本發(fā)明涉及煙氣二氧化碳捕集裝備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于煙氣二氧化碳捕集的方形填料塔。

背景技術(shù)：

火電廠煙氣CO₂排放量占工業(yè)CO₂排放量的60％以上，因此火電廠煙氣CO₂減排研究的開(kāi)展對(duì)于我國(guó)CO₂減排具有重要意義。

大規(guī)模捕集燃煤電廠CO₂吸收塔常采用碳鋼塔身、不銹鋼塔內(nèi)件和不銹鋼規(guī)整填料，其投資成本占電廠煙氣CO₂化學(xué)法捕集系統(tǒng)投資的30～40％；塔徑大、填料層高徑比小，采用不銹鋼規(guī)整填料對(duì)桁架支撐梁要求高；煙氣通過(guò)氣體分布器分布容易引起氣體偏流和壓降增大，影響氣液兩相在填料層的傳質(zhì)效果；電廠煙氣CO₂捕集過(guò)程采用方形鋼筋水泥填料塔，為減弱氣相分布的端效應(yīng)，必須設(shè)置性能優(yōu)良的進(jìn)氣初始分布器。

電廠煙氣CO₂吸收塔一般采用常規(guī)孔板波紋填料，煙氣與吸收溶液在填料板片上逆向流動(dòng)進(jìn)行傳熱、傳熱過(guò)程，吸收劑在重力作用下呈膜狀沿波紋表面向下流動(dòng)。吸收劑液膜沿波紋填料表面呈層流流動(dòng)，液膜容易在波谷處積聚，使得液膜不能均勻地覆蓋填料表面，同時(shí)波谷處液膜較厚、表面更新速度較慢，導(dǎo)致傳質(zhì)性能下降。因此，需要一種高比表面積、高成膜率、低壓降和制造成本低廉的規(guī)整填料結(jié)構(gòu)。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利ZL201210234334.6公開(kāi)一種適應(yīng)粘性吸收劑的有壁與無(wú)壁液膜交替的規(guī)整填料，包括液體收集-初分布件、液體均布件、結(jié)構(gòu)化固體壁面以及孔洞組成，但上述填料尚存在著液 膜均布較差和氣液傳質(zhì)面積減小等一系列新的問(wèn)題，所以始終未見(jiàn)大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

大型塔器常采用雙切向環(huán)流式和雙列葉片式氣體分布器。雙切向環(huán)流式氣體分布器氣體經(jīng)過(guò)弧形導(dǎo)流向下，再通過(guò)內(nèi)筒折流向上，因此存在塔壁區(qū)域流速低的問(wèn)題，由于方塔的特殊結(jié)構(gòu)形式，會(huì)引起壁面及夾角區(qū)域氣相分布嚴(yán)重不均勻的現(xiàn)象。雙列葉片式氣體分布器應(yīng)用于方塔時(shí)，塔壁兩側(cè)的氣速相對(duì)較高，而中央部分氣流向下并產(chǎn)生漩渦，導(dǎo)致氣相分布質(zhì)量較差。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利(CN 104607111 A)公布一種組合式進(jìn)料分布器，在雙切向進(jìn)料分布器中加設(shè)雙列葉片進(jìn)料分布器，對(duì)進(jìn)口的氣體進(jìn)行分流，減弱氣體對(duì)塔底液體的擾動(dòng)和氣體在塔內(nèi)產(chǎn)生的漩渦現(xiàn)象，但該結(jié)構(gòu)沒(méi)有解決塔壁兩側(cè)氣速較低的問(wèn)題，且存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝成本高等缺點(diǎn)。

煙氣二氧化碳吸收塔中傳質(zhì)主要發(fā)生在填料塔頂部，底部由于吸收劑溫度高導(dǎo)致吸收負(fù)荷低，傳質(zhì)效率較低，需要在填料塔中部設(shè)置級(jí)間冷卻裝置，但一般設(shè)置塔板將吸收劑引出塔外進(jìn)行冷卻，包括塔板、板式換熱器和2個(gè)循環(huán)泵等設(shè)備，存在投資費(fèi)用高、流程復(fù)雜等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于煙氣二氧化碳捕集的方形填料塔，解決了填料塔傳質(zhì)效率低、塔內(nèi)氣相分布不均和投資成本高等問(wèn)題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所提供的技術(shù)方案為：

一種用于煙氣二氧化碳捕集的方形填料塔，所述方形填料塔包括位于煙氣出口下端的吸收劑初始分布器、吸收劑初始分布器下端的豎板式填料以及 位于方形填料塔塔底用于通入煙氣二氧化碳的輻射導(dǎo)流式氣體分布器；

