謝 天，陳海平，馮義鈞，李祥升，楊博然

(華北電力大學(xué) 國(guó)家火力發(fā)電工程技術(shù)研究中心，北京 102206)

能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著工業(yè)不斷發(fā)展，能源過(guò)度消耗，各種新型節(jié)能技術(shù)已成為世界各國(guó)科技領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。中國(guó)是世界上最大的能源消費(fèi)國(guó)，根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》(2017版)[1]，2016年中國(guó)能源消費(fèi)量占全球能源消費(fèi)量的23%，煤炭在能源消費(fèi)中占比62%，仍是中國(guó)能源消費(fèi)的主要燃料。因此，火電作為煤炭主要消費(fèi)行業(yè)，肩負(fù)著巨大的節(jié)能重任。

火電廠鍋爐排煙中含有大量水蒸氣及低溫余熱資源，以燃用褐煤的某1 000 MW機(jī)組為例，鍋爐煙氣體積流量為279.99萬(wàn)Nm3/h，煙氣中水蒸氣體積分?jǐn)?shù)為13.04%，折算成質(zhì)量流量高達(dá)293.41 t/h，水蒸氣攜帶潛熱量高達(dá)662.2 GJ/h。然而，為了防止鍋爐尾部煙道發(fā)生低溫腐蝕，鍋爐排煙溫度通常設(shè)計(jì)在120℃以上，在此溫度下煙氣中的水蒸氣不會(huì)發(fā)生凝結(jié)，而是隨煙氣一起排放到了大氣中，造成巨大的排煙熱損失及水資源的浪費(fèi)。因此，若能部分回收煙氣中的水分及余熱，必可起到顯著的節(jié)能、節(jié)水效果。冷凝法是出現(xiàn)最早的回收煙氣中水分及余熱的技術(shù)，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的多年探索已發(fā)展的十分成熟[2-6]，但冷凝法的缺陷在于其需要敷設(shè)大量的換熱表面，回收水的水質(zhì)較低，并會(huì)對(duì)換熱表面造成腐蝕。

陶瓷膜法回收煙氣中水分及余熱是近些年新興起的技術(shù)。Wang等[7]最先提出TMC(Transport Membrane Condenser)裝置的概念，即用陶瓷膜表面代替?zhèn)鹘y(tǒng)換熱器表面，進(jìn)行煙氣中水分及余熱的回收，結(jié)果表明：由于陶瓷膜具有特殊的毛細(xì)冷凝機(jī)理，TMC裝置對(duì)煙氣中水分及余熱的回收效率較高，且回收水可直接作為工業(yè)補(bǔ)水使用。Bao等[8]通過(guò)對(duì)比相同尺寸的陶瓷膜管束與不銹鋼管束對(duì)煙氣中水分及余熱回收性能，發(fā)現(xiàn)陶瓷膜管束煙氣對(duì)流Nusselt數(shù)比不銹鋼管束高50%～80%，冷凝速率比不銹鋼管束高60%～80%，證明了TMC裝置具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。Chen等[9]通過(guò)選擇層孔徑分別為20 nm、30 nm、50 nm和100 nm的陶瓷膜在不同煙氣條件下對(duì)水分及余熱回收實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)20 nm孔徑陶瓷膜最適合用于火電廠實(shí)際煙氣；煙氣溫度為70℃時(shí)，20 nm孔徑陶瓷膜水回收速率可達(dá)到1 L/(m2·h)，水回收效率可達(dá)到55%。Zhou等[10]認(rèn)為煙氣中的水蒸氣在陶瓷膜管內(nèi)的傳質(zhì)過(guò)程可分成：煙氣側(cè)對(duì)流凝結(jié)、陶瓷膜管壁中滲透、冷卻水側(cè)對(duì)流傳質(zhì)，并分析了不同過(guò)程中傳質(zhì)對(duì)傳熱的影響，結(jié)果表明：煙氣側(cè)水蒸氣對(duì)流凝結(jié)釋放的潛熱占了煙氣側(cè)總傳熱量的絕大部分，陶瓷膜管壁的傳熱機(jī)理主要是導(dǎo)熱，凝結(jié)液在膜孔內(nèi)的對(duì)流換熱量可以忽略不計(jì)，滲透到冷卻水側(cè)的凝結(jié)液對(duì)冷卻水側(cè)的換熱幾乎沒有影響。Soleimanikutanaei等[11]通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸，提出了一種簡(jiǎn)化的多組分輸運(yùn)模型質(zhì)量源項(xiàng)，并用該質(zhì)量源項(xiàng)對(duì)煙氣在TMC裝置中的對(duì)流凝結(jié)換熱過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比誤差均在10%以內(nèi)，驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性。

