本發(fā)明屬于火力發(fā)電行業(yè)節(jié)水、節(jié)能技術領域，設計一種特殊的復合膜組件結構，有效提高膜組件的使用壽命，實現(xiàn)火電廠煙氣中水蒸氣的穩(wěn)定回收。

背景技術：

2014年，我國新增發(fā)電設備容量10350萬千瓦，發(fā)電設備總容量達到13.6億千瓦；火電機組裝機容量突破9億萬千瓦，占總裝機容量的67%左右，可見火力發(fā)電在電力行業(yè)中仍然占有較大比重。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國火電用水量一直占全國電力工業(yè)用水量的40%以上，并且這個比例在逐年增加。盡管我國有著較大的淡水儲備，但經濟的飛速發(fā)展和水資源分布的不均衡使得中西部地區(qū)面臨嚴重的水資源匱乏問題。同時，中西部地區(qū)是我國重要的化石能源儲備地區(qū)，富煤貧水的現(xiàn)狀嚴重限制了中西部地區(qū)火力發(fā)電行業(yè)的進一步發(fā)展。

從含濕氣流中分離脫除水蒸氣的技術有很多種，目前比較常見的有冷凝器回收水技術，干燥劑脫水技術，以及膜法水分回收技術。資料表明，可用于電廠煙氣中水分回收的技術有液體吸收法、冷凝法和膜法。其中，液體吸收法環(huán)保性差、經濟性低；冷凝法回收水分的水質較差，后處理工藝要求高；膜法煙氣水分回收技術不僅具有系統(tǒng)簡單、回收水質高等優(yōu)勢，還可以實現(xiàn)水蒸氣熱量的回收，具有較好的前景。

火電廠的煙氣成分較為復雜，對于燃用不同煤種的燃煤電廠，煙氣成分差別也較大，對于灰分較多的高速流動的煙氣，膜法水分回收裝置易產生積灰和強度問題。因此，本發(fā)明闡述了一種基于復合膜回收火電廠煙氣中水蒸氣的裝置，其特殊的布置與設計，可以有效地避免上述的兩種問題。另外，本發(fā)明闡述的復合膜法水分回收裝置易實現(xiàn)標準化制造和模塊化安裝。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是闡述一種基于復合膜回收火電廠煙氣中水蒸氣的裝置，該裝置中膜組件的特殊設計可有效地避免膜表面的積灰，提高使用壽命；同時，其特殊的布置方式可以大幅度降低膜裝置的流動阻力，降低風機電耗，提高火電廠運行的經濟性。

為了避免高速流動的煙氣對復合膜的垂直沖刷而產生較大的沖擊力，影響膜的強度及使用壽命，設計了一種特殊的裝置模塊，裝置由4行4列共16組膜組件構成，其中每個膜組件由一組膜絲和兩個固定端配件構成。每組膜絲由20根膜絲組成。膜絲是基于聚醚砜（pes）材質的中空纖維膜結構，中空纖維膜外表面經涂敷40%磺化度的磺化聚醚醚酮（speek）后制成，此種材料的膜對水的吸附能力極強。裝置將膜組件沿著煙氣流動方向布置，布置方式為順—逆流聯(lián)合布置。裝置前半段水蒸氣與煙氣流動方向相同，屬于順流布置；后半段水蒸氣與煙氣流動方向相反，屬于逆流布置。這種布置方式不僅可以有效避免煙氣對復合膜絲的沖刷，增強膜的使用壽命，還可以有效地降低裝置的流動阻力，降低廠用電；且煙氣與膜表面接觸時間較長，滲透效果較好；另外設計特殊的膜組件配件的結構，包括固定端配件和連接端配件，使得順—逆流聯(lián)合布置整體呈沙漏型。這一沙漏型結構可保證煙氣在流過膜表面時，膜絲由于與煙氣流向有一定角度而產生連續(xù)輕微震動，這一震動可有效避免煙塵在膜絲上集聚，避免膜污染。該設計不僅提高了水蒸氣的回收效果，更是有效地避免了膜組件的積灰，增加膜組件的使用壽命，實現(xiàn)煙氣中水蒸氣的穩(wěn)定回收。

