专利名称：有机废水超临界水氧化处理装置及温度控制方法
技术领域：
本发明涉及有机废水处理装置及方法，特别涉及ー种高含盐(盐质量含量为5% 10% )有机废水超临界水氧化处理装置及温度控制方法。
背景技术：
超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation,简称SCW0)是利用超临界水(T > 374. 15°C, P > 22. 12MPa)对有机物和氧化剂都是良好溶剂的特殊性质，在提供充足氧化剂的前提下，有机物在富氧环境中进行均相反应，迅速、彻底地将有机物深度破坏，转化成H2OXO2等无害化小分子化合物和无机盐。而无机盐在超临界水中的溶解度极低，很容易被分离出来。SCWO主要应用于高浓度难生化降解有机废水的高效无害化处理，无二次污染，能够实现自热，能量回收优化时运行成本低，具有经济优势，在取代传统焚烧法方面具有光明的发展前景。因此，SCWO的发展在国内外受到广泛关注，美国国家关键技术六大领域之一“能源与环境”指出，21世纪最有前途的有机废物处理技术之一是超临界水氧化技术。高浓度难生化降解有机废水通过含有大量的无机盐，而这些无机盐在有机废水超临界水氧化过程中会析出、沉积在反应器内表面，当盐沉积失去控制时反应器会被堵塞。当堵塞发生时，整套装置必须停机、冲洗和再启动，这降低了 SCWO装置运行的可靠性。为解决反应器中盐沉积引起的堵塞问题，可以利用无机盐在超临界水中溶解度极低的特性，利用水力旋流器在超临界水条件下将无机盐分离出来，而高温高压的反应器操作条件及水力旋流器的超临界水温度要求对超临界水氧化处理系统的控制提出了严格要求，虽然目前已经出现了少量高含盐有机废水超临界水氧化处理系统，但尚未见对采用水力旋流器的复杂超临界水氧化处理系统温度控制方法的报道。
发明内容
本发明的目的是提供ー种高含盐有机废水超临界水氧化处理装置及温度控制方法，保证在满足超临界水条件下脱盐，使高含盐有机废水超临界水氧化处理系统能够安全可靠的运行。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的ー种有机废水超临界水氧化处理装置，其特征在于包括冷却水箱、储料池，该储料池出ロ通过高压柱塞泵连接加热炉入ロ，加热炉中间出口与水力旋流器入ロ连接，水力旋流器上设置有ー个温度传感器，水力旋流器顶部出ロ连接第一面式减温器管侧入ロ，第一面式减温器管侧出ロ连接加热炉中间入ロ，加热炉出ロ连接第二面式减温器管侧入ロ，且中间连接管路上设置ー个温度传感器，第二面式减温器管侧出ロ端连接混合器入ロ，该 混合器入ロ还连接氧气输运管路，混合器出ロ连接管式反应器的入ロ，管式反应器出ロ连接后续冷却分离降压装置；管式反应器上设置两至四个温度传感器，管式反应器出口设置ー个温度传感器；
所述冷却水箱出ロ通过低压变频泵分成三路，第一支路通过第一流量调节阀连接第一面式减温器壳侧入ロ，第二支路通过第二流量调节阀连接第二面式减温器壳侧入ロ，第三支路通过第三流量调节阀连接冷却水箱。ー种有机废水超临界水氧化处理的温度控制方法，其特征在干，包括管式反应器工作温度的控制和水力旋流器中流体温度的控制，以下予以分述I)管式反应器工作温度的控制a、当管式反应器的工作温度低于设定的反应温度时，先増大加热炉的加热功率进行粗调节，然后再减少进入第一面式减温器壳侧的冷却水流量进行细调节，将反应器的エ作温度維持在设定的反应温度范围内；b、当反应器的工作温度高于设定的反应温度时，先減少加热炉的加热功率进行粗调节，然后再增大进入第一面式减温器壳侧的冷却水流量进行细调节，将反应器的工作温度維持在设定的反应温度范围内；C、当反应器的工作温度超过反应器的最高工作温度时，先通过第二面式减温器将反应器的工作温度降低到设定的反应温度以下，然后降低加热炉的加热功率，逐渐减少进入第二面式减温器壳侧冷却水的流量至零，通过调节加热炉的加热功率和调节进入第一面式减温器冷却水的流量使反应器工作温度稳定在设定的反应温度范围内。2)水力旋流器中的流体温度控制a、水力旋流器中的流体温度低于设定温度，则增大加热炉的加热功率，将水力旋流器中的流体温度維持在设定温度范围内。