陶瓷膜在回收火電廠煙氣中水分及余熱領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，本文在前人研究基礎(chǔ)上，通過(guò)煙氣在單根內(nèi)涂層陶瓷膜管內(nèi)對(duì)流凝結(jié)換熱實(shí)驗(yàn)，研究了煙氣流量、煙氣溫度、煙氣相對(duì)濕度和冷卻水流量分別對(duì)煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、煙氣對(duì)流凝結(jié)Nusselt數(shù)和煙氣顯熱、潛熱換熱量的影響，并分析了其原因。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 傳質(zhì)傳熱機(jī)理

煙氣在陶瓷膜管內(nèi)的對(duì)流凝結(jié)換熱過(guò)程與在普通鋼管內(nèi)有本質(zhì)的區(qū)別。煙氣在普通鋼管內(nèi)的對(duì)流凝結(jié)換熱過(guò)程屬于表面凝結(jié)，根據(jù)Colburn-Hougen理論[12]，煙氣中的水蒸氣會(huì)在普通鋼管的壁面發(fā)生凝結(jié)，形成一層極薄的液膜，并在液膜上方形成一個(gè)不凝性氣體邊界層，主流氣體向壁面的傳質(zhì)和傳熱過(guò)程需要克服不凝性氣體邊界層和液膜的雙重阻力。而陶瓷膜具有特殊的微觀結(jié)構(gòu)，如圖1所示，陶瓷膜壁面可分為選擇層、過(guò)渡層、支撐層，選擇層孔徑一般為6～50 nm，水蒸氣率先進(jìn)入選擇層并發(fā)生毛細(xì)冷凝；過(guò)渡層孔徑約為100 nm，起到選擇層與支撐層的連接作用；支撐層的孔徑約為0.5 μm，起到整個(gè)陶瓷膜的支撐作用。圖2為陶瓷膜管壁橫截面在掃描電鏡SEM(Scanning Electron Microscope)下的結(jié)構(gòu)，圖中可以清晰地分辨出選擇層、過(guò)渡層、支撐層。陶瓷膜特殊的微觀結(jié)構(gòu)使煙氣在陶瓷膜管內(nèi)的傳質(zhì)傳熱機(jī)理發(fā)生了改變：煙氣中的水蒸氣在陶瓷膜管的選擇層孔中發(fā)生毛細(xì)冷凝，主流煙氣中的水蒸氣在濃度差的作用下不斷擴(kuò)散向壁面，壁面附近由于水蒸氣濃度降低形成一個(gè)不凝性氣體邊界層，主流氣體向壁面的傳質(zhì)和傳熱過(guò)程僅需要克服不凝性氣體邊界層阻力，這是陶瓷膜對(duì)煙氣中水分及余熱回收性能優(yōu)于普通鋼管的最根本原因。

圖1 傳質(zhì)傳熱機(jī)理示意圖

圖2 陶瓷膜管壁橫截面在掃描電鏡SEM下的結(jié)構(gòu)

本文所使用的陶瓷膜管結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1陶瓷膜管結(jié)構(gòu)參數(shù)

項(xiàng)目數(shù)值平均孔隙率/[%]40平均孔徑/nm50內(nèi)徑/外徑/mm 8/12長(zhǎng)度/m1

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)條件，本文采用氮?dú)饧铀魵獾幕旌蠚怏w作為模擬煙氣進(jìn)行煙氣在陶瓷膜管內(nèi)對(duì)流凝結(jié)換熱實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置原理圖如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置原理圖1-帶減壓閥的氮?dú)馄?2-濕氣緩沖罐;3-加濕罐;4-干氣緩沖罐;5-混合罐;6-恒溫水浴鍋;7-陶瓷膜管;8-膜組件;9-恒溫給水箱;10-加熱器;11-膠球干燥劑;12-水泵;13-回水箱

