[發明專利]一種模擬煙氣中二氧化硫和水分捕集的實驗方法及其裝置

在審

• 申請號: 201811119860.1
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109917074A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 陳海平;李兆豪;張衡;李祥升;馮義鈞;黃吉光
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種模擬煙氣中二氧化硫和水分捕集的實驗方法及其裝置。該裝置以氣體膜分離技術為核心，包括了煙氣模擬系統、二氧化硫捕集系統、水分捕集系統、水分回收系統。模擬煙氣流經二氧化硫捕集系統，二氧化硫氣體被膜管外表面形成的致密水膜吸附并捕集，從而脫離模擬煙氣。脫硫后的模擬煙氣進入水分捕集系統，模擬煙氣在膜管兩側滲透壓的作用下發生跨膜輸運，毛細冷凝過程產生的液態水和未發生冷凝的水蒸氣分別被液體回收瓶和冷阱回收。二氧化硫捕集系統在保證一定的脫硫效率的同時，沒有石膏液滴等污染物產生；水分捕集系統的回收率為40%以上；基于實驗效果，本裝置可應用于火電機組，實現二氧化硫和水分的一體化捕集。

技術領域

本發明涉及一種模擬煙氣中二氧化硫和水分捕集的實驗方法及其裝置，屬于動力工程與工程熱物理領域。

背景技術

火電廠排煙中含有的二氧化硫氣體在大氣中經過復雜的光化學、成核凝結聚集過程形成二次氣溶膠，造成降雨酸化，空氣能見度低等問題，并對人體健康產生極大危害。火電機組排放的二氧化硫含量約占全國二氧化硫廢氣排放量的三成，因此，降低火電機組排煙的硫含量成為治理大氣污染的重要工作。

火電廠煙氣中水蒸氣含量約為12%左右，經過估算，在我國的火電廠的煙氣排放過程中，以水蒸氣形式散失的水量至少有11億噸，若按80℃的排煙溫度計算，這些散失的水蒸氣蘊含25.388億吉焦的汽化潛熱，大約相當于1億噸標準煤的發熱量；我國2017年火電裝機容量為10.8億千瓦，按照煙氣水分回收率60%計算，每年可回收水量約6.6億噸，機組供電標準煤耗下降約3g/(kW·h)。

目前火電廠主要采用石灰石-石膏濕法脫硫技術對煙氣進行脫硫處理，經過脫硫塔脫硫后的煙氣，其特點有二：一是煙氣中含有一定量的小粒徑的石膏液滴和細微顆粒物；二是煙氣溫度一般為50℃~60℃，處于濕飽和狀態。含有飽和蒸汽和石膏液滴的煙氣在低溫狀態下擴散和提升能力較差，煙氣中的石膏液滴和細微顆粒物在煙囪附近聚集長大，經冷凝形成白色煙霧，進而落到地面，出現所謂的“石膏雨”現象，對火電廠的周邊環境造成嚴重影響。因此，現有的石灰石-石膏濕法脫硫技術在脫硫的同時會帶來新的環境污染問題。

火電廠目前常采用冷凝法對煙氣中的水分進行回收。但在應用過程中，冷凝法暴露出了諸多問題，譬如：回收水質不佳；凝結水呈酸性（pH≈3）不能直接回收利用，需要采用耐腐蝕性強的管材；需要足夠大的凝結換熱面積，一旦管道出現腐蝕泄露，冷源就會被污染。因此，很多火電廠都在致力于尋找一種新型回收煙氣水分的方法。

發明內容

本發明設計一種模擬煙氣中二氧化硫和水分捕集的實驗裝置，應用膜分離技術捕集模擬煙氣中的二氧化硫和水分，包括煙氣模擬系統、二氧化硫捕集系統、水分捕集系統、水分回收系統。

本發明設計的模擬煙氣組分包括N₂、O₂、CO₂、SO₂、NO₂和水蒸氣；煙氣模擬系統包含兩條氣體主路：一路是由N₂、O₂、CO₂、SO₂、NO₂組成的干煙氣，另一路是經過注水罐加濕處理的氮氣與水蒸氣的二元混合氣；每個氣瓶的出口都安裝有氣體減壓閥，與氣瓶相連的每條支路都設置有氣體質量流量控制器，以實現不同支路間的獨立控制，模擬不同的煙氣工況環境。

本發明配制的模擬煙氣中存在水蒸氣以及二氧化硫，兩種氣體可能在氣體混合罐內發生反應生成腐蝕性強酸并凝結在氣體混合罐內壁上。因此，氣體混合罐底端設計了一個排污閥和一個排污口，保證在實驗后能夠將混合罐內壁凝結的酸或小水滴排出混合罐。