上述方法中，所述水力旋流器中的流体温度控制过程中，若反应器工作温度低于设定的反应温度吋，则减少进入第一面式减温器壳侧的冷却水流量，将反应器的工作温度維持在设定的反应温度范围内；若反应器工作温度高于设定温度时，则增大进入第一面式减温器壳侧的冷却水流量，将反应器的工作温度維持在设定温度范围内。所述反应器中设定的反应温度范围为550°C 600°C;所述反应器的最高工作温度为 600 0C o所述水力旋流器中设定的温度范围为385°C 400°C。所述低压变频泵输出的冷却水流量首先满足进入第一面式减温器壳侧的冷却水流量需求，多余的冷却水通过第一流量调节阀返回到冷却水箱中。本发明通过调节加燃炉的加热功率和进入第一面式减温器冷却水的流量，可以实现反应器工作温度的精细调节，同时保证水力旋流器中流体的超临界水温度条件。通过调节第二面式减温器冷却水的流量及加热炉的加热功率可以实现反应器超温保护。本发明温度控制方法能够实现反应器正常运行的温度控制要求以及反应器安全控制要求，有效保证水力旋流器进行脱盐的超临界水温度条件，从而实现高含盐有机废水超临界水氧化处理系统的安全可靠运行，提高整个系统的自动化水平。
下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进ー步的详细说明。
图I是本发明系统的结构示意图。图中1为储料池、2为高压柱塞泵、3为加热炉、4为水力旋流器、5为第一面式减温器、6为第二面式减温器、7为冷却水箱、8为低压变频泵、9为混合器、10为管式反应器，Vl V3为流量调节阀，V4为截止阀，Zl TA为止回阀，SI S3为安全阀。图I中的图例和仪表代码含义见表I表I
图例名称图例名称代码代码意义
截止阀I安全阀 PIC 压カ传感器
流量调节阀 ^φ^跨管LIC 液位传感器
^Il^ 法兰连接I管线交叉 Ti 温度显示
[> 流体流向 > > 输入或输出 PI 压カ显示 止回阀TIC温度传感器 LI 液位显示
具体实施例方式如图I所示，一种高含盐有机废水超临界水氧化处理系统的设备连接组成特征在于储料池I出口端与高压柱塞泵2入口端连接，高压柱塞泵2出口端与加热炉3入口端A连接且连接中间管路上设置压力传感器PIC(I)、安全阀SI (安全保护)和止回阀Zl (防止逆向流动)，加热炉3中间出ロ端B与水力旋流器4入口端连接，水力旋流器上设置安全阀S2和温度传感器TIC(I)，水力旋流器4顶部出ロ端与第一面式减温器5管侧入口端连接，第一面式减温器5管侧出ロ端与加热炉3中间入口端C连接，加热炉3出ロ端与第二面式减温器6管侧入口端连接且中间连接管路上设置温度传感器TIC(2)，第二面式减温器6管侧出ロ端与混合器9入口端连接且中间管路上设置止回阀Z4。氧气输运管路与混合器9入ロ端连接且中间连接管路上设置截止阀V4和止回阀Z3。冷却水箱7出ロ端与低压变频泵8入口端连接，低压变频泵8出ロ端设置止回阀Z2和压カ传感器PIC(5)，分成三个支路，第一支路与第一面式减温器5壳侧入口端连接且中间连接管路上设置流量调节阀V3，第二支路与第二面式减温器6壳侧入口端连接且中间连接管路上设置流量调节阀V2，第三支路与冷却水箱7连接且中间连接管路设置流量调节阀V3。混合器9出ロ端与管式反应器10入口端连接，管式反应器10出ロ端与后续冷却分离降压收集装置连接，混合器9上设置压力传感器PIC (2)，管式反应器10上设置4个温度传感器TIC (3)、TIC(4)、TIC(5)、TIC(6)和ー个安全阀S3，管式反应器出ロ设置ー个温度传感器TIC (7)和一个压カ传感器PIC (3)。图I所示高含盐有机废水超临界水氧化处理系统的工作原理如下储料池I中的高含盐有机废水经过高压柱塞泵2加压输运到加热炉3的低温段(A-B)进行预热，通过调控加热炉3的加热功率，使加热炉3中间出口 B位置处理的流体温度达到超临界水温度(385°C 400°C)，然后这股流体进入水力旋流器4，利用水力旋流器4的离心分离作用 ，将超临界条件下析出的无机盐分离出来，将颗粒度10微米以上的大量固体盐颗粒分离出来，经过脱盐处理后流体的含盐质量分数可以降低90%，分离后的进料流体进入第一面式减温器5管侧被壳侧的少量冷却流体冷却，再进入加热炉3的高温段(C-D)进行进一步预热，达到预热温度后从加热炉3的出ロ流出，进入第二面式减温器6管侧，再进入混合器9。