CN114225589A - 一种基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置及方法 - Google Patents

一种基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置及方法。该一体化装置包括依次连通的入水室、亲水性中空纤维膜组件和出水室。本发明通过选用亲水性中空纤维膜组件，并设计若干个特定的水流通道使得冷却水以蛇形方式流动，可高效回收烟气中的水分和余热，同时实现污染物的脱除；本发明的一体化装置占地面积小，结构简单，可在烟气管道中安装布置。

Description

一种基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收 一体化装置及方法
技术领域
本发明属于燃煤火电厂节能减排领域，更具体地，涉及一种基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置及方法。
背景技术
在我国电力结构中，燃煤火力发电一直占据着重要地位。火力行业每年都消耗着大量煤炭和工业用水，据统计，火电消耗的原煤量占煤炭消费总量的50％左右，用水量最高占到工业用水总量的40％左右。因此为解决能源和水资源紧缺问题，进一步挖掘火电机组的节能节水潜力非常必要。目前燃煤机组通常采用湿法脱硫技术，在脱硫过程中大量水分蒸发，烟气经脱硫塔后温度大约降低到50℃，烟气的相对湿度大于99.9％。以300MW机组为例，脱硫后烟气携带水分超过100t/h，排烟损失占锅炉系统总损失的50％以上，烟气中水蒸气潜热比例由37％升高至75％。为避免尾部烟道腐蚀以及减轻烟羽现象，烟气通常需要再热到80℃以上后排放，不仅没有有效回收烟气中的余热和水蒸气，反而消耗了一部分能量，造成了严重的热量和水资源浪费。此外，烟气中还含有大量的细微颗粒物、石膏液滴等污染物，它们直接被排放到大气中，会对周围环境造成污染。
目前的烟气热湿回收技术中，膜分离法因其回收水质高、设备简单可靠、运行成本低等优点受到广泛的关注。当前膜分离法主要采用的是多孔陶瓷膜技术，水蒸气在多孔陶瓷膜孔内毛细冷凝并完成水分输运，水蒸气输运通量及分离比高，回收水质好，但是存在几个不可忽视且比较棘手的问题：1)电厂烟气排放量高，因此工程应用中需要的膜面积非常大，而陶瓷膜本身制备成本高，导致陶瓷膜组件的投资成本极大(陶瓷膜的单位膜面积成本通常是有机膜的100倍以上)；2)陶瓷膜的导热率低且管壁较厚(通常大于2mm)，使得陶瓷膜的热阻较高，因此陶瓷膜组件的换热性能较差(水回收率和热回收率均小于10％)；3)陶瓷膜的管径较大(外径通常大于10mm)，填充率较低，导致设备体积大，在有限的烟道空间内难以安装布置；4)电厂烟气中含有大量的灰尘颗粒、石膏液滴以及气溶胶等污染物，需要在陶瓷膜组件前安装污染物捕集装置，以减缓陶瓷膜表面的结垢。
专利CN212390392U公开了一种烟气水热回收装置，通过多层平行错列布置的陶瓷膜部件来实现烟气中水和热的回收；但其仍存在成本大、换热性能较差、难以在烟道中安装布置及需要在陶瓷膜组件前安装污染物捕集装置，以减缓陶瓷膜表面的结垢的问题。
因此，开发一种新的水热回收装置以实现水和热的高效回收、成本低，占地面积小及可高效脱除烟气中的多种污染物，具有重要的研究意义和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷或不足，提供一种基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置。本发明提供的一体化装置可实现水分和热的同步回收，成本低，占地面积小，可在烟道中安装布置；且可实现烟气中多种污染物的脱除。
本发明的另一目的在于提供一种烟气中污染物脱除、水分及余热回收的方法。
为实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置，包括依次连通的入水室、亲水性中空纤维膜组件和出水室；所述亲水性中空纤维膜组件横向排布，且两端分别连通有第一水流通道组件和第二水流通道组件，第一水流通道组件和第二水流通道组件均具有若干条间隔设置的水流通道，每条水流通道均与亲水性中空纤维膜组件相连通，第一水流通道组件中相邻水流通道的间隔处的位置与第二水流通道组件中相邻水流通道的间隔处的位置沿亲水性中空纤维膜组件横向排布方向错开设置。
