CN111943350A - 一种火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置，包括点火区、反应区、分离区三部分。该装置利用点火区中火花塞点燃的火焰引燃反应斜管中的燃料，使得反应区内温度迅速达到反应要求，实现了有机废液的快速预热和高效降解，此外，整个加热过程中燃料无需使用预热器，降低了设备的投资与能耗。分离直管下端设有第一电动球阀、排盐管以及第二电动球阀，通过调节第一电动球阀与第二电动球阀的开关，实现装置的自动排盐，避免含盐污水的产生，有利于反应器的连续运行与零排放，满足工业化处理需求。
Description
技术领域
本发明涉及超临界水氧化领域，尤其涉及一种火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置。
背景技术
超临界水氧化(SCWO)技术是指在23～30MPa、400～600℃的条件下，以超临界水为反应介质，以空气、O2或H2O2为氧化剂，将有机物降解为无害的CO2、N2和H2O等小分子的高级氧化技术，其中Cl、P和S通常被转化为相应的酸或以无机盐析出，SCWO技术被美国认定为能源与环境领域中最有前途的废物处理关键技术，尽管应用基础已经形成，国内外也已经有一些SCWO工业装置，但是反应器的腐蚀、盐沉积以及高运行成本问题阻碍了该技术的工业化推广。
专利号为CN104291546A的超临界水氧化装置，主体由倾斜放置的斜管反应器和垂直放置的直管分离器组成，预热至200℃的废料同氧化剂以及500～600℃的超临界水混合后进入斜管，斜管内设有多孔内衬管，边界流体在内衬管内表面形成保护膜，避免固体颗粒在反应器内壁沉积，减小反应产物对斜管的腐蚀与盐沉积，并降低反应斜管内壁温度，确保设备的安全运行，降低设备的材质要求。产物在分离器中通过重力沉降实现固液分离，冷却水对其进行中和与降温，同时将分离器底部的固体颗粒溶解排出。但随着反应的进行，装置需不断通入500～600℃超临界水，存在高运行成本问题，而且固体颗粒溶解排出后会产生二次污染，无法实现零排放，不利于装置的连续运行。
目前为解决物料的预热问题，专利号为CN102190363A利用辅助燃料补给热量的超临界水氧化反应器，提出了燃料加热的方法，能够利用辅助燃料补给反应所需热量，通过不同方向的射流使物料、燃料以及氧化剂(空气或氧气)进行高效混合以提高其氧化效率。但该装置燃料点火困难，在与氧化剂一同进入反应器之前需使用预热器，仍存在高运行成本问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置，解决了装置预热时存在的高运行成本问题以及排盐时产生的二次污染问题。
本发明的技术方案：
一种火花塞点火内燃式超临界水氧化装置，包括点火区、反应区和分离区三部分，
所述点火区由燃料入口总管(1)、三通阀(2)、第一燃料入口管(3)、第一截止阀(4)、第一燃料出口管(5)、第一氧化剂入口管(6)、第二截止阀(7)、第一氧化剂出口管(8)、第一雾化喷嘴(9)、火花塞(10)、火焰发生管(11)、第三截止阀(12)、火焰出口管(13)、第二燃料入口管(14)、第四截止阀(15)、第二燃料出口管(16)、斜管端盖(17)、第二氧化剂入口管(18)、第五截止阀(19)、第二氧化剂出口管(20)、第二雾化喷嘴(21)组成，
所述三通阀(2)的燃料入口(2-1)、第一燃料出口(2-2)、第二燃料出口(2-3)分别与燃料入口总管(1)、第一燃料入口管(3)、第二燃料入口管(14)连接，所述第一燃料入口管(3)与第一截止阀(4)入口连接，所述第一截止阀(4)出口与第一燃料出口管(5)连接，所述第一氧化剂入口管(6)与第二截止阀(7)入口连接，所述第二截止阀(7)出口与第一氧化剂出口管(8)连接，所述第一氧化剂出口管(8)与第一燃料出口管(5)通过螺纹与第一雾化喷嘴(9)连接，所述第一雾化喷嘴(9)与火花塞(10)通过螺纹连接在火焰发生管(11)上，所述火花塞(10)设在第一雾化喷嘴(9)出口处，所述火焰发生管(11)出口与第三截止阀(12)入口连接，所述第三截止阀(12)出口与火焰出口管(13)连接，所述第二燃料入口与第四截止阀(15)入口连接，所述第四截止阀(15)出口与第二燃料出口管(16)连接，所述第二燃料出口管(16)焊接在斜管端盖(17)上侧面，所述第二氧化剂入口管(18)与第五截止阀(19)入口连接，所述第五截止阀(19)出口与第二氧化剂出口管(20)连接，所述第二氧化剂出口管(20)焊接在斜管端盖(17)中心处，所述第二雾化喷嘴(21)通过螺纹连接在第二氧化剂出口管(20)末端；
所述反应区由斜管端盖(17)、第二氧化剂入口管(18)、第五截止阀(19)、第二氧化剂出口管(20)、第二雾化喷嘴(21)、废水入口管(22)、第六截止阀(23)、废水出口管(24)、反应斜管(25)、T型多孔内衬管(26)、斜管凸台(27)、第三氧化剂入口管(28)、第七截止阀(29)、第三氧化剂出口管(30)组成，
所述废水入口管(22)与第六截止阀(23)入口连接，所述第六截止阀(23)出口与废水出口管(24)连接，所述废水出口管(24)焊接在斜管端盖(17)下侧面，反应斜管(25)上端设有斜管端盖(17)，所述反应斜管(25)内设有T型多孔内衬管(26)，所述T型多孔内衬管(26)上端为凸起端，所述反应斜管(25)内侧设有斜管凸台(27)，用于固定T型多孔内衬管(26)，所述第三氧化剂入口管(28)与第七截止阀(29)连接，所述第七截止阀(29)出口与第三氧化剂出口管(30)连接，所述第三氧化剂出口管(30)焊接在反应斜管(25)下侧面；
