CN112957867A - 一种陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及烟气水分回收技术领域，尤其是涉及一种陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分的装置，包括高压放电机构、冷却水机构和多个陶瓷膜组件；其中，高压放电机构和多个陶瓷膜组件均沿烟道方向平行布设在烟道的内部，且高压放电机构设置在相邻陶瓷膜组件之间；每个陶瓷膜组件均与冷却水机构连通。当烟气进入烟道后，水蒸气与带电电子发生碰撞从而带上负电，在电场作用下带电水蒸气迁移至陶瓷膜组件膜壁表面，随后进入陶瓷膜组件中发生毛细冷凝；与此同时，烟气中的部分水蒸气同样也会遇冷凝结到陶瓷膜组件膜壁表面，凝结水在陶瓷膜组件内外压力差作用下渗透出陶瓷膜组件。因此，该装置增强了烟气水回收的效率，提高了火电厂水资源利用效率。

Description

一种陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分的装置
技术领域
本发明涉及烟气水分回收技术领域，尤其是涉及一种陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分的装置。
背景技术
在我国，燃煤工业锅炉广泛应用于各种工业生产之中，其每年消耗煤炭约占全国煤炭消耗总量的四分之一左右，产生了大量的二氧化硫和氮氧化物等污染物。而随着环保形势的日益严峻，对工业锅炉烟气的治理也越来越严格。
而为降低排放烟气中SO2的含量，火电厂通常采用湿法脱硫系统，脱硫后烟气湿度增加，烟气处于饱和或过饱和状态。据估算，火电厂单就随烟气排放的水量即可达到11亿吨/年，大量的水蒸气排入大气不仅造成水资源的浪费，而且容易在烟囱出口处形成“白烟”，造成视觉污染。若能回收利用烟气中的水分，不仅可提高火电厂水资源利用率，还可缓解“白色烟羽”等环境问题。
目前，回收烟气水分的方法主要有冷凝法、吸收法和膜法。冷凝法包括接触冷凝和表面冷凝，接触冷凝是指冷却剂直接与烟气接触，通过对流和热传导达到冷凝的目的；表面冷凝是指通过冷却壁传递热量达到冷凝的目的。吸收法包括固体吸附法和液体吸收法，常用的吸附材料包括硅胶、沸石、溴化锂等。膜法是指利用亲水性陶瓷膜进行烟气水分回收。其中，冷凝法是火电厂采用最多的方法，但是冷凝法存在着回收水具有腐蚀性、水质差、后期处理工艺复杂等问题。而吸收法的水回收效率高，出口烟气湿度较低，但吸附剂需要频繁地加热与冷却，能耗较高，而吸收液易产生溶液飞沫，若随空气进入管道后会腐蚀金属。陶瓷膜法具有回收水质好、传热传质并行、工艺流程简单等优点，因此，膜法的发展潜力巨大。
在陶瓷膜法中，烟气流经陶瓷膜时会降温，当烟气温度低于露点温度时会引起水蒸气凝结而形成水雾，再加上脱硫后的烟气常处于过饱和状态，因此，烟气中含有大量水雾。陶瓷膜回收的水分通常是靠近壁表面烟气的水分，而远离壁表面的水蒸气靠浓度梯度迁移到壁表面，由于推动力较小，部分水蒸气还未达到壁表面便随着气流流出陶瓷膜，由此导致烟气水分回收的效率大大降低。
因此，针对上述问题，开发一种陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分的装置，是本领域技术人员亟需解决的一项技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分的装置，该装置增强了烟气水回收的效率，提高了火电厂水资源利用效率。
本发明提供一种陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分的装置，包括高压放电机构、冷却水机构和多个陶瓷膜组件；
其中，所述高压放电机构和多个所述陶瓷膜组件均沿烟道方向平行布设在烟道的内部，且所述高压放电机构设置在相邻所述陶瓷膜组件之间；
每个所述陶瓷膜组件均与所述冷却水机构连通。
进一步，所述高压放电机构包括高压电源、电极和电晕放电组件；
所述电极设置在所述陶瓷膜组件的内部，并与所述高压电源连接；
所述电晕放电组件设置在相邻所述陶瓷膜组件之间，并与所述高压电源连接。
进一步，所述电晕放电组件均包括两条高压电线和垂直设置在所述高压电线之间的多条电晕线；
