CN105299676A - 一种基于中空微纳米多孔陶瓷膜的烟气水分余热回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于火力发电厂节能技术领域，特别涉及一种基于中空微纳米多孔陶瓷膜的烟气水分余热回收装置。本发明应用于火电厂排烟进入烟囱之前的烟气水分及其余热回收，主要分为以下几个系统：中空微纳米多孔陶瓷膜组件系统、供水系统（主要包括水箱和水泵）和辅助系统（主要包括阀门、管道及传感器）。先利用供水系统使中空微纳米多孔陶瓷膜管内充满冷却水，开启水泵使膜内侧形成微负压；烟气通过膜组件时，膜管两侧形成压差，烟气中的水蒸气在陶瓷膜表面的纳米孔中受毛细冷凝作用凝结并借助陶瓷膜两侧压差进入膜管内部与冷却水混合，实现烟气水分回收。与此同时，膜管两侧进行热量传递，实现烟气余热回收。本发明具有良好的自发性，高效环保，可用于回收烟气中大量水分与余热资源，降低火电厂运行成本。

Description

一种基于中空微纳米多孔陶瓷膜的烟气水分余热回收装置
技术领域
本发明涉及一种基于中空微纳米多孔陶瓷膜的烟气水分余热回收装置，属于火力发电厂的节能减排技术领域。
背景技术
火电厂水分的回收潜力巨大。一般情况下，燃煤电厂排放烟气中含有体积分数为4%~13%的水蒸气，燃气电厂排烟中的水蒸气体积分数为15%~20%。据估算，目前每年全国火电厂单就排烟中随烟气排放到大气中的水量可达11亿吨。若能回收烟气排烟中水蒸气量的20%，实现高品质水回收，即可实现火电厂锅炉供水自足。同时锅炉排烟中含有丰富的余热资源，如果可以回收这部分资源加以利用，可实现电厂深度节能。
目前，用于火电厂烟气水分与余热回收的技术主要集中在换热器冷凝技术上，虽然其设计成本不高，且有较多成熟可靠的运行技术可供借鉴，但是存在几个不可忽视且比较棘手的问题：1）凝结水呈酸性，不能直接回收利用，需要对其进一步处理；2）工作温度多在烟气水露点温度以下，工作环境恶劣，会冷凝出酸性物质和汞，所以管材需要采用抗腐蚀性材料，如常见使用的氟塑料，其耐腐蚀性能好，但其成本高昂、热导率低且不易加工；3）有潮湿积灰附着在管壁上影响换热，需要定期除灰；4）需要给低温烟气提供巨大的表面积而且设备材料也更易被腐蚀。因此在实际设计与运行中必须考虑上面的问题。如酸腐蚀问题和清除潮湿积灰问题就需要采用耐腐蚀材料制造换热器管道，并采用刮板式等强制性机械清灰装置进行定期除灰。但由于回收水质不佳这一主要难题，这项技术暂不适于大规模应用于电厂排烟中水分的回收利用。因此，电厂烟气中水分与余热回收的研究需要一种新的思路。
中空微纳米多孔陶瓷膜是一种新型的气体分离膜，可同时对水分与热量进行回收。作为一种无机膜，多孔陶瓷膜在高温及酸碱环境和微生物侵蚀环境下表现出高度的稳定性。这种稳定性使得其在电厂烟气这种复杂环境下拥有很强的适用性。美国也曾在燃气电厂将这种陶瓷膜应用于烟气水分与余热回收并进行了相关示范，但到目前为止，国内还未有相关研究。
发明内容
为了回收火电厂排烟中的水蒸气及其潜热，以及烟气中显热资源，降低火电厂水耗，节约能源，本发明提供一种基于中空微纳米多孔陶瓷膜的烟气水分余热回收装置，该装置是当今火电厂深度节能的一个全新尝试。
本发明应用于火电厂排烟进入烟囱之前的烟气水分及其余热回收，主要分为以下几个系统：中空微纳米多孔陶瓷膜组件系统、供水系统（主要包括水箱和水泵）和辅助系统（主要包括阀门、管道及传感器）。先利用供水系统使中空微纳米多孔陶瓷膜管内充满冷却水，开启水泵使膜管内侧形成微负压。烟气通过膜组件时，由于烟气侧压力约一个大气压，因此膜管两侧形成压差；烟气中的水蒸气在陶瓷膜外表面的纳米孔中受毛细冷凝作用凝结并借助陶瓷膜两侧压差进入膜管内部与冷却水混合，实现烟气水分与水蒸气汽化潜热的回收。与此同时，膜管两侧进行热量传递，实现烟气余热回收。本发明具有良好的自发性，高效环保，可用于回收烟气中大量水分与余热资源，降低火电厂运行成本。
一种基于中空微纳米多孔陶瓷膜的烟气水分余热回收装置，其特征在，该装置的运作流程为：检查供水水箱水位在某一定值以上，打开阀门，使整个供水系统管道与全部膜管内充满水，开启水泵使膜管内形成微负压。烟气从中空微纳米多孔陶瓷膜组件一侧流进，与膜管外侧接触，由于中空微纳米多孔陶瓷膜的纳米孔径选择层中毛细冷凝作用，经过膜管外表面的水蒸气在纳米孔径选择层中凝结成液体。由于供水系统在膜管内形成的微负压，膜管两侧有一定的压差，膜管的纳米孔径选择层中形成的液体会借助压差进入膜管内部与冷却水混合。与此同时，膜管两侧烟气与冷却水进行热交换。
本发明的有益效果为：本发明可以回收火电厂烟气中40%以上水分，达到火电厂节水目的，同时回收部分烟气余热资源，提高电厂效率。
附图说明
图1为：中空微纳米多孔陶瓷膜的烟气水分余热回收装置示意图。
图2为：中空微纳米多孔陶瓷膜组件立体图。
图3为：中空微纳米多孔陶瓷膜组件纵向剖面图。
图4为：图3中的A-A向剖视结构示意图。
图5为：图3中的中空多孔微纳米陶瓷膜管的结构示意图。
图6为：供水水箱结构示意图。
编号说明：（1）为中空微纳米多孔陶瓷膜组件，（2）为中空微纳米多孔陶瓷膜管，（2a）为陶瓷膜管纳米孔径选择层，（2b）为陶瓷膜管微/纳米孔径中间层，（2c）为陶瓷膜管微米孔径基层，（3）为进水室，（4）为出水室，（5）为阀门，（6）为供水水箱，（7）为水箱进水口，（8）为水箱出水口，（9）为水箱气孔，（10）为水泵，（11）为烟气进口，（12）为烟气出口。
具体实施方式
本发明提供了一种基于中空微纳米多孔陶瓷膜的烟气水分余热回收装置，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
中空微纳米多孔陶瓷膜组件（1）由若干根结构参数、性能参数一定的中空微纳米多孔陶瓷膜即膜管（2）组成，组件（1）中膜管（2）以一定横纵截距按错列布置。中空微纳米多孔陶瓷膜组件（1）两端设置进水室（3）和出水室（4），进水室连接阀门（5）与供水水箱（6），出水室连接水泵（10）。供水水箱（6）设置有水箱进水口（7）、水箱气孔（9）及水箱出水口（8）。
首先检查供水水箱（6）水位，使其保持在某一定值以上，然后打开阀门（5），使整个供水系统管道与全部膜管（2）内充满水，开启水泵（10）使膜管内形成微负压。烟气从中空微纳米多孔陶瓷膜组件（1）的一侧烟气进口（11）流进，与膜管（2）外侧接触，由于中空微纳米多孔陶瓷膜（2）的纳米孔径选择层（2a）中毛细冷凝作用，经过膜管（2）外表面的水蒸气在纳米孔径选择层（2a）中凝结成液体。由于供水系统在膜管（2）内侧形成的微负压，烟气基本为一个大气压，所以膜管（2）两侧形成压差，膜管（2）的纳米孔径选择层（2a）中形成的液体会依次经过陶瓷膜管微/纳米孔径中间层（2b）、陶瓷膜管微米孔径基层（2c）最终进入膜管内部与冷却水混合。与此同时，膜管两侧烟气与冷却水进行热交换。最后烟气从中空微纳米多孔陶瓷膜组件（1）另一侧的烟气出口（12）流出。

