一種基于中空微納米多孔陶瓷膜的煙氣水分余熱回收裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于中空微納米多孔陶瓷膜的煙氣水分余熱回收裝置，屬于火力發電廠的節能減排技術領域。
【背景技術】
[0002]火電廠水分的回收潛力巨大。一般情況下，燃煤電廠排放煙氣中含有體積分數為4%~13%的水蒸氣，燃氣電廠排煙中的水蒸氣體積分數為15%~20%。據估算，目前每年全國火電廠單就排煙中隨煙氣排放到大氣中的水量可達11億噸。若能回收煙氣排煙中水蒸氣量的20%，實現高品質水回收，即可實現火電廠鍋爐供水自足。同時鍋爐排煙中含有豐富的余熱資源，如果可以回收這部分資源加以利用，可實現電廠深度節能。
[0003]目前，用于火電廠煙氣水分與余熱回收的技術主要集中在換熱器冷凝技術上，雖然其設計成本不高，且有較多成熟可靠的運行技術可供借鑒，但是存在幾個不可忽視且比較棘手的問題:1)凝結水呈酸性，不能直接回收利用，需要對其進一步處理；2)工作溫度多在煙氣水露點溫度以下，工作環境惡劣，會冷凝出酸性物質和汞，所以管材需要采用抗腐蝕性材料，如常見使用的氟塑料，其耐腐蝕性能好，但其成本高昂、熱導率低且不易加工；3)有潮濕積灰附著在管壁上影響換熱，需要定期除灰；4)需要給低溫煙氣提供巨大的表面積而且設備材料也更易被腐蝕。因此在實際設計與運行中必須考慮上面的問題。如酸腐蝕問題和清除潮濕積灰問題就需要采用耐腐蝕材料制造換熱器管道，并采用刮板式等強制性機械清灰裝置進行定期除灰。但由于回收水質不佳這一主要難題，這項技術暫不適于大規模應用于電廠排煙中水分的回收利用。因此，電廠煙氣中水分與余熱回收的研究需要一種新的思路。
[0004]中空微納米多孔陶瓷膜是一種新型的氣體分離膜，可同時對水分與熱量進行回收。作為一種無機膜，多孔陶瓷膜在高溫及酸堿環境和微生物侵蝕環境下表現出高度的穩定性。這種穩定性使得其在電廠煙氣這種復雜環境下擁有很強的適用性。美國也曾在燃氣電廠將這種陶瓷膜應用于煙氣水分與余熱回收并進行了相關示范，但到目前為止，國內還未有相關研究。
【發明內容】
[0005]為了回收火電廠排煙中的水蒸氣及其潛熱，以及煙氣中顯熱資源，降低火電廠水耗，節約能源，本發明提供一種基于中空微納米多孔陶瓷膜的煙氣水分余熱回收裝置，該裝置是當今火電廠深度節能的一個全新嘗試。
[0006]本發明應用于火電廠排煙進入煙囪之前的煙氣水分及其余熱回收，主要分為以下幾個系統:中空微納米多孔陶瓷膜組件系統、供水系統(主要包括水箱和水栗)和輔助系統(主要包括閥門、管道及傳感器)。先利用供水系統使中空微納米多孔陶瓷膜管內充滿冷卻水，開啟水栗使膜管內側形成微負壓。煙氣通過膜組件時，由于煙氣側壓力約一個大氣壓，因此膜管兩側形成壓差；煙氣中的水蒸氣在陶瓷膜外表面的納米孔中受毛細冷凝作用凝結并借助陶瓷膜兩側壓差進入膜管內部與冷卻水混合，實現煙氣水分與水蒸氣汽化潛熱的回收。與此同時，膜管兩側進行熱量傳遞，實現煙氣余熱回收。本發明具有良好的自發性，高效環保，可用于回收煙氣中大量水分與余熱資源，降低火電廠運行成本。
