CN109305709B - 一种用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器及其加工方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器及其加工方法和使用方法，属于化工及环保技术换热器领域。包括筒体、上封头、下封头、污水入口、侧面排污口、加热盘管、蒸汽出口、和底部排污口。工作时，热流体进入加热盘管，污水被不断加热蒸发，成为蒸汽进入蒸氨塔，侧面排污口根据内部无机盐的浓度进行排污，实现了蒸氨再沸器在正常工作时即可正常排污。本发明避免了蒸氨再沸器内污水不断富集浓缩导致的无机盐结晶对部件的破坏，提高了设备的工作效率和安全性，减少了设备维护和更换零部件的成本。

Description

一种用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器及其加工方法和使 用方法

技术领域

本发明属于化工及环保技术换热器领域，具体涉及一种用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器及其加工方法和使用方法。

背景技术

超临界水氧化(supercritical water oxidation)是一种用于处理高浓度、难降解有机废水及污泥的高级氧化技术。当水的温度、压力达到其临界点(374℃、22.1MPa)之上时达到超临界状态，这时的水倾向于一种非极性流体，流动性加强，对有机物和气体几乎可以完全溶解。超临界水氧化技术就是应用了超临界水的诸多特点，将超临界水作为废水污泥中的有机物与氧气进行氧化反应的媒介，在高温高压条件下实现有机物的快速氧化。

目前，常规的耦合有蒸氨单元的典型的超临界水氧化流程见图1。废水及污泥储存于物料储罐中，经物料泵增压后进入预热器进行加热，然后经过加热器进入反应器，与氧气罐提供的氧气充分混合，发生有机物的氧化反应。氧化反应自身是放热的，反应后的高温高压流体首先经过预热器，传递一部分热量给冷态给料，然后经过蒸氨再沸器，加热蒸氨出水产蒸汽，然后进入降压器降压。常温常压下的反应出水进入蒸氨单元进行废水中氨氮的进一步去除，然后达标排放。

在超临界水氧化反应过程中，有机物中的C、H、O元素转化为CO₂和H₂O，有机物中卤族元素(如F、Cl、Br等)和碱金属元素(如K、Na等)均进入水相，以可溶性无机盐的形式存在。N元素若能够彻底氧化则形成N₂，但由于其彻底氧化所需的温度和停留时间较长，一般地，有机物中的氮元素经超临界水氧化反应后以氨态氮的形式存在。由于工业污水排放标准中对废水中总氮、氨氮的排放有严格要求，氮元素排放到水体中会造成富营养化等问题，因此超临界水氧化系统一般都会设置有后续的脱氨单元以实现废水的彻底处理、达标排放。在脱氨单元的技术选择上，蒸氨技术是最成熟、运行成本最低廉的一种。蒸氨技术的核心设备为蒸氨塔，含氨氮的废水与蒸汽在蒸氨塔的多层塔板间穿层混合，废水逐级升温，氨气溢出。脱除氨氮后的废水下沉到蒸氨塔底部塔釜，经泵引入再沸器产蒸汽或者达标排放。

一般地，蒸氨再沸器置于蒸氨塔外，与蒸氨塔通过管道管路连接，废水从塔釜中经水泵引入再沸器，加热再沸器内废水的工质一般为导热油、煤气管式炉或者蒸汽。无论采用哪种方式，都是利用外部热源对废水进行加热，导致运行成本提升，造成浪费。由于超临界水氧化反应自身是放热的，反应器出水的温度一般可达600℃，是品质极高的热源，因此可以采用这部分热量对蒸氨再沸器内的废水加热产生蒸汽，达到节约能源、减小设备投资的目的。

但是，由于上述反应器的高温出水仍没有降压，处于高温高压状态，将其置于蒸氨再沸器的内部盘管，易发生高温流体的跑冒滴漏。同时，再沸器内用于产蒸汽的含氨氮废水也是经过超临界水氧化反应后降温、降压后得到的，前面已经介绍过，由于超临界水氧化反应实现了有机物的氧化反应，出水中含有大量可溶性无机盐，再沸器正常运行过程中只有蒸汽的溢出，没有排污过程，含有大量无机盐的废水在容器内不断浓缩富集，最终会达到无机盐的饱和浓度，导致无机盐在管道表面结晶，造成传热恶化，影响处理效果。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器，本发明的目的之一在于解决蒸氨再沸器内污水不断富集浓缩导致的无机盐结晶对部件的破坏的问题，该蒸氨再沸器结构设计合理，能够实现能量的合理、安全、高效利用。

