一种胺吸收法CO2碳捕集用贫富液换热器的制作方法

一种胺吸收法co2碳捕集用贫富液换热器
1.技术领域
2.本发明涉及化工机械技术领域，具体涉及一种胺吸收法co2碳捕集用贫富液换热器。


背景技术：

3.近年来，越来越多的学者认为全球气候变暖和海平面上升是由co2为主导因子的温室效应引发的。国际能源局指出，可通过提高能效和增加可再生能源生产来减少co2排放，但其发展潜力有限。某基金会则强调了碳捕集和封存的重要性，全球采用碳捕集和封存技术，到2050年能解决全球 50％一80％的 co2排放量，是减少温室气体排放的关键。
4.胺吸收法（醇胺法），是利用乙醇胺类水溶液（如mea、dea、和mdea等）对co2进行吸收，来自甲方胺法脱碳测试平台预处理后的烟气，进入碱洗塔（也叫吸收塔）进行脱碳处理，采用有机胺复合吸收剂（如上述的乙醇胺类水溶液）吸收烟气中的co2，烟气由塔底进入吸收塔，与吸收液逆向接触，未被吸收的烟气进入逃逸控制塔，回收烟气中夹带的胺溶液，然后吸收co2后的富液（富含co2的溶液）由塔底经泵送入贫富液换热器，然后送入再生塔。解吸出的co2连同水蒸气使用气液分离器后分离以将水蒸气进行分离，除去水分后得到一定纯度的co2气。
5.其中的贫富液换热器起到的作用为，对温度高的富液进行降温、对温度低的贫液进行加热，降温后的富液可通过再生塔析出co2，管壳式换热器作为目前的一种主流换热器，其包括一壳体和穿入、穿出壳体的换热管（由铜等热的良导体制成），换热管中流通富液，壳体中流通贫液，该两种介质的温度不同，在流动过程中实现热交换。其存在的技术问题至少包括受限于换热管的横截面积，换热效率低；同时，换热管采用管板固定于壳体内，为了起到对壳体内的贫液进行遮挡、引导，还在壳体内固定引流板，管板的存在，大大增大了贫液的流动阻力，对贫液的管路压力要求过高。
6.经过检索发现，授权公告号为“cn 212409459 u”的实用新型专利，其公开了升温器壳体，位于升温器壳体内上下交错且倾斜连接的第一折流板和第二折流板对热液进行导流，倾斜的方向顺着热液流动的方向，能够有效保证热液折流的有序性，避免了折流过程中部分热液回流而造成整体温度降低的缺陷，进而保证了换热的效率；同时，本领域技术人员可知，在第一折流板、第二折流板的折流作用下，热液的流动方向可分解为沿着升温器壳体的轴线方向流动、沿着升温器壳体的径向方向流动，其中，沿径向方向流动的热液碰触到第一折流板或者第二折流板后受到垂直于第一折流板或第二折流板的反作用力后而返回，明显，该返回产生的问题至少包括：形成热液沿升温器壳体流动的阻力，热液流动的压降大；热液沿升温器壳体的径向流动不充分，升温器壳体的同一横截面内的热液由于到升温器壳体的轴线的距离不同而不同，对换热效率的提升造成较大制约。
7.因此，需要一种胺吸收法co2碳捕集用贫富液换热器，以解决上述问题。


技术实现要素：

8.为了解决上述问题，即为了解决换热效率低、固定换热管的管板引起贫液输送管路和壳体内的流动阻力过大的问题，本发明提供了一种胺吸收法co2碳捕集用贫富液换热器，包括换热壳体、换热管、折流固定板、封堵板，其中：所述封堵板为两个，所述两个封堵板分别固定于所述换热壳体靠近端部的位置，所述换热壳体内在所述两个封堵板之间的区域形成换热腔室，所述换热壳体的端部与所述封堵板之间分别形成富液进口和富液出口，所述富液进口与所述富液出口之间通过换热管连通，所述换热腔室对应的所述换热壳体的侧壁形成有贫液进口和贫液出口；所述富液进口、所述贫液出口开设于所述换热壳体的下方，所述富液出口和所述贫液进口均开设于所述换热壳体的上方；所述折流固定板的一侧形成折流开口、其他侧为与所述换热腔室的横截面相适配的固定部，所述折流固定板上形成有供所述换热管通过的通孔，所述固定部固定于所述换热腔室的内壁，所述折流固定板的数量为至少两个，所述至少两个折流固定板沿所述换热腔室的长度方向依次布置，任意两个相邻的所述折流固定板的折流开口的朝向保持小于90
