CN106731493A - 一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔 - Google Patents

一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔 Download PDF

Info

Publication number
CN106731493A
CN106731493A CN201611091203.1A CN201611091203A CN106731493A CN 106731493 A CN106731493 A CN 106731493A CN 201611091203 A CN201611091203 A CN 201611091203A CN 106731493 A CN106731493 A CN 106731493A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tower
heat exchanger
square
exchanger plates
carbon dioxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611091203.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106731493B (zh
Inventor
王涛
董文峰
方梦祥
岑建孟
骆仲泱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201611091203.1A priority Critical patent/CN106731493B/zh
Publication of CN106731493A publication Critical patent/CN106731493A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106731493B publication Critical patent/CN106731493B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/18Absorbing units; Liquid distributors therefor
    • B01D53/185Liquid distributors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456Removing acid components
    • B01D53/1475Removing carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/18Absorbing units; Liquid distributors therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/04Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material using washing fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/50Carbon oxides
    • B01D2257/504Carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2258/00Sources of waste gases
    • B01D2258/02Other waste gases
    • B01D2258/0283Flue gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00Preventing emissions
    • F23J2215/50Carbon dioxide
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/30Technologies for a more efficient combustion or heat usage
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32Direct CO2 mitigation

Abstract

本发明涉及一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔,所述方形填料塔包括位于烟气出口下端的吸收剂初始分布器、吸收剂初始分布器下端的竖板式填料以及位于方形填料塔塔底用于通入烟气二氧化碳的辐射导流式气体分布器;所述辐射导流式气体分布器包括气体进口管、蝶形底板、蝶形封板和若干辐射导流板;所述蝶形底板与气体进口管的出口连通;所述辐射导流板沿着气体进口管的出口径向设置于蝶形底板和蝶形封板之间。该方形填料塔解决了填料塔传质效率低、塔内气相分布不均和投资成本高等问题。

Description

一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔
技术领域
[0001] 本发明涉及烟气二氧化碳捕集装备技术领域,具体涉及一种用于烟气二氧化碳捕 集的方形填料塔。
背景技术
[0002] 火电厂烟气C〇2排放量占工业C〇2排放量的60%以上,因此火电厂烟气C〇2减排研究 的开展对于我国CO2减排具有重要意义。