實(shí)驗(yàn)裝置由配氣部分、膜組件、冷卻部分和干燥部分組成。配氣部分包括氮?dú)馄?、緩沖罐、加濕罐、混合罐和恒溫水浴鍋，氮?dú)夥譂竦獨(dú)?、干氮?dú)鈨陕?，濕氮?dú)饴酚糜诋a(chǎn)生飽和濕氮?dú)猓{(diào)節(jié)干氮?dú)饴妨髁靠梢援a(chǎn)生不同相對(duì)濕度的混合氣體，通過(guò)調(diào)節(jié)恒溫水浴鍋開度保持混合氣體溫度為一定值；膜組件包括陶瓷膜管和保溫的不銹鋼外殼，形成逆流套管式換熱，水蒸氣在壓差作用下進(jìn)入陶瓷膜孔內(nèi)發(fā)生毛細(xì)冷凝，冷凝釋放的潛熱與混合氣體的顯熱被冷卻水帶走；冷卻部分包括恒溫給水箱、水泵和回水箱，冷卻水由水泵驅(qū)動(dòng)，初始溫度保持不變，在水泵壓頭作用下陶瓷膜管外建立穩(wěn)定的真空；干燥部分由膠球干燥劑組成，用于收集沒有在陶瓷膜管內(nèi)冷凝的水蒸氣。

本文實(shí)驗(yàn)所選取的操作參數(shù)如表2所示。

表2本文實(shí)驗(yàn)操作參數(shù)

項(xiàng)目數(shù)值煙氣流量/L·min-14～18煙氣溫度/℃50;60;70煙氣相對(duì)濕度/[%]40～100冷卻水流量/L·min-10.5;1;1.5;2水蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)/[%]5.62～22.24每組實(shí)驗(yàn)時(shí)間/min3

1.3 傳質(zhì)傳熱性能計(jì)算

1.3.1 煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)

煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)可用于評(píng)價(jià)煙氣在陶瓷膜管內(nèi)的對(duì)流傳質(zhì)性能，計(jì)算式為

式中hm——煙氣對(duì)流凝結(jié)傳質(zhì)系數(shù)/m·s-1；

d——陶瓷膜管內(nèi)徑/m；

D——水蒸氣在煙氣中的擴(kuò)散系數(shù)/m2·s-1。

hm計(jì)算式為

式中mv——煙氣中水蒸氣的凝結(jié)速率/kg·m-2·s-1；

ρv,w——壁面溫度下水蒸氣密度/kg·m-3。

mv可由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到，計(jì)算式為

式中dT——溫度T時(shí)煙氣含濕量[13]/kg·kg-1；

mN2——實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)消耗的氮?dú)饪傎|(zhì)量/kg；

Δm——實(shí)驗(yàn)前后膠球干燥劑質(zhì)量差/kg；

Δt——實(shí)驗(yàn)時(shí)間/s；

Ain——陶瓷膜管內(nèi)表面積/m2。

4.牛巴氏桿菌病（肺炎型）。通過(guò)消化道、呼吸道、吸血昆蟲、損傷的皮膚黏膜等方式感染。幼齡動(dòng)物發(fā)病嚴(yán)重，病死率較高，無(wú)明顯的季節(jié)性，環(huán)境變化和抵抗力降低是發(fā)病誘因，多呈地方流行或散發(fā)。

D計(jì)算式為

式中T，P——當(dāng)?shù)販囟群蛪毫Γ?/p>

T0，P0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度和壓力(273.15 K，1 atm)；

D(0,1)——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下擴(kuò)散系數(shù)，D(0,1)=2.56×10-5m2/s；α取1.81。

1.3.2 煙氣對(duì)流凝結(jié)Nusselt數(shù)

