CN106115893B - 超临界水氧化反应器温度控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超临界水氧化反应器温度控制方法及控制系统，包括获取所述超临界水氧化反应器中的原料热值信号以及氧化剂流量信号；将所述原料热值信号和氧化剂流量信号分别与对应的热值设定值及流量设定值进行逻辑运算得到运算结果；将上述运算结果反馈至选择器，所述选择器根据运算结果选择调节所述原料的热值或者所述氧化剂的流量从而达到控制反应器温度的目的。本发明有效避免了由于原料热值的波动或者氧气流量的变化导致的不必要的停车，减少了经济损失。
Description
技术领域
本发明涉及超临界水反应的技术领域，尤其是指超临界水氧化反应器温度控制方法及控制系统。
背景技术
超临界水指温度超过374.2℃，压力超过22.1MPa特殊状态的水。超临界水氧化技术是利用反应原料在超临界水中良好的传质、传热性能，使氧化剂和有机物完全溶解在超临界水中并发生均相氧化反应，将有机物转化成无害化的CO2、N2、H2O等洁净小分子化合物，适用于危废、污泥和高浓度难降解废水处理领域。
超临界水氧化处理技术克服了传统处理技术（如焚烧）的高能耗过程，并且氧化产物清洁、无污染，不产生SOx、NOx及二恶英类有毒气体，不污染土壤及地下水源，可以从根本上解决工业废弃物对环境污染、土地资源占用等问题，实现废物的无害化、减量化和资源化处理。
由于超临界水氧化处理工艺在生产过程中，对反应器温度的准确控制是保证超临界水氧化反应器的正常与安全运行的前提，而反应器温度受到很多条件的约束，如氧化剂的流量，反应原料的热值等。其中氧化剂的流量和原料的热值的变化为影响反应器温度变化的主要因素，其直接导致反应器炉膛温度升高或者降低熄火，从而引起整个系统停车。现有技术中对反应器温度的控制大多采用氧化剂流量在线调节，原料热值为离线手动调节，由于原料热值的调节是间歇性进行的，无法实现对反应器温度的及时准确控制。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中不能有效及时准确控制反应器温度的问题从而提供一种可以及时准确控制反应器温度有利于保证超临界水氧化装置连续稳定运行的超临界水氧化反应器温度控制方法及控制系统。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种超临界水氧化反应器温度控制方法，包括如下步骤：步骤S1：获取所述超临界水氧化反应器中的原料热值信号以及氧化剂流量信号；步骤S2：将所述原料热值信号和氧化剂流量信号分别与对应的热值设定值及流量设定值进行逻辑运算得到运算结果；步骤S3：将上述运算结果反馈至选择器，所述选择器根据运算结果选择调节所述原料的热值或者所述氧化剂的流量从而达到控制反应器温度的目的。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S2中，若所述原料热值信号与所述热值设定值相等，则调节所述氧化剂的流量；若所述原料热值信号与所述热值设定值不等，则调节所述原料的热值以及所述氧化剂的流量。
在本发明的一个实施例中，若所述原料热值信号与所述热值设定值不等，先进行热值的调节，然后再进行流量的调节。
在本发明的一个实施例中，若所述原料热值信号与所述热值设定值不等，先进行流量的调节，当流量调节达到极限时仍无法达到设定温度时再进行热值调节。
在本发明的一个实施例中，若所述原料热值信号小于所述热值设定值时，通过调节辅助燃料的流量以使原料热值达到所述热值设定值；若所述原料热值信号大于所述热值设定值时，通过对原料进行稀释以使原料热值达到所述热值设定值。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S3中，所述超临界水氧化反应器内的温度以及反应器的出口温度不超过所述温度设定值。
在本发明的一个实施例中，所述原料热值信号的获取和原料热值的调节形成原料热值控制回路，所述氧化剂流量信号的获取和氧化剂流量的调节形成氧化剂流量控制回路，且所述原料热值控制回路与所述氧化剂流量控制回路并联。
