近几年来，中国许多工业发达地区频繁出现持续性雾霾天气，对社会正常秩序及人民健康安全造成严重影响。2016年1月上海市发布《燃煤电厂大气污染物排放标准》，其明确指出”应采取烟温控制及其他有效措施消除石膏雨、有色烟羽现象”；次年10月天津市环保局对火电、钢铁等行业开展”石膏雨、有色烟羽”治理工作。今年的两会中，全国各地更是公布了多项具体措施来治理雾霾。因此，消除”石膏雨”、”烟羽”现象，整治雾霾，已经成为国家发展必须解决的问题。

导致雾霾天气的主要原因是湿度高的环境空气及悬浮在空气中的亚微米级气溶胶[1]。首先，炼厂、炼厂排放的烟气，是环境空气湿度变高的重要推手。烟气中的水分主要来自于煤燃烧过程中释放出的水以及通过湿烟气直接脱硫系统所携带的水[2]。高湿度的烟气经WFGD工艺后得到的净烟气烟温较低（50℃），水蒸气大量冷凝且夹带着除雾器未能除尽的石膏浆液，在烟囱附近飘落形成”石膏雨”。石膏雨是由石膏浆滴、飞灰、雾滴组成的复杂混合物。国内外学者普遍认为”石膏雨”的形成与GGH、除雾器、烟囱等设备因素以及吸收塔烟气量与烟气流速、液气比、排烟温度等设计或运行因素有关。另外，环境气候、天气变化和季节等因素也对”石膏雨”的形成有一定的关系[3]。第二，SO_X、NO_X及小水滴是形成气溶胶的主要原料。为降低烟气中SO_X的含量，企业一般采用湿法脱硫工艺对烟气进行处理，这种方法处理后的烟气含有SO_X、催化剂颗粒和烟尘与烟气中的水蒸汽反应生成亚微米级的硫酸气溶胶，硫酸气溶胶粒径非常小，对光线产生散射，使得排烟的烟羽在阳光照射下呈现蓝色或黄褐色[4]。硫酸气溶胶的质量浓度越高，烟羽颜色越浓，长度也越长。产生烟羽的影响因素众多，主要包括：环境温度、环境湿度、环境风速、烟气湿度、烟气温度、烟气线速[5]。

通过上述资料不难发现，想根治雾霾问题，消除”石膏雨”、”有色烟羽”现象，针对烟气进行水回收显得尤为关键。目前国际上的烟气中的水回收技术主要有除湿溶液吸收法、换热器法和膜法。

溶液除湿工艺是通过绝热型管式降膜除湿试验台，采用价格低廉的CaCl₂溶液作为除湿剂，对烟气中的水分进行吸收。魏璠等利用CaCl₂溶液喷淋吸收工艺（图1）进行了燃气烟气中水分回收试验研究，与冷却水喷淋冷凝除湿比较表明，达到相同的除湿量，冷却水流量要达到溶液流量的 5 倍以上[6]。试验中，除湿器前后设置温湿度测点，溶液进出口设置温度、浓度测点。溶液浓度采用密度-浓度比对法，采用婆梅密度计测量溶液密度，与同温度下的密度-浓度比对表对比，获得对应溶液浓度，测量精度为1kg/msup3;。在CaCl₂溶液除湿系统中，除湿溶液浓度不宜超过45%。溶液温度是影响出口烟气温度的关键要素，在满足工程系统经济性且溶液不结晶的情况下，溶液的温度越低，除湿效率越高；当溶液温度高于烟气温度时，除湿溶液仍然具有除湿能力。CaCl₂溶液除湿工艺对进口40-60℃的饱和湿烟气具有较强的适应性，能够满足不同进口温度下饱和湿烟气的除湿需求。

图1 管式降膜除湿实验系统

换热器法是采用传统的换热器对烟气进行冷凝，高温烟气流经换热器的壳层，冷却介质流经换热器的管程。热量由高温烟气传递给冷却介质，同时烟气中的易凝组分在换热界面发生冷凝，进行水分的回收。2017年山西大学用氟塑料换热器对660MV褐煤发电厂做中试研究，该系统将脱硫后的烟道气用于水和潜热回收。在660 MW的全功率负荷下，烟气的总体积流量为2509415 msup3;/h。脱硫塔出口烟气温度为55-57℃，含水蒸汽和显著的潜热约15-17.2%。研究发现，在不同的运行中，烟气温度的最大下降接近8℃，而出口冷却水温度的最大上升高于24℃。通过计算，发现对流传热对FHE整体传热系数有微小的贡献。凝结换热系数远高于FHE的对流换热系数。烟道气速度为6 m / s时，总传热系数高达275 W/（m²#183;K）[7]。山西大学在内蒙古的另一项”火电厂烟气潜热和凝结水回收的试验研究”中发现，对于烟气流量为240000msup3;/h即600MW机组，当烟气温降为8-10℃时，理论凝结水流量为100-120t/h。可见，应用换热器回收烟气潜热和水技术对于干旱缺水地区的经济效益显著[8]。

近几年来，基于膜技术的冷凝器在烟气水热回收中的应用得到广泛关注，所采用的膜材料多为中空纤维膜、有机疏水膜、陶瓷亲水膜。并且经过有特定尺寸膜孔的膜材料，回收得到的冷凝水水质较佳，对比于传统换热器有明显优势[9]。

2008年荷兰Twente大学最早采用具有水分子选择性涂层（SPEEK、PEBAX）中空纤维膜回收烟气中的水和热，水分子在膜表面溶解扩散，中空纤维膜组件内部抽真空，以膜两侧水蒸气分压差为推动力捕集烟气中的水[10]。实验对比了PEBAX和SPEEK两种材料在150h模拟烟气及5300h真实烟气条件下的水通量及选择性，结果表明SPEEK涂层的中空纤维膜性能较佳，150h后水通量0.6-1 kg/㎡h且H₂O/N₂选择性基本不变，5300h真实烟气下水通量0.2-0.46 kg/㎡h。中空纤维膜法回收烟气中的水热技术对于湿法脱硫的机组来说，可实现较低的成本投入及较高的水分回收量，同时可降低脱硫后烟气的酸露点，有效缓解烟囱腐蚀问题[11]。

2016年南京工业大学膜研究所进行了一项”多通道管状陶瓷膜从废气流中回收水和热量”的研究。实验装置主要由蒸汽发生器，膜组件和水和热收集冷却系统组成[12]。 空气被泵入蒸汽发生器，空气流量由气体流量计监测，加湿的气体然后进入多通道陶瓷膜的管程，使用湿度变送器和热电偶分别测量入口气流湿度和温度。带气流的不锈钢管被隔热，并通过带有温度控制器的加热带加热到所需温度。测得的气流湿度在97-100％范围内（即接近饱和），冷水在陶瓷管的壳程逆流循环。实验发现单通道膜的水和热回收率不成比例，而多通道膜的水和热回收率几乎成比例。这是因为在单通道膜中，传热由整体热导率（包括边界层和膜的热导率）和对流热流（与传质成比例）决定，导致热回收率和水回收率之间存在不成比例的相关性。 在多通道膜中，由于通道壁很厚，热传导受到对流传热（与传质成比例）的控制，所以横跨边界层和膜的热传导热流可忽略不计。