所述高压电线沿烟道方向平行对称设置在相邻所述陶瓷膜组件之间，且所述高压电线与所述高压电源连接；
所有所述电晕线依次平行设置在所述高压电线之间，且所述电晕线的两端分别与所述高压电线连接。
进一步，沿烟道方向，所述陶瓷膜组件的上下两端分别设置有进水通道和出水通道，所述陶瓷膜组件的内部平行设置有多个膜通道；
所有所述膜通道所在的方向均与所述进水通道、所述出水通道所在的方向相垂直，且所有所述膜通道的两端分别与所述进水通道和所述出水通道连通；
所述进水通道和所述出水通道均与所述冷却水机构连通。
进一步，沿烟道方向，所述电极封装设置在所述陶瓷膜组件上下两端的内部，且靠近所述出水通道的所述电极接地。
进一步，所述陶瓷膜组件的上下两端分别与烟道的内壁密封连接。
进一步，所述陶瓷膜组件自外向内依次包括选择层、过渡层和支撑层。
进一步，所述陶瓷膜组件的表面孔径为5-100nm。
进一步，相邻所述陶瓷膜组件之间的间距为10-100cm。
进一步，所述冷却水机构包括抽吸水泵、进水管和出水管；
所述进水管与所述进水通道连通，所述出水管与所述出水通道连通；
所述抽吸水泵设置在所述出水管所在的管道上。
本发明的陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分的装置，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分装置包括高压放电机构、冷却水机构和多个陶瓷膜组件，其中，高压放电机构设置在相邻陶瓷膜组件之间，并且每个陶瓷膜组件均与冷却水机构连通。冷却水机构可使冷却水充满陶瓷膜组件，同时保持陶瓷膜组件内外具有一定的压力差；而高压放电机构可使空气发生局部电离产生带电电子。当烟气进入烟道后，水蒸气与带电电子发生碰撞从而带上负电，在电场作用下带电水蒸气迁移至陶瓷膜组件膜壁表面，随后进入陶瓷膜组件中发生毛细冷凝；与此同时，烟气中的部分水蒸气同样也会遇冷凝结到陶瓷膜组件膜壁表面，凝结水在陶瓷膜组件内外压力差作用下渗透出陶瓷膜组件。因此，该装置可进一步增强陶瓷膜组件对烟气中水回收的性能，进而增加水资源利用率。
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为本发明陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分装置的结构示意图；
图2为本发明陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分装置的线路示意图；
图3为本发明陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分装置的电晕放电示意图；
图4为本发明陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分装置中陶瓷膜组件的示意图；
图5为本发明陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分装置中陶瓷膜组件的剖面图。
附图标记说明：
1：陶瓷膜组件；2：烟道；3：高压电源；4：电极；5：高压电线；6：电晕线；7：进水通道；8：出水通道；9：膜通道；10：抽吸水泵；11：进水管；12：出水管。
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1-5所示，本发明提供一种陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分的装置，包括高压放电机构、冷却水机构和多个陶瓷膜组件1；其中，所述高压放电机构和多个所述陶瓷膜组件1均沿烟道2方向平行布设在烟道2的内部，且所述高压放电机构设置在相邻所述陶瓷膜组件1之间；每个所述陶瓷膜组件1均与所述冷却水机构连通。