在本发明的一个实施例中，若所述原料热值信号与所述热值设定值存在偏差信号时，自动切换到所述原料热值控制回路上；待热值测量值恢复到热值设定值后，自动切换到所述氧化剂流量控制回路上。
本发明还提供了一种超临界水氧化反应器温度控制系统，包括原料热值控制回路以及氧化剂流量控制回路，其中，所述原料热值控制回路包括设置在原料热值调节管线上的原料热值传感器以及与所述原料热值传感器相连的原料热值调节器，所述氧化剂流量控制回路包括设置在氧化剂管线上的氧化剂流量传感器以及与所述氧化剂流量传感器相连的氧化剂流量调节器，且所述原料热值调节器的输出端与所述氧化剂流量调节器的输出端并联于选择器的输入端，所述选择器的输出端连接至所述原料热值调节器的输入端或者所述氧化剂流量调节器的输入端。
在本发明的一个实施例中，所述原料热值调节管线上或者所述氧化剂管线上设有调节阀。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的超临界水氧化反应器温度控制方法及控制系统，通过对原料热值调节、氧化剂流量调节的选择性控制过程实现超临界水氧化装置处理工业废弃物过程中反应器温度的适时调节，实现了超临界水氧化反应器温度的准确控制，且保障了超临界水氧化装置的连续稳定运行。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明所述超临界水氧化反应器温度控制方法的流程图；
图2是本发明所述超临界水氧化反应器温度控制系统的连接示意图。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本实施例提供一种超临界水氧化反应器温度控制方法，其具体包括如下步骤：步骤S1：获取所述超临界水氧化反应器中的原料热值信号以及氧化剂流量信号；步骤S2：将所述原料热值信号和氧化剂流量信号分别与对应的热值设定值及流量设定值进行逻辑运算得到运算结果；步骤S3：将上述运算结果反馈至选择器，所述选择器根据运算结果选择调节所述原料的热值或者所述氧化剂的流量从而达到控制反应器温度的目的。
本实施例所述超临界水氧化反应器温度控制方法，所述步骤S1中，获取所述超临界水氧化反应器中的原料热值信号以及氧化剂流量信号；所述步骤S2中，将所述原料热值信号和氧化剂流量信号分别与对应的热值设定值及流量设定值进行逻辑运算得到运算结果；所述步骤S3中，将上述运算结果反馈至选择器，所述选择器根据运算结果选择调节所述原料的热值或者所述氧化剂的流量从而达到控制反应器温度的目的，从而有利于实现对反应器温度的及时准确控制，保障了超临界水氧化装置的连续稳定运行，有效避免由于原料热值的波动或者氧气流量的变化导致的不必要的停车，大幅度的降低了经济损失。
为了保证反应器的安全运行，所述步骤S3中，所述超临界水氧化反应器内的温度以及反应器的出口温度不超过所述温度设定值，且氧化剂流量要和原料热值相匹配以实现原料的完全氧化反应。
下面详细说明如何通过所述原料热值信号和氧化剂流量信号分别与对应的热值设定值及流量设定值进行逻辑运算得到运算结果。具体地，若所述原料热值信号与所述热值设定值相等，则调节所述氧化剂的流量，从而实现温度的调控；若所述原料热值信号与所述热值设定值不等，则调节所述原料的热值以及所述氧化剂的流量。具体地，若所述原料热值信号与所述热值设定值不等，可先进行热值的调节，然后再进行流量的调节，有利于实现温度的调控；也可以先进行流量的调节，当流量调节达到极限时仍无法达到温度时再进行热值调节，也能实现温度的调控。其中若所述原料热值信号小于所述热值设定值时，通过调节辅助燃料的流量以使原料热值达到所述热值设定值；若所述原料热值信号大于所述热值设定值时，通过对原料进行稀释以使原料热值达到所述热值设定值。
本实施例中，所述原料热值信号的获取和原料热值的调节形成原料热值控制回路，所述氧化剂流量信号的获取和氧化剂流量的调节形成氧化剂流量控制回路，且所述原料热值控制回路与所述氧化剂流量控制回路并联，从而有利于对原料热值调节以及氧化剂流量调节的选择性控制，实现超临界水氧化处理装置处理工业废弃物过程中反应器温度的适时调节，由于可以对超临界水氧化处理反应器温度进行准确控制，有利于保障超临界水氧化装置的连续稳定运行。具体地，当控制所述反应器内部温度在450℃-650℃时，氧化剂流量控制回路发生作用，所述氧化剂流量与所述流量设定值进行逻辑运算后调节阀门开度。其中通过监测氧气管线流量，自动切换到氧化剂流量控制回路上。当所述超临界水氧化反应器温度降低（低于450℃），则开大调节阀开度，当所述反应器温度升高（高于650℃），则减小调节阀门的开度，从而保证反应器温度稳定。当原料热值信号与所述热值设定值存在偏差信号时，自动切换到所述原料热值控制回路上。具体地，如运算结果显示热值过低，则加大原料的热值进行热值补充，如果热值过高，则减小调节阀开度，防止反应器超温。待热值测量值恢复到热值设定值后，自动切换至所述氧化剂流量控制回路上。
