CN109917074A - 一种模拟烟气中二氧化硫和水分捕集的实验方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟烟气中二氧化硫和水分捕集的实验方法及其装置。该装置以气体膜分离技术为核心，包括了烟气模拟系统、二氧化硫捕集系统、水分捕集系统、水分回收系统。模拟烟气流经二氧化硫捕集系统，二氧化硫气体被膜管外表面形成的致密水膜吸附并捕集，从而脱离模拟烟气。脱硫后的模拟烟气进入水分捕集系统，模拟烟气在膜管两侧渗透压的作用下发生跨膜输运，毛细冷凝过程产生的液态水和未发生冷凝的水蒸气分别被液体回收瓶和冷阱回收。二氧化硫捕集系统在保证一定的脱硫效率的同时，没有石膏液滴等污染物产生；水分捕集系统的回收率为40%以上；基于实验效果，本装置可应用于火电机组，实现二氧化硫和水分的一体化捕集。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟烟气中二氧化硫和水分捕集的实验方法及其装置，属于动力工程与工程热物理领域。
背景技术
火电厂排烟中含有的二氧化硫气体在大气中经过复杂的光化学、成核凝结聚集过程形成二次气溶胶，造成降雨酸化，空气能见度低等问题，并对人体健康产生极大危害。火电机组排放的二氧化硫含量约占全国二氧化硫废气排放量的三成，因此，降低火电机组排烟的硫含量成为治理大气污染的重要工作。
火电厂烟气中水蒸气含量约为12%左右，经过估算，在我国的火电厂的烟气排放过程中，以水蒸气形式散失的水量至少有11亿吨，若按80℃的排烟温度计算，这些散失的水蒸气蕴含25.388亿吉焦的汽化潜热，大约相当于1亿吨标准煤的发热量；我国2017年火电装机容量为10.8亿千瓦，按照烟气水分回收率60%计算，每年可回收水量约6.6亿吨，机组供电标准煤耗下降约3g/(kW·h)。
目前火电厂主要采用石灰石-石膏湿法脱硫技术对烟气进行脱硫处理，经过脱硫塔脱硫后的烟气，其特点有二：一是烟气中含有一定量的小粒径的石膏液滴和细微颗粒物；二是烟气温度一般为50℃~60℃，处于湿饱和状态。含有饱和蒸汽和石膏液滴的烟气在低温状态下扩散和提升能力较差，烟气中的石膏液滴和细微颗粒物在烟囱附近聚集长大，经冷凝形成白色烟雾，进而落到地面，出现所谓的“石膏雨”现象，对火电厂的周边环境造成严重影响。因此，现有的石灰石-石膏湿法脱硫技术在脱硫的同时会带来新的环境污染问题。
火电厂目前常采用冷凝法对烟气中的水分进行回收。但在应用过程中，冷凝法暴露出了诸多问题，譬如：回收水质不佳；凝结水呈酸性（pH≈3）不能直接回收利用，需要采用耐腐蚀性强的管材；需要足够大的凝结换热面积，一旦管道出现腐蚀泄露，冷源就会被污染。因此，很多火电厂都在致力于寻找一种新型回收烟气水分的方法。
发明内容
本发明设计一种模拟烟气中二氧化硫和水分捕集的实验装置，应用膜分离技术捕集模拟烟气中的二氧化硫和水分，包括烟气模拟系统、二氧化硫捕集系统、水分捕集系统、水分回收系统。
本发明设计的模拟烟气组分包括N2、O2、CO2、SO2、NO2和水蒸气；烟气模拟系统包含两条气体主路：一路是由N2、O2、CO2、SO2、NO2组成的干烟气，另一路是经过注水罐加湿处理的氮气与水蒸气的二元混合气；每个气瓶的出口都安装有气体减压阀，与气瓶相连的每条支路都设置有气体质量流量控制器，以实现不同支路间的独立控制，模拟不同的烟气工况环境。
本发明配制的模拟烟气中存在水蒸气以及二氧化硫，两种气体可能在气体混合罐内发生反应生成腐蚀性强酸并凝结在气体混合罐内壁上。因此，气体混合罐底端设计了一个排污阀和一个排污口，保证在实验后能够将混合罐内壁凝结的酸或小水滴排出混合罐。
