[發明專利]有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐

有效

• 申請號: 201210120219.6
• 申請日: 2012-04-23
• 公開（公告）號: CN102633313A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 王樹眾;馬紅和;周璐;公彥猛;徐東海;唐興穎
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C02F1/02
• 分類號: C02F1/02;C02F1/72;F24H1/22;F24H9/14;C02F101/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及高含鹽(無機鹽濃度大于2.0wt％)有機廢水超臨界水處理過程中的預熱裝置，特別涉及一種的燃煤超臨界直流加熱爐。

背景技術

超臨界水是指溫度壓力均高于臨界點(Pc＝22.1MPa，Tc＝374.15℃)的水，它兼具液態水和氣態水的性質：介電常數近似于有機溶劑，具有高的擴散系數和低的粘度；可以與有機物、非極性氣體(特別是氧氣)以任意比混溶，使非均相反應轉變為均相反應，大大減少了傳熱、傳質阻力；無機鹽在超臨界水中的溶解度極低，容易結晶分離出來。

超臨界水技術利用了超臨界水的特殊性質，將超臨界水、有機物和氧化劑形成均相反應體系，使得有機物結構迅速破壞，有機物中的碳、氫、氮元素分別轉化為二氧化碳、水和氮氣，雜原子則轉化為相應的酸根離子。超臨界水氧化技術、超臨界水部分氧化技術和超臨界水氣化技術均屬于超臨界水技術范疇，其中超臨界水氧化技術的目的將廢有機物處理至無害化并達標排放，超臨界水部分氧化技術和超臨界水氣化技術的最終目的是將廢有機物最大化的轉化為氫氣，并在此基礎上盡量實現廢有機物的無害化。

常壓常溫下，大多數無機鹽在水中的溶解度一般在10～100g/L的范圍內。然而，在超臨界水中，無機鹽的溶解度極低，一般為1～100×10^-6(質量濃度)。因此，含鹽有機廢水在加熱器(爐)中預熱時，有機物氣化生成焦油，發生結焦現象；本來溶解在廢水中的無機鹽很容易從超臨界水中析出，析出的無機鹽固體顆粒趨向接觸加熱面的內表面，如果趨向沉積的沉降力超過趨向輸送它們的剪切力，無機鹽就會沉積在加熱面的內表面。再加上焦油和無機鹽粘滯一起，粘在受熱面上。因此，如果不進行處理，就會導致傳熱惡化，最后堵塞加熱器(爐)管道，進而導致加熱器(爐)乃至整個系統的停機、清洗、裝配和重新啟動，甚至引起重大安全事故。

目前，國外商業化的超臨界水處理有機廢水的裝置中，因為超臨界條件下有機物結焦和無機鹽沉積引起的設備及管道堵塞，阻礙了超臨界水技術的商業化應用。另外，現在的國外商業化超臨界水裝置，均采用燃氣加熱爐預熱廢水；國內還沒有商業化超臨界水裝置，現存的實驗裝置均采用電加熱器預熱廢水。在商業化裝置上，電加熱的運行成本太過昂貴，無論國內外企業都無法承受；燃氣加熱爐的成本，也相對較高，只有國外特殊行業的示范裝置采用。

發明內容

無機鹽有在某一亞臨界溫度(以下稱溶解溫度)時溶解于水中，而在超臨界水溫度(以下稱脫鹽溫度)時結晶析出的性質，本發明的目的在于提供一種高濃度高含鹽有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐。該裝置使得在反應流體進入反應器之前，利用部分氧化防止焦油生成，通過引出管路將析出的鹽脫除，而后再引回超臨界直流加熱爐加熱至所需的溫度。此外，該裝置中溶解溫度至脫鹽溫度的受熱管路具有正常運行過程中反沖洗功能，可保證加熱爐的長時間連續正常運行。本發明的最終目的是保證不發生結焦和鹽沉積的前提下，將高濃度高含鹽有機廢水加熱至反應所需的溫度，并且采用煤作為燃料，可大大降低高含鹽高濃度有機廢水加熱的運行成本。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的：

一種有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐，包括爐膛、煙道，其特征在于，所述爐膛內設置有水冷壁，所述煙道的高溫對流段設置有過熱器，所述煙道的尾部設置有省煤器，其中，省煤器入口流入常溫有機廢水，省煤器的出口與氧化劑管路通過三通接頭連通，三通接頭連通至水冷壁的入口；水冷壁的出口與一個爐體外的脫鹽裝置的入口連通；脫鹽裝置的出口與過熱器的入口連通，過熱器的出口輸出超臨界含鹽有機廢水。

上述方案中，所述的省煤器采用蛇形管的形式逆流布置在煙道尾部。

所述水冷壁采用沿爐墻壁盤繞上升的形式布置在爐膛內。

所述過熱器采用蛇形管的形式順流布置在煙道的高溫對流段。

所述的脫鹽裝置為脫除固體無機鹽的水力旋流器或過濾裝置。

在氧化劑管路上設置輔助閥門。

本發明通過在省煤器和水冷壁間引入部分氧化劑，在高含鹽高濃度有機廢水預熱過程中進行部分氧化反應，防止焦油的產生；利用無機鹽在超臨界水中溶解度較低的特性，采用盤繞上升的直流加熱爐，將加熱過程中析出的無機鹽帶出水冷壁，并且在脫鹽溫度點設置脫鹽設備將無機鹽在加熱過程中予以脫除，達到整個超臨界水系統防止鹽沉積的目的。另外，采用煤作為燃料，大大降低了整個加熱爐的運行成本。

附圖說明

圖1為高含鹽高濃度有機廢水超臨界加熱爐的示意圖。