CN110215887A - 一种超临界水气化系统间歇排放装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超临界水气化系统间歇排放装置及控制方法，属于能源清洁利用以及环境保护技术领域，包括收集高压介质的收集罐和连接在收集罐一端的进料管路、进水管路、排放管路和调压管路，且各管路均通过设置在其上的截止阀控制与收集罐的通断，收集罐的另一端连接有控制其压力和容积变化的高压罐，高压罐的另一端连接有定压罐；调压管路还包括背压阀，背压阀通过截止阀控制其与收集罐的通断。本发明通过采用间歇排放的方式实现了对超临界水气化系统的压力控制与降压排放，解决了气化反应中产生的复杂介质在高压降压过程对设备引发的颗粒磨损、粘附堵塞和空化问题。

Description

一种超临界水气化系统间歇排放装置及控制方法

技术领域

本发明属于能源清洁利用以及环境保护技术领域，涉及一种超临界水气化系统间歇排放装置及控制方法。

背景技术

超临界水气化系统已经成为处理废弃物的重要技术手段，它具有处理效果好、反应速度快和系统紧凑等特点。系统安全可靠运行是超临界水气化系统商业化的前提条件，只有气化系统能够连续化运行，它才具有经济性，这是因为超临界水气化系统启动过程需要消耗能量，并且每一次停车后，需要对气化系统进行检修维护，增加气化系统成本。

压力控制和降压排放是影响超临界水气化系统安全可靠运行的关键因素，因为超临界水气化系统运行条件之一是压力高于超临界水临界压力，因此需要对系统的压力进行控制。然而，由于气化系统连续化运行，因此需要连续排放产物，即需要降压排放。传统控制压力和降压排放的方法是直接采用背压阀，虽然超临界水气化处理分解率较高，但是气化过程不可避免地形成颗粒和油类物质，因此流经背压阀的介质相对复杂。介质包含颗粒、油、气和水等，在减压过程中可能引发颗粒磨损、粘附堵塞和空化等问题，进而导致背压阀失效，最终影响气化系统的安全稳定运行。

现有技术中使用多级降压系统实现高压减压，它减缓了减压过程面临复杂介质时所引发的空化问题，但它没有解决颗粒磨损和粘附堵塞等问题；现有技术通过使用封压水实现超临界水系统的压力控制，但是此方法需要对封压水系统进行精密控制，因为封压水系统控制与气化系统压力控制的关联程度较深，一旦封压水系统出现问题，容易引发系统崩溃，并且使用封压水系统进行压力控制的可调性较差。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种超临界水气化系统间歇排放装置及控制方法，通过采用间歇排放的方式实现了对超临界水气化系统的压力控制与降压排放，解决了超临界水气化反应产生的复杂介质在高压降压过程对设备引发的颗粒磨损、粘附堵塞和空化问题，提高了气化系统的可调性与可靠性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超临界水气化系统间歇排放装置，包括用于收集高压介质的收集罐、高压罐和定压罐；

所述高压罐包括壳体和沿壳体轴向移动的活塞；

所述壳体的两端分别位于收集罐和定压罐内，壳体沿其轴向移动且其周向与收集罐和定压罐密封连接；

所述壳体的两端设有用于限制活塞行程和壳体行程的限位件；

位于活塞行程外的壳体两端设有连通收集罐和定压罐的连通孔；

所述活塞的一侧设有活塞杆，活塞杆贯穿定压罐且与其密封连接；

所述收集罐远离高压罐的一端连通有进料管路、进水管路、排放管路和调压管路，且各管路均设有用于控制其与收集罐通断的截止阀；

所述调压管路还包括背压阀，背压阀通过截止阀控制其与收集罐的通断。

可选地，所述排放管路的排放管为螺旋缓冲排放管。

可选地，所述截止阀为高压电动截止阀。

可选地，还包括第一三通接头，所述进料管路、进水管路和收集罐通过第一三通接头连接。

可选地，还包括第二三通接头，所述排放管路、调压管路和收集罐通过第二三通接头连接。

可选地，所述活塞远离活塞杆的一侧上设置有防触碰杆。

可选地，所述限位件关于壳体的轴线对称。

可选地，所述收集罐、高压罐和定压罐同轴。

可选地，所述活塞杆远离活塞的一端连接有定位件

可选地，所述活塞杆穿过连通孔。

可选地，所述壳体位于收集罐的一端敞开。

.一种超临界水气化系统间歇排放的控制方法，包括以下步骤：

A、收集阶段：进料管路与用于收集高压介质的收集罐连通，收集罐远离进料管路的一端与用于改变其容积的高压罐连通，高压罐的另一端连接有用于调节其压力的定压罐，在压力差的作用下，来自气化反应系统的高压介质进入收集罐，在收集罐的有效容积达到最大时关闭进料管路；