所述火焰出口管(13)焊接在反应斜管(25)上侧，位于斜管凸台(20)与斜管端盖(17)之间；
所述分离区主要由直管端盖(31)、分离直管(32)、排气管(33)、第一电动球阀(34)、排盐管(35)、第二电动球阀(36)组成，
所述分离直管(32)上端设有直管端盖(31)，所述排气管(33)焊接在直管端盖(31)中心处，所述分离直管(32)下端经法兰与第一电动球阀(34)入口连接，所述第一电动球阀(34)出口经法兰与排盐管(35)入口连接，所述排盐管(35)出口经法兰与第二电动球阀(36)入口连接，所述第二电动球阀(36)出口为盐水排放口；
所述反应斜管(25)与分离直管(32)呈一定倾角焊接，所述分离直管(25)中部设有供T型多孔内衬管(26)插入的开口，保证反应斜管(25)中的产物流入分离直管(32)。
所述点火区中燃料入口总管(1)、三通阀(2)、第二燃料入口管(14)、第四截止阀(15)、第二燃料出口管(16)的最高工作压力为30MPa，第一雾化喷嘴(9)、火花塞(10)、火焰发生管(11)、第三截止阀(12)、火焰出口管(13)的最高工作温度为1200℃；
所述反应区与分离区中各组件的最高工作压力均为30MPa，其中反应区中第二雾化喷嘴(21)与T型多孔内衬管(26)的最高工作温度为1200℃，反应区与分离区中其余组件的最高工作温度为700℃。
所述T型多孔内衬管(26)材料采用氧化锆、氧化铝、碳化硅中的一种。
所述氧化剂选择空气、氧气、双氧水、KClO3溶液、KMnO4溶液中的一种。
所述燃料选择汽油、煤油、甲醇、乙醇中的一种。
本发明的优点在于：
1.本发明利用火花塞(10)点燃的火焰引燃反应斜管(26)中的燃料，使得反应区内温度迅速达到反应要求，实现了有机废液的快速预热和高效降解；
2.点火区中第一燃料入口管(3)、第一截止阀(4)、第一燃料出口管(5)、第一氧化剂出口管(8)、第一雾化喷嘴(9)、火花塞(10)、火焰发生管(11)无需采用高压密封，降低设备的材质要求；
3.整个加热过程中燃料无需使用预热器，降低设备的投资与能耗；
4.通过调节分离直管(32)下端第一电动球阀(34)与第二电动球阀(36)的开关，可实现反应器的自动排盐，避免采用冷却水降温除盐时产生含盐污水，实现了零排放，有利于反应器的连续运行，满足工业化处理需求。
附图说明
图1为该火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置盐水沉积过程的结构示意图。
图2为该火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置盐水排出过程的结构示意图。
图中：1、燃料入口总管；2、三通阀；2-1、燃料入口；2-2、第一燃料出口；2-3、第二燃料出口；3、第一燃料入口管；4、第一截止阀；5、第一燃料出口管；6、第一氧化剂入口管；7、第二截止阀；8、第一氧化剂出口管；9、第一雾化喷嘴；10、火花塞；11、火焰发生管；12、第三截止阀；13、火焰出口管；14、第二燃料入口管；15、第四截止阀；16、第二燃料出口管；17、斜管端盖；18、第二氧化剂入口管；19、第五截止阀；20、第二氧化剂出口管；21、第二雾化喷嘴；22、废水入口管；23、第六截止阀；24、废水出口管；25、反应斜管；26、T型多孔内衬管；27、斜管凸起；28、第三氧化剂入口管；29、第七截止阀；30、第三氧化剂出口管；31、直管端盖；32、分离直管；33、排气管；34、第一电动球阀；35、排盐管；36、第二电动球阀。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本发明提供一种火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置，包括：点火区、反应区和分离区三部分。
实施例1：
本实施例中，废水中有机物含量为4％。
本实施例中，氧化剂采用空气，燃料采用汽油，T型多孔内衬管(26)材料采用氧化锆。
本实施例中，氧化剂的用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量的2倍。
本实施例的具体流程如下：
1.点火加热过程：装置开始运行时，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)、第一电动球阀(34)打开，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第六截止阀(23)、第七截止阀(30)、第二电动球阀(36)关闭，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第一燃料出口管(5)和第一氧化剂出口管(8)进入第一雾化喷嘴(9)喷出，火花塞(10)点火，火焰发生管(11)中的火焰通过火焰出口管(13)进入反应斜管(25)，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第七截止阀(30)打开，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第二燃料出口管(16)和第二氧化剂出口管(20)进入第二雾化喷嘴(21)喷出，接触侧面火焰后点燃，侧面火焰主要起到引燃第二雾化喷嘴(21)油雾的作用，与此同时，未预热的低压空气通过第三氧化剂出口管(31)进入反应斜管(25)，冷却斜管内壁面，保证设备的安全运行。将第二雾化喷嘴(21)喷出的油雾点燃后，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)关闭，反应斜管(25)侧面的火焰熄灭，随着第二燃料入口管(16)和第二氧化剂入口管(18)不断输送燃料与空气，第二雾化喷嘴(21)处的火焰不断燃烧，反应斜管(25)内温度持续上升。
