一种烟气水热回收装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及烟气余热回收技术领域，尤其是涉及一种烟气水热回收装置。


背景技术：

[0002]
目前，随着节能理念的提升及环保要求的提高，越来越多的企业开始将锅炉排出的高温烟气通过烟气余热回收器进行热量回收，以达到降低排烟温度，同时节约燃料的目的。烟气除具有大量的显热外，还含有大量的水分，并以水蒸气的形式存在，水蒸气含有大量的汽化潜热，因此，含有大量水分及余热的烟气如果直接排放，不仅造成了水资源及能量的浪费，而且还会因含有一定的杂质和有害物质的烟气直接排放到环境中，造成环境污染。
[0003]
现有工程应用中多采用冷凝法进行烟气水蒸气的回收利用，在该方法中，需将烟气温度降低至露点温度以下，导致回收过程中产生的冷凝水因与烟气接触致使其品质变差，若要充分利用该部分水资源，需进一步加工处理，特别是当烟气中含有大量污染物，如so
2
、no等酸性气体时，换热过程中易生成含酸液体，极易造成换热设备及管线的腐蚀。
[0004]
因此，开发一种烟气水热回收装置，以解决烟气余热利用过程中换热效率低、回收水品质差、参数调节复杂，烟气腐蚀设备等问题，是本领域亟需解决的一项技术问题。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型的目的在于提供一种烟气水热回收装置，该装置解决了现有技术中烟气余热利用过程中换热效率低和回收水品质差的问题。
[0006]
本实用新型提供一种烟气水热回收装置，包括上下贯通的箱体和设置在所述箱体内部的膜组件；
[0007]
所述箱体相贯通的两对面分别为烟气入口和烟气出口；
[0008]
与所述箱体贯通两对面相邻的两侧壁上，设置有与膜组件相通的冷却水入口水室和冷却水出口水室；且所述冷却水入口水室和所述冷却水出口水室平行相对设置。
[0009]
现有技术中，常采用冷凝法对烟气水蒸气进行回收利用，在此过程中，烟气需降至露点温度以下，该回收过程中的产生的冷凝水因与烟气接触而导致其品质较差，若要充分利用该部分水资源，需要进一步加工处理，特别是烟气中还有大量污染物，如so
2
、no等酸性气体时，换热过程中易生成含酸液体，造成换热设备及管线的腐蚀。为解决上述问题，本实用新型的烟气水热回收装置，包括上下贯通的箱体和设置在所述箱体内部的膜组件，箱体相贯通的两对面分别为烟气入口和烟气出口，与箱体贯通两对面相邻的两侧壁上，设置有与膜组件相通的冷却水入口水室和冷却水出口水室，且冷却水入口水室和冷却水出口水室平行相对设置，由此烟气由烟气入口进入，冷却水由冷却水入口水室由膜组件内部向冷却水出口水室流动，烟气流动方向与冷却水流动方向相垂直，烟气与膜组件中的冷却水进行热质交换，回收烟气水分及热量后的冷却水，经膜组件的一端排入冷却水出口水室，冷却水出口水室中的水不断外排，实现冷却水在装置中流动过程；而高温高湿烟气由烟气入口进入后，分布在膜组件的外部，膜组件的内部为流动的冷却水，烟气中水蒸气一方面遇到温度
较低的膜组件发生冷凝，另一方面，烟气中水蒸气在膜组件表面发生毛细管冷凝作用凝聚成微小液滴，当膜组件的表面为高透水性，且膜组件内部存在负压时，表面液滴可迅速渗透至膜组件的内部，随着冷凝的不断发生，烟气中水分不断从烟气侧向膜组件内部转移，烟气中的部分热量也通过热质交换形式转移至了膜组件内部的冷却水中，从而实现了烟气中水、热的同时回收。而膜组件的孔道可阻止不凝气体的通过，保持了良好的回收水品质。因此，本实用新型的烟气水热回收装置利用膜组件进行烟气水热回收，可实现烟气中潜热和显热的同时高效回收，提高了常规装置方法余热回收效率，而且可将烟气中水蒸气以高洁净度方式进行回收利用，回收水品质较高，且有效避免了烟气中含有的酸、碱性气体对回收装置的腐蚀，特别适用于含热含湿量较大的烟气进行水热回收。
[0010]
进一步，沿着从烟气入口到烟气出口的方向，所述膜组件包括多层平行错列布置的陶瓷膜部件；每层所述陶瓷膜部件均由多个平行等距布置的陶瓷膜片组成；
[0011]