B、排放阶段：收集罐收集完成后，排放管路与收集罐连通，收集罐内的高压介质在压力差的作用下从排放管路排出；

C、清洗阶段：进水管路与收集罐连通，清洗水进入收集罐并对其进行清洗，清洗水从排放管路排出，在清洗完成后关闭进水管路与排放管路；

D、充压阶段：调压管路与收集罐连通，调节调压管路的背压阀，在压力差的作用下，收集罐的有效容积逐渐减小，当有效容积减小至设定点时关闭调压管路，然后调整定压罐的压力使其低于反应系统的压力，最后打开进料管路，进入下一循环过程。

本发明的有益效果在于：

1.本发明通过间歇排放方式实现压力调节设备不直接接触超临界水气化反应后的复杂介质，从而解决了复杂介质在减压过程中引发的管路堵塞和阀门失灵等问题，增强了压力调节设备的可靠性，进而实现了系统的安全可靠运行。

2.本发明通过将收集罐上的四路分支和定压罐的稳压支路共五路支路分开控制，不仅实现了气化系统的压力控制和降压排放功能，还提高了气化系统的可调性与可靠性。

3.本发明通过设置活塞和可移动的高压罐，实现了间歇排放装置的容积可变；通过调节装置的容积，实现了反应后介质的收集与排放；通过控制定压罐的压力，不仅实现了进料时对气化系统的压力控制，还实现了对收集罐的充压，使得该装置具有结构简单，易于维护的特点。

4.本发明采用直接高压排放的方式排放物料，不但排放速度快，而且有效降低了介质在收集容器中的残留量。

5.本发明通过在排放管路上设置螺旋缓冲排放管，减弱了由于高压排放对管路的冲击和磨损，提高了装置的使用安全性，延长了装置的使用寿命。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明一种超临界水气化系统间歇排放装置的结构示意图。

附图标记：进料管路1、进水管路2、调压管路3、排放管路4、收集罐5、高压罐6、定压罐7、第一高压电动截止阀101、第二高压电动截止阀201、第一高压调节背压阀301、第三高压电动截止阀302、第四高压电动截止阀401、排放管402、防触碰杆601、第一限位件602、活塞603、壳体604、第二限位件605、活塞杆606、定位孔607、进口管701、第五高压电动截止阀702、出口管703、第六高压电动截止阀704、第二高压调节背压阀705。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1，一种超临界水气化系统间歇排放装置，包括收集罐5、高压罐6和定压罐7；高压罐6包括壳体604和沿壳体604轴向移动的活塞603；壳体604的两端分别位于收集罐5内和定压罐7内，壳体604沿其轴向移动且其周向与收集罐5和定压罐7密封连接；壳体604的两端设置有用于限制活塞行程和壳体行程的限位件；位于活塞行程外的壳体604两端设有连通收集罐5和定压罐7的连通孔；活塞603的一侧设置有活塞杆606，活塞杆606贯穿定压罐7且与其密封连接，活塞杆606远离活塞603的一端连接有定位件；收集罐5远离高压罐6的一端连通有进料管路1、进水管路2、排放管路4和调压管路3。

进水管路2上设置有第二高压电动截止阀201；调压管路3包括沿调压方向依次设置第三高压电动截止阀302和第一高压调节背压阀301；排放管路4沿排放方向依次设置有第四高压电动截止阀401和排放管402，排放管402为螺旋缓冲排放管；定压罐7的进口管路701上设置有第五高压电动截止阀702，定压罐7的出口管路703上设置有第六高压电动截止阀704和第二高压调节背压阀705；进料管路1、进水管路2和收集罐5通过第一三通接头连接；排放管路4、调压管路3和收集罐5通过第二三通接头连接。

活塞603远离活塞杆606的一侧上设置有防触碰杆601；限位件包括第一限位件602和第二限位件605，且均对称设置在壳体604的两侧；收集罐5、高压罐6和定压罐7同轴。

本实施例中的进料管路1的进料口与高压系统连接，进水管路2的进水口与自来水箱连接，排放管路4的排放口与缓冲罐连接，定压罐7的进口管701和出口管703与定压系统相连。

本实施例中的壳体604位于收集罐5的一端敞开；活塞杆606穿过位于壳体604上的连通孔；限位件为限位销，限位销焊接连接在壳体604上，限位销与定压罐7和活塞603接触的部位具有缓冲层；防触碰杆601焊接连接在活塞603上，防触碰杆601用于保护活塞603；活塞杆606与活塞603焊接连接，活塞杆606穿过高压罐6，伸出定压罐7；活塞杆606与定压罐7连接部分的密封为高压动密封，活塞杆606与壳体604连接处不密封，调节气能够通过连接处进入活塞603和可移动高压罐6围成的下部空间；活塞杆606下部开有定位孔607，用于实现活塞603的位置固定；高压罐6与收集罐5、定压罐7连接处的密封为高压动密封。

