[發明專利]一種用于超臨界水氧化系統的中間介質換熱裝置

有效

• 申請號: 201610136694.0
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105627814B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 王樹眾;任萌萌;唐興穎;張潔;王玉珍;李艷輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;陜西萬豐能源環保科技有限公司
• 主分類號: F28F27/00
• 分類號: F28F27/00;F28F21/08;F28D7/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 王霞

技術領域

本發明屬于環保及化工技術領域，具體涉及一種用于超臨界水氧化系統的中間介質換熱裝置。

背景技術

超臨界水氧化(Supercritical Water Oxidation，SCWO)技術是利用超臨界水(T>374.15℃，P>22.1MPa)介于液態和氣態間的特殊性質，即介電常數近似于非極性有機溶劑，具有高的擴散系數和低的粘度，可與大部分有機物、氧氣、二氧化碳等非極性分子完全互溶，使難降解有機物可在超臨界水中發生快速、徹底的均相氧化反應，在美國國家關鍵技術所列的六大領域之一“能源與環境”中被定義為最有前途的廢水處理技術。

超臨界水氧化反應需要將物料加壓加溫到超臨界狀態，需要消耗大量的能量，而超臨界水氧化反應本身又是放熱反應，反應后的流體溫度高于預熱溫度，因此，利用反應后的流體來加熱物料能有效降低系統的運行費用。然而，由于反應前后的物料一般都具有較強的腐蝕性，直接換熱的換熱器需要采用昂貴的耐腐蝕材料并設計較厚的腐蝕裕量，導致換熱器的投資極高，另外，反應放熱波動及換熱器效率波動等問題，會導致物料預熱不足或過熱的情況，因此，需要構建一種可以同時降低運行成本及投資成本，且運行可靠的用于超臨界水氧化系統的中間介質換熱裝置。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于超臨界水氧化系統的中間介質換熱裝置，該裝置結構設計合理，運行可靠，能夠實現最大限度的利用反應后流體的熱量，降低運行費用。

本發明是通過以下技術方案來實現：

本發明公開了一種用于超臨界水氧化系統的中間介質換熱裝置，包括物料主回路及中間介質回路；

由依次連接的物料泵、預熱器、噴水減溫器、反應器及回熱器構成物料主回路；由依次連接的緩沖罐、循環泵、回熱器、預熱器、水冷器構成中間介質回路；預熱器與回熱器均為套管式換熱器；

物料泵與預熱器的外管入口相連，預熱器的外管出口與噴水減溫器相連，反應器與回熱器的外管入口相連；緩沖泵通過循環泵與回熱器的內管入口相連，回熱器的內管出口與預熱器的內管入口相連，預熱器的內管出口通過水冷器與緩沖罐相連；在緩沖罐頂部設有背壓閥；

還包括補水支路，補水支路上設有減溫水泵，減溫水泵的出口分為兩條支路，一條與噴水減溫器相相連，另一條與緩沖罐相連。

中間介質回路中還包括加熱器，加熱器設置在回熱器與預熱器相連的管路上。

加熱器的出口經高溫分流支路與水冷器的入口相連；且在該高溫分流支路上設有第一調節閥。

加熱器為電磁加熱器或電導加熱器。

減溫水泵與緩沖罐相連的管路上還設有第二調節閥。

預熱器與回熱器的內管流體為待處理物料，外管流體為中間介質。

中間介質為水、導熱油或熔鹽；且當中間介質為水時，回熱器的中間內管出口壓力高于外管進口壓力。

預熱器與回熱器的外管由低合金不銹鋼制成，內管由高溫鎳基合金制成,且能夠根據溫度區間細分選材。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

本發明公開的用于超臨界水氧化系統的中間介質換熱裝置，由依次連接的物料泵、預熱器、噴水減溫器、反應器、回熱器構成物料主回路，由緩沖罐、循環泵、回熱器、預熱器、水冷器構成中間介質回路。中間介質將超臨界水氧化反應后流體的熱量傳遞給反應前的物料，利用超臨界水氧化反應后流體的熱量來對物料進行預熱，中間介質的壓力由緩沖罐上設置的背壓閥及補水支路設置的減溫水泵來維持，能夠最大限度的利用反應后流體的熱量。本發明的換熱裝置結構設計合理，能夠最大化地降低系統的投資成本，保證系統的穩定運行。

進一步地，在中間介質回路上設置加熱器，用于啟動時的加熱和正常運行時的補熱，相對于直接加熱物料的方式，加熱效率高，安全可靠性好，調節靈敏性好。

進一步地，采用電磁式或電導式加熱器，用于啟動時的升溫以及正常運行時的補熱，相對于燃氣爐加熱方式，負荷調節靈敏，系統波動小，穩定性高。

進一步地，套管式換熱器外管流體為中間介質，可以選用高壓水，外管材料采用相對廉價的低合金不銹鋼，相對于直接換熱方式，可將換熱器投資費用降低40％左右。

附圖說明

圖1為本發明用于超臨界水氧化系統的中間介質換熱裝置的結構示意圖。

圖中：1、物料泵；2、緩沖罐；3、預熱器；4、反應器；5、噴水減溫器；6、減溫水泵；7、加熱器；8、回熱器；9、第一調節閥；10、水冷器；11、背壓閥；12、循環泵；13、第二調節閥。

具體實施方式