所述輻射導(dǎo)流式氣體分布器包括氣體進(jìn)口管、蝶形底板、蝶形封板和若干輻射導(dǎo)流板；所述蝶形底板與氣體進(jìn)口管的出口連通；所述輻射導(dǎo)流板沿著氣體進(jìn)口管的出口徑向設(shè)置于蝶形底板和蝶形封板之間。

所述輻射導(dǎo)流式氣體分布器一般安裝在方形填料塔塔底，而氣體進(jìn)口管的入口則安裝在方形填料塔的塔壁上。氣體進(jìn)入氣體進(jìn)口管后，經(jīng)過(guò)輻射導(dǎo)流板，將氣體分成均速的多股氣流，由于蝶形封板軸向限流作用，氣體均勻流向塔壁并與其碰撞后折向塔頂流動(dòng)，通過(guò)對(duì)進(jìn)口氣體徑向分流、軸向限流提高了塔壁兩側(cè)氣體流速，并減弱了氣體在分布器上方產(chǎn)生的漩渦現(xiàn)象，提高氣相均勻度、降低阻力損失。

作為優(yōu)選，所述設(shè)置于蝶形底板和蝶形封板之間的若干輻射導(dǎo)流板中心對(duì)稱(chēng)于氣體進(jìn)口管的出口中心。

作為優(yōu)選，所述相鄰輻射導(dǎo)流板之間的夾角為5～20度。進(jìn)一步優(yōu)選，所述位于蝶形底板外邊界中間的相鄰輻射導(dǎo)流板之間的夾角為15～20度。該設(shè)置使得氣體分成均速的多股氣流，減弱了氣體在分布器上方產(chǎn)生的漩渦現(xiàn)象。

作為優(yōu)選，所述蝶形底板和蝶形封板兩者平行且外邊界形狀相同。該設(shè)置能夠防止方形填料塔上端的吸收液進(jìn)入氣體進(jìn)口管。

作為優(yōu)選，所述輻射導(dǎo)流板為等高矩形板，所述輻射導(dǎo)流板沿著氣體進(jìn)口管出口的徑向?qū)挾鹊扔跉怏w進(jìn)口管的出口邊界到蝶形底板外邊界的距離。該輻射導(dǎo)流板的設(shè)置，提高導(dǎo)流板的導(dǎo)流作用，能夠盡可能使得氣體分成均速的多股氣流。

作為優(yōu)選，所述輻射導(dǎo)流板沿氣體進(jìn)口管出口的軸向高度h的取值范圍：0.65d≤h≤3d，d為氣體進(jìn)口管的直徑。通過(guò)調(diào)整軸向高度h與氣體進(jìn)口管的直徑d的關(guān)系，使得經(jīng)過(guò)氣體進(jìn)口管的氣體能夠快速分流。

作為優(yōu)選，所述蝶形底板的外邊界沿著氣體進(jìn)口管出口的徑向到方形填料塔塔壁的距離Δ均相等。該設(shè)置保證氣體出口到塔器壁面的徑向距離均相同，使得經(jīng)過(guò)輻射導(dǎo)流板后的氣體均勻流向塔壁并與其碰撞后折向塔頂流動(dòng)，防止壁面區(qū)域及邊角區(qū)域的氣體偏流，減小阻力。

作為優(yōu)選，所述蝶形底板的外邊界沿著氣體進(jìn)口管出口的徑向到方形填料塔塔壁的距離Δ取值范圍：0.4～0.9(a-d)，其中a為方形填料塔橫截面的邊長(zhǎng)，d為氣體進(jìn)口管的直徑。進(jìn)一步減弱了氣體在分布器上方產(chǎn)生的漩渦現(xiàn)象，提高氣相均勻度、降低阻力損失。

作為優(yōu)選，所述蝶形底板與氣體進(jìn)口管出口連通處設(shè)有防水環(huán)。防水環(huán)能夠有效得防止吸收液進(jìn)入氣體進(jìn)口管。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述防水環(huán)的高度為50～100mm。

作為優(yōu)選，所述方形填料塔的煙氣出口處設(shè)有除霧器。

作為優(yōu)選，所述吸收劑初始分布器包括通入吸收劑的分布管、位于分布管下端的一級(jí)槽以及一級(jí)槽下端的二級(jí)槽；所述一級(jí)槽內(nèi)設(shè)有用于收集分布管下流的吸收劑的緩沖槽，一級(jí)槽底部還設(shè)有溢流孔；所述二級(jí)槽設(shè)有收集溢流孔下流的吸收劑的溢流槽，所述溢流槽兩側(cè)分別設(shè)有擋流板。

作為優(yōu)選，所述豎板式填料通過(guò)上端設(shè)有支撐導(dǎo)流鼓包的若干填料片相互堆疊組成；所述填料片設(shè)有貫穿填料片的導(dǎo)流槽，所述導(dǎo)流槽位于支撐導(dǎo)流鼓包下側(cè)；所述導(dǎo)流槽外側(cè)設(shè)有導(dǎo)流窗。

