本发明涉及一种烟气中水分子捕集装置及捕集方法，属于火力发电辅助系统。

背景技术

我国是一个水资源极为匮乏的国家，淡水资源总量为28000亿立方米，人均只有2300立方米，若扣除难以利用的洪水径流和散布在偏远地区的地下水资源后，现实可利用的淡水资源量更少，仅为11000亿立方米左右，人均可利用水资源量约为900立方米，我国人均水资源占有量仅相当于世界人均水资源占有量的1/4。在全国600多个城市中有400多个存在供水不足问题，2003年缺水比较严重的城市达到157个，全国城市缺水年总量达60亿立方米。专家预测，中国人口在2030年将达到16亿的高峰，届时人均水资源量仅有1750立方米，可利用资源量不足700立方米，中国将成为严重缺水的国家。而且我国水资源地域分布极不均衡，南北差异很大。以昆仑山-秦岭-大别山一线为界，以南水资源较丰富，以北水资源短缺。

据初步统计，晋、陕、内蒙古、宁、甘、新6省(自治区)共有煤炭资源量4.19万亿吨，占全国煤炭资源总量的82.8％；埋藏深度浅于1000m的资源量为2.24万亿吨，占全国同样深度煤炭资源总量的83.8％；有关预测到“十二五”末我国煤炭需求可能突破40亿吨/年，晋、蒙、新、宁、陕、甘六省，年产能可能达到30亿吨(占全国总量的75％)，煤炭储量占全国的65％，其中：山西为10亿吨；陕西5亿吨(主要在榆林地区)；内蒙古10亿吨(鄂尔多斯地区5亿～6亿吨)；宁甘青地区2亿吨；新疆2.5亿吨，这些北方地区是我国重要的能源基地和我国能源战略的支撑点。这些地区煤炭资不仅数量多，而且埋藏相对较浅，煤质好，品种齐全，可为大型火力发电厂提供充足的燃料，具备发展大型煤电基地和坑口电站群的基础条件，是我国现今和今后煤炭生产建设的重点地区，也是我国现今与未来煤炭供应的主要基地。但是这些地区全部处于缺水地区，其水资源总量仅占全国的8.3％，生态十分脆弱。我国水资源与煤炭资源分布呈典型的逆向分布特征，给我国煤炭及电力供应带来巨大挑战。水资源是国民经济的命脉，特别在北方缺水地区，水已经成为制约我国电力工业发展的主要因素，要维持一个120万千瓦的现代化火电厂运行，至少需要1立方米/秒的持续水资源量，每千瓦装机需要26.3立方米/年的水资源量，火电厂是耗水大户用水量占整个工业用水量的45％，工业节水潜力巨大火电厂烟气中蕴含大量水分，这些水分随烟气排出，造成大量水资源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种烟气中水分子捕集装置及捕集方法，它能够从除尘、脱硫后的烟气中捕集水分子，并将其冷凝、回收再次利用，减少每次循环后的补水量，节约水资源。

本发明的技术方案：一种烟气中水分子捕集装置，包括锅炉、除尘器、吸收塔和烟筒，锅炉的烟气输出口与除尘器相连，除尘器的烟气输出口与吸收塔相连，吸收塔的烟气输出端连接烟筒；吸收塔和烟筒之间设有膜法水捕集装置。由于设置了魔法水捕集装置能够从除尘、脱硫后的烟气中捕集水分子，并将其冷凝、回收再次利用，减少每次循环后的补水量，节约水资源。

前述的这种烟气中水分子捕集装置中，膜法水捕集装置采用多孔膜。由于采用多孔膜，多孔介质孔径及内孔表面性质的差异使得气体分子与多孔介质之间的相互作用程度有所不同，更容易将水分子从烟气中分离。

前述的这种烟气中水分子捕集装置中，膜法水捕集装置采用的多孔膜的孔径为50X10-10m～300X10-10m。由于多孔膜的微孔孔径必须小于混合气体中各组分的平均自由程，所以所采用孔径应在50X10-10m～300X10-10m。

前述的这种烟气中水分子捕集装置中，膜法水捕集装置采用的多孔膜的孔径为150X10-10m。

前述的这种烟气中水分子捕集装置中，该系统中还包含空冷凝汽器，膜法水捕集装置与空冷凝汽器连接。由于使用冷空气凝结器抽真空制造低压，提高了气体分子的平均自由程，避免表面流动和吸附现象发生。

一种使用前述装置对烟气中水分子的捕集方法，在吸收塔和烟筒之间增设膜法水捕集装置，通过膜法水捕集装置将烟气中的水分子分离出来，具体包括以下步骤：

步骤a，锅炉排出的高温烟气首先进入除尘器，在除尘器中分离烟气中的煤灰，分离煤灰后的烟气进入吸收塔；

步骤b，烟气在吸收塔内进行脱硫处理，将脱硫后的烟气温度控制在40℃～130℃，然后送入膜法水捕集装置；

步骤c，烟气中的水分子在膜法水捕集装置中分离出来，所述膜法水捕集装置内的压力为负2000Pa～负6000Pa，膜法水捕集装置内的多孔膜的孔径为50X10-10m～300X10-10m。

