一种可实现控温控压的超临界水热燃烧装置转让专利
申请号 : CN202111011916.3
文献号 : CN113739137B
文献日 : 2022-10-28
发明人 : 王树众 , 赫文强 , 李艳辉 , 蒋卓航 , 贺超 , 李紫成 , 崔成超
申请人 : 西安交通大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种可实现控温控压的超临界水热燃烧装置,包括反应器端盖(1)及反应器器壁(4),其特征在于,所述反应器器壁(4)上部依次内嵌安装螺旋冷却筒体(6)和掺混筒体(3),螺旋冷却筒体(6)外壁设置冷却螺旋通道(16),反应器端盖(1)适配安装于掺混筒体(3)的顶端,反应器端盖(1)上有与掺混筒体(3)连通的燃料入口(8)和氧化剂入口(11),掺混筒体(3)的底端开有出口孔群(18)与反应器器壁(4)的下部连通,冷却螺旋通道(16)的出水口与反应器器壁(4)的下部连通,由此在掺混筒体(3)中形成燃烧室(A1),在反应器器壁(4)的下部形成掺混室(A2);
所述反应器端盖(1)中设置有轴向的连接筒体(9),连接筒体(9)内置加热棒(7),连接筒体(9)内壁与加热棒(7)之间有环柱形的间隙一,连接筒体(9)外壁与反应器端盖(1)之间有环柱形的间隙二,所述燃料入口(8)和氧化剂入口(11)分别通过间隙一和间隙二与掺混筒体(3)连通;
所述反应器端盖(1)的底端设置喷嘴平台(12),连接筒体(9)的底端连接于喷嘴平台(12)的顶端,喷嘴平台(12)螺纹连接燃料雾化喷嘴(13),且开设有氧化剂螺旋喷口(14),其中燃料雾化喷嘴(13)入口端和氧化剂螺旋喷口(14)入口端分别连通所述间隙一和所述间隙二,出口均位于燃烧室(A1)的顶端;
所述连接筒体(9)内部设置有保温槽(10),保温槽(10)内置隔热陶瓷管作为保温装置,所述掺混筒体(3)的外壁下部设置有掺混螺旋通道(17),冷却螺旋通道(16)的出口端与掺混螺旋通道(17)连通,所述掺混螺旋通道(17)的出口位于掺混室(A2)上部,所述掺混筒体(3)的内部空间由上柱状空间和下柱状空间组成,其中上柱状空间的截面面积大于下柱状空间的截面面积,在两空间交界处形成缩口结构。
2.根据权利要求1所述可实现控温控压的超临界水热燃烧装置,其特征在于,所述掺混筒体(3)的内壁上部设置燃烧室筒体(5),燃烧室筒体(5)的内部空间即所述上柱状空间,所述下柱状空间的底端呈锥形,形成收口结构,出口孔群(18)分布于锥面。
3.根据权利要求1所述可实现控温控压的超临界水热燃烧装置,其特征在于,所述燃料为原油、柴油、汽油、煤浆、乙醇的一种或多种;所述氧化剂为氧气或双氧水。
说明书 :
一种可实现控温控压的超临界水热燃烧装置
技术领域
背景技术
理化性质将会发生剧烈变化。其中,密度与液体相近,比相应常压气体要大100~1000倍;黏
度与气体的接近,约为相应液体的1%~10%;扩散系数介于气体和液体之间,为普通液体
的10~100倍。另外,超临界水的粘度明显低于常规水的粘度,这使得扩散系数提升,传质性
能改善,使得超临界水可与非极性气体和碳氢化合物等完全混溶,形成一种均相体系。但
是,无机盐在超临界水中的解离常数和溶解度却很低。
物与氧化剂快速彻底地进行反应。其中,有机物中的碳元素转化成二氧化碳,氯、硫、磷等元
素转化成相应的无机盐,氮元素绝大多数转化成氮气,从而实现有机废弃物的高效无害化
处理。超临界水氧化技术适用范围广泛,可以处理各种工业有机废水和废弃物、城市污水、
污水处理厂的过量活性污泥和人类代谢污物等,具有良好的环保效益、社会效益和经济效
益。
体表现有:
Ni合金等耐高温材料并通过增加壁厚实现,这导致了反应器建造成本的升高。
对反应物和氧化剂进行预热。目前国内外的超临界水氧化设备的加热方式绝大部分采用电
加热形式,高温高压外置式预热设备投资费用巨大,对SCWO技术的大规模工业化应用造成
了巨大障碍。
应过程中会生成相应的酸,进一步引起设备的腐蚀。
超临界温度时,会导致原先溶解在水中的无机盐大量析出,从而引起预热器和反应器进出
口管路的堵塞,影响反应器的正常运行,甚至存在极大的安全隐患。
置运行成本和占地面积。
发明内容
燃料在反应器外部的预热设备。利用保温槽进行保温,保证了加热效率。在反应器点火操作
之前,进行冷却水温度的调整,使其具有较高的温度,以维持燃烧室内的高温环境,保证反
应器内顺利点火并实现稳定燃烧。此外,其利用螺旋冷却筒体对反应器主体进行冷却,避免
