CN111561706B - 一种一体式气体除液及水热回收装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种一体式气体除液及水热回收装置,包括冷却水入口管口、冷却水入口水室、若干折流板式中空膜片、两块侧板、冷却水出口水室和冷却水出口管口;所述冷却水入口水室和所述冷却水出口水室相对设置,两块所述侧板相对设置,且所述侧板一端与所述冷却水入口水室连接,另一端与所述冷却水出口水室连接;若干所述折流板式中空膜片的两端分别与所述冷却水入口水室及所述冷却水出口水室密封连接。本发明还提供了一种基于上述装置的气体除液及水热回收方法。本发明用单个装置实现气体除液和水热回收功能,装置结构简单、投资小、系统运行维护费用低、除液效率高,回收水水质好。
Description
技术领域
本发明涉及工业节水、节能技术领域,尤其是涉及一种一体式气体除液及水热回收装置与方法。
背景技术
工业生产过程中会产生大量的高湿含液气体,比较典型的就是经湿法脱硫装置处理后的烟气,其中还有大量的液滴和水分,其中携带的液滴约30mg/m3~75mg/m3,水分含量65g/kg~150g/kg,烟气温度45℃~60℃。脱硫后烟气携带的液滴中含有大量的溶解盐和超细颗粒物,排入大气造成了环境污染;烟气中的水分携带了大量的汽化潜热,排入大气后造成了水资源和余热资源的浪费;高湿烟气排放到温度较低的大气环境中后,水气凝结成雾滴悬浮在空气中,形成“白烟”现象,产生视觉污染。若能将高湿烟气中液滴及水气同时高效、高质捕集并实现热量回收利用,将为烟气除液及工业生产节水、节能提供一个新的方法。
目前工业生产中的烟气除液和水热回收过程是相互独立的,常用的方法为:首先利用多级除雾器捕集液滴,然后利用表面式烟气冷凝器使烟气降温,烟气中的水分冷凝后回收。
烟气除液通常采用三级折流板式除雾器。该种除雾器工作时,烟气中的液滴依靠惯性力从烟气中分离,90%以上的液滴被前两级除雾器捕集,第三级除雾器的液滴捕集量很小,除雾器板面不能形成连续的液膜,液滴撞击到无液膜覆盖的除雾器板面后易发生反弹逃逸,因此第三级除雾器对液滴的捕集率较低。
烟气中的水热回收通常采用冷凝法。该种方法利用表面式烟气冷凝器降低烟气温度,使其达到露点温度之下,烟气中的水分在冷凝器表面冷凝后回收。冷凝过程中,烟气中含有的溶解盐和超细颗粒物等物质也进入冷凝液中,因此回收水质差,利用价值低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于折流板式中空膜的一体式气体除液及水热回收装置与方法,同时实现气体除液和水热回收,可将气体中的液滴含量降至20mg/m3以下,水回收率达40%以上。本发明可以用单个装置实现气体除液和水热回收,结构简单、投资小、运行维护费用低且回收水水质好。
本发明提供一种一体式气体除液及水热回收装置,包括冷却水入口管口、冷却水入口水室、若干折流板式中空膜片、两块侧板、冷却水出口水室和冷却水出口管口;所述冷却水入口水室和所述冷却水出口水室相对设置,两块所述侧板相对设置,且所述侧板一端与所述冷却水入口水室连接,另一端与所述冷却水出口水室连接;若干所述折流板式中空膜片的两端分别与所述冷却水入口水室及所述冷却水出口水室密封连接,且若干所述折流板式中空膜片等间距设置;所述冷却水入口管口设置在所述冷却水入口水室上,所述冷却水出口管口设置在所述冷却水出口水室上。
优选的,所述折流板式中空膜片包括:带有弧度的中间部分和平直的两端部分,所述中间部分与所述两端部分平滑连接。
优选的,所述折流板式中空膜片为双层结构,外层为亲水膜层,内层为支撑层。
优选的,所述亲水膜层的膜孔径为10nm-200nm。
优选的,所述支撑层为含有若干微孔通道的多孔结构,且所述支撑层内还有若干水通道;所述水通道之间被所述支撑层隔开。