2.反应过程：当温度升至600℃时，第四截止阀(15)关闭，第六截止阀(23)打开，第二雾化喷嘴(21)处的火焰熄灭，未预热且压力为23MPa的空气与有机废水分别通过第二氧化剂出口管(20)和废水出口管(24)进入反应斜管(25)中进行SCWO反应，由于有机物含量达到2％以上，依靠反应过程中自身氧化放热就可维持反应所需的温度。此时，未预热且压力为23MPa的空气通过第三氧化剂入口管(28)由T型多孔内衬管(26)的通孔进反应斜管(25)内侧，充当渗透流体，在T型多孔内衬管(26)内表面上形成保护性气膜，最大程度减小反应造成的腐蚀和盐沉积问题，同时充当SCWO的氧化剂。物料进入反应斜管(25)后，沿T型多孔内衬管(26)向下流动，SCWO反应在途中发生。
3.分离过程：当反应产物到达T型多孔内衬管(26)的末端时，流入分离直管(32)。在重力的作用下，反应产物分离为干净的向上流动的超临界流体(水和不含固体颗粒的气体)和向下流动的盐水(盐和固体颗粒以及水)。超临界流体由分离直管(32)顶端的排气管(33)排出，而盐水在经过第一电动球阀(34)后流入排盐管(35)，堆积到第二电动球阀(36)入口，随着反应进行，排盐管(35)中盐水的液面不断上升，当液面达到一定高度时，第一电动球阀(34)关闭，第二电动球阀(36)打开，盐水由第二电动球阀(36)出口排出。
本实施例中，反应产物的COD小于30mg/L，达到工业排放要求。
实施例2：
本实施例中，废水中有机物含量为4％。
本实施例中，氧化剂采用空气，燃料采用汽油，T型多孔内衬管(26)材料采用氧化锆。
本实施例中，氧化剂的用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量的2倍。
本实施例的具体流程如下：
1.点火加热过程：装置开始运行时，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)、第一电动球阀(34)打开，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第六截止阀(23)、第七截止阀(30)、第二电动球阀(36)关闭，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第一燃料出口管(5)和第一氧化剂出口管(8)进入第一雾化喷嘴(9)喷出，火花塞(10)点火，火焰发生管(11)中的火焰通过火焰出口管(13)进入反应斜管(25)，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第七截止阀(30)打开，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第二燃料出口管(16)和第二氧化剂出口管(20)进入第二雾化喷嘴(21)喷出，接触侧面火焰后点燃，侧面火焰主要起到引燃第二雾化喷嘴(21)油雾的作用，与此同时，未预热的低压空气通过第三氧化剂出口管(31)进入反应斜管(25)，冷却斜管内壁面，保证设备的安全运行。将第二雾化喷嘴(21)喷出的油雾点燃后，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)关闭，反应斜管(25)侧面的火焰熄灭，随着第二燃料入口管(16)和第二氧化剂入口管(18)不断输送燃料与空气，第二雾化喷嘴(21)处的火焰不断燃烧，反应斜管(25)内温度持续上升。
2.反应过程：当温度升至600℃时，第四截止阀(15)关闭，第六截止阀(23)打开，第二雾化喷嘴(21)处的火焰熄灭，未预热且压力为30MPa的空气与有机废水分别通过第二氧化剂出口管(20)和废水出口管(24)进入反应斜管(25)中进行SCWO反应，由于有机物含量达到2％以上，依靠反应过程中自身氧化放热就可维持反应所需的温度。此时，未预热且压力为30MPa的空气通过第三氧化剂入口管(28)由T型多孔内衬管(26)的通孔进反应斜管(25)内侧，充当渗透流体，在T型多孔内衬管(26)内表面上形成保护性气膜，最大程度减小反应造成的腐蚀和盐沉积问题，同时充当SCWO的氧化剂。物料进入反应斜管(25)后，沿T型多孔内衬管(26)向下流动，SCWO反应在途中发生。
3.分离过程：当反应产物到达T型多孔内衬管(26)的末端时，流入分离直管(32)。在重力的作用下，反应产物分离为干净的向上流动的超临界流体(水和不含固体颗粒的气体)和向下流动的盐水(盐和固体颗粒以及水)。超临界流体由分离直管(32)顶端的排气管(33)排出，而盐水在经过第一电动球阀(34)后流入排盐管(35)，堆积到第二电动球阀(36)入口，随着反应进行，排盐管(35)中盐水的液面不断上升，当液面达到一定高度时，第一电动球阀(34)关闭，第二电动球阀(36)打开，盐水由第二电动球阀(36)出口排出。
