CN104014243B - 一种发电厂烟气余热及水的陶瓷膜冷凝处理回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种发电厂烟气余热及水的陶瓷膜冷凝处理回收方法，其具体步骤如下：将发电厂中带有大量水蒸气的烟气通过陶瓷膜分离装置处理，透过膜的水蒸气及其热量通过膜冷凝技术回收，其中回收的水则通过渗透侧循环水带出，回收的热量用于渗透侧循环水加热；未被膜渗透的气体则被排放到大气中；其中陶瓷膜分离装置中的陶瓷膜为亲水性陶瓷纳滤膜。采本发明简化了工艺流程，未出现露点腐蚀问题；能量回收率达到18%，同时水的回收率达到12%，水资源得到了有效利用。

Description

一种发电厂烟气余热及水的陶瓷膜冷凝处理回收方法
技术领域
本发明涉及一种烟气的处理回收方法，更具体地说涉及一种发电厂烟气余热及水的陶瓷膜冷凝处理回收方法。
背景技术
目前，中国回收利用的余热主要来自高温烟气的显热和生产过程中排放的可燃气，中低温余热即低品位余热基本上还没有回收，因此充分利用余热资源成为企业节能的一个重要因素。相对于煤、石油、天然气等高品位能源而言，燃烧后产生的烟气（主要指低品位余热）在相同单位内包含的能量很低，利用难度大。
目前常见的低温余热回收技术有热管技术，其工作原理是利用密闭管内工质的蒸发与冷凝进行热量传导，工质在加热段汽化，吸收大量汽化潜热，并通过热管将热量快速传递到热源外。该技术存在积灰和露点腐蚀等问题。热泵技术是另一种常见的低温余热回收技术，通过做功将低级热直接变为高级能。该技术具有较高的热效率，但受到水资源、运输、地域等方面限制。此外，现有技术需要另外采用水处理技术来回收其中的水，增加了其工艺的成本。
因此，有必要提出一种新的技术来回收烟气中的余热及水，解决现有技术中存在的水资源的限制、露点腐蚀、高成本等问题，扩大烟气中余热及水的应用范围。
陶瓷膜具有良好的耐腐蚀性能，使得其能够应用于发电厂烟气余热及水回收中，可以解决现有技术中存在的露点腐蚀问题。但由于烟气成分的复杂性以及对设备的高温要求，膜法技术在烟气余热及水回收领域还未应用，未出现成熟的工艺技术。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的问题与不足，提供一种发电厂烟气余热及水的陶瓷膜冷凝处理回收方法。本发明主要解决现有余热回收方法中露点腐蚀问题，同时降低运行成本。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种发电厂烟气余热及水的陶瓷膜冷凝处理回收方法，其具体步骤如下：
将发电厂中带有大量水蒸气的烟气通过陶瓷膜分离装置处理，透过膜的水蒸气及其热量通过膜冷凝技术回收，其中回收的水则通过渗透侧循环水带出，回收的热量用于渗透侧循环水加热；未被膜渗透的气体则被排放到大气中；其中陶瓷膜分离装置中的陶瓷膜为亲水性陶瓷纳滤膜，采用毛细冷凝原理，为发生毛细冷凝现象，优选膜孔径为5～12nm。
本发明的发电厂烟气余热及水的陶瓷膜冷凝处理回收方法，其进一步的技术方案是包括以下步骤：将发电厂中带有大量水蒸气的烟气通过管道流入陶瓷膜分离装置处理，其通过流量控制器控制流量，通过热电偶检测烟气进入膜前的温度；不能被膜渗透的气体被排放到大气中，通过热电偶检测温度的变化，通过压力表控制压力；透过膜的水蒸气及其热量则被冷凝通过循环水带出，经过热电偶检测其进口出口的温度变化，透过的水蒸气及其热回收使用，流量通过液体流量计检测。
优选烟气的排烟温度为50℃～110℃，膜面流速为0.016m·s-1～0.048m·s-1；跨膜压差为0.2MPa～0.45MPa；渗透侧循环水的流速为2.5L·h-1～25L·h-1。
优选陶瓷膜分离装置中的膜组件为单管或多通道。优选陶瓷膜材料为氧化铝、氧化钛或氧化锆的一种或其组合。
有益效果：
采用的膜冷凝技术回收发电厂中烟气的余热及水，简化了工艺流程，未出现露点腐蚀问题；能量回收率达到18%，同时水的回收率达到12%，水资源得到了有效利用。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明型。这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
将排烟温度在70℃下的发电厂中带有大量水蒸气的烟气通过8nm单管氧化铝陶瓷膜分离装置，控制膜面流速为0.032m·s-1，跨膜压差为0.45MPa，渗透侧循环水的流速为2.5L·h-1，检测烟气经过陶瓷膜前后的温度变化，以及水蒸气冷凝后透过陶瓷膜后循环侧的水温度的变化及水质量的变化。
