一种超临界处理工艺用降压装置的制作方法

本实用新型涉及降压设备的技术领域，尤其涉及一种超临界处理工艺用降压装置。

背景技术：

超临界水氧化技术(SCWO)是一种能够彻底破坏有机物结构的新型氧化技术。其原理是利用具有特殊性质的超临界水作为介质将物料中所含的有机物用氧气分解成水、二氧化碳等简单无毒的小分子化合物。因此，SCWO在环保、化工、煤气化、核电和火电、新材料合成等领域有广泛的应用前景，尤其在环保领域，超临界水氧化技术作为一种安全、高效以及环境友好的废弃处理技术越来越受到公众的关注。超临界水氧化技术可处理液态、半固态、粉末状有机废物及含有持久性难降解有机物质的废物，尤其是含固的市政污泥，工业污泥，工业危废等难以用传统降解方法处理领域。

超临界处理工艺是在高压高温的条件下将原料进行氧化或者气化，反应完的物料需要降温降压，然后才能进一步正常排放或再利用。目前技术人员们多采用毛细管、孔板以及减压阀中的一个或多个来对物料进行降压。采用毛细管降压时，是将一根长度较长的毛细管盘绕设置，利用毛细管的节流减压作用对物料进行降压处理，但物料中多含有固体颗粒，固体颗粒在毛细管中流动时会与毛细管的内壁产生摩擦，对毛细管的管壁造成磨损，管壁磨损后厚度减小，相应地，毛细管的抗压能力也会降低，物料在毛细管中流动时就会出现泄漏。采用孔板降压时，物料流动至孔板附近后，仅能从孔板上的小孔中流出，孔板上未开孔部分对物料会产生阻碍作用，导致从小孔中流出的物料流速加快但压力降低。物料通过孔板上的小孔时，物料中的固体颗粒会与小孔的孔壁产生摩擦，导致小孔的孔径增大，孔板的阻碍作用降低，孔板的降压能力下降。采用减压阀降压时，减压阀通过改变节流面积使减压阀出口处的物料的压力降低，且减压阀出口处的压力恒定，减压效果好，但减压阀属于精密元件，固体颗粒进入减压阀内部后会对减压阀的阀芯产生磨损，且固体颗粒物沉积在减压阀内后，会堵塞减压阀，导致减压阀失效。减压阀失效无法进行维修，只能更换，成本较高。

因此，无论是单独使用毛细管、孔板以及减压阀中的一个元件对物料进行减压，或是采用毛细管、孔板以及减压阀中的多个元件串联来对物料进行减压，减压元件在出现磨损后都必须整体进行更换，更换较为麻烦且成本高。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种超临界处理工艺用降压装置，能够降低物料的压力，更换方便且成本较低。

为达到上述目的，本实用新型的实施例提供了一种超临界处理工艺用降压装置，包括稳压筒，及可拆卸连接于所述稳压筒上的喷嘴，所述喷嘴上设有物料入口和物料出口，所述物料入口的口径大于所述物料出口的口径，所述物料入口和所述物料出口之间通过流道连通；所述稳压筒上开设有进口和出口，且所述稳压筒的进口与所述物料出口连通。

相较于现有技术，本实用新型实施例提供的一种超临界处理工艺用降压装置，由于该降压装置与超临界反应器连通，因而当超临界反应器对水进行加压升温时，降压装置内也会充满水，使得降压装置的稳压筒内形成有液柱。在使用降压装置时，来自于超临界反应器的多相混合的物料通过喷嘴的物料入口进入流道内，沿流道流动至物料出口，而由于喷嘴的物料出口的口径小于物料入口的口径，物料在流出物料出口时会由于在流道中受到的阻力作用而产生压力降，物料的流速增加，物料出现能量损失，根据伯努利方程，物料的流速增加地越大，压降也越大，从而实现对物料的降压作用。物料从物料出口流出后经稳压筒的进口流入稳压筒内，而从喷嘴喷出的物料由于压力降低，溶于液体中的气体会逸出，形成气液或气液固多相流，当高速多相流体进入稳压筒后，由于有液柱的存在，气液混合物与液柱产生摩擦，从而进一步将动能耗散，且由于液体密度远大于气体密度，气体不会射穿液柱，使得物料在稳压筒内的流动冲击较小。本实用新型实施例提供的一种超临界处理工艺用降压装置，主要通过喷嘴口径的改变来使物料的压力降低，因而物料在喷嘴的流道内流动时会产生较大的冲击和磨损，但由于喷嘴可拆卸地连接于稳压筒上，因而可单独对喷嘴进行更换，更换较为简单。同时，喷嘴可采用模具进行批量生产，单个喷嘴的生产成本不高，这使得该超临界处理工艺用降压装置在使用时的成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种超临界处理工艺用降压装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种超临界处理工艺用降压装置的喷嘴的剖视图；

