膜分离法烟气水分回收的敏感度分析研究

文_孙月玲 米大斌 丁宁 米翠丽 郭江龙 河北冀研能源科学技术研究院有限公司

膜分离技术是近年来火电厂烟气水分及余热回收的新兴技术。由于烟气水分回收过程中存在诸多不确定因素,因此，关注不确定因素对烟气水分回收结果的影响显得尤为重要。

灵敏度分析可以提供系统参数重要性的度量，按照重要性大小对系统模型参数的重要程度进行排序。通过灵敏度计算，可以得到各因素对结果影响的相对程度。如果某变量灵敏度值较大，则要求该变量的涉及数据要相对精确。

本文通过灵敏度分析研究计算各影响因素的扰动对烟气水分回收结果的影响，找出提高析出水量计算准确度的关键数据，明确数据控制重点，为修正影响因素并准确计算膜系统回收水量提供重要的依据。

1 膜分离法烟气水分回收原理及计算

1.1 原理

膜分离法回收烟气水分原理是首先利用供水系统使膜管内充满冷却水，开启水泵使膜内侧形成微负压；烟气通过膜系统组件时，膜管两侧形成压差，烟气中的水蒸气在膜壁面受毛细冷凝作用凝结并借助膜两侧压差进入膜管内部与冷却水混合，实现烟气水分回收。原理如图1 所示，膜系统右侧表示冷却、回收水的流动管路布置，膜系统左侧表示烟气侧管路布置。

图1 膜法回收烟气水分原理

1.2 计算方法

烟气析水量计算公式如下：

式中，Q为烟气析出水量，kg/h；Q w为冷却水侧吸热量，kJ/h；Qw1为冷凝水吸热量，kJ/h；Qg为烟气侧吸热量，kJ/h；Rg为烟气侧析出水的气化潜热，kJ/kg。

式中:q w, in为冷却水侧膜系统进口流量，kg/h;⋅H -PT（Pw ,in, Tw,in）为冷却水侧膜系统进口焓值，kJ/kg；Pw,in为冷却水侧膜系统进口压力，kPa；Tw,in为冷却水侧膜系统进口温度,℃；⋅H -PT（Pw,out,Tw,out）为冷却水侧膜系统出口焓值，kJ/kg；Pw,out为冷却水侧膜系统出口压力，kPa；Tw,out为冷却水侧膜系统出口温度,℃。

式中，q w1为冷凝水流量累计测量均值，kg/ h；H-PT（Pw1,Tw1）为冷凝水对应焓值，kJ/kg；,Tw1）为冷凝水压力累计测量均值，；为冷凝水温度累计测量均值，℃。

式中，（Tg,in）为烟气侧膜系统进口烟气温度，℃；C（Tg,in）⋅为对应的干烟气定压比热容，kg/m3;⋅qg,in为烟气侧膜系统进口烟气流量，kg/h；（Tg,out）为烟气侧膜系统出口烟气温度，℃；C（Tg,out）⋅为对应的干烟气定压比热容，kJ/m3;qg,out为烟气侧膜系统出口烟气流量，kg/h。

式中，HG -T（Tgg,in-0. 5）为烟气进口温度对应饱和蒸汽焓，kJ/kg;HL -T（Tg,in-0. 5）为烟气入口温度对应饱和水焓，kJ/kg。

其具体函数关系如图2 所示：

图2 烟气水分回收量计算图

分析图2中的析出水量函数关系，可知影响膜分离法烟气水分回收量的因素很多，包括冷却水进口流量、冷却水进口压力、冷却水进口温度、冷却水出口流量、冷却水出口压力、冷却水出口温度、冷凝水流量、冷凝水压力、冷凝水温度、烟气进口温度、烟气进口流量、烟气出口温度、烟气出口流量等参数。

2 灵敏度分析

灵敏度分析又称为扰动分析、敏感性分析等，是指系统的输出变量对系统参数变化的敏感程度，也即研究计算时当输入参数发生波动时，输出结果的变化量。在扰动量存在的情况下，准确计算析出水量结果的扰动量是确保结果精确的重要问题。

在实际工程应用中，通常采用数值扰动法进行估值。假设变量对应的计算值为Q1，Δx当变化量时，计算值变为Q2，则该计算值对变量的灵敏系数可计算为：

3 分析实例

本文以烟气流量9547.8m3/h，冷却水流量9030kg/h 烟气水分回收测试工况为例，分析各影响因素灵敏度，结果如表1所示。

通过灵敏度分析可以看出，冷却水温度、烟气温度的敏感度数值比较大，对析出水量的不确定度影响也较大，并且冷却水温度的敏感度的影响最大。

表1 烟气水分回收灵敏度计算结果

但实际工程应用中，冷却水温度的测量精准，偏差极小，可忽略不计。而由于烟气出口测温元件受冷凝液滴粘附干扰等诸多问题，导致烟气出口温度测量对结果影响最大。

4 结语

本文通过烟气析出水量计算，得出影响析出水量的因素有冷却水流量、冷却水压力、冷却水进出口温度、冷凝水流量、冷凝水温度、烟气进出口温度及烟气流量等。

借助敏感度计算，得知冷却水温度、烟气温度的敏感度数值比较大，对析出水量的不确定度影响也较大，并且冷却水温度的敏感度的影响最大。

实际工程应用中，由于烟气出口温度测量存在诸多问题，导致烟气出口温度测量对结果影响最大。为提高析出水量的计算结果的可信度，应严格控制排烟温度的测量准确度。