本发明所指的污染物是电厂烟气中含有的灰尘颗粒、石膏液滴以及气溶胶。
本发明为高效脱除电厂烟气中含有的灰尘颗粒、石膏液滴以及气溶胶污染物，利用亲水性中空纤维膜组件作为膜组件，成本低廉，填充率高，热阻小，具有较好的热交换效果，使得整个一体化装置占地面积小，结构简单，可在烟气管道中安装布置。
并且，本发明的发明人研究发现，当烟气横掠过亲水性中空纤维膜组件，烟气温度迅速降低，有利于烟气中的细微颗粒物、气溶胶、石膏液滴等在湿润的亲水性中空纤维膜表面黏附并积聚长大形成污垢。且由于中空纤维膜具有柔性，在烟气横掠过程中会不断晃动，导致中空纤维膜表面污垢脱落，实现污染物的脱除；同时烟气中的水蒸气会在亲水性中空纤维膜表面冷凝并渗入到水侧，实现水分的回收；烟气中的显热及凝结潜热传递至冷却水后实现余热回收。
另外，亲水性中空纤维膜组件的两端分别设于有第一水流通道组件和第二水流通道组件，且第一水流通道组件中的水流通道和第二水流通道组件中的水流通道均是不连通，使得冷却水从亲水性中空纤维膜组件流向第一水流通道组件的某一条水流通道时，水流无法直达出水室，而必须沿着亲水性中空纤维膜组件回流并进入另一端的某一条水流通道中，依次循环往复，最终以蛇形的方式流入出水室，可以进一步提高水回收率和热回收率。
具体地，污染物脱除、水分及余热回收的过程如下：向入水室通入冷却水，冷却水以蛇形流动方式流经亲水性中空纤维膜组件，然后流入出水室中。烟气以垂直于亲水性中空纤维膜组件的流向横掠过亲水性中空纤维膜组件。在烟气与亲水性中空纤维膜组件接触的过程中，烟气中的水蒸气会在亲水性中空纤维膜表面冷凝并渗入到水侧，实现水分的回收；烟气中的显热及凝结潜热传递至冷却水后实现余热回收；烟气中的细微颗粒物、气溶胶、石膏液滴等在湿润的亲水性中空纤维膜表面黏附并积聚长大形成污垢，经晃动后脱落。具体指标如下：
细微颗粒排放浓度＜1mg/m3；
气溶胶的脱除率＞98％；
石膏液滴的脱除率＞98％；
水分回收率＞40％；
热回收率＞40％。
即本发明通过选用亲水性中空纤维膜组件，并设计若干个特定的水流通道使得冷却水以蛇形方式流动，可高效回收烟气中的水分和余热，同时实现污染物的脱除；本发明的一体化装置占地面积小，结构简单，可在烟气管道中安装布置。
根据上述技术方案，还包括上支撑板、下支撑板、左侧板和右侧板；所述亲水性中空纤维膜组件固设在上支撑板和下支撑板之间，且固设在左侧板和右侧板之间；所述入水室、亲水性中空纤维膜组件和出水室依次平行排布并通过侧板隔开设置；
根据上述技术方案，所述第一水流通道组件通过第一隔板间隔为若干条水流通道；所述第二水流通道组件通过第二隔板间隔为若干条水流通道；第一隔板和第二隔板的位置沿亲水性中空纤维膜组件(7)横向排布方向错开设置。
具体地，所述第一水流通道组件内设有若干个第一隔板将第一水流通道组件间隔成若干条水流通道，第二水流通道组件内设有若干个第二隔板将第二水流通道组件间隔成若干条水流通道，隔板的位置不同。当通入冷却水时，冷却水从入水室经亲水性中空纤维膜组件流入一端的某一条水流通道中，由于该水流通道与相邻的水流通道被间隔板隔开不连通，故冷却水会沿着亲水性中空纤维膜组件往回流，流至另一端的某一条水流通道，同样由于水流通道与相邻的水流通道被间隔板隔开不连通，故冷却水会继续回流，循环往复后流入出水室中，形成蛇形流动方式。
根据上述技术方案，所述入水室与入水口相连通；所述出水室与出水口相连通；所述亲水性中空纤维膜组件下部设有污水室；所述污水室设有与外界连通的排污管道。
在烟气与亲水性中空纤维膜组件接触的过程中，烟气中的水蒸气会在左右侧板表面冷凝，冷凝水与污染物一同掉落到污水室中。
根据上述技术方案，所述亲水性中空纤维膜组件包括800～1000根亲水性中空纤维膜管；所述亲水性中空纤维膜管的直径为1～2mm，中空纤维膜壁厚为0.1～0.3mm，膜管孔径为0.1～10μm，接触角小于80°。