本发明的目的之二在于解决高温高压流体的泄漏的问题，从而保证装置的安全运行。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器，包括筒体，筒体上方连接上封头，下方连接下封头，筒体和上、下封头共同组成蒸氨再沸器腔体，在该蒸氨再沸器腔体内部固连有加热盘管，且在上封头的顶壁上开设有供加热盘管的热流体进、出口伸出的开孔；上封头上设有蒸汽出口，筒体侧壁上开设有取样口和侧面排污口，下封头上开设有污水入口和底部排污口。

优选地，筒体的一侧内壁上焊接有盘管支撑架，加热盘管通过U型螺栓固定在该盘管支撑架上，且加热盘管采用焊接式盘管。

优选地，上封头上还设有温度表接口和压力表接口。

优选地，筒体与上、下封头之间通过螺栓固定。

优选地，取样口设置位置与热盘管底部齐平；侧面排污口位于加热盘管的顶部上方10～20厘米处。

优选地，筒体侧壁上还开设有溢流口，溢流口的上缘位于筒体与上封头连接处下方5～10厘米处，下缘位于加热盘管的顶部上方20～40厘米处；溢流口的口径为20～40厘米，且采用气动刀型闸阀密封。

优选地，在筒体外壁上设有耳座，下封头底部还设有支座。

本发明还公开了一种用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器的加工方法，包括以下步骤：

1)制作加热盘管，整个加热盘管均采用焊接连接，焊接完成后对焊缝进行X射线探伤检测，合格后备用；

2)制作开设有取样口、溢流口和侧面排污口的筒体，开设有蒸汽出口的上封头，开设有污水入口和底部排污口的下封头，备用；

3)在制作好的筒体一侧内壁上焊接盘管支撑架，然后将加热盘管用U型螺栓固定在盘管支撑架上；

4)根据加热盘管进、出口的尺寸和位置，对应在上封头上开孔，使加热盘管的热流体进、出口能够穿出上封头，然后将加热盘管的热流体进、出管焊接于上封头上，焊接完成后对焊缝进行X射线探伤检测，检验合格后完成制作。

本发明还公开了上述的用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器的使用方法，超临界水氧化系统中反应器出水经降温处理后被输送至所述蒸氨再沸器的加热盘管中，走完整个管程后排出；其中：

蒸氨再沸器的正常工作液位处于加热盘管之上，加热盘管中的热流体将送入腔体内的污水不断加热蒸发，蒸汽从蒸汽出口排出，进入蒸氨塔；

当系统进行在线排污操作时，通过取样口在规定时间间隔内取样一次，分析污水中的无机盐浓度，当无机盐浓度达到预警值时开启侧面排污口进行排污，按规定执行时间进行排污；

当系统停机进行排污操作时：打开底部排污口，彻底放空蒸氨再沸器腔体内的流体。

优选地，上封头上开设压力表接口，溢流口采用气动刀型闸阀密封；当压力表接口所接压力表检测到蒸氨再沸器内部压力急剧升高时，打开溢流口的气动刀型闸阀，迅速将腔体内部的流体排出。

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蒸氨再沸器，包括由筒体、上封头和下封头组成的腔体，该腔体内设有加热盘管，超临界水氧化系统中的反应器出水进入上述加热盘管，加热蒸氨再沸器腔体内的废水，产生的蒸汽从蒸汽出口排出。由于再沸器中用于产蒸汽的废水中含有大量可溶性无机盐，因此本发明考虑在产蒸汽的同时，对污水进行适时的排放，在筒体侧壁上开设取样口，通过取样口能够对蒸氨再沸器腔体内沉积的无机盐浓度进行实时的取样分析，根据分析结果决定是否适时进行排污操作，如需排污则从筒体侧壁上开设的侧面排污口排出，传统排污口设置在再沸器底部，由于污水入口也设置于系统底部，如系统正常工作时执行排污操作，污水从底部入口进入随即在底部排污口排出，形成短路因而起不到替换容器内的浓水的目的。本发明将排污口设置在腔体侧壁能够实现蒸氨再沸器系统运行时的正常排污操作。此外，下封头开设有底部排污口，当超临界水氧化系统停机后，执行蒸氨再沸器的停机排污操作，则可通过该底部排污口彻底放空筒体内液体。本发明的上述改进避免了蒸氨再沸器内污水不断富集浓缩导致的无机盐结晶对部件的破坏，提高了设备的工作效率和安全性，减少了设备维护和更换零部件的成本。

