CN114812251B - 一种用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，通过超临界水技术提供的反应出水为热源，添加反应器壁面保护器和换热单元通过仪表对反应出水温度进行利用，最终预热水进入气液分离器进行蒸汽外输实现余热梯级利用。

Description

一种用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统

技术领域

本发明属于超临界水处理技术领域，具体涉及一种用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统。

背景技术

超临界水是指温度高于374℃，压力高于22.1MPa的水的第四种状态，该状态下水的密度、粘度、介电常数均下降，此时的水呈现出非极性可以与有机物互溶，形成均相反应。超临界水技术是指使用超临界水与有机物进行反应，反应过程中有机物中的有机组分被反应，无机组分被析出。

超临界水处理过程中的反应出水具有较高的温度，该部分热量不加以利用不仅会造成资源浪费，高温还会降低反应器金属屈服强度，对反应器的安全性造成一定影响。故若能够合理利用系统的反应热，优化回收利用方案，即能大大降低系统运行过程中的能耗和热量损失，从而降低系统的运行成本，提高系统的经济性，有助于超临界水技术的推广及应用。而在热量利用阶段，一次换热技术热效率低，因此热量的梯级利用可以提高整个系统的热量利用效率，是节能的重要措施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，能够高效、梯级的余热利用和回收，并增加了控制单元，降低系统能耗和运行成本，提高系统经济性。

本发明采用以下技术方案：

一种用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，包括换热单元，换热单元的输入端连接取热水，输出端连接超临界水反应器；超临界水反应器上设有反应器上部壁面保护器和反应器下部壁面保护器，超临界水氧化反应器内部设置有取热器，取热水分别经反应器上部壁面保护器和取热器，以及反应器下部壁面保护器进入气液分离器内，通过气液分离器进行蒸汽外输实现余热梯级利用。

具体的，换热单元包括取热水输出阀，取热水经取热水输出阀分两路，一路经取热水反应器第一支路连接反应器上部壁面保护器的入口，反应器上部壁面保护器的出口连接取热器的冷侧入口，取热器的冷侧出口接入气液分离器的入口；另一路经取热水反应器第二支路与反应器下部壁面保护器的入口连接，反应器下部壁面保护器的出口接入气液分离器的入口。

进一步的，反应器上部壁面保护器的内壁面连接有反应器内壁面温度控制器，反应器上部壁面保护器的外壁面连接有反应器外壁面温度控制器，取热器的冷侧出口连接有取热水预热温度控制器。

更进一步的，反应器内壁面温度控制器、反应器外壁面温度控制器和取热水预热温度控制器均与取热水反应器第一支路上设置的反应器上部取热水控制阀联锁设置。

进一步的，反应器下部壁面保护器的出口处设置有反应器底部冷却水温度控制器。

更进一步的，反应器底部冷却水温度控制器与取热水反应器第二支路上设置的反应器下部取热水控制阀联锁设置。

具体的，气液分离器的出口经气液分离器控制阀连接蒸汽用户。

进一步的，气液分离器的出口处设置有气液分离器温度控制器，气液分离器温度控制器与气液分离器控制阀联锁设置。

具体的，反应器上部壁面保护器的出口处设置有取热水预热器出口温度指示器。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，设置换热单元分两路经过超临界水反应器连接气液分离器的目的是取热水走取热水第一反应器支路与反应器上部壁面保护器进行连接取热后，再连接至取热器的冷侧对反应器内部进行取热，实现高品质热量回收；冷却水经过取热水第二反应器支路连接反应器下部壁面保护器中进行低品质热量回收，两路出口连接至热液分离器产生蒸汽送往蒸汽用户处使用，实现能量梯级利用。

进一步的，取热水分两路，一路经过取热水反应器第一支路、反应器上部壁面保护器和取热器接入气液分离器，另一支路经过其目的是为了保护反应器不因超温而降低反应器安全性。

进一步的，设置反应器内部壁面温度控制器、反应器外部控制器和取热水预热温度控制器为了保证反应器内外壁面可以实现超温控制和取热水温度控制，好处是明确反应器工作时温度状况和增加取热水热量回收效率。

进一步的，设置反应器内部壁面温度控制器、反应器外部控制器和取热水预热温度控制器与反应器上部取热水控制阀连锁，为了保证反应器内外壁面可以实现超温控制和取热水温度控制，当超温时增大取热水流量，对反应器进行超温保护并增加取热水热量回收效率。

进一步的，反应器底部冷却水温度控制器的目的主要是为了实现，底部低品质热源的高效利用，由于反应器中的反应出水经过上部反应器进行冷却后，到达底部的温度较低，反应器底部冷却水温度控制器可以对温度进行检测，实现热量的高效回收。