氧气经过加压和流量调节后通过截止阀V4和止回阀Z3进入混合器9，与预热和脱盐后的有机废水进行混合。混合后的反应流体进入管式反应器10，在管式反应器10中充分反应后，去除有机废水中的有机物，反应后的高温流体进入后续的冷却分离降压收集装置，依次经过冷却、气液分离、降压、气体产物收集，最終液体产物进行无污染排放。而从水力旋流器4分离出来的无机盐进入后续的排盐装置连续排出系统。为了实现加热炉3出口 D位置处的流体温度及反应器中流体温度的精确控制，从冷却水箱7引出少量的冷却水经过低压变频泵8输运，再通过止回阀Z2和流量调节阀VI，进入第一面式减温器5冷却管侧来自水力旋流器4顶部处理的流体，产生热水进入热水输出管路。当管式反应器10超过反应器的最高工作温度时，増大流量调节阀V3的开度，投入第二面式减温器6冷却加热炉3出口的流体，将管式反应器10的温度降低设定值范围内。在保证进入流量调节阀Vl的冷却水流量前提下，低压变频泵8输出的多余流体经过流量调节阀V3返回到冷却水箱7中。系统利用水力旋流器在超临界水温度下进行脱盐处理，可以有效防止水力旋流器4后续管路及设备(加热炉3中高温段⑶、第一面式减温器5、第二面式减温器6、混合器9，特别是反应器10)的堵塞。參照图I所示高含盐有机废水超临界水氧化处理系统，本实施例以本发明的控制方法为依据。首先TI (3)、TI (4)、TI (5)、TI (6)和TI (7)检测管式反应器10上各点温度和出ロ流体的最高温度，TI⑴检测水力旋流器4上流体的温度，TI⑵检测加热炉3出ロ流体温度，然后进行根据这些温度进行以下控制。I)本发明中用管式反应器10上及其出口布置的温度传感器TIC(3)、TIC(4)、TIC(5)、TIC(6)和TIC(7)的最高显示温度来表示管式反应器10的工作温度。当管式反应器10的工作温度低于设定温度(550°C 600°C )时，先通过增大加热炉3的燃料用量，进而増大加热炉3的加热功率进行粗调节，然后再启动低压变频泵8通过关小流量调节阀Vl的开度，减少进入第一面式减温器5壳侧的冷却水流量进行细调节，将管式反应器10的工作温度維持在设定温度范围内。当管式反应器10的工作温度高于设定温度时，先通过减少加热炉3的燃料用量，降低加热炉3的加热功率进行粗调节，然后再通过增大流量调节阀Vl的开度，增大进入第一面式减温器5壳侧的冷却水流量进行细调节，将管式反应器10的工作温度維持在设定温度范围内。低压变频泵8输出的冷却水流量首先满足进入第一面式减温器5壳侧的冷却水流量需求，多余的冷却水通过流量调节阀Vl返回到冷却水箱7中。2)若TI (I)测得水力旋流器4中的流体温度低于设定温度，则增大加热炉3的燃料用量，増大加热炉3的加热功率，将水力旋流器4中的流体温度維持在设定温度范围内(385°C 400°C )。调节过程中若管式反应器工作温度10低于设定温度时，则关小流量调节阀Vl的开度，减少进入第一面式减温器5壳侧的冷却水流量，将管式反应器10的工作温度維持在设定温度范围内。若管式反应器10工作温度高于设定温度时，则増大流量调节阀Vl的开度，增加进入第一面式减温器5壳侧的冷却水流量，将管式反应器10的工作温度维持在设定温度范围内。 3)当管式反应器10的工作温度超过管式反应器10的最高工作温度(600°C )吋，先打开流量调节阀V2的开度，引入冷却水至第二级面式减温器6壳侧冷却加热炉3出口流体，进而将管式反应器10的工作温度降低到设定温度以下，然后降低加热炉的燃料用量，减小加热炉3的加热功率，逐渐关小流量调节阀V2的开度，减少进入第二面式减温器6壳侧冷却水的流量，直至流量调节阀V2完全关闭。再通过增大加热炉的燃料用量，増大加热炉的加热功率，进行粗调节，同时关小流量调节阀Vl的开度，减小进入第一面式减温器5冷却水的流量进行细调节，最終使管式反应器10的工作温度稳定在设定温度范围内。本发明方法的特点是，通过调节加热炉的加热功率来保证水力旋流器内部流体达到超临界水温度，满足超临界条件下脱盐的温度需求，通过调节加热炉的加热功率、第一面式减温器的冷却水流量和第二面式减温器的冷却水流量，满足反应器的正常运行温度控制要求和安全控制要求。
