一种有机废物超临界水热燃烧处理装置

1.本发明属于有机废物处理技术领域，具体涉及一种有机废物超临界水热燃烧处理装置。


背景技术：

2.目前，工业领域产生的各类高浓度难降解有机废物急剧增多，处理难度也随之上升。填埋、焚烧等传统处理方法往往难以实现有机废物的彻底减量化和无害化处理，甚至会产生渗滤液污染地下水等问题，以及产生二噁英和so2等有害气体，进一步恶化了人类的生存环境。绿色、清洁、高效地处理有机废物，已成为人类社会可持续发展所面临的重要挑战。
3.超临界水热燃烧是指一定浓度的有机物与氧化剂在超临界水中发生剧烈氧化反应，产生水热火焰的新型燃烧技术。又可以被称作，带水热火焰的超临界水氧化技术。因为水热火焰的存在，相对于传统无火焰的超临界水氧化技术，超临界水热燃烧的反应温度更高(＞777℃)，对有机废物的氧化降解速率更快，可以在毫秒内实现有机污染物高达99.9％的降解率。
4.然而，较高的反应温度也对制造所需钢材的品质提出了更高的要求，导致装置选材困难及制造成本上升。此外，现有多数超临界水热燃烧反应装置未对于反应过程中产生的热量进行原位综合利用，导致后续再利用时的能量利用率低及换热设备投资高。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种有机废物超临界水热燃烧处理装置，使有机废物进行超临界水热燃烧和氧化反应，从而快速转化成无污染物质，通过装置内置有机废物预热组件与取热组件对燃烧/氧化所释放热量进行利用，借助取热组件、壁面冷却组件有效防止装置主体壁面超温，保证了装置安全稳定运行。
6.本发明采用以下技术方案：
7.一种有机废物超临界水热燃烧处理装置，包括装置主体，装置主体的内部由内向外同轴设置有水热燃烧反应通道和换热通道，水热燃烧反应通道内设置有反应强化床，换热通道内设置有取热组件和有机废物预热组件，装置主体上设置有壁面冷却组件，装置主体的底部一侧设置有反应产物出口，装置主体的顶部设置有端盖，端盖上分别设置有有机废物进口和氧化剂进口。
8.具体的，水热燃烧反应通道和换热通道之间设置有氧化反应通道，反应强化床设置在氧化反应通道内。
9.进一步的，氧化反应通道至少包括1个。
10.具体的，取热组件布置在换热通道内部热流体流向的上游。
11.具体的，壁面冷却组件采用水套或膜式壁形式。
12.具体的，壁面冷却组件设置在端盖和装置主体的内侧和/或外侧。
13.具体的，壁面冷却组件的底部一侧设置有冷却剂进口，顶部另一侧设置有冷却剂
出口。
14.具体的，有机废物进口、氧化剂进口和反应产物出口均与装置主体内部空间连通。
15.具体的，取热组件的一侧设置有取热介质引入口，另一侧对应设置有取热介质引出口。
16.具体的，有机废物预热组件的一侧设置有物料预热引入口，另一侧对应设置有物料预热引出口。
17.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
18.本发明一种有机废物超临界水热燃烧处理装置，装置主体内部由内向外同轴设置有水热燃烧反应通道和换热通道，有机废物先在超临界水环境中发生快速地超临界水热燃烧，转化为可以彻底降解的有机质后再通过氧化反应通道内进行超临界水氧化反应，有效地将各类有机废物彻底分解为co2、h2o、n2等无污染的小分子物质，装置主体上设置有壁面冷却组件和取热组件，吸收反应后热流体的热量，使有机废物预热组件表面和装置主体壁面保持较低的温度，避免发生超温，保证装置安全运行；此外，较低的壁面温度降低了有机废物预热组件与壁面冷却组件制造对钢材的要求，从而可以选用较低端的钢材，降低了装置成本；有机废物通过有机废物预热组件与高温流体进行换热，充分利用反应装置内热量，提高有机废物进入超临界水热燃烧通道时的温度，保障了水热燃烧火焰的稳定性。
19.进一步的，水热燃烧反应通道和换热通道之间设置有氧化反应通道，反应通道内设置反应强化床，上游流下的流体在反应强化床中进一步发生超临界水氧化，使有机废物彻底降解，达到排放标准。
