一種發(fā)電廠煙氣余熱及水的陶瓷膜冷凝處理回收方法
【專利摘要】本發(fā)明一種發(fā)電廠煙氣余熱及水的陶瓷膜冷凝處理回收方法，其具體步驟如下：將發(fā)電廠中帶有大量水蒸氣的煙氣通過陶瓷膜分離裝置處理，透過膜的水蒸氣及其熱量通過膜冷凝技術(shù)回收，其中回收的水則通過滲透側(cè)循環(huán)水帶出，回收的熱量用于滲透側(cè)循環(huán)水加熱；未被膜滲透的氣體則被排放到大氣中；其中陶瓷膜分離裝置中的陶瓷膜為親水性陶瓷納濾膜。采本發(fā)明簡化了工藝流程，未出現(xiàn)露點(diǎn)腐蝕問題；能量回收率達(dá)到18%，同時(shí)水的回收率達(dá)到12%，水資源得到了有效利用。
【專利說明】一種發(fā)電廠煙氣余熱及水的陶瓷膜冷凝處理回收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種煙氣的處理回收方法，更具體地說涉及一種發(fā)電廠煙氣余熱及水的陶瓷膜冷凝處理回收方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，中國回收利用的余熱主要來自高溫?zé)煔獾娘@熱和生產(chǎn)過程中排放的可燃?xì)?，中低溫余熱即低品位余熱基本上還沒有回收，因此充分利用余熱資源成為企業(yè)節(jié)能的一個(gè)重要因素。相對(duì)于煤、石油、天然氣等高品位能源而言，燃燒后產(chǎn)生的煙氣(主要指低品位余熱)在相同單位內(nèi)包含的能量很低，利用難度大。
[0003]目前常見的低溫余熱回收技術(shù)有熱管技術(shù)，其工作原理是利用密閉管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與冷凝進(jìn)行熱量傳導(dǎo)，工質(zhì)在加熱段汽化，吸收大量汽化潛熱，并通過熱管將熱量快速傳遞到熱源外。該技術(shù)存在積灰和露點(diǎn)腐蝕等問題。熱泵技術(shù)是另一種常見的低溫余熱回收技術(shù)，通過做功將低級(jí)熱直接變?yōu)楦呒?jí)能。該技術(shù)具有較高的熱效率，但受到水資源、運(yùn)輸、地域等方面限制。此外，現(xiàn)有技術(shù)需要另外采用水處理技術(shù)來回收其中的水，增加了其工藝的成本。
[0004]因此，有必要提出一種新的技術(shù)來回收煙氣中的余熱及水，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的水資源的限制、露點(diǎn)腐蝕、高成本等問題，擴(kuò)大煙氣中余熱及水的應(yīng)用范圍。
[0005]陶瓷膜具有良好的耐腐蝕性能，使得其能夠應(yīng)用于發(fā)電廠煙氣余熱及水回收中，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的露點(diǎn)腐蝕問題。但由于煙氣成分的復(fù)雜性以及對(duì)設(shè)備的高溫要求，膜法技術(shù)在煙氣余熱及水回收領(lǐng)域還未應(yīng)用，未出現(xiàn)成熟的工藝技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題與不足，提供一種發(fā)電廠煙氣余熱及水的陶瓷膜冷凝處理回收方法。本發(fā)明主要解決現(xiàn)有余熱回收方法中露點(diǎn)腐蝕問題，同時(shí)降低運(yùn)行成本。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種發(fā)電廠煙氣余熱及水的陶瓷膜冷凝處理回收方法，其具體步驟如下:
[0009]將發(fā)電廠中帶有大量水蒸氣的煙氣通過陶瓷膜分離裝置處理，透過膜的水蒸氣及其熱量通過膜冷凝技術(shù)回收，其中回收的水則通過滲透側(cè)循環(huán)水帶出，回收的熱量用于滲透側(cè)循環(huán)水加熱；未被膜滲透的氣體則被排放到大氣中；其中陶瓷膜分離裝置中的陶瓷膜為親水性陶瓷納濾膜，采用毛細(xì)冷凝原理，為發(fā)生毛細(xì)冷凝現(xiàn)象，優(yōu)選膜孔徑為5?12nm。
