[發明專利]一種具有殘渣自分離功能的超臨界水熱燃燒裝置及方法

在審

• 申請號: 202010167654.9
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111237783A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 王樹眾;李艷輝;蔣卓航;崔成超;孔文欣;賀超;王濤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F23G7/04
• 分類號: F23G7/04;B01D36/04;F23G5/44
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種具有殘渣自分離功能的超臨界水熱燃燒裝置，裝置主體內的上部中央布置有水熱火焰發生器，側面設置有高溫穩燃體，高溫穩燃體外側壁為雙螺旋結構，與裝置主體內壁配合構成進料雙螺旋通道，裝置主體上部設置有與進料雙螺旋通道入口相連的高壓助劑輸配通道和進料內通道，高溫穩燃體內側壁設置旋流發生裝置，裝置主體的下部設置有燃燼渣漿匯聚錐，燃燼渣漿匯聚錐下部有超臨界熱流體引導錐，匯聚錐側面上部設有燃燼渣漿出口，導錐底部設有超臨界熱流體出口。本發明還提供了相應的燃燒方法，實現了固相或含固燃料的快速著火、高效清潔燃燒以及燃盡后渣流有效分離。

技術領域

本發明屬于先進燃燒及節能環保技術領域，特別涉及一種具有殘渣自分離功能的超臨界水熱燃燒裝置及方法。

背景技術

超臨界水是指溫度和壓力均高于其臨界點(Tc＝374.15℃，Pc＝22.12MPa)的特殊狀態的水。超臨界水氧化技術是利用超臨界水的低粘度、低介電常數、高擴散性等特殊性質，使完全溶解在其中的有機物與氧化劑發生快速、徹底的均相反應，有機物中的碳元素轉化成二氧化碳，氯、硫、磷等元素轉化成相應的無機鹽，氮元素絕大多數轉化成氮氣，實現有機廢物的高效無害化處理。超臨界水氧化是一種綠色、高效、徹底的有機廢物無害化處理處置技術，被譽為21世紀最有潛力的有機廢物處理技術。超臨界水燃燒技術是一種新型的國際前沿燃燒技術，可以被看作產生“水熱火焰”的劇烈超臨界水氧化技術，又被稱作“水火相容”的燃燒技術。水熱火焰區1000℃以上的局部高溫能夠實現化石燃料及污染物中有機質的快速氧化降解，同時釋放豐富熱量。

當前，鹽沉積、腐蝕問題一定程度上制約了超臨界水氧化技術低成本可靠的工業化實施，其中高壓300～410℃高溫區是超臨界水氧化工藝系統中材料腐蝕敏感區、無機鹽快速析出區，服役于該工況區的裝備面臨著較為嚴峻的腐蝕與鹽沉積引發堵塞風險。若利用超臨界水熱火焰與較低溫度物料(300℃)混合實現后者的快速升溫，或者直接實現較低物料的快速超臨界水熱火焰著火、燃燒，由此即可避開300～410℃溫度區裝備腐蝕與鹽沉積堵塞高發區。此外，在能源領域，常規燃煤發電系統和燃煤工業鍋爐在原理上是在以空氣為氧化劑的氣態環境下“一把火燒煤”，所產生的飛灰、硫氧化物、氮氧化碳等工業污染物已經造成巨大的環境污染。煤等化石燃料的超臨界水熱燃燒是一種前景十分廣闊的技術。煤的超臨界水熱燃燒是一種不需要污染物末端控制就能實現煤的高效、清潔利用的新型燃燒技術。與煤的常規燃燒技術相比，煤的超臨界水熱燃燒技術不需脫硫、脫硝、除塵等末端裝置即可實現污染物NO_x、SO_x、粉塵的源頭控制，可以很容易的實現CO₂的低成本捕集，具有極其優越的環保性能。但是煤炭、污泥等固體燃料水熱燃燒仍然會生成固相燃燼渣漿，若處置不當，會堵塞后續裝置，影響整體的正常運行。因此，可以實現燃料快速著火、燃盡后渣流有效分離的水熱燃燒裝置是實現煤炭、污泥等固相或含固燃料的高效清潔燃燒的關鍵。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種具有殘渣自分離功能的超臨界水熱燃燒裝置及方法，實現了煤炭、污泥等固相或含固燃料的快速著火、高效清潔燃燒以及燃盡后渣流有效分離，進而實現化石燃料、城市/工業污泥等的化學能向熱能高效、無污染轉化。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種具有殘渣自分離功能的超臨界水熱燃燒裝置，包括裝置主體2，其特征在于，裝置主體2內的上部中央布置有水熱火焰發生器5，上部側面設置有高溫穩燃體10，高溫穩燃體10外側壁為雙螺旋結構，與裝置主體2內壁配合構成進料雙螺旋通道12，裝置主體2上部設置有與進料雙螺旋通道12入口相連的高壓助劑輸配通道6以及與進料雙螺旋通道12出口相連的進料內通道15，高溫穩燃體10內側壁設置旋流發生裝置11，旋流發生裝置11位于高溫穩燃體10的下部，裝置主體2的下部設置有燃燼渣漿匯聚錐3，燃燼渣漿匯聚錐3與其下部的超臨界熱流體引導錐4相連，燃燼渣漿匯聚錐3側面上部設有若干燃燼渣漿出口D，超臨界熱流體引導錐4底部設有超臨界熱流體出口C。