20.进一步的，反应器内至少设置1个氧化反应通道，一方面保证有机废物彻底降解，避免污染环境；另一方面可保证机物充分燃烧/氧化，释放的热量可用于其他用途。
21.进一步的，取热组件布置在换热通道内部热流体流向的上游，与温度较高的反应后流体进行换热，使取热组件内流体被加热到较高温度，这样处理一方面可以充分利用高品位能量，产生的高温流体可用于加热、推动涡轮等用途；另一方面可以降低反应器内温度，从而避免反应器壁面超温甚至烧毁。
22.进一步的，壁面冷却组件形式包括但不限于水套、膜式壁等形式，可对顶部端盖和主体外壳形成全面冷却保护，防止超温，另一方面可减少冷却组件耗材，提高经济性。
23.进一步的，壁面冷却组件可位于顶部端盖和主体外壳的内部或外部，灵活的结构和位置使其可适应不同燃烧/氧化工况，在不影响反应器内氧化反应进行的同时实现壁面冷却保护，避免因壁面过度冷却导致反应中断和壁面超温现象的发生。
24.进一步的，壁面冷却组件的底部一侧设置有冷却剂进口，顶部另一侧设置有冷却剂出口，使冷却剂与反应器内流体呈逆流，增强换热效果。
25.进一步的，有机废物进口、氧化剂进口和反应产物出口均与装置主体内部空间连通，为有机废物、氧化剂进入装置，反应产物离开装置提高渠道。
26.进一步的，取热组件的一侧设置有取热介质引入口，另一侧对应设置有取热介质引出口，使取热介质与反应器内流体呈逆流，增强换热效果。
27.进一步的，有机废物预热组件的一侧设置有物料预热引入口，另一侧对应设置有物料预热引出口，使预热物料与反应器内流体呈逆流，增强换热效果。
28.综上所述，本发明装置安全性高，制造成本低，充分利用反应放热，维持水热火焰
稳定，实现有机废物的绿色、清洁、高效降解。
29.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
30.图1为本发明结构示意图。
31.其中：1.端盖，2.装置主体，3.反应强化床，4.取热组件，5.有机废物预热组件，6.壁面冷却组件，n1.有机废物进口，n2.氧化剂进口，n3.反应产物出口，n4.冷却剂进口，n5.冷却剂出口，n6.物料预热引入口，n7.物料预热引出口，n8.取热介质引入口，n9.取热介质引出口，a1.水热燃烧反应通道，a2.氧化反应通道，a3.换热通道。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，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。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，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。
35.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
36.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
37.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
38.在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
39.本发明提供了一种有机废物超临界水热燃烧处理装置，以有机废物为燃料，进行超临界水热燃烧和氧化反应，可绿色、安全、高效地处理有机废物，通过有机废物预热组件利用反应装置内的热量，对有机废物进行初步预热；通过取热组件和壁面冷却组件，有效防止了有机废物预热组件和装置主体壁面超温，保证了装置安全稳定运行，同时降低了制造装置的钢材要求，提高了装置经济性。
40.请参阅图1，本发明一种有机废物超临界水热燃烧处理装置，包括装置主体2、反应强化床3、取热组件4和有机废物预热组件5，装置主体2的内部由内向外依次被分成水热燃烧反应通道a1、氧化反应通道a2和换热通道a3，反应强化床3设置在氧化反应通道a2内，取热组件4和有机废物预热组件5设置在换热通道a3内，装置主体2的内侧和外侧均设置有壁面冷却组件6，装置主体2的底部一侧设置有反应产物出口n3，装置主体2的顶部设置有端盖1，端盖1上分别设置有有机废物进口n1和氧化剂进口n2。