优选地，限位件与定压罐7和活塞603接触的部位覆盖缓冲层。

优选地，防碰触杆为弹性件。

优选地，防碰触杆与收集罐5接触的部位覆盖缓冲层。

本装置的具体工作过程如下：

收集阶段：打开进料管路1上的第一高压电动截止阀101，此时进水管路2上的第二高压电动截止阀201、调压管路3上的第三高压电动截止阀302和排放管路4上的第四高压电动截止阀401关闭，来自气化反应系统的高压介质从高压系统连接进料口进入收集罐5，此时调整定压罐7的压力略低于收集罐5的压力，在压差作用下，活塞603缓慢向下移动到高压罐6的下端第二限位件605的位置，然后带动高压罐6向下移动，当可移动的高压罐6的上端第一限位件602移动至与收集罐5接触时，关闭进料管路1上的第一高压电动截止阀101，停止收集，并通过活塞杆606上的定位孔607固定住活塞603，进入下一阶段，即排放阶段。

排放阶段：此时保证进水管路2上的第二高压电动截止阀201、调压管路3上的第三高压电动截止阀302和进料管路1上的第一高压电动截止阀101关闭，并打开排放管路4上的第四高压电动截止阀401，此时收集罐5和高压罐6内收集介质在压力差的作用下流经排放管402，并进入缓冲罐，待排放结束，进入下一阶段，即清洗阶段。

清洗阶段：当排放完成后，打开进水管路2上的第二高压电动截止阀201，此时自来水进入装置，并对其进行清洗，待清洗几遍后，继续打水直至收集罐5充满水，此时保证进料管路1上的第一高压电动截止阀101、进水管路2上的第二高压电动截止阀201与排放管路4上的第四高压电动截止阀401关闭，并打开调压管路3上的第三高压电动截止阀302，同时调节第一高压调节背压阀301的定压压力大于定压罐7的压力，然后进入下一阶段，即充压阶段。

充压阶段：移开活塞杆606上的通过定位孔607固定的定位件，使活塞杆606和活塞603可移动，在定压罐7与收集罐5的压差作用下，活塞603在释放瞬间向上移动，收集罐5的压力瞬间上升，因为水不可压缩，因此不会出现活塞603快速向上移动的现象，其后调整调压管路3上的第一高压调节背压阀301，使活塞603缓慢向上，而当活塞603移动到高压罐6上端的第一限位件602的位置时，在压差作用下带动高压罐6向上移动，当高压罐6下端的第二限位件605移动到与定压罐7接触时，关闭调压管路3上的第三高压电动截止阀302，调整定压罐7的压力略低于气化系统的压力，并打开进料管路1上的第一高压电动截止阀101，进入下一循环的收集阶段。

定压罐7的压力调节：定压罐7的进口管701上的第五高压电动截止阀702与定压罐7的出口管703上的第六高压电动截止阀704属于常开装置，通过定压罐7上的出口管703上的第二高压调节背压阀705调节定压罐7的压力，与定压罐7相连的定压系统一直运行。

本装置采用能够在空间和时间上实现分离的间歇排放，是解决高压差降压过程中的复杂介质引发的颗粒磨损、粘附堵塞和空化等问题的重要方法，也是降低系统之间关联度和增强系统可调性的重要方法。

本装置通过设置活塞603和可移动的高压罐6，实现了间歇排放装置的容积可变；通过调节装置的容积，实现了反应后介质的收集与排放；通过控制定压罐7的压力，不仅实现了进料时对气化系统的压力控制，还实现了对收集罐充压，使得该装置具有结构简单，易于维护的特点。

本装置通过间歇排放实现压力调节设备不直接接触超临界水气化反应后的复杂介质，从而解决了复杂介质在减压过程中引发的管路堵塞和阀门失灵等问题，增强了压力调节设备的可靠性，进而实现了系统的安全可靠运行。

本装置通过将收集罐上的四路分支和定压罐的稳压支路共五路支路分开控制，不仅实现了气化系统的压力控制和降压排放，还提高了气化系统的可调性与可靠性。

本装置采用直接高压排放的方式排放介质，由于压力差的作用，流速度快，使残留物不易沉积，有效降低了介质的残留量。同时通过在排放管路上设置螺旋缓冲排放管，减弱了由于高压排放对管路的冲击和磨损，提高了装置的使用安全性，延长了装置的使用寿命。