豎板式填料是由若干填料片，按塔徑要求相互堆疊組合成規(guī)整填料；相鄰填料片通過(guò)支撐導(dǎo)流鼓包相抵，形成吸收劑的頂部導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，消除來(lái)自上層填料的液相不均勻的影響，提高吸收劑在填料片表面的成膜率；豎板式填料采用氣相壓力損失較小的豎直板結(jié)構(gòu)，改善高粘度的CO₂吸收劑流動(dòng)性較差的問(wèn)題，并在下部設(shè)置導(dǎo)流窗結(jié)構(gòu)，有利于氣相橫向擴(kuò)散，降低壓力損失； 豎板式填料下部開(kāi)設(shè)菱形導(dǎo)流槽，有利于形成雙面液膜和增強(qiáng)吸收劑的湍動(dòng)性能，提高傳質(zhì)效率。

作為改進(jìn)，所述填料片由聚丙烯平板壓制成。

作為改進(jìn)，所述填料片之間相互平行設(shè)置，且相鄰填料片上設(shè)置導(dǎo)流槽的位置相互錯(cuò)開(kāi)。便于安裝于填料塔內(nèi)，能夠提高比表面積。

作為改進(jìn)，所述導(dǎo)流窗的頂部與相鄰的填料片接觸。有利于氣相橫向擴(kuò)散，降低壓力損失。

作為改進(jìn)，所述支撐導(dǎo)流鼓包的形狀為棱臺(tái)；所述填料片一個(gè)側(cè)面上端所有的支撐導(dǎo)流鼓包所占的面積為填料片一個(gè)側(cè)面面積的1/6～1/4。進(jìn)一步改進(jìn)，所述支撐導(dǎo)流鼓包為四棱臺(tái)，鼓包高度為2～10mm，鼓包與豎直方向呈20～60°。該設(shè)置能夠減弱頂部吸收劑往下流動(dòng)時(shí)由于不均勻所引起的放大效應(yīng)。

作為改進(jìn)，所述支撐導(dǎo)流鼓包依次交錯(cuò)設(shè)置于填料片上端兩側(cè)面。

作為改進(jìn)，所述支撐導(dǎo)流鼓包在填料片一側(cè)為凸棱臺(tái)，而在填料片另一側(cè)則形成對(duì)應(yīng)的凹棱臺(tái)。

作為改進(jìn)，所述填料片上設(shè)置的導(dǎo)流槽之間的間距相同，且間距為5～15mm。

作為改進(jìn)，所述導(dǎo)流槽為菱形導(dǎo)流槽。進(jìn)一步優(yōu)選，所述導(dǎo)流槽為正方形，邊長(zhǎng)為4～10mm。

作為改進(jìn)，所述導(dǎo)流窗由兩個(gè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的導(dǎo)流片組成，兩個(gè)導(dǎo)流片分別設(shè)置于菱形導(dǎo)流槽的下側(cè)邊沿形成向上的開(kāi)口。該導(dǎo)流窗的設(shè)置，使得吸收劑會(huì)沿著導(dǎo)流窗分流于填料片的兩側(cè)面，進(jìn)一步提高了比表面積、降低了壓降。

作為改進(jìn)，所述導(dǎo)流窗依次交錯(cuò)設(shè)置于填料片兩側(cè)面。

作為改進(jìn)，所述豎板式填料與輻射導(dǎo)流式氣體分布器之間還設(shè)有級(jí)間冷卻器和規(guī)整填料；所述規(guī)整填料設(shè)置于級(jí)間冷卻器的殼體與方形填料塔塔壁之間。

作為優(yōu)選，所述級(jí)間冷卻器包括殼體和多個(gè)換熱板對(duì)；所述換熱板對(duì)相互堆疊設(shè)置于殼體內(nèi)，換熱板對(duì)由兩塊對(duì)稱(chēng)的換熱板組成；

所述換熱板對(duì)中的兩塊對(duì)稱(chēng)的換熱板之間設(shè)有換熱通道，所述殼體相應(yīng)的設(shè)有與換熱通道連通的冷卻劑入口與冷卻劑出口；相鄰的所述換熱板對(duì)之間設(shè)有煙氣吸收通道，所述殼體相應(yīng)的設(shè)有與煙氣吸收通道連通的煙氣入口與吸收劑入口；所述換熱板的兩側(cè)面分別設(shè)有凸起與凹槽。

所述級(jí)間冷卻器一般安裝于煙氣吸收塔的中下部，由于煙氣吸收塔中傳質(zhì)主要發(fā)生在吸收塔頂部，吸收液到達(dá)吸收塔的底部時(shí)溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致吸收負(fù)荷低，傳質(zhì)效率降低。設(shè)置級(jí)間冷卻器之后，吸收液通過(guò)級(jí)間冷卻器將溫度控制在最合適的吸收溫度，提高其傳質(zhì)效率。