°
的夹角。
9.进一步的，所述换热壳体的中部沿所述换热腔室的径向向外延伸，以形成应力抵消部。
10.进一步的，所述换热壳体包括换热筒体和两个端盖，其中：所述两个端盖可拆卸地安装于所述换热筒体的两端；所述封堵板固定于所述换热筒体与所述端盖之间，所述封堵板上形成有供所述换热管通过的通孔；所述折流固定板固定于所述换热筒体内；所述富液进口形成于一个所述端盖，所述富液出口形成于另一个所述端盖；所述贫液进口和所述贫液出口均形成于所述换热壳体上；所述应力抵消部位于所述换热筒体长度方向的中部。
11.进一步的，还包括连接螺栓，其中：形成有所述富液进口的所述端盖形成有沿自身径向向外延伸的第一法兰部，所述第一法兰部形成有穿过孔；所述换热筒体的端部横向向外延伸以形成第二法兰部，所述第二法兰部形成有螺栓孔；所述连接螺栓依次穿过所述穿过孔后锁紧在所述螺栓孔内。
12.进一步的，还包括螺栓松紧机构，所述螺栓松紧机构包括松紧动力单元、松紧外环、松紧内环和螺栓套筒，其中：所述松紧内环可转动地安装于所述第一法兰部；在所述松紧动力单元的驱动下，所述松紧外环可转动地安装于所述第二法兰部；所述松紧内环的外缘、所述松紧外环的内缘分别形成外齿廓和内齿廓，所述螺栓套筒的内侧面形成能够卡在所述连接螺栓的头部、呈内六边形的松紧限位通孔，所述螺栓套筒的外侧面形成与所述内齿廓和所述外齿廓均啮合的松紧齿廓。
13.进一步的，还包括柔性材料制成的密封垫，所述密封垫安装在所述换热筒体与所
述端盖之间。
14.进一步的，还包括支撑座，所述支撑座的上端形成与所述换热筒体的外侧面相适应的支托凹槽，所述支撑座的下端平整；所述支撑座为多个，所述多个支撑座沿所述换热筒体的轴线方向均匀布置。
15.进一步的，还包括管程温度检测单元、壳程温度检测单元、富液回流管、富液回流阀、控制器和富液回流泵，其中：所述管程温度检测单元安装于所述富液出口，用于检测从所述富液出口流出的被降温后的富液温度t
降
；所述壳程温度检测单元安装于所述贫液出口，用于检测从所述贫液出口流出的被升温后的贫液温度t
升
；所述富液回流管的两端分别连接至所述富液出口和富液进口；所述富液回流阀和所述富液回流泵均安装于所述富液回流管；所述富液回流阀为单向阀，用于将所述所述富液回流管中的富液自所述富液出口向所述富液进口单向导通；所述管程温度检测单元的信号输出端、所述富液回流阀的控制端和所述富液回流泵的控制端均与所述控制器信号连接，所述控制器配置为：获取t
降
和t
升
；计算t
降-t
升
的值t
差
；将t
差
与预存储在控制器中的换热温度差值t0进行比较；如果t
差
≦t0，所述富液回流阀关闭、所述富液回流泵停机；如果t
差
＞t0，所述富液回流阀打开、所述富液回流泵启动。
16.本发明的有益效果为：富液的流动路径为，富液进口
→
换热管
→
富液出口，自下而上流动；贫液的流动路径为，贫液进口
→
换热腔室
→