前述的这种烟气中水分子的捕集方法中，脱硫后烟气的温度为60℃。

前述的这种烟气中水分子的捕集方法中，膜法水捕集装置内的压力为负4000Pa。

前述的这种烟气中水分子的捕集方法中，膜法水捕集装置内多孔膜的孔径为150X10-10m。

前述的这种烟气中水分子的捕集方法中，膜法水捕集装置与空冷凝汽器连接，膜法水捕集装置内的渗透压来自于空冷凝汽器所造成的真空。

与现有技术相比，本发明由于设置有膜法水捕集装置，可以将除尘、脱硫后的烟气中进行低压冷凝，将冷凝水回收再次利用，减少每次循环后的补水量，节约了水资源，对我国国民经济的发展将产生重大影响；由于采用多孔膜，多孔介质孔径及内孔表面性质的差异使得气体分子与多孔介质之间的相互作用程度有所不同，更容易将水分子从烟气中分离；由于使用冷空气凝结器抽针孔制造低压，提高了气体分子的平均自由程，避免表面流动和吸附现象发生。

本发明目前已经在多种规格机组上进行了实验，下表为在600MW和1000MW机组的实验结果：

由上表可以分析得出，采用本发明可以从烟气中捕集50％左右的水分子，并将其回收再利用，有效节省了每次循环后的补水量，尤其对一些缺水的地区具有重大意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作流程示意图。

附图中的标记为：1-锅炉，2-除尘器，3-吸收塔，4-膜法水捕集装置，5-烟筒，6-冷空气凝结器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对本发明做任何限制的依据。

本发明的实施例1：如图1所示，一种烟气中水分子捕集装置，包括锅炉1、除尘器2、吸收塔3和烟筒5，锅炉1的烟气输出口与除尘器2相连，除尘器2的烟气输出口与吸收塔3相连，吸收塔3的烟气输出端连接烟筒5；吸收塔3和烟筒5之间设有膜法水捕集装置4；膜法水捕集装置4采用多孔膜；膜法水捕集装置4采用的多孔膜的孔径为50X10-10m；该系统中还包含空冷凝汽器6，膜法水捕集装置4与空冷凝汽器6连接。

如图2所示，前述装置对烟气中水分子的捕集方法，在吸收塔3和烟筒5之间增设膜法水捕集装置4，通过膜法水捕集装置4将烟气中的水分子分离出来，具体包括以下步骤：

步骤a，锅炉1排出的高温烟气首先进入除尘器2，在除尘器2中分离烟气中的煤灰，分离煤灰后的烟气进入吸收塔3；

步骤b，烟气在吸收塔3内进行脱硫处理，将脱硫后的烟气温度控制在40℃，然后送入膜法水捕集装置4；

步骤c，烟气中的水分子在膜法水捕集装置4中分离出来，所述膜法水捕集装置4内的压力为负2000Pa，膜法水捕集装置4内的多孔膜的孔径为50X10-10m。

膜法水捕集装置4与空冷凝汽器6连接，膜法水捕集装置4内的渗透压来自于空冷凝汽器6所造成的真空。

本发明的实施例2：如图1所示，一种烟气中水分子捕集装置，包括锅炉1、除尘器2、吸收塔3和烟筒5，锅炉1的烟气输出口与除尘器2相连，除尘器2的烟气输出口与吸收塔3相连，吸收塔3的烟气输出端连接烟筒5；吸收塔3和烟筒5之间设有膜法水捕集装置4；膜法水捕集装置4采用多孔膜；膜法水捕集装置4采用的多孔膜的孔径为150X10-10m；该系统中还包含空冷凝汽器6，膜法水捕集装置4与空冷凝汽器6连接。

如图2所示，前述装置对烟气中水分子的捕集方法，在吸收塔3和烟筒5之间增设膜法水捕集装置4，通过膜法水捕集装置4将烟气中的水分子分离出来，具体包括以下步骤：

步骤a，锅炉1排出的高温烟气首先进入除尘器2，在除尘器2中分离烟气中的煤灰，分离煤灰后的烟气进入吸收塔3；

步骤b，烟气在吸收塔3内进行脱硫处理，将脱硫后的烟气温度控制在60℃，然后送入膜法水捕集装置4；

步骤c，烟气中的水分子在膜法水捕集装置4中分离出来，所述膜法水捕集装置4内的压力为负4000Pa，膜法水捕集装置4内的多孔膜的孔径为150X10-10m。

膜法水捕集装置4与空冷凝汽器6连接，膜法水捕集装置4内的渗透压来自于空冷凝汽器6所造成的真空。

本发明的实施例3：如图1所示，一种烟气中水分子捕集装置，包括锅炉1、除尘器2、吸收塔3和烟筒5，锅炉1的烟气输出口与除尘器2相连，除尘器2的烟气输出口与吸收塔3相连，吸收塔3的烟气输出端连接烟筒5；吸收塔3和烟筒5之间设有膜法水捕集装置4；膜法水捕集装置4采用多孔膜；膜法水捕集装置4采用的多孔膜的孔径为300X10-10m；该系统中还包含空冷凝汽器6，膜法水捕集装置4与空冷凝汽器6连接。

