申请日2013.11.06
公开(公告)日2014.03.12
IPC分类号C02F11/00; F01K15/00; C02F11/06
摘要
本发明公开了一种高含固率城市污泥的超临界水氧化处理及发电系统，高含固率城市污泥依次进入过滤池和均质池进行预处理，然后利用高压隔膜泵输运到系统中进行超临界水氧化处理，系统运行过程中充分利用反应后高温流体预热进料，采用较低的氧化系数，富余的热量产生超高压蒸汽用于发电;反应器上部为，下部为亚临界区，在反应器上部超临界区析出的无机盐依靠惯性和重力落入反应器下部亚临界区重新溶解，含固(不溶解盐)浓盐水依次进入冷却器和毛细管降压器进行冷却降压。
权利要求书
1.一种高含固率城市污泥的超临界水氧化处理及发电系统，其特征在于， 包括泥沙过滤池，该泥沙过滤池的出口通过均化处理装置与高压隔膜泵的进 口连通，该高压隔膜泵的出口连通第一换热器的壳侧入口，第一换热器的壳 侧出口分两路，一路与面式减温器的管侧入口直接连通，另一路通过加热装 置与面式减温器的管侧入口连通;面式减温器管侧出口与混合器入口连通， 该混合器的入口同时连通氧气输送装置;混合器出口与一个超临界水氧化的 反应器入口连通，该反应器顶部出口分别连通再热器、蒸汽发生器和第一换 热器的管侧入口;所述再热器、蒸汽发生器和第一换热器的管侧出口均与第 二换热器的管侧入口相连，第二换热器的管侧出口与高压汽液分离器入口相 连，高压汽液分离器顶部的气体出口通过第一背压阀输出二氧化碳;高压汽 液分离器底部的液体出口通过第二背压阀无污染排放;反应器底部出口连通 冷却器的管侧入口，冷却器的管侧出口连接沉淀装置;所述面式减温器、冷 却器和第二换热器，它们的壳侧入口均与一个软化水供应装置连通;面式减 温器、冷却器和第二换热器，它们的壳侧出口均与蒸汽发生器壳侧入口连通; 该蒸汽发生器的壳侧出口与一个蒸汽发电装置相连;所述高压隔膜泵的进口 还通过阀门连接一盛有洁净水的敞口集液箱的一个出口，该敞口集液箱另一 个出口分两路，一路与高压柱塞泵入口连通，另一路与低压泵入口连通。
2.如权利要求1所述的高含固率城市污泥的超临界水氧化处理及发电系 统，其特征在于，所述沉淀装置包括沉淀池，沉淀池顶部入口通过一毛细管 降压器与冷却器管侧出口相连，沉积池顶部液体出口无污染排放，沉淀池底 部出口排放固体物质填埋处理。
3.如权利要求1所述的高含固率城市污泥的超临界水氧化处理及发电系 统，其特征在于，所述软化水供应装置包括软化水箱，软化水箱入口连接软 化水制备单元，软化水箱出口与低压变频泵入口连通，低压变频泵出口分成 四路，分别与软化水箱顶部入口、面式减温器壳侧入口、冷却器壳侧入口、 第二换热器壳侧入口相连。
说明书
高含固率城市污泥的超临界水氧化处理及发电系统
技术领域
本发明涉及一种利用超临界水氧化技术SCWO对高含固率(质量含固率 为6%～15%)城市污泥进行无害化处理和资源化利用的系统。
背景技术
超临界水是指温度和压力均高于其临界点(T=374.15℃，P=22.12MPa) 的特殊状态的水。超临界水兼具液态和气态水的性质，该状态下只有少量的 氢键存在，介电常数近似于极性有机溶剂。有机物、氧气与超临界水互溶， 而无机盐在超临界水中的溶解度极低。超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)是利用超临界水的性质使有机污染物在富氧的超临 界水环境中进行均相反应，将有机物转化成H2O、CO2等无害化小分子化合物 和无机盐。SCWO主要应用于城市污泥及高浓度难生化降解有机废水的高效 无害化处理。该技术反应速率快，反应时间短，有机物分解率大于99%，反 应系统完全封闭，无二次污染，无机盐容易分离出来，当有机物质量浓度大 于2%时可实现自热反应，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。目前，国外已有少量商业化SCWO装置正在运行，用于城市污泥等 有机物污染物的高效低成本处理，而在国内该技术还处于起步阶段，尚未见 有商业化装置运行的实例。