贫液出口，自上而下流动，使得富液的流动方向与贫液的流动方向相反，形成对流，从而促进了热交换效率；使用折流固定板，可以同时起到作用：固定换热管；对换热腔室内的贫液进行遮挡和引流，大大减小了贫液输送管路和换热腔室的流动阻力，利于贫液的流动；任意两个相邻的折流固定板的折流开口的朝向保持小于90
°
的夹角，贫液在沿着换热腔室的长度方向流动的同时还会受该夹角的影响而环绕换热腔室的轴线流动，亦即，整体上贫液的流动方向为，以换热腔室的轴线为轴线的螺旋运动，贫液的该运动方式，能够促进贫液在换热腔室的径向发生较快的流动，从而利于靠近换热管、温度已经升高的贫液横向（换热腔室的径向）向外（远离换热管）快速流动，同时，远离换热管、温度还未升高的贫液横向向内（靠近换热管）流动，从而对贫液起到了轴向和径向的搅动作用，使得贫液中各处温度保持相对的一致性，从而进一步利于热交换效率的提高。同时，还应说明的是，为了与偏转的折流固定板保持一致，换热管也应为螺旋结构，进一步增大了换热管的长度，又促进了换热效率。
附图说明
17.图1为一种胺吸收法co2碳捕集用贫富液换热器一实施例第一视角的立体结构示
意图，其中未示出碱洗壳体下端和上端的封堵盖；图2为图1中区域z1的局部放大图；图3为一种胺吸收法co2碳捕集用贫富液换热器一实施例第二视角的立体结构示意图；图4为图1的俯视图；图5为图4中截面b-b的剖视图；图6为图5中区域z2的局部放大图；图7为多个折流固定板在换热筒体内的布局示意图，其中，未画出换热筒体；图8为一种胺吸收法co2碳捕集用贫富液换热器一实施例的控制框图。
18.图中：11、换热腔室；12、富液进口；13、富液出口；14、贫液进口；15、贫液出口；16、应力抵消部；17、换热筒体；171、第二法兰部；18、端盖；181、第一法兰部；19、连接螺栓；2、换热管；3、折流固定板；31、折流开口；32、固定部；4、封堵板；5、螺栓松紧机构；51、松紧动力单元；52、松紧外环；521、内齿廓；53、螺栓套筒；531、松紧限位通孔；532、松紧齿廓；54、松紧内环；541、外齿廓；55、第一轴承；56、第二轴承；57、支撑主动齿轮；58、支撑从动齿轮；59、第三轴承；510、动力输出轴；511、驱动齿轮；6、密封垫；7、支撑座；81、管程温度检测单元；82、壳程温度检测单元；83、富液回流阀；84、富液回流泵；9、控制器。
具体实施方式
19.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
20.参见图1至图7，一种胺吸收法co2碳捕集用贫富液换热器，包括换热壳体、换热管2、折流固定板3、封堵板4，其中：所述封堵板为两个，所述两个封堵板分别固定于所述换热壳体靠近端部的位置，所述换热壳体内在所述两个封堵板之间的区域形成换热腔室11，所述换热壳体的端部与所述封堵板之间分别形成富液进口12和富液出口13，所述富液进口与所述富液出口之间通过换热管连通，所述换热腔室对应的所述换热壳体的侧壁形成有贫液进口14和贫液出口15；所述富液进口、所述贫液出口开设于所述换热壳体的下方，所述富液出口和所述贫液进口均开设于所述换热壳体的上方；所述折流固定板的一侧形成折流开口31、其他侧为与所述换热腔室的横截面相适配的固定部32，所述折流固定板上形成有供所述换热管通过的通孔，所述固定部固定于所述换热腔室的内壁，所述折流固定板的数量为至少两个，所述至少两个折流固定板沿所述换热腔室的长度方向依次布置，任意两个相邻的所述折流固定板的折流开口的朝向保持小于90