根据上述技术方案，所述亲水性中空纤维膜组件的亲水性中空纤维膜管制备方法包括：将原材料输送到双螺杆挤压机熔融混合均匀、并熔融纺丝，挤出机的熔融温度为240～245℃；原材料为PP、PE切片及纳米碳化硅粉、成孔剂、分散剂、增容剂和偶联剂，且原材料按重量份数计分别为：PP切片35-40份、PE切片40-45份、纳米碳化硅粉10-20份、成孔剂1-6、分散剂1-3、增容剂1-3份和偶联剂1-3份。
根据上述技术方案，亲水性中空纤维膜管制备方法还包括：将熔融纺制的亲水性中空纤维膜管放置入溶剂中浸泡洗涤，去除表面残留的溶液和成孔剂，再将亲水性中空纤维膜管放置入碱性溶剂中浸泡，后将亲水性中空纤维膜管浸泡入亲水性含硅化合物改性溶液中进行接枝改性。
本发明的亲水性中空纤维膜组件采用亲水改性的方法制备，进行了二次亲水改性，提高了亲水性中空纤维膜丝的亲水性能、拉伸断裂强度和膜的抗压强度。
根据上述技术方案，所述溶剂为极性溶剂，可以是甲醇、乙醇、异丙醇等醇类、或是二氯甲烷、二氯乙烷等氯代烃类中的一种或几种。
根据上述技术方案，所述碱性溶剂为氢氧化钠溶液或是含羟基的溶液中的一种或几种。
根据上述技术方案，亲水性含硅化合物改性溶液为硅酸钠、硅酸钾、正硅酸乙酯、氨丙基三乙氧基硅烷等中的一种或几种。
根据上述技术方案，所述亲水性含硅化合物改性溶液的质量浓度为10～50g/L。
并且，本发明还采用一种烟气中污染物脱除、水分及余热回收的方法，利用上述基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置对烟气进行处理，包括如下步骤：
(1)冷却水流程：冷却水从入水室流入，经亲水性中空纤维膜组件后到达第一水流通道组件，再沿相反方向经过亲水性中空纤维膜组件到达第二水流通道组件的水流通道，如此反复若干次后从出水室流出，这种流程方式可以减小烟气流动过程中沿中空纤维管方向的温度和湿度不均匀性，有效提升水分和余热回收性能；
(2)烟气流程：烟气从出水室旁的烟气入口流入，从烟气出口流出；烟气在横掠亲水性中空纤维膜组件过程中会导致烟气温度的降低，烟气中含有的灰尘颗粒、石膏液滴以及气溶胶污染物会因此发生形核、长大并黏附在中空纤维膜表面，同时，亲水性中空纤维膜受到烟气曳力作用呈周期性振荡，导致亲水性中空纤维膜表面粘附的污染物在振荡过程中不断脱落、进入污水室并从排污管道排出。同时烟气中的水蒸气会在亲水性中空纤维膜表面冷凝并渗入到水侧，实现水分的回收。烟气中的显热及凝结潜热传递至冷却水后实现余热回收。
根据上述技术方案，步骤还包括：在烟气出口设置污染物监测装置，当烟气中的污染物含量达标，将烟气排放进入后续工艺流程；当污染物不达标，将出口烟气返回至烟气入口处进行二次脱除处理，并增加冷却水流量，提高污染物形核和长大速率，加快污染物脱除；其中，污染物监测指标满足数学拟合模型：Sr＝F(C，D，A，Zc，Zd，Za)，式中，C为灰尘颗粒浓度，D为石膏液滴浓度，A为气溶胶浓度，Zc为灰尘颗粒排放标准值，Zd为灰尘颗粒排放标准值，Za为灰尘颗粒排放标准值。
根据上述技术方案，步骤还包括：监测冷却水进口和出口流量，当出口流量低于入口流量时，进行报警检修，更换发生破裂的纤维膜管。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过选用亲水性中空纤维膜组件，并设计特定的水流通道使得冷却水以蛇形方式流动，可高效回收烟气中的水分和余热，同时实现电厂烟气中含有的灰尘颗粒、石膏液滴以及气溶胶污染物的脱除；本发明的一体化装置占地面积小，结构简单，可在烟气管道中安装布置，在提高脱除效率和水回收效率的同时，节约了工程设备成本，具有较大的工程实践意义；本发明的亲水性中空纤维膜组件采用亲水改性的方法制备，提高了亲水性中空纤维膜管的亲水性能。
附图说明
图1为实施例1提供的一体化装置的结构示意图；
图2为实施例1提供的一体化装置的剖面图(俯视)；
图3为实施例1提供的一体化装置的另一剖面图(正视)；
图4为错流布置陶瓷膜方案的结构示意图(俯视)；
图5为错流布置中空纤维膜方案的结构示意图(俯视)；
图6为错流+准顺流布置中空纤维膜方案的结构示意图(俯视)；