本实施例中，反应产物的COD小于30mg/L，达到工业排放要求。
实施例3：
本实施例中，废水中有机物含量为4％。
本实施例中，氧化剂采用空气，燃料采用汽油，T型多孔内衬管(26)材料采用氧化锆。
本实施例中，氧化剂的用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量的2倍。
本实施例的具体流程如下：
1.点火加热过程：装置开始运行时，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)、第一电动球阀(34)打开，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第六截止阀(23)、第七截止阀(30)、第二电动球阀(36)关闭，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第一燃料出口管(5)和第一氧化剂出口管(8)进入第一雾化喷嘴(9)喷出，火花塞(10)点火，火焰发生管(11)中的火焰通过火焰出口管(13)进入反应斜管(25)，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第七截止阀(30)打开，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第二燃料出口管(16)和第二氧化剂出口管(20)进入第二雾化喷嘴(21)喷出，接触侧面火焰后点燃，侧面火焰主要起到引燃第二雾化喷嘴(21)油雾的作用，与此同时，未预热的低压空气通过第三氧化剂出口管(31)进入反应斜管(25)，冷却斜管内壁面，保证设备的安全运行。将第二雾化喷嘴(21)喷出的油雾点燃后，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)关闭，反应斜管(25)侧面的火焰熄灭，随着第二燃料入口管(16)和第二氧化剂入口管(18)不断输送燃料与空气，第二雾化喷嘴(21)处的火焰不断燃烧，反应斜管(25)内温度持续上升。
2.反应过程：当温度升至550℃时，第四截止阀(15)关闭，第六截止阀(23)打开，第二雾化喷嘴(21)处的火焰熄灭，未预热且压力为23MPa的空气与有机废水分别通过第二氧化剂出口管(20)和废水出口管(24)进入反应斜管(25)中进行SCWO反应，由于有机物含量达到2％以上，依靠反应过程中自身氧化放热就可维持反应所需的温度。此时，未预热且压力为23MPa的空气通过第三氧化剂入口管(28)由T型多孔内衬管(26)的通孔进反应斜管(25)内侧，充当渗透流体，在T型多孔内衬管(26)内表面上形成保护性气膜，最大程度减小反应造成的腐蚀和盐沉积问题，同时充当SCWO的氧化剂。物料进入反应斜管(25)后，沿T型多孔内衬管(26)向下流动，SCWO反应在途中发生。
3.分离过程：当反应产物到达T型多孔内衬管(26)的末端时，流入分离直管(32)。在重力的作用下，反应产物分离为干净的向上流动的超临界流体(水和不含固体颗粒的气体)和向下流动的盐水(盐和固体颗粒以及水)。超临界流体由分离直管(32)顶端的排气管(33)排出，而盐水在经过第一电动球阀(34)后流入排盐管(35)，堆积到第二电动球阀(36)入口，随着反应进行，排盐管(35)中盐水的液面不断上升，当液面达到一定高度时，第一电动球阀(34)关闭，第二电动球阀(36)打开，盐水由第二电动球阀(36)出口排出。
本实施例中，反应产物的COD小于30mg/L，达到工业排放要求。
实施例4：
本实施例中，废水中有机物含量为4％。
本实施例中，氧化剂采用空气，燃料采用汽油，T型多孔内衬管(26)材料采用氧化锆。
本实施例中，氧化剂的用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量的2倍。
本实施例的具体流程如下：
1.点火加热过程：装置开始运行时，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)、第一电动球阀(34)打开，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第六截止阀(23)、第七截止阀(30)、第二电动球阀(36)关闭，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第一燃料出口管(5)和第一氧化剂出口管(8)进入第一雾化喷嘴(9)喷出，火花塞(10)点火，火焰发生管(11)中的火焰通过火焰出口管(13)进入反应斜管(25)，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第七截止阀(30)打开，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第二燃料出口管(16)和第二氧化剂出口管(20)进入第二雾化喷嘴(21)喷出，接触侧面火焰后点燃，侧面火焰主要起到引燃第二雾化喷嘴(21)油雾的作用，与此同时，未预热的低压空气通过第三氧化剂出口管(31)进入反应斜管(25)，冷却斜管内壁面，保证设备的安全运行。将第二雾化喷嘴(21)喷出的油雾点燃后，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)关闭，反应斜管(25)侧面的火焰熄灭，随着第二燃料入口管(16)和第二氧化剂入口管(18)不断输送燃料与空气，第二雾化喷嘴(21)处的火焰不断燃烧，反应斜管(25)内温度持续上升。
