一种臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统技术方案

本发明专利技术属于燃气锅炉烟气余热回收利用、氮氧化物净化和碳减排的技术领域，特别涉及一种臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统。本系统包括燃气锅炉、亲水性膜组件、空气预热器、臭氧发生器、臭氧氧化室、疏水性膜组件、循环泵、加药装置、吸收液池、热泵、真空泵、汽水换热器等；烟气通过真空亲水性膜组件后水蒸气分离，分离的水蒸汽在汽水换热器中冷凝放热，预热热网回水；分离后的干烟气进入空气预热器预热空气后温度降低，而后通过臭氧氧化室氧化后进入疏水性膜组件，在疏水性膜组件中CO2、NOX被吸收液吸收,吸收液吸收酸性气体后产生的热量通过热泵对热网回水进行预热。运用膜分离技术和臭氧氧化技术，该系统实现了烟气的余热回收与净化。

A waste heat recovery and purification system for flue gas by ozonation membrane process

The invention belongs to the technical field of gas boiler flue gas waste heat recovery and utilization, nitrogen oxide purification and carbon emission reduction, in particular a system of ozone oxidation type membrane flue gas waste heat recovery and purification. The system includes gas boiler, hydrophilic membrane module, air preheater, ozone generator, ozone oxidation chamber, hydrophobic membrane module, circulating pump, dosing device, absorption pool, heat pump, vacuum pump, steam water heat exchanger, etc. the flue gas is separated by water vapor through a vacuum hydrophilic membrane module, and the separated steam is exchanged in steam and water. The heat exchanger condenses heat, preheat the hot net back water, the dry flue gas after the separation enters the preheater air of the air preheater, and then enters the hydrophobic membrane module after the ozonation chamber oxidation. In the hydrophobic membrane module, CO2 and NOX are absorbed by the absorption liquid. The heat generated by the absorption liquid after the absorption of the acid gas is used by the heat pump to heat the network. The water is preheated in the backwater. Using membrane separation technology and ozone oxidation technology, the system realizes the waste heat recovery and purification of flue gas.