优选的,所述水通道的总通流面积占所述折流板式中空膜片横截面积的10%-50%。
本发明还提供一种基于上述装置的一体式气体除液及水热回收方法:
当装置运行时,含有液滴和水分的气体流过若干所述折流板式中空膜片之间的弯曲流道,气体中的水分向所述折流板式中空膜片外表面扩散;低温冷却水通过所述冷却水入口管口进入所述冷却水入口水室,并通过所述折流板式中空膜片内的所述水通道汇流至所述冷却水出口水室,由于低温冷却水的注入,使所述折流板式中空膜片表面呈低温状态,水分会在所述折流板式中空膜片外表面凝结,形成冷凝水膜;气体中的液滴在所述折流板式中空膜片之间的弯曲流道内流动时,由于惯性力的作用,液滴撞击到所述折流板式中空膜片表面的冷凝水膜,并被冷凝水膜捕获,从而实现了气体除液;在所述折流板式中空膜片内侧和外侧的介质压差以及毛细冷凝的作用下,凝结水透过所述亲水膜层和所述支撑层的微孔通道进入冷却水侧,最后在负压抽吸的作用下经所述冷却水出口管口引出,从而实现了水回收;伴随着水分从气体侧向冷却水侧的转移,气体中的一部分显热和水蒸气冷凝释放的潜热通过热交换转移到了渗透侧的冷却水中被带走,从而实现了热回收;由于所述亲水膜层的膜孔内充满了冷凝水,气体中的不凝气体以及灰尘污染物无法通过所述亲水膜层,回收水水质好。
优选的,所述折流板式中空膜片内冷却水的压力为-0.1MPa~-0.01MPa。
优选的,所述低温冷却水的温度为15℃至30℃。
与现有技术相比,本发明一体式气体除液及水热回收装置的有益效果是:由于采用了折流板式中空膜,且在其水通道中引入低温冷却水,使折流板式中空膜片表面呈低温状态,气体中的水分会在折流板式中空膜片外表面凝结并形成冷凝水膜;气体中的液滴在折流板式中空膜片之间的弯曲流道内流动时,在惯性力的作用下撞击到折流板式中空膜片表面的冷凝水膜,并被其捕获,从而实现了气体除液;折流板式中空膜外表面的冷凝水在膜内侧和外侧的介质压差以及毛细冷凝的作用下进入折流板式中空膜片之间的水通道,最后在负压抽吸作用下引出回收,从而实现水回收。气体中的一部分显热和水蒸气冷凝释放的潜热通过热交换转移到了渗透侧的冷却水中被带走,从而实现热回收。单个装置实现了气体除液和水热回收双重功能,装置结构简单、投资小、系统运行维护费用低、除液效率高,回收水水质好。
本发明一体式气体除液及水热回收方法的有益效果是集除液、收水和热量回收于一体,气体经过除液和水热回收后,温度降低8℃-10℃,水分含量降低40%,出口处气体中的液滴含量降至20mg/m3以下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种气体除液及水热回收装置结构示意图;
图2为本发明实施例折流板式中空膜片结构示意图。
附图标记说明:
1:冷却水入口管口;2:冷却水入口水室;3:折流板式中空膜片;4:侧板;5:冷却水出口水室;6:冷却水出口管口;7:亲水膜层;8:支撑层;9:水通道。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语"第一"、"第二"仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中,"多个"的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。此外,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示,本发明提供了一种一体式气体除液及水热回收装置,包括冷却水入口管口1、冷却水入口水室2、若干折流板式中空膜片3、两块侧板4、冷却水出口水室5和冷却水出口管口6;冷却水入口水室2和冷却水出口水室5相对设置,两块侧板4相对设置,且每块侧板4一端与冷却水入口水室2连接,另一端与冷却水出口水室5连接;若干折流板式中空膜片3的两端分别与冷却水入口水室2及冷却水出口水室5密封连接,且若干折流板式中空膜片3等间距设置;冷却水入口管口1设置在所述冷却水入口水室2上,冷却水出口管口6设置在所述冷却水出口水室5上。冷却水入口管口1的管径为5厘米至20厘米,本实施例中优选的冷却水入口管口1管径为10厘米。冷却水出口管口6的管径为5厘米至20厘米,本实施例中优选的冷却水出口管口6管径为10厘米。