其中，1为第一水流通道组件，2为第一隔板，3为冷却水出水，4为出水口，5为出水室、6为左侧板、7为亲水性中空纤维膜组件，8为待处理烟气，9为右侧板、10为第二水流通道组件，11为第二隔板，12为冷却水进水，13为入水口，14为入水室，15为处理后的烟气，16为排污管道，17为污水室，18为下支撑板，19为上支撑板；20为陶瓷膜。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要说明的是，当原件被称为“设于”、“安设于”另一元件，它既可以直接在另一元件上，也可以存在居中的元件。当一个元件认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或可能同时存在居中元件。本本发明所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
实施例1
本实施例提供一种基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置(记为“错流+准逆流布置中空纤维膜”方案)，污染物是电厂烟气中含有的灰尘颗粒、石膏液滴以及气溶胶，如图1～3，包括依次连通的入水室14、亲水性中空纤维膜组件7和出水室5；亲水性中空纤维膜组件7横向排布，且两端分别设有第一水流通道组件1和第二水流通道组件10，第一水流通道组件1和第二水流通道组件10均具有若干条间隔设置的水流通道，每条水流通道均与亲水性中空纤维膜组件相连通，第一水流通道组件1中相邻水流通道的间隔处的位置与第二水流通道组件10中相邻水流通道的间隔处的位置沿亲水性中空纤维膜组件7横向排布方向错开设置(即垂直于横向的方向)。还包括水平平行设置的上支撑板19、下支撑板18，及竖直平行设置的左侧板6和右侧板9，亲水性中空纤维膜组件7固设于上支撑板19和下支撑板18之间，且固设在左侧板6和右侧板9之间，入水室14、亲水性中空纤维膜组件7和出水室5依次平行排布并通过侧板隔开设置；亲水性中空纤维膜组件7横向设置。亲水性中空纤维膜组件7的右侧后部设有入水室14，入水室14与入水口13相连通。亲水性中空纤维膜组件7的左侧前部设有出水室5，出水室5与出水口4相连通。入水室14与亲水性中空纤维膜组件7的后部端口相连通，出水室5与亲水性中空纤维膜组件7的前部端口相连通。
入水室14的前部设有与亲水性中空纤维膜组件7前部齐平的第二水流通道组件10，第二水流通道组件10被第二分隔板11均匀地分隔为若干条水流通道(例如3个)；出水室5的后部设有与亲水性中空纤维膜组件7后部齐平的第一水流通道组件1；第一水流通道组件1被第一分隔板2均匀地分隔为若干条水流通道(例如3个)，第一分隔板2和第二分隔板11错列排布(水平位置不同，且对应的第一分隔板2和第二分隔板11的间隔等距)。入水室14、亲水性中空纤维膜组件7和出水室5依次连通；亲水性中空纤维膜组件7与各水流通道均连通。亲水性中空纤维膜组件7与出水室5和第一水流通道组件1间通过左侧板6隔开，与入水室14和第二水流通道组件10通过右侧板9隔开。
该一体化装置还包括设于亲水性中空纤维膜组件7下部的污水室17，污水室17设有与外界连通的排污管道16。
亲水性中空纤维膜组件7包括800～1000根亲水性中空纤维膜管，亲水性中空纤维膜管横向平行排布；亲水性中空纤维膜管的直径为1～2mm，中空纤维膜壁厚为0.1～0.3mm，膜管孔径为0.1～10μm，接触角小于80°。亲水性中空纤维膜组件7的亲水性中空纤维膜管制备方法包括：将原材料输送到双螺杆挤压机熔融混合均匀、并熔融纺丝，挤出机的熔融温度为240～245℃；原材料为PP、PE切片及纳米碳化硅粉、成孔剂、分散剂、增容剂和偶联剂，且原材料按重量份数计分别为：PP切片35-40份、PE切片40-45份、纳米碳化硅粉10-20份、成孔剂1-6、分散剂1-3、增容剂1-3份和偶联剂1-3份。亲水性中空纤维膜管制备方法还包括：将熔融纺制的亲水性中空纤维膜管放置入溶剂中浸泡洗涤，去除表面残留的溶液和成孔剂，再将亲水性中空纤维膜管放置入碱性溶剂中浸泡，后将亲水性中空纤维膜管浸泡入亲水性含硅化合物改性溶液中进行接枝改性。