[0003] 大规模捕集燃煤电厂CO2吸收塔常采用碳钢塔身、不锈钢塔内件和不锈钢规整填 料,其投资成本占电厂烟气CO2化学法捕集系统投资的30〜40%;塔径大、填料层高径比小, 采用不锈钢规整填料对桁架支撑梁要求高;烟气通过气体分布器分布容易引起气体偏流和 压降增大,影响气液两相在填料层的传质效果;电厂烟气CO2捕集过程采用方形钢筋水泥填 料塔,为减弱气相分布的端效应,必须设置性能优良的进气初始分布器。
[0004] 电厂烟气CO2吸收塔一般采用常规孔板波纹填料,烟气与吸收溶液在填料板片上 逆向流动进行传热、传热过程,吸收剂在重力作用下呈膜状沿波纹表面向下流动。吸收剂液 膜沿波纹填料表面呈层流流动,液膜容易在波谷处积聚,使得液膜不能均匀地覆盖填料表 面,同时波谷处液膜较厚、表面更新速度较慢,导致传质性能下降。因此,需要一种高比表面 积、高成膜率、低压降和制造成本低廉的规整填料结构。中国发明专利ZL201210234334.6公 开一种适应粘性吸收剂的有壁与无壁液膜交替的规整填料,包括液体收集-初分布件、液体 均布件、结构化固体壁面以及孔洞组成,但上述填料尚存在着液膜均布较差和气液传质面 积减小等一系列新的问题,所以始终未见大规模生产应用。
[0005] 大型塔器常采用双切向环流式和双列叶片式气体分布器。双切向环流式气体分布 器气体经过弧形导流向下,再通过内筒折流向上,因此存在塔壁区域流速低的问题,由于方 塔的特殊结构形式,会引起壁面及夹角区域气相分布严重不均匀的现象。双列叶片式气体 分布器应用于方塔时,塔壁两侧的气速相对较高,而中央部分气流向下并产生漩涡,导致气 相分布质量较差。经对现有文献检索发现,中国发明专利(CN 104607111 A)公布一种组合 式进料分布器,在双切向进料分布器中加设双列叶片进料分布器,对进口的气体进行分流, 减弱气体对塔底液体的扰动和气体在塔内产生的漩涡现象,但该结构没有解决塔壁两侧气 速较低的问题,且存在结构复杂、安装成本高等缺点。
[0006] 烟气二氧化碳吸收塔中传质主要发生在填料塔顶部,底部由于吸收剂温度高导致 吸收负荷低,传质效率较低,需要在填料塔中部设置级间冷却装置,但一般设置塔板将吸收 剂引出塔外进行冷却,包括塔板、板式换热器和2个循环栗等设备,存在投资费用高、流程复 杂等问题。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种用于烟气二氧化碳捕集的方形 填料塔,解决了填料塔传质效率低、塔内气相分布不均和投资成本高等问题。
[0008] 本发明解决上述技术问题所提供的技术方案为:
[0009] 一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔,所述方形填料塔包括位于烟气出口下 端的吸收剂初始分布器、吸收剂初始分布器下端的竖板式填料以及位于方形填料塔塔底 用于通入烟气二氧化碳的辐射导流式气体分布器;
[0010] 所述辐射导流式气体分布器包括气体进口管、蝶形底板、蝶形封板和若干辐射导 流板;所述蝶形底板与气体进口管的出口连通;所述辐射导流板沿着气体进口管的出口径 向设置于蝶形底板和蝶形封板之间。
[0011] 所述福射导流式气体分布器一般安装在方形填料塔塔底,而气体进口管的入口则 安装在方形填料塔的塔壁上。气体进入气体进口管后,经过辐射导流板,将气体分成均速的 多股气流,由于蝶形封板轴向限流作用,气体均匀流向塔壁并与其碰撞后折向塔顶流动,通 过对进口气体径向分流、轴向限流提高了塔壁两侧气体流速,并减弱了气体在分布器上方 产生的漩涡现象,提高气相均匀度、降低阻力损失。
[0012] 作为优选,所述设置于蝶形底板和蝶形封板之间的若干辐射导流板中心对称于气 体进口管的出口中心。
[0013] 作为优选,所述相邻辐射导流板之间的夹角为5〜20度。进一步优选,所述位于蝶 形底板外边界中间的相邻辐射导流板之间的夹角为15〜20度。该设置使得气体分成均速的 多股气流,减弱了气体在分布器上方产生的漩涡现象。
[0014] 作为优选,所述蝶形底板和蝶形封板两者平行且外边界形状相同。该设置能够防 止方形填料塔上端的吸收液进入气体进口管。
[0015] 作为优选,所述辐射导流板为等高矩形板,所述辐射导流板沿着气体进口管出口 的径向宽度等于气体进口管的出口边界到蝶形底板外边界的距离。该辐射导流板的设置, 提高导流板的导流作用,能够尽可能使得气体分成均速的多股气流。
[0016] 作为优选,所述辐射导流板沿气体进口管出口的轴向高度h的取值范围:0.65d<h <3d,d为气体进口管的直径。通过调整轴向高度h与气体进口管的直径d的关系,使得经过 气体进口管的气体能够快速分流。
[0017] 作为优选,所述蝶形底板的外边界沿着气体进口管出口的径向到方形填料塔塔壁 的距离△均相等。该设置保证气体出口到塔器壁面的径向距离均相同,使得经过辐射导流 板后的气体均匀流向塔壁并与其碰撞后折向塔顶流动,防止壁面区域及边角区域的气体偏 流,减小阻力。
[0018] 作为优选,所述蝶形底板的外边界沿着气体进口管出口的径向到方形填料塔塔壁 的距离△取值范围:0.4〜0.9 (a-d),其中a为方形填料塔横截面的边长,d为气体进口管的 直径。进一步减弱了气体在分布器上方产生的漩涡现象,提高气相均匀度、降低阻力损失。
[0019] 作为优选,所述蝶形底板与气体进口管出口连通处设有防水环。防水环能够有效 得防止吸收液进入气体进口管。
[0020] 进一步优选,所述防水环的高度为50〜100mm。
[0021] 作为优选,所述方形填料塔的烟气出口处设有除雾器。
[0022] 作为优选,所述吸收剂初始分布器包括通入吸收剂的分布管、位于分布管下端的 一级槽以及一级槽下端的二级槽;所述一级槽内设有用于收集分布管下流的吸收剂的缓冲 槽,一级槽底部还设有溢流孔;所述二级槽设有收集溢流孔下流的吸收剂的溢流槽,所述溢 流槽两侧分别设有挡流板。