其中在分离之前烟气成分：CO2：11-16%，H2O：5-7%，O2：3-4%，N2：70-75%，CO：～20ppm，SOx：<800ppm，NOx：500-800ppm，温度：45～120℃。分离之后烟气中水蒸气成分降低，由于损失剩余水蒸气组分不到4%～6%，剩余气体则被排放到大气中；循环水温则升高了2℃左右。
由此可知，整个过程中，水蒸气的回收率可以达到11%，能量回收率达到7%。其计算如下：
水蒸气回收率=(m/（s·Δt）)/（ν/s·ρ·RH）=﹛(0.75g×60)/(0.0021m2×5min×1000)﹜/﹛(4L·min-1/(0.0021m2×1000))×60×1.2kg·m-3×0.277kg·kg-1﹜=4.29kg·m-2·h-1/37.99kg·m-2·h-1=0.112
其中：m：回收的水蒸气的质量（kg），s:膜面积（m2），ν：烟气流速（m3·h-1），
ρ：烟气密度（kg·m-3），Δt：时间变化量h，RH:一定温度下烟气的饱和湿度(kg·kg-1空气)；
水蒸气能量回收率=（C·M·ΔT/s）/（（ν/s·ρ·RH+ν/s·ρ）·H）=﹛(4.18kJ·kg-1·K-1×2.5kg·h-1×2.18K)/0.0021m2)﹜/﹛﹛(4L·min-1/(0.0021m2×1000))×60×1.2kg·m-3×0.277kg·kg-1+（4L·min-1/(0.0021m2×1000)）×60×1.2kg·m-3﹜×800kJ·kg-1﹜=10848/140104=0.07
其中：C:水的比热容（kJ·kg-1·K-1），M:水的质量流速（kg·h-1)，ΔT:温度变化量（K），s:膜面积（m2），ν：烟气流速（m3·h-1），RH:一定温度下烟气的饱和湿度(kg·kg-1空气)，H:一定温度下烟气的焓(kJ·kg-1空气)。
实施例2
将排烟温度在110℃下的发电厂中带有大量水蒸气的烟气通过5nm单管氧化铝陶瓷膜分离装置，控制膜面流速为0.048m·s-1，跨膜压差为0.4MPa，渗透侧循环水的流速为2.5L·h-1，检测烟气经过陶瓷膜前后的温度变化，以及水蒸气冷凝后透过陶瓷膜后循环侧的水温度的变化及水质量的变化。水蒸气的回收率可以达到16%，能量回收率达到12%。
实施例3
将排烟温度在50℃下的发电厂中带有大量水蒸气的烟气通过12nm单管氧化铝陶瓷膜分离装置，控制膜面流速为0.048m·s-1，跨膜压差为0.2MPa，渗透侧循环水的流速为25L·h-1，检测烟气经过陶瓷膜前后的温度变化，以及水蒸气冷凝后透过陶瓷膜后循环侧的水温度的变化及水质量的变化。水蒸气的回收率达到10%、能量回收率低于检测下限5%。
实施例4
将排烟温度在70℃下的发电厂中带有大量水蒸气的烟气通过8nm多通道氧化铝陶瓷膜分离装置，控制膜面流速为0.016m·s-1，跨膜压差为0.2MPa，渗透侧循环水的流速为15L·h-1，检测烟气经过陶瓷膜前后的温度变化，以及水蒸气冷凝后透过陶瓷膜后循环侧的水温度的变化及水质量的变化。水蒸气的回收率可以达到18%以上，能量回收率达到12%以上。
实施例5
将排烟温度在70℃下的发电厂中带有大量水蒸气的烟气通过8nm单管氧化锆陶瓷膜分离装置，控制膜面流速为0.016m·s-1，跨膜压差为0.35MPa，渗透侧循环水的流速为2.5L·h-1，检测烟气经过陶瓷膜前后的温度变化，以及水蒸气冷凝后透过陶瓷膜后循环侧的水温度的变化及水质量的变化。水蒸气的回收率可以达到12%，能量回收率达到7%。
实施例6
将排烟温度在70℃下的发电厂中带有大量水蒸气的烟气通过8nm单管氧化钛陶瓷膜分离装置，控制膜面流速为0.016m·s-1，跨膜压差为0.45MPa，渗透侧循环水的流速为2.5L·h-1，检测烟气经过陶瓷膜前后的温度变化，以及水蒸气冷凝后透过陶瓷膜后循环侧的水温度的变化及水质量的变化。水蒸气的回收率可以达到11%，能量回收率达到6%。

Claims (3)

1.一种发电厂烟气余热及水的陶瓷膜冷凝处理回收方法，其具体步骤如下：
将发电厂中带有大量水蒸气的烟气通过陶瓷膜分离装置处理，透过膜的水蒸气及其热量通过膜冷凝技术回收，其中回收的水通过渗透侧循环水带出，回收的热量用于渗透侧循环水加热；未被膜渗透的气体则被排放到大气中；其中陶瓷膜分离装置中的陶瓷膜为亲水性陶瓷纳滤膜，膜孔径为5～12nm；其中烟气的排烟温度50℃～110℃；膜面流速为0.016m·s-1～0.048m·s-1；跨膜压差为0.2MPa～0.45MPa；渗透侧循环水的流速为2.5L·h-1～25L·h-1。
2.根据权利要求1所述的发电厂烟气余热及水的陶瓷膜冷凝处理回收方法，其特征在于陶瓷膜分离装置中的膜组件为单管或多通道。
3.根据权利要求1所述的发电厂烟气余热及水的陶瓷膜冷凝处理回收方法，其特征在于陶瓷膜材料为氧化铝、氧化钛或氧化锆的一种或其组合。
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