所有所述陶瓷膜片均为平板式中空结构，所述冷却水入口水室和所述冷却水出口水室分别设置有挡板；所述陶瓷膜片的两端分别插入并穿过所述挡板，并分别延伸至所述冷却水入口水室内和所述冷却水出口水室内。
[0012]
为实现膜组件对烟气中污染物的有效分离，并提高烟气换热效率，沿着从烟气入口到烟气出口的方向，膜组件由多层陶瓷膜部件平行错列布置，而每层陶瓷膜部件均由多个平行等距布置的陶瓷膜片组成，这里的陶瓷膜片均为平板式中空结构，且每个陶瓷膜片的两端分别插入并穿过挡板，并分别延伸至冷却水入口水室内和冷却水出口水室内，其中，陶瓷膜片与挡板接触处使用耐高温的防水橡胶密封材料进行密封处理，而陶瓷膜片的两端分别与冷却水入口水室和所述冷却水出口水室连通，由此冷却水入口水室的冷却水经陶瓷膜片的一端进入后，由陶瓷膜片的另一端进入冷却水出口水室。此外，烟气流动方向与每个陶瓷膜片平行，因此，烟气流动阻力较小，处理效率较高。
[0013]
进一步，所述陶瓷膜片沿其长边方向内部平行设置有多个通道，每个所述通道的两端分别设置有进水口和出水口；
[0014]
所有所述进水口均与所述冷却水入口水室连通；所有所述出水口均与所述冷却水出口水室连通。
[0015]
陶瓷膜片沿其长边方向内部平行设置有多个通道，每个通道的两端分别设置有进水口和出水口，这样，冷却水入口水室的冷却水由通道一端的进水口进入陶瓷膜片内部平行设置的通道，然后由通道另一端的出水口进入冷却水出口水室。
[0016]
进一步，所述陶瓷膜片表面孔径为5-100nm；每层相邻所述陶瓷膜片之间的间距为10-100mm；每个所述陶瓷膜片的长度为50-1000mm。
[0017]
为阻止烟气中不凝气体进入陶瓷膜片内部，所使用陶瓷膜片的表面孔径为5-100nm。而根据待处理烟气量变化，每层陶瓷膜部件均由多个平行等距布置的陶瓷膜片组成，且每层相邻陶瓷膜片之间的间距为10-100mm。为提高烟气换热效率，降低设备运行成本，每个陶瓷膜片的长度为50-1000mm。
[0018]
进一步，所述冷却水入口水室设置有进水管，所述冷却水出口水室设置有出水管。
[0019]
冷却水入口水室的底部设置有进水管，冷却水出口水室的上部设置有出水管，这样，冷却水由冷却水入口水室底部设置的进水管进入，与烟气换热后，由冷却水出口水室上部设置的出水管排出。
[0020]
进一步，所述出水管上设置有抽吸泵。
[0021]
为使陶瓷膜片内部保持一定的负压值，出水管上设置有抽吸泵，既可及时将冷却水出口水室的冷却水排出，又可促进凝聚在陶瓷膜片表面的微小液滴快速从烟气侧向陶瓷膜片内部渗透。
[0022]
进一步，所述箱体的外侧面固定安装有保温隔热板。
[0023]
为防止烟气热量损失，箱体的外侧面固定安装有保温隔热板。
[0024]
本实用新型还公开了烟气水热回收方法，具体包括以下步骤：
[0025]
s1、将饱和湿烟气由烟气入口通入箱体，同时向冷却水入口水室通入冷却水；
[0026]
s2、烟气与进入膜组件中的冷却水进行热交换后，烟气中水蒸气与冷却水汇流到冷却水出口水室，烟气由烟气出口排出，即完成烟气水热回收。
[0027]
进一步，步骤s1中，所述冷却水入口水室中冷却水温度为20-30℃，所述膜组件跨膜压差为0.3-0.5mpa。
[0028]
为提高冷却水在膜组件内的流动速度和表面液滴的扩散速度，膜组件跨膜压差为0.3-0.5mpa。
[0029]
本实用新型的烟气水热回收装置，与现有技术相比，具有以下优点：
[0030]
本实用新型利用膜组件进行烟气水热回收，可实现烟气水、热同时高效回收，而且膜组件可有效阻隔烟气中不凝气体等污染物进入膜组件内部，既保持了良好的回收水品质，又避免了烟气中含有的酸、碱性气体对换热装置及回收材料的腐蚀，因此，本实用新型的烟气水热回收装置对于不同烟气成分条件都具有良好的适应性。
附图说明
[0031]
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。
[0032]
图1为本实用新型烟气水热回收装置的示意图；
[0033]
图2为本实用新型烟气水热回收装置侧面示意图；
[0034]
图3为本实用新型陶瓷膜片的示意图；
[0035]