具体的，在本实施例中，亲水性中空纤维膜组件7包括900根亲水性中空纤维膜管；亲水性中空纤维膜管的直径为1.5mm，中空纤维膜壁厚为0.2mm，膜管孔径为2μm，接触角为20.2°。该亲水性中空纤维膜组件7的亲水性中空纤维膜管制备方法包括：(1)将原材料输送到双螺杆挤压机熔融混合均匀、并熔融纺丝，挤出机的熔融温度为245℃；原材料为PP、PE切片及纳米碳化硅粉、成孔剂、分散剂、增容剂和偶联剂，且原材料按重量份数计分别为：PP切片40份、PE切片43份、纳米碳化硅粉10份、成孔剂2份、分散剂1份、增容剂1份和偶联剂3份。(2)将熔融纺制的亲水性中空纤维膜管放置入溶剂(可以是甲醇、乙醇、异丙醇等醇类、或是二氯甲烷、二氯乙烷等氯代烃类中的一种或几种极性溶剂，在本实施例中以二氯甲烷作为溶剂)中浸泡洗涤，去除表面残留的溶液和成孔剂，再将亲水性中空纤维膜管放置入碱性溶剂(可以是氢氧化钠溶液或含羟基的溶液中的一种或几种，在本实施例中以氢氧化钠溶液作为碱性溶剂)中浸泡，后将亲水性中空纤维膜管浸泡入亲水性含硅化合物改性溶液(可以是硅酸钠、硅酸钾、正硅酸乙酯、氨丙基三乙氧基硅烷等中的一种或几种，在本实施例中以硅酸钠溶液作为亲水性含硅化合物改性溶液，质量浓度为20g/L)中进行接枝改性。
进行亲水性中空纤维膜丝制备时，当选用的原材料为PP、PE切片及纳米碳化硅粉、成孔剂、分散剂、增容剂和偶联剂，且原材料按重量份数计分别为：PP切片35-40份、PE切片40-45份、纳米碳化硅粉10-20份、成孔剂1-6、分散剂1-3、增容剂1-3份和偶联剂1-3份，进行亲水改性次数不同时，亲水性中空纤维膜丝的亲水性能、拉伸断裂强度和膜的抗压强度也会不同。
并且，利用该一体化装置对烟气进行处理时，向入水室14中通入冷却水12，待处理烟气8从亲水性中空纤维膜组件的前部通入。
冷却水12通过入水口13进入到入水室14中，然后从入水室14进入到亲水性中空纤维膜组件7内，通过亲水性中空纤维膜组件流至第一水流通道1中的第一条水流通道处(从后往前数)，由于第一隔板2的存在，冷却水不能直接到达出水室5，所以冷却水只能再次通过亲水性中空纤维膜组件7进入到第二水流通道10中的第一条水流通道处(从后往前数)，冷却水到达此处后，由于第二隔板11的存在，阻挡了水流在纵向上的流动，所以水流从此处通过亲水性中空纤维膜组件7来到第一水流通道1中的第二条水流通道处(从后往前数)。类似地，水流又从此处，通过中空纤维膜组件7流动到另一侧的水流通道中。如此运动，直到水流到达出水室5中，再经过出水口4，变成冷却水出水3。水流总体上呈现的是蛇形流动。这种流程方式可以减小烟气流动过程中沿中空纤维管方向的温度和湿度不均匀性，有效提升水分和余热回收性能。
待处理的烟气8横掠过亲水性中空纤维膜组件7，该过程会导致烟气温度的降低，烟气中含有的灰尘颗粒、石膏液滴以及气溶胶污染物会因此发生形核、长大并黏附在中空纤维膜表面，同时，亲水性中空纤维膜受到烟气曳力作用呈周期性振荡，导致亲水性中空纤维膜表面粘附的污染物在振荡过程中不断脱落、进入污水室17并从排污管道16排出。同时，水蒸气在低温的中空纤维膜表面冷凝，并在两侧压差驱动下冷凝水通过亲水性中空纤维膜组件7到达冷却水一侧，进而达到回收水分和热量的效果。另外，烟气中部分水蒸气会在左侧板6表面和右侧板9表面凝结，冷凝水顺流而下和污垢混合并积聚在污水室17中，最终从排污管道16排除并收集处理。
其中，处理烟气的步骤还包括：在烟气出口设置污染物监测装置，当烟气中的污染物含量达标，将烟气排放进入后续工艺流程；当污染物不达标，将出口烟气返回至烟气入口处进行二次脱除处理，并增加冷却水流量，提高污染物形核和长大速率，加快污染物脱除；其中，污染物监测指标满足数学拟合模型：Sr＝F(C，D，A，Zc，Zd，Za)，式中，C为灰尘颗粒浓度，D为石膏液滴浓度，A为气溶胶浓度，Zc为灰尘颗粒排放标准值，Zd为灰尘颗粒排放标准值，Za为灰尘颗粒排放标准值。
其中，处理烟气的步骤还包括：监测冷却水进口和出口流量，当出口流量低于入口流量时，进行报警检修，及时更换破裂的纤维膜管。
具体的，监测装置出水的水质，当出水各项参数均在工况1范围内，装置正常运行；当出水参数的某一项或多项在工况2范围内，提高20％冷却水流量；当出水参数的某一项或多项在工况3范围内，装置停止工作并进行检修。
表1不同的出水水质
工况1 工况2 工况3
出水悬浮物含量(mg/L) ≤5 5～10 ＞10
