亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        平板陶瓷膜回收煙氣水熱的實(shí)驗(yàn)研究

        2022-03-09 07:11:12谷小兵向鳳齡岳樸杰荊亞超張金瑤王祖武
        化工環(huán)保 2022年1期
        關(guān)鍵詞:陶瓷膜潛熱水熱

        谷小兵,向鳳齡,岳樸杰,荊亞超,張金瑤,王祖武

        (1. 大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司,北京 100097;2. 武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430072)

        隨著工業(yè)超低排放裝置的運(yùn)行,二氧化硫和氮氧化物等常規(guī)污染物的去除效率顯著提高[1]。但經(jīng)濕法脫硫脫硝后,煙氣的水蒸氣含量增大,若直接排放到大氣中會造成大量水熱資源的浪費(fèi)。以一臺600 MW火力發(fā)電燃煤鍋爐為例,每年運(yùn)行時間按照5 000 h計算,全年排放的水量約110萬t;一個1 000 MW火電廠全年的用水量相當(dāng)于一座中小城市的用水量[2-3];而排煙溫度每降低10~15 ℃,鍋爐效率可提高一個百分點(diǎn),相應(yīng)的耗煤量隨之下降[4]。因此,對煙氣水熱的回收能起到顯著的節(jié)能降耗效果。

        在煙氣水熱回收技術(shù)中,膜分離技術(shù)因具有回收水質(zhì)好、傳質(zhì)傳熱并行等特點(diǎn),成為主要研究方向[5]。學(xué)者們研究了陶瓷膜的冷凝機(jī)理,包括壁冷凝和毛細(xì)冷凝[6-8];考察了不同類型陶瓷膜的煙氣水熱回收性能,如空心微納多孔陶瓷復(fù)合膜[8]、多通道陶瓷膜[9];分析了工藝參數(shù)對陶瓷膜內(nèi)膜和外膜過程通量的影響[10];探究了陶瓷膜的傳熱規(guī)律[11-12],建立了陶瓷膜傳熱傳質(zhì)模型[13],發(fā)現(xiàn)煙氣側(cè)水蒸氣釋放的潛熱占煙氣側(cè)總釋放熱量的絕大部分。多孔陶瓷膜的傳質(zhì)系數(shù)高于不銹鋼管[14],陶瓷膜的總傳熱系數(shù)高于不銹鋼、氟塑料換熱器的總傳熱系數(shù)[15]。

        目前用于回收煙氣水熱的陶瓷膜主要為管式膜[9-15],而有關(guān)平板陶瓷膜回收煙氣水熱的報道很少。相對于平板膜,管式陶瓷膜管徑相對較小,安裝在煙氣通道后會加大阻力。而平板陶瓷膜阻力較小,單塊陶瓷膜面積遠(yuǎn)大于單根管式陶瓷膜,安裝較為方便,且造價相對較低。

        本工作采用平板陶瓷膜回收煙氣水熱,考察了不同過程參數(shù)對平板陶瓷膜傳質(zhì)、傳熱的影響,為平板陶瓷膜在工業(yè)煙氣水熱回收中的實(shí)際應(yīng)用提供了依據(jù)。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

        本實(shí)驗(yàn)裝置由配氣單元、平板陶瓷膜組件單元、冷卻水循環(huán)單元三部分組成,如圖1所示。配氣單元包括風(fēng)機(jī)、蒸汽發(fā)生器和加熱管,通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)和蒸汽發(fā)生器的功率,可獲得不同溫度、流速和相對濕度的模擬煙氣。模擬煙氣經(jīng)濾網(wǎng)除去液滴后進(jìn)入平板陶瓷膜組件單元。該單元是本實(shí)驗(yàn)裝置的核心單元,模擬煙氣的水熱交換在此單元完成。在陶瓷膜組件前后設(shè)置了溫/濕度傳感器、壓力傳感器等,精確顯示了模擬煙氣的溫/濕度。冷卻水循環(huán)單元包括制冷機(jī)、循環(huán)水箱、電子秤、抽吸水泵等,通過調(diào)節(jié)制冷機(jī)功率可獲得不同溫度的冷卻水,冷卻水由抽吸水泵驅(qū)動,在水泵壓頭作用下在平板陶瓷膜外側(cè)建立穩(wěn)定的真空,電子秤可計量一段時間內(nèi)循環(huán)水箱的增重。在冷卻水管道上設(shè)置了壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和渦輪流量計,以顯示冷卻水在流入和流出膜組件時溫度和壓力的變化,渦輪流量計可記錄冷卻水流量。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)兩次,取平均值。實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如表1所示。

