CN105627814A - 一种用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置 - Google Patents

一种用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，属于环保及化工技术领域，包括物料主回路及中间介质回路；由依次连接的物料泵、预热器、喷水减温器、反应器及回热器构成物料主回路；由依次连接的缓冲罐、循环泵、回热器、预热器、水冷器构成中间介质回路；在缓冲罐顶部设有背压阀；还包括补水支路，补水支路上设有减温水泵，减温水泵的出口分为两条支路，一条与喷水减温器相相连，另一条与缓冲罐相连。本发明的换热装置结构设计合理，能够最大化地降低系统的投资成本，保证系统的稳定运行。

Description

一种用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置
技术领域
本发明属于环保及化工技术领域，具体涉及一种用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置。
背景技术
超临界水氧化(SupercriticalWaterOxidation，SCWO)技术是利用超临界水(T>374.15℃，P>22.1MPa)介于液态和气态间的特殊性质，即介电常数近似于非极性有机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度，可与大部分有机物、氧气、二氧化碳等非极性分子完全互溶，使难降解有机物可在超临界水中发生快速、彻底的均相氧化反应，在美国国家关键技术所列的六大领域之一“能源与环境”中被定义为最有前途的废水处理技术。
超临界水氧化反应需要将物料加压加温到超临界状态，需要消耗大量的能量，而超临界水氧化反应本身又是放热反应，反应后的流体温度高于预热温度，因此，利用反应后的流体来加热物料能有效降低系统的运行费用。然而，由于反应前后的物料一般都具有较强的腐蚀性，直接换热的换热器需要采用昂贵的耐腐蚀材料并设计较厚的腐蚀裕量，导致换热器的投资极高，另外，反应放热波动及换热器效率波动等问题，会导致物料预热不足或过热的情况，因此，需要构建一种可以同时降低运行成本及投资成本，且运行可靠的用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，该装置结构设计合理，运行可靠，能够实现最大限度的利用反应后流体的热量，降低运行费用。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，包括物料主回路及中间介质回路；
由依次连接的物料泵、预热器、喷水减温器、反应器及回热器构成物料主回路；由依次连接的缓冲罐、循环泵、回热器、预热器、水冷器构成中间介质回路；预热器与回热器均为套管式换热器；
物料泵与预热器的外管入口相连，预热器的外管出口与喷水减温器相连，反应器与回热器的外管入口相连；缓冲泵通过循环泵与回热器的内管入口相连，回热器的内管出口与预热器的内管入口相连，预热器的内管出口通过水冷器与缓冲罐相连；在缓冲罐顶部设有背压阀；
还包括补水支路，补水支路上设有减温水泵，减温水泵的出口分为两条支路，一条与喷水减温器相相连，另一条与缓冲罐相连。
中间介质回路中还包括加热器，加热器设置在回热器与预热器相连的管路上。
加热器的出口经高温分流支路与水冷器的入口相连；且在该高温分流支路上设有第一调节阀。
加热器为电磁加热器或电导加热器。
减温水泵与缓冲罐相连的管路上还设有第二调节阀。
预热器与回热器的内管流体为待处理物料，外管流体为中间介质。
中间介质为水、导热油或熔盐；且当中间介质为水时，回热器的中间内管出口压力高于外管进口压力。
预热器与回热器的外管由低合金不锈钢制成，内管由高温镍基合金制成,且能够根据温度区间细分选材。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，由依次连接的物料泵、预热器、喷水减温器、反应器、回热器构成物料主回路，由缓冲罐、循环泵、回热器、预热器、水冷器构成中间介质回路。中间介质将超临界水氧化反应后流体的热量传递给反应前的物料，利用超临界水氧化反应后流体的热量来对物料进行预热，中间介质的压力由缓冲罐上设置的背压阀及补水支路设置的减温水泵来维持，能够最大限度的利用反应后流体的热量。本发明的换热装置结构设计合理，能够最大化地降低系统的投资成本，保证系统的稳定运行。
进一步地，在中间介质回路上设置加热器，用于启动时的加热和正常运行时的补热，相对于直接加热物料的方式，加热效率高，安全可靠性好，调节灵敏性好。
进一步地，采用电磁式或电导式加热器，用于启动时的升温以及正常运行时的补热，相对于燃气炉加热方式，负荷调节灵敏，系统波动小，稳定性高。
进一步地，套管式换热器外管流体为中间介质，可以选用高压水，外管材料采用相对廉价的低合金不锈钢，相对于直接换热方式，可将换热器投资费用降低40％左右。
附图说明
图1为本发明用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置的结构示意图。
图中：1、物料泵；2、缓冲罐；3、预热器；4、反应器；5、喷水减温器；6、减温水泵；7、加热器；8、回热器；9、第一调节阀；10、水冷器；11、背压阀；12、循环泵；13、第二调节阀。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，本发明公开的用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，包括物料泵1、缓冲罐2、预热器3、反应器4、喷水减温器5、减温水泵6、加热器7、回热器8、第一调节阀9、水冷器10、背压阀11、循环泵12、第二调节阀13。物料泵1、预热器3、喷水减温器5、反应器4、回热器8依次连接构成物料主回路；缓冲罐2、循环泵12、回热器8、预热器3、水冷器10构成中间介质回路；加热器7出口经第一调节阀9支路与水冷器10入口连接；缓冲罐2顶部设置背压阀11；减温水泵6出口连接喷水减温器5，同时经第二调节阀13与缓冲罐2连接。物料泵1与预热器3的外管入口相连，预热器3的外管出口与喷水减温器5相连，反应器4与回热器8的外管入口相连；缓冲泵2通过循环泵12与回热器8的内管入口相连，回热器8的内管出口与预热器3的内管入口相连，预热器3的内管出口通过水冷器10与缓冲罐2相连。
其中，预热器3与回热器8是套管式换热器，内管流体为调配好的待处理物料，外管流体为中间介质高压水；外管材料选用低合金不锈钢，内管材料选用高温镍基合金材质，且根据温度区间细分选材。水冷器10的冷源为外接冷却水，水冷器10的进口与加热器7出口的高温分流支路相连接；加热器7的形式为电磁加热或电导加热。缓冲罐2顶部设置背压阀11，缓冲罐2经调节阀13与减温水泵6的进口相连接。
为了对本发明进一步了解，现对其工作原理做一说明。
在具体实施中，调配好的物料经物料泵1进入预热器3中被预热到反应所需的预热温度，进入反应器4进行反应，反应放出一定的热量，反应后流体进入回热器8将热量传递给中间介质，同时被冷却下来进入后续工艺。中间介质从缓冲罐2开始，在循环泵12的作用下，先经过回热器8吸收反应后流体的热量，再流经加热器7，必要时加热器开启，使中间介质的温度进一步提升，再进入预热器3，将热量传递给物料。
由于超临界水氧化系统中，反应前后的物料均为超临界压力的流体，在临界点附近存在大比热区，为了匹配超临界流体的焓温变化特性，中间介质的压力应高于反应后流体的压力，中间介质回路的压力靠缓冲罐上的背压阀和减温水泵接向缓冲罐的补水支路维持。