出水浊度(NTU) ≤15 15～20 ＞20
出水色度(Hazen) ≤30 30～60 ＞60
实施例2
本实施例提供一种基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置(记为“错流+准顺流布置中空纤维膜”方案)，如图6，其结构除入水口13、入水室14、出水口4、出水室5有调整外，其余均与实施例1的装置一致。具体地，出水室5固设在后方，入水室14固设在前方；亲水性中空纤维膜组件7的右侧后部设有出水室5，出水室5旁设有出水口4。亲水性中空纤维膜组件7的左侧前部设有入水室14，入水室14旁设有入水口13。
冷却水12从入水口13通入，依次流经入水室14、水流通道(蛇形方式流动)、入水室14，然后从入水口13流出。
当烟气流量为5m3/s，设备体积为1m3，填充率为0.3时，对比不同材料和布置方式，进行相关的数值计算，结果如下所示：
表2不同材料和布置对比
Figure BDA0003413067300000111
其中，“错流布置陶瓷膜”方案的结构示意图如图4，其结构与实施例1中的“错流+准逆流布置中空纤维膜”方案大体相同，差异在于：将陶瓷膜20替换亲水性中空纤维膜组件7，入水室14中未设计第二水流通道组件10、第二分隔板11这两个部件；出水室5中未设计第一水流通道组件1和第一分隔板2这两个部件。冷却水从入水室14流经陶瓷膜20，然后从出水室5流出的过程中不存在蛇形流动方式。
“错流布置中空纤维膜”方案的结构示意图如图5，其结构与实施例1中的“错流+准逆流布置中空纤维膜”方案相比大体相同，差异在于：入水室14中未设计第二水流通道组件10、第二分隔板11这两个部件；出水室5中未设计第一水流通道组件1和第一分隔板2这两个部件。冷却水从入水室14流经亲水性中空纤维膜组件7，然后从出水室5流出的过程中不存在蛇形流动方式。
注：水回收率由以下公式计算：
Figure BDA0003413067300000112
其中，γ：水回收率，单位：％；
ΔW：烟气进口和出口的水蒸气质量流量差，单位：kg/s；
Winlet：烟气进口水蒸气质量流量，单位：kg/s；
热回收率由以下公式计算：
Figure BDA0003413067300000113
其中，η：热回收率，单位：％；
ΔU：烟气进口和出口的焓差，单位：kJ/h；
Uinlet：烟气进口焓值，单位：kJ/h；
由表2的数据可知，采用亲水性中空纤维膜的水回收率和热回收率均明显好于陶瓷膜，而采用本发明的错流+准逆流布置中空纤维膜方式、错流+准顺流布置中空纤维膜方式的水回收率和热回收率均较高，优于仅错流布置中空纤维膜方式，具有优异的综合性能；其中，以错流+准逆流布置中空纤维膜方式效果最好。
实施例3
本实施例提供一种基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置，其结构与实施例1基本相同，差异在于：亲水性中空纤维膜组件7包括800根亲水性中空纤维膜管；亲水性中空纤维膜管的直径为2mm，中空纤维膜壁厚为0.3mm，膜管孔径为10μm，接触角为20.2°。
实施例4
本实施例提供一种基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置，其结构与实施例1基本相同，差异在于：亲水性中空纤维膜组件7包括1000根亲水性中空纤维膜管；亲水性中空纤维膜管的直径为1mm，中空纤维膜壁厚为0.1mm，膜管孔径0.1μm，接触角为20.2°。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置，其特征在于，包括依次连通的入水室(14)、亲水性中空纤维膜组件(7)和出水室(5)；所述亲水性中空纤维膜组件(7)横向排布，且两端分别设有第一水流通道组件(1)和第二水流通道组件(10)，第一水流通道组件(1)和第二水流通道组件(10)均具有若干条间隔设置的水流通道，每条水流通道均与亲水性中空纤维膜组件相连通，第一水流通道组件(1)中相邻水流通道的间隔处的位置与第二水流通道组件(10)中相邻水流通道的间隔处沿亲水性中空纤维膜组件(7)横向排布方向错开设置。