权利要求
1.ー种有机废水超临界水氧化处理装置，其特征在于包括冷却水箱、储料池，该储料池出口通过高压柱塞泵连接加热炉入ロ，加热炉中间出口与水力旋流器入ロ连接，水力旋流器上设置有ー个温度传感器，水力旋流器顶部出ロ连接第一面式减温器管侧入ロ，第一面式减温器管侧出口连接加热炉中间入口，加热炉出口连接第二面式减温器管侧入口，且中间连接管路上设置ー个温度传感器，第二面式减温器管侧出ロ端连接混合器入ロ，该混合器入口还连接氧气输运管路，混合器出口连接管式反应器的入口，管式反应器出口连接后续冷却分离降压装置；管式反应器上设置两至四个温度传感器，管式反应器出口设置ー个温度传感器； 所述冷却水箱出口通过低压变频泵分成三路，第一支路通过第一流量调节阀连接第一 面式减温器壳侧入ロ，第二支路通过第二流量调节阀连接第二面式减温器壳侧入ロ，第三支路通过第三流量调节阀连接冷却水箱。
2.ー种有机废水超临界水氧化处理的温度控制方法，通过权利要求I所述的有机废水超临界水氧化处理装置实现，其特征在于，包括管式反应器工作温度的控制和水力旋流器中流体温度的控制，以下予以分述 1)管式反应器工作温度的控制 a、当管式反应器的工作温度低于设定的反应温度时，先増大加热炉的加热功率进行粗调节，然后再减少进入第一面式减温器壳侧的冷却水流量进行细调节，将反应器的工作温度維持在设定的反应温度范围内； b、当反应器的工作温度高于设定的反应温度时，先減少加热炉的加热功率进行粗调节，然后再增大进入第一面式减温器壳侧的冷却水流量进行细调节，将反应器的工作温度維持在设定的反应温度范围内； C、当反应器的工作温度超过反应器的最高工作温度时，先通过第二面式减温器将反应器的工作温度降低到设定的反应温度以下，然后降低加热炉的加热功率，逐渐减少进入第ニ面式减温器壳侧冷却水的流量至零，通过调节加热炉的加热功率和调节进入第一面式减温器冷却水的流量使反应器工作温度稳定在设定的反应温度范围内。
2)水力旋流器中的流体温度控制 a、水力旋流器中的流体温度低于设定温度，则增大加热炉的加热功率，将水力旋流器中的流体温度维持在设定温度范围内。
3.如权利要求2所述的有机废水超临界水氧化处理的温度控制方法，其特征在干，所述水力旋流器中的流体温度控制过程中，若反应器工作温度低于设定的反应温度时，则减少进入第一面式减温器壳侧的冷却水流量，将反应器的工作温度維持在设定的反应温度范围内；若反应器工作温度高于设定温度时，则增大进入第一面式减温器壳侧的冷却水流量，将反应器的工作温度維持在设定的反应温度范围内。
4.如权利要求2或3所述的有机废水超临界水氧化处理的温度控制方法，其特征在于，所述反应器中设定的反应温度范围为550°C 600°C ;所述反应器的最高工作温度为600。。。
5.如权利要求2所述的有机废水超临界水氧化处理的温度控制方法，其特征在干，所述水力旋流器中设定的温度范围为385°C 400°C。
6.如权利要求2所述的有机废水超临界水氧化处理的温度控制方法，其特征在干，所述低压变频泵输出的冷却水流量首先满足进入第一面式减温器壳侧的冷却水流量需求，多余的冷却水通过第一流量调节阀返回 到冷却水箱中。
全文摘要
本发明公开了一种有机废水超临界水氧化处理装置及温度控制方法，其特征在于，本发明通过调节加热炉的加热功率和进入第一面式减温器冷却水的流量，可以实现反应器工作温度的精细调节，同时保证水力旋流器中流体的超临界水温度条件。通过调节第二面式减温器冷却水的流量及加热炉的加热功率可以实现反应器超温保护控制。本发明温度控制方法能够实现系统中反应器正常运行的温度控制要求以及反应器安全控制要求，有效保证水力旋流器进行脱盐的超临界水温度条件，从而实现高含盐有机废水超临界水氧化处理系统的安全可靠运行。
文档编号C02F9/10GK102642965SQ201210120099
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者公彦猛, 周璐, 唐兴颖, 徐东海, 王树众, 马红和 申请人:西安交通大学