2.反应过程：当温度升至550℃时，第四截止阀(15)关闭，第六截止阀(23)打开，第二雾化喷嘴(21)处的火焰熄灭，未预热且压力为30MPa的空气与有机废水分别通过第二氧化剂出口管(20)和废水出口管(24)进入反应斜管(25)中进行SCWO反应，由于有机物含量达到2％以上，依靠反应过程中自身氧化放热就可维持反应所需的温度。此时，未预热且压力为30MPa的空气通过第三氧化剂入口管(28)由T型多孔内衬管(26)的通孔进反应斜管(25)内侧，充当渗透流体，在T型多孔内衬管(26)内表面上形成保护性气膜，最大程度减小反应造成的腐蚀和盐沉积问题，同时充当SCWO的氧化剂。物料进入反应斜管(25)后，沿T型多孔内衬管(26)向下流动，SCWO反应在途中发生。
3.分离过程：当反应产物到达T型多孔内衬管(26)的末端时，流入分离直管(32)。在重力的作用下，反应产物分离为干净的向上流动的超临界流体(水和不含固体颗粒的气体)和向下流动的盐水(盐和固体颗粒以及水)。超临界流体由分离直管(32)顶端的排气管(33)排出，而盐水在经过第一电动球阀(34)后流入排盐管(35)，堆积到第二电动球阀(36)入口，随着反应进行，排盐管(35)中盐水的液面不断上升，当液面达到一定高度时，第一电动球阀(34)关闭，第二电动球阀(36)打开，盐水由第二电动球阀(36)出口排出。
本实施例中，反应产物的COD小于30mg/L，达到工业排放要求。
实施例5：
本实施例中，废液中有机物含量为1％。
本实施例中，氧化剂采用空气，燃料采用汽油，T型多孔内衬管(26)材料采用氧化锆。
本实施例中，氧化剂的用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量的2倍。
本实施例的具体流程如下：
1.点火加热过程：装置开始运行时，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)、第一电动球阀(34)打开，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第六截止阀(23)、第七截止阀(30)、第二电动球阀(36)关闭，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第一燃料出口管(5)和第一氧化剂出口管(8)进入第一雾化喷嘴(9)喷出，火花塞(10)点火，火焰发生管(11)中的火焰通过火焰出口管(13)进入反应斜管(25)，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第七截止阀(30)打开，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第二燃料出口管(16)和第二氧化剂出口管(20)进入第二雾化喷嘴(21)喷出，接触侧面火焰后点燃，侧面火焰主要起到引燃第二雾化喷嘴(21)油雾的作用，与此同时，未预热的低压空气通过第三氧化剂出口管(31)进入反应斜管(25)，冷却斜管内壁面，保证设备的安全运行。将第二雾化喷嘴(21)喷出的油雾点燃后，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)关闭，反应斜管(25)侧面的火焰熄灭，随着第二燃料入口管(16)和第二氧化剂入口管(18)不断输送燃料与空气，第二雾化喷嘴(21)处的火焰不断燃烧，反应斜管(25)内温度持续上升。
2.反应过程：当温度升至600℃时，第四截止阀(15)开度减小，第六截止阀(23)打开，第二雾化喷嘴(21)处的火焰熄灭，未预热且压力为23MPa的燃料、空气与有机废水分别通过第二氧化剂出口管(20)和废水出口管(24)进入反应斜管(25)中进行SCWO反应，由于有机物含量在2％以下，仅依靠反应过程中自身氧化放热无法维持反应所需的温度，因此，有机废水在进入反应斜管(25)前需与一定的燃料混合。此时，未预热且压力为23MPa的空气通过第三氧化剂入口管(28)经由T型多孔内衬管(26)的通孔进反应斜管(25)内侧，空气充当渗透流体，在T型多孔内衬管(26)内表面上形成保护性气膜，最大程度减小反应造成的腐蚀和盐沉积问题，同时充当SCWO的氧化剂。物料进入反应斜管(25)后，沿T型多孔内衬管(26)向下流动，SCWO反应在途中发生。
3.分离过程：当反应产物到达T型多孔内衬管(26)的末端时，流入分离直管(32)。在重力的作用下，反应产物分离为干净的向上流动的超临界流体(水和不含固体颗粒的气体)和向下流动的盐水(盐和固体颗粒以及水)。超临界流体由分离直管(32)顶端的排气管(33)排出，而盐水在经过第一电动球阀(34)后流入排盐管(35)，堆积到第二电动球阀(36)入口，随着反应进行，排盐管(35)中盐水的液面不断上升，当液面达到一定高度时，第一电动球阀(34)关闭，第二电动球阀(36)打开，盐水由第二电动球阀(36)出口排出。
本实施例中，反应产物的COD小于30mg/L，达到工业排放要求。
实施例6：
本实施例中，废液中有机物含量为1％。
本实施例中，氧化剂采用空气，燃料采用汽油，T型多孔内衬管(26)材料采用氧化锆。
本实施例中，氧化剂的用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量的2倍。