Claims (8)

1.一种用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，其特征在于，包括物料主回路及中间介质回路；
由依次连接的物料泵(1)、预热器(3)、喷水减温器(5)、反应器(4)及回热器(8)构成物料主回路；由依次连接的缓冲罐(2)、循环泵(12)、回热器(8)、预热器(3)、水冷器(10)构成中间介质回路；
物料泵(1)与预热器(3)的外管入口相连，预热器(3)的外管出口与喷水减温器(5)相连，反应器(4)与回热器(8)的外管入口相连；缓冲泵(2)通过循环泵(12)与回热器(8)的内管入口相连，回热器(8)的内管出口与预热器(3)的内管入口相连，预热器(3)的内管出口通过水冷器(10)与缓冲罐(2)相连；在缓冲罐(2)顶部设有背压阀(11)；
还包括补水支路，补水支路上设有减温水泵(6)，减温水泵(6)的出口分为两条支路，一条与喷水减温器相(5)相连，另一条与缓冲罐(2)相连。
2.根据权利要求1所述的用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，其特征在于，中间介质回路中还包括加热器(7)，加热器(7)设置在回热器(8)与预热器(3)相连的管路上。
3.根据权利要求2所述的用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，其特征在于，加热器(7)的出口经高温分流支路与水冷器(10)的入口相连；且在该高温分流支路上设有第一调节阀(9)。
4.根据权利要求2所述的用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，其特征在于，加热器(7)为电磁加热器或电导加热器。
5.根据权利要求1所述的用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，其特征在于，减温水泵(6)与缓冲罐(2)相连的管路上还设有第二调节阀(13)。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，其特征在于，预热器(3)与回热器(8)均为套管式换热器，预热器(3)与回热器(8)的内管流体为待处理物料，外管流体为中间介质。
7.根据权利要求6所述的用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，其特征在于，中间介质为水、导热油或熔盐；且当中间介质为水时，回热器(8)的中间内管出口压力高于外管进口压力。
8.根据权利要求1～5中任意一项所述的用于超临界水氧化系统的中间介质换热装置，其特征在于，预热器(3)与回热器(8)的外管由低合金不锈钢制成，内管由高温镍基合金制成。
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