【技术实现步骤摘要】
一种臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统
本专利技术属于燃气锅炉烟气余热回收利用、氮氧化物净化和碳减排的
，特别涉及一种臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统。
技术介绍
天然气的主要成分是甲烷，燃烧时产生的高温环境会促进氮氧化物的生成，燃烧后还会产生大量的水蒸气和二氧化碳。由于烟气温度比水冷凝温度高，烟气中水蒸气的大量潜热随烟气排出，造成热量损失；CO2作为温室气体，其大量排放是造成气候变暖的主要原因，此外排放出的NOx会造成严重环境污染。为了节约能源和保护大气环境，需要对烟气进行余热回收与NOx、CO2的吸收净化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统，其主要包括燃气锅炉1、亲水性膜组件2、空气预热器3、臭氧发生器4、臭氧氧化室5、疏水性膜组件6、循环泵7、加药装置8、吸收液池9、热泵10、真空泵11、汽水换热器12。其中，燃气锅炉1、亲水性膜组件2、空气预热器3、臭氧氧化室5、疏水性膜组件6依次连接。亲水性膜组件2还与汽水换热器12、真空泵11依次连接，使亲水性膜组件2内处于负压状态；空气或氧气通入臭氧发生器4生成臭氧，然后进入臭氧氧化室5氧化低温烟气15；疏水性膜组件6、热泵10、吸收液池9、加药装置8、循环泵7依次连接，组成酸性气体吸收系统；热网回水20通过热泵10吸收热量后变为预热回水21，而后通过汽水换热器12吸收水蒸气热量成为锅炉进水22，进入锅炉1；空气18经过预热器3升温后变为预热空气19，进入燃气锅炉1。所述燃气锅炉1为中小型燃气锅炉，以燃气为燃料，与预热空气19燃烧生成高温湿烟气13，同时将燃烧产生的热量传递给锅炉进水22，使其形成热网供水23。所述亲水性膜组件2为采用亲水性中空纤维膜束组成的外压式膜组件，利用真空泵11产生膜束内外压差将高温湿烟气13进行干湿分离，随后脱湿的高温干烟气14进入空气预热器3，分离出的高温水蒸气24进入汽水换热器12冷凝放热。所述组件采用管壳式，使用中空复合膜作为管束。所述复合膜束包括分离层、过渡层和支撑层，利用真空泵使中空纤维膜束内部处于负压状态从而产生内外压差，使湿烟气中的水分扩散到渗透侧，然后在膜的渗透侧发生水分解析，从而将高温湿烟气进行干湿分离。由于膜束长期工作在烟道内会受到烟气的冲击，需要加入支撑层使拉伸强度和柔初性得到改善。本专利技术选用SPEEK/PES组成的中空纤维复合膜束，其中SPEEK(磺化聚醚醚酮)作为分离层材料，起分离作用、PES(聚醚砜)作为支撑层材料，起机械支撑作用，所述过渡层则是在部分SPEEK嵌入PES中形成。所述汽水换热器12为水与水蒸气进行换热的间接式换热器，水蒸气24在其中与预热回水21进行换热后产生凝结水25，作为锅炉补水使用；预热回水21加热后成为锅炉进水22，随后进入燃气锅炉1。水蒸气24冷凝换热后产生的凝结水25，作为锅炉补水。所述真空泵11使亲水性膜组件2内中空膜束处于负压状态，并且为高温水蒸气24提供动力。所述空气预热器3为高温干烟气与空气进行换热的间接式换热器，高温干烟气14将热量传递到空气18，降温变为低温烟气15；空气18经升温后成为预热空气19，进入燃气锅炉1。所述臭氧发生器4采用高压电解产生臭氧，空气或氧气通入后产生臭氧，而后通入臭氧氧化室5氧化低温烟气15。所述臭氧氧化室5将烟气中低化合价氮氧化物氧化为高化合价氮氧化物，高化合价氮氧化物易溶于水，可与CO2一同被吸收。低温烟气15进入后被氧化为氧化后烟气16。臭氧氧化室5串接在烟气管道中。所述疏水性膜组件6为采用中空结构的疏水性膜束组成的内压式膜组件，与循环泵7、加药装置8、吸收液池9、热泵10组成酸性气体吸收系统，所述疏水性膜组件主要采用微孔膜技术，所采用的微孔膜本身没有选择性，只是起到隔离气体和吸收液的作用，所处理烟气和吸收液不直接接触，分别在膜两侧流动。所述酸性气体包含CO2和被氧化的高化合价氮氧化物。干烟气中酸性气体进入膜溶液侧，与吸收溶液发生反应，实现氮氧化物与CO2的吸收。吸收溶液可为MDEA(甲基二乙醇胺)、MEA(乙醇胺)或氨基酸钾等。所述的膜束材料可选用聚丙烯或聚四氟乙烯。所述循环泵7为吸收液循环提供动力且控制吸收液流量；所述加药装置8向酸性气体吸收系统中加入吸收液，维持吸收液浓度，保证吸收效果；所述吸收液池9排出已充分吸收酸性气体的吸收液。所述热泵10把吸收液吸收酸性气体放出的热量传递到热网回水20，形成预热回水21；同时，保持吸收液温度稳定以确保吸收效果。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：1.亲水性膜组件能够将烟气中水蒸气分离，分离出的水蒸气在汽水换热器中与预热回水发生冷凝换热，产生的凝结水可作为锅炉补水；脱湿后干烟气中热量利用空气预热器进行回收，同时加热锅炉燃烧需要的空气。并且由于脱湿后干烟气露点温度降低，在显热回收时干烟气不发生冷凝，降低了空气预热器的防腐要求。2.臭氧氧化低化合价氮氧化物为易溶于水的高化合价氮氧化物后，使吸收CO2的组件可以同时吸收氮氧化物，降低建设投资成本。3.经余热回收的烟气温度降低，之后通入臭氧，可减轻臭氧的热分解作用，保证臭氧的氧化效果。4.利用热泵将吸收液吸收酸性气体释放的热量传递到热网回水，一方面可以预热热网回水，节约能源，另一方面维持吸收液温度在吸收的最宜范围内，保证吸收效果。本专利技术提供的臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统不仅能够高效回收烟气冷凝余热，而且能有效降低烟气中氮氧化物和二氧化碳的排放，利于节约资源与保护环境。附图说明图1为本专利技术臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统的示意图。图中：1—燃气锅炉，2—亲水性膜组件，3—空气预热器，4—臭氧发生器，5—臭氧氧化室，6—疏水性膜组件，7—循环泵，8—加药装置，9—吸收液池，10—热泵，11—真空泵，12—汽水换热器，13—高温湿烟气，14—高温干烟气，15—低温烟气，16—氧化后烟气，17—排气，18—空气，19—预热空气，20—热网回水，21—预热回水，22—锅炉进水，23—热网供水，24—水蒸气，25—凝结水。具体实施方式本专利技术的目的是提供一种臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统，下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1所示为本专利技术臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统的示意图。所述臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统主要包括燃气锅炉1、亲水性膜组件2、空气预热器3、臭氧发生器4、臭氧氧化室5、疏水性膜组件6、循环泵7、加药装置8、吸收液池9、热泵10、真空泵11和汽水换热器12。其中，燃气锅炉1、亲水性膜组件2、空气预热器3、臭氧氧化室5、疏水性膜组件6依次连接。亲水性膜组件2与汽水换热器12、真空泵11连接，使得亲水性膜组件2内部处于负压真空状态；空气18进过预热器3后升温为预热空气19；空气或氧气经过臭氧发生器4后生成臭氧，进入臭氧氧化室5氧化低温烟气15；疏水性膜组件6、热泵10、吸收液池9、加药装置8、循环本7依次连接，组成酸性气体吸收系统；热网回水20通过热泵10吸收热量后变为预热回水21，预热回水21通过汽水换热器12吸收水蒸气热量后变为锅炉进水22，进入燃气锅炉1。亲水性膜组件2利用真空泵11使得中空纤维膜束内外产生压差，将高温湿烟气13进行干湿分离，随后脱湿后的高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统，其特征在于，主要包括燃气锅炉(1)、亲水性膜组件(2)、空气预热器(3)、臭氧发生器(4)、臭氧氧化室(5)、疏水性膜组件(6)、循环泵(7)、加药装置(8)、吸收液池(9)、热泵(10)、真空泵(11)、汽水换热器(12)组成；其中，燃气锅炉(1)、亲水性膜组件(2)、空气预热器(3)、臭氧氧化室(5)、疏水性膜组件(6)依次连接；亲水性膜组件(2)还与汽水换热器(12)、真空泵(11)连接；空气或氧气经过臭氧发生器(4)生成臭氧，进入臭氧氧化室(5)氧化低温烟气(15)；疏水性膜组件(6)、热泵(10)、吸收液池(9)、加药装置(8)、循环泵(7)依次连接，组成酸性气体吸收系统；热网回水(20)通过热泵(10)吸收热量后变为预热回水(21)，又经过汽水换热器(12)吸收水蒸气热量后成为锅炉进水(22)，进入燃气锅炉(1)；空气(18)经过预热器(3)后升温为预热空气(19)。