本發(fā)明的有益效果：該發(fā)明可以有效的降低煙氣流經膜裝置所產生的壓力損失，并降低煙氣對復合膜絲的沖刷，增強膜的壽命及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。經小型實驗驗證，對于中低速流動的空氣，裝置的壓降因子在3-15之間。對于低速流動的60℃的飽和濕氮氣，裝置的填充率為80m²/m³時，復合膜的滲透通量可達0.4-0.8kg/(m³?h)，水分回收率高達50-60%。且該方法回收的水質較高，處于工業(yè)淡水范疇。術語介紹：壓降因子為煙氣流過裝置的壓力降低值與無裝置時沿程阻力導致的壓力降低值之比，無量綱；裝置的填充率為裝置中填充的有效膜面積與裝置的體積之比，單位：m²/m³。

附圖說明

圖1為水蒸氣回收裝置的整體示意圖。

圖2為膜組件結構示意圖。

圖3為順—逆流聯(lián)合布置示意圖。

圖4為膜組件的固定端配件結構圖。

圖5為膜組件的連接端配件結構圖。

圖6為膜組件沙漏型布置示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明設計了一種基于復合膜回收火電廠煙氣的裝置，目的是實現(xiàn)火電廠煙氣中水蒸氣的回收，降低火電廠水耗，節(jié)約水資源，提升火電機組運行的經濟性。

裝置的構成主要包括中空纖維膜復合膜絲（1），膜組件的固定端配件（2），膜組件的連接端配件（3），水蒸氣輸運管（4）。

裝置工作時，煙氣沿中空纖維膜復合膜絲（1）外表面流動，水蒸氣滲透進入復合膜內側，通過膜組件的連接端配件（3）將水蒸氣輸運至水蒸氣輸運管（4）內，再由水蒸氣輸運管（4）將眾多膜組件回收的水蒸氣輸運至相關系統(tǒng)。

水蒸氣的回收可以彌補電廠的各處汽水損失，對于中西部富煤貧水地區(qū)尤為重要。復合膜法回收的水質較好，經實驗室內實驗驗證，其回收的水屬于工業(yè)淡水范疇，后處理工藝簡單，處理系統(tǒng)能耗較小。簡單處理后，可以方便的匯入凝結水中系統(tǒng)中，進行再利用。

水蒸氣的回收可以降低煙氣的酸露點溫度，減輕鍋爐尾部受熱面的低溫腐蝕。從高溫煙道內回收的水蒸氣的熱量還可以進行一定的利用，達到節(jié)能的目的。對于采用濕法脫硫的機組，脫硫后煙氣基本處于濕飽和狀態(tài)，極易造成煙囪的腐蝕。對濕法脫硫后的煙氣進行水蒸氣回收，不僅可以回收大量的高品質水，還可以有效防止煙囪的腐蝕，降低煙囪防腐措施的經濟壓力。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于復合膜回收火電廠煙氣中水蒸氣的裝置，屬于火力發(fā)電行業(yè)節(jié)水、節(jié)能領域的內容。水分回收裝置中膜組件采用順—逆流聯(lián)合布置方案，降低煙氣對復合膜的沖刷，降低裝置對流動煙氣的阻力；并設計了特殊結構的膜組件配件，使得安裝膜組件安裝后整體呈沙漏型布置方式，可有效減輕高速氣流的沖擊與積灰產生的膜污染。經小型實驗驗證，對于中低速流動的空氣，裝置的壓降因子在3?15之間。對于低速流動的60℃的飽和濕氮氣，裝置的膜面積填充率為80m2/m3時，復合膜的滲透系數(shù)可達0.4?0.8?kg/(m3?h)，水分回收率高達50?60%。

技術研發(fā)人員：陳海平;王博;周亞男
受保護的技術使用者：華北電力大學
技術研發(fā)日：2017.05.27
技術公布日：2017.08.25