申请日2011.12.23
公开(公告)日2012.07.04
IPC分类号F03B13/00; C02F9/10
摘要
本发明涉及一种有机废水超临界发电的系统和方法。一种有机废水超临界发电的系统，包括格栅、废水螺杆泵、废水压力泵、预热器、氧化剂压力泵、超临界水氧化反应器、高压旋液分离器和超临界发电机组，格栅、废水螺杆泵、废水压力泵和预热器依次连接，预热器的输出口连接至超临界水氧化反应器输入口，所述氧化剂压力泵连接至超临界水氧化反应器的氧化剂输入口，超临界水氧化反应器内装有加热器，超临界水氧化反应器超临界水输出口和高压旋液分离器，高压旋液分离器超临界水输出口和超临界发电机组连接。
权利要求书
1.一种有机废水超临界发电的系统，其特征是，该系统包括格栅、废水螺杆泵、废水压力泵、预热器、氧化剂压力泵、超临界水氧化反应器、高压旋液分离器和超临界发电机组，格栅、废水螺杆泵、废水压力泵和预热器依次连接，预热器的输出口连接至超临界水氧化反应器输入口，所述氧化剂压力泵连接至超临界水氧化反应器的氧化剂输入口，超临界水氧化反应器内装有加热器，超临界水氧化反应器超临界水输出口和高压旋液分离器，高压旋液分离器超临界水输出口和超临界发电机组连接。
2.根据权利要求1所述的有机废水超临界发电的系统，其特征是，所述氧化剂压力泵为高压柱塞泵或压缩机;所述的超临界反应器既釜式反应器或是管式反应器。
3.根据权利要求1所述的有机废水超临界发电的系统，其特征是，所述高压旋液分离器超临界水输出口和超临界发电机组输入口之间设有加热器。
4.一种有机废水超临界发电的方法，其特征是，该方法包含以下步骤：
(1)利用格栅对待处理的高浓度难降解有机废水进行粗滤，除去其中的大块及条状杂物;
(2)利用废水螺杆泵将粗滤后的高浓度难降解有机废水泵入系统;
(3)关闭超临界水氧化反应器的出口阀，用废水压力泵对待处理的高浓度难降解有机废水加压，同时经预热器加热后，输入超临界水氧化反应器中;
(4)待超临界水氧化反应器内充入一定量的待处理废水后，关闭废水压力泵，停止注入废水，同时启动超临界水氧化反应器内置的加热器，将其内的待处理废水静态加热至400℃;
(5)启动废水压力泵，控制废水的流量，当超临界水氧化反应器内的压力达到25~35 MPa，温度达到300~450 ℃时，启动氧化剂压力泵，将氧化剂输入到超临界水氧化反应器内;
(6)根据超临界水氧化反应器内的压力与温度，调节泵入超临界水氧化反应器的待处理废水及氧化剂的流量，使待处理废水与氧化剂在超临界水氧化反应器内的停留时间为100~1000s，使其中所含的有机物、重金属离子经充分反应生成为无机盐、水和CO2;
(7)反应生成的无机盐在超临界水中的溶解度极微，将会在超临界水氧化反应器中析出，因此采用高压旋液分离器8将无机盐分离并从底部排出;
(8)该反应为放热反应，从高压旋液分离器排出的超临界水含有大量的热能和压力能，将其输入超临界发电机组进行发电，产生的电能供用户使用或并入电网，发电后的背压蒸汽用于供热和制冷，实现能量的梯级利用。
5.根据权利要求4所述的有机废水超临界发电的方法，其特征是，上述步骤(4)中的氧化剂是液氧、空气、KClO3、NaClO、KMnO4溶液或H2O2。
6.根据权利要求4所述的有机废水超临界发电的方法，其特征是，上述步骤(8)中进一步包括以下改进步骤：(8.1)将高压旋液分离器排出的超临界水通过加热器进一步提升压力和温度，使其温度达到580℃以上，压力在28~40MPa，将其输入超临界发电机组进行发电，产生的电能供用户使用或并入电网，发电后的背压蒸汽用于供热和制冷。
说明书
一种有机废水超临界发电的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种高浓度难降解有机废水超临界发电的系统和方法，具体地说，是首先采用超临界水氧化技术对高浓度难降解有机废水进行深度治理，将废水中的有害有机成分转化为水、二氧化碳及少量稳定的无机物等物质，同时利用排放的超临界水进行超临界发电生产电能，实现高浓度难降解有机废水的深度处理与资源化利用的有机结合。
背景技术
高浓度难降解有机废水的处理，是目前国内外污水处理界公认的难题。对于这类废水，如焦化废水、制药废水 (包括中药废水)、石化/油类废水、纺织/印染废水、化工废水、油漆废水等，由于废水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物，如果直接排放，会造成严重污染。
所谓“高浓度”，是指废水中的有机物浓度较高，一般COD(化学需氧量)均在2000mg/L以上，有的甚至高达每升几万至几十万毫克;所谓“难降解”是指废水的可生化性较低 ，BOD5(五日生化需氧量)/COD值一般均在0.3以下甚至更低，难以生物降解。所以，业内普遍将COD浓度大于2000mg/ L、BOD5/ COD值低于0.3的有机废水统一称为高浓度难降解有机废水。“高浓度”、“难降解”两大特性的叠加，使得此类废水的处理非常困难，而且运行成本非常高。