在二氧化硫捕集系统中，膜组件选用外涂型微米多孔陶瓷膜管，膜管的组成由内至外依次是支撑体层、过渡层、选择分离层，膜管的孔径由内至外逐渐减小；根据膜管的结构，冷却水在膜管内流动，烟气在膜管外流动；膜管内的冷却水在压差的驱动下渗透到膜管外形成水膜，并通过水膜对二氧化硫的吸附作用，脱除模拟烟气中的二氧化硫气体；对膜管表面进行疏水改性处理，约有0.5%~1.5%的冷却水渗出，膜管外表面形成极薄的水膜，水膜厚度不超过0.1mm，在增强冷凝换热的同时，减少了冷却水的损失。
在水分捕集系统中，选用选择分离层孔径在11~50nm之间的纳米多孔陶瓷膜管，使得毛细冷凝成为模拟烟气在多孔材料中冷凝的主要机制；在传统的膜法捕集水分过程中，水蒸气在膜管表面冷凝，膜管表面形成的液态水在压差的作用下通过膜组件，使得非凝性气体随凝结水进入膜孔，并对膜组件的寿命和回收水的品质造成不利影响；本发明选用的陶瓷膜孔径范围区间，使烟气中的水蒸气在膜孔内发生冷凝，由此形成的液态水充满膜孔，阻挡非凝性气体等污染物质进入膜孔，以保证回收水质更高。
水分回收系统包括液体回收瓶与冷阱，液体回收瓶回收液态水，冷阱回收水蒸气，水蒸气经过冷阱后凝结成液态水。分别测定液体回收瓶和冷阱的水分回收量，液体回收瓶和冷阱回收的液态水之和即为实验回收水量。
本发明设计的实验装置适用于模拟烟气流量为2L/min~20L/min、温度为40~80℃、水蒸气体积分数为6%~15%，冷却水流量为0.5L/min~2.5L/min、进口温度为15~45℃的工况条件。
本发明设计的一种模拟烟气中二氧化硫和水分捕集的实验方法，实验性能评价指标包括：脱硫效率、水分回收量、水分回收率。
本发明提出的实验方法规定脱硫效率的计算式如下：
式中，η为脱硫效率，单位为%；cin为脱硫前烟气中二氧化硫的浓度，单位为ppm；cout为脱硫后烟气中二氧化硫的浓度，单位为ppm。
本发明提出的实验方法规定水分回收量的计算式如下：
式中，qrec为水分回收量，单位为kg/(m2·h)；m为回收水的质量，单位为kg；A为陶瓷膜管选择分离层的表面积，单位为m2；τ为实验时间，单位为h。
本发明提出的实验方法规定水分回收率的计算式如下：
式中，ω为水分回收率，单位为%；qin为模拟烟气中水分含量，单位为kg/(m2·h)。
本发明的有益效果为：
（1）本装置可以同时捕集烟气中的二氧化硫和水分，并准确测定脱硫效率、水分回收量、水分回收率；
（2）本装置可以对不同的运行工况环境进行模拟，研究影响脱硫和水分回收效率的主要因素，为二氧化硫捕集系统、水分捕集系统在火电机组的实际应用提供合理高效的运行策略；
（3）本发明设计的二氧化硫捕集系统，选用疏水改性的微米多孔陶瓷膜组件，利用膜管外表面形成的致密水膜，吸附烟气中的二氧化硫气体。脱硫过程中，烟气中没有石膏液滴等污染物产生。将本发明设计的二氧化硫捕集系统应用于火电机组，可以改善现有脱硫技术带来的环保问题；
（4）本发明设计的水分捕集系统，选用内涂型纳米多孔陶瓷膜组件。膜组件的选择分离层孔径为11nm—50nm，烟气与膜管相遇，水蒸气会在膜孔中发生毛细冷凝现象，形成的凝结液充满膜孔，阻挡非凝性气体进入膜孔，保证回收水质。纳米多孔陶瓷膜管是一种无机烧结膜管，具有由紧密堆积层构成的膜结构，其主要材质为氧化锆、氧化铝、氧化钛等，具有陶瓷材料优良的热稳定性、化学稳定性和持久性，适用于强酸、强碱和高温等严苛环境下的分离体系。解决了冷凝法回收水质不佳、管道易腐蚀的问题。
附图说明