如图2所示，前述装置对烟气中水分子的捕集方法，在吸收塔3和烟筒5之间增设膜法水捕集装置4，通过膜法水捕集装置4将烟气中的水分子分离出来，具体包括以下步骤：

步骤a，锅炉1排出的高温烟气首先进入除尘器2，在除尘器2中分离烟气中的煤灰，分离煤灰后的烟气进入吸收塔3；

步骤b，烟气在吸收塔3内进行脱硫处理，将脱硫后的烟气温度控制在130℃，然后送入膜法水捕集装置4；

步骤c，烟气中的水分子在膜法水捕集装置4中分离出来，所述膜法水捕集装置4内的压力为负6000Pa，膜法水捕集装置4内的多孔膜的孔径为300X10-10m。

膜法水捕集装置4与空冷凝汽器6连接，膜法水捕集装置4内的渗透压来自于空冷凝汽器6所造成的真空。

本发明的工作原理：在经过锅炉1燃烧后的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，然后进入除尘器2分离烟气中燃烧后的煤灰，分离煤灰后的烟气进入吸收塔3，吸尘塔3内混合脱硫，脱硫后的烟气进入膜法水捕集装置4，膜法水捕集装置4上通过冷空气凝结器6对膜法水捕集装置4内部抽真空降低压力，通过低压提高气体分子的平均自由程，根据混合气体中各组分在压力的推动下透过膜的传递速率不同，采用孔径在50X10-10m～300X10-10m多孔膜分离水分子，将水凝结后回收利用，其它烟气通过烟筒排出。

Claims (10)

1.一种烟气中水分子捕集装置，包括锅炉(1)、除尘器(2)、吸收塔(3)和烟筒(5)，其特征在于：锅炉(1)的烟气输出口与除尘器(2)相连，除尘器(2)的烟气输出口与吸收塔(3)相连，吸收塔(3)的烟气输出端连接烟筒(5)；吸收塔(3)和烟筒(5)之间设有膜法水捕集装置(4)。

2.根据权利要求1所述的一种烟气中水分子捕集装置，其特征在于：膜法水捕集装置(4)采用多孔膜。

3.根据权利要求2所述的一种烟气中水分子捕集装置，其特征在于：膜法水捕集装置(4)采用的多孔膜的孔径为50X10-10m～300X10-10m。

4.根据权利要求3所述的一种烟气中水分子捕集装置，其特征在于：膜法水捕集装置(4)采用的多孔膜的孔径为150X10-10m。

5.根据权利要求1或3所述的一种烟气中水分子捕集装置，其特征在于：该系统中还包含空冷凝汽器(6)，膜法水捕集装置(4)与空冷凝汽器(6)连接。

6.一种采用权利要求1～5中任意一项所述装置对烟气中水分子的捕集方法，其特征在于：在吸收塔(3)和烟筒(5)之间增设膜法水捕集装置(4)，通过膜法水捕集装置(4)将烟气中的水分子分离出来，具体包括以下步骤：

步骤a，锅炉(1)排出的高温烟气首先进入除尘器(2)，在除尘器(2)中分离烟气中的煤灰，分离煤灰后的烟气进入吸收塔(3)；

步骤b，烟气在吸收塔(3)内进行脱硫处理，将脱硫后的烟气温度控制在40℃～130℃，然后送入膜法水捕集装置(4)；

步骤c，烟气中的水分子在膜法水捕集装置(4)中分离出来，所述膜法水捕集装置(4)内的压力为负2000Pa～负6000Pa，膜法水捕集装置(4)内的多孔膜的孔径为50X10-10m～300X10-10m。

7.根据权利要求6所述的一种烟气中水分子的捕集方法，其特征在于：脱硫后烟气的温度为60℃。

8.根据权利要求6所述的一种烟气中水分子的捕集方法，其特征在于：膜法水捕集装置(4)内的压力为负4000Pa。

9.根据权利要求6所述的一种烟气中水分子的捕集方法，其特征在于：膜法水捕集装置(4)内多孔膜的孔径为150X10-10m。

10.根据权利要求6所述的一种烟气中水分子的捕集方法，其特征在于：膜法水捕集装置(4)与空冷凝汽器(6)连接，膜法水捕集装置(4)内的渗透压来自于空冷凝汽器(6)所造成的真空。

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