CN108278591A - 一种基于膜分离技术的烟气余热回收与净化系统 - Google Patents

一种基于膜分离技术的烟气余热回收与净化系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于燃气锅炉烟气余热回收利用、净化和膜吸收技术领域，涉及一种基于膜分离技术的烟气余热回收与净化系统。本系统包括燃气锅炉、真空亲水性膜组件、疏水性膜组件、汽水换热器、蠕动泵、吸收液池、真空泵、空气预热器等；烟气通过真空亲水性膜组件，将湿烟气中的水蒸气与其他组分分离，分离的水蒸汽通过汽水换热器对热网回水进行预热；分离的干烟气先通过空气预热器预热空气，而后通过疏水性膜组件，烟气中NOx与Fe(Ⅱ)EDTA吸收液进行化学反应而被吸收。分离后的水蒸汽被全热利用，而干烟气经过余热回收后实现了降低氮氧化物的排放，即该系统既能实现烟气的余热回收也能实现烟气的净化。

Description

一种基于膜分离技术的烟气余热回收与净化系统
技术领域
本发明属于燃气锅炉烟气余热回收、净化与膜吸收技术领域，特别涉及一种基于膜分离技术的烟气余热回收与净化系统。
背景技术
天然气的主要成分是甲烷，燃烧后会产生大量的水蒸气与有害的副产物NOx。由于排烟温度一般在180～250℃，水蒸气中的部分显热和全部潜热会随着排烟一起排放到大气中，造成热量流失；另一方面NOx排放是造成雾霾的重要因素之一，国家及地方都出台了严格的燃气锅炉烟气排放标准。为了减少能源浪费和保护大气环境，对烟气余热进行深度热回收和降低NOx排放是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于膜分离技术的烟气余热回收与净化系统，该系统主要包括燃气锅炉1、真空亲水性膜组件2、疏水性膜组件3、蠕动泵4、吸收液池5、汽水换热器6、真空泵7和空气预热器15。
其中，燃气锅炉1、真空亲水性膜组件2、空气预热器15、疏水性膜组件3依次连接。所述真空亲水性膜组件2还与汽水换热器6、真空泵7依次连接，使得真空亲水性膜组件2中膜束内部处于负压真空状态；热网回水9通过汽水换热器6吸收水蒸气热量后进入燃气锅炉1；疏水性膜组件3、蠕动泵4以及吸收液池5组成吸收液循环系统，实现吸收NOx的目的。
所述燃气锅炉1为中小型燃气锅炉，以燃气作为燃料，将热量传递到锅炉进水10后，形成热网供水8进行供热。
所述真空亲水性膜组件2为采用了亲水性中空纤维复合膜束组成的外压式膜组件，组件采用管壳式，使用中空复合膜作为管束。所述复合膜束包括分离层、过渡层和支撑层，利用真空泵7使中空纤维膜束内部处于负压状态从而产生内外压差，使湿烟气中的水分扩散到渗透侧，然后在膜的渗透侧发生水分解析，从而将高温湿烟气11进行干湿分离。由于膜束长期工作在烟道内会受到烟气的冲击，需要加入支撑层使拉伸强度和柔初性得到改善。本发明选用SPEEK/PES组成的中空纤维复合膜束，其中SPEEK(磺化聚醚醚酮)作为分离层材料，起分离作用、PES(聚醚砜)作为支撑层材料，起机械支撑作用，所述过渡层则是在部分SPEEK嵌入PES中形成。脱湿后的干烟气进入空气预热器15，分离出的高温水蒸气进入汽水换热器6。
所述疏水性膜组件3为采用疏水性中空纤维膜束组成的内压式膜组件，与蠕动泵4、吸收液池5组成吸收NOx系统。疏水性膜组件3主要采用微孔膜技术，所采用的微孔膜本身没有选择性，只是起到隔离气体和吸收液的作用，所处理烟气和吸收液不直接接触，分别在膜两侧流动。烟气中的NOx分子可以穿过微孔膜到膜另一侧，依靠与膜另一侧Fe(Ⅱ)EDTA溶液发生络合化学反应被吸收，实现降低氮氧化物排放的目的。所述的膜束材料可选用聚丙烯或聚四氟乙烯。
所述空气预热器15为烟气与空气进行热量交换的间接换热器，干烟气12中热量传递到空气16中，实现降温，随后进入疏水性膜组件3，空气16升温后成为锅炉进气17，随后进入燃气锅炉1。
