文_孫月玲 米大斌 丁寧 米翠麗 郭江龍 河北冀研能源科學(xué)技術(shù)研究院有限公司

膜分離技術(shù)是近年來(lái)火電廠(chǎng)煙氣水分及余熱回收的新興技術(shù)。由于煙氣水分回收過(guò)程中存在諸多不確定因素,因此，關(guān)注不確定因素對(duì)煙氣水分回收結(jié)果的影響顯得尤為重要。

靈敏度分析可以提供系統(tǒng)參數(shù)重要性的度量，按照重要性大小對(duì)系統(tǒng)模型參數(shù)的重要程度進(jìn)行排序。通過(guò)靈敏度計(jì)算，可以得到各因素對(duì)結(jié)果影響的相對(duì)程度。如果某變量靈敏度值較大，則要求該變量的涉及數(shù)據(jù)要相對(duì)精確。

本文通過(guò)靈敏度分析研究計(jì)算各影響因素的擾動(dòng)對(duì)煙氣水分回收結(jié)果的影響，找出提高析出水量計(jì)算準(zhǔn)確度的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，明確數(shù)據(jù)控制重點(diǎn)，為修正影響因素并準(zhǔn)確計(jì)算膜系統(tǒng)回收水量提供重要的依據(jù)。

1 膜分離法煙氣水分回收原理及計(jì)算

1.1 原理

膜分離法回收煙氣水分原理是首先利用供水系統(tǒng)使膜管內(nèi)充滿(mǎn)冷卻水，開(kāi)啟水泵使膜內(nèi)側(cè)形成微負(fù)壓；煙氣通過(guò)膜系統(tǒng)組件時(shí)，膜管兩側(cè)形成壓差，煙氣中的水蒸氣在膜壁面受毛細(xì)冷凝作用凝結(jié)并借助膜兩側(cè)壓差進(jìn)入膜管內(nèi)部與冷卻水混合，實(shí)現(xiàn)煙氣水分回收。原理如圖1 所示，膜系統(tǒng)右側(cè)表示冷卻、回收水的流動(dòng)管路布置，膜系統(tǒng)左側(cè)表示煙氣側(cè)管路布置。

圖1 膜法回收煙氣水分原理

1.2 計(jì)算方法

煙氣析水量計(jì)算公式如下：

式中，Q為煙氣析出水量，kg/h；Q w為冷卻水側(cè)吸熱量，kJ/h；Qw1為冷凝水吸熱量，kJ/h；Qg為煙氣側(cè)吸熱量，kJ/h；Rg為煙氣側(cè)析出水的氣化潛熱，kJ/kg。

式中:q w, in為冷卻水側(cè)膜系統(tǒng)進(jìn)口流量，kg/h;?H -PT（Pw ,in, Tw,in）為冷卻水側(cè)膜系統(tǒng)進(jìn)口焓值，kJ/kg；Pw,in為冷卻水側(cè)膜系統(tǒng)進(jìn)口壓力，kPa；Tw,in為冷卻水側(cè)膜系統(tǒng)進(jìn)口溫度,℃；?H -PT（Pw,out,Tw,out）為冷卻水側(cè)膜系統(tǒng)出口焓值，kJ/kg；Pw,out為冷卻水側(cè)膜系統(tǒng)出口壓力，kPa；Tw,out為冷卻水側(cè)膜系統(tǒng)出口溫度,℃。

式中，q w1為冷凝水流量累計(jì)測(cè)量均值，kg/ h；H-PT（Pw1,Tw1）為冷凝水對(duì)應(yīng)焓值，kJ/kg；,Tw1）為冷凝水壓力累計(jì)測(cè)量均值，；為冷凝水溫度累計(jì)測(cè)量均值，℃。

