CN212680563U - 一种用于烟气中水热回收的膜组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及节水、节能领域技术领域，尤其是涉及一种用于烟气中水热回收的膜组件。用于烟气中水热回收的膜组件包括冷却水进出口、集配水室、挡板和弧形膜元件。通过将中空膜片设置成弧形结构，并且中空膜片朝向烟气流入方向凸起，降低了膜组件的阻力，提高系统热量交换效率，同时利用集配水室分配和收集冷却水，降低了冷却水在膜片内水流通道中的水流压力，解决膜内通道内水流配水不均、膜组件寿命短等问题。

Description

一种用于烟气中水热回收的膜组件

技术领域

本实用新型涉及节水、节能领域技术领域，尤其是涉及一种用于烟气中水热回收的膜组件。

背景技术

褐煤含水量高,炉后烟气提水技术可有效回收褐煤烟气中的水分。水资源化回收利用工艺技术可以提高煤阶并回收宝贵的水资源。回收水通过一定的处理工艺,可回用于脱硫系统工艺用水或全厂工业用水,从而降低全厂水耗,成为缺水地区发电机组的节水新应用模式。

脱硫后的工业烟气中水蒸气体积分数高达10％-15％，且燃料热值的3％-8％也随烟气排放至大气。烟气中水资源含量大，若能以合适的技术回收工业烟气中的水资源及余热资源，不仅能有效缓解工厂用水压力，还能显著提高能源利用率。

火力发电是高耗能、高耗水行业,以一台600Mw锅炉为例，每年运行时间按照5000小时算，全年排放的水量大概有110万吨左右，回收火电厂烟气中水分能起到显著的节水效果。

工业烟气中含有大量的水蒸汽排放到大气中，造成大量水资源的浪费，目前烟气水分回收技术，主要有低温冷凝、液态/固态吸附、膜分离等技术。烟气低温冷凝技术是利用换热器来冷凝并捕集烟气水分，其捕集的水分水质较差，呈酸性，甚至可能具有强腐蚀性。通过干燥剂回收水分技术捕集烟气水分的水质不好，而且干燥剂不能循环使用。采用膜分离技术回收烟气中的水分不仅可获得高纯度的回收水，同时还可以回收烟气中的余热，具有装置占地面积小，膜组件易实现标准化制造及模块化安装等特点，是回收烟气水分技术的发展方向。

膜组件是包含膜片及其支撑结构的最小单元的装置。膜组件是膜系统运行的基础，单个组件或多个组件都可以组装成膜分离装置系统。

目前，市场上用于烟气水分回收的主要是管式膜膜组件，其结构相对复杂，零部件偏多，增加了加工安装制造成本和运行成本。同时使得管路连接复杂不安全因素增加，另外一方面，气流在膜组件内部流动时不够顺畅，膜组件压降较大。烟气中水热回收效率低等缺点。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一种用于烟气中水热回收的膜组件，该用于烟气中水热回收的膜组件能够解决气流在膜组件内部流动时不够顺畅，膜组件压降较大的问题；

本实用新型提供一种用于烟气中水热回收的膜组件，其包括冷却水进出口、集配水室、挡板和弧形膜元件；

所述用于烟气中水热回收的膜组件包括两个相对设置的集配水室，且每个集配水室上均设置有冷却水进出口；

在上述集配水室的两侧均设置有挡板，所述集配水室和挡板围绕形成烟道；

所述弧形膜元件设置在烟道内，所述弧形膜元件包括多个中空膜片，所述中空膜片内孔道的两端分别与一个集配水室连通；

所述中空膜片的横截面呈弧形，所述中空膜片朝向烟道内烟气的流入方向凸起。

优选的，沿中空膜片的长度方向，所述孔道从中空膜片的一端延伸至另一端。

优选的，所述弧形膜元件包括多个膜片层，每一层膜片层均包括多个中空膜片；

相邻膜片层之间的中空膜片交错排布。

优选的，相邻膜片层之间的间距为0.5-1个弧长，位于同一膜片层相邻中空膜片之间水平间距为0.5-1个弧长，所述弧长为中空膜片的弧长；

位于同一膜片层相邻中空膜片的对称线正对相邻膜片层其中一个中空膜片圆弧顶点。

优选的，所述中空膜的弧度为1至π，中空膜片表面孔径为50-100nm。

优选的，所述挡板的上下两端均设置有法兰片；

沿烟气的流动方向，多个用于烟气中水热回收的膜组件通过法兰片连接。

优选的，所述法兰片处设置有橡胶垫。

优选的，所述挡板和法兰片为一体式结构。

优选的，所述集配水室的侧壁上开设有安装槽，所述中空膜片的端部插接在安装槽内，且中空膜片与安装槽密封连接。

优选的，两所述冷却水进出口、两集配水室和两挡板均对称设置。

有益效果：

通过将中空膜片设置成弧形结构，并且中空膜片朝向烟气流入方向凸起，降低了膜组件的阻力，提高系统热量交换效率，同时利用集配水室分配和收集冷却水，降低了冷却水在膜片内水流通道中的，水流压力，解决膜内通道内水流配水不均、膜组件寿命短等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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为本实用新型具体实施方式提供的膜组件结构示意图；

