專利名稱：有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高含鹽(無機鹽濃度大于2. Owt % )有機廢水超臨界水處理過程中的預熱裝置，特別涉及一種的燃煤超臨界直流加熱爐。
背景技術：
超臨界水是指溫度壓力均高于臨界點(Pc = 22. IMPa, Tc = 374. 15°C )的水，它兼具液態(tài)水和氣態(tài)水的性質介電常數近似于有機溶劑，具有高的擴散系數和低的粘度；可以與有機物、非極性氣體(特別是氧氣)以任意比混溶，使非均相反應轉變?yōu)榫喾磻蟠鬁p少了傳熱、傳質阻力；無機鹽在超臨界水中的溶解度極低，容易結晶分離出來。超臨界水技術利用了超臨界水的特殊性質，將超臨界水、有機物和氧化劑形成均 相反應體系，使得有機物結構迅速破壞，有機物中的碳、氫、氮元素分別轉化為二氧化碳、水和氮氣，雜原子則轉化為相應的酸根離子。超臨界水氧化技術、超臨界水部分氧化技術和超臨界水氣化技術均屬于超臨界水技術范疇，其中超臨界水氧化技術的目的將廢有機物處理至無害化并達標排放，超臨界水部分氧化技術和超臨界水氣化技術的最終目的是將廢有機物最大化的轉化為氫氣，并在此基礎上盡量實現廢有機物的無害化。常壓常溫下，大多數無機鹽在水中的溶解度一般在10 100g/L的范圍內。然而，在超臨界水中，無機鹽的溶解度極低，一般為I 100 X 10_6 (質量濃度)。因此，含鹽有機廢水在加熱器(爐)中預熱時，有機物氣化生成焦油，發(fā)生結焦現象；本來溶解在廢水中的無機鹽很容易從超臨界水中析出，析出的無機鹽固體顆粒趨向接觸加熱面的內表面，如果趨向沉積的沉降力超過趨向輸送它們的剪切力，無機鹽就會沉積在加熱面的內表面。再加上焦油和無機鹽粘滯一起，粘在受熱面上。因此，如果不進行處理，就會導致傳熱惡化，最后堵塞加熱器(爐)管道，進而導致加熱器(爐)乃至整個系統(tǒng)的停機、清洗、裝配和重新啟動，甚至引起重大安全事故。目前，國外商業(yè)化的超臨界水處理有機廢水的裝置中，因為超臨界條件下有機物結焦和無機鹽沉積引起的設備及管道堵塞，阻礙了超臨界水技術的商業(yè)化應用。另外，現在的國外商業(yè)化超臨界水裝置，均采用燃氣加熱爐預熱廢水；國內還沒有商業(yè)化超臨界水裝置，現存的實驗裝置均采用電加熱器預熱廢水。在商業(yè)化裝置上，電加熱的運行成本太過昂貴，無論國內外企業(yè)都無法承受；燃氣加熱爐的成本，也相對較高，只有國外特殊行業(yè)的示范裝置采用。

發(fā)明內容
無機鹽有在某一亞臨界溫度(以下稱溶解溫度)時溶解于水中，而在超臨界水溫度(以下稱脫鹽溫度)時結晶析出的性質，本發(fā)明的目的在于提供一種高濃度高含鹽有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐。該裝置使得在反應流體進入反應器之前，利用部分氧化防止焦油生成，通過引出管路將析出的鹽脫除，而后再引回超臨界直流加熱爐加熱至所需的溫度。此外，該裝置中溶解溫度至脫鹽溫度的受熱管路具有正常運行過程中反沖洗功能，可保證加熱爐的長時間連續(xù)正常運行。本發(fā)明的最終目的是保證不發(fā)生結焦和鹽沉積的前提下，將高濃度高含鹽有機廢水加熱至反應所需的溫度，并且采用煤作為燃料，可大大降低高含鹽高濃度有機廢水加熱的運行成本。為達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術方案予以實現的一種有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐，包括爐膛、煙道，其特征在于，所述爐膛內設置有水冷壁，所述煙道的高溫對流段設置有過熱器，所述煙道的尾部設置有省煤器，其中，省煤器入口流入常溫有機廢水，省煤器的出口與氧化劑管路通過三通接頭連通，三通接頭連通至水冷壁的入口 ；水冷壁的出口與一個爐體外的脫鹽裝置 的入口連通；脫鹽裝置的出口與過熱器的入口連通，過熱器的出口輸出超臨界含鹽有機廢水。上述方案中，所述的省煤器采用蛇形管的形式逆流布置在煙道尾部。所述水冷壁采用沿爐墻壁盤繞上升的形式布置在爐膛內。所述過熱器采用蛇形管的形式順流布置在煙道的高溫對流段。所述的脫鹽裝置為脫除固體無機鹽的水力旋流器或過濾裝置。在氧化劑管路上設置輔助閥門。本發(fā)明通過在省煤器和水冷壁間引入部分氧化劑，在高含鹽高濃度有機廢水預熱過程中進行部分氧化反應，防止焦油的產生；利用無機鹽在超臨界水中溶解度較低的特性，采用盤繞上升的直流加熱爐，將加熱過程中析出的無機鹽帶出水冷壁，并且在脫鹽溫度點設置脫鹽設備將無機鹽在加熱過程中予以脫除，達到整個超臨界水系統(tǒng)防止鹽沉積的目的。另外，采用煤作為燃料，大大降低了整個加熱爐的運行成本。


