CN104402077B - 一种新型超临界污水处理的蒸发壁式反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型超临界污水处理的蒸发壁式反应器，主要由上端法兰、筒体、下端法兰、顶部接头、烧嘴组件、蒸发壁构成，上端法兰与筒体、下端法兰固装成密封空间，顶部接头连接烧嘴组件后固装于上端法兰中心，顶部接头制有燃料入口，下端法兰制有液体出口，其特征在于：所述筒体为多层筒体，该多层筒体由上筒体、多个中间筒体构成，上筒体与上端法兰固装，多个中间筒体之间通过中间环固装，在多个中间筒体的内部分别固装蒸发壁，蒸发壁外表面与各中间筒体内表面之间形成密封狭隙，多个中间筒体均制有与该密封狭隙连通的蒸发壁水入口。本发明结构设计科学合理，有效避免污水预热管内热解反应，盐类沉淀等问题，且具有结构简单、拆装方便，易于检修和维护的优点。

Description

一种新型超临界污水处理的蒸发壁式反应器
技术领域
本发明涉及环保技术领域的超临界水氧化反应器，特别是一种新型超临界污水处理的蒸发壁式反应器。
背景技术
超临界水氧化(SCWO)技术最早是在20世纪80年代中期由美国学者Modell提出的一项能完全地、彻底地将有机物结构破坏的深度氧化技术。美国国家关键技术所列的六大领域之一“能源与环境”中指出，最有前途的废物处理技术是SCWO法。
超临界水(SCW)是指温度超过374.15℃，压力超过22.12Mpa的特殊状态的水，该条件下水的介电系数大大降低，氧化剂和多种有机物质在水体系中形成均一相，消除传质阻力，使本来发生在液相、固相、气相之间的多相反应转化为在SCW中的均相氧化反应，反应速率更快，停留时间更短。而且大多不需使用催化剂，氧化效率很高，大部分有机物的去除率可达99％以上。另外，无机组分与盐类在SCW中溶解度很低，几乎可以完全沉淀析出，使反应过程中盐的分离变得容易。当有机物浓度在1wt％～2wt％时，就可依靠反应过程中自身的氧化放热来维持反应所需的温度，不需要外界供热，多余的热能可以回收。由于反应在封闭的环境下进行，符合全封闭处理的要求。反应温度远低于焚烧且无二次污染物的产生。
但是由于超临界水氧化反应的苛刻的条件374.15℃，22.12Mpa，很多工艺难以保持平稳的运行，所以很多工艺中对废水和氧化剂流体进行预热到超临界条件进入反应器，这样在预热阶段出现的盐类沉淀以及热解、裂解等反应带来的焦炭，焦油等引起的管路堵塞问题，材料腐蚀问题，喷嘴易损问题大大制约了该技术的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型超临界污水处理的蒸发壁式反应器，用于避免污水预热管内热解反应，盐类沉淀等问题。且具有结构简单、拆装方便，易于检修和维护的优点。
本发明决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种新型超临界污水处理的蒸发壁式反应器，主要由上端法兰、筒体、下端法兰、顶部接头、烧嘴组件、蒸发壁构成，上端法兰与筒体、下端法兰固装成密封空间，顶部接头连接烧嘴组件后固装于上端法兰中心，顶部接头制有燃料入口，下端法兰制有液体出口，其特征在于：所述筒体为多层筒体，该多层筒体由上筒体、多个中间筒体构成，上筒体与上端法兰固装，多个中间筒体之间通过中间环固装，在多个中间筒体的内部分别固装蒸发壁，蒸发壁外表面与各中间筒体内表面之间形成密封狭隙，多个中间筒体均制有与该密封狭隙连通的蒸发壁水入口。
而且，所述的上端法兰的底面制有细长的套筒，烧嘴组件包括烧嘴芯管及烧嘴，烧嘴芯管插入该套筒内，烧嘴芯管与上端法兰之间形成氧化剂狭隙，上端法兰制有与该氧化剂狭隙连通的第一路氧化剂入口；套筒与上筒体内壁之间形成污水加热间隙，上筒体制有与该污水加热间隙连通的污水入口。