图2为本实用新型具体实施方式提供的中空膜片结构示意图；

图3为本实用新型具体实施方式提供的膜组件左视图；

图4为本实用新型具体实施方式提供的膜组件正视图；

图5为本实用新型具体实施方式提供的膜组件俯视图；

图6为本实用新型具体实施方式提供的挡板、法兰片一体式安装结构示意图；

图7为本实用新型具体实施方式提供的膜组件的剖面图;

图8为本实用新型具体实施方式提供的膜片布置图;

图9为本实用新型具体实施方式提供的膜组件剖面轴视图；

图10为本实用新型具体实施方式提供的两个膜组件配合的结构示意图。

附图标记说明：

1：冷却水进出口；2：集配水室；3：挡板；4：弧形膜元件；5：中空膜片；6：孔道；7：法兰片。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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"、"竖直"、" 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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，"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实用新型中的具体含义。

如图1至图10所示，本实施方式提供了一种用于烟气中水热回收的膜组件，其包括冷却水进出口1、集配水室2、挡板3和弧形膜元件4。

用于烟气中水热回收的膜组件包括两个相对设置的集配水室2，且每个集配水室2上均设置有冷却水进出口1。

在两集配水室1的两侧均设置有挡板3，集配水室2和挡板3围绕形成烟道。

弧形膜元件4设置在烟道内，弧形膜元件4包括多个中空膜片5，中空膜片5内孔道6的两端分别与一个集配水室2连通。

中空膜片5的横截面呈弧形，中空膜片5朝向烟道内烟气的流入方向凸起。

在本实施方式中，在本实施方式中，通过将中空膜片5设置成弧形结构，并且中空膜片5朝向烟气流入方向凸起，降低了膜组件的阻力，提高系统热量交换效率，同时利用集配水室2分配和收集冷却水，降低了冷却水在膜片内水流通道中的，水流压力，解决膜内通道内水流配水不均、膜组件寿命短等问题。

沿中空膜片的长度方向，孔道6从中空膜片5的一端延伸至另一端。进一步的，沿中空膜片5的宽度方向设置有多个均匀分布的孔道6，通过多个孔道6的设置，可以提高单个中空膜片5的热量交换效率。

参照图7至图9，弧形膜元件包括多个膜片层，每一层膜片层均包括多个中空膜片5，相邻膜片层之间的中空膜片5交错排布。

作为优选的，弧形膜元件包括两个膜片层，两个膜片层分别是上层膜片层和下层膜片层，两膜片层之间的中空膜片5交错排布。

通过设置多个膜片层，并且两膜片层之间的中空膜片5交错排布，可以使模组件内形成迂回的气流通道，起到了很好的均布气流，提高烟气与膜片接触几率的作用，进一步的提高了热量交换效率。

两膜片层之间的中空膜片5交错排布的具体方式为：相邻膜片层之间的间距为0.5-1个弧长，位于同一膜片层相邻中空膜片5之间水平间距为 0.5-1个弧长，弧长为中空膜片5的弧长。

参照图7，位于同一膜片层相邻中空膜片5的对称线正对相邻膜片层其中一个中空膜片5圆弧顶点。

本实施方式中，采用的中空膜片5的弧度为1至π，中空膜片5表面孔径为50-100nm。

挡板3的上下两端均设置有法兰片7，沿烟气的流动方向，多个用于烟气中水热回收的膜组件通过法兰片7连接。

法兰片7处设置有橡胶垫。通过橡胶垫的设置，能够提高膜组件之间连接的密闭性。

挡板3和法兰片7为一体式结构。将挡板3和法兰片7设置成一体式结构，便于挡板3和法兰片7的制造和安装。

通过法兰片7的设置，能够实现多个膜组件的对接，能够提高烟气的处理效率。

集配水室2的侧壁上开设有安装槽，中空膜片5的端部插接在安装槽内，且中空膜片5与安装槽密封连接。

具体的，安装槽的形状、大小和中空膜片5横截面完全一致，中空膜片5两端分别插入安装槽内并与两端的集配水室2连通，安装槽与中空膜片5的连接处用溶胶密封，中空膜片5与集配水室2形成整体。挡板3在安装时与集配水室2焊接在一起。