2.根据权利要求1所述基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置，其特征在于，还包括上支撑板(19)、下支撑板(18)、左侧板(6)和右侧板(9)；所述亲水性中空纤维膜组件(7)固设在上支撑板(19)和下支撑板(18)之间，且固设在左侧板(6)和右侧板(9)之间；所述入水室(14)、亲水性中空纤维膜组件(7)和出水室(5)依次平行排布并通过侧板隔开设置。
3.根据权利要求1所述基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置，其特征在于，所述第一水流通道组件(1)通过第一隔板(2)间隔为若干条水流通道；所述第二水流通道组件(10)通过第二隔板(11)间隔为若干条水流通道；第一隔板(2)和第二隔板(11)的位置沿亲水性中空纤维膜组件(7)横向排布方向错开设置。
4.根据权利要求1所述基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置，其特征在于，所述入水室(14)与入水口(13)相连通；所述出水室(5)与出水口(4)相连通；所述亲水性中空纤维膜组件(7)下部设有污水室(17)；所述污水室(17)设有与外界连通的排污管道(16)。
5.根据权利要求1所述基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置，其特征在于，所述亲水性中空纤维膜组件(7)包括800～1000根亲水性中空纤维膜管；所述亲水性中空纤维膜管的直径为1～2mm，中空纤维膜壁厚为0.1～0.3mm，膜管孔径为0.1～10μm，接触角小于80°。
6.根据权利要求1所述基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置，其特征在于，所述亲水性中空纤维膜组件(7)的亲水性中空纤维膜管制备方法包括：将原材料输送到双螺杆挤压机熔融混合均匀、并熔融纺丝，挤出机的熔融温度为240～245℃；原材料为PP、PE切片及纳米碳化硅粉、成孔剂、分散剂、增容剂和偶联剂，且原材料按重量份数计分别为：PP切片35-40份、PE切片40-45份、纳米碳化硅粉10-20份、成孔剂1-6、分散剂1-3、增容剂1-3份和偶联剂1-3份。
7.根据权利要求6所述基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置，其特征在于，亲水性中空纤维膜管制备方法还包括：将熔融纺制的亲水性中空纤维膜管放置入溶剂中浸泡洗涤，去除表面残留的溶液和成孔剂，再将亲水性中空纤维膜管放置入碱性溶剂中浸泡，后将亲水性中空纤维膜管浸泡入亲水性含硅化合物改性溶液中进行接枝改性。
8.一种烟气中污染物脱除、水分及余热回收的方法，其特征在于，利用权利要求1～7任一项所述基于亲水性中空纤维膜的污染物脱除、水分及余热回收一体化装置对烟气进行处理，其特征在于，包括如下步骤：
(1)冷却水流程：冷却水从入水室流入，经亲水性中空纤维膜组件后到达第一水流通道组件，再沿相反方向经过亲水性中空纤维膜组件到达第二水流通道组件的水流通道，如此反复若干次后从出水室(5)流出；
(2)烟气流程：烟气从出水室旁的烟气入口流入，从烟气出口流出；烟气在横掠亲水性中空纤维膜组件过程中会导致烟气温度的降低，烟气中含有的灰尘颗粒、石膏液滴以及气溶胶污染物会因此发生形核、长大并黏附在中空纤维膜表面，同时，亲水性中空纤维膜受到烟气曳力作用呈周期性振荡，导致亲水性中空纤维膜表面粘附的污染物在振荡过程中不断脱落、进入污水室并从排污管道排出。
9.根据权利要求8所述一种烟气中污染物脱除、水分及余热回收的方法，其特征在于，步骤还包括：在烟气出口设置污染物监测装置，当烟气中的污染物含量达标，将烟气排放进入后续工艺流程；当污染物不达标，将出口烟气返回至烟气入口处进行二次脱除处理，并增加冷却水流量，提高污染物形核和长大速率，加快污染物脱除；其中，污染物监测指标满足数学拟合模型：Sr＝F(C，D，A，Zc，Zd，Za)，式中，C为灰尘颗粒浓度，D为石膏液滴浓度，A为气溶胶浓度，Zc为灰尘颗粒排放标准值，Zd为灰尘颗粒排放标准值，Za为灰尘颗粒排放标准值。