[0023] 作为优选,所述竖板式填料通过上端设有支撑导流鼓包的若干填料片相互堆叠组 成;所述填料片设有贯穿填料片的导流槽,所述导流槽位于支撑导流鼓包下侧;所述导流槽 外侧设有导流窗。
[0024] 竖板式填料是由若干填料片,按塔径要求相互堆叠组合成规整填料;相邻填料片 通过支撑导流鼓包相抵,形成吸收剂的顶部导流结构,消除来自上层填料的液相不均匀的 影响,提高吸收剂在填料片表面的成膜率;竖板式填料采用气相压力损失较小的竖直板结 构,改善高粘度的CO2吸收剂流动性较差的问题,并在下部设置导流窗结构,有利于气相横 向扩散,降低压力损失;竖板式填料下部开设菱形导流槽,有利于形成双面液膜和增强吸 收剂的端动性能,提尚传质效率。
[0025] 作为改进,所述填料片由聚丙烯平板压制成。
[0026] 作为改进,所述填料片之间相互平行设置,且相邻填料片上设置导流槽的位置相 互错开。便于安装于填料塔内,能够提高比表面积。
[0027] 作为改进,所述导流窗的顶部与相邻的填料片接触。有利于气相横向扩散,降低压 力损失。
[0028] 作为改进,所述支撑导流鼓包的形状为棱台;所述填料片一个侧面上端所有的支 撑导流鼓包所占的面积为填料片一个侧面面积的1/6〜1/4。进一步改进,所述支撑导流鼓 包为四棱台,鼓包高度为2〜10mm,鼓包与竖直方向呈20〜60°。该设置能够减弱顶部吸收剂 往下流动时由于不均匀所引起的放大效应。
[0029] 作为改进,所述支撑导流鼓包依次交错设置于填料片上端两侧面。
[0030] 作为改进,所述支撑导流鼓包在填料片一侧为凸棱台,而在填料片另一侧则形成 对应的凹棱台。
[0031] 作为改进,所述填料片上设置的导流槽之间的间距相同,且间距为5〜15mm。
[0032] 作为改进,所述导流槽为菱形导流槽。进一步优选,所述导流槽为正方形,边长为4 〜IOmm〇
[0033] 作为改进,所述导流窗由两个对称设置的导流片组成,两个导流片分别设置于菱 形导流槽的下侧边沿形成向上的开口。该导流窗的设置,使得吸收剂会沿着导流窗分流于 填料片的两侧面,进一步提高了比表面积、降低了压降。
[0034] 作为改进,所述导流窗依次交错设置于填料片两侧面。
[0035] 作为改进,所述竖板式填料与辐射导流式气体分布器之间还设有级间冷却器和规 整填料;所述规整填料设置于级间冷却器的壳体与方形填料塔塔壁之间。
[0036] 作为优选,所述级间冷却器包括壳体和多个换热板对;所述换热板对相互堆叠设 置于壳体内,换热板对由两块对称的换热板组成;
[0037] 所述换热板对中的两块对称的换热板之间设有换热通道,所述壳体相应的设有与 换热通道连通的冷却剂入口与冷却剂出口;相邻的所述换热板对之间设有烟气吸收通道, 所述壳体相应的设有与烟气吸收通道连通的烟气入口与吸收剂入口;所述换热板的两侧面 分别设有凸起与凹槽。
[0038] 所述级间冷却器一般安装于烟气吸收塔的中下部,由于烟气吸收塔中传质主要发 生在吸收塔顶部,吸收液到达吸收塔的底部时温度过高,会导致吸收负荷低,传质效率降 低。设置级间冷却器之后,吸收液通过级间冷却器将温度控制在最合适的吸收温度,提高其 传质效率。
[0039] 其次,在换热板的两侧面分别设有凸起与凹槽,能够增加气液传质的接触面积;同 时也具有导流的作用,由于吸收剂会在换热板对外侧面上形成液膜,凸起与凹槽使得液膜 均匀的分布在换热板对外侧面,防止局部液膜过厚降低传质效率。
[0040] 作为改进,所述凹槽由另一侧的凸起形成,所述凸起与凹槽的高度为2〜10mm。该 设置能够便于换热板的制备,同时能够进一步增加气液传质的接触面积。作为进一步改进, 所述凸起为半圆形凸起。
[0041] 作为改进,所述换热板为不锈钢板片,厚度为0.4〜2mm。
[0042] 作为改进,所述换热板对中的换热板上下端分别设有连接另一个换热板的内封闭 折边。两块对称的换热板通过内封闭折边上下端相互封闭,与壳体上的冷却剂入口和冷却 剂出口连通形成换热通道。
[0043] 进一步改进,所述内封闭折边的截面为Z字型,该设置便于安装固定。
[0044] 作为改进,所述壳体在烟气入口与吸收剂入口设有用于固定内封闭折边的齿形卡 槽。齿形卡槽不仅起到固定内封闭折边,使得换热板对内形成封闭的换热通道,而且便于换 热板对在壳体内的安装于拆卸。
[0045] 作为改进,所述换热板对中的换热板左右侧分别设有用于连接相邻换热板对的外 封闭折边。两对相邻的换热板对通过外封闭折边使得两者之间左右侧相互封闭,与壳体上 的烟气入口和吸收剂入口形成烟气吸收通道,从而实现烟气吸收通道与换热通道相互分 离。
[0046] 作为改进,所述外封闭折边的截面为Z字型。该设置便于安装固定,其次,外封闭折 边还起到吸收剂的导流作用。
[0047] 作为改进,所述烟气吸收通道的通道间距为4〜20mm,几何比表面积为80〜300m2/ m3〇
[0048] 作为改进,所述凸起与凹槽依次交错设置。进一步增大对吸收剂的导流作用。
[0049] 作为改进,所述换热板上的凸起与相邻的换热板上的凸起固定。该设置可以提供 整体的牢固度,同时相互固定的凸起也起到对吸收剂的导流作用,进一步均匀分散吸收剂。
[0050] 作为优选,所述级间冷却器与辐射导流式气体分布器之间还设有波纹填料层。进 一步优选为高液相传质系数的聚丙烯孔板波纹填料层。
[0051] 作为优选,所述竖板式填料与级间冷却器之间还设有吸收剂收集与再分布器。