[0010]本發(fā)明的發(fā)電廠煙氣余熱及水的陶瓷膜冷凝處理回收方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案是包括以下步驟:將發(fā)電廠中帶有大量水蒸氣的煙氣通過管道流入陶瓷膜分離裝置處理，其通過流量控制器控制流量，通過熱電偶檢測煙氣進(jìn)入膜前的溫度；不能被膜滲透的氣體被排放到大氣中，通過熱電偶檢測溫度的變化，通過壓力表控制壓力；透過膜的水蒸氣及其熱量則被冷凝通過循環(huán)水帶出，經(jīng)過熱電偶檢測其進(jìn)口出口的溫度變化，透過的水蒸氣及其熱回收使用，流量通過液體流量計(jì)檢測。
[0011]優(yōu)選煙氣的排煙溫度為50°C~110°c，膜面流速為0.016m.s_1~0.048m.s_1 ;跨膜壓差為0.2MPa~0.45MPa ;滲透側(cè)循環(huán)水的流速為2.5L.IT1~25L.IT1。
[0012]優(yōu)選陶瓷膜分離裝置中的膜組件為單管或多通道。優(yōu)選陶瓷膜材料為氧化鋁、氧化鈦或氧化鋯的一種或其組合。
[0013]有益效果:
[0014]采用的膜冷凝技術(shù)回收發(fā)電廠中煙氣的余熱及水，簡化了工藝流程，未出現(xiàn)露點(diǎn)腐蝕問題；能量回收率達(dá)到18%，同時(shí)水的回收率達(dá)到12%，水資源得到了有效利用。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明型。這些實(shí)例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0016]實(shí)施例1
[0017]將排煙溫度在70°C下的發(fā)電廠中帶有大量水蒸氣的煙氣通過8nm單管氧化鋁陶瓷膜分離裝置，控制膜面流速為0.032m.s—1，跨膜壓差為0.45MPa，滲透側(cè)循環(huán)水的流速為
2.5L.1L-1，檢測煙氣經(jīng)過陶瓷膜前后的溫度變化，以及水蒸氣冷凝后透過陶瓷膜后循環(huán)側(cè)的水溫度的變化及水質(zhì)量的變化。 [0018]其中在分離之前煙氣成分:C02:11-16%, H2O:5_7%，O2:3_4%，N2:70-75%, CO:~20ppm, SOx:<800ppm, NOx:500-800ppm,溫度:45~120°C。分離之后煙氣中水蒸氣成分降低，由于損失剩余水蒸氣組分不到4%~6%，剩余氣體則被排放到大氣中；循環(huán)水溫則升高了 2°C左右。
[0019]由此可知，整個(gè)過程中，水蒸氣的回收率可以達(dá)到11%，能量回收率達(dá)到7%。其計(jì)算如下:
[0020]水蒸氣回收率=(m/(s*At))/( V /s.P.RH) = { (0.75gX60)/(0.0021m2X 5minX 1000) } / { (4L.mirT1/(0.0021m2X 1000)) X60X 1.2kg.πL-3Χ0.277kg.kg—1 } =4.29kg.m_2.h_1/37.99kg.m_2.h_1=0.112
[0021]其中:m:回收的水蒸氣的質(zhì)量(kg), s:膜面積(m2), v:煙氣流速(m3.IT1),
[0022]p:煙氣密度(kg*m_3)，At:時(shí)間變化量h，RH: —定溫度下煙氣的飽和濕度(kg.kg—1 空氣)；
[0023]水蒸氣能量回收率=(C.Μ.ΔΤ/s) / (( V /s.P.RH+ v/s.P ).Η) = { (4.18kJ*kg_1 ^r1X 2.5kg*r1X2.18K)/0.0021m2) } / { { (4L ?min-1/ (0.0021m2 X 1000)) X 60 X 1.2kg.πM3X0.277kg.kg-1+ (4L.mirT1/(0.0021m2 X 1000) ) X 60 X 1.2kg.πM3 } X 800kJ *kg_1} =10848/140104=0.07
[0024]其中:C:水的比熱容(kj.kg—1.L-1), M:水的質(zhì)量流速(kg.IT1) , ΔΤ:溫度變化量(K)，s:膜面積(m2)，V:煙氣流速(m3.1L-1)，RH: 一定溫度下煙氣的飽和濕度(kg.kg—1空氣)，H: —定溫度下煙氣的焓(kj.kg—1空氣)。
[0025]實(shí)施例2