其次，在換熱板的兩側(cè)面分別設(shè)有凸起與凹槽，能夠增加氣液傳質(zhì)的接觸面積；同時(shí)也具有導(dǎo)流的作用，由于吸收劑會(huì)在換熱板對(duì)外側(cè)面上形成液膜，凸起與凹槽使得液膜均勻的分布在換熱板對(duì)外側(cè)面，防止局部液膜過(guò)厚降低傳質(zhì)效率。

作為改進(jìn)，所述凹槽由另一側(cè)的凸起形成，所述凸起與凹槽的高度為2～10mm。該設(shè)置能夠便于換熱板的制備，同時(shí)能夠進(jìn)一步增加氣液傳質(zhì)的接觸面積。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述凸起為半圓形凸起。

作為改進(jìn)，所述換熱板為不銹鋼板片，厚度為0.4～2mm。

作為改進(jìn)，所述換熱板對(duì)中的換熱板上下端分別設(shè)有連接另一個(gè)換熱板的內(nèi)封閉折邊。兩塊對(duì)稱(chēng)的換熱板通過(guò)內(nèi)封閉折邊上下端相互封閉，與殼體上的冷卻劑入口和冷卻劑出口連通形成換熱通道。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述內(nèi)封閉折邊的截面為Z字型，該設(shè)置便于安裝固定。

作為改進(jìn)，所述殼體在煙氣入口與吸收劑入口設(shè)有用于固定內(nèi)封閉折邊的齒形卡槽。齒形卡槽不僅起到固定內(nèi)封閉折邊，使得換熱板對(duì)內(nèi)形成封閉的換熱通道，而且便于換熱板對(duì)在殼體內(nèi)的安裝于拆卸。

作為改進(jìn)，所述換熱板對(duì)中的換熱板左右側(cè)分別設(shè)有用于連接相鄰換熱板對(duì)的外封閉折邊。兩對(duì)相鄰的換熱板對(duì)通過(guò)外封閉折邊使得兩者之間左右側(cè)相互封閉，與殼體上的煙氣入口和吸收劑入口形成煙氣吸收通道，從而實(shí)現(xiàn)煙氣吸收通道與換熱通道相互分離。

作為改進(jìn)，所述外封閉折邊的截面為Z字型。該設(shè)置便于安裝固定，其次，外封閉折邊還起到吸收劑的導(dǎo)流作用。

作為改進(jìn)，所述煙氣吸收通道的通道間距為4～20mm，幾何比表面積為80～300m²/m³。

作為改進(jìn)，所述凸起與凹槽依次交錯(cuò)設(shè)置。進(jìn)一步增大對(duì)吸收劑的導(dǎo)流作用。

作為改進(jìn)，所述換熱板上的凸起與相鄰的換熱板上的凸起固定。該設(shè)置可以提供整體的牢固度，同時(shí)相互固定的凸起也起到對(duì)吸收劑的導(dǎo)流作用，進(jìn)一步均勻分散吸收劑。

作為優(yōu)選，所述級(jí)間冷卻器與輻射導(dǎo)流式氣體分布器之間還設(shè)有波紋填料層。進(jìn)一步優(yōu)選為高液相傳質(zhì)系數(shù)的聚丙烯孔板波紋填料層。

作為優(yōu)選，所述豎板式填料與級(jí)間冷卻器之間還設(shè)有吸收劑收集與再分布器。

所述吸收劑收集與再分布器包括吸收劑收集板、吸收劑收集板下端的吸收劑收集器、與吸收劑收集器連通的分布管、位于分布管下端的一級(jí)槽以及一級(jí)槽下端的二級(jí)槽；所述一級(jí)槽內(nèi)設(shè)有用于收集分布管下流的吸收劑的緩 沖槽，一級(jí)槽底部還設(shè)有溢流孔；所述二級(jí)槽設(shè)有收集溢流孔下流的吸收劑的溢流槽，所述溢流槽兩側(cè)分別設(shè)有擋流板。

作為優(yōu)選，所述方形填料塔采用鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)以及玻璃鋼防腐內(nèi)襯，塔身內(nèi)預(yù)埋牛腿支撐與上述的塔內(nèi)件進(jìn)行連接。

作為優(yōu)選，所述豎板式填料和波紋填料層通過(guò)支撐格柵和桁架梁安裝在方形填料塔內(nèi)。

同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

(1)本發(fā)明所提供的方形填料塔內(nèi)設(shè)有輻射導(dǎo)流式氣體分布器，減弱了煙氣二氧化碳在分布器上方產(chǎn)生的漩渦現(xiàn)象，提高氣相均勻度、降低阻力損失；