为了实现本发明的目的之二，即为了保证加热盘管中的高温高压流体不泄漏，整个加热盘管采用了焊接工艺制成，避免了法兰连接造成的跑冒滴漏现象，确保了工作介质为高温高压流体的加热盘管不会发生跑冒滴漏现象，增加了安全性和可靠性。

进一步地，本发明充分考虑了高温高压流体对加热盘管造成的受热膨胀问题，加热盘管采用U型螺栓固定在盘管支撑架上，盘管支撑架焊接于筒体内部，当高温高压流体通入加热盘管时，加热盘管具有充足的膨胀空间。

进一步地，上封头上设有温度表接口和压力表接口，可以通过外接温度表和压力表对蒸氨再沸器内部的压力和温度进行实时监控。

进一步地，取样口开设位置与热盘管底部齐平，侧面排污口位于加热盘管的顶部上方10～20厘米处，当液位排至侧面排污口下缘时排污动作自动结束，避免了底部排污口造成排污量过大，导致再沸器内部液位无法淹没加热盘管，造成传热恶化的危害。

进一步地，筒体上设有溢流口，因为加热盘管内通入的是高温高压流体，若内部加热盘管被严重腐蚀导致管壁破裂，高温高压流体从加热盘管内部溢出，造成整个蒸氨再沸器内部的压力瞬间升高，严重时会导致蒸氨再沸器爆裂。在检测到蒸氨再沸器内部压力急剧升高等不正常的情况时，溢流口迅速打开进行泄压，提高了设备的安全性。

更进一步地，溢流口内部装有气动刀型闸阀，可以进行远程控制，并且响应迅速，气动刀型闸阀密封面采用高耐磨、耐腐蚀的陶瓷材料，能够胜任蒸氨再沸器工作时的工况特点。

本发明公开的上述蒸氨再沸器的使用方法，蒸氨再沸器在工作时，加热盘管内部通入的是超临界水氧化反应后的出水，因为超临界水氧化反应后的出水本身具有高温高压的特点，利用这部分热量对蒸氨再沸器内的废水加热产生蒸汽，达到节约能源、减小设备投资的目的。通过实时监测污水中的无机盐浓度进而选择在线排污和停机排污两种方式，能够大大提高设备的使用寿命，减少设备维护和部件更换产生的成本。

本发明公开的用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器加工方法，整个加热盘管采用了焊接工艺制成，避免了法兰连接造成的跑冒滴漏现象。同时，加热盘管与外部的连接同样采用焊接的形式，在封头上开孔以使得加热盘管的进、出水管的两端能够穿出筒体外部，因而可以在外部进行焊接操作，显著地增大了工作空间，有效防止焊机在狭小空间内操作易导致的设备不合格现象。同时，加热盘管焊接制作完成后首先进行X射线检测探伤，合格后才放入筒体内焊接安装，之后再焊接加热盘管进、出管，并且对焊接处再进行X射线探伤。本发明的加工方法将焊点从筒体内移至筒体外部，增大了焊接操作空间，同时为管道连接处焊点的X射线探伤提供了条件，确保了工作介质为高温高压流体的加热盘管不会发生跑冒滴漏现象，增加了安全性和可靠性。

进一步地，上封头上两个开孔的位置和尺寸是由加热盘管的进、出口的大小和位置决定的，使得加热盘管的进、出口可以穿过上封头并延伸到蒸氨再沸器腔体外面。

附图说明

图1为现有技术的耦合有蒸氨单元的超临界水氧化系统流程图；

图2为本发明的蒸氨再沸器的结构示意图。

图中，1为污水入口，2为取样口，3为盘管支撑架，4为U型螺栓，5为加热盘管，6为溢流口，7为温度表接口，8为蒸汽出口，9为压力表接口，10为加热盘管出口，11为加热盘管进口，12为上封头，13为封头与筒体间的连接螺栓，14为侧面排污口，15为耳座，16为筒体，17为下封头，18为底部排污口，19为支座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图2，本发明的一种用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器，包括筒体16、上封头12和下封头17，筒体16与上封头12、下封头17分别固定连接，形成蒸氨再沸器腔体，在筒体16内部固定有加热盘管5，上封头12的顶壁上开设有供加加热盘管进口11和加热盘管出口10伸出的开孔；在上封头12顶部设有蒸汽出口8，在下封头17的底部设有污水入口1和底部排污口18，在筒体16侧壁上设有取样口2和侧面排污口14。