进一步的，反应器底部冷却水温度控制器与反应器下部取热水控制阀进行连锁的目的主要是为了实现，通过温度变化调节下部取热水流量将反应器底部低品质热源的高效利用，实现热量的高效回收。

进一步的，设置气液分离器控制阀的目的是可以检测蒸汽温度，并发送至气液分离器温度调节器调节。

进一步的，设置气液分离器控制阀与企业分离器控制阀进行连锁的目的是可以针对不同蒸汽用户的蒸汽温度需求，进行蒸汽温度的调整。

进一步的，设置取热水预热器出口温度指示器的好处是能明确取热水出口温度，对反应器上部壁面保护器的温度是否超温进行判断。

综上所述，本发明一种用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统及方法，既可以实现反应器的壁面保护和内部超温保护的同时，还能针对反应出水、反应器上部壁面高品质热和反应器下部低品质热的进行梯级余热回收。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

其中：1.反应器上部壁面保护器；2.取热器；3.反应器下部壁面保护器；4.气液分离器；V001.取热水输出阀；V002.反应器上部取热水控制阀；V003.反应器下部取热水控制阀；V004.气液分离器控制阀；TIC001.反应器内壁面温度控制器；TIC002.反应器外壁面温度控制器；TIC003.取热水预热温度控制器；TIC004.反应器底部冷却水温度控制器；TIC005.气液分离器温度控制器；TI001.取热水预热器出口温度指示器；L1.取热水反应器第一支路；L2.取热水反应器第二支路。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。

本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

本发明中，如果没有特别的说明，百分数(％)或者份指的是相对于组合物的重量百分数或重量份。

本发明中，如果没有特别的说明，所涉及的各组分或其优选组分可以相互组合形成新的技术方案。

本发明中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“6～22”表示本文中已经全部列出了“6～22”之间的全部实数，“6～22”只是这些数值组合的缩略表示。

本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式，可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。

本发明中，本文中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本发明中，除非另有说明，各个反应或操作步骤可以顺序进行，也可以按照顺序进行。优选地，本文中的反应方法是顺序进行的。

除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。

本发明提供了一种用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，通过超临界水技术提供的反应出水为热源，添加反应器壁面保护器和换热单元通过仪表对反应出水温度进行利用，最终预热水进入气液分离器进行蒸汽外输实现余热梯级利用。

请参阅图1，本发明一种用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，包括超临界水反应器、换热单元、气液分离器4及多个开关和控制仪表；超临界水反应器的输入端与换热单元连接，超临界水反应器的输出端与气液分离器4连接，取热水经换热单元进入超临界水反应器内取热，然后进入气液分离器4进行蒸汽外输实现余热梯级利用，开关和控制仪表对应设置在换热单元、超临界水反应器和气液分离器4上。

超临界水氧化反应器上设有反应器上部壁面保护器1和反应器下部壁面保护器3，超临界水氧化反应器内部设置有反应出水和取热器2。

其中，反应器上部壁面保护器1的入口连接取热水反应器第一支路L1，反应器上部壁面保护器1的出口与取热器2冷侧入口连接，取热器2的冷侧出口与气液分离器4的入口连接。

反应器下部壁面保护器3的入口连接取热水反应器第二支路L2，反应器下部壁面保护器3的出口与气液分离器4的入口连接。

换热单元包括取热水输出阀V001，取热水经取热水输出阀V001后分为两路，一路经取热水反应器第一支路L1连接反应器上部壁面保护器1的入口，反应器上部壁面保护器1的出口连接取热器2的冷侧入口，取热器2的冷侧出口接入气液分离器4的入口；另一路经取热水反应器第二支路L2与反应器下部壁面保护器3的入口连接，反应器下部壁面保护器3的出口接入气液分离器4的入口，气液分离器4的出口与气液分离器控制阀V004连接，经气液分离器控制阀V004连接蒸汽用户。

其中，反应器上部壁面保护器1的出口处设置有取热水预热器出口温度指示器TI001，热水反应器第一支路L1上设置有反应器上部取热水控制阀V002，取热水反应器第二支路L2上设置有反应器下部取热水控制阀V003，气液分离器4的出口处设置有气液分离器温度控制器TIC005，气液分离器温度控制器TIC005与气液分离器控制阀V004联锁设置。

控制仪表包括反应器内壁面温度控制器TIC001、反应器外壁面温度控制器TIC002、取热水预热温度控制器TIC003和反应器底部冷却水温度控制器TIC004。

反应器内壁面温度控制器TIC001、反应器外壁面温度控制器TIC002和取热水预热温度控制器TIC003分别设置在反应器上部壁面保护器1上，反应器内壁面温度控制器TIC001与反应器上部壁面保护器1的内壁面连接，反应器外壁面温度控制器TIC002与反应器上部壁面保护器1的外壁面连接，取热水预热温度控制器TIC003与取热器2的冷侧出口连接，反应器底部冷却水温度控制器TIC004与反应器下部壁面保护器3的出口连接。

