文 献 综 述

资源节约和环境保护是我国的基本国策，节能减排是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。近年来，随着社会的日益发展与进步，国家对资源节约、环境保护、能源的综合利用等方面的要求逐步提高。

火电厂湿法脱硫系统出口烟气为饱和或过饱和状态,烟气温度为50-55℃,其中水蒸气占12%-18% [1, 2]. 烟气中的水蒸气会携带大量潜热,降低锅炉效率.在脱硫吸收塔出口烟道加装换热、收水装置,可实现烟气的高效节水及余热回收但烟气经过脱硫塔后仍然含有少量SO2, SO3,当温度低于酸露点时,会发生严重的低温腐蚀,同时烟气中的粉尘易在换热设备表面结垢,造成危害[3]。为避免低温腐蚀,锅炉机组排烟温度一般在140℃-150℃,某些中小参数锅炉由于效率低下,排烟温度高于200℃,其排烟热损失可高达10%-20%。如果将锅炉排烟温度降低到烟气的水露点以下,则烟气中呈过热状态的水蒸汽就可以凝结下来,凝结水在经过处理之后可以回收利用,这对我国很多缺水地区有重要意义。而且在冷凝过程中,烟气中的气体组分被冷凝水吸收或反应,使得排烟中SO2、NOx等有害物质的含量减小[4]。另外,水蒸汽在凝结的同时可以释放大量的显热及潜热,这部分热量可以回收利用, 如用于加热锅炉给水,提高热能的利用率。因此燃煤电站烟气冷凝及水分回收是一项既节能又环保的新技术,有必要对其进行深入研究。

余热，通常又称废热，一般是指在能量利用系统或设备中工质完成做功或换热等能量传递后，排出系统或设备外时所带走的能量或者可燃性废物的低发热量，如发动机、锅炉排出的烟气及炉渣中未燃尽颗粒所含的热量。任何一种用能设备都不可能完全利用燃料燃烧释放的能量，都会释放余热[5]。通常按余热载体温度的高低可将温度高于650℃的余热称为高温余热，温度在300℃～650℃的余热称为中温余热，温度在300℃以下的余热称为低温余热。如何合理地回收利用这三种余热，对提高能源利用率具有重要现实意义。

资料表明，电厂烟气中水分回收技术主要有液体吸收法、冷凝法和膜法[6-8]。其中液体吸收法环保性差、经济性低；冷凝法回收水分的水质较差，后处理工艺要求高；膜法烟气水分回收技术具有系统简单、回收水质高等优势，而且其水分回收装置易实现标准化制造和模块化安装。

冷凝式锅炉是指通过冷凝烟气中的水蒸气使汽化潜热释放得以回收，从而提高热效率的锅炉。整体冷凝式锅炉和加装冷凝换热器的传统燃气锅炉都属于冷凝锅炉。因为冷凝换热装置可以将锅炉的排烟温度降低至烟气水露点之下，使烟气中的水蒸气在换热管壁面凝结并且释放出汽化潜热，从而不仅回收了低温烟气中的显热，并且回收了烟气中的潜热，若以低位发热量 Qdw 来计算锅炉热效率，锅炉的热效率将接近或者超出100%。1971年，法国的煤气公司以及液化工业公司最早提出了冷凝式锅炉的理念，通过在工业生产中的应用得到了很好的效果。随后世界各地学者都对冷凝式锅炉做了进一步研究，增设各种各样的换热器，冷凝回收系统进一步完善[9, 10]。

目前欧美一些领先的冷凝锅炉生产企业，正在着手设计制造技术集成型冷凝锅炉，相继开发了双采暖型、联合供热型、辅助太阳能供热型冷凝式锅炉，其中联合供热型冷凝式锅炉在英国已占家用锅炉市场的70%。欧洲国家掌握着冷凝式锅炉和冷凝换热器研发的核心技术，推广应用的程度上明显也优于其他国家。欧 洲已经有相当多的冷凝式锅炉使用寿命超过15年，可见其在材料和制造方面的领先程度[9]。

整体冷凝式锅炉由于制造成本高昂及供热价格居高不下难于适合中国市场。因而在传统燃气锅炉尾部安装烟气冷凝余热深度回收利用装置成为回收烟气余热的首选方案。投资相对小，节能效果与冷凝式锅炉差距不大，符合我国基本国情，具有很大市场。国内对冷凝锅炉的理论研究始于90年代，最初一些高等院校对冷凝式燃气热水器、冷凝式锅炉进行了大量的理论研究和产品开发，相关产品已经在新建和既有的锅炉设备中得到推广应用，节能效果显著。

美国GTI（天然气技术研究所）研发了一种基于陶瓷纳滤膜的输运膜凝汽器TMC[11, 12]。基于陶瓷膜材料具有耐酸碱，良好的热力学和化学稳定性的优势，其可以在实际的烟气环境中仍然保持比较好的分离效果。多孔膜材料相较于致密膜材料其通量较高，但往往分离因子比较低，然而当水蒸气在膜孔内发生毛细冷凝时，冷凝液逐渐充满膜孔进而阻挡其余气体透过膜时，此时多孔膜材料在维持自身高通量的优势时，还能提高其选择性[13]，即毛细冷凝过程可以提高多孔膜材料的选择性。随着相对压力的增高，介孔材料中会逐渐出现气体单分子层吸附、多分子层吸附，继而出现毛细冷凝，此时膜孔内会形成弯曲的液面，相对压力继续升高，冷凝液会逐渐充满膜孔。可凝气体在介孔材料中发生毛细冷凝时，随着冷凝相逐渐充满孔内部，液体的阻挡作用使得其它气体的渗透通量下降，多孔材料的选择性得以提高。

并且当水蒸汽在陶瓷膜孔内发生毛细冷凝时，其渗透量要远高于努森扩散，约是其5倍，所以毛细冷凝过程不仅可以提高多孔材料的选择性，还可以提高其渗透通量[11]。并且纳米级膜孔内水蒸气冷凝相比于平面冷凝具有以下优点：（1）水蒸气在膜孔内更早发生冷凝（2）水蒸气在膜孔内发生的冷凝的量更多（3）膜表面无冷凝液残留，减少液膜造成的传热阻力[14]。