        圖1 平板陶瓷膜組件實(shí)驗(yàn)裝置圖

        表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

        1.2 陶瓷膜煙氣水熱回收原理

        本實(shí)驗(yàn)采用的平板陶瓷膜由山東陶瓷研究院提供。陶瓷膜壁面分為選擇層、分離層和支撐層,孔徑由外向內(nèi)逐漸擴(kuò)大,陶瓷膜的主要參數(shù)見表2。陶瓷膜的水分回收機(jī)制主要與選擇層孔徑有關(guān),本實(shí)驗(yàn)采用的陶瓷膜選擇層孔徑為50 nm,根據(jù)Kelvin公式水分回收機(jī)制主要為毛細(xì)冷凝。煙氣水蒸氣進(jìn)入陶瓷膜選擇層孔洞中發(fā)生毛細(xì)冷凝,在氣液相之間形成一個月牙形的氣液界面;同時主流煙氣側(cè)在濃度差的作用下水蒸氣向壁面擴(kuò)散,壁面附近由于水蒸氣濃度降低形成一層不凝氣邊界層,阻止不凝氣體進(jìn)入陶瓷膜內(nèi)部。由于多孔陶瓷膜的滲透性有效避免了陶瓷膜壁表面液膜的形成,煙氣傳熱傳質(zhì)過程中僅需克服不凝氣體邊界層阻力,因此陶瓷膜傳熱傳質(zhì)性能優(yōu)于普通鋼板換熱器。陶瓷膜傳熱傳質(zhì)機(jī)理如圖2所示。

        表2 陶瓷膜的主要參數(shù)

        圖2 陶瓷膜傳熱傳質(zhì)機(jī)理示意圖

        1.3 陶瓷膜水熱回收性能評價指標(biāo)

        平板陶瓷膜組件可同時回收煙氣中的熱量和水分,具有傳質(zhì)傳熱并行的特點(diǎn),因此引入水通量、水回收效率、煙氣顯熱和潛熱換熱量等參數(shù),評價其水熱回收性能。

        1)水通量

        通過計算平板陶瓷膜組件水通量,可評價單位時間內(nèi)單位面積膜組件回收水的能力,計算方法見式(1)。

        式中:Jw為水通量,kg/(m2·h);Δm為循環(huán)水箱的質(zhì)量變化,kg;A為陶瓷膜組件全部接觸煙氣的表面積,m2;Δt為實(shí)驗(yàn)時間,h。

        2)水回收效率

        水回收效率為膜組件實(shí)際回收的水量占膜組件入口煙氣水分的比例,計算方法見式(2)和式(3)。

        式中:η為水回收效率,5;qmin為入口煙氣水量,kg/h;S為陶瓷膜組件截面積,m2;v為煙氣流速,m/s;RHin為煙氣入口相對濕度,%;Vqin為入口煙氣的飽和蒸汽量(在相應(yīng)溫度下查數(shù)據(jù)表[15]獲得),g/m3;3.6為單位換算系數(shù)。

        3)煙氣顯熱、潛熱換熱量

        煙氣流經(jīng)平板陶瓷膜組件放出的總熱量包括顯熱換熱量和潛熱換熱量。煙氣顯熱換熱量為單位時間、單位面積煙氣降溫時放出的熱量(見式(4)),煙氣潛熱換熱量為單位時間、單位面積水蒸氣冷凝放出的熱量(見式(5))。

        式中:Qf為煙氣顯熱換熱量,MJ/(m2·h);cpf為煙氣的定壓比熱容,kJ/(kg·℃);qmf為煙氣質(zhì)量流量,kg/h;tfin為煙氣入口溫度,℃;tfout為煙氣出口溫度,℃;Qv為水蒸氣冷凝放出的熱量(煙氣潛熱換熱量),MJ/(m2·h);Q1為單位時間水蒸氣冷凝時的潛熱,kg/h;Q2為單位時間凝結(jié)水降溫的熱量,kg/h;qmv為回收水蒸氣的質(zhì)量流量,kg/h;qv為水的汽化潛熱,kJ/kg;cpw為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的定壓比熱容,kJ/(kg·℃);tc為水蒸氣凝結(jié)時的溫度,℃;twout為冷卻水出口溫度,℃。