本实施例的具体流程如下：
1.点火加热过程：装置开始运行时，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)、第一电动球阀(34)打开，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第六截止阀(23)、第七截止阀(30)、第二电动球阀(36)关闭，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第一燃料出口管(5)和第一氧化剂出口管(8)进入第一雾化喷嘴(9)喷出，火花塞(10)点火，火焰发生管(11)中的火焰通过火焰出口管(13)进入反应斜管(25)，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第七截止阀(30)打开，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第二燃料出口管(16)和第二氧化剂出口管(20)进入第二雾化喷嘴(21)喷出，接触侧面火焰后点燃，侧面火焰主要起到引燃第二雾化喷嘴(21)油雾的作用，与此同时，未预热的低压空气通过第三氧化剂出口管(31)进入反应斜管(25)，冷却斜管内壁面，保证设备的安全运行。将第二雾化喷嘴(21)喷出的油雾点燃后，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)关闭，反应斜管(25)侧面的火焰熄灭，随着第二燃料入口管(16)和第二氧化剂入口管(18)不断输送燃料与空气，第二雾化喷嘴(21)处的火焰不断燃烧，反应斜管(25)内温度持续上升。
2.反应过程：当温度升至600℃时，第四截止阀(15)开度减小，第六截止阀(23)打开，第二雾化喷嘴(21)处的火焰熄灭，未预热且压力为30MPa的燃料、空气与有机废水分别通过第二氧化剂出口管(20)和废水出口管(24)进入反应斜管(25)中进行SCWO反应，由于有机物含量在2％以下，仅依靠反应过程中自身氧化放热无法维持反应所需的温度，因此，有机废水在进入反应斜管(25)前需与一定的燃料混合。此时，未预热且压力为30MPa的空气通过第三氧化剂入口管(28)经由T型多孔内衬管(26)的通孔进反应斜管(25)内侧，空气充当渗透流体，在T型多孔内衬管(26)内表面上形成保护性气膜，最大程度减小反应造成的腐蚀和盐沉积问题，同时充当SCWO的氧化剂。物料进入反应斜管(25)后，沿T型多孔内衬管(26)向下流动，SCWO反应在途中发生。
3.分离过程：当反应产物到达T型多孔内衬管(26)的末端时，流入分离直管(32)。在重力的作用下，反应产物分离为干净的向上流动的超临界流体(水和不含固体颗粒的气体)和向下流动的盐水(盐和固体颗粒以及水)。超临界流体由分离直管(32)顶端的排气管(33)排出，而盐水在经过第一电动球阀(34)后流入排盐管(35)，堆积到第二电动球阀(36)入口，随着反应进行，排盐管(35)中盐水的液面不断上升，当液面达到一定高度时，第一电动球阀(34)关闭，第二电动球阀(36)打开，盐水由第二电动球阀(36)出口排出。
本实施例中，反应产物的COD小于30mg/L，达到工业排放要求。
实施例7：
本实施例中，废液中有机物含量为1％。
本实施例中，氧化剂采用空气，燃料采用汽油，T型多孔内衬管(26)材料采用氧化锆。
本实施例中，氧化剂的用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量的2倍。
本实施例的具体流程如下：
1.点火加热过程：装置开始运行时，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)、第一电动球阀(34)打开，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第六截止阀(23)、第七截止阀(30)、第二电动球阀(36)关闭，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第一燃料出口管(5)和第一氧化剂出口管(8)进入第一雾化喷嘴(9)喷出，火花塞(10)点火，火焰发生管(11)中的火焰通过火焰出口管(13)进入反应斜管(25)，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第七截止阀(30)打开，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第二燃料出口管(16)和第二氧化剂出口管(20)进入第二雾化喷嘴(21)喷出，接触侧面火焰后点燃，侧面火焰主要起到引燃第二雾化喷嘴(21)油雾的作用，与此同时，未预热的低压空气通过第三氧化剂出口管(31)进入反应斜管(25)，冷却斜管内壁面，保证设备的安全运行。将第二雾化喷嘴(21)喷出的油雾点燃后，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)关闭，反应斜管(25)侧面的火焰熄灭，随着第二燃料入口管(16)和第二氧化剂入口管(18)不断输送燃料与空气，第二雾化喷嘴(21)处的火焰不断燃烧，反应斜管(25)内温度持续上升。