.一种超临界水气化系统间歇排放的控制方法，包括以下步骤：

A、收集阶段：进料管路1与用于收集反应高压流体的收集罐5连通，收集罐5远离进料管路1的一端与用于改变其容积的高压罐6连通，高压罐6的另一端连接有用于调节其压力的定压罐7，在压力差的作用下，来自气化反应系统的高压介质进入收集罐5，在收集罐5的有效容积达到最大时关闭进料管路1；

B、排放阶段：收集罐5收集完成后，排放管路4与收集罐5连通，收集罐5内的介质在压力差的作用下从排放管路4排出；

C、清洗阶段：进水管路2与收集罐5连通，清洗水进入收集罐5并对其进行清洗，清洗水从排放管路排出，在清洗完成后关闭进水管路与排放管路；

D、充压阶段：调压管路3与收集罐5连通，调节调压管路3的调压阀，在压力差的作用下，收集罐5的有效容积逐渐减小，直至达到设定点，此时关闭调压管路3，同时调整定压罐7的压力略低于反应系统压力，其后打开进料管路1，进入下一循环过程。

本发明通过采用间歇排放的方式实现对超临界水气化系统的压力控制与降压排放，解决了气化反应生成的复杂介质在高压降压过程对设备引发的颗粒磨损、粘附堵塞和空化问题，提高了装置的安全性和稳定性，增强了气化系统的可调性、可靠性和经济性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种超临界水气化系统间歇排放装置，包括收集高压介质的收集罐，其特征在于：还包括高压罐和定压罐；

所述高压罐包括壳体和沿壳体轴向移动的活塞；

所述壳体的两端分别位于收集罐和定压罐内，壳体沿其轴向移动且其周向与收集罐和定压罐密封连接；

所述壳体的两端设有用于限制活塞行程和壳体行程的限位件；

位于活塞行程外的壳体两端设有连通收集罐和定压罐的连通孔；

所述活塞的一侧设有活塞杆，活塞杆贯穿定压罐且与其密封连接；

所述收集罐远离高压罐的一端连通有进料管路、进水管路、排放管路和调压管路，且各管路均设有用于控制其与收集罐通断的截止阀；

所述调压管路还包括背压阀，背压阀通过截止阀控制其与收集罐的通断。

2.根据权利要求1所述的一种超临界水气化系统间歇排放装置，其特征在于：所述排放管路的排放管为螺旋缓冲排放管。

3.根据权利要求1所述的一种超临界水气化系统间歇排放装置，其特征在于：还包括第一三通接头和第二三通接头，所述进料管路、进水管路和收集罐通过第一三通接头连接；所述排放管路、调压管路和收集罐通过第二三通接头连接。

4.根据权利要求1所述的一种超临界水气化系统间歇排放装置，其特征在于：所述活塞远离活塞杆的一侧上设置有防触碰杆。

5.根据权利要求1所述的一种超临界水气化系统间歇排放装置，其特征在于：所述限位件关于壳体的轴线对称。

6.根据权利要求1所述的一种超临界水气化系统间歇排放装置，其特征在于：所述活塞杆远离活塞的一端连接有定位件。

7.根据权利要求1所述的一种超临界水气化系统间歇排放装置，其特征在于：所述壳体位于收集罐的一端敞开。

8.一种超临界水气化系统间歇排放的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、收集阶段：进料管路与用于收集高压介质的收集罐连通，收集罐远离进料管路的一端与用于改变其容积的高压罐连通，高压罐的另一端连接有用于调节其压力的定压罐，在压力差的作用下，来自气化反应系统的高压介质进入收集罐，在收集罐的有效容积达到最大时关闭进料管路；

B、排放阶段：收集罐收集完成后，排放管路与收集罐连通，收集罐内的高压介质在压力差的作用下从排放管路排出；

C、清洗阶段：进水管路与收集罐连通，清洗水进入收集罐并对其进行清洗，清洗水从排放管路排出，在清洗完成后关闭进水管路与排放管路；

D、充压阶段：调压管路与收集罐连通，调节调压管路的背压阀，在压力差的作用下，收集罐的有效容积逐渐减小，当有效容积减小至设定点时关闭调压管路，然后调整定压罐的压力使其低于反应系统的压力，最后打开进料管路，进入下一循环过程。

9.根据权利要求8所述的一种超临界水气化系统间歇排放的控制方法，其特征在于，步骤D中的调压管路中设有用于控制背压阀与收集罐通断的截止阀。

10.根据权利要求8所述的一种超临界水气化系统间歇排放的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1～7任一项中所述的一种超临界水气化系统间歇排放装置。