在实际生产过程中，当原料热值为所述热值设定值时，所述氧化剂流量控制回路发生作用，氧化剂流量控制回路按照一般的回路系统设计，被控量即氧气流量，此时原料热值控制回路不工作；当生产过程中原料热值趋于所设定的热值限定值但还未达到热值限定值时，此时原料热值控制回路发生作用，处于工作状态，而氧化剂流量控制回路不工作，直到原料热值恢复到设定值时，然后氧化剂流量控制回路又重新工作。即原料热值过大或者过小都会导致反应器超温或者熄火，为避免发生上述事故，通过自动切换原料热值控制回路进行反应器温度的调节，实现及时的保护作用，迅速脱离危险回到正常状态，之后再切换为氧化剂流量控制回路正常工作。
实施例二：
如图2所示，本实施例提供了一种超临界水氧化反应器温度控制系统，包括原料热值控制回路以及氧化剂流量控制回路，其中，所述原料热值控制回路包括设置在原料热值调节管线10上的原料热值传感器11以及与所述原料热值传感器11相连的原料热值调节器12，所述氧化剂流量控制回路包括设置在氧化剂管线20上的氧化剂流量传感器21以及与所述氧化剂流量传感器21相连的氧化剂流量调节器22，且所述原料热值调节器12的输出端与所述氧化剂流量调节器22的输出端并联于选择器30的输入端，所述选择器30的输出端连接至所述原料热值调节器12的输入端或者所述氧化剂流量调节器22的输入端。
本发明所述的超临界水氧化反应器温度控制系统，包括原料热值控制回路以及氧化剂流量控制回路，其中，所述原料热值控制回路包括设置在原料热值调节管线10上的原料热值传感器11以及原料热值调节器12，其中所述原料热值传感器11用于监测原料的热值，所述原料热值调节器12用于控制原料的热值，且所述原料热值传感器11与所述原料热值调节器12相连；所述氧化剂流量控制回路包括设置在氧化剂管线20上的氧化剂流量传感器21以及氧化剂流量调节器22，其中所述氧化剂流量传感器21用于监测氧化剂的流量，所述氧化剂流量调节器22用于控制氧化剂的流量，且所述氧化剂流量传感器21与所述氧化剂流量调节器22相连，且所述原料热值调节器12的输出端与所述氧化剂流量调节器22的输出端并联于选择器30的输入端，所述选择器30的输出端连接至所述原料热值调节器12的输入端或者所述氧化剂流量调节器22的输入端，从而形成所述原料热值控制回路或者氧化剂流量控制回路，通过所述选择器30实现对原料热值调节以及氧化剂流量调节的选择性控制，从而有利于实现对反应器温度的及时准确控制，保障了超临界水氧化装置的连续稳定运行，有效避免由于原料热值的波动或者氧气流量的变化导致的不必要的停车，大幅度的降低了经济损失。
所述原料热值调节管线10上或者所述氧化剂管线20上设有调节阀。本实施例中，所述调节阀是数量可以是一个或者两个。若所述调节阀的数量为一个，则所述调节阀可以控制其热值大小的开度或者所述氧化剂流量的开度，此时，所述选择器30的输出端通过调节阀连接至所述原料热值调节管线10上或者所述氧化剂管线20上；若所述调节阀的数量为二个，则在所述原料热值调节管线10上以及所述氧化剂管线20上分别设有一个调节阀，其中设置在所述原料热值调节管线10上的调节阀控制所述热值大小的开度，设置在所述氧化剂管线20上调节阀控制所述氧化剂流量的开度。
所述原料热值调节器12获得原料热值信号后与热值设定值进行逻辑运算得到运算结果，所述氧化剂流量调节器22获得氧化剂流量信号后与流量设定值进行逻辑运算得到运算结果。所述选择器30根据运算结果选择所述原料热值控制回路或者氧化剂流量控制回路，由所述原料热值调节器12以及所述氧化剂流量调节器22驱动执行器进行控制，以实现反应器内温度的调控。
下面详细说明如何通过所述原料热值调节器12以及所述氧化剂流量调节器22进行逻辑运算得到运算结果：