图3为本实用新型实施例提供的一种超临界处理工艺用降压装置喷嘴与法兰连接的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

超临界处理工艺是在高压高温的条件下将物料进行氧化或者气化，反应完的物料需要降温降压后，才能进一步正常排放或再利用，因此降压装置是超临界处理工艺中不可或缺的重要设备之一。

本实用新型实施例提供了一种超临界处理工艺用降压装置，如图1和图2所示，包括稳压筒2，及可拆卸连接于稳压筒2上的喷嘴1，喷嘴1上设有物料入口11和物料出口12，物料入口11的口径大于物料出口12的口径，物料入口11和物料出口12之间通过流道13连通；稳压筒2上开设有进口21和出口22，且稳压筒的进口21与物料出口12连通。

相较于现有技术，本实用新型实施例提供的一种超临界处理工艺用降压装置，由于该降压装置与超临界反应器连通，因而当超临界反应器对水进行加压升温时，降压装置内也会充满水，使得降压装置的稳压筒内形成有液柱。在使用降压装置时，来自于超临界反应器的多相混合的物料通过喷嘴1的物料入口11进入流道13内，沿流道13流动至物料出口12，而由于喷嘴1的物料出口12的口径小于物料入口11的口径，物料在流出物料出口12时会由于在流道13中受到的阻力作用而产生压力降，物料的流速增加，物料出现能量损失，根据伯努利方程，物料的流速增加地越大，压降也越大，从而实现对物料的降压作用。物料从物料出口12流出后经稳压筒的进口21流入稳压筒2内，而从喷嘴1喷出的物料由于压力降低，溶于液体中的气体会逸出，形成气液或气液固多相流，当高速多相流体进入稳压筒2后，由于有液柱的存在，气液混合物与液柱产生摩擦，从而进一步将动能耗散，且由于液体密度远大于气体密度，气体不会射穿液柱，使得物料在稳压筒2内的流动冲击较小。本实用新型实施例提供的一种超临界处理工艺用降压装置，主要通过喷嘴1口径的改变来使物料的压力降低，因而物料在喷嘴1的流道13内流动时会产生较大的冲击和磨损，但由于喷嘴1可拆卸地连接于稳压筒上，因而可单独对喷嘴1进行更换，更换较为简单。同时，喷嘴1可采用模具进行批量生产，单个喷嘴的生产成本不高，这使得该超临界处理工艺用降压装置在使用时的成本较低。

为使物料在经过喷嘴1时产生的压力降较大，如图2和图3所示，流道13包括沿物料的流动方向依次设置的多级连通的次流道131，且多级次流道131的直径逐级递减，越靠近物料出口12处的次流道131的直径越小。物料在流动至相邻两级次流道131的交界处时，由于次流道直径的突然减小，对物料产生的阻力瞬间增大，从而使物料产生压力降，出现能量损失。

为减小喷嘴1的尺寸，如图2和图3所示，次流道131为直筒式次流道。将多级连通的次流道131设置为直筒式次流道后，物料在同一级次流道内的流动速度不变，但物料在流动至下一级次流道时，会由于次流道直径的突然减小，对物料产生的阻力瞬间增大，产生较大的压力降，使得物料出现较大的能量损失。而若将流道13中的次流道131设置为圆台状结构的次流道时，相较于同等长度的流道13中使用直筒式次流道而言，物料在圆台状结构的次流道内流动时，由于圆台状结构的次流道的直径持续减小，这使得物料在流动时能量转换过程较为持续，能量损失较小，因而，若要达到同样的压降效果，使用直筒式次流道的喷嘴1在其沿物料流动方向上的尺寸，远小于使用圆台状结构的次流道的喷嘴在其沿物料流动方向上的尺寸。因此，在次流道131的结构形式不同、但达到相同压力降的喷嘴1中，将次流道131设置为直筒式次流道的喷嘴1在其沿物料流动方向上的尺寸最小。

为便于加工，如图2和图3所示，优选将喷嘴1内的流道13设置为两级直筒式次流道连通的形式。此时喷嘴1的流道13在加工时可采用一体铸造的形式，也可以采用钻孔方式，加工难度低。