所述蠕动泵4既为溶液循环提供动力又精确控制溶液循环流量，所述吸收液池5一方面与疏水性膜组件(3)、蠕动泵(4)组成吸收液循环系统，保证吸收液Fe(Ⅱ)EDTA的循环，另一方面在池中添加化学试剂还原Fe(Ⅱ)EDTA，实现吸收液的循环利用。
所述汽水换热器6为水蒸气与水换热的间接换热器，来自真空亲水性膜组件2的水蒸气14与热网回水9进行热量交换，热网回水9经过加热变成锅炉进水10，随后进入燃气锅炉1；水蒸气换热后产生的凝结水18，汇入凝结水池19，作为锅炉补水使用。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1.真空亲水性膜组件能够实现湿烟气的干湿分离，脱湿后的干烟气中热量主要为显热，后续利用空气预热器进行热量回收，且脱湿后的干烟气露点温度降低，能够在回收余热时不发生冷凝，降低了空气预热器的防腐要求。
2.分离出的水蒸气在汽水换热器中，与热网回水发生冷凝换热，产生的冷凝水可作为锅炉补水，即实现了水蒸气的全热回收，又起到了水资源节约的效果。
3.本发明提供的基于膜分离技术的烟气余热回收与净化系统不仅能够高效回收烟气冷凝余热、有效降低烟气的氮氧化物排放，而且回收了烟气中的水分，具有节能减排，节约水资源的优点。
附图说明
图1为本发明基于膜分离技术的烟气余热回收与净化系统的结构示意图。
图中：1—燃气锅炉，2—真空亲水性膜组件，3—疏水性膜组件，4—蠕动泵，5—吸收液池，6—汽水换热器，7—真空泵，8—热网供水，9—热网回水，10—锅炉进水，11—湿烟气，12—干烟气，13—排放烟气，14—水蒸气，15—空气预热器，16—空气，17—锅炉进气，18—凝结水，19—凝结水池。
具体实施方式
本发明提供了一种基于膜分离技术的烟气余热回收与净化系统，下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1所示为基于膜分离技术的烟气余热回收与净化系统的结构示意图。所述基于膜分离技术的烟气余热回收与净化系统主要包括燃气锅炉1、真空亲水性膜组件2、疏水性膜组件3、蠕动泵4、吸收液池5、汽水换热器6、真空泵7、空气预热器15。烟气通过真空亲水性膜组件，将湿烟气中的水蒸气与其他组分分离，分离的水蒸汽通过汽水换热器对热网回水进行预热；分离的干烟气先通过空气预热器预热空气，而后通过疏水性膜组件，烟气中NOx与Fe(Ⅱ)EDTA吸收液进行化学反应而被吸收。分离后的水蒸汽被全热利用，而干烟气经过余热回收后实现了降低氮氧化物的排放，即该系统既能实现烟气的余热回收也能实现烟气的净化。
其中，燃气锅炉1、真空亲水性膜组件2、空气预热器15、疏水性膜组件3依次连接。所述真空亲水性膜组件2还与汽水换热器6、真空泵7依次连接，使得真空亲水性膜组件2的膜束内部处于负压真空状态；热网回水9通过汽水换热器6吸收水蒸气热量后进入燃气锅炉1；疏水性膜组件3、蠕动泵4以及吸收液池5组成吸收液循环系统，实现吸收NOx的目的；
本发明所述的真空亲水性膜组件2，利用亲水性致密中空纤维膜的特性，将燃气锅炉1产生的高温湿烟气11进行干湿分离。脱湿后的干烟气12首先进入空气预热器15，然后进入疏水性膜组件3中，尔后排出；真空亲水性膜组件2分离出的水蒸气14进入汽水换热器6与热网回水9发生凝结换热，产生凝结水18。
干烟气12在空气预热器15中与进入的空气16进行换热，由于干烟气12的水蒸气含量较少，露点温度较低，能够在回收余热时不发生冷凝，降低了空气预热器15的防腐要求。干烟气12中的热量被传递到空气16中，干烟气12降温后进入疏水性膜组件3，空气16升温成为锅炉进气17，随后进入锅炉。
在疏水性膜组件3中，疏水性膜组件3、蠕动泵4以及吸收液池5组成吸收液循环系统，利用膜束的微孔结构及膜束两侧的溶液浓度差，干烟气中NOx进入膜溶液侧，与Fe(Ⅱ)EDTA溶液发生络合化学反应，实现降低氮氧化物排放的目的。