而且，所述的上筒体固装燃烧室，燃烧室套装于套筒下部，燃烧室与套筒之间形成污水通道，燃烧室外壁与上筒体内壁之间形成氧化剂狭隙，上筒体制有与该氧化剂狭隙连通的第二路氧化剂入口。
而且，所述的中间环圆周间隔安装有一组径向插入筒体内的温度传感器，该一组温度传感器在径向上插入深度不同。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的新型超临界污水处理的蒸发壁式反应器，采用多层筒体，各层筒体和蒸发壁之间形成四个独立的区域，进入此区域的为亚临界水，亚临界水在压差的作用下，流入蒸发壁内表面，由于蒸发壁采用多级安装，各个分区单独调节进水量，保证了在其上形成一层厚度均匀的水膜，溶解了在超临界反应过程中产生的无机盐，阻止了无机盐在内壁上的结垢，同时防止了腐蚀性物质与内筒壁接触从而造成的腐蚀；脱盐后的反应流体从底部流出，提高了装置的安全性，蒸发壁的使用降低了对反应釜筒体材料的选择难度；同时当蒸发壁破碎或者堵塞时，无需更换所有蒸发壁，只需更换损坏的蒸发壁即可使用。
2、本发明的新型超临界污水处理的蒸发壁式反应器，套筒与上筒体内壁之间形成污水加热间隙，根据需要预热的污水流量，计算出套筒与上部法兰长度差，污水缓慢的流入反应釜套筒与上筒体形成的加热间隙，燃料和氧化剂经过外部预热后进入喷嘴与套筒内壁组成的燃烧区域，在燃烧区域燃烧，在燃烧产生的大量热能作用下，污水的温度迅速升高，达到燃烧条件，此方案减少了污水的外部预热系统，降低了制作成本，同时避免了污水在外部预热管内的热解、裂解等反应带来的焦炭，焦油等堵塞管路现象，提高了系统的可靠性。
3、本发明的新型超临界污水处理的蒸发壁式反应器，第二路氧化剂从燃烧室与上筒体之间形成的氧化剂狭隙进入反应釜，与被加热的污水接触发生氧化反应，同时预热后的第一路氧化剂与燃料接触产生稳定的火焰，多余的第一路氧化剂附着在火焰周围也与污水发生氧化反应，这样提高了污水有机物的处理效率。
4、本发明的新型超临界污水处理的蒸发壁式反应器，顶部接头通过螺纹方式与上端法兰连接，喷嘴通过螺纹方式与顶部接头下部的芯管连接。只需拧下顶部接头即可拆卸喷嘴，从而便于更改喷嘴直径，以及喷嘴结构，以得到最佳的燃料流速。
5、本发明的新型超临界污水处理的蒸发壁式反应器，多个中间筒体之间通过中间环固装，中间环在圆周上均布四个测温接口，温度传感器(热电偶)采用螺纹方式安装其上，探头插入反应釜内长度不等，可以实现反应釜内多点位置温度场的实时测量，更加方便、精确的观察和控制反应过程。由于中间环的存在，整个反应釜可以采用多级安装，更加便捷的改变蒸发壁的长度，有利于调整反应釜出口温度。
6、本发明结构设计科学合理，有效避免污水预热管内热解反应，盐类沉淀等问题，且具有结构简单、拆装方便，易于检修和维护的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A部放大图。
附图标记说明：
1-液体出口、2-下端法兰、3-中间筒体、4-蒸发壁水入口、5-中间环、6-第二路氧化剂入口、7-污水入口、8-上筒体、9-第一路氧化剂入口、10-上端法兰、11-顶部接头、12-燃料入口、13-烧嘴芯管、14-套筒、15-烧嘴、16-燃烧室、17-蒸发壁、18-温度传感器安装口。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种新型超临界污水处理的蒸发壁式反应器，主要由上端法兰10、筒体、下端法兰2、顶部接头11、烧嘴组件、蒸发壁构成，上端法兰与筒体、下端法兰固装成密封空间，顶部接头连接烧嘴组件后固装于上端法兰中心，顶部接头制有燃料入口12，下端法兰制有液体出口1。