由于物料流速快且含有固体颗粒，因而物料在喷嘴1内流动时对流道13的磨损较大，为延缓流道13的磨损，流道13的内壁上设置有耐磨层。耐磨层可优选采用金刚石涂层或碳化硅涂层。耐磨性是指涂层对摩擦机械作用的抵抗能力，实际上是涂层的硬度、附着力和内聚力综合效应的体现，在条件相同的情况下，涂层耐磨性优于金属材料的耐磨性，因耐磨涂层有黏弹性效应，可以把物料流动时对流道13内壁产生的能量进行缓冲、吸收或释放，从而延长了流道13的使用寿命。需要说明的是，流道13内的耐磨涂层可以是碳化钨涂层、陶瓷涂层等其他耐磨材料喷涂形成的涂层，本实用新型对此不作限定。

可选地，喷嘴1直接采用碳化钨或陶瓷等耐磨材料制成，由于喷嘴1的体积较小，因此将耐磨材料喷涂于流道13上时，喷涂工艺的操作难度较高，而直接采用耐磨材料制作喷嘴1时，由于喷嘴1的体积较小，因而对于耐磨材料的消耗不大，因此成本不会增加，且工艺难度较低。

喷嘴1与稳压筒2之间的可拆卸连接有很多种方式，例如可使用在喷嘴1的外壁上设置螺纹，将喷嘴1旋拧至稳压筒2的进口21上的方式，或是利用法兰组3将喷嘴1可拆卸地连接于稳压筒2的进口处，如图2和图3所示，喷嘴1的外侧壁上靠近物料入口11处设置有凸缘14，凸缘14沿物料入口11的径向方向延伸；喷嘴1通过法兰组3连接于稳压筒2的进口21处，法兰组3包括可拆卸连接的上法兰31和下法兰32，上法兰31的中心孔311与稳压筒2的进口21连通，凸缘14夹持于上法兰31和下法兰32之间，且喷嘴1上设有物料出口12的一端位于上法兰31的中心孔311内并朝向稳压筒2。

为便于上法兰31和下法兰32夹紧，法兰组3还包括设置于上法兰31和下法兰32之间的环形密封垫，环形密封垫的内径大于凸缘14的直径，以使环形密封垫能够设置于上法兰31和下法兰32之间；且环形密封垫的厚度大于凸缘14的厚度，且环形密封垫的厚度与凸缘14的厚度之间的差值的取值范围为0.1mm～0.5mm，当环形密封垫的厚度与凸缘14的厚度之间的差值小于0.1mm时，上法兰31和下法兰32在夹紧过程中，对于环形密封垫的挤压作用较小，不利于对上法兰31和下法兰32之间的间隙密封；而当环形密封垫的厚度与凸缘14的厚度之间的差值大于0.5mm时，由于环形密封垫的厚度较厚，上法兰31和下法兰32在夹紧过程中，不能有效将喷嘴1夹紧，喷嘴1在使用过程中会出现晃动情况。因此，仅当环形密封垫的厚度与凸缘14的厚度之间的差值的取值范围为0.1mm～0.5mm时，在确保上法兰31和下法兰32能够将喷嘴1夹紧，使得降压装置运行时喷嘴1能够保持固定，喷嘴1不会因物料的冲击产生震动或偏移的前提下，还能够避免物料从上法兰31和下法兰32之间的间隙中泄漏。优选环形密封垫的厚度与凸缘14的厚度之间的差值为0.3mm，此时环形密封垫对上法兰31和下法兰32之间的间隙密封效果最佳，且能够确保上法兰31和下法兰32将喷嘴1夹紧。

物料中的气体含量较多时，由于气体流速较大，会穿过液体在稳压筒2的中心形成气流，将液体物料挤压至靠近稳压筒2的内壁处形成液膜并沿稳压筒2的内壁流动，这一现象被称作环状流。而环状流中形成的液膜一般较薄，这使得物料在稳压筒2内的流动受阻，为避免稳压筒2内形成环状流，如图1所示，稳压筒2内沿物料的流动方向依次设有多层孔板23，孔板23可将环状流中形成的气流破碎成小气泡，使得稳压筒2内无法形成环状流，确保了物料在稳压筒2内的正常流动。

在上述实施例中，孔板23上开孔的孔径可根据物料中的含气量进行调整，其值的大小一般在3mm～20mm之间。同时，孔板23的开孔率应在30％～70％之间，开孔率是指孔板23上的所有小孔面积之和与孔板23的整板面积之间的比值。开孔率小于30％会严重影响到物料的流动；而开孔率大于70％会导致孔板23的强度降低，物料在流动过程中产生的冲击容易损坏孔板23。