煙氣對(duì)流凝結(jié)Nusselt數(shù)可用于評(píng)價(jià)煙氣在陶瓷膜管內(nèi)的對(duì)流傳熱性能，計(jì)算式為

式中hf——煙氣對(duì)流凝結(jié)換熱系數(shù)/W·m-2·℃-1；

d——陶瓷膜管內(nèi)徑/m；

λ——煙氣導(dǎo)熱系數(shù)/W·m-2·℃-1。

hf計(jì)算式為

式中cp——冷卻水定壓比熱/J·kg-1·℃-1；

mc——冷卻水質(zhì)量流量/kg·s-1；

tc,out、tc,in——冷卻水進(jìn)、出口溫度/℃；

Tf、Tc——煙氣、冷卻水平均溫度/℃。

1.3.3 煙氣顯熱、潛熱換熱量

煙氣顯熱、潛熱換熱量可用于分析不同煙氣條件對(duì)煙氣純對(duì)流換熱和純凝結(jié)換熱的影響。煙氣在陶瓷膜管內(nèi)的對(duì)流凝結(jié)換熱可看作純對(duì)流換熱和純凝結(jié)換熱的疊加，即

Qtotal=Qconv+Qcond

式中Qtotal——煙氣對(duì)流凝結(jié)總換熱量/W·m-2；

Qconv——煙氣純對(duì)流換熱量/W·m-2；

Qcond——煙氣純凝結(jié)換熱量/W·m-2。

Qtotal計(jì)算式為

Qcond計(jì)算式為

Qcond=mv·hfg

式中hfg——水蒸氣汽化潛熱/J·kg-1。

Qconv計(jì)算式為

Qconv=Qtotal-Qcond

2 結(jié)果與討論

2.1 煙氣流量

圖4為煙氣溫度50℃、煙氣相對(duì)濕度100%、冷卻水流量2 L/min時(shí)煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)與煙氣流量變化關(guān)系。由圖4可見：煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)均隨煙氣流量增加而上升，Sherwood數(shù)隨煙氣流量增加直線上升，呈一次函數(shù)關(guān)系，Nusselt數(shù)卻隨煙氣流量增加上升速度越來(lái)越慢。造成這種現(xiàn)象的原因是：在煙氣溫度、煙氣相對(duì)濕度保持不變時(shí)，提高煙氣流量可以使煙氣中攜帶的水蒸氣增加，煙氣攜帶水蒸氣質(zhì)量與煙氣流量變化關(guān)系如圖5所示，煙氣攜帶水蒸氣質(zhì)量增加提高了陶瓷膜傳質(zhì)數(shù)量，但不改變陶瓷膜傳質(zhì)性能。隨煙氣流量增加，煙氣在陶瓷膜管中的停留時(shí)間變短，煙氣沒有與陶瓷膜進(jìn)行充分換熱就被帶到管外，降低了陶瓷膜傳熱性能，使Nusselt數(shù)與煙氣流量近似呈拋物線型函數(shù)關(guān)系。

圖4 煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)與煙氣流量變化關(guān)系

圖5 煙氣攜帶水蒸氣質(zhì)量與煙氣流量變化關(guān)系

圖6為煙氣溫度50℃、煙氣相對(duì)濕度100%、冷卻水流量2 L/min時(shí)煙氣顯熱、潛熱換熱量與煙氣流量變化關(guān)系。由圖6可見，煙氣潛熱換熱量隨煙氣流量增加而升高，煙氣顯熱換熱量隨煙氣流量增加先上升后趨于平緩。造成這種現(xiàn)象的原因是：隨著煙氣流量增加，在陶瓷膜管內(nèi)凝結(jié)的水蒸氣數(shù)量增加，使煙氣潛熱隨煙氣流量增加而直線升高，呈一次函數(shù)關(guān)系；煙氣純對(duì)流換熱系數(shù)隨煙氣流量增加而上升，但上升作用受煙氣流速限制，煙氣流速過(guò)大時(shí)使煙氣不能在陶瓷膜管內(nèi)充分換熱，抑制換熱效果。由圖6可見，當(dāng)煙氣流量超過(guò)10 L/min時(shí)，煙氣顯熱增長(zhǎng)就趨于平緩。