(2)本發(fā)明所提供的方形填料塔內(nèi)設(shè)有豎板式填料，填料片、導(dǎo)流槽和導(dǎo)流窗形成傳質(zhì)通道，在三者的配合作用下，經(jīng)過(guò)支撐導(dǎo)流鼓包導(dǎo)流后的吸收劑會(huì)在填料片兩側(cè)面形成交錯(cuò)小波紋，提高了比表面積、降低了壓降；

(3)本發(fā)明所提供的方形填料塔內(nèi)設(shè)有級(jí)間冷卻器，吸收劑通過(guò)級(jí)間冷卻器將溫度控制在最合適的吸收溫度，提高其傳質(zhì)效率；

(4)本發(fā)明所提供的方形填料塔采用鋼筋混凝土塔體，降低煙氣二氧化碳捕集設(shè)備的制造成本。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例中方形填料塔的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例中吸收劑初始分布器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例中豎板式填料中的填料片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例中豎板式填料中的填料片的右視圖；

圖5為圖3中A區(qū)域的放大圖；

圖6為圖3中B區(qū)域的放大圖；

圖7為實(shí)施例中吸收劑收集與再分布器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為實(shí)施例中級(jí)間冷卻器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為實(shí)施例中級(jí)間冷卻器殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為實(shí)施例中換熱板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為圖10中C區(qū)域的局部放大圖；

圖12為實(shí)施例中局部換熱板對(duì)的右視圖；

圖13為實(shí)施例中局部換熱板對(duì)的俯視圖；

圖14為實(shí)施例中輻射導(dǎo)流式氣體分布器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15為實(shí)施例中輻射導(dǎo)流式氣體分布器的右視圖；

圖16為實(shí)施例中輻射導(dǎo)流式氣體分布器安裝于方形填料塔內(nèi)的俯視圖；

圖17為方形填料塔內(nèi)輻射導(dǎo)流式氣體分布器上方軸向截面速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖；

圖18為方形填料塔內(nèi)的氣體流線(xiàn)圖；

圖19為方形填料塔內(nèi)輻射導(dǎo)流式氣體分布器上方軸向的分布不均勻度變化趨勢(shì)圖。

其中，1、方形填料塔；101、煙氣出口；102、除霧器；103、第一安裝架；104、第二安裝架；105、富集液出口；2、吸收劑初始分布器；201、分布管；202、一級(jí)槽；203、二級(jí)槽；204、緩沖槽；205、溢流孔；206、溢流槽；207、擋流板；3、豎板式填料；301、填料片；302、支撐導(dǎo)流鼓包；303、導(dǎo)流窗；304、菱形導(dǎo)流槽；305、導(dǎo)流片；4、吸收劑收集與再分布器；401、吸收劑收集板；402、吸收劑收集器；403、儲(chǔ)液槽；404、吸收劑再分布入口；405、分布管；406、一級(jí)槽；407、二級(jí)槽；5、級(jí)間冷卻器；501、殼體；502、換熱板；503、吸收劑入口；504、煙氣入口；505、冷卻劑入口；506、冷卻 劑出口；507、齒形卡槽；508、冷卻通道；509、煙氣吸收通道；510、內(nèi)封閉折邊；511、外封閉折邊；512、凸起；513、凹槽；6、波紋填料層；7、輻射導(dǎo)流式氣體分布器；701、氣體進(jìn)口管；702、蝶形底板；703、蝶形封板；704、輻射導(dǎo)流板；705、支撐梁；706、防水環(huán)；707、氣體進(jìn)口管的出口；708、氣體進(jìn)口管的入口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例

如圖1所示，方形填料塔1采用鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)以及玻璃鋼防腐內(nèi)襯，方形填料塔1從塔頂?shù)剿滓来伟惭b有除霧器102、吸收劑初始分布器2、豎板式填料3、第一安裝架103、吸收劑收集與再分布器4、級(jí)間冷卻器5、波紋填料層6、第二安裝架104、輻射導(dǎo)流式氣體分布器7。

方形填料塔1塔頂設(shè)有煙氣出口101，塔底設(shè)有富集液出口105。除霧器102則安裝在方形填料塔1的煙氣出口101處。

如圖2所示，吸收劑初始分布器2包括通入吸收劑的分布管201、位于分布管201下端的一級(jí)槽202以及一級(jí)槽202下端的二級(jí)槽203。分布管201的吸收劑入口延伸至方形填料塔1外，便于通入吸收劑。一級(jí)槽202設(shè)置成H型，形狀尺寸大于分布管201，而一級(jí)槽202內(nèi)則設(shè)有用于收集分布管201下流的吸收劑的緩沖槽204，一級(jí)槽202底部還設(shè)有溢流孔205；二級(jí)槽203設(shè)有收集溢流孔205下流的吸收劑的溢流槽206，溢流槽206設(shè)置成長(zhǎng)條形且平行設(shè)置，同時(shí)每個(gè)溢流槽206兩側(cè)分別設(shè)有擋流板207。