式中，（Tg,in）為煙氣側(cè)膜系統(tǒng)進(jìn)口煙氣溫度，℃；C（Tg,in）?為對(duì)應(yīng)的干煙氣定壓比熱容，kg/m3;?qg,in為煙氣側(cè)膜系統(tǒng)進(jìn)口煙氣流量，kg/h；（Tg,out）為煙氣側(cè)膜系統(tǒng)出口煙氣溫度，℃；C（Tg,out）?為對(duì)應(yīng)的干煙氣定壓比熱容，kJ/m3;qg,out為煙氣側(cè)膜系統(tǒng)出口煙氣流量，kg/h。

式中，HG -T（Tgg,in-0. 5）為煙氣進(jìn)口溫度對(duì)應(yīng)飽和蒸汽焓，kJ/kg;HL -T（Tg,in-0. 5）為煙氣入口溫度對(duì)應(yīng)飽和水焓，kJ/kg。

其具體函數(shù)關(guān)系如圖2 所示：

圖2 煙氣水分回收量計(jì)算圖

分析圖2中的析出水量函數(shù)關(guān)系，可知影響膜分離法煙氣水分回收量的因素很多，包括冷卻水進(jìn)口流量、冷卻水進(jìn)口壓力、冷卻水進(jìn)口溫度、冷卻水出口流量、冷卻水出口壓力、冷卻水出口溫度、冷凝水流量、冷凝水壓力、冷凝水溫度、煙氣進(jìn)口溫度、煙氣進(jìn)口流量、煙氣出口溫度、煙氣出口流量等參數(shù)。

2 靈敏度分析

靈敏度分析又稱(chēng)為擾動(dòng)分析、敏感性分析等，是指系統(tǒng)的輸出變量對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化的敏感程度，也即研究計(jì)算時(shí)當(dāng)輸入?yún)?shù)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，輸出結(jié)果的變化量。在擾動(dòng)量存在的情況下，準(zhǔn)確計(jì)算析出水量結(jié)果的擾動(dòng)量是確保結(jié)果精確的重要問(wèn)題。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，通常采用數(shù)值擾動(dòng)法進(jìn)行估值。假設(shè)變量對(duì)應(yīng)的計(jì)算值為Q1，Δx當(dāng)變化量時(shí)，計(jì)算值變?yōu)镼2，則該計(jì)算值對(duì)變量的靈敏系數(shù)可計(jì)算為：

3 分析實(shí)例

本文以煙氣流量9547.8m3/h，冷卻水流量9030kg/h 煙氣水分回收測(cè)試工況為例，分析各影響因素靈敏度，結(jié)果如表1所示。

通過(guò)靈敏度分析可以看出，冷卻水溫度、煙氣溫度的敏感度數(shù)值比較大，對(duì)析出水量的不確定度影響也較大，并且冷卻水溫度的敏感度的影響最大。

表1 煙氣水分回收靈敏度計(jì)算結(jié)果

但實(shí)際工程應(yīng)用中，冷卻水溫度的測(cè)量精準(zhǔn)，偏差極小，可忽略不計(jì)。而由于煙氣出口測(cè)溫元件受冷凝液滴粘附干擾等諸多問(wèn)題，導(dǎo)致煙氣出口溫度測(cè)量對(duì)結(jié)果影響最大。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)煙氣析出水量計(jì)算，得出影響析出水量的因素有冷卻水流量、冷卻水壓力、冷卻水進(jìn)出口溫度、冷凝水流量、冷凝水溫度、煙氣進(jìn)出口溫度及煙氣流量等。

借助敏感度計(jì)算，得知冷卻水溫度、煙氣溫度的敏感度數(shù)值比較大，對(duì)析出水量的不確定度影響也較大，并且冷卻水溫度的敏感度的影響最大。

實(shí)際工程應(yīng)用中，由于煙氣出口溫度測(cè)量存在諸多問(wèn)題，導(dǎo)致煙氣出口溫度測(cè)量對(duì)結(jié)果影響最大。為提高析出水量的計(jì)算結(jié)果的可信度，應(yīng)嚴(yán)格控制排煙溫度的測(cè)量準(zhǔn)確度。