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摘要

CO2 捕集技术的研究是未来减缓温室气体排放的一项重要课题,并在全球范
围内,受到广泛重视。填料塔是吸收法捕集 CO2 的主要设备,对于大直径填料
塔,塔内件的结构是影响吸收效率的重要因素。为此,本文针对大型火电厂 CO2
吸收塔的设计,利用计算流体力学模拟的方法,研究了直径 16m 的新型规整填
料塔的气体进料初始分布装置的结构优化问题,并利用实验的方法进行了新型规
整填料的开发研究。
本文首先根据大直径 CO2 吸收填料塔的气相初始进料的特点,提出了一种结
构型式简单、高气体通量的新型气体分布器,并采用计算流体力学方法对新型分
布器的结构进行优化。本文通过 CFD 模拟手段来预测气相在塔内的流场分布,
通过比较进出口压降值及气体不均匀度值,来评定塔内气相的流场分布状态。通
过比较分析,新型气体分布器相对于 Sulzer 传统气体分布器,对气相初始分布有
明显改善和优化,具体包括进气分布更加均匀、压降更低、成本更低,有利于传
质效率的提高。并在此基础上,对新型分布器的结构进行了优化,主要包括改变
进气管的数目、倾斜偏角、方位尺寸,以及添加导流挡板,并优化导流挡板的尺
寸位置等几何特征参数,而达到设备优化的要求。
第二,本文针对 CO2 吸收填料塔,测试了新型开窗导流式规整填料的流体力
学性能。主要测量了开窗导流式规整填料 250X、250Y 的流体力学性能,包括压
降以及持液量随气液负荷的变化规律,并与传统 Mellapak250X、250Y 进行了实
验对比,在此基础上提出两种适用于高性能填料塔的高效规整填料。



关键词: 填料塔; 气体分布器; 规整填料; 计算流体力学
ABSTRACT
CO2 absorption is one of the promising technologies to mitigate global climate
change. The packed tower is the most widely used equipment. As is well known, the
structure of column internals, especially for the large-diameter packed columns, has a
key influence on the whole tower performance. As a result, the packing with a better
hydrodynamic performance and higher transfer efficiency are indispensable, as well
as gas distributors.
In this work, both the hydrodynamic experiments putational fluid
dynamics (CFD) simulation were adopted to develop novel column internals with a
larger flux, lower pressure drop and higher transfer efficiency in large-diameter
packed tower, such as new structured packing and gas distributor.
On the one hand, one novel large-diameter gas distributor with