[0052] 所述吸收剂收集与再分布器包括吸收剂收集板、吸收剂收集板下端的吸收剂收集 器、与吸收剂收集器连通的分布管、位于分布管下端的一级槽以及一级槽下端的二级槽;所 述一级槽内设有用于收集分布管下流的吸收剂的缓冲槽,一级槽底部还设有溢流孔;所述 二级槽设有收集溢流孔下流的吸收剂的溢流槽,所述溢流槽两侧分别设有挡流板。
[0053] 作为优选,所述方形填料塔采用钢筋混凝土主体结构以及玻璃钢防腐内衬,塔身 内预埋牛腿支撑与上述的塔内件进行连接。
[0054] 作为优选,所述竖板式填料和波纹填料层通过支撑格栅和桁架梁安装在方形填料 塔内。
[0055] 同现有技术相比,本发明的有益效果体现在:
[0056] (1)本发明所提供的方形填料塔内设有辐射导流式气体分布器,减弱了烟气二氧 化碳在分布器上方产生的漩涡现象,提高气相均匀度、降低阻力损失;
[0057] (2)本发明所提供的方形填料塔内设有竖板式填料,填料片、导流槽和导流窗形成 传质通道,在三者的配合作用下,经过支撑导流鼓包导流后的吸收剂会在填料片两侧面形 成交错小波纹,提高了比表面积、降低了压降;
[0058] (3)本发明所提供的方形填料塔内设有级间冷却器,吸收剂通过级间冷却器将温 度控制在最合适的吸收温度,提高其传质效率;
[0059] (4)本发明所提供的方形填料塔采用钢筋混凝土塔体,降低烟气二氧化碳捕集设 备的制造成本。
附图说明
[0060] 图1为实施例中方形填料塔的结构示意图;
[0061] 图2为实施例中吸收剂初始分布器的结构示意图;
[0062] 图3为实施例中竖板式填料中的填料片的结构示意图;
[0063] 图4为实施例中竖板式填料中的填料片的右视图;
[0064] 图5为图3中A区域的放大图;
[0065] 图6为图3中B区域的放大图;
[0066] 图7为实施例中吸收剂收集与再分布器的结构示意图;
[0067] 图8为实施例中级间冷却器的结构示意图;
[0068] 图9为实施例中级间冷却器壳体的结构示意图;
[0069] 图10为实施例中换热板的结构示意图;
[0070] 图11为图10中C区域的局部放大图;
[0071] 图12为实施例中局部换热板对的右视图;
[0072] 图13为实施例中局部换热板对的俯视图;
[0073]图14为实施例中福射导流式气体分布器的结构不意图;
[0074] 图15为实施例中福射导流式气体分布器的右视图;
[0075] 图16为实施例中辐射导流式气体分布器安装于方形填料塔内的俯视图;
[0076] 图17为方形填料塔内辐射导流式气体分布器上方轴向截面速度监测点示意图;
[0077] 图18为方形填料塔内的气体流线图;
[0078] 图19为方形填料塔内辐射导流式气体分布器上方轴向的分布不均匀度变化趋势 图。
[0079] 其中,1、方形填料塔;101、烟气出口;102、除雾器;103、第一安装架;104、第二安装 架;105、富集液出口; 2、吸收剂初始分布器;201、分布管;202、一级槽;203、二级槽;204、缓 冲槽;205、溢流孔;206、溢流槽;207、挡流板;3、竖板式填料;301、填料片;302、支撑导流鼓 包;303、导流窗;304、菱形导流槽;305、导流片;4、吸收剂收集与再分布器;401、吸收剂收集 板;402、吸收剂收集器;403、储液槽;404、吸收剂再分布入口; 405、分布管;406、一级槽; 407、二级槽;5、级间冷却器;501、壳体;502、换热板;503、吸收剂入口; 504、烟气入口; 505、 冷却剂入口;506、冷却剂出口;507、齿形卡槽;508、冷却通道;509、烟气吸收通道;510、内 封闭折边;511、外封闭折边;512、凸起;513、凹槽;6、波纹填料层;7、辐射导流式气体分布 器;701、气体进口管;702、蝶形底板;703、蝶形封板;704、辐射导流板;705、支撑梁;706、防 水环;707、气体进口管的出口; 708、气体进口管的入口。
具体实施方式
[0080] 下面结合实施例和说明书附图对发明进一步说明。
[0081] 实施例
[0082] 如图1所示,方形填料塔1采用钢筋混凝土主体结构以及玻璃钢防腐内衬,方形填 料塔1从塔顶到塔底依次安装有除雾器102、吸收剂初始分布器2、竖板式填料3、第一安装架 103、吸收剂收集与再分布器4、级间冷却器5、波纹填料层6、第二安装架104、辐射导流式气 体分布器7。
[0083] 方形填料塔1塔顶设有烟气出口 101,塔底设有富集液出口 105。除雾器102则安装 在方形填料塔1的烟气出口 1 〇 1处。
[0084] 如图2所示,吸收剂初始分布器2包括通入吸收剂的分布管201、位于分布管201下 端的一级槽202以及一级槽202下端的二级槽203。分布管201的吸收剂入口延伸至方形填料 塔1外,便于通入吸收剂。一级槽202设置成H型,形状尺寸大于分布管201,而一级槽202内则 设有用于收集分布管201下流的吸收剂的缓冲槽204, 一级槽202底部还设有溢流孔205;二 级槽203设有收集溢流孔205下流的吸收剂的溢流槽206,溢流槽206设置成长条形且平行设 置,同时每个溢流槽206两侧分别设有挡流板207。
[0085] 如图3和4所示,竖板式填料3由多个填料片301平行设置组成,竖板式填料3安装于 方形填料塔上端,图中仅给出其中一个填料片301。填料片301为长方形,采用聚丙烯材质, 形状根据方形填料塔1决定。
[0086] 如图5所示,填料片301上端两侧面分别设置有支撑导流鼓包302,支撑导流鼓包 302的形状为四棱台,且鼓包高度为4mm,鼓包与竖直方向呈45°,几何比表面积为275m2/m3。 支撑导流鼓包302依次交错设置于填料片301上端两侧面,在填料片301—侧为凸棱台,而在 填料片301另一侧则形成对应的凹棱台。填料片301—个侧面上端所有的支撑导流鼓包302 所占的面积为填料片301 —个侧面面积的1/5。