图1为实验台布置示意图
图2为气体混合罐设计图
图3为气体混合罐加热片设计图
图4为二氧化硫捕集系统中疏水改性的微米多孔陶瓷膜管的主视图
图5为二氧化硫捕集系统中疏水改性的微米多孔陶瓷膜管的剖面图
图6为水分捕集系统中内涂型纳米多孔陶瓷膜管的主视图
图7为水分捕集系统中内涂型纳米多孔陶瓷膜管的剖面图
编号说明：（1）为气体减压阀，（2）为缓冲罐，（3）为注水罐，（4）为电热恒温水箱，（5）为气体混合罐，（6）为烟气分析仪，（7）为疏水改性的微米多孔陶瓷膜管，（8）为疏水改性的微米多孔陶瓷膜组件，（9）为内涂型纳米多孔陶瓷膜管，（10）为内涂型纳米多孔陶瓷膜组件，（11）为水泵，（12）为保温水箱，（13）为电加热器，（14）为旁路，（15）为废水箱，（16）为冷阱，（17）为液体回收瓶，（18）为干燥管，（19）为模拟烟气出口，（20）为模拟烟气入口，（21）为排污阀，（22）为排污口，（23）为测温热电偶，（24）为加热片，（25）为模拟烟气，（26）为模拟烟气中被捕集的二氧化硫，（27）为渗出膜管外的冷却水，（28）为支撑体层，（29）为过渡层，（30）为选择分离层，（31）为冷却水，（32）为脱硫后的模拟烟气，（33）为毛细现象形成的凝结液，F为涡轮流量计，FC为气体质量流量控制器，P为数字真空计，RH为温湿度变送器，T为温度传感器。
具体实施方式
本发明设计一种模拟烟气中二氧化硫和水分捕集的实验方法及其装置，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行具体说明。
模拟烟气是由两路气体混合而成的。一路气体只有N2，打开气体减压阀（1）后，N2依次通过缓冲罐（2）和注水罐（3），在注水罐（3）中N2与水蒸气充分混合，形成含饱和水蒸气的氮气；另一路气体包含N2、O2、CO2、SO2、NO2，打开气体减压阀（1）后，上述气体只通过缓冲罐（2），不经过加湿处理。两路气体最终在气体混合罐（5）中混合均匀，形成实验所用模拟烟气（25），气体在混合罐（5）混合过程中生成的腐蚀性强酸通过排污阀（21）、排污口（22）流出混合罐（5）。混合均匀的模拟烟气（25）自下而上纵向掠过二氧化硫捕集系统中的微米多孔陶瓷膜管（7）外表面，保温水箱（12）中的冷却水（31）在水泵（11）的作用下，自下而上流过膜管（7）内部，二氧化硫捕集系统形成的废液由废水箱（15）收集，脱硫前后的模拟烟气中二氧化硫气体浓度由烟气分析仪（6）进行测量。脱硫后的模拟烟气（32）自下而上流过水分捕集系统中的内涂型纳米多孔陶瓷膜管（9）内部，保温水箱（12）中的冷却水（31）在水泵（11）的作用下，自下而上掠过膜管（9）外表面，被捕集的水分进入水分回收系统，其中，以气态形式存在的水蒸气经过冷阱（16）后凝结成液态水，以液态形式存在的水分直接被液体回收瓶（17）回收，冷阱（16）和液体回收瓶（17）回收的水分之和即为捕集水的总量。捕水后的剩余模拟烟气流入干燥管（18），经干燥处理后排出。
二氧化硫捕集系统选用外涂型微米多孔陶瓷膜管，冷却水（31）自下而上在膜管内流动，模拟烟气（25）自上而下在膜管外流动；陶瓷膜管表面经过疏水改性处理，在压差的驱动下，膜管内只有约0.5%~1.5%的冷却水渗出膜管外，膜管外表面会形成厚度不超过0.1mm的致密水膜，模拟烟气与水膜相遇后，温度较高的烟气会发生冷凝，二氧化硫气体吸附在水膜上并与之发生化学反应，最终生成氢离子和亚硫酸根离子；二氧化硫气体与水反应后生成的废液，在重力的作用下流出二氧化硫捕集系统，从而完成捕集二氧化硫的目标。