陶瓷膜回收烟气中水分通常是靠近膜壁表面烟气的水分，而远离膜壁表面的水蒸气靠浓度梯度迁移到膜壁表面，由于推动力较小，部分水蒸气未达到膜壁表面便随着气流流出陶瓷膜。为解决该问题，本发明提供的陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分装置包括高压放电机构、冷却水机构和多个陶瓷膜组件1，其中，高压放电机构设置在相邻陶瓷膜组件1之间，并且每个陶瓷膜组件1均与冷却水机构连通。冷却水机构可使冷却水充满陶瓷膜组件1，同时保持陶瓷膜组件1内外具有一定的压力差；而高压放电机构可使空气发生局部电离产生带电电子。当烟气进入烟道2后，水蒸气与带电电子发生碰撞从而带上负电，在电场作用下带电水蒸气迁移至陶瓷膜组件1膜壁表面，随后进入陶瓷膜组件1中发生毛细冷凝，一部分靠近陶瓷膜组件1膜壁面的水蒸气凝结在壁表面，在电晕放电、毛细冷凝和壁冷凝的作用下，陶瓷膜组件1的膜壁面形成一层水膜，防止不凝气体进入陶瓷膜组件1内部；与此同时，烟气中的部分水蒸气同样也会遇冷凝结到陶瓷膜组件1膜壁表面，凝结水在陶瓷膜组件1内外压力差作用下渗透出陶瓷膜组件1，即回收到的烟气水气包括陶瓷膜组件1毛细冷凝的水蒸气以及通过膜壁冷凝的水蒸气。因此，该装置可进一步增强了烟气水回收效率，提供了火电厂水资源利用效率。
在上述技术方案的基础上，进一步，所述高压放电机构包括高压电源3、电极4和电晕放电组件；所述电极4设置在所述陶瓷膜组件1的内部，并与所述高压电源3连接；所述电晕放电组件设置在相邻所述陶瓷膜组件1之间，并与所述高压电源3连接。
具体地，高压放电机构包括高压电源3、电极4和电晕放电组件，其中，电极4设置在陶瓷膜组件1的内部，使陶瓷膜组件1内部导电；电晕放电组件均设置在陶瓷膜组件1之间。当打开高压电源3时，可引起电晕放电组件放电，使水蒸气荷电并在电场的作用下迁移至陶瓷膜组件1，进而进入冷却水机构被回收。其中，高压电源3保持在一定值以及电晕线6牢固、放电性能好，以保证电晕放电的稳定性。
在上述技术方案的基础上，进一步，所述电晕放电组件均包括两条高压电线5和垂直设置在所述高压电线5之间的多条电晕线6；所述高压电线5沿烟道2方向平行对称设置在相邻所述陶瓷膜组件1之间，且所述高压电线5与所述高压电源3连接；所有所述电晕线6依次平行设置在所述高压电线5之间，且所述电晕线6的两端分别与所述高压电线5连接。
在本发明的具体实施例中，电晕放电组件包括两条高压电线5和垂直设置在高压电线5之间的多条电晕线6，其中，两条高压电线5均与高压电源3电连接，每条电晕线6的两端分别与高压电线5电连接。由此，在相邻陶瓷膜组件1之间，高压电源3可使空气发生局部电离产生带电电子，烟气中水蒸气与带电电子碰撞从而带上负电，在陶瓷膜组件1之间的电场作用下，带电水蒸气迁移至陶瓷膜组件1的膜壁表面，进而实现对烟气中水蒸气的回收。
在上述技术方案的基础上，进一步优选地，沿烟道2方向，所述陶瓷膜组件1的上下两端分别设置有进水通道7和出水通道8，所述陶瓷膜组件1的内部平行设置有多个膜通道9；所有所述膜通道9所在的方向均与所述进水通道7、所述出水通道8所在的方向相垂直，且所有所述膜通道9的两端分别与所述进水通道7和所述出水通道8连通；所述进水通道7和所述出水通道8均与所述冷却水机构连通。
具体地，沿烟道2方向，陶瓷膜组件1的上下两端分别设置有进水通道7和出水通道8，分别用于向陶瓷膜组件1中的膜通道9内注水以及回收冷凝水的排出。
在上述优选技术方案的基础上，进一步，沿烟道2方向，所述电极4封装设置在所述陶瓷膜组件1上下两端的内部，且靠近所述出水通道8的所述电极4接地。
在本发明的一个具体实施例中，电极4封装设置在陶瓷膜组件1上下两端的内部，并且靠近出水通道8的电极4接地，在保证陶瓷膜组件1通电的同时保证装置运行的安全性。
在上述优选技术方案的基础上，进一步优选地，所述陶瓷膜组件1的上下两端分别与烟道2的内壁密封连接。
具备地，为保证装置的稳定性，陶瓷膜组件1的上下两端分别通过耐高温的橡皮条与烟道2的内壁密封连接。
在上述优选技术方案的基础上，更为优选地，所述陶瓷膜组件1自外向内依次包括选择层、过渡层和支撑层。
为提高陶瓷膜组件1对烟气中水分回收的效率及效果，陶瓷膜组件1自外向内依次包括选择层、过渡层和支撑层，烟气中的水蒸气在选择层发生毛细冷凝，凝结的水蒸气在压差的作用下依次穿过选择层、过渡层和支撑层，随后进入出水通道8被回收。
为阻止烟气中不凝气体进入陶瓷膜片内部，所述陶瓷膜组件1的表面孔径为5-100nm。
为提高烟气换热效率，降低设备运行成本，相邻所述陶瓷膜组件1之间的间距为10-100cm。
