[發明專利]一種基于超臨界水氧化的熱-電-清潔水聯產系統

有效

• 申請號: 202010785789.1
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111894689B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 席奐;王美維;朱闖;陳曉弢
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;青海大學
• 主分類號: F01K7/02
• 分類號: F01K7/02;F01K7/32;F01K13/00;F01K17/02;F01K21/00;F01K27/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種基于超臨界水氧化的熱?電?清潔水聯產系統，將超臨界水氧化系統與ORC系統耦合，通過合理設計管路和系統部件的連接方式，將各個支路和子系統合理的耦合起來，結構緊湊，并且根據梯級能量利用原理，將超臨界水氧化系統中進口反應物以及出口生產物的低品位能量通過換熱器合理的利用起來，在為ORC系統提供能量的同時，輸出電能和熱能，而且將ORC中的低品位能量也加以利用，使整個系統能量的利用最大化。同時，超臨界水氧化系統中壓縮機級數的多樣性和ORC形式的多樣性使得系統不是單一的，具有可變性。本發明的超臨界水氧化系統以及ORC系統的能量利用率都很高，治理污水的同時為用戶提供用電、用熱和用水需求，功能多且運行靈活，節能環保。

技術領域

本發明屬于能源技術領域，涉及超臨界水氧化(SCWO)、有機朗肯循環 (ORC)領域的能量梯級利用，特別涉及一種基于超臨界水氧化的熱-電-清潔水聯產系統。

背景技術

超臨界水氧化技術由于反應在高溫高壓下進行，具有反應快的特點，并且對于污水中的各種有毒物質，超臨界水氧化技術都能將其氧化，去毒率可以達到99.99％以上，處理完后的污水不再需要二次處理，可直接回收，并且不會造成二次污染，具有高效清潔的特點，并且在反應過程中放出巨大的熱量，當有機物含量較多時，就可以依靠反應過程中氧化放出的熱量來維持反應所需的溫度，不需要額外供給熱量。由于這些優點超臨界水氧化技術現實中的應用越來越廣泛。

目前在應用超臨界水氧化技術時，由于其治理污水方面的優勢，而往往忽略了整個系統中所釋放的能量，以及在反應準備階段上的一些能量損失，系統單純靠外界輸入能量將造成了大量的能源浪費，如果將這些低品位的能量回收并且合理的再利用，可以節約能源，達到系統的自給自足并且同時生產電能和熱能，提供給用戶。

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基于超臨界水氧化的熱-電-清潔水聯產系統，通過合理的設計管路連接，將超臨界水氧化系統和ORC系統耦合起來，將超臨界水氧化系統和ORC系統中的低品位能量回收再利用，同時設計的合理性使得系統結構非常緊湊，不會占用額外太大的空間。系統在部件上以及形式上選擇的多樣性使得真個系統適應性更強，流量的合理分配使得系統運行更加的靈活。與通常的超臨界水氧化技術相比，本發明具有很高的能量利用率的同時，還可以同時解決用戶的用電、用熱和用水問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于超臨界水氧化的熱-電-清潔水聯產系統，包括超臨界水反應器11，超臨界水反應器11的入口端連接有兩條支路，一條支路連接換熱器組合一的出水口，換熱器組合一的進水口連接增壓泵5的出水口，增壓泵5的入口即為系統的污水入口，另一條支路連接壓縮機組合的出氣口，壓縮機組合的進氣口為系統的氧化氣體入口，壓縮機組合中配置有對氧化氣體降溫的換熱器組合二，換熱器組合二以冷水為換熱介質，其冷源側出口接8#換熱器19的熱源側進口，超臨界水反應器11的出口端接換熱器組合一的熱源側入口，換熱器組合一的熱源側出口接氣液分離裝置13的入口，氣液分離裝置13的氣體出口接6#換熱器17的熱源側進口，氣液分離裝置13的液體出口和6#換熱器17的熱源側出口接 7#換熱器18的熱源側進口，7#換熱器18的熱源側出口排出潔凈水，8#換熱器 19的冷源側出口接6#換熱器17的冷源側入口，6#換熱器17的冷源側出口接9# 換熱器21的熱源側進口，9#換熱器21的熱源側出口接8#換熱器19的冷源側入口，9#換熱器21的冷源側入口接冷水，冷源側出口的一路接7#換熱器18的冷源側入口，7#換熱器18的冷源側出口和8#換熱器19的熱源側出口接熱用戶為用戶提供熱能。

所述反應物污水經過增壓泵5和換熱器組合一增壓增溫到超臨界狀態，所述氧化氣體經過壓縮機組合增壓增溫達到超臨界反應所需的高溫高壓狀態，進入超臨界水反應器11進行超臨界反應。

所述壓縮機組合和換熱器組合二采用多級壓縮、中間冷卻的方式，所述換熱器組合一采用多級加熱的方式。