[0007]—種基于中空微納米多孔陶瓷膜的煙氣水分余熱回收裝置，其特征在，該裝置的運作流程為:檢查供水水箱水位在某一定值以上，打開閥門，使整個供水系統管道與全部膜管內充滿水，開啟水栗使膜管內形成微負壓。煙氣從中空微納米多孔陶瓷膜組件一側流進，與膜管外側接觸，由于中空微納米多孔陶瓷膜的納米孔徑選擇層中毛細冷凝作用，經過膜管外表面的水蒸氣在納米孔徑選擇層中凝結成液體。由于供水系統在膜管內形成的微負壓，膜管兩側有一定的壓差，膜管的納米孔徑選擇層中形成的液體會借助壓差進入膜管內部與冷卻水混合。與此同時，膜管兩側煙氣與冷卻水進行熱交換。
[0008]本發明的有益效果為:本發明可以回收火電廠煙氣中40%以上水分，達到火電廠節水目的，同時回收部分煙氣余熱資源，提高電廠效率。
【附圖說明】
[0009]圖1為:中空微納米多孔陶瓷膜的煙氣水分余熱回收裝置示意圖。
[0010]圖2為:中空微納米多孔陶瓷膜組件立體圖。
[0011]圖3為:中空微納米多孔陶瓷膜組件縱向剖面圖。
[0012]圖4為:圖3中的A-A向剖視結構示意圖。
[0013]圖5為:圖3中的中空多孔微納米陶瓷膜管的結構示意圖。
[0014]圖6為:供水水箱結構示意圖。
[0015]編號說明:(1)為中空微納米多孔陶瓷膜組件，(2)為中空微納米多孔陶瓷膜管，(2a)為陶瓷膜管納米孔徑選擇層，(2b)為陶瓷膜管微/納米孔徑中間層，(2c)為陶瓷膜管微米孔徑基層，(3)為進水室，(4)為出水室，(5)為閥門，(6)為供水水箱，(7)為水箱進水口，(8)為水箱出水口，(9)為水箱氣孔，(10)為水栗，(11)為煙氣進口，(12)為煙氣出口。
【具體實施方式】
[0016]本發明提供了一種基于中空微納米多孔陶瓷膜的煙氣水分余熱回收裝置，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0017]中空微納米多孔陶瓷膜組件(1)由若干根結構參數、性能參數一定的中空微納米多孔陶瓷膜即膜管(2)組成，組件(1)中膜管(2)以一定橫縱截距按錯列布置。中空微納米多孔陶瓷膜組件(1)兩端設置進水室(3)和出水室(4)，進水室連接閥門(5)與供水水箱(6 )，出水室連接水栗(10 )。供水水箱(6 )設置有水箱進水口( 7 )、水箱氣孔(9 )及水箱出水口(8)0
[0018]首先檢查供水水箱(6)水位，使其保持在某一定值以上，然后打開閥門(5)，使整個供水系統管道與全部膜管(2)內充滿水，開啟水栗(10)使膜管內形成微負壓。煙氣從中空微納米多孔陶瓷膜組件(1)的一側煙氣進口(11)流進，與膜管(2)外側接觸，由于中空微納米多孔陶瓷膜(2)的納米孔徑選擇層(2a)中毛細冷凝作用，經過膜管(2)外表面的水蒸氣在納米孔徑選擇層(2a)中凝結成液體。由于供水系統在膜管(2)內側形成的微負壓，煙氣基本為一個大氣壓，所以膜管(2 )兩側形成壓差，膜管(2 )的納米孔徑選擇層(2a)中形成的液體會依次經過陶瓷膜管微/納米孔徑中間層(2b)、陶瓷膜管微米孔徑基層(2c)最終進入膜管內部與冷卻水混合。與此同時，膜管兩側煙氣與冷卻水進行熱交換。最后煙氣從中空微納米多孔陶瓷膜組件(1)另一側的煙氣出口( 12)流出。
