多孔陶瓷膜烟气水分回收理论与模型研究

摘要

化石燃料燃烧烟气中含有大量水分和潜热,高湿度烟气的直接排放造成极大的资源浪费和环境问题。多孔陶瓷膜是目前烟气水热回收最有前景的技术之一,其水分回收热力学和动力学的定量描述是该技术发展和装置设计的关键所在。分析了水分在多孔陶瓷膜表面及内部传质机理,基于Kelvin理论建立了水分在陶瓷膜内毛细凝聚热力学模型,并选取典型烟气温/湿度条件,得出不同工况下陶瓷膜发生毛细凝聚的临界孔径、凝聚水量及工作孔体积占比;进而基于毛细凝聚的表面传质和孔道输运Hagen-Poiseuille方程建立了陶瓷膜水分传质动力学模型,对典型温/湿度工况下回收水通量进行了计算,结果表明,多孔陶瓷膜的毛细凝聚效应对烟气水分回收的优越性十分明显,其表面回水通量远远大于冷凝法的水通量,孔径越小,表面水通量越高,但及时将孔道内的液态水输运到陶瓷膜另一侧需要的压差也越大,本文计算条件下,膜孔径为20.0 nm的陶瓷膜较为适宜。