优选地，筒体16的一侧内壁上焊接有盘管支撑架3，加热盘管5通过U型螺栓4固定在该盘管支撑架3上，加热盘管5采用焊接式盘管。上封头12上还设有温度表接口7和压力表接口9。

优选地，取样口2开设位置与热盘管5底部齐平；侧面排污口14开设于加热盘管5顶部上方10～20厘米处。在筒体16侧壁上还开设有溢流口6，溢流口6上缘位于筒体16与上封头12连接处下方5～10厘米处，下缘位于加热盘管5顶部上方20～40厘米处；溢流口6口径为20～40厘米，且采用气动刀型闸阀密封。在筒体16外壁上还设有耳座15，下封头17底部还设有支座19。

筒体16与上、下封头之间均采用螺栓连接，如图2中13为封头与筒体间的连接螺栓。

本发明的用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器，在使用时：

超临界水氧化反应出水通过加热盘管进口11进入加热盘管5，由于超临界水氧化反应出水具有高温高压的特点，整个加热盘管5采用焊接连接，不设任何法兰，焊接完成后对焊缝进行X射线探伤；加热盘管5采用U型螺栓4固定在盘管支撑架3上，盘管支撑架3焊接于于筒体16内部，当高温高压流体通入加热盘管5时，加热盘管5具有充足的膨胀空间。加热盘管5加热由污水入口1进入的污水，蒸氨再沸器内部的超临界水氧化反应出水不断加热蒸发，蒸汽从加蒸汽出口8排出，进入蒸氨塔。加热盘管5中的超临界水氧化反应出水换热后从加热盘管出口10流走。

上封头上设有温度表接口7和压力表接口9，接有温度表和压力表，可以对蒸氨再沸器内部的温度和压力进行实时监控。当检测到蒸氨再沸器内部压力急剧升高时，系统控制打开溢流口6内部的气动刀型闸阀，溢流口的尺寸较其它接口明显加大，能够迅速将内部流体排出。

筒体16上设有取样口2，位置与加热盘管5底部平齐，可以对蒸氨再沸器内部沉积区的无机盐浓度进行实时的检测分析，根据检测结果进行后续的排污操作。蒸氨再沸器的正常工作液位，处于加热盘管5之上，本发明侧面排污口14的下缘位于加热盘管5上方，可以实现蒸氨再沸器在正常工作时的在线排污，当液位排至侧面排污口14下缘时排污动作自动结束，避免了底部排污口18造成排污量过大，导致蒸氨再沸器内部液位无法淹没加热盘管5，造成传热恶化；当系统停机时，使用底部排污口18排空蒸氨再沸器内部流体，进行彻底清理。

本发明公开的上述用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器的加工方法，包括以下步骤：

1)制作加热盘管，整个加热盘管均采用焊接连接，焊接完成后对焊缝进行X射线探伤检测，合格后备用；

2)制作开设有取样口、溢流口和侧面排污口的筒体，开设有蒸汽出口的上封头，开设有污水入口和底部排污口的下封头，备用；

3)在制作好的筒体一侧内壁上焊接盘管支撑架，然后将加热盘管用U型螺栓固定在盘管支撑架上；

4)根据加热盘管进、出口的尺寸和位置，对应在上封头上开孔，使加热盘管的热流体进、出口能够穿出上封头，然后将加热盘管的进、出口焊接于上封头上，焊接完成后对焊缝进行X射线探伤检测，检验合格后完成制作。

以下举例说明蒸氨再沸器的排污过程：

参见图1，超临界水氧化系统中反应器出水首先经过预热器降低一定的温度，然后进入蒸氨再沸器的加热盘管，走完整个管程后排出。

蒸氨再沸器的正常工作液位处于加热盘管5之上，加热盘管5中的热流体将送入腔体内的污水不断加热蒸发，蒸汽从蒸汽出口8排出，进入蒸氨塔；

当系统进行在线排污操作时，通过取样口2每隔20小时取样一次，分析污水中的无机盐浓度，当无机盐浓度达到预警值时开启侧面排污口14进行排污，每次排污执行时间为2分钟；