[0087] 竖板式填料3通过填料片301上的支撑导流鼓包302的棱台面相互固定堆叠而成, 两两固定的支撑导流鼓包302之间形成导流结构,使得进入竖板式填料3的吸收剂分布均 匀,提高成膜率。
[0088] 如图6所示,填料片301还设有贯穿填料片301的菱形导流槽304,菱形导流槽304为 边长6mm的正方形,菱形导流槽304—排一排依次交错设置在填料片301上,使得相邻菱形导 流槽304之间的间距相同且间距为10mm,菱形导流槽304均位于支撑导流鼓包302下侧。
[0089] 相邻填料片301之间的导流槽304的开设位置是不同的,因此竖板式填料3由具有 两种不同形状的填料片301依次交错组成。将相邻填料片301上设置菱形导流槽304的位置 相互错开,而支撑导流鼓包302的高度为导流窗303高度的一半,使得导流窗303的顶部与相 邻的填料片301接触。
[0090] 而菱形导流槽304外侧则设有导流窗303,且导流窗303依次交错设置于填料片301 的两侧面。导流窗303由两个对称设置的导流片305组成,导流片305为三角形,两个导流片 305分别设置于菱形导流槽304的下侧边沿形成向上的开口。填料片301、菱形导流槽304和 导流窗303形成传质通道,在三者的配合作用下,经过支撑导流鼓包302导流后的吸收剂会 在填料片301两侧面形成交错小波纹,提高了比表面积、降低了压降,同时降低了制造成 本。
[0091] 竖板式填料3通过第一安装架103固定安装在第一安装架1内,第一安装架103由支 撑格栅和桁架梁组成。
[0092] 如图7所示,吸收剂收集与再分布器4包括吸收剂收集板401、吸收剂收集板401下 端的吸收剂收集器402、与吸收剂收集器402连通的分布管405、位于分布管405下端的一级 槽406以及一级槽406下端的二级槽407,由于与吸收剂收集器402连通的分布管405、下部的 一级槽406和二级槽407结构与吸收剂初始分布器2中的相同,此处不再累述。吸收剂收集器 402四周与塔壁围城储液槽403,由于吸收剂收集板401设置成Z字形,且下侧折边还设有导 流槽,将吸收剂导流到储液槽403内,随着液面的上升,吸收剂再进入分布管405中。
[0093] 如图8所述,级间冷却器5安装在方形填料塔1的中下部,级间冷却器5包括壳体501 和多个换热板对,规整填料设置于级间冷却器的壳体501与方形填料塔1的塔壁之间,用于 填充空隙(图中未给出)。换热板对相互堆叠设置于壳体501内,换热板对由两块对称的换热 板502组成,换热板502为不锈钢板片,厚度为1mm。
[0094] 如图9所示,壳体501为长方体,具体的形状根据方形填料塔1决定。壳体501上下侧 面开口,上侧开口作为吸收剂入口 503和烟气出口,下侧开口作为烟气入口 504和吸收剂出 口。壳体501左右侧分别设有圆形开口,右侧圆形开口作为冷却剂入口 505,左侧圆形开口作 为冷却剂出口 506,左右圆形开口分别安装到方形填料塔1塔壁用于连通循环冷却水。
[0095] 如图10〜13所示,级间冷却器5中的换热板502形状大小都相同,通过两块对称的 换热板502平行安装组成换热板对,而换热板对再依次堆叠设置在壳体501内,换热板对的 安装方向分别垂直于壳体501上下侧面开口以及壳体501左右侧圆形开口。
[0096] 换热板502的两侧面分别设有凸起512与凹槽513,凹槽513由另一侧的凸起512形 成,且凸起512与凹槽513的高度为4mm。。针对换热板502的外侧面,间隔设置第一排凹槽 513,第二排设置凸起512,依此顺序交错进行设置。换热板502上的凸起512与相邻的换热板 502上的凸起512固定,此时换热板502外侧面的凸起512高度等于外封闭折边511的高度,而 换热板502内侧面的凹槽513高度也等于内封闭折边510的高度。相互固定的凸起512也起到 对吸收剂的导流作用,进一步均匀分散吸收剂。
[0097] 换热板对中的换热板5 0 2上下端分别设有连接另一个换热板5 0 2的内封闭折边 510。两块对称的换热板502通过内封闭折边510上下端相互封闭,与壳体501上的冷却剂入 口 505和冷却剂出口 506连通形成冷却通道508。内封闭折边510的截面为Z字型,而壳体501 在烟气入口 504与吸收剂入口 503设有用于固定内封闭折边510的齿形卡槽507。齿形卡槽 507不仅起到固定内封闭折边510,使得换热板对内形成封闭的冷却通道508,而且便于换热 板对在壳体501内的安装于拆卸。
[0098] 换热板对中的换热板502左右侧分别设有用于连接相邻换热板对的外封闭折边 511,外封闭折边511的截面为Z字型,对吸收剂具有导流作用。两对相邻的换热板对通过外 封闭折边511使得两者之间左右侧相互封闭,与壳体501上的烟气入口 504和吸收剂入口 503 形成烟气吸收通道509,烟气吸收通道509的通道间距为12mm,几何比表面积为190m2/m3,从 而实现烟气吸收通道509与冷却通道508相互分离。
[0099] 级间冷却器5下端安装有波纹填料层6,波纹填料层6为高液相传质系数的聚丙烯 孔板波纹填料层。同时,波纹填料层6通过第二安装架104安装固定在方形填料塔1,第二安 装架104包括支撑格栅和桁架梁。
[0100] 如图14〜16所述,辐射导流式气体分布器7包括气体进口管701、蝶形底板702、蝶 形封板703和若干辐射导流板704。
[0101] 辐射导流式气体分布器7安装在方形填料塔1内部,气体进口管701为90度的两通 管,直径为d = 760mm,气体进口管的入口 708固定安装于方形填料塔1 一侧的塔壁,而气体进 口管的出口 707则焊接于蝶形底板702,使得气体进口管701与蝶形底板702连通。蝶形底板 702四个角分别通过螺纹固定于两个支撑梁705,而支撑梁705则固定安装于方形填料塔1的 塔壁上的牛腿支撑结构(图中未给出),起到固定整体分布器的作用。蝶形底板702与气体进 口管的出口 707连通处设有防水环706,防水环706的高度为75mm。
