[发明专利]多功能超临界水热燃烧装置

说明书

技术领域

本发明涉及有机废物处理技术领域，特别涉及一种多功能超临界水热燃烧装置。

背景技术

超临界水氧化技术（Supercritical Water Oxidation，简称SCWO）是近年来很受关注的一种有机废物处理技术，是指在水的临界点（T_c=647K，P_c=221bar）以上，可以安全、干净、有效地降解浓度低于20wt%的有机废液的处理技术。在纯水的临界点附近或高于临界点，水的热物理性质相对于常温下的水发生了显著的变化，超临界水的极性显著降低而成为非极性有机物和气体（如氧气、氮气和二氧化碳等）的良好溶剂，因此在这些条件下，氧化反应在均相环境中进行，克服了相间传质阻力，并且因为超临界水中较高的反应温度，使有机物降解的转化率在很短的停留时间（1min或更短）内可达到100%。然而，尽管大量的实验结果已经证实了SCWO技术可以达到良好的有机物处理效果，但是SCWO技术仍存在两个主要的不可避免的技术问题：一个是反应器材质需要耐高温高压条件以及在反应器条件下的材料腐蚀问题，另一个问题是由于盐在超临界水中会析出，进而导致在预热管线中、SCWO反应器和其他高温高压容器内的盐沉积和堵塞问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能超临界水热燃烧装置，以解决传统超临界水氧化技术所存在两个主要问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

多功能超临界水热燃烧装置，包括依次连接的上端盖、直筒体和底部封头；所述上端盖设置在直筒体的上端，上端盖上径向同轴设置有燃烧器管；燃烧器管包括燃料溶液进口的芯管与混合管，混合管同轴设置于芯管外周，上端盖底部设置有喷嘴管，喷嘴管同轴设置于混合管外周；芯管与混合管之间的环隙构成了氧气进口通道，混合管与喷嘴管之间的环隙构成了废液进口通道；氧气进口通道连通设置在上端盖上的若干氧气进口；废液进口通道连通设置在上端盖上的若干废液进口；直筒体分为外筒与可更换式内筒，外筒为承压壁，内筒构成了燃烧反应室；底部封头的底部设有供反应后流体流出的出口接管；上端盖、直筒体和底部封头分别设置了监测混合器出口流体温度和端盖壁面温度、外筒壁面温度、内筒壁面温度、火焰燃烧温度和出口反应流体温度的热电偶。

本发明进一步的改进在于：内外筒壁之间的环形腔隙构成了冷却水通道。

本发明进一步的改进在于：内筒为水冷壁或多孔蒸发壁。

本发明进一步的改进在于：所述混合管以螺纹密封的形式连接到上端盖，并且混合管伸出反应器上端盖。使水热火焰远离上端盖壁面而保护其不被烧坏。

本发明进一步的改进在于：上端盖和底部封头上设置有内筒定位槽及内外筒密封。打开上端盖后可将内筒更换为水冷壁或多孔蒸发壁。

本发明进一步的改进在于：当内筒为多孔蒸发壁时，冷却水从外筒上端的蒸发壁水进口进入环形腔隙，由多孔蒸发壁流入燃烧反应室，进行蒸发壁反应器内的超临界水热燃烧特性研究，包括多孔蒸发壁的水膜形成特性、蒸发壁式反应器的超临界水热火焰燃烧特性、反应器材料腐蚀及盐沉积的防控机理研究。

本发明进一步的改进在于：当内筒为水冷壁时，冷却水从外筒下端的冷却水进口进入内外筒环形腔隙，从外筒上端的冷却水出口流出，进行水冷壁反应器内的超临界水热燃烧特性研究，包括水冷壁式反应器的超临界水热火焰燃烧特性、冷却水的燃烧室壁面冷却特性研究。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明一种多功能超临界水热燃烧装置，水热燃烧可以实现低温有机废液通过与辅助燃料水热燃烧产生的高温燃烧产物混合而提高温度至超临界反应温度，进而保证了反应器进口的有机废液可以低温入射。超临界水热火焰是一种新的燃烧方式，发生在温度高于可燃物自燃温度的超临界水氧化过程中；在超临界水氧化环境中，当有机物浓度足够高，并且温度高于其自燃温度的条件下，有可能形成水热火焰，在这个条件下，有机污染物可以在数毫秒的停留时间内完全降解，并且不会产生传统燃烧过程引起的燃烧副产物（如NO_x、二噁英）。

与传统SCWO反应器相比，超临界水热燃烧反应器有以下优点：

1）、反应器进口的低温废液通过与辅助燃料水热燃烧产生的高温燃烧产物混合被加热至超临界反应温度，有效降低了外部预热器的热负荷；

2）、采用超临界水热燃烧反应器，进口物料在室温的条件下，燃烧反应仍可进行，从而避免了预热阶段的堵塞和腐蚀问题；