一种可实现残渣富集的超临界水气化炉装置的制作方法

本发明属于能源清洁利用及有机废弃物高效处理领域，涉及一种可实现残渣富集的超临界水气化炉装置。

背景技术：

超临界水是指温度大于374.3℃，压力大于22.1MPa的水，当水处于超临界状态时具有很多特殊的性质，它是一种均匀的、有高扩散性、高传递特性的非极性溶剂。作为化学反应介质，它具有良好的传递和溶解特性，有机物和一些永久性气体(氮气、氢气、氧气等)能与超临界水以任意比混溶。并且通过调节温度和压力很容易实现对超临界水物性的控制。

由于这些优良的性质，应用超临界水气化有机物已经成为一个研究热点正得到越来越多的关注。

应用于超临界水气化的有机物包括煤、生物质、生活垃圾、城市污泥、工业有机废弃物等。

当有机物中含有矿物质元素时，经超临界水气化之后，矿物质元素会以固体残渣的形式存在于超临界水中。如果这些残渣未被及时富集并排出气化炉，将会导致下游管道及阀门系统的磨损，甚至引起下游管路堵塞，使系统不能连续运行。

因此，将反应后的残渣在气化炉内富集起来并及时集中排出气化炉将是非常有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种可实现残渣富集的超临界水气化炉装置，该装置能够实现超临界水气化炉中残渣的及时富集及排出。

为达到上述目的，本发明所述的可实现残渣富集的超临界水气化炉装置包括超临界水气化炉及三级旋流分离器，超临界水气化炉自上到下依次分为小颗粒残渣分离区及超临界水气化反应区；

超临界水气化反应区的侧壁上开设有物料入口及大颗粒残渣出口，超临界水气化反应区的底部开设有预热水入口，超临界水气化反应区内设置有分布板，其中，物料入口、大颗粒残渣出口及分布板自上到下依次分布，且物料入口正对大颗粒残渣出口，大颗粒残渣出口与分布板之间的间距小于等于预设值，小颗粒残渣分离区与超临界水气化反应区过渡位置的侧面上开设有中等颗粒残渣出口，小颗粒残渣分离区的侧面设有小颗粒残渣出口，小颗粒残渣分离区的顶部设有气体产物出口，三级旋流分离器位于小颗粒残渣分离区内，三级旋流分离器的气体出口与气体产物出口相连通，三级旋流分离器的固体出口与小颗粒残渣出口相连通。

三级旋流分离器由残渣富集管、第一级旋流分离器、第二级旋流分离器及第三级旋流分离器组成；

第一级旋流分离器、第二级旋流分离器及第三级旋流分离器均包括旋流筒、上锥体、下锥体及排气管，其中，旋流筒顶部的侧面设有进气口，旋流筒的底部与上锥体的顶部相连通，上锥体的底部与下锥体的顶部相连通，下锥体的底部与残渣富集管侧面的入口相连通，残渣富集管的出口与小颗粒残渣出口相连通；

第一级旋流分离器顶部的出气口经第一级旋流分离器的排气管与第二级旋流分离器中旋流筒顶部侧面的进气口相连通，第二级旋流分离器顶部的出气口经第二级旋流分离器的排气管与第三级旋流分离器中旋流筒顶部侧面的进气口相连通，第三级旋流分离器顶部的出气口经第三级旋流分离器的排气管与气体产物出口相连通。

第二级旋流分离器中上锥体的高度为第一级旋流分离器中上锥体高度的1.4倍。

第三级旋流分离器中上锥体的高度为第二级旋流分离器中上锥体高度的1.4倍。

第一级旋流分离器中旋流筒的高度与第二级旋流分离器中旋流筒的高度及第三级旋流分离器中旋流筒的高度相同。

第一级旋流分离器的内壁上、第二级旋流分离器的内壁上及第三级旋流分离器的内壁上均设有耐磨耐腐蚀层。

第一级旋流分离器的旋流筒中气流旋转的方向与第二级旋流分离器中气流旋转的方向及第三级旋流分离器中气流旋转的方向相同。

排气管与旋流筒同轴布置。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的可实现残渣富集的超临界水气化炉装置在具体工作时，根据各残渣颗粒重量的不同，自上到下残渣颗粒的重量由小到大，通过大颗粒残渣出口将超临界水气化反应后的大颗粒残渣排出，通过中等颗粒残渣出口将超临界水气化反应后的中等颗粒残渣排出，超临界水气化反应后的小颗粒残渣经过三级旋流分离器分离出来，然后再经小颗粒残渣出口排出，实现超临界水气化炉中残渣的及时富集及排出，结构紧凑、残渣富集效率高、运行稳定。

进一步，三级旋流分离器由残渣富集管、第一级旋流分离器、第二级旋流分离器及第三级旋流分离器组成，小颗粒残渣与产物气体依次经第一级旋流分离器分离、第二级旋流分离器分离及第三级旋流分离器分离，其中，分离出来的小颗粒残渣进入到残渣富集管中，分离出来的气体排出，从而有效的提高分离的质量及效率。

进一步，第一级旋流分离器的旋流筒中气流旋转的方向与第二级旋流分离器中气流旋转的方向及第三级旋流分离器中气流旋转的方向相同，从而有效的保证每一级旋流分离器的旋流筒中气流的流畅性及流速的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中三级旋流分离器3的结构示意图。