        4)總傳熱系數(shù)

        本實(shí)驗(yàn)裝置中,煙氣與冷卻水流動方向順流設(shè)置,故總傳熱系數(shù)(K,W/(m2·℃))為:

        式中:Q為平板陶瓷膜組件的熱負(fù)荷,可由Qf和Qv相加得出,W/m2;Δtm為進(jìn)出口煙氣的對數(shù)平均溫差,℃。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 煙氣溫度的影響

        在煙氣相對濕度100%、煙氣流速4.0 m/s、冷卻水溫度20 ℃、冷卻水流量170 L/h的條件下,煙氣溫度對陶瓷膜水熱回收性能的影響如圖3所示。從圖3可以看出:水通量和水回收效率均隨煙氣溫度升高而增加;當(dāng)煙氣溫度從40 ℃升至78℃時,膜的水通量從3.3 kg/(m2·h)增至22.0 kg/(m2·h),水回收效率從27.0%增至36.3%。這是由于:煙氣溫度越高,飽和蒸汽量越大,78 ℃煙氣的飽和蒸汽量是40 ℃煙氣的5倍多[15],意味著有更多的水蒸氣參與到陶瓷膜的冷凝過程中;同時煙溫升高,煙道內(nèi)壓力增大,導(dǎo)致陶瓷膜內(nèi)外壓差增高,推動力增大。

        從圖3還可以看出,陶瓷膜回收的熱量主要來自煙氣釋放的潛熱。煙氣潛熱和顯熱的換熱量均隨煙氣溫度升高而增加,煙氣溫度從40 ℃升至78℃時,煙氣潛熱換熱量從7.5 MJ/(m2·h)增至50.2 MJ/(m2·h),煙氣顯熱換熱量從0.6 MJ/(m2·h)增至3.8 MJ/(m2·h)。這是由于:煙溫升高,煙氣中的水蒸氣大幅度增加,更多的水蒸氣冷凝放出大量的潛熱,故潛熱換熱量增大;同時煙氣溫度升高后與陶瓷膜壁表面的溫差增大,傳熱推動力增強(qiáng),煙氣在膜組件的溫降增大,因此煙氣顯熱換熱量增加;但煙氣溫降產(chǎn)生的顯熱換熱量遠(yuǎn)小于水蒸氣冷凝放出的潛熱,故煙氣顯熱換熱量的增幅較小。

        圖3 煙氣溫度對水熱回收性能的影響

        2.2 煙氣相對濕度的影響

        在煙氣溫度58 ℃、煙氣流速4.0 m/s、冷卻水溫度20 ℃、冷卻水流量170 L/h的條件下,煙氣相對濕度對陶瓷膜水熱回收性能的影響如圖4所示。從圖4可以看出:水通量和水回收效率均隨煙氣相對濕度的升高而增加;當(dāng)煙氣相對濕度從55%增至100%時,水通量從3.5 kg/(m2·h)增至8.3 kg/(m2·h),水回收效率從12.8%增至30.7%。根據(jù)Colburn-Hougen理論,含不凝氣體的煙氣冷凝時,不僅壁表面存在液態(tài)水膜,液膜外還存在著由不凝氣體積聚的氣態(tài)傳質(zhì)邊界層。由于陶瓷膜特殊的微觀結(jié)構(gòu)避免了液膜的形成,故水蒸氣凝結(jié)需克服的阻力僅為不凝氣體邊界層阻力。煙氣相對濕度降低會導(dǎo)致不凝氣體增多,增大了氣態(tài)傳質(zhì)邊界層的阻力同時降低了氣液界面上飽和蒸汽分壓,故水通量和水回收效率降低。

        從圖4還可以看出:煙氣潛熱換熱量和顯熱換熱量均隨煙氣相對濕度的升高而增加;當(dāng)煙氣相對濕度從55%增至100%時,潛熱換熱量從7.8 MJ/(m2·h)增至38.4 MJ/(m2·h),顯熱換熱量從1.5 MJ/(m2·h)增至1.6 MJ/(m2·h)。煙氣潛熱換熱量與煙氣水通量呈正相關(guān)變化趨勢,回收水越多,潛熱換熱量越大。當(dāng)煙氣濕度升高時,不凝氣體邊界層阻力減小,煙氣對流換熱效果增強(qiáng),顯熱換熱量也增加。