如圖3和4所示，豎板式填料3由多個(gè)填料片301平行設(shè)置組成，豎板式填料3安裝于方形填料塔上端，圖中僅給出其中一個(gè)填料片301。填料片301為長(zhǎng)方形，采用聚丙烯材質(zhì)，形狀根據(jù)方形填料塔1決定。

如圖5所示，填料片301上端兩側(cè)面分別設(shè)置有支撐導(dǎo)流鼓包302，支撐導(dǎo)流鼓包302的形狀為四棱臺(tái)，且鼓包高度為4mm，鼓包與豎直方向呈45°，幾何比表面積為275m²/m³。支撐導(dǎo)流鼓包302依次交錯(cuò)設(shè)置于填料片301上端兩側(cè)面，在填料片301一側(cè)為凸棱臺(tái)，而在填料片301另一側(cè)則形成對(duì)應(yīng)的凹棱臺(tái)。填料片301一個(gè)側(cè)面上端所有的支撐導(dǎo)流鼓包302所占的面積為填料片301一個(gè)側(cè)面面積的1/5。

豎板式填料3通過(guò)填料片301上的支撐導(dǎo)流鼓包302的棱臺(tái)面相互固定堆疊而成，兩兩固定的支撐導(dǎo)流鼓包302之間形成導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，使得進(jìn)入豎板式填料3的吸收劑分布均勻，提高成膜率。

如圖6所示，填料片301還設(shè)有貫穿填料片301的菱形導(dǎo)流槽304，菱形導(dǎo)流槽304為邊長(zhǎng)6mm的正方形，菱形導(dǎo)流槽304一排一排依次交錯(cuò)設(shè)置在填料片301上，使得相鄰菱形導(dǎo)流槽304之間的間距相同且間距為10mm，菱形導(dǎo)流槽304均位于支撐導(dǎo)流鼓包302下側(cè)。

相鄰填料片301之間的導(dǎo)流槽304的開(kāi)設(shè)位置是不同的，因此豎板式填料3由具有兩種不同形狀的填料片301依次交錯(cuò)組成。將相鄰填料片301上設(shè)置菱形導(dǎo)流槽304的位置相互錯(cuò)開(kāi)，而支撐導(dǎo)流鼓包302的高度為導(dǎo)流窗303高度的一半，使得導(dǎo)流窗303的頂部與相鄰的填料片301接觸。

而菱形導(dǎo)流槽304外側(cè)則設(shè)有導(dǎo)流窗303，且導(dǎo)流窗303依次交錯(cuò)設(shè)置于填料片301的兩側(cè)面。導(dǎo)流窗303由兩個(gè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的導(dǎo)流片305組成，導(dǎo)流片305為三角形，兩個(gè)導(dǎo)流片305分別設(shè)置于菱形導(dǎo)流槽304的下側(cè)邊沿形成向上的開(kāi)口。填料片301、菱形導(dǎo)流槽304和導(dǎo)流窗303形成傳質(zhì)通道，在三者的配合作用下，經(jīng)過(guò)支撐導(dǎo)流鼓包302導(dǎo)流后的吸收劑會(huì)在填料片301兩側(cè)面形成交錯(cuò)小波紋，提高了比表面積、降低了壓降，同時(shí)降低了制造成 本。

豎板式填料3通過(guò)第一安裝架103固定安裝在第一安裝架1內(nèi)，第一安裝架103由支撐格柵和桁架梁組成。

如圖7所示，吸收劑收集與再分布器4包括吸收劑收集板401、吸收劑收集板401下端的吸收劑收集器402、與吸收劑收集器402連通的分布管405、位于分布管405下端的一級(jí)槽406以及一級(jí)槽406下端的二級(jí)槽407，由于與吸收劑收集器402連通的分布管405、下部的一級(jí)槽406和二級(jí)槽407結(jié)構(gòu)與吸收劑初始分布器2中的相同，此處不再累述。吸收劑收集器402四周與塔壁圍城儲(chǔ)液槽403，由于吸收劑收集板401設(shè)置成Z字形，且下側(cè)折邊還設(shè)有導(dǎo)流槽，將吸收劑導(dǎo)流到儲(chǔ)液槽403內(nèi)，隨著液面的上升，吸收劑再進(jìn)入分布管405中。