图4为本实用新型烟气水热回收装置的正视图。
[0036]
附图标记说明：
[0037]
1：箱体；2：膜组件；3：冷却水入口水室；4：冷却水出口水室；5：陶瓷膜片；6：挡板；7：进水口；8：出水口；9：进水管；10：出水管；11：抽吸泵；12：烟气入口；13：烟气出口。
具体实施方式
[0038]
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。
[0039]
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"、"坚直"、"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。
[0040]
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。
[0041]
如图1-4所示，本实用新型的一种烟气水热回收装置，包括上下贯通的箱体1和设置在所述箱体1内部的膜组件2；所述箱体1相贯通的两对面分别为烟气入口12和烟气出口13；与所述箱体1贯通两对面相邻的两侧壁上，设置有与膜组件2相通的冷却水入口水室3和冷却水出口水室4；且所述冷却水入口水室3和所述冷却水出口水室4平行相对设置。现有烟气换热装置存在换热效率低、回收水品质差、参数调节复杂、烟气腐蚀设备等问题，为解决上述问题，在本实用新型的烟气水热回收装置包括上下贯通的箱体1和设置在箱体1内部的膜组件2，箱体1相贯通的两对面分别为烟气入口和烟气出口13，与箱体1贯通两对面相邻的两侧壁上，设置有与膜组件2相通的冷却水入口水室3和冷却水出口水室4，且冷却水入口水室3和冷却水出口水室4平行相对设置，由此膜组件2的两端分别于冷却水入口水室3和冷却水出口水室4连通，以使冷却水入口水室3中的冷却水沿膜组件2长边方向向冷却水出口水室4流动，膜组件2内部的冷却水可与膜组件2外部由烟气入口12进入的烟气进行热质交换，实现对烟气显热的回收，而烟气中的水蒸气部分可在温度较低的膜组件2表面冷凝，部分可在膜组件2表面微小的孔径内发生毛细冷凝作用进而凝聚成微小液滴，这些液滴不断向膜组件2内部渗透，与此同时，烟气中的部分热量也通过热质交换形式转移到膜组件2内部的冷却水中，进而实现对烟气中水、热的同时回收，即实现了烟气显热、潜热及水分的一体化回收。膜组件2可有效阻止烟气中不凝性气体等杂质的通过，因此，保证了良好的回收水品质。此外，在该装置中，膜组件2设置方向与烟气流动方向平行，而烟气流动方向与冷却水流动方向垂直，因此，可最大程度的增加烟气与膜组件2的作用面积，减少烟气流动过程的阻力，提高烟气水热回收效率。
[0042]
在上述技术方案的基础上，进一步，沿着从烟气入口12到烟气出口13的方向，所述膜组件2包括多层平行错列布置的陶瓷膜部件；每层所述陶瓷膜部件均由多个平行等距布置的陶瓷膜片5组成；
[0043]
所有所述陶瓷膜片5均为平板式中空结构，所述冷却水入口水室3和所述冷却水出口水室4分别设置有挡板6；所述陶瓷膜片5的两端分别插入并穿过所述挡板6，并分别延伸至所述冷却水入口水室3内和所述冷却水出口水室4内。
[0044]
膜组件2由多层陶瓷膜部件平行错列布置，每层陶瓷膜部件均由多个平行等距布置的陶瓷膜片5组成，这样，高温高湿烟气由陶瓷膜部件下部进入该装置，在膜组件2内部沿与陶瓷膜片5平行方向流动，由于每层陶瓷膜部件采用错列布置，因此，烟气在经过不同层
时，会对下游陶瓷膜片5进行冲击，由此增大了烟气流动过程中的扰流程度，进而增加了烟气与陶瓷膜片5的接触时间和面积，提高了烟气水热回收效率。而每层陶瓷膜片5间采用等间距布置，这样，烟气可在膜组件2内均匀流动，不会出现局部流动速度过大或过小的问题。最后，经冷却水降温除湿后的烟气由膜组件2上方流出该装置，完成烟气的水热回收过程。
[0045]
多个陶瓷膜片5均采用直插式安装方法，插入并固定安装在冷却水入口水室3和冷却水出口水室4靠近陶瓷膜片5一侧的挡板6上，安装及拆卸方便，系统结构简单，运行维护费用低。此外，多个陶瓷膜片5的串联或并联连接，可保证当需要处理不同烟气量时，工艺工程可实现快速操作，有效克服了现有技术烟气回收设置参数调节复杂的问题。