城市污泥中含有大量的有机污染物，高含固率的脱水污泥通常化学需氧 量(COD)大于100000mg/L，可以利用SCWO实现这类城市污泥无害化处 理。因是放热反应过程，有大量的热量释放，可以满足系统自热需要，且有 大量的热量富余，通常这些富余的热量可以用来产生热水或低品位的蒸汽输 出给用户。但是，因为城市污泥SCWO装置通常会建在城市污水处理厂旁边， 附近通常没有使用热水或蒸汽的市场需要，长距离输送经济性较差，因此， 这些副产品难以出售，导致无法获得经济收益，所有最好能将高含固率城市 污泥的超临界水氧化过程中释放的热量转化成电力就近输出。当处理含固率 低(质量含量率小于6%)的城市污泥时，因其有机物质量浓度低，可能无法 实现副产品收益，甚至无法实现系统自热而需要额外补充热量，造成较高的 运行成本。此外，氧化剂的用量也是决定SCWO运行成本最重要的因素之一。 因此，要保证城市污泥SCWO装置运行的经济性，需要尽量处理高含固率的 城市污泥，尽量降低氧化剂的使用量，且提高其副产品收益。
高含固率城市污泥超临界水氧化系统的稳定可靠运行，还需要克服反应 器的腐蚀问题，以及因无机盐在超临界水中沉积导致的反应器堵塞问题。这 是因为：高温高压的反应条件以及城市污泥中含有的腐蚀性物质会引起反应 器的腐蚀问题，降低反应器的使用寿命，影响SCWO装置运行的安全性。此 外，无机盐在超临界水中的溶解度极低，通常小于100mg/L。城市污泥SCWO 过程中析出的无机盐会在反应器内表面沉积，逐渐导致反应器或出口管路堵 塞，进而引起整套装置停机、冲洗和再启动，影响装置运行的可靠性。
目前，城市污泥超临界水氧化处理系统尚未理想地解决高运行成本、反 应器腐蚀和堵塞问题。因此，针对城市污泥超临界水氧化处理系统的开发还 在发展之中，尚未见有高含固率城市污泥的超临界水氧化无害化处理及发电 系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种可有效克服反应器腐蚀、堵塞及运行成本高的 高含固率城市污泥SCWO无害化处理及资源化利用的系统。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种高含固率城市污泥的超临界水氧化处理及发电系统，其特征在于， 包括泥沙过滤池，该泥沙过滤池的出口通过均化处理装置与高压隔膜泵的进 口连通，该高压隔膜泵的出口连通第一换热器的壳侧入口，第一换热器的壳 侧出口分两路，一路与面式减温器的管侧入口直接连通，另一路通过加热装 置与面式减温器的管侧入口连通;面式减温器管侧出口与混合器入口连通， 该混合器的入口同时连通氧气输送装置;混合器出口与一个超临界水氧化的 反应器入口连通，该反应器顶部出口分别连通再热器、蒸汽发生器和第一换 热器的管侧入口;所述再热器、蒸汽发生器和第一换热器的管侧出口均与第 二换热器的管侧入口相连，第二换热器的管侧出口与高压汽液分离器入口相 连，高压汽液分离器顶部的气体出口通过第一背压阀输出二氧化碳;高压汽 液分离器底部的液体出口通过第二背压阀无污染排放;反应器底部出口连通 冷却器的管侧入口，冷却器的管侧出口连接沉淀装置;所述面式减温器、冷 却器和第二换热器，它们的壳侧入口均与一个软化水供应装置连通;面式减 温器、冷却器和第二换热器，它们的壳侧出口均与蒸汽发生器壳侧入口连通; 该蒸汽发生器的壳侧出口与一个蒸汽发电装置相连;所述高压隔膜泵的进口 还通过阀门连接一盛有洁净水的敞口集液箱的一个出口，该敞口集液箱另一 个出口分两路，一路与高压柱塞泵入口连通，另一路与低压泵入口连通。
上述方案中，所述均化处理装置包括均质池，其入口与泥沙过滤池的出 口连通，均质池的出口与高压隔膜泵的入口连通;均质池设有均质泵实现污 泥的均化处理。
所述加热装置为燃气炉。
所述氧气供应装置包括液氧贮槽，其出口与低温液氧泵的入口相连，低 温液氧泵的泵头排气端与液氧贮槽相连，低温液氧泵的出口与液氧汽化器的 入口相连，液氧汽化器的出口与缓冲器的入口相连，缓冲器的出口与混合器 另一入口相连。
所述沉淀装置包括沉淀池，沉淀池顶部入口通过一毛细管降压器与冷却 器管侧出口相连，沉积池顶部液体出口无污染排放，沉淀池底部出口排放固 体物质填埋处理。
所述软化水供应装置包括软化水箱，软化水箱入口连接软化水制备单元， 软化水箱出口与低压变频泵入口连通，低压变频泵出口分成四路，分别与软 化水箱顶部入口、面式减温器壳侧入口、冷却器壳侧入口、第二换热器壳侧 入口相连。
所述蒸汽发电装置包括蒸汽轮机，其入口连接蒸汽发生器壳侧出口，蒸 汽轮机的出口与凝汽器壳侧入口相连，凝汽器壳侧的出口与低压泵的入口相 连，低压泵的出口与软化水供应装置相连;蒸汽轮机的出口与再热器的壳侧 入口连通，再热器的壳侧出口与蒸汽轮机的入口相连，蒸汽轮机与发电机相 连，发电机通过变压器与电力输出线路相连;所述凝汽器管侧入口与循环水 泵的出口连通，凝汽器管侧的出口输出热水或蒸汽。
本发明系统可以有效降低高含固率城市污泥的超临界水氧化处理及发电 系统的运行成本，克服反应器的腐蚀和堵塞问题，保证高含固率城市污泥的 超临界水氧化无害化处理及发电系统的可靠连续运行。