41.有机废物进口n1、氧化剂进口n2和反应产物出口n3均与装置主体2内部空间接通。
42.取热组件4上设有取热介质引入口n8与取热介质引出口n9，取热介质分别通过取热介质引入口n8和取热介质引出口n9流入和流出取热组件4，吸收换热通道a3中反应产物的热量。
43.有机废物预热组件5上设有物料预热引入口n6与物料预热引出口n7，有机废物分别通过物料预热引入口n6与物料预热引出口n7流入和流出有机废物预热组件5，吸收换热通道a3中反应产物的热量；升温后的有机废物通过物料预热引出口n7连接至有机废物进口n1。
44.壁面冷却组件6上设有一个冷却剂进口n4和一个冷却剂出口n5，冷却剂通过冷却剂进口n4和冷却剂出口n5流入和流出壁面冷却组件8。
45.壁面冷却组件6包括冷却夹套、膜式壁等，壁面冷却组件布置于顶部端盖和装置主体的内侧、外侧或者部分内层、部分外侧。
46.此外，壁面冷却组件6上还可设有多个冷却剂进口n4和多个冷却剂出口n5，还可采用膜式壁等形式，布置于端盖1和装置主体2的外侧或者部分内层、部分外侧。
47.其中，水热燃烧反应通道a1包括1个，氧化反应通道a2包括一个或多个；换热通道a3包括1个或多个。
48.在本发明的一个实施例中，装置主体2内同轴设有一个水热燃烧反应通道a1、一个氧化反应通道a2和一个换热通道a3，取热组件4布置在换热通道a3的上游，有机废物预热组件5布置在换热通道a3的下游。
49.有机废物与氧化剂通过有机废物进口n1和氧化剂进口n2进入水热燃烧反应通道a1内，在水热燃烧反应通道a1内发生超临界水热燃烧反应并向下流动；氧化反应通道a2与水热燃烧反应通道a1接通，有机废物与氧化剂在氧化反应通道a2内发生超临界水氧化反应并向上流动；氧化反应通道a2与换热通道a3接通，有机废物与氧化剂的反应产物在换热通道a3向下流动，依次流经取热组件4和有机废物预热组件5，最后接通反应产物出口n3，流出反应器。
50.在本发明的另一个实施例中，取热组件4和有机废物预热组件5布置在同一个换热通道a3内，也可以布置在不同的换热通道a3内；相对于有机废物换热组件5，取热组件4位于热流体流向的上游。
51.在本发明的一个实施例中，壁面冷却组件8与取热组件4，所涉及到冷却剂或取热介质为水；此外，冷却剂或取热介质还可以为熔盐、导热油、液态金属及氮气、空气等。
52.根据上述结构描述，本发明一种有机废物超临界水热燃烧处理装置运行时，有机废物与氧化剂分别通过有机废物进口n1和氧化剂进口n2接通水热燃烧反应通道a1，在水热燃烧反应通道a1发生超临界水热燃烧反应并向下流动，通过第一个氧化反应通道a2与水热燃烧反应通道a1接通部分进入氧化反应通道a2，随后流经氧化反应通道a2中的反应强化床3，发生超临界水氧化反应，之后反应产物通过最后一个氧化反应通道a2与换热通道a3接通处进入换热通道a3，与换热通道a3中布置的取热组件4和有机废物预热组件5中的取热介质和有机废物进行换热，在最后一个换热通道a3中通过反应产物出口n3流出反应器。
53.装置运行过程中，取热组件4内流通水、熔盐、导热油、液态金属及氮气、空气等取热介质，与高温反应产物换热，降低反应产物温度。
54.装置运行过程中，有机废物预热组件5内流通有机废物，被反应产物加热，提高有机废物温度。
55.装置运行过程中，壁面冷却组件8内流通水、熔盐、导热油、液态金属及氮气、空气等取热介质，对反应装置壁面进行降温。
56.综上所述，本发明一种有机废物超临界水热燃烧处理装置，采用超临界水热燃烧实现绝大多数有机污染物的快速降解，残留的少量有机质在后续多个超临界水在氧化反应通道内反应，实现彻底降解；设有的取热组件和壁面冷却组件降低反应器内温度和装置主体壁温，防止装置内物料预热组件与装置主体壁面的超温，保证了装置运行安全可靠，降低了制造成本。
57.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。