复合膜法捕集烟气中水蒸气及其渗透机理研究

发布时间：2017-09-11 13:00

  本文关键词：复合膜法捕集烟气中水蒸气及其渗透机理研究

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【摘要】：煤炭在锅炉炉膛内燃烧后会产生大量的烟气,烟气中含有大量的水蒸气,其平均含量约在10%左右,排烟水分的存在既造成了水资源的浪费,又造成了较大的排烟热损失及环境污染,因此捕集回收火电厂烟气水分为我国的火电厂节水提供了新的思路。膜法脱除气体中水分是近年来发展起来的新型技术,采用膜法脱湿技术的优点是成本低、能耗低和操作简便等,发展前景非常广阔。以复合膜法捕集烟气中水蒸气及其渗透机理研究为研究内容,对烟气水分在复合膜内的传质阻力、中空纤维复合膜的制备、捕集烟气水分实验台的构造进行了研究。首先,利用Fluent建立烟气水分在复合膜中的传质阻力模型,模拟水蒸气在复合膜中的渗透过程,对比不同条件下如烟气压力、烟气速度、分离系数、渗透通量、烟气组成等对水蒸气在复合膜各层传质阻力的影响。然后,通过充分调研及对比各种膜材料渗透分离参数,选择了可用于火电厂分离烟气中水蒸气复合膜材料,制作了SPEEK/PES中空纤维复合膜组件,搭建烟气水分回收系统实验台,根据实际烟道尺寸设计了模拟烟道尺寸以及膜组件的不同布置方案,并利用该系统研究不同因素对烟气水分传质系数和分离系数的影响。最后,采用Fluent模拟了膜组件在烟道内不同布置方案对烟气的温度场、速度场、压力场的影响,对比了烟气温度、速度、压力理论与模拟变化量,确定了最优排列方式,为实验过程操作参数的选择、膜结构优化提供了依据。
【关键词】：烟气水分 中空纤维复合膜 数值模拟 传质阻力
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM621
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 烟气捕水技术的研究现状11-13
• 1.2.2 气体膜分离技术的研究现状13-14
• 1.2.3 气体膜分离模拟的研究现状14-15
• 1.3 课题研究内容15-16
• 第2章 复合膜的阻力特性分析16-29
• 2.1 理论分析16-19
• 2.2 Fluent模型19-22
• 2.2.1 二维模型20-21
• 2.2.2 计算区域21
• 2.2.3 控制方程21-22
• 2.2.4 边界条件22
• 2.2.5 用户自定义函数22
• 2.3 气体传质阻力分析22-25
• 2.3.1 气体渗透过程22-23
• 2.3.2 阻力模型23-25
• 2.4 影响传质阻力的因素分析25-28
• 2.4.1 烟气压力对传质阻力分布的影响25
• 2.4.2 烟气速度对传质阻力分布的影响25-26
• 2.4.3 分离系数对传质阻力分布的影响26-27
• 2.4.4 渗透通量对传质阻力分布的影响27-28
• 2.4.5 烟气组成对传质阻力分布的影响28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 复合膜法捕集烟气中水蒸气实验研究29-40
• 3.1 复合膜的制作与安装29-30
• 3.1.1 复合膜的制作29-30
• 3.1.2 膜组件的安装30
• 3.2 实验系统的设计30-33
• 3.2.1 实验系统简介31-32
• 3.2.2 模拟烟道的设计32-33
• 3.2.3 膜组件在烟道中的布置方案设计33
• 3.3 膜分离性能的影响因素33-39
• 3.3.1 烟气温度对膜分离性能的影响33-35
• 3.3.2 烟气速度对膜分离性能的影响35-36
• 3.3.3 烟气压力对膜分离性能的影响36-37
• 3.3.4 烟气组成对膜分离性能的影响37-38
• 3.3.5 渗透侧压力对膜分离性能的影响38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 复合膜组件布置方案的数值模拟40-51
• 4.1 Fluent模型40-41
• 4.1.1 网格划分40-41
• 4.1.2 初始条件41
• 4.2 模拟结果41-45
• 4.2.1 温度云图41-42
• 4.2.2 速度云图42-44
• 4.2.3 压力云图44-45
• 4.3 结果分析45-50
• 4.3.1 烟气温度分析45-46
• 4.3.2 烟气速度分析46-48
• 4.3.3 压力分析48-50
• 4.3.4 综合分析50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 结论与展望51-53
• 5.1 主要工作与结论51-52
• 5.2 展望52-53
• 参考文献53-59
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果59-60
• 致谢60

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