2.反应过程：当温度升至550℃时，第四截止阀(15)开度减小，第六截止阀(23)打开，第二雾化喷嘴(21)处的火焰熄灭，未预热且压力为23MPa的燃料、空气与有机废水分别通过第二氧化剂出口管(20)和废水出口管(24)进入反应斜管(25)中进行SCWO反应，由于有机物含量在2％以下，仅依靠反应过程中自身氧化放热无法维持反应所需的温度，因此，有机废水在进入反应斜管(25)前需与一定的燃料混合。此时，未预热且压力为23MPa的空气通过第三氧化剂入口管(28)经由T型多孔内衬管(26)的通孔进反应斜管(25)内侧，空气充当渗透流体，在T型多孔内衬管(26)内表面上形成保护性气膜，最大程度减小反应造成的腐蚀和盐沉积问题，同时充当SCWO的氧化剂。物料进入反应斜管(25)后，沿T型多孔内衬管(26)向下流动，SCWO反应在途中发生。
3.分离过程：当反应产物到达T型多孔内衬管(26)的末端时，流入分离直管(32)。在重力的作用下，反应产物分离为干净的向上流动的超临界流体(水和不含固体颗粒的气体)和向下流动的盐水(盐和固体颗粒以及水)。超临界流体由分离直管(32)顶端的排气管(33)排出，而盐水在经过第一电动球阀(34)后流入排盐管(35)，堆积到第二电动球阀(36)入口，随着反应进行，排盐管(35)中盐水的液面不断上升，当液面达到一定高度时，第一电动球阀(34)关闭，第二电动球阀(36)打开，盐水由第二电动球阀(36)出口排出。
本实施例中，反应产物的COD小于30mg/L，达到工业排放要求。
实施例8：
本实施例中，废液中有机物含量为1％。
本实施例中，氧化剂采用空气，燃料采用汽油，T型多孔内衬管(26)材料采用氧化锆。
本实施例中，氧化剂的用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量的2倍。
本实施例的具体流程如下：
1.点火加热过程：装置开始运行时，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)、第一电动球阀(34)打开，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第六截止阀(23)、第七截止阀(30)、第二电动球阀(36)关闭，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第一燃料出口管(5)和第一氧化剂出口管(8)进入第一雾化喷嘴(9)喷出，火花塞(10)点火，火焰发生管(11)中的火焰通过火焰出口管(13)进入反应斜管(25)，第四截止阀(15)、第五截止阀(19)、第七截止阀(30)打开，未预热、压力为1MPa的燃料与空气分别通过第二燃料出口管(16)和第二氧化剂出口管(20)进入第二雾化喷嘴(21)喷出，接触侧面火焰后点燃，侧面火焰主要起到引燃第二雾化喷嘴(21)油雾的作用，与此同时，未预热的低压空气通过第三氧化剂出口管(31)进入反应斜管(25)，冷却斜管内壁面，保证设备的安全运行。将第二雾化喷嘴(21)喷出的油雾点燃后，第一截止阀(4)、第二截止阀(7)、第三截止阀(12)关闭，反应斜管(25)侧面的火焰熄灭，随着第二燃料入口管(16)和第二氧化剂入口管(18)不断输送燃料与空气，第二雾化喷嘴(21)处的火焰不断燃烧，反应斜管(25)内温度持续上升。
2.反应过程：当温度升至550℃时，第四截止阀(15)开度减小，第六截止阀(23)打开，第二雾化喷嘴(21)处的火焰熄灭，未预热且压力为30MPa的燃料、空气与有机废水分别通过第二氧化剂出口管(20)和废水出口管(24)进入反应斜管(25)中进行SCWO反应，由于有机物含量在2％以下，仅依靠反应过程中自身氧化放热无法维持反应所需的温度，因此，有机废水在进入反应斜管(25)前需与一定的燃料混合。此时，未预热且压力为30MPa的空气通过第三氧化剂入口管(28)经由T型多孔内衬管(26)的通孔进反应斜管(25)内侧，空气充当渗透流体，在T型多孔内衬管(26)内表面上形成保护性气膜，最大程度减小反应造成的腐蚀和盐沉积问题，同时充当SCWO的氧化剂。物料进入反应斜管(25)后，沿T型多孔内衬管(26)向下流动，SCWO反应在途中发生。
3.分离过程：当反应产物到达T型多孔内衬管(26)的末端时，流入分离直管(32)。在重力的作用下，反应产物分离为干净的向上流动的超临界流体(水和不含固体颗粒的气体)和向下流动的盐水(盐和固体颗粒以及水)。超临界流体由分离直管(32)顶端的排气管(33)排出，而盐水在经过第一电动球阀(34)后流入排盐管(35)，堆积到第二电动球阀(36)入口，随着反应进行，排盐管(35)中盐水的液面不断上升，当液面达到一定高度时，第一电动球阀(34)关闭，第二电动球阀(36)打开，盐水由第二电动球阀(36)出口排出。
本实施例中，反应产物的COD小于30mg/L，达到工业排放要求。
Claims (5)
1.一种火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置，其特征在于，包括：点火区、反应区和分离区三部分，
所述点火区由燃料入口总管(1)、三通阀(2)、第一燃料入口管(3)、第一截止阀(4)、第一燃料出口管(5)、第一氧化剂入口管(6)、第二截止阀(7)、第一氧化剂出口管(8)、第一雾化喷嘴(9)、火花塞(10)、火焰发生管(11)、第三截止阀(12)、火焰出口管(13)、第二燃料入口管(14)、第四截止阀(15)、第二燃料出口管(16)、斜管端盖(17)、第二氧化剂入口管(18)、第五截止阀(19)、第二氧化剂出口管(20)、第二雾化喷嘴(21)组成，