[0102] 如图16可知,气体进口管的出口 707位于方形填料塔1中心,而蝶形底板702也设置 于方形填料塔1中心。
[0103] 辐射导流板704沿着气体进口管出口 707的径向设置于蝶形底板702和蝶形封板 703之间,辐射导流板704位于气体进口管的出口 707边界外侧,垂直于气体进口管的出口 707边界的切线,且所有辐射导流板704组成的形状中心对称于气体进口管的出口 707中心, 其中蝶形底板702和蝶形封板703两者平行且外边界形状相同。辐射导流板704的形状为等 高矩形板,高度为1.5d,数量为32块,通过焊接垂直固定于蝶形底板702和蝶形封板703之 间。位于蝶形底板702四个外边界中间的两块辐射导流板704之间的夹角为20度,其余辐射 导流板704之间的夹角为10度。
[0104] 辐射导流板704沿着气体进口管出口 707的径向宽度等于气体进口管的出口 707边 界到蝶形底板702外边界的距离;同时,蝶形底板702的外边界沿着气体进口管出口 707的径 向到方形填料塔1塔壁的距离Δ均相等,图16中Δ 1= Δ 2= Δ 3,保证气体出口到方形填料 塔1壁面的径向距离均相同,使得经过辐射导流板704后的气体均匀流向塔壁并与其碰撞后 折向塔顶流动,防止壁面区域及边角区域的气体偏流,减小阻力。
[0105] 性能测试
[0106] 利用Fluent软件对具体实施例中的方形填料塔1内流场进行模拟,分析气体流经 福射导流式气体分布器7压力损失与福射导流式气体分布器7上方气速分布不均勾度。
[0107] 在该模拟条件下,空气在辐射导流式气体分布器7内流动过程中压力变化可以忽 略不计,因此将空气视为不可压缩流体。空气在塔器内空气呈湍流流动,采用连续性方程、 雷诺平均N-S方程、湍动能k及湍动能耗损率ε的输运方程来描述。分布器进口管气体按照充 分发展的湍流考虑,采用速度进口边界条件u = 8m/s;出口采用压力边界出口;并采用标准 壁面函数计算近壁网格上的各物理量。
[0108] 1、阻力损失△ P数值分析
[0109] 阻力损失Δ P定义为:气体分布器进口与分布器上方某截面处的压力差。Δ Ρ = Ριη-Pout,式中,Pin为气体分布器进口压力,PmJt为分布器上方某截面压力。通过模拟发现,气体分 布器进出口压力损失Δ p = 55Pa。
[0110] 2、气速分布不均匀度Mf数值分析
[0111] 分布器的分布性能米用气速分布不均勾度来表征, 布器上方界面气速监测点个数。
Figure CN106731493AD00111
[0112] 具体的步骤:在分布器上方(Z = O〜1.5m处)取一轴向截面,在此截面上等间距取 49个速度监测点(见附图17),山表示气体分布器在该截面处第i个点的轴向速度值忑表示 气体分布器某特定截面处η个速度点的速度平均值。提取fluent软件中49个速度监测点的 轴向速度值,并根据上述公式计算气速分布不均勾度Mf。
[0113] 如附图18所示,气体经过分布器的导流和均流作用,在分布器上方流线分布均匀, 基本消除涡流现象。在分布器上方Z = O. 1/0.2/0.3/0.4m处截取轴向截面,在各截面上按照 图5设置7X7个速度监测点,并计算各截面上的气速不均匀度Mf。从图19可以看出,气速分 布不均匀度Mf随高度Z增大而降低,即气速分布越来越均匀;在Z = O. 3m处,气速不均匀度为 〇. 5,符合常规塔器对气体分布器的要求。

Claims (9)

1. 一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔,其特征在于,所述方形填料塔包括位于 烟气出口下端的吸收剂初始分布器、吸收剂初始分布器下端的竖板式填料以及位于方形填 料塔塔底用于通入烟气二氧化碳的辐射导流式气体分布器; 所述辐射导流式气体分布器包括气体进口管、蝶形底板、蝶形封板和若干辐射导流板; 所述蝶形底板与气体进口管的出口连通;所述辐射导流板沿着气体进口管的出口径向设置 于蝶形底板和蝶形封板之间。
2. 根据权利要求1所述的用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔,其特征在于,所述方形 填料塔的烟气出口处设有除雾器。
3. 根据权利要求1所述的用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔,其特征在于,所述竖板 式填料通过上端设有支撑导流鼓包的若干填料片相互堆叠组成;所述填料片设有贯穿填料 片的导流槽,所述导流槽位于支撑导流鼓包下侧;所述导流槽外侧设有导流窗。
4. 根据权利要求1所述的用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔,其特征在于,所述竖板 式填料与辐射导流式气体分布器之间还设有级间冷却器和规整填料;所述规整填料设置于 级间冷却器的壳体与方形填料塔塔壁之间。
5. 根据权利要求4所述的用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔,其特征在于,所述级间 冷却器包括壳体和多个换热板对;所述换热板对相互堆叠设置于壳体内,换热板对由两块 对称的换热板组成; 所述换热板对中的两块对称的换热板之间设有换热通道,所述壳体相应的设有与换热 通道连通的冷却剂入口与冷却剂出口;相邻的所述换热板对之间设有烟气吸收通道,所述 壳体相应的设有与烟气吸收通道连通的烟气入口与吸收剂入口;所述换热板的两侧面分别 设有凸起与凹槽。