        2.3 煙氣流速的影響

        在煙氣溫度58 ℃、煙氣相對濕度100%、冷卻水溫度20 ℃、冷卻水流量170 L/h的條件下,煙氣流速對陶瓷膜水熱回收性能的影響如圖5所示。從圖5可以看出:水通量隨煙氣流速的加快而上升,而水回收速率隨煙氣流速的加快呈先上升后下降的趨勢;當(dāng)煙氣流速從2.0 m/s增至6.3 m/s時,水通量從3.9 kg/(m2·h)增至10.0 kg/(m2·h),水回收效率從28.4%升至最高30.7%后又降至23.3%。煙氣流速加快時,不僅單位時間煙氣攜帶的水蒸氣數(shù)量增大,而且氣相雷諾數(shù)增大,湍流程度更高,煙氣側(cè)阻力降低,故水通量增加。一方面煙氣側(cè)阻力減小同樣有利于水回收效率的提高,另一方面當(dāng)流速加快到一定程度后,煙氣在膜組件的停留時間變短,煙氣中的水蒸氣還未與膜組件充分傳質(zhì)換熱便流出膜組件,在這兩因素的共同影響下,水回收效率在煙氣流量為4.0 m/s時達(dá)到最高。

        從圖5還可以看出:煙氣潛熱換熱量隨煙氣流速的加快而升高,煙氣流速從2.0 m/s增至6.3m/s時,煙氣潛熱換熱量從27.4 MJ/(m2·h)增至54.6 MJ/(m2·h),這是因?yàn)闊煔饬魉僭龃?,有更多的水蒸氣參與到陶瓷膜的壁冷凝和毛細(xì)冷凝的過程中,放出大量的潛熱;在低流速時顯熱換熱量隨流速的加快略有上升,高流速時增長趨于平緩,原因在于流速過大導(dǎo)致煙氣在膜組件內(nèi)不能充分換熱,抑制了換熱效果。

        圖5 煙氣流速對水熱回收性能的影響

        2.4 冷卻水溫度的影響

        在煙氣溫度58 ℃、煙氣相對濕度100%、煙氣流速4.0 m/s、冷卻水流量170 L/h的條件下,冷卻水溫度對水熱回收性能的影響如圖6所示。從圖6可以看出:水通量和水回收效率隨著冷卻水溫度的升高而降低;當(dāng)冷卻水溫度從15 ℃增至35 ℃時,水通量從8.6 kg/(m2·h)降至5.0 kg/(m2·h),水回收效率從31.5%降至19.0%。這是因?yàn)槔鋮s水溫度降低導(dǎo)致陶瓷膜壁表面的溫度降低,煙氣與陶瓷膜的溫差增大,推動力增強(qiáng),有利于水蒸氣在陶瓷膜孔內(nèi)的毛細(xì)冷凝,使得水通量和水回收效率增加。

        從圖6還可以看出:煙氣潛熱換熱量隨著冷卻水溫度的升高而降低,冷卻水溫度從15 ℃升至35℃時,煙氣潛熱換熱量從47.1 MJ/(m2·h)降至22.8 MJ/(m2·h);冷卻水溫度對煙氣顯熱換熱量的影響不大。這是由于冷卻水溫度降低,導(dǎo)致煙氣與陶瓷膜壁表面的溫差變大,推動力增大,水蒸氣更容易凝結(jié)放出大量潛熱。

        圖6 冷卻水溫度對水熱回收性能的影響

        2.5 陶瓷膜組件總傳熱系數(shù)