°
的夹角。
21.富液的流动路径为，富液进口
→
换热管
→
富液出口，自下而上流动；贫液的流动路径为，贫液进口
→
换热腔室
→
贫液出口，自上而下流动，使得富液的流动方向与贫液的流动方向相反，形成对流，从而促进了热交换效率。
22.使用折流固定板，可以同时起到作用：固定换热管；对换热腔室内的贫液进行遮挡和引流，大大减小了贫液输送管路和换热腔室的流动阻力，利于贫液的流动。
23.任意两个相邻的折流固定板的折流开口的朝向保持小于90
°
的夹角，贫液在换热腔室内流动时，会从一个折流开口流向下一个折流开口，从而增大了贫液在换热腔室内流动的路径长度，使得贫液与富液之间的热交换时间更长，进一步保证了热交换效率。图中示出任意两个相邻的折流固定板的折流开口的朝向之前的夹角为180
°
的情形，亦即，折流开口一上一下布置，该夹角越小，贫液在热交换腔室内的流动路径越长、与富液的热交换时间越长，可根据实际需要设置为其他的夹角大小，如为60
°
（参见图7所示），还有，当该夹角小于180
°
时，贫液在沿着换热腔室的长度方向流动的同时还会受该夹角的影响而环绕换热腔室的轴线流动，亦即，整体上贫液的流动方向为，以换热腔室的轴线为轴线的螺旋运动，贫液的该运动方式，能够促进贫液在换热腔室的径向发生较快的流动，从而利于靠近换热管、温度已经升高的贫液横向（换热腔室的径向）向外（远离换热管）快速流动，同时，远离换热管、温度还未升高的贫液横向向内（靠近换热管）流动，从而对贫液起到了轴向和径向的搅动作用，使得贫液中各处温度保持相对的一致性，从而进一步利于热交换效率的提高。同时，还应说明的是，为了与偏转的折流固定板保持一致，换热管也应为螺旋结构（图中未画出）。进一步增大了换热管的长度，又促进了换热效率。
24.还需要说明的是，继续参见图1、图3和图4，所述换热壳体（长度方向）的中部沿所述换热腔室的径向向外延伸，以形成应力抵消部16。发明人发现，在换热过程中，换热壳体会发生温度变化，应力抵消部随其两侧的换热壳体的膨胀、收缩而被拉长或缩短，从而避免由于热胀冷缩而引起的换热壳体的轴向形变不一致导致的换热壳体的长度方向的中部而受两侧的拉伸、挤压而发生的变形、甚至破坏，从而保证换热壳体的工作可靠性，对工作温度具备较广的适应性。
25.还需要说明的是，换热壳体可采用不锈钢材料锻造制成的压力容器，该应力抵消部也由锻造制成。应力抵消部多次向外延伸、向内延伸，并且在内外延伸出设置圆弧过渡。
26.出于生产、运输、安装和维护的考虑，继续参见图1、图3、图4和图5，换热壳体包括换热筒体17和两个端盖18。两个端盖可通过法兰结构可拆卸地安装于所述换热筒体的两端，通过该可拆卸连接，使得端盖可方便地进行开启，然后将换热壳体打开，对其内进行清洗等维护，尤其是防止富液和贫液中的固体杂质或沉降物附着于各自流动的路径上，从而减小了富液和贫液的流动阻力，保证了系统可靠工作。
27.发明人还发现，贫液的升温取决于富液在换热管中的流量、贫液在壳体内的流量的比值，而实际情况下，富液中通常会含有会挥发的气体，此时产生富液的流量波动，引起贫液的升温不稳定，同时也会引起冷却后的富液热交换后被冷却下来的温度不稳定，基于此考虑，继续参见图5，发明人做出技术方案：所述封堵板固定于所述换热筒体与所述端盖之间，所述封堵板上形成有供所述换热管通过的通孔，端盖盖在封堵板上围成暂时容纳富液的缓冲区域，该缓冲区域内可存储一定容量的富液，当富液中气体逸出而导致的富液流量减小后，存储在该缓冲区域的富液便可进入换热管，在一定程度上能够避免上述的富液