Claims (4)

1.一种基于中空微纳米多孔陶瓷膜的烟气水分余热回收装置，其特征在于：中空微纳米多孔陶瓷膜组件（1）由若干根结构参数、性能参数一定的中空微纳米多孔陶瓷膜即膜管（2）组成，组件（1）中膜管（2）以一定横纵截距按错列布置；中空微纳米多孔陶瓷膜组件（1）两端设置进水室（3）和出水室（4），进水室连接阀门（5）与供水水箱（6），出水室连接水泵（10）；供水水箱（6）设置有水箱进水口（7）、水箱气孔（9）及水箱出水口（8）。
2.根据权利要求1所述一种基于中空微纳米多孔陶瓷膜的烟气水分余热回收装置，其特征在于：中空微纳米多孔陶瓷膜即膜管（2）从外层到内层分别由纳米孔径选择层（2a）、微/纳米孔径中间层（2b）及微米孔径基层（2c）组成。
3.根据权利要求1所述一种基于中空微纳米多孔陶瓷膜的烟气水分余热回收装置，其特征在于：供水水箱（6）中水位一直保持在某一定值以上，以维持装置内稳定供水，并排尽管路内空气；供水系统的设计使膜管内形成微负压，使膜内外侧有压差，利于水分的渗透回收。
4.根据权利要求1所述一种基于中空微纳米多孔陶瓷膜的烟气水分余热回收装置，其特征在，该装置的运作流程为：检查供水水箱（6）水位在某一定值以上，打开阀门（5），使整个供水系统管道与全部膜管（2）内充满水；开启水泵（10）使膜管内侧形成微负压；烟气从中空微纳米多孔陶瓷膜组件（1）一侧烟气进口（11）流进，与膜管（2）外侧接触，由于中空微纳米多孔陶瓷膜（2）的纳米孔径选择层（2a）中毛细冷凝作用，经过膜管（2）外表面的水蒸气在纳米孔径选择层（2a）中凝结成液体；由于供水系统在膜管（2）内侧形成的微负压，烟气基本为一个大气压所以膜管（2）两侧形成压差，膜管（2）的纳米孔径选择层（2a）中形成的液体会依次经过陶瓷膜管微/纳米孔径中间层（2b）、陶瓷膜管微米孔径基层（2c）最终进入膜管内部与冷却水混合；与此同时，膜管两侧烟气与冷却水进行热交换；最后烟气从中空微纳米多孔陶瓷膜组件（1）另一侧的烟气出口（12）流出。
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