两冷却水进出口、两集配水室2和两挡板3均对称设置。上述各结构采用对称的方式设置，便于膜组件的装配。

为了对上述模组件进行进一步的说明，本实施方式还提供了上述膜组件具体的实施过程：

实施例1：

参照图1，设置单组膜组件，单租膜组件的运行过程为：

为了便于描述，将单组膜组件的两个集配水室2分别命名为进水集配水室和出水集配水室，与进水集配水室连通的冷却水进出口1为进水口，与与出水集配水室连通的冷却水进出口1为出水口，两冷却水进出口1和两集配水室2在结构上没有区别，上述命名仅是为了更好对膜组件的功能进行描述。

在膜组件其中一个冷却水进出口1处设置循环水泵，保持膜组件孔道内负压，冷却水依次经过进水口、进水集配水室，中空膜片5的孔道6，再至出水集配水室，最后经过出水口流出。高湿度烟气流在膜组件内部向上流动，烟气中在中空膜片5表面与孔道6内的循环冷却水发生热交换，水蒸气冷凝成液滴，液滴通过中空膜片5表面微孔(膜表面孔径为50-100nm 的孔)进入循环水侧，由于微孔存在毛细冷凝现象，微孔被水充满，不凝气不能进入水侧，从而回收了烟气中的水分和热量。

实施例2：

参照图10，设置两组膜组件，两组膜组件运行步骤：

两组膜组件在烟气流动方向串联拼装，安装的形式是两组膜组件之间的法兰片通过螺栓连接，两法兰片之间设置有橡胶垫。在此实施方式中，膜组件采用的中空膜片的平均有效孔径为50nm。

进出水室分别连接进出水管，在高湿度烟气流向上，膜组件之间外壳连接处严密不漏气。工作过程中，开启冷却水循环水泵，使平板膜内真空度为-10kPa，循环水入口温度为25℃。使用水室配水、集水可使单个膜片的膜内压力和冷却水温度分布要较均匀。

烟气引风机引入合理流量的温度为50℃，湿度为100％的饱和烟气，高湿度烟气穿过交错搭接的弧形中空膜片过程中，烟气中饱和水分被冷却凝结成水滴，水滴碰撞中空膜片后，可透过中空膜片表面微孔进入循环水侧，由于毛细冷凝现象的存在，中空膜片表面微孔被水充满，不凝气被阻挡在外，不能进入膜通道内部，在处理过程中，气体与中空膜片间在碰撞、扩散、毛细冷凝等综合作用下，可使出口烟气相对湿度降低至50％以下，冷却水温度提升至28℃。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于烟气中水热回收的膜组件，其特征在于，包括冷却水进出口、集配水室、挡板和弧形膜元件；

所述用于烟气中水热回收的膜组件包括两个相对设置的集配水室，且每个集配水室上均设置有冷却水进出口；

在上述集配水室的两侧均设置有挡板，所述集配水室和挡板围绕形成烟道；

所述弧形膜元件设置在烟道内，所述弧形膜元件包括多个中空膜片，所述中空膜片内孔道的两端分别与一个集配水室连通；

所述中空膜片的横截面呈弧形，所述中空膜片朝向烟道内烟气的流入方向凸起。

2.根据权利要求1所述的用于烟气中水热回收的膜组件，其特征在于，

沿中空膜片的长度方向，所述孔道从中空膜片的一端延伸至另一端。

3.根据权利要求1所述的用于烟气中水热回收的膜组件，其特征在于，所述膜组件包括多个膜片层，每一层膜片层均包括多个中空膜片；

相邻膜片层之间的中空膜片交错排布。

4.根据权利要求3所述的用于烟气中水热回收的膜组件，其特征在于，相邻膜片层之间的间距为0.5-1个弧长，位于同一膜片层相邻中空膜片之间水平间距为0.5-1个弧长，所述弧长为中空膜片的弧长；

位于同一膜片层相邻中空膜片的对称线正对相邻膜片层其中一个中空膜片圆弧顶点。

5.根据权利要求1所述的用于烟气中水热回收的膜组件，其特征在于，所述中空膜的弧度为1至π，中空膜片表面孔径为50-100nm。

6.根据权利要求1所述的用于烟气中水热回收的膜组件，其特征在于，所述挡板的上下两端均设置有法兰片；

沿烟气的流动方向，多个用于烟气中水热回收的膜组件通过法兰片连接。

7.根据权利要求6所述的用于烟气中水热回收的膜组件，其特征在于，所述法兰片处设置有橡胶垫。

8.根据权利要求6所述的用于烟气中水热回收的膜组件，其特征在于，所述挡板和法兰片为一体式结构。

9.根据权利要求1所述的用于烟气中水热回收的膜组件，其特征在于，所述集配水室的侧壁上开设有安装槽，所述中空膜片的端部插接在安装槽内，且中空膜片与安装槽密封连接。

10.根据权利要求1所述的用于烟气中水热回收的膜组件，其特征在于，两所述冷却水进出口、两集配水室和两挡板均对称设置。

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