如图2所示,在一个更优选实施例中,折流板式中空膜片3包括:带有弧度的中间部分和平直的两端部分,中间部分与两端部分平滑连接。由于折流板式中空膜片3中间部分带有弧度,烟气中的液滴在相邻折流板式中空膜片3之间的弯曲通道内流动过程中,由于惯性的作用,液滴撞击到折流板式中空膜片3的表面的液膜层,并被冷凝液膜捕获,可大幅提高液滴的捕集率。
如图2所示,在一个更优选实施例中,折流板式中空膜片3为双层结构,外层为亲水膜层7,内层为支撑层8;支撑层8为含有若干微孔通道的多孔结构,且支撑层8内还有若干水通道9;水通道9之间被支撑层8隔开。水通道9的总通流面积占折流板式中空膜片3横截面积的10%至50%。本实施例中,水通道9优选的总通流面积为折流板式中空膜片3横截面积的30%。亲水膜层7的膜孔径为10nm-200nm。本实施例中优选的膜孔径为100nm。相邻折流板式中空膜片3的间距为10mm-100mm。本实施例中优选的间距为50mm。
本发明还提供了一种基于上述装置的一体式气体除液及水热回收方法:
当装置运行时,含有液滴和水分的烟气流过若干折流板式中空膜片3之间的弯曲流道,水分向折流板式中空膜片3外表面扩散;低温冷却水通过冷却水入口管口1进入冷却水入口水室2,并通过折流板式中空膜片3内的水通道9汇流至冷却水出口水室5,由于低温冷却水的注入,使折流板式中空膜片3表面呈低温状态,水分会在折流板式中空膜片3外表面凝结,形成冷凝水膜;在折流板式中空膜片3内侧和外侧的介质压差以及毛细冷凝的作用下,凝结水透过亲水膜层7和支撑层8的微孔通道进入冷却水侧,最后在负压抽吸的作用下经冷却水出口管口6引出;伴随着水分从烟气侧向冷却水侧的转移,烟气中的一部分显热和水蒸气冷凝释放的潜热通过热交换转移到了渗透侧的冷却水中被带走,从而实现水热回收;由于亲水膜层7的膜孔径仅为10nm~200nm,烟气中的不凝气体以及灰尘污染物无法通过亲水膜层7。
在一个更优选实施例中,折流板式中空膜片3内冷却水的压力为-0.1MPa~-0.01MPa。本实施例中优选的冷却水压力为-0.05MPa。
在一个更优选实施例中,低温冷却水的温度为15℃至30℃。
以湿法脱硫出口的烟气为例,湿法脱硫后的烟气温度为45℃~60℃,压力为-500Pa~500Pa,烟气中的液滴含量30mg/m3~75mg/m3,水分含量65g/kg~150g/kg。装置运行时,烟气以1m/s~6m/s的速度通过折流板式中空膜片3之间的弯曲流道,温度为15℃~30℃的低温冷却水通过冷却水入口管口1进入冷却水入口水室2,并通过折流板式中空膜片3内的水通道9汇流至冷却水出口水室5,最后在负压抽吸的作用下经冷却水出口管口6引出,折流板式中空膜片3内冷却水的压力为-0.1MPa~-0.01MPa。
含有液滴和水分的烟气流过折流板式中空膜片3之间的弯曲流道的过程中,水分向折流板式中空膜片3的外表面扩散,遇到亲水膜层7后凝结,并在亲水膜层7上形成一层冷凝水膜,在折流板式中空膜片3内、外侧介质压差以及毛细冷凝的作用下,凝结水透过亲水膜层7和支撑层8的微孔通道进入冷却水侧,伴随着水分从烟气侧向冷却水侧的转移,烟气中的一部分显热和水蒸气冷凝释放的潜热通过热交换转移到了渗透侧的冷却水中被带走,从而实现水热回收。烟气通过装置后温度降低8℃~10℃,水分含量降低40%。