具体地，所述冷却水机构包括抽吸水泵10、进水管11和出水管12；所述进水管11与所述进水通道7连通，所述出水管12与所述出水通道8连通；所述抽吸水泵10设置在所述出水管12所在的管道上。
在本发明的一个具备实施例中，冷却水机构包括抽吸水泵10、水箱、进水管11和出水管12。使用时，开启抽吸水泵10，使冷却水由水箱经进水管11、进水通道7充满陶瓷膜组件1的膜通道9，降低陶瓷膜组件1温度的同时在陶瓷膜组件1内外建立压力差，而凝结的水蒸气在负压作用下渗透到陶瓷膜组件1的内部，并由出水通道8流出，进而实现对烟气中水分的回收。因此，抽吸水泵10可在陶瓷膜组件内外形成微负压，为陶瓷膜组件1提供冷却水的同时，推动凝结的水蒸气渗透出陶瓷膜组件1。
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 (10)

1.一种陶瓷膜协同电晕放电捕获烟气水分的装置，其特征在于，包括高压放电机构、冷却水机构和多个陶瓷膜组件(1)；
其中，所述高压放电机构和多个所述陶瓷膜组件(1)均沿烟道(2)方向平行布设在烟道(2)的内部，且所述高压放电机构设置在相邻所述陶瓷膜组件(1)之间；
每个所述陶瓷膜组件(1)均与所述冷却水机构连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压放电机构包括高压电源(3)、电极(4)和电晕放电组件；
所述电极(4)设置在所述陶瓷膜组件(1)的内部，并与所述高压电源(3)连接；
所述电晕放电组件设置在相邻所述陶瓷膜组件(1)之间，并与所述高压电源(3)连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电晕放电组件包括两条高压电线(5)和垂直设置在所述高压电线(5)之间的多条电晕线(6)；
所述高压电线(5)沿烟道(2)方向平行对称设置在相邻所述陶瓷膜组件(1)之间，且所述高压电线(5)与所述高压电源(3)连接；
所有所述电晕线(6)依次平行设置在所述高压电线(5)之间，且所述电晕线(6)的两端分别与所述高压电线(5)连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，沿烟道(2)方向，所述陶瓷膜组件(1)的上下两端分别设置有进水通道(7)和出水通道(8)，所述陶瓷膜组件(1)的内部平行设置有多个膜通道(9)；
所有所述膜通道(9)所在的方向均与所述进水通道(7)、所述出水通道(8)所在的方向相垂直，且所有所述膜通道(9)的两端分别与所述进水通道(7)和所述出水通道(8)连通；
所述进水通道(7)和所述出水通道(8)均与所述冷却水机构连通。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，沿烟道(2)方向，所述电极(4)封装设置在所述陶瓷膜组件(1)上下两端的内部，且靠近所述出水通道(8)的所述电极(4)接地。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述陶瓷膜组件(1)的上下两端分别与烟道(2)的内壁密封连接。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述陶瓷膜组件(1)自外向内依次包括选择层、过渡层和支撑层。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述陶瓷膜组件(1)的表面孔径为5-100nm。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，相邻所述陶瓷膜组件(1)之间的间距为10-100cm。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述冷却水机构包括抽吸水泵(10)、进水管(11)和出水管(12)；
所述进水管(11)与所述进水通道(7)连通，所述出水管(12)与所述出水通道(8)连通；
所述抽吸水泵(10)设置在所述出水管(12)所在的管道上。
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