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摘 要

近些年，我国飞速发展的传统工业造成了严重的环境问题。特别是燃煤电厂的烟气直接排放至大气中，不仅引发了“白色烟羽”、“雾霾”等环境问题，还造成了大量水资源和余热资源的浪费。本文采用陶瓷纳滤膜回收烟气中的水与余热，系统地考察了过程参数对不同平均孔径的陶瓷纳滤膜水热回收性能的影响。实验结果表明：进气温度、进气流量以及冷却水流量的增加均会导致陶瓷膜过程通量的增加。而冷却水温度的升高会导致过程通量的下降，且进气流量和冷却水温度的升高都会导致水热回收率的下降。冷却水流量的增加可以提高膜管的水热回收率，而进气温度的升高对膜管热回收率影响不大，但水回收率出现了小幅下降。相同工况下，平均孔径为20 nm的陶瓷膜管相比于平均孔径为5 nm的陶瓷膜具有更高的水通量和水回收率，但其热通量和热回收率反之。为我国水资源节约和可持续发展做出了理论分析与实验探索。

关键词：陶瓷膜 膜冷凝技术 烟气余热回收 水回收

ABSTRACT

In recent years, the rapid development of China's traditional industry has caused serious environmental problems. In particular, the flue gas of coal-fired power plants is directly discharged into the atmosphere, which not only causes environmental problems such as "white plume" and "smog", but also causes a lot of waste of water resources and waste heat resources. In this paper, ceramic nanofiltration membranes are used to recover water and waste heat in flue gas. The effect of process parameters on the water heat recovery performance of ceramic nanofiltration membranes with different average pore diameters is systematically investigated. The experimental results show that the increase of intake air temperature, intake air flow rate and cooling water flow rate will cause the increase of ceramic membrane process flux. The increase of cooling water temperature will lead to the decrease of process flux, and the increase of intake air flow rate and cooling water temperature will cause the decrease of water heat recovery rate. The increase of the cooling water flow rate can improve the water heat recovery rate of the membrane tube, while the increase of the intake air temperature has little effect on the membrane tube heat recovery rate, but the water recovery rate has slightly decreased. Under the same operating conditions, the ceramic membrane tube with an average pore diameter of 20 nm has a higher water flux and water recovery rate than the ceramic membrane with an average pore size of 5 nm, but its heat flux and heat recovery rate are reversed. It has made theoretical analysis and experimental exploration for water resources conservation and sustainable development in China.

KEYWORDS: Ceramic membranes; Technology of membrane condenser; Waste heat recovery over flue gas ; Water recovery;

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 工业烟气的不规范排放引发的环境问题及治理方法 1

1.2.1 白色烟羽 1

1.2.2 PM2.5与城市雾霾 2

1.2.3 酸雨、石膏雨 2

1.2.4 治理方法 3

1.3 烟气余热与水回收的技术与研究进展 3

1.3.1 传统水热回收方法 3

1.3.2 膜分离法 5

1.3.3 烟气余热和水回收技术优劣对比 8

1.3.3 本文研究工作的主要目的、内容及意义 8

第二章 实验部分 9

2.1 实验材料与仪器 9

2.2 实验流程 10

2.3 评价指标与计算方法 11

第三章 结果与讨论 13

3.1 过程参数及平均孔径对管式陶瓷膜水热回收性能的影响 13

3.1.1 进气温度对管式陶瓷膜水热回收性能的影响 13

3.1.2 进气流量对管式陶瓷膜水热回收性能的影响 14

3.1.3 冷却水温度对管式陶瓷膜水热回收性能的影响 15

3.1.4 冷却水流量对管式陶瓷膜水热回收性能的影响 16

3.2 平均孔径对管式陶瓷膜水热回收性能的影响 18

第四章 结论 20

参考文献 21

致谢 24

第一章 文献综述

1.1 引言

近年来，石油化工、冶金制造、电力行业不断发展，为我国工业化和国民经济发展做出了巨大的贡献，但也造成大气污染与水资源浪费方面的问题。这也使得化工行业被打上了一些“高污染”、“高危险”、“高能耗”的标签。环境污染和资源浪费是我国工业上亟需解决的问题，推动我国工业朝着“绿色化”、“可持续化”方向发展。

我国的煤炭资源储备丰富,用煤燃烧进行火力发电是煤炭的主要用途之一。以煤电厂为例，煤炭在锅炉炉膛内燃烧后会产生含有大量水蒸汽的高湿烟气，其中水蒸汽的平均含量约在12% ~ 18%左右^[1]。此外，燃煤产生的烟气存在水蒸汽携带大量汽化潜热，这会大大降低锅炉效率。且如果将高湿烟气经简单处理后便直接向大气中排放既会造成水资源的浪费，又会造成较大的热损失及环境污染。

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