为避免多层孔板23对物料产生的阻力过大，相邻两层孔板23之间的间距的取值范围为50mm～500mm。相邻两层孔板23之间的间距小于50mm时，孔板23布局较为紧密，物料在稳压筒2内流动时需穿过的孔板23的数目较多，物料的能量损耗较大，会导致整个系统压力增加，能耗增大。而当相邻两层孔板23之间的间距大于500mm时，相邻两层孔板23之间的间距过大，不利于对物料的降压。优选相邻两层孔板23之间的间距为50mm。此时物料在稳压筒2内不会形成环状流，且物料流经多层孔板23后的流速适中，不会影响到物料的后续处理。

物料在稳压筒2内的流动方向可以为横向，也可以为纵向。当物料的流动方向为横向时，物料中的固体颗粒物在其重力的作用下容易沉积在稳压筒2的底部，难以在物料的推动作用下通过稳压筒2的出口22流出，这部分固体颗粒无法进入后续处理设备中，降低了物料的转化率。因此，为了避免上述问题，优选的，如图1所示，稳压筒2的进口21设置于稳压筒2的底部，出口22高于进口21设置，多层孔板23由下至上依次设置于稳压筒2的进口21和出口22之间。

对于含有固体颗粒的物料，稳压筒2靠近进口21处的物料湍流剧烈，固体颗粒对稳压筒2的内壁的冲刷磨损较为严重，因而可在稳压筒2靠近进口21处的内壁上喷涂耐磨材料，如SiC或者金刚石。

超临界反应完的物料中包括气体、液体以及固体颗粒，其中，物料中含有的气体多为二氧化碳等无毒害气体，达到环保要求，因而可将这部分气体从物料中分离出来并直接排放至大气中，如图1所示，降压装置还包括与稳压筒2的出口22连通的分离筒4，分离筒4的内径大于稳压筒2的内径，分离筒4的侧壁上开设有混合物出口41，分离筒4上还开设有气体出口42，且气体出口42高于混合物出口41设置。物料经稳压筒2的出口22流入分离筒4内后，由于分离筒4的内径大于稳压筒2的内径，液体物料的流速会降低，在重力作用下，容易与气体物料分离，大部分气体从物料中逸出后经气体出口42排出，其余物料经分离筒4的混合物出口41被送至下一级处理设备中进行后续处理。

为避免降压装置在使用过程中出现固体颗粒沉积的问题，如图1所示，稳压筒2的底部开设有稳压筒的进口21，顶部开设有出口22；分离筒4设置于稳压筒2的上方，分离筒4的底部开设有分离筒的进料口43，分离筒4的进料口43与稳压筒2的出口22连通。物料经喷嘴1降压后高速流入稳压筒2内，并从稳压筒2顶部的出口22流出，这使得稳压筒2内的物料的流动方向为纵向，也即稳压筒2内的物料从稳压筒2的底部向顶部流动，由于物料在进入稳压筒2时的速度较高，会对稳压筒2底部的物料产生冲击，使稳压筒2底部的物料具有一定的动能，从而避免物料沉积在稳压筒2的底部。同理，由于分离筒4的进料口43开设于分离筒4的底部，分离筒4的底部也不会出现物料沉积现象。

为便于物料输送至下一级处理设备中进行后续处理，如图1所示，混合物出口41处连接有向下倾斜的送料管路5。分离筒4中的物料在将气体逸出后，液相和固相的混合物料经混合物出口41流动至送料管路5内，由于送料管路5向下倾斜，因而送料管路5中的物料会由于自重和后续物料的推动作用，较为快速地流动至下一级处理设备中。

为不影响送料管路5的安装及物料的输送，如图1所示，送料管路5的轴线与分离筒4的轴线之间的夹角的取值范围为30°～75°。送料管路5的轴线与分离筒4的轴线之间的夹角小于30°时，送料管路5与分离筒4之间的夹角过小，不利于送料管路5与下一级物料处理设备的连接，且将送料管路5安装于分离筒4的侧壁上时的安装难度较大。送料管路5的轴线与分离筒4的轴线之间的夹角大于75°时，送料管路5的轴线近似与地面平行，不利于物料的排出。因此仅当送料管路5的轴线与分离筒4的轴线之间的夹角的取值范围在30°～75°之间时，送料管路5的安装较为简便，且物料能够较为容易地输送至下一级处理设备中。

优选地，如图1所示，送料管路5的轴线与分离筒4的轴线之间的夹角为45°。此时送料管路5与分离筒4的连接较为容易，且送料管路5能够较为容易地与下一级处理设备连接，同时，物料能够较为容易地沿送料管路5流动至下一级处理设备中。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。