6. 根据权利要求5所述的用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔,其特征在于,所述换热 板对中的换热板上下端分别设有连接另一个换热板的内封闭折边。
7. 根据权利要求5所述的用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔,其特征在于,所述换热 板对中的换热板左右侧分别设有用于连接相邻换热板对的外封闭折边。
8. 根据权利要求4所述的用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔,其特征在于,所述级间 冷却器与辐射导流式气体分布器之间还设有波纹填料层。
9. 根据权利要求4所述的用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔,其特征在于,所述竖板 式填料与级间冷却器之间还设有吸收剂收集与再分布器。
CN201611091203.1A 2016-12-01 2016-12-01 一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔 Active CN106731493B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611091203.1A CN106731493B (zh) 2016-12-01 2016-12-01 一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611091203.1A CN106731493B (zh) 2016-12-01 2016-12-01 一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔
US16/089,154 US10821397B2 (en) 2016-12-01 2017-11-27 Square packed tower for capturing flue gas carbon dioxide
PCT/CN2017/113045 WO2018099341A1 (zh) 2016-12-01 2017-11-27 一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106731493A true CN106731493A (zh) 2017-05-31
CN106731493B CN106731493B (zh) 2019-05-07

Family

ID=58915626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611091203.1A Active CN106731493B (zh) 2016-12-01 2016-12-01 一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10821397B2 (zh)
CN (1) CN106731493B (zh)
WO (1) WO2018099341A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107715829A (zh) * 2017-11-20 2018-02-23 宣城市楷昂化工有限公司 一种自压紧组合式填料层
WO2018099341A1 (zh) * 2016-12-01 2018-06-07 浙江大学 一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔
CN112619377A (zh) * 2020-12-18 2021-04-09 广东惠智通能源环保发展有限公司 废气净化系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107213770A (zh) * 2017-07-03 2017-09-29 江苏新世纪江南环保股份有限公司 脱硫吸收塔及其建立方法和运行方法
CN110652840A (zh) * 2019-10-10 2020-01-07 邢二江 一种带有填料反冲洗装置的碱液吸收塔

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4115929A (en) * 1976-10-27 1978-09-26 Electric Power Research Institute, Inc. Gas distributor for fluidizing beds
CN1042311A (zh) * 1988-11-03 1990-05-23 格里奇公司 用于填料塔的液体分配器组件
CN1899675A (zh) * 2006-07-12 2007-01-24 陈玉乐 逆流式海水脱硫吸收塔
CN201410354Y (zh) * 2009-06-09 2010-02-24 吕文广 生产硝酸盐的废气吸收装置
CN104266532A (zh) * 2014-09-23 2015-01-07 平湖市三久塑料有限公司 一种等间距逆流填料片
CN204513444U (zh) * 2015-03-12 2015-07-29 山东旺泰机械科技有限公司 自支撑宽间隙换热元件
CN205145954U (zh) * 2015-11-14 2016-04-13 青岛科技大学 一种大规模烟气co2捕集反应器