所述原料热值传感器11将监测到的原料热值信号传输至所述原料热值调节器12，同时所述氧化剂流量传感器21将监测到氧化剂流量信号传输至所述氧化剂流量调节器22；所述原料热值调节器12获得原料热值信号后与所述热值设定值进行逻辑运算得到运算结果，其中当热值信号与所述热值设定值相等时，通过所述氧化剂流量调节器22进行流量调节，从而实现温度的调控；当热值信号与所述热值设定值有偏差时，可以先进行热值调节，再进行流量调节，也可以先进行流量调节，当流量调节达到极限时仍无法达到所述温度时才进行热值调节，当热值恢复到所述热值设定值时，再进行流量调节。具体地，当热值小于所述热值设定值时，由所述原料热值调节器12向辅助燃料管线上的调节器发出信号，根据辅助燃料的热值、原料的热值以及所述热值设定值来调节辅助燃料的流量，以使原料热值达到设定值；当热值大于所述热值设定值时，由所述原料热值调节器12调节原料的流量或者通过对原料进行稀释，以使原料热值达到所述热值设定值。
在实际生产过程中，控制反应器内部温度在450℃-650℃时，所述氧化剂流量调节器22发生作用，通过与所述流量设定值进行逻辑运算后调节阀门开度。具体地，通过所述氧化剂流量传感器21监测氧气管线流量，然后通过所述氧化剂流量调节器22传输信号给所述选择器30，由所述选择器30自动切换到氧化剂流量控制回路上。其中所述选择器30的输出端连接至所述氧化剂流量调节器22上，且所述氧化剂流量调节器22与设置在所述氧化剂管线20上的调节阀相连，从而使氧化剂流量足够保证原料氧化充分；当反应器温度降低（低于450℃），则开大调节阀开度，当反应器温度升高（高于650℃），则减小调节阀门的开度，从而保证反应器温度稳定。当原料热值调节管线10的原料热值传感器11监测的热值与所述热值设定值存在偏差信号时，所述原料热值调节器12首先进行逻辑运算，然后传输信号给所述选择器30，由所述选择器30自动切换到原料调节控制回路上，具体地，所述选择器30的输出端连接至所述原料热值调节器12上，且所述原料热值调节器12与设置在所述原料热值调节管线10上的调节阀相连，如运算结果显示热值过低，则加大原料热值调节管线10上的调节阀进行热值补充，如果热值过高，则减小调节阀开度，防止反应器超温。待热值测量值恢复正常后，所述选择器30自动切换为氧化剂流量控制回路。
在实际生产过程中，当原料热值为所述热值设定值时，所述氧化剂流量控制回路发生作用，氧化剂流量控制回路按照一般的回路系统设计，被控量即氧气流量，此时原料热值控制回路不工作；当生产过程中原料热值趋于所设定的热值限定值但还未达到热值限定值时，此时原料热值控制回路发生作用，处于工作状态，而氧化剂流量控制回路不工作，直到原料热值恢复到设定值时，然后氧化剂流量控制回路又重新工作。即原料热值过大或者过小都会导致反应器超温或者熄火，为避免发生上述事故，此时控制系统会自动切换原料热值控制回路进行反应器温度的调节，实现及时的保护作用，使系统迅速脱离危险回到正常状态，之后再切换为氧化剂流量控制回路正常工作。其中，所述选择器30的功能相当于一个二选一的开关，即接受所述原料热值调节器12或者所述氧化剂流量调节器22的输出信号和取代所述原料热值调节器12或者所述氧化剂流量调节器22的输出信号，其本身的输出信号驱动执行器工作。
综上，本发明所述的以上技术方案具有以下优点：
1. 本发明所述超临界水氧化反应器温度控制方法，所述步骤S1中，获取所述超临界水氧化反应器中的原料热值信号以及氧化剂流量信号；所述步骤S2中，将所述原料热值信号和氧化剂流量信号分别与对应的热值设定值及流量设定值进行逻辑运算得到运算结果；所述步骤S3中，将上述运算结果反馈至选择器，所述选择器根据运算结果选择调节所述原料的热值或者所述氧化剂的流量从而达到控制反应器温度的目的，从而有利于实现对反应器温度的及时准确控制，保障了超临界水氧化装置的连续稳定运行，有效避免由于原料热值的波动或者氧气流量的变化导致的不必要的停车，大幅度的降低了经济损失。