流量波动。
28.采用了该结构的换热壳体，折流固定板的安装方式为，（通常采用焊接）固定于所述换热筒体内。所述富液进口形成于一个所述端盖，所述富液出口形成于另一个所述端盖；所述贫液进口和所述贫液出口均形成于所述换热壳体上；所述应力抵消部位于所述换热筒体长度方向的中部。
29.还需要说明的是，端盖与上述的换热筒体之间可通过连接螺栓19进行固定，具体地：继续参见图1、图3、图4和图5，形成有所述富液进口的所述端盖形成有沿自身径向向外延伸的第一法兰部181，所述第一法兰部形成有穿过孔；所述换热筒体的端部横向向外延伸以形成第二法兰部171，所述第二法兰部形成有螺栓孔；所述连接螺栓依次穿过所述穿过孔后锁紧在所述螺栓孔内。通过螺栓可将端盖紧固地安装在换热筒体，保证其安装、拆卸的便捷性，方便开启端盖后对换热筒体和换热管进行清洗、更换等维护作业。当然，为了保证端盖与换热筒体的可靠连接，连接螺栓为多个，并且沿换热筒体的周向均匀布置。
30.实际使用时，发明人发现，在启闭端盖时，需要将所有的螺栓一一进行旋紧或松动，操作繁琐，部分螺栓松动时其他螺栓还保持旋紧状态，松动的螺栓与旋紧的螺栓对端盖施加的力不同，造成端盖的变形从而影响端盖与换热筒体的密封性，基于此考虑，本发明实施例还可包括螺栓松紧机构5，参见图5和图6，通过该螺栓松紧机构可同时旋紧、松动所有的螺栓，使得所有的螺栓保持同步旋紧或松动，避免不能同步动作而引起的端盖周向上受力不均发生局部变形，从而保证端盖多次安装、拆卸后仍与换热筒体之间保持可靠的密封。
31.螺栓松紧机构的一种具体结构为，继续参见图6，其包括松紧动力单元51（如伺服电机）、松紧外环52、松紧内环54和螺栓套筒53，其中：所述松紧内环通过第一轴承55可转动地安装于所述第一法兰部；在所述松紧动力单元的驱动下，所述松紧外环通过第二轴承56可转动地安装于所述第二法兰部；所述松紧内环的外缘、所述松紧外环的内缘分别形成外齿廓541和内齿廓521，所述螺栓套筒的内侧面形成能够卡在所述连接螺栓的头部、呈内六边形的松紧限位通孔531，所述螺栓套筒的外侧面形成与所述内齿廓和所述外齿廓均啮合的松紧齿廓532。
32.动力单元驱动松紧外环转动至一角度，该角度下所有螺栓套筒的松紧限位孔分别能够套在一个连接螺栓的头部，松紧外环通过外齿廓与松紧齿廓的啮合驱动螺栓套筒转动，然后带动卡在松紧限位孔的螺栓转动，从而将连接螺栓进行转动，以驱动连接螺栓的旋紧或松动，从而实现所有的连接螺栓的同步旋紧或松动，大大节省了操作的时间和提升了操作便利性。
33.还需要说明的是，该动力单元可为减速电机，同时减速电机与松紧外环之间的传动为，动力电机的动力输出轴510上固定有驱动齿轮511，该驱动齿轮与松紧外环的外齿廓啮合，尤其是，另外，考虑到连接螺栓的数量较多（图中画出的为12个），因此主动齿轮与松紧外环的传动比应该足够小，如小于1:20，以增大转动连接螺栓的扭矩，保证充分的旋紧和能够对其进行松动。
34.继续参见图6，减速电机的动力输出轴的中部还固定支撑主动齿轮57，第二法兰部外还套装有第三轴承59，第三轴承的外圈固定有支撑从动齿轮58，支撑主动齿轮与支撑从动齿轮啮合，从而，对减速电机的动力输出轴的中部形成向上的支撑，避免其发生弯曲。