水分捕集系统选用内涂型纳米多孔陶瓷膜管，冷却水（31）自下而上在膜管外流动，脱硫后的模拟烟气（32）自上而下在膜管内流动；烟气与陶瓷膜管相遇后发生毛细冷凝现象，烟气中的水蒸气在膜孔中凝结，形成的凝结液在压差的作用下通过选择分离层（30）渗透进入膜管内，烟气中其他非凝性气体不能发生毛细冷凝现象，被膜孔中存在的大量凝结液阻挡，无法通过膜孔进入膜内，从而实现陶瓷膜管对烟气中水分的选择性分离；毛细冷凝现象形成的凝结液（33），和冷却水（31）汇合一并流出膜管外，加以回收。
一种模拟烟气中二氧化硫和水分捕集的实验方法，其实验步骤为：
第一步，对实验所用的各种测量仪器进行标定，给出误差修正值以保证实验准确性；
第二步，接通实验台电源，打开水泵及各处阀门，使管路充满水，检查装置气密性，保证各个仪器在正常工作状态；
第三步，实验设备预热30分钟，设置恒温水浴温度，打开保温水箱加热装置至实验设定循环冷却水温度；
第四步，实验管路配制模拟烟气，调节管路中各组分气体的出口流量和温度，待其物性参数稳定后，开始计时；
第五步，计时5分钟后，用烟气分析仪测量二氧化硫捕集系统前后SO2体积分数并记录，记录水分回收系统回收的水量；
第六步，改变实验工况，控制模拟烟气的流量、温度、湿度和冷却水温度、流量，重复上述步骤进行实验；
第七步，实验结束，停止记录数据，关闭配气、测量、冷却水装置、实验台电源及各处阀门，清洗并整理实验仪器。
实施例一：模拟烟气流量对脱硫效率、水分回收量的影响。
通过烟气模拟系统配制实验所用烟气，模拟烟气各组分体积分数为：水蒸气15%、氮气70%、二氧化硫2.5%、氧气2.5%、二氧化碳9.5%、二氧化氮0.5%；二氧化硫捕集系统选用选择分离层孔径为1μm的疏水改性多孔陶瓷膜管；水分捕集系统选用选择分离层孔径为20nm的内涂型多孔陶瓷膜管；通过水分回收系统对捕集水分进行回收、测量；使用保温水箱（12）、水泵（11）调节冷却水进口温度至16℃、流量至2L/min，使用电热恒温水箱（4）调节模拟烟气温度至60℃，使用气体减压阀（1）、质量流量控制器（FC）模拟烟气流量为2L/min~20L/min；不同实验工况对应的二氧化硫捕集系统的脱硫效率、水分捕集系统的水分回收量如表1所示：
表1
| 模拟烟气流量 | 脱硫效率 | 水分回收量 |
| 2L/min | 97.6% | 0.9kg/(m<sup>2</sup>·h) |
| 11L/min | 82.5% | 4.1kg/(m<sup>2</sup>·h) |
| 20L/min | 69.7% | 7.2kg/(m<sup>2</sup>·h) |
实施例二：模拟烟气温度对脱硫效率、水分回收量的影响
通过烟气模拟系统配制实验所用烟气，模拟烟气各组分体积分数为：水蒸气15%、氮气70%、二氧化硫2.5%、氧气2.5%、二氧化碳9.5%、二氧化氮0.5%；二氧化硫捕集系统选用选择分离层孔径为1μm的疏水改性多孔陶瓷膜管；水分捕集系统选用选择分离层孔径为20nm的内涂型多孔陶瓷膜管；通过水分回收系统对捕集水分进行回收、测量；使用保温水箱（12）、水泵（11）调节冷却水进口温度至16℃、流量至1.5L/min，使用气体减压阀（1）、质量流量控制器（FC）调节模拟烟气流量至20L/min，使用电热恒温水箱（4）调节模拟烟气温度为40℃~80℃；不同实验工况对应的二氧化硫捕集系统的脱硫效率、水分捕集系统的水分回收量如表2所示：
表2
| 模拟烟气温度 | 脱硫效率 | 水分回收量 |
| 40℃ | 72.1% | 4.5kg/(m<sup>2</sup>·h) |