圖6 煙氣顯熱、潛熱換熱量與煙氣流量變化關(guān)系

2.2 煙氣溫度

圖7為煙氣流量4 L/min、煙氣相對(duì)濕度100%、冷卻水流量2 L/min時(shí)煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)與煙氣溫度變化關(guān)系。由圖7可見，煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)均隨煙氣溫度升高而上升，且呈相同變化趨勢(shì)。煙氣流量、煙氣相對(duì)濕度保持不變時(shí)，提高煙氣溫度可以增加煙氣含濕量，使更多的水蒸氣在陶瓷膜管內(nèi)發(fā)生對(duì)流凝結(jié)，傳質(zhì)、傳熱數(shù)量隨煙氣溫度升高而上升。煙氣溫度越高，煙氣在陶瓷膜管中的傳質(zhì)、傳熱性能越好，當(dāng)煙氣溫度從50℃升高到60℃時(shí)，Sherwood數(shù)由1.26上升到1.32、Nusselt數(shù)由19.1上升到22.2；當(dāng)煙氣溫度從60℃升高到70℃時(shí)，Sherwood數(shù)由1.32上升到1.45、Nusselt數(shù)由22.2上升到27.9。

圖7 煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)與煙氣溫度變化關(guān)系

圖8為煙氣流量4 L/min、煙氣相對(duì)濕度100%、冷卻水流量分別為1 L/min、1.5 L/min和2 L/min時(shí)煙氣顯熱、潛熱換熱量與煙氣溫度變化關(guān)系。由圖8可見，不同冷卻水流量下煙氣潛熱換熱量隨煙氣溫度升高而上升，煙氣顯熱換熱量基本不變。煙氣潛熱換熱量隨煙氣在陶瓷膜管中傳質(zhì)數(shù)量增加而上升，與煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)呈相同變化趨勢(shì)；煙氣溫度升高對(duì)純對(duì)流換熱系數(shù)基本沒有影響。值得一提的是：不同冷卻水流量下，煙氣潛熱換熱量變化曲線基本重合，煙氣顯熱換熱量隨冷卻水流量增加而提高。這是因?yàn)椋簾煔庠谔沾赡す苤械哪Y(jié)機(jī)理以毛細(xì)冷凝為主，提高冷卻水流量不能增加水蒸氣凝結(jié)速率，這與普通鋼管換熱器有本質(zhì)的區(qū)別；提高冷卻水流量可以減小冷卻水側(cè)換熱熱阻，改善煙氣純對(duì)流換熱效果。

圖8 煙氣顯熱、潛熱換熱量與煙氣溫度變化關(guān)系

2.3 煙氣相對(duì)濕度

圖9為煙氣流量10 L/min、煙氣溫度50℃、冷卻水流量2 L/min時(shí)煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)與煙氣相對(duì)濕度變化關(guān)系。由圖9可見，煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)均隨煙氣相對(duì)濕度增加而上升，并與煙氣相對(duì)濕度近似呈一次函數(shù)關(guān)系。不凝性氣體積聚效應(yīng)是影響煙氣中水蒸氣對(duì)流凝結(jié)換熱的主要原因，陶瓷膜管壁附近的水蒸氣不斷在膜孔內(nèi)發(fā)生毛細(xì)冷凝，管壁附近的水蒸氣濃度降低，不凝性氣體濃度升高，形成一個(gè)不凝性氣體邊界層，如圖1所示。不凝性氣體邊界層是主流煙氣向陶瓷膜管壁傳質(zhì)、傳熱的主要阻力。煙氣相對(duì)濕度增加，主流煙氣中不凝性氣體濃度降低，使管壁附近的不凝性氣體邊界層厚度減小，煙氣向陶瓷膜管壁的傳質(zhì)、傳熱數(shù)量增加，但沒有改變傳質(zhì)、傳熱性能。

圖9 煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)與煙氣相對(duì)濕度變化關(guān)系

圖10為煙氣流量10 L/min、煙氣溫度50℃、冷卻水流量2 L/min時(shí)煙氣顯熱、潛熱換熱量與煙氣相對(duì)濕度變化關(guān)系。由圖10可見，煙氣潛熱換熱量受傳質(zhì)數(shù)量增加的影響，與Sherwood數(shù)呈相同變化趨勢(shì)。煙氣顯熱換熱量也隨煙氣相對(duì)濕度增加直線上升，一方面由于煙氣相對(duì)濕度增加造成不凝性氣體邊界層厚度減小，煙氣對(duì)流換熱的熱阻減?。涣硪环矫媸且?yàn)樵跓煔饬髁坎蛔兊那闆r下，提高煙氣相對(duì)濕度會(huì)使煙氣中攜帶更多的水蒸氣，造成總氣體體積流量變大，煙氣流速提高，從而增強(qiáng)了煙氣的純對(duì)流換熱效果。