如圖8所述，級(jí)間冷卻器5安裝在方形填料塔1的中下部，級(jí)間冷卻器5包括殼體501和多個(gè)換熱板對(duì)，規(guī)整填料設(shè)置于級(jí)間冷卻器的殼體501與方形填料塔1的塔壁之間，用于填充空隙(圖中未給出)。換熱板對(duì)相互堆疊設(shè)置于殼體501內(nèi)，換熱板對(duì)由兩塊對(duì)稱(chēng)的換熱板502組成，換熱板502為不銹鋼板片，厚度為1mm。

如圖9所示，殼體501為長(zhǎng)方體，具體的形狀根據(jù)方形填料塔1決定。殼體501上下側(cè)面開(kāi)口，上側(cè)開(kāi)口作為吸收劑入口503和煙氣出口，下側(cè)開(kāi)口作為煙氣入口504和吸收劑出口。殼體501左右側(cè)分別設(shè)有圓形開(kāi)口，右側(cè)圓形開(kāi)口作為冷卻劑入口505，左側(cè)圓形開(kāi)口作為冷卻劑出口506，左右圓形開(kāi)口分別安裝到方形填料塔1塔壁用于連通循環(huán)冷卻水。

如圖10～13所示，級(jí)間冷卻器5中的換熱板502形狀大小都相同，通過(guò)兩塊對(duì)稱(chēng)的換熱板502平行安裝組成換熱板對(duì)，而換熱板對(duì)再依次堆疊設(shè)置在殼體501內(nèi)，換熱板對(duì)的安裝方向分別垂直于殼體501上下側(cè)面開(kāi)口以及 殼體501左右側(cè)圓形開(kāi)口。

換熱板502的兩側(cè)面分別設(shè)有凸起512與凹槽513，凹槽513由另一側(cè)的凸起512形成，且凸起512與凹槽513的高度為4mm。。針對(duì)換熱板502的外側(cè)面，間隔設(shè)置第一排凹槽513，第二排設(shè)置凸起512，依此順序交錯(cuò)進(jìn)行設(shè)置。換熱板502上的凸起512與相鄰的換熱板502上的凸起512固定，此時(shí)換熱板502外側(cè)面的凸起512高度等于外封閉折邊511的高度，而換熱板502內(nèi)側(cè)面的凹槽513高度也等于內(nèi)封閉折邊510的高度。相互固定的凸起512也起到對(duì)吸收劑的導(dǎo)流作用，進(jìn)一步均勻分散吸收劑。

換熱板對(duì)中的換熱板502上下端分別設(shè)有連接另一個(gè)換熱板502的內(nèi)封閉折邊510。兩塊對(duì)稱(chēng)的換熱板502通過(guò)內(nèi)封閉折邊510上下端相互封閉，與殼體501上的冷卻劑入口505和冷卻劑出口506連通形成冷卻通道508。內(nèi)封閉折邊510的截面為Z字型，而殼體501在煙氣入口504與吸收劑入口503設(shè)有用于固定內(nèi)封閉折邊510的齒形卡槽507。齒形卡槽507不僅起到固定內(nèi)封閉折邊510，使得換熱板對(duì)內(nèi)形成封閉的冷卻通道508，而且便于換熱板對(duì)在殼體501內(nèi)的安裝于拆卸。

換熱板對(duì)中的換熱板502左右側(cè)分別設(shè)有用于連接相鄰換熱板對(duì)的外封閉折邊511，外封閉折邊511的截面為Z字型，對(duì)吸收劑具有導(dǎo)流作用。兩對(duì)相鄰的換熱板對(duì)通過(guò)外封閉折邊511使得兩者之間左右側(cè)相互封閉，與殼體501上的煙氣入口504和吸收劑入口503形成煙氣吸收通道509，煙氣吸收通道509的通道間距為12mm，幾何比表面積為190m²/m³，從而實(shí)現(xiàn)煙氣吸收通道509與冷卻通道508相互分離。

級(jí)間冷卻器5下端安裝有波紋填料層6，波紋填料層6為高液相傳質(zhì)系數(shù)的聚丙烯孔板波紋填料層。同時(shí)，波紋填料層6通過(guò)第二安裝架104安裝固定在方形填料塔1，第二安裝架104包括支撐格柵和桁架梁。

如圖14～16所述，輻射導(dǎo)流式氣體分布器7包括氣體進(jìn)口管701、蝶形底板702、蝶形封板703和若干輻射導(dǎo)流板704。

輻射導(dǎo)流式氣體分布器7安裝在方形填料塔1內(nèi)部，氣體進(jìn)口管701為90度的兩通管，直徑為d＝760mm，氣體進(jìn)口管的入口708固定安裝于方形填料塔1一側(cè)的塔壁，而氣體進(jìn)口管的出口707則焊接于蝶形底板702，使得氣體進(jìn)口管701與蝶形底板702連通。蝶形底板702四個(gè)角分別通過(guò)螺紋固定于兩個(gè)支撐梁705，而支撐梁705則固定安裝于方形填料塔1的塔壁上的牛腿支撐結(jié)構(gòu)(圖中未給出)，起到固定整體分布器的作用。蝶形底板702與氣體進(jìn)口管的出口707連通處設(shè)有防水環(huán)706，防水環(huán)706的高度為75mm。