所述三通阀(2)的燃料入口(2-1)、第一燃料出口(2-2)、第二燃料出口(2-3)分别与燃料入口总管(1)、第一燃料入口管(3)、第二燃料入口管(14)连接，所述第一燃料入口管(3)与第一截止阀(4)入口连接，所述第一截止阀(4)出口与第一燃料出口管(5)连接，所述第一氧化剂入口管(6)与第二截止阀(7)入口连接，所述第二截止阀(7)出口与第一氧化剂出口管(8)连接，所述第一氧化剂出口管(8)与第一燃料出口管(5)通过螺纹与第一雾化喷嘴(9)连接，所述第一雾化喷嘴(9)与火花塞(10)通过螺纹连接在火焰发生管(11)上，所述火花塞(10)设在第一雾化喷嘴(9)出口处，所述火焰发生管(11)出口与第三截止阀(12)入口连接，所述第三截止阀(12)出口与火焰出口管(13)连接，所述第二燃料入口与第四截止阀(15)入口连接，所述第四截止阀(15)出口与第二燃料出口管(16)连接，所述第二燃料出口管(16)焊接在斜管端盖(17)上侧面，所述第二氧化剂入口管(18)与第五截止阀(19)入口连接，所述第五截止阀(19)出口与第二氧化剂出口管(20)连接，所述第二氧化剂出口管(20)焊接在斜管端盖(17)中心处，所述第二雾化喷嘴(21)通过螺纹连接在第二氧化剂出口管(20)末端；
所述反应区由斜管端盖(17)、第二氧化剂入口管(18)、第五截止阀(19)、第二氧化剂出口管(20)、第二雾化喷嘴(21)、废水入口管(22)、第六截止阀(23)、废水出口管(24)、反应斜管(25)、T型多孔内衬管(26)、斜管凸台(27)、第三氧化剂入口管(28)、第七截止阀(29)、第三氧化剂出口管(30)组成，
所述废水入口管(22)与第六截止阀(23)入口连接，所述第六截止阀(23)出口与废水出口管(24)连接，所述废水出口管(24)焊接在斜管端盖(17)下侧面，反应斜管(25)上端设有斜管端盖(17)，所述反应斜管(25)内设有T型多孔内衬管(26)，所述T型多孔内衬管(26)上端为凸起端，所述反应斜管(25)内侧设有斜管凸台(27)，用于固定T型多孔内衬管(26)，所述第三氧化剂入口管(28)与第七截止阀(29)连接，所述第七截止阀(29)出口与第三氧化剂出口管(30)连接，所述第三氧化剂出口管(30)焊接在反应斜管(25)下侧面；
所述火焰出口管(13)焊接在反应斜管(25)上侧，位于斜管凸台(20)与斜管端盖(17)之间；
所述分离区主要由直管端盖(31)、分离直管(32)、排气管(33)、第一电动球阀(34)、排盐管(35)、第二电动球阀(36)组成，
所述分离直管(32)上端设有直管端盖(31)，所述排气管(33)焊接在直管端盖(31)中心处，所述分离直管(32)下端经法兰与第一电动球阀(34)入口连接，所述第一电动球阀(34)出口经法兰与排盐管(35)入口连接，所述排盐管(35)出口经法兰与第二电动球阀(36)入口连接，所述第二电动球阀(36)出口为盐水排放口；
所述反应斜管(25)与分离直管(32)呈一定倾角焊接，所述分离直管(25)中部设有供T型多孔内衬管(26)插入的开口，保证反应斜管(25)中的产物流入分离直管(32)。
2.根据权利要求1所述的一种火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置，其特征在于：
所述点火区中燃料入口总管(1)、三通阀(2)、第二燃料入口管(14)、第四截止阀(15)、第二燃料出口管(16)的最高工作压力为30MPa，第一雾化喷嘴(9)、火花塞(10)、火焰发生管(11)、第三截止阀(12)、火焰出口管(13)的最高工作温度为1200℃；
所述反应区与分离区中各组件的最高工作压力均为30MPa，其中反应区中第二雾化喷嘴(21)与T型多孔内衬管(26)的最高工作温度为1200℃，反应区与分离区中其余组件的最高工作温度为700℃。
3.根据权利要求1所述的一种火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置，其特征在于：
所述T型多孔内衬管(26)材料采用氧化锆、氧化铝、碳化硅中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置，其特征在于：
所述氧化剂选择空气、氧气、双氧水、KClO3溶液、KMnO4溶液中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置，其特征在于：
所述燃料选择汽油、煤油、甲醇、乙醇中的一种。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202010978508.4A CN111943350A (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 一种火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010978508.4A CN111943350A (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 一种火花塞点火内燃式连续超临界水氧化装置 |
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2020
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