| 60℃ | 67.9% | 7.7kg/(m<sup>2</sup>·h) |
| 80℃ | 63.1% | 14.9kg/(m<sup>2</sup>·h) |
实施例三：模拟烟气水蒸气含量对脱硫效率、水分回收量的影响
通过烟气模拟系统配制实验所用烟气，模拟烟气各组分体积分数为：水蒸气6%~15%、氮气79%~70%、二氧化硫2.5%、氧气2.5%、二氧化碳9.5%、二氧化氮0.5%；二氧化硫捕集系统选用选择分离层孔径为1μm的疏水改性多孔陶瓷膜管；水分捕集系统选用选择分离层孔径为20nm内涂型多孔陶瓷膜管；通过水分回收系统对捕集水分进行回收、测量；使用电热恒温水箱（4）调节模拟烟气温度至50℃，使用气体减压阀（1）、质量流量控制器（FC）调节模拟烟气流量至10L/min，使用保温水箱（12）、水泵（11）调节冷却水进口温度至16℃、流量至1.5L/min；不同实验工况对应的二氧化硫捕集系统的脱硫效率、水分捕集系统的水分回收量如表3所示：
表3
| 水蒸气体积分数 | 氮气体积分数 | 脱硫效率 | 水分回收量 |
| 6% | 79% | 77.5% | 0.8kg/(m<sup>2</sup>·h) |
| 9% | 76% | 85.7% | 1.4kg/(m<sup>2</sup>·h) |
| 12% | 73% | 90.0% | 1.9kg/(m<sup>2</sup>·h) |
| 15% | 70% | 92.8% | 2.4kg/(m<sup>2</sup>·h) |
实施例四：冷却水流量对脱硫效率、水分回收量的影响
通过烟气模拟系统配制实验所用烟气，模拟烟气各组分体积分数为：水蒸气15%、氮气70%、二氧化硫2.5%、氧气2.5%、二氧化碳9.5%、二氧化氮0.5%；二氧化硫捕集系统选用选择分离层孔径为1μm的疏水改性多孔陶瓷膜管；水分捕集系统选用选择分离层孔径为20nm的内涂型多孔陶瓷膜管；通过水分回收系统对捕集水分进行回收、测量；使用电热恒温水箱（4）调节模拟烟气温度至60℃，使用气体减压阀（1）、质量流量控制器（FC）调节模拟烟气流量至2L/min，使用保温水箱（12）调节冷却水进口温度至16℃，使用水泵（11）调节冷却水流量为0.5L/min~2.5L/min；不同实验工况对应的二氧化硫捕集系统的脱硫效率、水分捕集系统的水分回收量如表4所示：
表4
| 冷却水流量 | 脱硫效率 | 水分回收量 |
| 0.5L/min | 83.4% | 0.99kg/(m<sup>2</sup>·h) |
| 1.5L/min | 93.2% | 1.01kg/(m<sup>2</sup>·h) |
| 2.5L/min | 98.5% | 1.03kg/(m<sup>2</sup>·h) |
实施例五：冷却水进口温度对脱硫效率、水分回收量的影响
通过烟气模拟系统配制实验所用烟气，模拟烟气各组分体积分数为：水蒸气15%、氮气70%、二氧化硫2.5%、氧气2.5%、二氧化碳9.5%、二氧化氮0.5%；二氧化硫捕集系统选用选择分离层孔径为1μm的疏水改性多孔陶瓷膜管；水分捕集系统选用选择分离层孔径为20nm的内涂型多孔陶瓷膜管；通过水分回收系统对捕集水分进行回收、测量；使用电热恒温水箱（4）调节模拟烟气温度至60℃，使用气体减压阀（1）、质量流量控制器（FC）调节模拟烟气流量至4L/min，使用水泵（11）调节冷却水流量至2L/min，使用保温水箱（12）调节冷却水进口温度为15℃~45℃；不同实验工况对应的二氧化硫捕集系统的脱硫效率、水分捕集系统的水分回收量如表5所示：