【主權項】
1.一種基于中空微納米多孔陶瓷膜的煙氣水分余熱回收裝置，其特征在于:中空微納米多孔陶瓷膜組件(1)由若干根結構參數、性能參數一定的中空微納米多孔陶瓷膜即膜管(2)組成，組件(1)中膜管(2)以一定橫縱截距按錯列布置；中空微納米多孔陶瓷膜組件(1)兩端設置進水室(3)和出水室(4)，進水室連接閥門(5)與供水水箱(6)，出水室連接水栗(10);供水水箱(6)設置有水箱進水口(7)、水箱氣孔(9)及水箱出水口(8)。2.根據權利要求1所述一種基于中空微納米多孔陶瓷膜的煙氣水分余熱回收裝置，其特征在于:中空微納米多孔陶瓷膜即膜管(2)從外層到內層分別由納米孔徑選擇層(2a)、微/納米孔徑中間層(2b )及微米孔徑基層(2c )組成。3.根據權利要求1所述一種基于中空微納米多孔陶瓷膜的煙氣水分余熱回收裝置，其特征在于:供水水箱(6)中水位一直保持在某一定值以上，以維持裝置內穩定供水，并排盡管路內空氣；供水系統的設計使膜管內形成微負壓，使膜內外側有壓差，利于水分的滲透回收。4.根據權利要求1所述一種基于中空微納米多孔陶瓷膜的煙氣水分余熱回收裝置，其特征在，該裝置的運作流程為:檢查供水水箱(6)水位在某一定值以上，打開閥門(5)，使整個供水系統管道與全部膜管(2)內充滿水；開啟水栗(10)使膜管內側形成微負壓；煙氣從中空微納米多孔陶瓷膜組件(1)一側煙氣進口(11)流進，與膜管(2)外側接觸，由于中空微納米多孔陶瓷膜(2)的納米孔徑選擇層(2a)中毛細冷凝作用，經過膜管(2)外表面的水蒸氣在納米孔徑選擇層(2a)中凝結成液體；由于供水系統在膜管(2)內側形成的微負壓，煙氣基本為一個大氣壓所以膜管(2)兩側形成壓差，膜管(2)的納米孔徑選擇層(2a)中形成的液體會依次經過陶瓷膜管微/納米孔徑中間層(2b)、陶瓷膜管微米孔徑基層(2c)最終進入膜管內部與冷卻水混合；與此同時，膜管兩側煙氣與冷卻水進行熱交換；最后煙氣從中空微納米多孔陶瓷膜組件(1)另一側的煙氣出口( 12)流出。
【專利摘要】本發明屬于火力發電廠節能技術領域，特別涉及一種基于中空微納米多孔陶瓷膜的煙氣水分余熱回收裝置。本發明應用于火電廠排煙進入煙囪之前的煙氣水分及其余熱回收，主要分為以下幾個系統：中空微納米多孔陶瓷膜組件系統、供水系統（主要包括水箱和水泵）和輔助系統（主要包括閥門、管道及傳感器）。先利用供水系統使中空微納米多孔陶瓷膜管內充滿冷卻水，開啟水泵使膜內側形成微負壓；煙氣通過膜組件時，膜管兩側形成壓差，煙氣中的水蒸氣在陶瓷膜表面的納米孔中受毛細冷凝作用凝結并借助陶瓷膜兩側壓差進入膜管內部與冷卻水混合，實現煙氣水分回收。與此同時，膜管兩側進行熱量傳遞，實現煙氣余熱回收。本發明具有良好的自發性，高效環保，可用于回收煙氣中大量水分與余熱資源，降低火電廠運行成本。
【IPC分類】F23J15/06, F28F1/00
【公開號】CN105299676
【申請號】CN201510587985
【發明人】陳海平, 周亞男, 蘇欣
【申請人】華北電力大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年9月16日