[發(fā)明專利]一種超臨界水熱燃燒裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010167666.1
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111237784A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王樹眾;李艷輝;崔成超;蔣卓航;赫文強;李建娜;王濤
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: F23G7/04
• 分類號: F23G7/04;F23G5/44;B01D36/00;B01D35/02
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種超臨界水熱燃燒裝置，包括作為燃燒腔室的裝置主體，裝置主體的上部側(cè)面布置水熱火焰發(fā)生器，所述水熱火焰發(fā)生器上設(shè)有若干高壓有機漿液噴嘴和若干高壓氧化劑噴嘴，在各噴嘴出口處設(shè)置點火器，超臨界熱流體引導管從裝置主體的頂面穿入裝置主體內(nèi)部，裝置主體的底部開有渣漿出口，超臨界熱流體引導管的底部設(shè)置有殘渣分離組件，水熱火焰發(fā)生器燃燒產(chǎn)生的固相殘渣與少部分液相產(chǎn)物從渣漿出口流出，剩余的液相產(chǎn)物經(jīng)殘渣分離組件過濾后進入超臨界熱流體引導管并從其頂部的超臨界熱流體出口中流出，完成固相液相產(chǎn)物粗分離過程。本發(fā)明實現(xiàn)了化石燃料(如煤炭)、城市/工業(yè)污泥等固相或含固燃料的快速著火、穩(wěn)定清潔燃燒以及燃盡后渣流有效分離。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進燃燒及節(jié)能環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超臨界水熱燃燒裝置及方法。

背景技術(shù)

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(tài)的水。超臨界水氧化技術(shù)是利用超臨界水的低粘度、低介電常數(shù)、高擴散性等特殊性質(zhì)，使完全溶解在其中的有機物與氧化劑發(fā)生快速、徹底的均相反應(yīng)，有機物中的碳元素轉(zhuǎn)化成二氧化碳，氯、硫、磷等元素轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的無機鹽，氮元素絕大多數(shù)轉(zhuǎn)化成氮氣，實現(xiàn)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(shù)，被譽為21世紀最有潛力的有機廢物處理技術(shù)。超臨界水燃燒技術(shù)是一種新型的國際前言燃燒技術(shù)，可以被看作產(chǎn)生“水熱火焰”的劇烈超臨界水氧化技術(shù)，又被稱作“水火相容”的燃燒技術(shù)。水熱火焰區(qū)1000℃以上的局部高溫能夠?qū)崿F(xiàn)化石燃料及污染物中有機質(zhì)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(shù)低成本可靠的工業(yè)化實施，其中高壓300～410℃高溫區(qū)是超臨界水氧化工藝系統(tǒng)中材料腐蝕敏感區(qū)、無機鹽快速析出區(qū)，服役于該工況區(qū)的裝備面臨著較為嚴峻的腐蝕與鹽沉積引發(fā)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(xiàn)后者的快速升溫，或者直接實現(xiàn)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(qū)裝備腐蝕與鹽沉積堵塞高發(fā)區(qū)。此外，在能源領(lǐng)域，常規(guī)燃煤發(fā)電系統(tǒng)和燃煤工業(yè)鍋爐原理上是在以空氣為氧化劑的氣態(tài)環(huán)境下“一把火燒煤”，所產(chǎn)生的飛灰、硫氧化物、氮氧化物等工業(yè)污染物已經(jīng)造成巨大的環(huán)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(shù)。該技術(shù)是一種不需要污染物末端控制就能實現(xiàn)煤的高效、清潔利用的新型燃燒技術(shù)。與煤的常規(guī)燃燒技術(shù)相比，煤的超臨界水熱燃燒技術(shù)不需脫硫、脫硝、除塵等末端裝置即可實現(xiàn)污染物NO_x、SO_x、粉塵的源頭控制，可以很容易的實現(xiàn)CO₂的低成本捕集，具有極其優(yōu)越的環(huán)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(xù)裝置，影響整體的正常運行。因此，可以實現(xiàn)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(xiàn)煤炭、污泥等固相或含固燃料的高效清潔燃燒的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種超臨界水熱燃燒裝置及方法，以期實現(xiàn)化石燃料(如煤炭)、城市/工業(yè)污泥等固相或含固燃料的快速著火、穩(wěn)定清潔燃燒以及燃盡后渣流有效分離，實現(xiàn)其化學能向熱能高效、無污染轉(zhuǎn)化。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種超臨界水熱燃燒裝置，包括作為燃燒腔室的裝置主體6，裝置主體6的上部側(cè)面布置水熱火焰發(fā)生器1，所述水熱火焰發(fā)生器1上設(shè)有若干高壓有機漿液噴嘴7和若干高壓氧化劑噴嘴8，在各噴嘴出口處設(shè)置點火器2，超臨界熱流體引導管4從裝置主體6的頂面穿入裝置主體6內(nèi)部，裝置主體6的底部開有渣漿出口D，超臨界熱流體引導管4的底部設(shè)置有殘渣分離組件5，水熱火焰發(fā)生器1燃燒產(chǎn)生的固相殘渣與少部分液相產(chǎn)物從渣漿出口D流出，剩余的液相產(chǎn)物經(jīng)殘渣分離組件5過濾后進入超臨界熱流體引導管4并從其頂部的超臨界熱流體出口C中流出，完成固相液相產(chǎn)物粗分離過程。

所述裝置主體6下部為錐形結(jié)構(gòu)，其尺寸參數(shù)保證燃燒過程中殘渣分離組件5能夠浸入液相產(chǎn)物。