[0026]將排煙溫度在110°C下的發(fā)電廠中帶有大量水蒸氣的煙氣通過5nm單管氧化鋁陶瓷膜分離裝置，控制膜面流速為0.048m.s—1，跨膜壓差為0.4MPa，滲透側(cè)循環(huán)水的流速為2.5L.h-1，檢測煙氣經(jīng)過陶瓷膜前后的溫度變化，以及水蒸氣冷凝后透過陶瓷膜后循環(huán)側(cè)的水溫度的變化及水質(zhì)量的變化。水蒸氣的回收率可以達(dá)到16%，能量回收率達(dá)到12%。
[0027]實(shí)施例3
[0028]將排煙溫度在50°C下的發(fā)電廠中帶有大量水蒸氣的煙氣通過12nm單管氧化鋁陶瓷膜分離裝置，控制膜面流速為0.048m.s—1，跨膜壓差為0.2MPa，滲透側(cè)循環(huán)水的流速為25L.h-1，檢測煙氣經(jīng)過陶瓷膜前后的溫度變化，以及水蒸氣冷凝后透過陶瓷膜后循環(huán)側(cè)的水溫度的變化及水質(zhì)量的變化。水蒸氣的回收率達(dá)到10%、能量回收率低于檢測下限5%。
[0029]實(shí)施例4
[0030]將排煙溫度在70°C下的發(fā)電廠中帶有大量水蒸氣的煙氣通過8nm多通道氧化鋁陶瓷膜分離裝置，控制膜面流速為0.016m 跨膜壓差為0.2MPa，滲透側(cè)循環(huán)水的流速為15L.h-1，檢測煙氣經(jīng)過陶瓷膜前后的溫度變化，以及水蒸氣冷凝后透過陶瓷膜后循環(huán)側(cè)的水溫度的變化及水質(zhì)量的變化。水蒸氣的回收率可以達(dá)到18%以上，能量回收率達(dá)到12%以上。
[0031]實(shí)施例5
[0032]將排煙溫度 在70°C下的發(fā)電廠中帶有大量水蒸氣的煙氣通過8nm單管氧化鋯陶瓷膜分離裝置，控制膜面流速為0.016m.s—1，跨膜壓差為0.35MPa，滲透側(cè)循環(huán)水的流速為2.5L.h-1，檢測煙氣經(jīng)過陶瓷膜前后的溫度變化，以及水蒸氣冷凝后透過陶瓷膜后循環(huán)側(cè)的水溫度的變化及水質(zhì)量的變化。水蒸氣的回收率可以達(dá)到12%，能量回收率達(dá)到7%。
[0033]實(shí)施例6
[0034]將排煙溫度在70°C下的發(fā)電廠中帶有大量水蒸氣的煙氣通過8nm單管氧化鈦陶瓷膜分離裝置，控制膜面流速為0.016m.s—1，跨膜壓差為0.45MPa，滲透側(cè)循環(huán)水的流速為
2.5L.h-1，檢測煙氣經(jīng)過陶瓷膜前后的溫度變化，以及水蒸氣冷凝后透過陶瓷膜后循環(huán)側(cè)的水溫度的變化及水質(zhì)量的變化。水蒸氣的回收率可以達(dá)到11%，能量回收率達(dá)到6%。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)電廠煙氣余熱及水的陶瓷膜冷凝處理回收方法，其具體步驟如下: 將發(fā)電廠中帶有大量水蒸氣的煙氣通過陶瓷膜分離裝置處理，透過膜的水蒸氣及其熱量通過膜冷凝技術(shù)回收，其中回收的水通過滲透側(cè)循環(huán)水帶出，回收的熱量用于滲透側(cè)循環(huán)水加熱；未被膜滲透的氣體則被排放到大氣中；其中陶瓷膜分離裝置中的陶瓷膜為親水性陶瓷納濾膜，膜孔徑為5~12nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電廠煙氣余熱及水的陶瓷膜冷凝處理回收方法，其特征在于煙氣的排煙溫度50°C~110°C ;膜面流速為0.016m.s—1~0.048m.s—1 ;跨膜壓差為0.2MPa~0.45MPa ;滲透側(cè)循環(huán)水的流速為2.5L.IT1~25L.h'
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電廠煙氣余熱及水的陶瓷膜冷凝處理回收方法，其特征在于陶瓷膜分離裝置中的膜組件為單管或多通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電廠煙氣余熱及水的陶瓷膜冷凝處理回收方法，其特征在于陶瓷膜材料為氧 化鋁、氧化鈦或氧化鋯的一種或其組合。
【文檔編號(hào)】B01D61/14GK104014243SQ201310685026
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】漆虹, 王婷婷 申請人:南京工業(yè)大學(xué)