对于高浓度难降解有机废水，目前一般是先采用稀释的方法，将废水的COD浓度降低，使其可生化性增大后再进行处理，因此处理流程长，水耗和能耗均较大，效果也不十分理想。另外，上述这些方法都是以消耗大量外部能源或物质去摧毁废水中的含能物质(COD/BOD)或使其絮凝沉淀，最终结果实际上是一种污染的转移，即在使废水得到净化的同时却由于消耗大量的外部能源或物质而产生新的污染物，这与可持续发展的战略是相悖的。因此，在对高浓度难降解有机废水进行有效治理的同时，充分利用其中的含能物质，减少外部能源或物质的消耗，对于降低运行成本、提高过程的经济性、实现资源的循环再利用具有重要意义。
超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，SCWO)是一种新兴的有机废物和废水处理技术。在超临界条件下，水能与有机物、氧气、空气等以任意比例互溶，形成无相界面的单相体系，因此反应过程为单相反应，反应不受相间传质速率的限制，具有很高的反应速率，反应时间一般只需几分至十几分钟;SCWO可将难降解的有机物彻底转化为CO2和H2O，将氮转化为N2或N2O等无害物质，将磷、氯、硫等元素氧化，以无机盐的形式从超临界水中沉积下来，实现有机有毒污染物的无害化，COD去除率可达99%以上。与此同时，由于高浓度难降解有机废水中的含能物质(COD)较多，在反应过程中会放出大时的热量，从反应器出来的经处理后的超临界水含有大量的热能和压力能，如果将其用于超临界发电生产高品位的电能，即可实现高浓度难降解有机废水的深度处理达标排放或回用与资源化利用的有机结合，具有重大的社会效益、环境效益与经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种高浓度难降解有机废水超临界发电的系统和方法。
实现上述发明目的的技术方案是：
一种有机废水超临界发电的系统，包括格栅、废水螺杆泵、废水压力泵、预热器、氧化剂压力泵、超临界水氧化反应器、高压旋液分离器和超临界发电机组，格栅、废水螺杆泵、废水压力泵和预热器依次连接，预热器的输出口连接至超临界水氧化反应器输入口，所述氧化剂压力泵连接至超临界水氧化反应器的氧化剂输入口，超临界水氧化反应器内装有加热器，超临界水氧化反应器超临界水输出口和高压旋液分离器，高压旋液分离器超临界水输出口和超临界发电机组连接。
所述氧化剂压力泵为高压柱塞泵(对于液态氧化剂)或压缩机(对于气态氧化剂)。所述的超临界反应器既可以是釜式反应器，也可以是管式反应器。
作为本发明的进一步改进，所述高压旋液分离器超临界水输出口和超临界发电机组输入口之间设有加热器，加热器将高压旋液分离器排出的超临界水继续加热到580℃以上，维持压力在28~40MPa，用于超临界发电，使发电效率进一步提高到44%左右，对节约能源减少污染具有重要意义。
实现本发明的另一发明目的的技术方案是：
一种有机废水超临界发电的方法，包含以下步骤：
(1)利用格栅对待处理的高浓度难降解有机废水进行粗滤，除去其中的大块及条状杂物;
(2)利用废水螺杆泵将粗滤后的高浓度难降解有机废水泵入系统;
(3)关闭超临界水氧化反应器的出口阀，用废水压力泵对待处理的高浓度难降解有机废水加压，同时经预热器加热后，输入超临界水氧化反应器中;
(4)待超临界水氧化反应器内充入一定量的待处理废水后，关闭废水压力泵，停止注入废水，同时启动超临界水氧化反应器内置的加热器，将其内的待处理废水静态加热至400℃;
(5)启动废水压力泵，控制废水的流量，当超临界水氧化反应器内的压力达到25~35 MPa，温度达到300~450 ℃时，启动氧化剂压力泵，将氧化剂输入到超临界水氧化反应器内;
(6)根据超临界水氧化反应器内的压力与温度，调节泵入超临界水氧化反应器的待处理废水及氧化剂的流量，使待处理废水与氧化剂在超临界水氧化反应器内的停留时间为100~1000s，使其中所含的有机物、重金属离子经充分反应生成为无机盐、水和CO2;
(7)反应生成的无机盐在超临界水中的溶解度极微，将会在超临界水氧化反应器中析出，因此采用高压旋液分离器8将无机盐分离并从底部排出;
(8)该反应为放热反应，从高压旋液分离器排出的超临界水含有大量的热能和压力能，将其输入超临界发电机组进行发电，产生的电能供用户使用或并入电网，发电后的背压蒸汽用于供热和制冷，实现能量的梯级利用。
上述步骤(4)中的氧化剂可以是液氧、空气、KClO3、NaClO、KMnO4溶液或H2O2。
作为本发明的进一步改进，在上述步骤(8)中进一步包括以下改进步骤：
(8.1)将高压旋液分离器排出的超临界水通过加热器进一步提升压力和温度，使其温度达到580℃以上，压力在28~40MPa，用于超临界发电，提高发电效率。
本发明的有益效果在于，本发明中采用超临界水氧化反应和超临界发电，将从超临界水氧化反应产生的含有大量的热能和压力能超临界水，经处理后用于超临界发电。超临界发电机组采用高参数的超临界水进行发电，具有发电效率高的优点，能生产出高品位的电能，超临界发电产生的电能输入电网，发电后的背压蒸汽输出至供热和制冷装置。本发明实现了高浓度难降解有机废水的深度处理达标排放或回用与资源化利用的有机结合，具有重大的社会效益、环境效益与经济效益。