在此过程中,由于折流板式中空膜片3的亲水膜层7的孔径仅为10nm~200nm,且在毛细冷凝的作用下,微孔被冷凝水充满,因此烟气中的不凝气体(如SOx,NOx)以及灰尘污染物无法通过膜层,因此回收水的品质高,可直接回收利用。同时,烟气中的液滴在折流板式中空膜片3之间的弯曲流道内流动过程中,由于惯性力的作用,液滴撞击到折流板式中空膜片3表面的液膜层,并被膜表面的冷凝液膜捕获,可大幅提高液滴的捕集率,出口烟气中的液滴含量可降至20mg/m3。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种一体式气体除液及水热回收装置,其特征在于,包括冷却水入口管口(1)、冷却水入口水室(2)、若干折流板式中空膜片(3)、两块侧板(4)、冷却水出口水室(5)和冷却水出口管口(6);所述冷却水入口水室(2)和所述冷却水出口水室(5)相对设置,两块所述侧板(4)相对设置,且所述侧板(4)一端与所述冷却水入口水室(2)连接,另一端与所述冷却水出口水室(5)连接;若干所述折流板式中空膜片(3)的两端分别与所述冷却水入口水室(2)及所述冷却水出口水室(5)密封连接,且若干所述折流板式中空膜片(3)等间距设置;所述冷却水入口管口(1)设置在所述冷却水入口水室(2)上,所述冷却水出口管口(6)设置在所述冷却水出口水室(5)上;
所述折流板式中空膜片(3)包括:带有弧度的中间部分和平直的两端部分,所述中间部分与所述两端部分平滑连接;
所述折流板式中空膜片(3)为双层结构,外层为亲水膜层(7),内层为支撑层(8);
所述亲水膜层(7)的膜孔径为10nm-200nm;
所述支撑层(8)为含有若干微孔通道的多孔结构,且所述支撑层(8)内还有若干水通道(9);所述水通道(9)之间被所述支撑层(8)隔开;
所述水通道(9)的总通流面积占所述折流板式中空膜片(3)横截面积的10%-50%。
2.一种利用权利要求1所述装置的一体式气体除液及水热回收方法,其特征在于:
当装置运行时,含有液滴和水分的气体流过若干所述折流板式中空膜片(3)之间的弯曲流道,水分向所述折流板式中空膜片(3)外表面扩散;低温冷却水通过所述冷却水入口管口(1)进入所述冷却水入口水室(2),并通过所述折流板式中空膜片(3)内的所述水通道(9)汇流至所述冷却水出口水室(5),由于低温冷却水的注入,使所述折流板式中空膜片(3)表面呈低温状态,气体中的水分会在所述折流板式中空膜片(3)外表面凝结,形成冷凝水膜;气体中的液滴在所述折流板式中空膜片(3)之间的弯曲流道内流动时,由于惯性力的作用,液滴撞击到所述折流板式中空膜片(3)表面的冷凝水膜,并被冷凝水膜捕获,从而实现了气体除液;在所述折流板式中空膜片(3)内侧和外侧的介质压差以及毛细冷凝的作用下,凝结水透过所述亲水膜层(7)和所述支撑层(8)的微孔通道进入冷却水侧,最后在负压抽吸的作用下经所述冷却水出口管口(6)引出,从而实现了水回收;伴随着水分从气体侧向冷却水侧的转移,气体中的一部分显热和水蒸气冷凝释放的潜热通过热交换转移到了渗透侧的冷却水中被带走,从而实现了热回收;由于所述亲水膜层(7)的膜孔内充满了冷凝水,气体中的不凝气体以及灰尘污染物无法通过所述亲水膜层(7),回收水水质好。
3.根据权利要求2所述的一体式气体除液及水热回收方法,其特征在于,所述折流板式中空膜片(3)内冷却水的压力为-0.1MPa~-0.01MPa。
4.根据权利要求2所述的一体式气体除液及水热回收方法,其特征在于,所述低温冷却水的温度为15℃至30℃。
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CN111561706A (zh) | 2020-08-21 |
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