本反应器的创新之处在于：筒体为多层筒体，该多层筒体由上筒体8、多个中间筒体3构成，上筒体与上端法兰固装，多个中间筒体之间通过中间环5以法兰连接方式固装，在多个中间筒体的内部分别焊接固装蒸发壁17，蒸发壁外表面与各中间筒体内表面之间形成密封狭隙，多个中间筒体均制有与该密封狭隙连通的蒸发壁水入口4。
上端法兰的底面制有细长的套筒14，烧嘴组件包括烧嘴芯管13及烧嘴15，烧嘴芯管插入该套筒内，烧嘴芯管与上端法兰之间形成氧化剂狭隙，上端法兰制有与该氧化剂狭隙连通的第一路氧化剂入口9。套筒与上筒体内壁之间形成污水加热间隙，上筒体制有与该污水加热间隙连通的污水入口7。
上筒体固装燃烧室16，燃烧室套装于套筒下部，燃烧室与套筒之间形成污水通道，燃烧室外壁与上筒体内壁之间形成氧化剂狭隙，上筒体制有与该氧化剂狭隙连通的第二路氧化剂入口6。
中间环圆周间隔制有温度传感器安装口18，并在该温度传感器安装口安装有一组径向插入筒体内的温度传感器，该一组温度传感器在径向上插入深度不同。
本发明的工作原理为：
污水缓慢的流入反应器套筒与上筒体形成的加热间隙，燃料和氧化剂经过外部预热后进入喷嘴与套筒内壁组成的燃烧区域，在燃烧区域燃烧，在燃烧产生的大量热能作用下，污水的温度迅速升高，达到燃烧条件。第二路氧化剂从燃烧室与上筒体之间形成的氧化剂狭隙进入反应釜，与被加热的污水接触发生氧化反应，同时预热后的第一路氧化剂与燃料接触产生稳定的火焰，多余的第一路氧化剂附着在火焰周围也与污水发生氧化反应。
各层筒体和蒸发壁之间形成四个独立的区域，进入此区域的为亚临界水，亚临界水在压差的作用下，流入蒸发壁内表面，由于蒸发壁采用多级安装，各个分区单独调节进水量，保证了在其上形成一层厚度均匀的水膜，溶解了在超临界反应过程中产生的无机盐，阻止了无机盐在内壁上的结垢，同时防止了腐蚀性物质与内筒壁接触从而造成的腐蚀；脱盐后的反应流体从底部流出。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (4)

1.一种超临界污水处理的蒸发壁式反应器，主要由上端法兰、筒体、下端法兰、顶部接头、烧嘴组件、蒸发壁构成，上端法兰与筒体、下端法兰固装成密封空间，顶部接头连接烧嘴组件后固装于上端法兰中心，顶部接头制有燃料入口，下端法兰制有液体出口，其特征在于：所述筒体为多层筒体，该多层筒体由上筒体、多个中间筒体构成，上筒体与上端法兰固装，多个中间筒体之间通过中间环固装，在多个中间筒体的内部分别固装蒸发壁，蒸发壁外表面与各中间筒体内表面之间形成密封狭隙，多个中间筒体均制有与该密封狭隙连通的蒸发壁水入口。
2.根据权利要求1所述的超临界污水处理的蒸发壁式反应器，其特征在于：所述的上端法兰的底面制有细长的套筒，烧嘴组件包括烧嘴芯管及烧嘴，烧嘴芯管插入该套筒内，烧嘴芯管与上端法兰之间形成氧化剂狭隙，上端法兰制有与该氧化剂狭隙连通的第一路氧化剂入口；套筒与上筒体内壁之间形成污水加热间隙，上筒体制有与该污水加热间隙连通的污水入口。
3.根据权利要求2所述的超临界污水处理的蒸发壁式反应器，其特征在于：所述的上筒体固装燃烧室，燃烧室套装于套筒下部，燃烧室与套筒之间形成污水通道，燃烧室外壁与上筒体内壁之间形成氧化剂狭隙，上筒体制有与该氧化剂狭隙连通的第二路氧化剂入口。
4.根据权利要求1所述的超临界污水处理的蒸发壁式反应器，其特征在于：所述的中间环圆周间隔安装有一组径向插入筒体内的温度传感器，该一组温度传感器在径向上插入深度不同。
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