了反应放热导致的高温腐蚀问题,冷水与超临界水接触的地方可以降低温度,重新溶解无
机盐,达到防止盐沉积的目的。掺混冷却水和缩口、出口等压力控制结构使掺混室温度压力
降低,便于产物收集处理。除此之外,该燃烧装置还具备拆装方便,容易装载和更换催化剂,
易于检修和维护等特点。
旋通道,反应器端盖适配安装于掺混筒体的顶端,反应器端盖上有与掺混筒体连通的燃料
入口和氧化剂入口,掺混筒体的底端开有出口孔群与反应器器壁的下部连通,冷却螺旋通
道的出水口与反应器器壁的下部连通,由此在掺混筒体中形成燃烧室,在反应器器壁的下
部形成掺混室。
有环柱形的间隙二,所述燃料入口和氧化剂入口分别通过间隙一和间隙二与掺混筒体连
通。
料雾化喷嘴入口端和氧化剂螺旋喷口入口端分别连通所述间隙一和所述间隙二,出口均位
于燃烧室的顶端。
热,省去了燃料在反应器外部的预热设备,避免了预热后进入反应器过程中的热损失,保证
了燃料温度。燃料经过雾化喷嘴进入燃烧室后,与氧化剂均匀混合,进行水热燃烧,作为反
应器的内部热源,可以实现燃料的低温入射,大大减少了能量消耗,并从根本上解决了燃料
在预热器中的腐蚀、盐沉积问题。
~
积。
器壁之间形成的冷却螺旋通道中向下流动对燃烧室进行冷却,保证反应器内部高温流体不
直接与外部承压壁接触,有效降低了外部承压壁的选材要求,进一步降低了加工费用。另
外,冷却水进入掺混螺旋通道,与经掺混筒体出口孔群流出的反应流体在掺混室内混合,并
借助缩口、出口等压力控制结构,达到控温控压的效果。
附图说明
平台;13.雾化喷嘴;14.氧化剂螺旋喷口;15.壁面冷却水入口;16.冷却螺旋通道;17.掺混
螺旋通道;18. 掺混筒体出口孔群;19.底部出口; A1.燃烧室;A2.掺混室。
具体实施方式
操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的
含义是两个或两个以上。
以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。
端盖1适配安装于掺混筒体3的顶端,燃料入口8和氧化剂入口11均与掺混筒体3连通,并在
其中燃烧,掺混筒体3的底端开有出口孔群18,并通过出口孔群18与反应器器壁4的下部连
通,冷却螺旋通道16的出水口与反应器器壁4的下部连通,由此,在掺混筒体3中形成燃烧室
A1,在反应器器壁4的下部形成掺混室A2。
环柱形的间隙二,燃料入口8和氧化剂入口11分别通过间隙一和间隙二与掺混筒体3连通。
口14入口端分别连通燃料入口8和氧化剂入口11,出口均位于燃烧室A1的顶端。
间内,通过氧化剂螺旋喷口14进入燃烧室A1,在此完成与燃料的均匀混合。
12通过螺纹连接,其内部设置有保温槽10,对燃料进行保温。
体3,将二者进行固定连接。燃烧室筒体5则通过反应器端盖1的上部紧压和掺混筒体3的外
部紧压进行固定。
例地,燃烧室筒体5的内部空间即所述上柱状空间。
器壁面冷却水入口15进入后,在螺旋冷却筒体6和反应器器壁4之间形成的冷却螺旋通道16
中向下流动对燃烧室A1进行冷却。此外,为保证顺利点火并实现稳定燃烧,其冷却水温度可
调,在点火操作时,冷却水温度较高,维持燃烧室A1内的高温环境。
后与掺混螺旋通道17流出的冷却水在掺混室A2进行调温调压,底部出口19为一收口结构。
热棒7在直孔内对其进行加热,加热后的燃料通过喷嘴平台12上设置的雾化喷嘴13射入燃
烧室A1,超临界压力下氧化剂经氧化剂入口11进入到喷嘴平台12和反应器端盖1之间的环
形空间内,通过喷嘴平台12上开设的氧化剂螺旋喷口14进入燃烧室A1,与燃料混合均匀,随
后产生超临界水热火焰。
螺旋通道17,与经掺混筒体出口孔群18流出的反应流体在掺混室A2中混合,实现调温调压,
最后经底部出口19流出。
燃料入口、氧化剂入口、加热棒和连接筒体,反应器端盖底部设置有喷嘴平台,喷嘴平台上
开设有氧化剂螺旋喷口,并螺纹连接雾化喷嘴。装置内部包括燃烧室和掺混室。燃烧室由反
应器端盖、掺混筒体、燃烧室筒体配合而成,其中反应器端盖和掺混筒体通过大型螺栓组连
接,燃烧室筒体通过反应器端盖和掺混筒体的紧压固定。掺混室由掺混筒体、反应器器壁配
合而成,掺混筒体外通过螺纹连接有螺旋冷却筒体,螺旋冷却筒体外部连接有反应器器壁。
该装置内部涉及多种缩口、收口压力控制结构,可以达到外部控压的目的。该装置还实现了
燃料在反应器内通过加热棒加热,冷却水通过冷却螺旋通道对燃烧室的冷却,有效减缓了
反应器内壁面的腐蚀并使反应器的温度得到了有效维持,可以达到外部控温的目的。
保护范围之内。