        總傳熱系數(shù)是評價換熱器換熱效果的重要指標(biāo)之一,總傳熱系數(shù)越大,意味著換熱器的換熱效果越好。在煙氣相對濕度100%、煙氣流速4.0 m/s、冷卻水溫度20 ℃、冷卻水流量170 L/h的條件下,根據(jù)煙氣進(jìn)出口溫濕度的變化計算出不同煙溫下陶瓷膜的總傳熱系數(shù),并將其與文獻(xiàn)[9,16]中管式陶瓷膜的總傳熱系數(shù)進(jìn)行對比,結(jié)果如表3所示。由表3可知,平板陶瓷膜的總傳熱系數(shù)較高(最高為412W/(m2·℃)),說明平板陶瓷膜具有較好的換熱效果。原因可能是平板陶瓷膜的管壁較?。ū緦?shí)驗(yàn)陶瓷膜管壁厚度僅為1 mm,而管式陶瓷膜管壁厚度為2 mm[16],是平板陶瓷膜的兩倍),故在平板陶瓷膜中煙氣傳熱過程受到的阻力較小,換熱效果更好。

        表3 不同陶瓷膜的總傳熱系數(shù)

        3 結(jié)論

        a)在實(shí)驗(yàn)工況下,平板陶瓷膜組件的水通量和水回收效率最高分別可達(dá)22.0 kg/(m2·h)和36.3%,說明平板陶瓷膜回收煙氣水熱的性能較好。

        b)水通量隨著煙氣溫度、煙氣相對濕度、煙氣流速的增大和冷卻水溫度的降低而升高;水回收效率隨著煙氣溫度、煙氣相對濕度的增大和冷卻水溫度的降低而升高,隨煙氣流速的加快先升后降。

        c)平板陶瓷膜回收的熱量主要來自煙氣釋放的潛熱,煙氣潛熱換熱量的提高可以通過提高煙氣溫度、煙氣相對濕度、煙氣流速和降低冷卻水溫度來實(shí)現(xiàn)。

        d)在本實(shí)驗(yàn)工況下,平板陶瓷膜的總傳熱系數(shù)最高為412 W/(m2·℃),比多通道管式陶瓷膜和單通道管式陶瓷膜高。

        猜你喜歡
        陶瓷膜潛熱水熱
        燒結(jié)制度對粉煤灰-黃土基陶瓷膜支撐體性能的影響
        負(fù)離子材料陶瓷膜
        佛山陶瓷(2021年11期)2021-04-23 12:44:21
        Effect of moxibustion combined with acupoint application on enteral nutrition tolerance in patients with severe acute pancreatitis
        工業(yè)革命時期蒸汽動力的應(yīng)用與熱力學(xué)理論的關(guān)系
        陶瓷膜處理稠油采出污水中試研究
        水熱還是空氣熱?
        青藏高原東部夏季降水凝結(jié)潛熱變化特征分析
        堿回收爐空氣加熱器冷凝水系統(tǒng)
        中國造紙(2015年1期)2015-03-05 05:07:12
        活性污泥對管式多孔α-Al2O3陶瓷膜支撐體性能影響的初步研究
        簡述ZSM-5分子篩水熱合成工藝
        国产韩国精品一区二区三区| 丰满多毛的大隂户毛茸茸| 国产成人综合久久亚洲精品 | 色综合另类小说图片区| 女同av免费在线播放| 精品露脸熟女区一粉嫩av| 成人免费a级毛片| 少妇人妻在线视频| 2020最新国产激情| 中文字幕亚洲高清视频| 亚洲 欧美 国产 制服 动漫| 蜜桃成人无码区免费视频网站| 国产无码十八禁| 国成成人av一区二区三区| 成人欧美一区二区三区黑人| 激情综合色五月丁香六月亚洲| 97精品国产91久久久久久久| 日本精品av中文字幕| 亚洲熟女精品中文字幕| 人妻忍着娇喘被中进中出视频| av少妇偷窃癖在线观看| 激情五月六月婷婷俺来也| 初尝人妻少妇中文字幕| 亚洲av区无码字幕中文色| 中文字幕亚洲精品码专区| 自拍视频在线观看首页国产| 97人人模人人爽人人少妇| 免费毛片在线视频| 亚洲一区二区三区麻豆| 男女性杂交内射女bbwxz| 亚洲日韩国产精品第一页一区| 青榴社区国产精品| 日本av天堂一区二区三区| 亚洲欧美日韩在线不卡| 亚洲熟女网站| 中文亚洲一区二区三区| 深夜福利啪啪片| 精品乱码卡1卡2卡3免费开放| 中文字幕在线人妻视频| 一个人看的视频在线观看| 国产成人精品999在线观看|