【技术特征摘要】
1.一种臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统，其特征在于，主要包括燃气锅炉(1)、亲水性膜组件(2)、空气预热器(3)、臭氧发生器(4)、臭氧氧化室(5)、疏水性膜组件(6)、循环泵(7)、加药装置(8)、吸收液池(9)、热泵(10)、真空泵(11)、汽水换热器(12)组成；其中，燃气锅炉(1)、亲水性膜组件(2)、空气预热器(3)、臭氧氧化室(5)、疏水性膜组件(6)依次连接；亲水性膜组件(2)还与汽水换热器(12)、真空泵(11)连接；空气或氧气经过臭氧发生器(4)生成臭氧，进入臭氧氧化室(5)氧化低温烟气(15)；疏水性膜组件(6)、热泵(10)、吸收液池(9)、加药装置(8)、循环泵(7)依次连接，组成酸性气体吸收系统；热网回水(20)通过热泵(10)吸收热量后变为预热回水(21)，又经过汽水换热器(12)吸收水蒸气热量后成为锅炉进水(22)，进入燃气锅炉(1)；空气(18)经过预热器(3)后升温为预热空气(19)。2.根据权利要求1所述的臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统，其特征在于，所述燃气锅炉(1)以燃气作为燃料，与预热空气(19)燃烧产生的热量传递到锅炉进水(22)后，形成热网供水(23)进行供热；同时，预热空气(19)生成高温湿烟气(13)。3.根据权利要求1所述的臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统，其特征在于，所述亲水性膜组件(2)为采用亲水性中空纤维膜束组成的外压式膜组件，利用真空泵(11)使得中空纤维膜束内部处于负压真空状态，利用中空纤维膜束内外的压差，将高温湿烟气(13)进行干湿分离，随后脱湿后的高温干烟气(14)进入空气预热器(3)，分离出的高温水蒸气(24)进入汽水换热器(12)。4.根据权利要求1或权利要求3所述的臭氧氧化型膜法烟气余热回收与净化系统，其特征在于，所述汽水换热器(12)为水蒸气与水换热的间接式换热器，来自亲水性膜组件(2)的水蒸气(24)与预热回水(21)进行热量交换，预热回水(21)经过加热后成为锅炉进水(22)，随后进入燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：张群力，翟洪宝，张新超，张琳，范兴泉，牛宇，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京,11