2. 本发明所述超临界水氧化反应器温度控制系统，包括原料热值控制回路以及氧化剂流量控制回路，其中，所述原料热值控制回路包括设置在原料热值调节管线上的原料热值传感器以及原料热值调节器，其中所述原料热值传感器用于监测原料的热值，所述原料热值调节器用于控制原料的热值，且所述原料热值传感器与所述原料热值调节器相连；所述氧化剂流量控制回路包括设置在氧化剂管线上的氧化剂流量传感器以及氧化剂流量调节器，其中所述氧化剂流量传感器用于监测氧化剂的流量，所述氧化剂流量调节器用于控制氧化剂的流量，且所述氧化剂流量传感器与所述氧化剂流量调节器相连，且所述原料热值调节器的输出端与所述氧化剂流量调节器的输出端并联于选择器的输入端，所述选择器的输出端连接至所述原料热值调节器的输入端或者所述氧化剂流量调节器的输入端，从而形成所述原料热值控制回路或者氧化剂流量控制回路，通过所述选择器实现对原料热值调节以及氧化剂流量调节的选择性控制，从而有利于实现对反应器温度的及时准确控制，保障了超临界水氧化装置的连续稳定运行，有效避免由于原料热值的波动或者氧气流量的变化导致的不必要的停车，大幅度的降低了经济损失。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围中。
Claims (8)
1.一种超临界水氧化反应器温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：获取所述超临界水氧化反应器中的原料热值信号以及氧化剂流量信号；
步骤S2：将所述原料热值信号和氧化剂流量信号分别与对应的热值设定值及流量设定值进行逻辑运算得到运算结果，若所述原料热值信号与所述热值设定值相等，则调节所述氧化剂的流量；若所述原料热值信号小于所述热值设定值时，通过调节辅助燃料的流量以使原料热值达到所述热值设定值；若所述原料热值信号大于所述热值设定值时，通过对原料进行稀释以使原料热值达到所述热值设定值；
步骤S3：将上述运算结果反馈至选择器，所述选择器根据运算结果选择调节所述原料的热值或者所述氧化剂的流量从而达到控制反应器温度的目的。
2.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器温度控制方法，其特征在于：若所述原料热值信号与所述热值设定值不等，先进行热值的调节，然后再进行流量的调节。
3.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器温度控制方法，其特征在于：若所述原料热值信号与所述热值设定值不等，先进行流量的调节，当流量调节达到极限时仍无法达到设定温度时再进行热值调节。
4.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器温度控制方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述超临界水氧化反应器内的温度以及反应器的出口温度不超过温度设定值。
5.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器温度控制方法，其特征在于：所述原料热值信号的获取和原料热值的调节形成原料热值控制回路，所述氧化剂流量信号的获取和氧化剂流量的调节形成氧化剂流量控制回路，且所述原料热值控制回路与所述氧化剂流量控制回路并联。
6.根据权利要求5所述的超临界水氧化反应器温度控制方法，其特征在于：若所述原料热值信号与所述热值设定值存在偏差时，自动切换到所述原料热值控制回路上；待热值测量值恢复到热值设定值后，自动切换到所述氧化剂流量控制回路上。
7.一种超临界水氧化反应器温度控制系统，其特征在于：包括原料热值控制回路以及氧化剂流量控制回路，其中，所述原料热值控制回路包括设置在原料热值调节管线上的原料热值传感器以及与所述原料热值传感器相连的原料热值调节器，所述氧化剂流量控制回路包括设置在氧化剂管线上的氧化剂流量传感器以及与所述氧化剂流量传感器相连的氧化剂流量调节器，且所述原料热值调节器的输出端与所述氧化剂流量调节器的输出端并联于选择器的输入端，所述选择器的输出端连接至所述原料热值调节器的输入端或者所述氧化剂流量调节器的输入端。
8.根据权利要求7所述的超临界水氧化反应器温度控制系统，其特征在于：所述原料热值调节管线上或者所述氧化剂管线上设有调节阀。
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