CN211537770U - 一种在线过滤固体颗粒的超临界水氧化反应器 - Google Patents

Abstract

一种在线过滤固体颗粒的超临界水氧化反应器，属于超临界水发电装置技术领域，解决煤中矿物质颗粒、残余炭颗粒、盐颗粒等对反应器磨损和腐蚀的技术问题。解决方案为：微孔烧结金属管安装于反应壳体中，微孔烧结金属管与反应壳体同轴设置，燃料进料管贯穿端盖并延伸至微孔烧结金属管内腔的上部，氧化剂分布管设置于燃料进料管中，并且氧化剂分布管的下端延伸至微孔烧结金属管内腔的中部；所述保温层包裹于反应壳体的外部，反应壳体的下部设置有工质排出管，微孔烧结金属管的底面上设置有反应器排料管。本实用新型降低能量损耗，将反应器的磨损问题减小到最低程度，提高工艺可操作性，实现高效洁净发电。

Description

一种在线过滤固体颗粒的超临界水氧化反应器

技术领域

本实用新型属于超临界水发电装置技术领域，具体涉及的是一种在线过滤固体颗粒的超临界水氧化反应器。

背景技术

煤炭高效清洁利用是我国长期任务，探索和推广高效、超低排放的燃煤发电技术，是解决未来煤电发展的最主要的途径。常规火力发电是燃料在锅炉内充分燃烧，把水加热变成蒸汽推动汽轮机转动，汽轮机带动发电机发电。工质的参数越高，进入汽轮机的可用能就越大，可产生的有效做功能力也越大，从而带来显著的节能和改善环境的效果。因此，发展大容量、高参数的超临界和超超临界机组是现阶段提高煤电效率、降低单位发电量污染物排放最有效的手段之一。但是，超超临界发电技术效率提高和减排的空间不断减小，亟待探索和研究高效、超低排放的燃煤发电新模式。

超临界水氧化是一种可实现对多种有机废物进行深度氧化处理的技术，由于有机物在超临界水中的溶解度大幅增加，氧气能以任意比例与超临界水混溶，极大地降低了传质阻力，因此在极短的反应时间内(<1 min)有机物被彻底氧化，化学需氧量去除率高达99.9%。将超临界水氧化技术应用到发电领域，燃料在超临界水中氧化所释放的化学能不再经过壁面传递，而是直接传递到水中，产生超临界水/CO₂复合工质，推动汽轮机做功发电，热效率得以提高。由于反应温度远低于常规燃烧过程所需的反应温度（900-1300℃），该过程不产生SO_x和NO_x污染。通过集中回收CO₂可以大幅降低排放量，实现高效、清洁燃烧发电。

在专利 “超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统及方法” （专利号：2015109976517）提供的技术方案中，水煤浆与氧气在超临界反应器中直接发生氧化放热反应，超临界反应器出口的工质为CO₂和超临界水形成的混合工质，参数为600℃、30MPa；混合工质进入分离器中进一步分离出其中的悬浮颗粒，经过净化后的混合工质进入高压汽轮机中膨胀做功。在这一过程中，混合工质经过独立于反应器的分离器除去其中的悬浮颗粒，由于散热，工质的参数会降低，必然导致可用能损失，降低发电效率。此外，煤粉直接在超临界水氧化，煤中矿物质颗粒、残余炭颗粒、以及含硫、氯化合物转化的盐颗粒会磨损和腐蚀反应器。

实用新型内容

为了克服现有技术中的不足，解决水煤浆与氧气在超临界反应器中发生氧化放热反应的过程中，煤中矿物质颗粒、残余炭颗粒、盐颗粒等对反应器磨损和腐蚀的技术问题，本实用新型提供一种在线过滤固体颗粒的超临界水氧化反应器，降低能量损耗，采用超低灰煤制成的煤浆、有机废液或者高浓度有机废水为燃料，将反应器的磨损问题减小到最低程度，提高工艺可操作性，实现高效洁净发电。

本实用新型通过以下技术方案予以实现。

一种在线过滤固体颗粒的超临界水氧化反应器，它包括微孔烧结金属管、反应壳体和保温层，其中：所述微孔烧结金属管侧壁上微孔的孔径为0.5~20微米，所述反应壳体的上端面处设置有端盖，微孔烧结金属管安装于反应壳体中，并且微孔烧结金属管与反应壳体同轴设置，燃料进料管的下端贯穿端盖并延伸至微孔烧结金属管内腔的上部，氧化剂分布管设置于燃料进料管中，并且氧化剂分布管的下端延伸至微孔烧结金属管内腔的中部；所述保温层包裹于反应壳体的外部，反应壳体的下部设置有工质排出管，工质排出管贯穿保温层并延伸至保温层的外部，微孔烧结金属管的底面上设置有反应器排料管，反应器排料管由内向外依次贯穿反应壳体、保温层并延伸至保温层的外部。