表5
| 冷却水进口温度 | 脱硫效率 | 水分回收量 |
| 15℃ | 92.5% | 1.8kg/(m<sup>2</sup>·h) |
| 30℃ | 80.2% | 1.7kg/(m<sup>2</sup>·h) |
| 45℃ | 61.9% | 1.6kg/(m<sup>2</sup>·h) |
实施例六：水分捕集系统中内涂型纳米多孔陶瓷膜管的选择分离层孔径对水分回收率的影响
通过烟气模拟系统配制实验所用烟气，模拟烟气各组分体积分数为：水蒸气15%、氮气70%、二氧化硫2.5%、氧气2.5%、二氧化碳9.5%、二氧化氮0.5%；二氧化硫捕集系统选用选择分离层孔径为1μm的疏水改性多孔陶瓷膜管；水分捕集系统选用选择分离层孔径为11nm~50nm的内涂型多孔陶瓷膜管；通过水分回收系统对捕集水分进行回收、测量；使用电热恒温水箱（4）调节模拟烟气温度至50℃，使用气体减压阀（1）、质量流量控制器（FC）调节模拟烟气流量至4L/min，使用保温水箱（12）、水泵（11）调节冷却水进口温度至20℃、流量至2L/min；不同膜管的水分回收率如表6所示：
表6
| 选择分离层孔径 | 水分回收率 |
| 11nm | 55.3% |
| 20nm | 49.8% |
| 30nm | 48.0% |
| 50nm | 46.4% |
本发明基于气体膜分离技术，设计了二氧化硫和水分一体化捕集装置；二氧化硫捕集系统不使用脱硫剂等添加物，在保证一定的脱硫效率的同时，没有石膏液滴等污染物产生，可以较好地改善现有湿法脱硫技术造成的环境问题；水分捕集系统的水分回收率为40%以上；基于实验效果，本装置可以应用于实际火电机组，实现运行工况下二氧化硫和水分的一体化捕集。任何基于该发明构思的技术方案均落入本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种模拟烟气中二氧化硫和水分捕集的实验装置，其特征在于：由四个系统构成，分别是烟气模拟系统、二氧化硫捕集系统、水分捕集系统、水分回收系统，所述的二氧化硫捕集系统选用疏水改性的微米多孔陶瓷膜组件，所述的水分捕集系统选用内涂型纳米多孔陶瓷膜组件。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：烟气模拟系统以N2、SO2、CO2、NO2、O2为气源，一定温度、湿度下的模拟烟气由上述多元气体混合配制而成，气瓶的气体减压阀出口均安装有气体质量流量控制器，精确控制每个气瓶的出气流量；配气系统包含两条气体支路，一条气体支路中，N2通过注水罐加湿，得到氮气与水蒸气的二元混合气体，另一条气体支路中，包含N2、SO2、CO2、NO2、O2的多元混合气体通过缓冲罐中，并最终在气体混合罐中与含有水蒸气的氮气混合；气体混合罐后设置旁路，将不符合实验要求的模拟烟气及时排出。
3.根据权利要求2所述装置，其特征在于：气体混合罐整体采用不锈钢材质制成，其体积为300L~400L，形状是中间部分圆柱体、上下两端半球体，或气体混合罐整体采用圆柱体构型，优选加装半球体的气体混合罐；设计两个进气口以便气体混合均匀，多元混合气体通过一个进气口进入气体混合罐，另一路N2单独通过一个进气口进入；两个进气口均位于混合罐的下端，并且对位分布在混合罐下端，混合气体出口位于混合罐的顶端；气体混合罐底端设计了一个排污阀和一个排污口，保证在实验后能够将混合罐内壁凝结的酸或小水滴排出混合罐；在气体混合罐的外部设计了加热装置，加热装置采取两片式，包裹在混合罐外部，其内部使用绝缘电阻片作为加热元件；两个热电偶放置在混合罐中部的对角处；在气体混合罐的外部设计了温控系统，温控系统的作用是将罐体温度控制在设定值，当罐体温度低于设定值时，加热装置开始工作，当温度达到设定值时，加热装置停止加热，开启保温模式；加热装置通过电源线与温控装置相连，热电偶单独连接温控装置。