其中，1为超临界水气化反应区、2为小颗粒残渣分离区、3为三级旋流分离器、4为分布板、5为预热水入口、6为物料入口、7为气体产物出口、8为大颗粒残渣出口、9为中等颗粒残渣出口、10为小颗粒残渣出口、11为旋流筒、12为残渣富集管、13为下锥体、14为上锥体、15为进气口、16为排气管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的可实现残渣富集的超临界水气化炉装置包括超临界水气化炉及三级旋流分离器3，超临界水气化炉自上到下依次分为小颗粒残渣分离区2及超临界水气化反应区1；超临界水气化反应区1的侧壁上开设有物料入口6及大颗粒残渣出口8，超临界水气化反应区1的底部开设有预热水入口5，超临界水气化反应区1内设置有分布板4，其中，物料入口6、大颗粒残渣出口8及分布板4自上到下依次分布，且物料入口6正对大颗粒残渣出口8，大颗粒残渣出口8与分布板4之间的间距小于等于预设值，小颗粒残渣分离区2与超临界水气化反应区1过渡位置的侧面上开设有中等颗粒残渣出口9，小颗粒残渣分离区2的侧面设有小颗粒残渣出口10，小颗粒残渣分离区2的顶部设有气体产物出口7，三级旋流分离器3位于小颗粒残渣分离区2内，三级旋流分离器3的气体出口与气体产物出口7相连通，三级旋流分离器3的固体出口与小颗粒残渣出口10相连通。

三级旋流分离器3由残渣富集管12、第一级旋流分离器、第二级旋流分离器及第三级旋流分离器组成；第一级旋流分离器、第二级旋流分离器及第三级旋流分离器均包括旋流筒11、上锥体14、下锥体13及排气管16，其中，旋流筒11顶部的侧面设有进气口15，旋流筒11的底部与上锥体14的顶部相连通，上锥体14的底部与下锥体13的顶部相连通，下锥体13的底部与残渣富集管12侧面的入口相连通，残渣富集管12的出口与小颗粒残渣出口10相连通；第一级旋流分离器顶部的出气口经第一级旋流分离器的排气管16与第二级旋流分离器中旋流筒11顶部侧面的进气口15相连通，第二级旋流分离器顶部的出气口经第二级旋流分离器的排气管16与第三级旋流分离器3中旋流筒11顶部侧面的进气口15相连通，第三级旋流分离器顶部的出气口经第三级旋流分离器的排气管16与气体产物出口7相连通。

具体的，第二级旋流分离器中上锥体14的高度为第一级旋流分离器中上锥体14高度的1.4倍；第三级旋流分离器中上锥体14的高度为第二级旋流分离器中上锥体14高度的1.4倍；第一级旋流分离器中旋流筒11的高度与第二级旋流分离器中旋流筒11的高度及第三级旋流分离器中旋流筒11的高度相同；第一级旋流分离器的内壁上、第二级旋流分离器的内壁上及第三级旋流分离器的内壁上均设有耐磨耐腐蚀层；第一级旋流分离器的旋流筒11中气流旋转的方向与第二级旋流分离器中气流旋转的方向及第三级旋流分离器中气流旋转的方向相同；排气管16与旋流筒11同轴布置。

本发明的具体工作过程为：

从预热水入口5输送到超临界水气化炉内的超临界状态预热水经过分布板4后均匀分布在超临界水气化反应区1的横截面上，物料经物料入口6输送到超临界水气化反应区1内，并在预热水的作用下在超临界水气化反应区1内呈现流化状态并发生超临界水气化反应，超临界水气化反应后的大颗粒残渣沉落并富集在分布板4上，通过大颗粒残渣出口8排出超临界水气化炉；

中等颗粒残渣悬浮在超临界水气化反应区1与小颗粒残渣分离区2交界处，并通过中等颗粒残渣出口9排出超临界水气化炉；

小颗粒残渣被气态产物携带进入小颗粒残渣分离区2中，在小颗粒残渣分离区2中，小颗粒残渣与气态产物一起进入三级旋流分离器3中；

小颗粒残渣和气态产物从第一级旋流分离器的进气口15进入到第一级旋流分离器的旋流筒11中，经第一级旋流分离器的旋流筒11离心分离后，相对较大的小颗粒残渣通过第一级旋流分离器的上锥体14进入第一级旋流分离器的下锥体13，并最后进入到残渣富集管12中；

相对较细的小颗粒残渣与气态产物一起从第一级旋流分离器的排气管16排出，并通过进入第二级旋流分离器的旋流筒11中，经第二级旋流分离器的旋流筒11离心分离，相对较细的小颗粒残渣通过第二级旋流分离器的上锥体14进入第二级旋流分离器的下锥体13中，并最终进入到残渣富集管12中；

超细颗粒残渣与气态产物一起从第二级旋流分离器的排气管16排出，并进入到第三级旋流分离器的旋流筒11中，并经第三级旋流分离器的旋流筒11离心分离，其中，超细的小颗粒残渣通过第三级旋流分离器的上锥体14进入第三级旋流分离器3的下锥体13中，并最终进入残渣富集管12中；

残渣富集管12内富集的残渣通过小颗粒残渣出口10排出超临界水气化炉；气态产物从第三级旋流分离器的排气管16排出，并经过超临界水气化炉的气体产物出口7排出超临界水气化炉。

优选的，显然，所述的实施例仅为本发明的某一特定实施例，而不是全部实施例。在本发明中的实施例基础上，本领域的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。