10.根据权利要求8所述一种烟气中污染物脱除、水分及余热回收的方法，其特征在于，步骤还包括：监测冷却水进口和出口流量，当出口流量低于入口流量时，进行报警检修，更换破裂的纤维膜管。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103394293A (zh) * 2013-07-22 2013-11-20 东华大学 一种亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法
CN103463942A (zh) * 2013-09-10 2013-12-25 华北电力大学 一种基于中空纤维膜捕集烟气中水蒸汽的装置及方法
CN105477955A (zh) * 2015-04-27 2016-04-13 华北电力大学 微纳米陶瓷管束水膜式烟气污染物一体化脱除装置
CN106512668A (zh) * 2016-12-14 2017-03-22 华北电力大学 一种基于中空陶瓷膜回收烟气水分与余热的装置及方法
CN107617296A (zh) * 2017-10-20 2018-01-23 华北电力大学 一种用于锅炉排烟余热及水分回收与石膏液滴捕集装置
JP2019002351A (ja) * 2017-06-15 2019-01-10 カルソニックカンセイ株式会社 冷却システム
CN109812828A (zh) * 2019-02-19 2019-05-28 东莞理工学院 一种基于陶瓷膜热湿回收装置的水分及余热回收利用系统
CN110898677A (zh) * 2019-11-27 2020-03-24 天津大学 一种亲水耐污染聚丙烯中空纤维膜的制备方法
CN111167317A (zh) * 2020-01-15 2020-05-19 上海翊科精密挤出技术有限公司 一种高疏水中空纤维膜的制备及其脱硫废水处理方法
CN113339830A (zh) * 2021-03-25 2021-09-03 华北电力大学 一种基于陶瓷膜法的燃煤机组烟气水分及余热回收利用系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103394293A (zh) * 2013-07-22 2013-11-20 东华大学 一种亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法
CN103463942A (zh) * 2013-09-10 2013-12-25 华北电力大学 一种基于中空纤维膜捕集烟气中水蒸汽的装置及方法
CN105477955A (zh) * 2015-04-27 2016-04-13 华北电力大学 微纳米陶瓷管束水膜式烟气污染物一体化脱除装置
CN106512668A (zh) * 2016-12-14 2017-03-22 华北电力大学 一种基于中空陶瓷膜回收烟气水分与余热的装置及方法
JP2019002351A (ja) * 2017-06-15 2019-01-10 カルソニックカンセイ株式会社 冷却システム
CN107617296A (zh) * 2017-10-20 2018-01-23 华北电力大学 一种用于锅炉排烟余热及水分回收与石膏液滴捕集装置
CN109812828A (zh) * 2019-02-19 2019-05-28 东莞理工学院 一种基于陶瓷膜热湿回收装置的水分及余热回收利用系统
CN110898677A (zh) * 2019-11-27 2020-03-24 天津大学 一种亲水耐污染聚丙烯中空纤维膜的制备方法
CN111167317A (zh) * 2020-01-15 2020-05-19 上海翊科精密挤出技术有限公司 一种高疏水中空纤维膜的制备及其脱硫废水处理方法
CN113339830A (zh) * 2021-03-25 2021-09-03 华北电力大学 一种基于陶瓷膜法的燃煤机组烟气水分及余热回收利用系统

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