圖I為高含鹽高濃度有機廢水超臨界加熱爐的示意圖。圖中1為省煤器，2為水冷壁，3為脫鹽裝置，4為過熱器，5為氧化劑管路，6為輔助閥門，7為三通，8為冷灰斗，9為鏈條爐排，10為煙氣出口，11為省煤器入口端，12為過熱器出口端，13為氧化劑管路進口端，14為排渣口。
具體實施例方式參考圖1，本發(fā)明一種高含鹽高濃度有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐，包括省煤器I，水冷壁2，脫鹽裝置3，過熱器4，氧化劑管路5，輔助閥門6，三通接頭7，其設備連接方式如下省煤器I的出口端與氧化劑管路5通過三通接頭7連通，三通接頭7另一端連通至水冷壁2入口端；水冷壁2出口端與脫鹽裝置3入口端連通；脫鹽裝置3流體出口端與過熱器4入口端連通。省煤器I采用蛇形管的形式逆流布置在燃煤超臨界直流加熱爐的煙道尾部，其入口端11為高含鹽高濃度有機廢水入口，蛇形管將高含鹽高濃度有機廢水從常溫加熱至適
宜溫度。氧化劑管路5提供氧化劑，氧化劑包括氧氣或空氣；氧化劑管路的進口端13為氧化劑入口，出口端與引入的省煤器出口端通過三通接頭7連接，使高濃度有機廢水與氧化劑混合均勻。在氧化劑管路上設置輔助閥門6。
水冷壁2采用沿爐墻壁盤繞上升的形式布置在燃煤超臨界直流加熱爐爐膛內，將來自三通的廢水與氧化劑的混合流體加熱至無機鹽完全析出的脫鹽溫度。脫鹽裝置3用于在超臨界水條件下脫除固體無機鹽的水力旋流器或過濾裝置，設置在燃煤超臨界直流加熱爐外，將來自水冷壁析出的固體鹽顆粒脫除，固體鹽從底部排渣口 14排出；脫鹽后的混合流體從脫鹽裝置的出口端流出至過熱器。過熱器4采用蛇形管的形式順流布置在燃煤超臨界直流加熱爐煙道的高溫對流段，將從脫鹽裝置流體出口端流出的混合流體加熱至設定的溫度，過熱器出口端12即為燃煤超臨界直流加熱爐的最終出口。本實施例采用燃煤的超臨界直流加熱爐，在確保將高含鹽高濃度有機廢水預熱至所需超臨界溫度的前提下，一方面采用直流的管路布置形式，將有機廢水加熱至超臨界，并提高管道內流體流速，把超臨界水條件下結晶析出的無機鹽攜帶走；一方面利用煤作為燃料，大大降低運行成本，顯著提高廢水處理的經濟性。增設輔助脫鹽、旁路，保證在燃煤超臨界直流加熱爐運行中不發(fā)生結焦、鹽沉積，而且將無機鹽有效脫除，保證整個超臨界水系統(tǒng) 不發(fā)生鹽沉積。
權利要求
1.一種有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐，包括爐膛、煙道，其特征在于，所述爐膛內設置有水冷壁，所述煙道的高溫對流段設置有過熱器，所述煙道的尾部設置有省煤器，其中，省煤器入口流入常溫有機廢水，省煤器的出口與氧化劑管路通過三通接頭連通，三通接頭的另一接頭連通水冷壁的入口 ；水冷壁的出口與一個爐體外的脫鹽裝置的入口連通；脫鹽裝置的出口與過熱器的入口連通，過熱器的出口輸出超臨界有機廢水。
2.如權利要求I所述的有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐，其特征在于，所述的省煤器采用蛇形管的形式逆流布置在煙道尾部。
3.如權利要求I所述的有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐，其特征在于，所述水冷壁采用沿爐墻壁盤繞上升的形式布置在爐膛內。
4.如權利要求I所述的有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐，其特征在于，所述過熱器采用蛇形管的形式順流布置在煙道的高溫對流段。
5.如權利要求I所述的有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐，其特征在于，在氧化劑管路上設置有輔助閥門。
6.如權利要求I所述的有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐，其特征在于，所述的脫鹽裝置為脫除固體無機鹽的水力旋流器或過濾裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機廢水的燃煤超臨界直流加熱爐，包括省煤器、水冷壁、脫鹽設備以及過熱器。本發(fā)明著眼于超臨界水處理領域中高含鹽高高濃度有機廢水的預熱，一方面采用煤作為燃料，顯著降低了運行成本；另一方面，采用直流加熱爐的形式，添加上輔助管路，避免在加熱過程中因結焦和鹽沉積而產生的堵塞問題，大大延長了燃煤超臨界直流加熱爐的連續(xù)運行時間，最終提高了整個超臨界水系統(tǒng)的經濟效益。
文檔編號F24H1/22GK102633313SQ201210120219
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權日2012年4月23日
發(fā)明者公彥猛, 周璐, 唐興穎, 徐東海, 王樹眾, 馬紅和 申請人:西安交通大學