圖10 煙氣顯熱、潛熱換熱量與煙氣相對(duì)濕度變化關(guān)系

2.4 冷卻水流量

圖11為煙氣流量4 L/min、煙氣溫度50℃、煙氣相對(duì)濕度100%時(shí)煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)與冷卻水流量變化關(guān)系。由圖11可見：隨著冷卻水流量增加，煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)幾乎沒有變化，煙氣對(duì)流凝結(jié)Nusselt數(shù)直線升高。這說(shuō)明增加冷卻水流量對(duì)煙氣向陶瓷膜管壁的傳質(zhì)沒有影響，但卻可以顯著提高煙氣的傳熱效果。因此，將陶瓷膜換熱器應(yīng)用在電廠實(shí)際煙氣中時(shí)，如果僅考慮陶瓷膜對(duì)煙氣中水蒸氣的回收效率，可以適當(dāng)降低冷卻水流量，降低水泵的能耗。

圖11 煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)與冷卻水流量變化關(guān)系

圖12為煙氣流量分別為4 L/min、7 L/min、煙氣溫度50℃、煙氣相對(duì)濕度100%時(shí)煙氣顯熱、潛熱換熱量與冷卻水流量變化關(guān)系。由圖12可見：不同煙氣流量下，煙氣潛熱換熱量幾乎不隨冷卻水流量增加而變化，煙氣顯熱換熱量隨冷卻水流量增加而上升。值得注意的是，在冷卻水流量較低時(shí)，煙氣流量為4 L/min與7 L/min的煙氣顯熱換熱量相差不大，這說(shuō)明在冷卻水流量較低時(shí)，提高煙氣流量對(duì)增強(qiáng)煙氣純對(duì)流換熱效果不明顯。造成這種現(xiàn)象的原因可能是在冷卻水流量較低時(shí)，冷卻水側(cè)熱阻為主要的換熱熱阻。

圖12 煙氣顯熱、潛熱換熱量與冷卻水流量變化關(guān)系

3 結(jié)論

本文通過(guò)引入煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、煙氣對(duì)流凝結(jié)Nusselt數(shù)和煙氣顯熱、潛熱換熱量三個(gè)指標(biāo)，評(píng)價(jià)煙氣在陶瓷膜管內(nèi)對(duì)流凝結(jié)的傳質(zhì)、傳熱性能，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：

(1)增加煙氣流量使煙氣攜帶更多水蒸氣，煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)隨煙氣流量增加而上升；煙氣流量過(guò)高會(huì)使煙氣與陶瓷膜換熱不充分。電廠鍋爐排煙流量大，保證了陶瓷膜良好的水回收性能，可以考慮多布置膜組件保證陶瓷膜與煙氣充分換熱。

(2)提高煙氣溫度可以顯著提高煙氣在陶瓷膜

管內(nèi)的傳質(zhì)、傳熱性能，煙氣溫度越高，煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)增長(zhǎng)速度越快。將陶瓷膜組件布置在煙氣溫度較高的位置，有助于提高陶瓷膜對(duì)水、熱的回收性能。

(3)提高煙氣相對(duì)濕度使不凝性氣體邊界層變薄，煙氣向陶瓷膜管壁傳質(zhì)、傳熱阻力變小，煙氣對(duì)流凝結(jié)Sherwood數(shù)、Nusselt數(shù)隨煙氣相對(duì)濕度提高而上升。說(shuō)明陶瓷膜適合布置在高水分煙氣環(huán)境中，脫硫塔后煙氣接近濕飽和狀態(tài)，是布置陶瓷膜組件的理想位置。

(4)增加冷卻水流量可以顯著提高煙氣傳熱效果，但于陶瓷膜特殊的毛細(xì)冷凝機(jī)理，增加冷卻水流量幾乎對(duì)煙氣傳質(zhì)沒有影響。如果只關(guān)注陶瓷膜的水回收性能，可以降低冷卻水流量，減小泵功。