一种基于复合膜回收火电厂烟气中水蒸气的装置的制作方法

本发明属于火力发电行业节水、节能技术领域，设计一种特殊的复合膜组件结构，有效提高膜组件的使用寿命，实现火电厂烟气中水蒸气的稳定回收。

背景技术：

2014年，我国新增发电设备容量10350万千瓦，发电设备总容量达到13.6亿千瓦；火电机组装机容量突破9亿万千瓦，占总装机容量的67%左右，可见火力发电在电力行业中仍然占有较大比重。有统计数据表明，我国火电用水量一直占全国电力工业用水量的40%以上，并且这个比例在逐年增加。尽管我国有着较大的淡水储备，但经济的飞速发展和水资源分布的不均衡使得中西部地区面临严重的水资源匮乏问题。同时，中西部地区是我国重要的化石能源储备地区，富煤贫水的现状严重限制了中西部地区火力发电行业的进一步发展。

从含湿气流中分离脱除水蒸气的技术有很多种，目前比较常见的有冷凝器回收水技术，干燥剂脱水技术，以及膜法水分回收技术。资料表明，可用于电厂烟气中水分回收的技术有液体吸收法、冷凝法和膜法。其中，液体吸收法环保性差、经济性低；冷凝法回收水分的水质较差，后处理工艺要求高；膜法烟气水分回收技术不仅具有系统简单、回收水质高等优势，还可以实现水蒸气热量的回收，具有较好的前景。

火电厂的烟气成分较为复杂，对于燃用不同煤种的燃煤电厂，烟气成分差别也较大，对于灰分较多的高速流动的烟气，膜法水分回收装置易产生积灰和强度问题。因此，本发明阐述了一种基于复合膜回收火电厂烟气中水蒸气的装置，其特殊的布置与设计，可以有效地避免上述的两种问题。另外，本发明阐述的复合膜法水分回收装置易实现标准化制造和模块化安装。

技术实现要素：

本发明的目的是阐述一种基于复合膜回收火电厂烟气中水蒸气的装置，该装置中膜组件的特殊设计可有效地避免膜表面的积灰，提高使用寿命；同时，其特殊的布置方式可以大幅度降低膜装置的流动阻力，降低风机电耗，提高火电厂运行的经济性。

为了避免高速流动的烟气对复合膜的垂直冲刷而产生较大的冲击力，影响膜的强度及使用寿命，设计了一种特殊的装置模块，装置由4行4列共16组膜组件构成，其中每个膜组件由一组膜丝和两个固定端配件构成。每组膜丝由20根膜丝组成。膜丝是基于聚醚砜（pes）材质的中空纤维膜结构，中空纤维膜外表面经涂敷40%磺化度的磺化聚醚醚酮（speek）后制成，此种材料的膜对水的吸附能力极强。装置将膜组件沿着烟气流动方向布置，布置方式为顺—逆流联合布置。装置前半段水蒸气与烟气流动方向相同，属于顺流布置；后半段水蒸气与烟气流动方向相反，属于逆流布置。这种布置方式不仅可以有效避免烟气对复合膜丝的冲刷，增强膜的使用寿命，还可以有效地降低装置的流动阻力，降低厂用电；且烟气与膜表面接触时间较长，渗透效果较好；另外设计特殊的膜组件配件的结构，包括固定端配件和连接端配件，使得顺—逆流联合布置整体呈沙漏型。这一沙漏型结构可保证烟气在流过膜表面时，膜丝由于与烟气流向有一定角度而产生连续轻微震动，这一震动可有效避免烟尘在膜丝上集聚，避免膜污染。该设计不仅提高了水蒸气的回收效果，更是有效地避免了膜组件的积灰，增加膜组件的使用寿命，实现烟气中水蒸气的稳定回收。

本发明的有益效果：该发明可以有效的降低烟气流经膜装置所产生的压力损失，并降低烟气对复合膜丝的冲刷，增强膜的寿命及系统的稳定性。经小型实验验证，对于中低速流动的空气，装置的压降因子在3-15之间。对于低速流动的60℃的饱和湿氮气，装置的填充率为80m²/m³时，复合膜的渗透通量可达0.4-0.8kg/(m³∙h)，水分回收率高达50-60%。且该方法回收的水质较高，处于工业淡水范畴。术语介绍：压降因子为烟气流过装置的压力降低值与无装置时沿程阻力导致的压力降低值之比，无量纲；装置的填充率为装置中填充的有效膜面积与装置的体积之比，单位：m²/m³。

附图说明

图1为水蒸气回收装置的整体示意图。

图2为膜组件结构示意图。

图3为顺—逆流联合布置示意图。

图4为膜组件的固定端配件结构图。

图5为膜组件的连接端配件结构图。

图6为膜组件沙漏型布置示意图。

具体实施方式

本发明设计了一种基于复合膜回收火电厂烟气的装置，目的是实现火电厂烟气中水蒸气的回收，降低火电厂水耗，节约水资源，提升火电机组运行的经济性。

装置的构成主要包括中空纤维膜复合膜丝（1），膜组件的固定端配件（2），膜组件的连接端配件（3），水蒸气输运管（4）。

装置工作时，烟气沿中空纤维膜复合膜丝（1）外表面流动，水蒸气渗透进入复合膜内侧，通过膜组件的连接端配件（3）将水蒸气输运至水蒸气输运管（4）内，再由水蒸气输运管（4）将众多膜组件回收的水蒸气输运至相关系统。

水蒸气的回收可以弥补电厂的各处汽水损失，对于中西部富煤贫水地区尤为重要。复合膜法回收的水质较好，经实验室内实验验证，其回收的水属于工业淡水范畴，后处理工艺简单，处理系统能耗较小。简单处理后，可以方便的汇入凝结水中系统中，进行再利用。

水蒸气的回收可以降低烟气的酸露点温度，减轻锅炉尾部受热面的低温腐蚀。从高温烟道内回收的水蒸气的热量还可以进行一定的利用，达到节能的目的。对于采用湿法脱硫的机组，脱硫后烟气基本处于湿饱和状态，极易造成烟囱的腐蚀。对湿法脱硫后的烟气进行水蒸气回收，不仅可以回收大量的高品质水，还可以有效防止烟囱的腐蚀，降低烟囱防腐措施的经济压力。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于复合膜回收火电厂烟气中水蒸气的装置，属于火力发电行业节水、节能领域的内容。水分回收装置中膜组件采用顺—逆流联合布置方案，降低烟气对复合膜的冲刷，降低装置对流动烟气的阻力；并设计了特殊结构的膜组件配件，使得安装膜组件安装后整体呈沙漏型布置方式，可有效减轻高速气流的冲击与积灰产生的膜污染。经小型实验验证，对于中低速流动的空气，装置的压降因子在3‑15之间。对于低速流动的60℃的饱和湿氮气，装置的膜面积填充率为80m2/m3时，复合膜的渗透系数可达0.4‑0.8 kg/(m3∙h)，水分回收率高达50‑60%。

技术研发人员：陈海平;王博;周亚男
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2017.05.27
技术公布日：2017.08.25