反应器内壁面温度控制器TIC001、反应器外壁面温度控制器TIC002和取热水预热温度控制器TIC003均与反应器上部取热水控制阀V002连锁设置。

反应器底部冷却水温度控制器TIC004与反应器下部取热水控制阀V003连锁设置。

取热器2冷侧出口设置取热水预热温度控制器TIC003与反应器上部取热水控制阀V002连锁；反应器下部壁面保护器3预热水出口设置反应器底部冷却水温度控制器TIC004与反应器下部取热水控制阀V003连锁。

本发明一种用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、反应器上部壁面保护器1上设置有反应器内壁面温度控制器TIC001、反应器外壁面温度控制器TIC002与反应器上部取热水控制阀V002连锁控制。

S2、取热器2冷侧出口设置取热水预热温度控制器TIC003与反应器上部取热水控制阀V002连锁控制

S3、反应器下部壁面保护器3预热水出口设置反应器底部冷却水温度控制器TIC004与反应器下部取热水控制阀V003连锁控制。

S4、液分离器4出口设置气液分离器温度控制器TIC005与气液分离器控制阀V004连锁控制。

综上所述，本发明一种用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统及方法，具有以下有益效果：

1、针对超临界水反应器的壁面进行壁面保护，并对反应出水进行换热，形成了整体系统连接和反应出水余热的梯级利用，保证了反应器壁面和反应器内部温度处于一个较低水平，增加设备运行稳定性。

2.本系统通过若干仪表阀门针对系统中反应器壁面温度和反应器上部换热水流量、反应器下部换热水流量进行连锁控制，实现系统运行过程中的低成本和高稳定性。

3.针对本系统反应器的水冷壁、气液分离器、内部余热-取热反应器进行优化，水冷壁采用分段冷却的方式，上部换热水取热成高温蒸汽，而下部取热水取热温度较低，进而将两部分取热水同时注入气液分离器中，实现了余热多级利用，并产生蒸汽进行外输，增加反应器经济性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，其特征在于，包括换热单元，换热单元的输入端连接取热水，输出端连接超临界水反应器；超临界水反应器上设有反应器上部壁面保护器（1）和反应器下部壁面保护器（3），超临界水氧化反应器内部设置有取热器（2），取热水分别经反应器上部壁面保护器（1）和取热器（2），以及反应器下部壁面保护器（3）进入气液分离器（4）内，通过气液分离器（4）进行蒸汽外输实现余热梯级利用；

换热单元包括取热水输出阀（V001），取热水经取热水输出阀（V001）分两路，一路经取热水反应器第一支路（L1）连接反应器上部壁面保护器（1）的入口，反应器上部壁面保护器（1）的出口连接取热器（2）的冷侧入口，取热器（2）的冷侧出口接入气液分离器（4）的入口；另一路经取热水反应器第二支路（L2）与反应器下部壁面保护器（3）的入口连接，反应器下部壁面保护器（3）的出口接入气液分离器（4）的入口。

2.根据权利要求1所述的用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，其特征在于，反应器上部壁面保护器（1）的内壁面连接有反应器内壁面温度控制器（TIC001），反应器上部壁面保护器（1）的外壁面连接有反应器外壁面温度控制器（TIC002），取热器（2）的冷侧出口连接有取热水预热温度控制器（TIC003）。

3.根据权利要求2所述的用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，其特征在于，反应器内壁面温度控制器（TIC001）、反应器外壁面温度控制器（TIC002）和取热水预热温度控制器（TIC003）均与取热水反应器第一支路（L1）上设置的反应器上部取热水控制阀（V002）联锁设置。

4.根据权利要求1所述的用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，其特征在于，反应器下部壁面保护器（3）的出口处设置有反应器底部冷却水温度控制器（TIC004）。

5.根据权利要求4所述的用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，其特征在于，反应器底部冷却水温度控制器（TIC004）与取热水反应器第二支路（L2）上设置的反应器下部取热水控制阀（V003）联锁设置。

6.根据权利要求1所述的用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，其特征在于，气液分离器（4）的出口经气液分离器控制阀（V004）连接蒸汽用户。

7.根据权利要求6所述的用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，其特征在于，气液分离器（4）的出口处设置有气液分离器温度控制器（TIC005），气液分离器温度控制器（TIC005）与气液分离器控制阀（V004）联锁设置。

8.根据权利要求1所述的用于超临界水处理技术的余热梯级利用系统，其特征在于，反应器上部壁面保护器（1）的出口处设置有取热水预热器出口温度指示器（TI001）。

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