如圖16可知，氣體進(jìn)口管的出口707位于方形填料塔1中心，而蝶形底板702也設(shè)置于方形填料塔1中心。

輻射導(dǎo)流板704沿著氣體進(jìn)口管出口707的徑向設(shè)置于蝶形底板702和蝶形封板703之間，輻射導(dǎo)流板704位于氣體進(jìn)口管的出口707邊界外側(cè)，垂直于氣體進(jìn)口管的出口707邊界的切線(xiàn)，且所有輻射導(dǎo)流板704組成的形狀中心對(duì)稱(chēng)于氣體進(jìn)口管的出口707中心，其中蝶形底板702和蝶形封板703兩者平行且外邊界形狀相同。輻射導(dǎo)流板704的形狀為等高矩形板，高度為1.5d，數(shù)量為32塊，通過(guò)焊接垂直固定于蝶形底板702和蝶形封板703之間。位于蝶形底板702四個(gè)外邊界中間的兩塊輻射導(dǎo)流板704之間的夾角為20度，其余輻射導(dǎo)流板704之間的夾角為10度。

輻射導(dǎo)流板704沿著氣體進(jìn)口管出口707的徑向?qū)挾鹊扔跉怏w進(jìn)口管的出口707邊界到蝶形底板702外邊界的距離；同時(shí)，蝶形底板702的外邊界沿著氣體進(jìn)口管出口707的徑向到方形填料塔1塔壁的距離Δ均相等，圖16中Δ1＝Δ2＝Δ3，保證氣體出口到方形填料塔1壁面的徑向距離均相同，使得經(jīng)過(guò)輻射導(dǎo)流板704后的氣體均勻流向塔壁并與其碰撞后折向塔頂流動(dòng)，防止 壁面區(qū)域及邊角區(qū)域的氣體偏流，減小阻力。

性能測(cè)試

利用Fluent軟件對(duì)具體實(shí)施例中的方形填料塔1內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行模擬，分析氣體流經(jīng)輻射導(dǎo)流式氣體分布器7壓力損失與輻射導(dǎo)流式氣體分布器7上方氣速分布不均勻度。

在該模擬條件下，空氣在輻射導(dǎo)流式氣體分布器7內(nèi)流動(dòng)過(guò)程中壓力變化可以忽略不計(jì)，因此將空氣視為不可壓縮流體?？諝庠谒鲀?nèi)空氣呈湍流流動(dòng)，采用連續(xù)性方程、雷諾平均N-S方程、湍動(dòng)能k及湍動(dòng)能耗損率ε的輸運(yùn)方程來(lái)描述。分布器進(jìn)口管氣體按照充分發(fā)展的湍流考慮，采用速度進(jìn)口邊界條件u＝8m/s；出口采用壓力邊界出口；并采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)計(jì)算近壁網(wǎng)格上的各物理量。

1、阻力損失Δp數(shù)值分析

阻力損失Δp定義為：氣體分布器進(jìn)口與分布器上方某截面處的壓力差。Δp＝p_in-p_out，式中，p_in為氣體分布器進(jìn)口壓力，p_out為分布器上方某截面壓力。通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)，氣體分布器進(jìn)出口壓力損失Δp＝55Pa。

2、氣速分布不均勻度M_f數(shù)值分析

分布器的分布性能采用氣速分布不均勻度來(lái)表征，n為分布器上方界面氣速監(jiān)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

具體的步驟：在分布器上方(Z＝0～1.5m處)取一軸向截面，在此截面上等間距取49個(gè)速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)附圖17)，u_i表示氣體分布器在該截面處第i個(gè)點(diǎn)的軸向速度值，表示氣體分布器某特定截面處n個(gè)速度點(diǎn)的速度平均值。提取fluent軟件中49個(gè)速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的軸向速度值，并根據(jù)上述公式計(jì)算 氣速分布不均勻度M_f。

如附圖18所示，氣體經(jīng)過(guò)分布器的導(dǎo)流和均流作用，在分布器上方流線(xiàn)分布均勻，基本消除渦流現(xiàn)象。在分布器上方Z＝0.1/0.2/0.3/0.4m處截取軸向截面，在各截面上按照?qǐng)D5設(shè)置7×7個(gè)速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并計(jì)算各截面上的氣速不均勻度M_f。從圖19可以看出，氣速分布不均勻度M_f隨高度Z增大而降低，即氣速分布越來(lái)越均勻；在Z＝0.3m處，氣速不均勻度為0.5，符合常規(guī)塔器對(duì)氣體分布器的要求。