CN205288016U (zh) * 2015-11-14 2016-06-08 青岛科技大学 一种组合式气体分布器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4729857A (en) * 1987-04-27 1988-03-08 Glitsch, Inc. Liquid distributor for packed tower
KR20140098078A (ko) * 2011-11-29 2014-08-07 술저 켐테크 악티엔게젤샤프트 이산화탄소의 흡수를 위한 방법 및 장치
CN102553396B (zh) * 2011-12-23 2014-06-04 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 一种高效低能耗捕集电站烟气中二氧化碳的方法及其设备
CN106731493B (zh) * 2016-12-01 2019-05-07 浙江大学 一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4115929A (en) * 1976-10-27 1978-09-26 Electric Power Research Institute, Inc. Gas distributor for fluidizing beds
CN1042311A (zh) * 1988-11-03 1990-05-23 格里奇公司 用于填料塔的液体分配器组件
CN1899675A (zh) * 2006-07-12 2007-01-24 陈玉乐 逆流式海水脱硫吸收塔
CN201410354Y (zh) * 2009-06-09 2010-02-24 吕文广 生产硝酸盐的废气吸收装置
CN104266532A (zh) * 2014-09-23 2015-01-07 平湖市三久塑料有限公司 一种等间距逆流填料片
CN204513444U (zh) * 2015-03-12 2015-07-29 山东旺泰机械科技有限公司 自支撑宽间隙换热元件
CN205145954U (zh) * 2015-11-14 2016-04-13 青岛科技大学 一种大规模烟气co2捕集反应器
CN205288016U (zh) * 2015-11-14 2016-06-08 青岛科技大学 一种组合式气体分布器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018099341A1 (zh) * 2016-12-01 2018-06-07 浙江大学 一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔
CN107715829A (zh) * 2017-11-20 2018-02-23 宣城市楷昂化工有限公司 一种自压紧组合式填料层
CN112619377A (zh) * 2020-12-18 2021-04-09 广东惠智通能源环保发展有限公司 废气净化系统

Also Published As

Publication number Publication date
US10821397B2 (en) 2020-11-03
CN106731493B (zh) 2019-05-07
US20190099712A1 (en) 2019-04-04
WO2018099341A1 (zh) 2018-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106731493A (zh) 一种用于烟气二氧化碳捕集的方形填料塔
CN201302422Y (zh) 自然通风冷却塔均匀进风导流装置
CN105258549A (zh) 一种水循环蒸发换热冷却式冷凝器
CN101024603B (zh) 甲醛吸收系统
CN105976874B (zh) 一种适应用于聚变堆固态包层的分区氚吹扫系统
CN106861295A (zh) 一种内置换热器的气液分离装置及其气液分离方法
CN203030028U (zh) 排管式液体分布器及使用该液体分布器的冷却塔
CN202277687U (zh) 一种用于气液逆流的水平管外降膜蒸发用液体分布器
CN102631794A (zh) 一种筛板萃取塔
CN202715271U (zh) 一种筛板萃取塔
CN203432434U (zh) 一种波段翅铸造板式空气预热器
CN101979134A (zh) 窗、孔组合式导流规整填料片及填料
CN203763876U (zh) 填料塔节
CN206240281U (zh) 一种填料塔
CN106512916B (zh) 一种用于填料塔的竖板式填料
CN203964705U (zh) 高含湿烟气显热潜热回收装置
CN103389002A (zh) 一种波段翅铸造板式空气预热器
CN209893989U (zh) 一种卧式烟气接触式换热器
CN210220820U (zh) 一种自然通风冷却塔进风导流装置
CN212882353U (zh) 一种具有除雾沫功能的槽盘式液体分布器
CN207430252U (zh) 用于合成对甲苯磺酸的塔式反应器
CN212566960U (zh) 一种水气分别运行的逆流式冷却塔
CN211651271U (zh) 一种塔顶冷凝器的换热管安装结构
CN213798877U (zh) 一种安装于数码印花设备的散热结构
CN208389568U (zh) 一种折流板除沫器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant