CN109879567B - 一种应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统及处理方法，通过设置高位水箱和气动阀的方式，在突发停电事故时，通过气动阀的开启关闭将超临界水氧化装置的高压区隔离成几个工作段，分别执行泄压操作，然后利用高位水箱中的储存水对管路分别进行强制冲洗，实现在无供电状态下完成超临界水氧化装置中污泥排除并清洗的操作，有效避免了突发停电事故造成的污泥堵塞在超临界水氧化系统中无法排出、造成设备不可逆损坏的风险。同时也避免了设置大功率柴油发电机组带来的设备投资增大的问题，避免了由于引入易燃易爆的柴油而增加系统不安全性的风险。

Description

一种应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统及处理 方法

技术领域

本发明属于化工及环保技术领域，具体涉及一种应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统及处理方法。

背景技术

通常情况下，水以蒸汽、液态水和冰三种常见的状态存在，液态水是极性溶剂，其密度几乎不随压力的升高而改变，可以溶解包括盐在内的大多数电解质，对气体和大多数有机物则微溶或不溶。超临界水是指温度、压力均高于其临界点(374.15℃，22.1MPa)的特殊状态下的水。超临界水的性质会发生极大的变化，其密度、介电常数、扩散系数以及热导率都不同于普通水。而且，有机物以及气体在超临界水中的溶解度显著提高。超临界水氧化技术(SCWO技术)正是利用了水在超临界状态下所具有的特殊性质，使氧化剂和有机物完全溶解在超临界水中并发生均相的氧化反应，迅速、彻底的将有机物转化为无害的二氧化碳、氮气以及水等小分子化合物。与其他传统的高难度、难生化降解有机废水的处理技术相比，超临界水氧化技术具有以下优势：

1、氧化效率高，有机物的理论去除率可达99.9％以上；

2、反应时间短，设备结构简单，占地面积小；

3、有机物质量浓度达到3％后，系统能够实现自热。

由于超临界水氧化技术的巨大优势，该技术正在迅速推广。目前现有的超临界水氧化装置的主要处理对象为市政污泥以及各个化工行业废水处理厂产生的工业污泥。然而，在污泥超临界水氧化技术推广应用过程中，发现了如下缺陷：

为了使得污泥具有流动性，能在设备管道中流动，在污泥给料进入超临界水氧化系统之前，需要将其进行稀释处理，使其含水率升高从而降低粘度。另一方面，在待处理污泥中加入大量清水，使得待处理的污泥量增加，从而提高了运行成本，这是任何商业化装置都无法接受的。除了加水稀释外，另一个能提高污泥流动性的方法是加热，因为污泥具有粘度随温度的升高而降低的特性，可以通过预热装置，使得经过污泥输送泵之后的污泥全部处于高温状态，直到反应器中超临界水氧化反应完成，此时有机物已被氧化，物料的高粘性已不复存在。通过上述方案实现的污泥超临界水氧化装置，在保证没有过度稀释物料的前提下实现了物料粘度的降低，保证了系统的安全性、可靠性。目前该方案被当前运行的污泥超临界水氧化工业化装置普遍采用。

然而，上述污泥预热降粘的方案存在一个致命缺陷：系统中，从污泥输送泵到反应器之间的设备管路之中的污泥必须保证高温、低粘度才能输送，一旦出现某些故障导致动力设备停运，如突发停电、污泥输送泵损坏等，则会导致设备管路中的未完成氧化反应的污泥沉积在设备、管路中，随着时间的推移，污泥的温度越来越低，粘度越来越高。如果不加处理，这些污泥会将设备管路彻底堵住，对超临界水氧化装置造成毁灭性的不可逆损坏。由于超临界水氧化装置是高温、高压装置，为保证密封性，各设备一般采用焊接的方式连接，而不采用法兰连接。也就是说，一旦出现污泥沉积在了设备管路中的情况，只能通过将管道大量割开的方式进行维修，即便如此也不一定能将常温下粘度高达10000mPa·s的污泥彻底从系统中清除。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统及处理方法，能够在突发停电的情况下，将超临界水氧化装置中的污泥迅速排出，有效防止出现污泥堵在管路中无法清除的潜在风险。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统，包括超临界水氧化处理单元、冲洗单元及辅机单元；

其中，超临界水氧化处理单元包括污泥预处理罐、换热器、加热器、反应器和三相分离器；

污泥预处理罐的出口通过污泥输送泵与换热器的壳侧入口相连，换热器的壳侧出口与加热器的入口相连，加热器的出口与反应器的入口相连，反应器的出口与换热器的管侧入口相连，换热器的管侧出口通过背压阀与三相分离器的入口相连，在三相分离器的顶部设有排气口，底部设有排渣口，筒壁上设有排液口；

冲洗单元包括高位水罐和低位水池，高位水罐有四个出口，分别通向换热器壳侧入口管路、反应器入口管路、换热器管侧入口管路和背压阀入口管路；低位水池上有四个入口，分别与换热器壳侧出口管路、反应器出口管路、换热器管侧出口管路和背压阀出口管路相连；

辅机单元包括备用电源、空压机及储气罐；

在超临界水氧化处理单元的组件相连的管路上设有气动阀V1～V5，在冲洗单元的组件相连的管路上设有气动阀V6～V13，储气罐与上述气动阀相连，用于控制气动阀的开合。

优选地，高位水罐位于该系统的位置最高点，且高位水罐的底端标高比系统中其它组件的最高点的标高高出若干米。

优选地，保证高位水罐中长期储存有水。

优选地，低位水池位于该系统的位置最低点，且低位水池的顶端标高比系统其它组件的最低点的标高低出若干米。

优选地，备用电源采用蓄电池储能设备，用于维持灯光照明及必要的远程控制系统的正常运行。

优选地，储气罐的储气量能够维持系统中的气动阀的开启/关闭操作。

优选地，在超临界水氧化处理单元中，气动阀V1设置于污泥输送泵出口与换热器壳侧入口相连的管路上；气动阀V2设置于加热器出口与反应器入口相连的管路上；气动阀V3设置于反应器出口与换热器管侧入口相连的管路上；气动阀V4设置于换热器管侧出口与背压阀入口相连的管路上；气动阀V5设置于背压阀出口与三相分离器入口相连的管路上；

在冲洗单元中，气动阀V6设置在高位水罐出口与背压阀入口相连的管路上；气动阀V7设置在高位水罐出口与反应器入口相连的管路上；气动阀V8设置在高位水罐出口与换热器管侧入口相连的管路上；气动阀V9设置在高位水罐出口与换热器壳侧入口相连的管路上；气动阀V10设置在背压阀出口与低位水池入口相连的管路上；气动阀V11设置在换热器壳侧出口与低位水池入口相连的管路上；气动阀V12设置在换热器管侧出口与低位水池入口相连的管路上；气动阀V13设置在反应器出口与低位水池入口相连的管路上。

本发明还公开了基于上述的应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统排除系统中污泥并清洗设备的方法，包括以下步骤：

1)断电时备用电源启动，必要的远程控制系统重新开机，照明恢复；

2)关闭气动阀V1、V2、V3、V4及V5，将超临界水氧化处理单元的高压区切割为四个部分，分别为换热器壳侧和电加热器部分、反应器部分、换热器管侧部分及背压阀管路部分；

3)将背压阀全开，然后缓慢开启气动阀V10、V11、V12及V13，使上述高压区的四个部分的高温高压热流体逐渐泄放到低位水池中；

4)待泄放操作完成，开启气动阀V6、V7、V8及V9，同时维持气动阀V10、V11、V12及V13的开启状态，将高位水罐中的水分别灌入换热器壳侧和电加热器部分、反应器部分、换热器管侧部分及背压阀管路部分，清洗设备管道中的残存污泥。

优选地，完成步骤4)操作后，还包括人工清洗低位水池及关闭备用电源的操作，待来电后重启系统，进行正常工作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统，在发生停电事故的时候首先通过系统自带的高压将设备管道内的大部分污泥强制排出，然后利用高位水箱中，依靠重力作用使得清水强力冲洗设备管道，清理残存的污泥物料，从而实现无供电状态下的系统排空，有效避免了突发停电事故造成的污泥堵塞在超临界水氧化系统中无法排出、造成设备不可逆损坏的风险。系统中只需设置一个小功率的UPS电源即可满足必要的远程控制系统供电，有效降低了辅机设备的投资，且避免了现有技术中由于设置柴油发电机组并储存柴油而引发的出现爆炸的风险。

进一步地，高位水罐位于整个系统的最高点，无论超临界水氧化装置如何布置，该高位水罐的底端标高比系统其它设备的最高点的标高都要高几米。高位水罐中长期储存有自来水。低位水池位于整个系统的最低点，无论超临界水氧化装置如何布置，该低位水池的顶端标高比系统其它设备的最低点的标高都要低几米。

进一步地，备用电源采用蓄电池储能设备。其电功率只需能够维持必要的远程控制系统的正常运行、维持必要的灯光照明。

进一步地，储气罐的储气量能够维持系统中的关键气动阀的开启/关闭操作。

本发明公开的基于上述系统的处理方法，巧妙了利用了气动阀门不需要大功率用电的特征，通过气动阀的开启关闭将超临界水氧化装置的高压区隔离成几个工作段，分别执行泄压操作并分别冲洗，避免了由于设备管路过长造成的泄压不彻底、冲洗水阻力过大的问题。应用基于上述系统应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故方法，可以实现在停电事故中完成系统中污泥排除并清洗的操作，有效避免了突发停电事故造成的污泥堵塞在超临界水氧化系统中无法排出、造成设备不可逆损坏的风险。

附图说明

图1为本发明应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统的结构示意图。

其中，1为污泥预处理罐，2为污泥输送泵，3为换热器，4为加热器，5为反应器，6为背压阀，7为三相分离器，8为高位水罐，9为低位水池；V1～V13为气动阀。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，为本发明的一种用于应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统，包括超临界水氧化主单元、冲洗单元以及辅机单元。

超临界水主单元包括污泥预处理罐1，污泥预处理罐1的出口与污泥输送泵2的入口相连，污泥输送泵2的出口与换热器3的壳侧入口相连，换热器3的壳侧出口与加热器4相连，加热器4的出口与反应器5的入口相连，反应器5的出口与换热器3的管侧入口相连，换热器3的管侧出口与背压阀6的入口相连，背压阀6的出口与三相分离器7的入口相连，在三相分离器7的顶部设有排气口，底部设有排渣口，筒壁上设有排液口，三相均可以实现达标排放。除此之外还包括各设备之间的气动阀V1～V5。气动阀V1设置于污泥输送泵2出口与换热器3壳侧入口相连的管路上；气动阀V2设置于加热器4出口与反应器5入口相连的管路上；气动阀V3设置于反应器5出口与换热器3管侧入口相连的管路上；气动阀V4设置于换热器3管侧出口与背压阀6入口相连的管路上；气动阀V5设置于背压阀6出口与三相分离器7入口相连的管路上；

冲洗单元包括高位水罐8和低位水池9，其中高位水罐8有四个出口，分别通向换热器3壳侧入口管路、反应器5入口管路、换热器3管侧入口管路和背压阀6入口管路，与之对应的，低位水池9上有四个入口，分别与上述四个设备的出口管路相连，即换热器3壳侧出口管路、反应器5出口管路、换热器3管侧出口管路和背压阀6出口管路。除此之外还包括各设备之间的气动阀V6～V13。气动阀V6设置在高位水罐8出口与背压阀6入口相连的管路上；气动阀V7设置在高位水罐8出口与反应器5入口相连的管路上；气动阀V8设置在高位水罐8出口与换热器3管侧入口相连的管路上；气动阀V9设置在高位水罐8出口与换热器3壳侧入口相连的管路上；气动阀V10设置在背压阀6出口与低位水池9入口相连的管路上；气动阀V13设置在换热器3壳侧出口与低位水池9入口相连的管路上；气动阀V11设置在换热器3管侧出口与低位水池9入口相连的管路上；气动阀V12设置在反应器5出口与低位水池9入口相连的管路上。

辅机单元包括备用电源、空压机及储气罐。

所述的高位水罐8位于整个系统的最高点，无论超临界水氧化装置如何布置，该高位水罐8的底端标高比系统其它设备的最高点的标高都要高几米。高位水罐8中长期储存有自来水。

所述的低位水池9位于整个系统的最低点，无论超临界水氧化装置如何布置，该低位水池9的顶端标高比系统其它设备的最低点的标高都要低几米。

所述的备用电源采用蓄电池储能设备，其电功率只需能够维持必要的远程控制系统的正常运行、维持必要的灯光照明。

所述的阀门均采用气动阀形式，可以远程控制。

所述的储气罐的储气量能够维持系统中的关键气动阀的开启/关闭操作。

本发明还公开了一种基于上述系统应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故、完成系统中污泥排除并清洗的方法，包括以下步骤：

1)系统正常运行，由于外界不可控因素，突然断电。

2)备用电源启动，必要的远程控制系统重新开机，照明恢复。

3)关闭阀门V1、V2、V3、V4及V5，将超临界水氧化系统的高压区切割为换热器3壳侧+电加热器4、反应器5、换热器3管侧及背压阀6管路四个部分。

4)全开背压阀6，缓慢开启阀门V10、V11、V12及V13，使得换热器3壳侧+电加热器4、反应器5、换热器3管侧及背压阀6管路中的高温高压热流体逐渐泄放到低位水池中。

5)待泄放操作完成，开启阀门V6、V7、V8及V9，同时维持阀门V10、V11、V12及V13的开启状态，将高位水罐8中的水分别灌入换热器3壳侧+电加热器4、反应器5、换热器3管侧及背压阀6管路，清洗设备管道中的残存污泥，防止污泥在设备管道的内避免干化、沉积、结焦或者结垢。

6)完成上述操作后，人工清洗低位水池9，关闭备用电源，等待来电后重启系统。

理论上讲，设置一个与超临界水氧化装置相同功率的柴油发电机组也可以实现停电状态下的快速切换，防止系统崩溃。但是，由于超临界水氧化装置中设有大功率的物料泵、大功率的加热装置，功率常常高达数千千瓦，需要备用一个庞大的柴油发电机组，势必要备用大量的柴油。然而，超临界水氧化装置自身属高温高压装置，又用到大量氧气，在装置中储存大量柴油无疑增大了系统的安全隐患，同时柴油发电机组的购置又是一笔不菲投资，严重影响了系统的安全性、经济性。采用本发明的用于应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统则可以有效避免上述问题，系统中只需设置一个小功率的UPS电源即可满足必要的远程控制系统供电，有效降低了辅机设备的投资，且避免了因为设置柴油发电机组并储存柴油而引发的出现爆炸的风险。

本领域的技术人员可以理解，上文所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合，从而在解决本发明的技术问题。

在详细说明本发明的实施例之后，本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本发明亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。

Claims (9)

1.一种应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统，其特征在于，包括超临界水氧化处理单元、冲洗单元及辅机单元；

其中，超临界水氧化处理单元包括污泥预处理罐(1)、换热器(3)、加热器(4)、反应器(5)和三相分离器(7)；

污泥预处理罐(1)的出口通过污泥输送泵(2)与换热器(3)的壳侧入口相连，换热器(3)的壳侧出口与加热器(4)的入口相连，加热器(4)的出口与反应器(5)的入口相连，反应器(5)的出口与换热器(3)的管侧入口相连，换热器(3)的管侧出口通过背压阀(6)与三相分离器(7)的入口相连，在三相分离器(7)的顶部设有排气口，底部设有排渣口，筒壁上设有排液口；

冲洗单元包括高位水罐(8)和低位水池(9)，高位水罐(8)有四个出口，分别通向换热器(3)壳侧入口管路、反应器(5)入口管路、换热器(3)管侧入口管路和背压阀(6)入口管路；低位水池(9)上有四个入口，分别与换热器(3)壳侧出口管路、反应器(5)出口管路、换热器(3)管侧出口管路和背压阀(6)出口管路相连；

辅机单元包括备用电源、空压机及储气罐；

在超临界水氧化处理单元的组件相连的管路上设有气动阀V1～V5，在冲洗单元的组件相连的管路上设有气动阀V6～V13，储气罐与上述气动阀相连，用于控制气动阀的开合。

2.根据权利要求1所述的应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统，其特征在于，高位水罐(8)位于该系统的位置最高点，且高位水罐(8)的底端标高比系统中其它组件的最高点的标高高出若干米。

3.根据权利要求1所述的应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统，其特征在于，保证高位水罐(8)中长期储存有水。

4.根据权利要求1所述的应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统，其特征在于，低位水池(9)位于该系统的位置最低点，且低位水池(9)的顶端标高比系统其它组件的最低点的标高低出若干米。

5.根据权利要求1所述的应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统，其特征在于，备用电源采用蓄电池储能设备，用于维持灯光照明及必要的远程控制系统的正常运行。

6.根据权利要求1所述的应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统，其特征在于，储气罐的储气量能够维持系统中的气动阀的开启/关闭操作。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统，其特征在于，在超临界水氧化处理单元中，气动阀V1设置于污泥输送泵(2)出口与换热器(3)壳侧入口相连的管路上；气动阀V2设置于加热器(4)出口与反应器(5)入口相连的管路上；气动阀V3设置于反应器(5)出口与换热器(3)管侧入口相连的管路上；气动阀V4设置于换热器(3)管侧出口与背压阀(6)入口相连的管路上；气动阀V5设置于背压阀(6)出口与三相分离器(7)入口相连的管路上；

在冲洗单元中，气动阀V6设置在高位水罐(8)出口与背压阀(6)入口相连的管路上；气动阀V7设置在高位水罐(8)出口与反应器(5)入口相连的管路上；气动阀V8设置在高位水罐(8)出口与换热器(3)管侧入口相连的管路上；气动阀V9设置在高位水罐(8)出口与换热器(3)壳侧入口相连的管路上；气动阀V10设置在背压阀(6)出口与低位水池(9)入口相连的管路上；气动阀V13设置在换热器(3)壳侧出口与低位水池(9)入口相连的管路上；气动阀V11设置在换热器(3)管侧出口与低位水池(9)入口相连的管路上；气动阀V12设置在反应器(5)出口与低位水池(9)入口相连的管路上。

8.基于权利要求7所述的应对污泥超临界水氧化装置突发停电事故的系统排除系统中污泥并清洗设备的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)断电时备用电源启动，必要的远程控制系统重新开机，照明恢复；

2)关闭气动阀V1、V2、V3、V4及V5，将超临界水氧化处理单元的高压区切割为四个部分，分别为换热器(3)壳侧和电加热器(4)部分、反应器(5)部分、换热器(3)管侧部分及背压阀(6)管路部分；

3)将背压阀(6)全开，然后缓慢开启气动阀V10、V11、V12及V13，使上述高压区的四个部分的高温高压热流体逐渐泄放到低位水池(9)中；

4)待泄放操作完成，开启气动阀V6、V7、V8及V9，同时维持气动阀V10、V11、V12及V13的开启状态，将高位水罐(8)中的水分别灌入换热器(3)壳侧和电加热器(4)部分、反应器(5)部分、换热器(3)管侧部分及背压阀(6)管路部分，清洗设备管道中的残存污泥。

9.根据权利要求8所述的排除系统中污泥并清洗设备的方法，其特征在于，完成步骤4)操作后，还包括人工清洗低位水池(9)及关闭备用电源的操作，待来电后重启系统，进行正常工作。

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