[0046]
在上述技术方案的基础上，进一步优选地，所述陶瓷膜片5沿其长边方向内部平行设置有多个通道，每个所述通道的两端分别设置有进水口7和出水口8；所有所述进水口7均与所述冷却水入口水室3连通；所有所述出水口8均与所述冷却水出口水室4连通。
[0047]
为增加烟气与含有冷却水陶瓷膜片5的接触面积，陶瓷膜片5沿其长边方向内部平行设置有多个通道，而每个通道的两端分别设置有进水口7和出水口8，冷却室入口水室的冷却水经通道一端的进水口7进入陶瓷膜片5内部，并由通道另一端的出水口8流入冷却水出口水室4，冷却水在陶瓷膜片5内部流动过程时，烟气由烟气入口12进入箱体1并扩散至整个箱体1，当烟气经过陶瓷膜片5时，烟气与冷却水进行热质交换，实现烟气水、热同时高效回收，换热后的烟气由烟气出口13排出。
[0048]
在上述优选技术方案的基础上，进一步，所述陶瓷膜片5表面孔径为5-100nm；每层相邻所述陶瓷膜片5之间的间距为10-100mm；每个所述陶瓷膜片5的长度为50-1000mm。
[0049]
为阻隔烟气中不凝气体通过，同时提高冷凝水在陶瓷膜片5内部的渗透，在保证回收水品质的前提下，提高烟气中水蒸气的回收效率，陶瓷膜片5表面孔径为5-100nm。
[0050]
为提高烟气换热效率，降低设备运行成本，以满足不同烟气变化量需求，每层设置有多个陶瓷膜片5，并且相邻陶瓷膜片5之间的间距为10-100mm，且每个所述陶瓷膜片5的长度为50-1000mm。
[0051]
为实现整个装置的连续运行，所述冷却水入口水室3设置有进水管9，所述冷却水出口水室4设置有出水管10。
[0052]
冷却水入口水室3的底部设置有进水管9，进水管9可以连续向冷却水入口水室3输送冷却水，冷却水出口水室4的上部设置有出水管10，换热后的冷却水由出水管10不断排出，进而实现整个装置的连续运行。
[0053]
在上述优选技术方案的基础上，进一步，所述出水管10上设置有抽吸泵11。
[0054]
为进一步确保陶瓷膜片5内部保持一定的负压，提高冷却水在陶瓷膜片5内部的流动性，出水管10上设置有抽吸泵11。
[0055]
在上述优选技术方案的基础上，进一步，所述箱体1的外侧面固定安装有保温隔热板，可有效防止烟气热量损失。
[0056]
保温隔热板内部可填充石棉、玻璃棉或硅酸铝岩棉的保温材料，进而对箱体1进行保温处理，防止烟气热量损失。
[0057]
使用上述优选技术方案中的烟气水热回收装置处理烟气的具体步骤为：
[0058]
首先，在抽吸泵11的抽吸作用下，10-40℃的冷却水由冷却水进水管9进入到冷却水入口水室3中，并充满冷却水入口水室3中腔体空间，腔体内冷却水由陶瓷膜片5的进水口
7均匀分配至到陶瓷膜片5内水通道中，陶瓷膜片5内的冷却水与膜外高温、高湿烟气进行热质交换，冷却水回收烟气中余热及水分后，温度升高5-20℃且循环水量增大，升温后的冷却水沿陶瓷膜片5内水通道进入冷却水出口水室4中，各个陶瓷膜片5出水口8冷却水充满冷却水出口水室4，在出口管管道上抽吸泵11的抽吸下排出再利用。当烟气参数如温度、湿度条件变化时，可通过调节冷却水流量、温度、陶瓷膜片5内负压值等参数，即可保证出口烟气参数值在设定范围内；当烟气流量变化时，可通过增加膜组件2内陶瓷膜片5数量或增加陶瓷膜部件数量，以使出口烟气参数达到设定值。
[0059]
研究表明，当将温度为78℃、流量为42.6m
3
/h的饱和湿烟气通过膜面积为0.174m
2
陶瓷膜片5，陶瓷膜片5内冷却水进口温度为24℃，跨膜压差为0.38mpa，经过陶瓷膜片5进行水分及余热回收后，烟气出口13温度降低至64℃，冷却水出口温度增加至43℃。此过程中，水蒸气回收率可达43％，单位膜面积回收水量为28kg/(m
2
·
h)，热量回收率为50％。
[0060]
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。

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