当系统停机进行排污操作时：打开底部排污口18，彻底放空蒸氨再沸器腔体内的流体。

举例说明蒸氨再沸器的事故排放过程：

当压力表接口9所接压力表检测到蒸氨再沸器内部压力急剧升高时，打开溢流口6的气动刀型闸阀，迅速将腔体内部的流体排出。

Claims (5)

1.一种用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器，其特征在于，包括筒体（16），筒体（16）上方固连上封头（12），下方固连下封头（17），筒体（16）和上、下封头共同组成蒸氨再沸器腔体，在该蒸氨再沸器腔体内部固连有加热盘管（5），且在上封头（12）的顶壁上开设有供加热盘管（5）的热流体进、出口伸出的开孔；上封头（12）上设有蒸汽出口（8），筒体（16）侧壁上开设有取样口（2）和侧面排污口（14），下封头（17）上开设有污水入口（1）和底部排污口（18）；

筒体（16）的一侧内壁上焊接有盘管支撑架（3），加热盘管（5）通过U型螺栓（4）固定在该盘管支撑架（3）上；

加热盘管（5）采用焊接式盘管；

上封头（12）上还设有温度表接口（7）和压力表接口（9），当压力表接口（9）所接压力表检测到蒸氨再沸器内部压力急剧升高时，打开溢流口（6）的气动刀型闸阀，迅速将腔体内部的流体排出；

取样口（2）开设位置与加热盘管（5）底部齐平；侧面排污口（14）开设于加热盘管（5）顶部上方10~20厘米处；

在筒体（16）侧壁上还开设有溢流口（6），溢流口（6）上缘位于筒体（16）与上封头（12）连接处下方5~10厘米处，下缘位于加热盘管（5）顶部上方20~40厘米处；溢流口（6）口径为20~40厘米，且采用气动刀型闸阀密封。

2.根据权利要求1所述的用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器，其特征在于，在筒体（16）外壁上还设有耳座（15），下封头（17）底部还设有支座（19）。

3.一种制造如权利要求1或2所述的用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）制作加热盘管，整个加热盘管均采用焊接连接，焊接完成后对焊缝进行X射线探伤检测，合格后备用；

2）制作开设有取样口、溢流口和侧面排污口的筒体，开设有蒸汽出口的上封头，开设有污水入口和底部排污口的下封头，备用；

3）在制作好的筒体一侧内壁上焊接盘管支撑架，然后将加热盘管用U型螺栓固定在盘管支撑架上；

4）根据加热盘管进、出口的尺寸和位置，对应在上封头上开孔，使加热盘管的热流体进、出口能够穿出上封头，然后将加热盘管的进、出口焊接于上封头上，焊接完成后对焊缝进行X射线探伤检测，检验合格后完成制作。

4.权利要求1或2所述的用于超临界水氧化系统的蒸氨再沸器的使用方法，其特征在于，超临界水氧化系统中反应器出水经降温处理后被输送至所述蒸氨再沸器的加热盘管（5）中，走完整个管程后排出；其中：

蒸氨再沸器的正常工作液位处于加热盘管（5）之上，加热盘管（5）中的热流体将送入腔体内的污水不断加热蒸发，蒸汽从蒸汽出口（8）排出，进入蒸氨塔；

当系统进行在线排污操作时，通过取样口（2）在规定时间间隔内取样一次，分析污水中的无机盐浓度，当无机盐浓度达到预警值时开启侧面排污口（14）进行排污，按规定执行时间进行排污；

当系统停机进行排污操作时：打开底部排污口（18），彻底放空蒸氨再沸器腔体内的流体。

5.根据权利要求4所述的使用方法，其特征在于，上封头（12）上设置压力表接口（9），筒体（16）侧壁上还开设有溢流口（6），且溢流口（6）采用气动刀型闸阀密封；

当压力表接口（9）所接压力表检测到蒸氨再沸器内部压力急剧升高时，打开溢流口（6）的气动刀型闸阀，迅速将腔体内部的流体排出。

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