在汽水换热器6中，分离出的水蒸气14与热网回水9进行冷凝换热，换热后热网回水9变为锅炉进水10，随后进入燃气锅炉。而由于真空亲水性膜组件2分离的高选择性，分离出的水蒸气基本不含杂质，其换热产生的冷凝水18汇集于凝结水池19后可作为锅炉补水使用。
综上所述，本发明基于膜分离技术的烟气余热回收与净化系统，既实现了烟气余热高效回收利用，又实现了烟气氮氧化物的减排。与此同时，回收烟气中的水蒸气产生凝结水，此凝结水无需后续处理，可直接作为锅炉补水。本不仅能够高效回收烟气冷凝余热、有效降低烟气的氮氧化物排放，而且回收了烟气中的水分，具有节能减排，节约水资源的优点。
上述内容对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述内容。熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于膜分离技术的烟气余热回收与净化系统，其特征在于，主要包括燃气锅炉(1)、真空亲水性膜组件(2)、疏水性膜组件(3)、蠕动泵(4)、吸收液池(5)、汽水换热器(6)、真空泵(7)和空气预热器(15)；其中，所述燃气锅炉(1)、真空亲水性膜组件(2)、空气预热器(15)、疏水性膜组件(3)依次连接；所述真空亲水性膜组件(2)还与汽水换热器(6)、真空泵(7)依次连接，使得真空亲水性膜组件(2)中膜束内部处于负压真空状态；热网回水(9)通过汽水换热器(6)吸收水蒸气热量后进入燃气锅炉(1)；所述疏水性膜组件(3)、蠕动泵(4)以及吸收液池(5)组成吸收液循环系统，实现吸收NOx的目的。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃气锅炉(1)以燃气作为燃料，将热量传递到锅炉进水(10)后，形成热网供水(8)进行供热。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述真空亲水性膜组件(2)为采用了亲水性中空纤维膜束组成的外压式膜组件，利用真空泵(7)使得中空纤维膜束内部处于负压状态，利用中空纤维膜束内外的压差，将锅炉烟气出口的高温湿烟气(11)进行干湿分离，随后脱湿后的干烟气进入空气预热器(15)，分离出的高温水蒸气进入汽水换热器(6)。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述疏水性膜组件(3)为采用疏水性中空纤维膜束组成的内压式膜组件，与蠕动泵(4)、吸收液池(5)组成吸收NOx系统；利用膜束的微孔结构及膜束两侧的溶液浓度差，脱湿后干烟气中的NOx进入膜溶液侧，与Fe(Ⅱ)EDTA溶液发生络合化学反应，实现降低氮氧化物排放的目的。
5.根据权利要求1或3所述的系统，其特征在于，所述汽水换热器(6)为水蒸气与水进行换热的间接换热器，来自真空亲水性膜组件(2)的水蒸气(14)与热网回水(9)进行热量交换，热网回水(9)经过加热变成锅炉进水(10)，随后进入燃气锅炉(1)，水蒸气换热后产生的凝结水(18)，汇入凝结水池，作为锅炉补水使用。
6.根据权利要求1或3所述的系统，其特征在于，所述空气预热器(15)为干烟气与空气进行热量交换的间接换热器，干烟气(12)中的热量被传递到空气(16)中，空气(16)升温后变为锅炉进气(17)，进入燃气锅炉(1)。
7.根据权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述蠕动泵(4)既为溶液循环提供动力又精确控制溶液循环流量，所述吸收液池(5)一方面与疏水性膜组件(3)、蠕动泵(4)组成吸收液循环系统，另一方面在池中添加化学试剂还原Fe(Ⅱ)EDTA，实现吸收液的循环利用。
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