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述装置，其特征在于：二氧化硫捕集系统包括经过疏水改性的微米多孔陶瓷膜管组成的膜组件；冷却水在疏水膜组件内部流动，其中0.5%~1.5%的水分从膜管内渗出，在膜管外表面形成极薄的致密水膜，水膜厚度不超过0.1mm；模拟烟气纵向流过疏水膜组件，以减少烟气压损；膜组件及其前后相连管路均进行外部保温以避免不必要的冷凝情况出现。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述装置，其特征在于：水分捕集系统前置温湿度变送器，以测定不同实验工况下模拟烟气的温度和湿度；水分捕集系统的膜组件选用内涂型纳米多孔陶瓷膜管，膜管的组成由内至外依次是选择选择分离层、过渡层、支撑体层，膜管的孔径由内至外逐渐增大；烟气在膜管内流动，冷却水在膜管外流动；选择分离层孔径为11nm~50nm；模拟烟气纵向流过膜组件，以减少烟气压损；膜组件及其前后相连管路均进行外部保温以避免不必要的冷凝情况出现。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述装置，其特征在于：水分回收系统包括液体回收瓶与冷阱；液体回收瓶回收液态水，冷阱回收水蒸气；分别测定液体回收瓶和冷阱的水分回收量。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述装置，其特征在于：二氧化硫捕集系统、水分捕集系统还包括提供恒温冷却水的保温水箱；保温水箱中的水位高度为水箱高度的三分之一至三分之二；保温水箱配备有电加热器，电加热器可使水箱内的水保持设定温度。
8.一种基于模拟烟气中二氧化硫和水分捕集装置的实验方法，其特征在于：实验步骤为，
第一步，对实验所用的各种测量仪器进行标定，给出误差修正值以保证实验准确性；
第二步，接通实验台电源，打开水泵及各处阀门，使管路充满水，检查装置气密性，保证各个仪器在正常工作状态；
第三步，实验设备预热30分钟，设置恒温水浴温度，打开保温水箱加热装置至实验设定循环冷却水温度；
第四步，实验管路配制模拟烟气，调节管路中各组分气体的出口流量和温度，待其物性参数稳定后，开始计时；
第五步，计时5分钟后，用烟气分析仪测量二氧化硫捕集系统前后SO2体积分数并记录，记录水分回收系统回收的水量；
第六步，改变实验工况，控制模拟烟气的流量、温度、湿度和冷却水温度、流量，重复上述步骤进行实验；
第七步，实验结束，停止记录数据，关闭配气、测量、冷却水装置、实验台电源及各处阀门，清洗并整理实验仪器。
9.根据权利要求8所述实验方法，其特征在于：氮气纯度大于等于99.95%；气体减压阀进口压力为15MPa，出口压力在0~1.2MPa范围内；气体质量流量控制器最高承压为3MPa；电热恒温水箱额定功率为750W±10%，精度±0.5℃；温湿度变送器的温度测定范围为-70℃~180℃；烟气分析仪测量模拟烟气中SO2的浓度，测量范围为0~5000ppm，精度为±5%，分辨率为1ppm。
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