进一步地，所述反应壳体的材质为无缝不锈钢管，氧化剂分布管的材质为不锈钢烧结网滤筒，过滤精度为100~300 微米。

进一步地，所述氧化剂分布管的外壁与微孔烧结金属管的内壁之间设置有环形间隙，微孔烧结金属管的外壁与反应壳体的内壁之间亦设置有环形间隙。

燃料和氧化剂走微孔烧结金属管，燃料通过燃料进料管进入反应器，氧化剂通过不锈钢烧结网滤筒制成的氧化剂分布管进入反应器。一方面，氧化剂得以均匀分布，避免局部热点产生；另一方面，氧化剂从烧结网的孔隙进入微孔烧结金属管，产生的横向作用力形成微扰效应，强化了氧化剂和燃料的接触与反应。氧化反应产生的超临界水/超临界二氧化碳混合工质透过微孔烧结金属管管身到微孔烧结金属管和反应壳体之间的环形间隙中，从反应壳体下部的工质排出管流出反应器，进入高压汽轮机发电，混合工质中的固体颗粒从反应器排料管排出。

与现有技术相比本实用新型的有益效果为：

（1）在线过滤除去混合工质中的固体颗粒，不磨损反应器的承压面，工质可用能损失很小，工质参数高，发电效率高。

（2）采用微孔烧结金属管为过滤介质，渗透性好、强度高、孔隙稳定、过滤精度高，能够高效去除发电工质中的悬浮物和微粒。

（3）采用超低灰煤制成的煤浆、有机废液或者高浓度有机废水为燃料，氧化反应后流体中微粒很少，不会在微孔烧结金属管表面形成滤饼。

（4）氧化剂通过不锈钢烧结网滤筒分布在反应器内，氧化剂分布均匀，与超临界流体接触面积大，避免局部热点产生。

附图说明

图1为本实用新型主视剖视结构示意图。

图中，1-氧化剂分布管，2-燃料进料管，3-反应器外壳，4-微孔烧结金属管，5-工质排出管，6-反应器排料管，7-保温层。

具体实施方式

下面通过具体实施例对于本实用新型做进一步详细的说明，下面实施例仅作为代表案例对本实用新型进行清楚、完整的解释，但是本实用新型的保护范围并不受限于这些实施例。

一种在线过滤固体颗粒的超临界水氧化反应器，它包括微孔烧结金属管4、反应壳体3和保温层7，其中：所述微孔烧结金属管4侧壁上微孔的孔径为3微米，所述反应壳体3的上端面处设置有端盖，微孔烧结金属管4安装于反应壳体3中，并且微孔烧结金属管4与反应壳体3同轴设置，燃料进料管2的下端贯穿端盖并延伸至微孔烧结金属管4内腔的上部，氧化剂分布管1设置于燃料进料管2中，并且氧化剂分布管1的下端延伸至微孔烧结金属管4内腔的中部；所述保温层7包裹于反应壳体3的外部，反应壳体3的下部设置有工质排出管5，工质排出管5贯穿保温层7并延伸至保温层7的外部，微孔烧结金属管4的底面上设置有反应器排料管6，反应器排料管6由内向外依次贯穿反应壳体3、保温层7并延伸至保温层7的外部。

进一步地，所述反应壳体3的材质为无缝不锈钢管，氧化剂分布管1的材质为不锈钢烧结网滤筒，过滤精度为200 微米。

进一步地，所述氧化剂分布管1的外壁与微孔烧结金属管4的内壁之间设置有环形间隙，微孔烧结金属管4的外壁与反应壳体3的内壁之间亦设置有环形间隙。

质量分数为25%的无灰煤水煤浆经过物料进料系统加压，压力达到25MPa，预热到360℃后从燃料进料管2泵入微孔烧结金属管4，氧化剂从氧化剂分布管1的孔隙向外扩散到微孔烧结金属管4中，形成微扰效应，与流动的无灰煤水煤浆充分混合并发生氧化反应，温度提升至650℃。氧化反应产生的超临界水/超临界二氧化碳混合工质透过微孔烧结金属管4的管身到微孔烧结金属管4和反应壳体3之间的环隙中，从反应器下部的工质排出管5流出反应器，进入高压汽轮机发电，工质中的少量颗粒从反应器排料管6排出。整个过程控制内管流体的压力比外管流体的压力高0.5MPa。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种在线过滤固体颗粒的超临界水氧化反应器，它包括微孔烧结金属管（4）、反应壳体（3）和保温层（7），其特征在于：所述微孔烧结金属管（4）侧壁上微孔的孔径为0.5~20微米，所述反应壳体（3）的上端面处设置有端盖，微孔烧结金属管（4）安装于反应壳体（3）中，并且微孔烧结金属管（4）与反应壳体（3）同轴设置，燃料进料管（2）的下端贯穿端盖并延伸至微孔烧结金属管（4）内腔的上部，氧化剂分布管（1）设置于燃料进料管（2）中，并且氧化剂分布管（1）的下端延伸至微孔烧结金属管（4）内腔的中部；所述保温层（7）包裹于反应壳体（3）的外部，反应壳体（3）的下部设置有工质排出管（5），工质排出管（5）贯穿保温层（7）并延伸至保温层（7）的外部，微孔烧结金属管（4）的底面上设置有反应器排料管（6），反应器排料管（6）由内向外依次贯穿反应壳体（3）、保温层（7）并延伸至保温层（7）的外部。

2.根据权利要求1所述的一种在线过滤固体颗粒的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述反应壳体（3）的材质为无缝不锈钢管，氧化剂分布管（1）的材质为不锈钢烧结网滤筒，过滤精度为100~300 微米。

3.根据权利要求1所述的一种在线过滤固体颗粒的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述氧化剂分布管（1）的外壁与微孔烧结金属管（4）的内壁之间设置有环形间隙，微孔烧结金属管（4）的外壁与反应壳体（3）的内壁之间亦设置有环形间隙。

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