35.另外，发明人还发现，松紧外环在通过齿轮传动带动螺栓套筒、连接螺栓转动过程中会向内（靠近换热筒体的轴线方向）挤压连接螺栓，使得连接螺栓承受横向力，该横向力的存在会增大与螺栓孔的静摩擦力，不利于连接螺栓的松动，还有，该横向力过大时甚至会使得连接螺栓发生变形导致连接螺栓锁死在螺栓孔而不能旋紧或松动，因此，为了解决该问题，发明人还做出，继续参见图6，在第一法兰部外（如通过轴承）可转动地安装有松紧内环，松紧内环的外缘形成形成外齿廓，该外齿廓与松紧套筒外的松紧齿廓相啮合，连接螺栓被旋紧或松动时，松紧外环和松紧内环同时绕换热筒体的轴线进行转动、螺栓套筒绕连接螺栓的轴线转动，从而可避免或者至少减轻上述横向力的产生。
36.发明人还发现，由于零件本身的制造、装配误差，所有的连接连栓进行旋紧或松动时，存在不同步性，例如旋紧时，有的连接螺栓已经被完全旋紧，而其他连接螺栓还未完全旋紧，该情形发生时，会影响端盖与换热筒体之间的密封性，基于此，本发明实施例还可包括柔性材料（如橡胶）制成的密封垫6，继续参见图6，所述密封垫安装在所述换热筒体与所述端盖之间。通过该密封垫的设计，以避免上述情形的发生，保证密封盖与换热筒体之间的良好密封，避免富液的泄露。
37.还需要说明的是，继续参见图1、图3、图4和图5，需要考虑对换热筒体进行支撑，本发明实施例还可包括支撑座7，所述支撑座的上端形成与所述换热筒体的外侧面相适应的支托凹槽，所述支撑座的下端平整。所述支撑座为多个，所述多个支撑座沿所述换热筒体的轴线方向均匀布置。通过支托凹槽仅对换热筒体形成向上的支托力，在轴向上不对换热筒体做任何约束，从而使得换热筒体能够在自身的轴线（亦即长度）方向上自由伸缩，以适应热胀冷缩。
38.最后，发明人发现，如果富液温度过高、或者流速过快会导致富液被降温的程度不够，亦即从富液出口流出的富液温度仍然会偏高，出于对该降温后温度仍过高的富液进行二次降温，再送入完成一个甚至多个管程、直至其温度降低到预设温度，基于此构思，本发明实施例还包括管程温度检测单元81、壳程温度检测单元82、富液回流管（图中未画出）、富液回流阀83、控制器9和富液回流泵84，参见图8，其中：所述管程温度检测单元（如各种带信号输出的温度检测探头）安装于所述富液出口，用于检测从所述富液出口流出的被降温后的富液温度t
降
；所述壳程温度检测单元安装于所述贫液出口，用于检测从所述贫液出口流出的被升温后的贫液温度t
升
；所述富液回流管的两端分别连接至所述富液出口和富液进口；所述富液回流阀和所述富液回流泵均安装于所述富液回流管；所述富液回流阀为单向阀，用于将所述所述富液回流管中的富液自所述富液出口向所述富液进口单向导通；所述管程温度检测单元的信号输出端、所述富液回流阀的控制端和所述富液回流泵的控制端均与所述控制器信号连接，所述控制器配置为：获取t
降
和t
升
；计算t
降-t
升
的值t
差
；将t
差
与预存储在控制器中的换热温度差值t0进行比较；如果t
差
≦t0，所述富液回流阀关闭、所述富液回流泵停机；
如果t
差
＞t0，所述富液回流阀打开、所述富液回流泵启动。
39.通过上述自动控制的逻辑运行，使得富液被降低的温度t
差
能大于t0，从而富液下降的温度得以稳定控制，从而保证后续的co2处理（如上所述，进入再生塔等）。
40.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
43.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。