一种高粘度浆料逐级升温系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高粘度浆料逐级升温系统，包括预热水解罐、物料泵、高温高压换热器、反应处理单元、热源、取热利用单元和后续处理单元。针对高粘度浆料，通过预热水解罐中的强力机械扰动快速一级升温与热水解降粘处理，以及高温高压换热器中的二级预热的逐级升温策略，有效实现了拟预热至超临界温度污泥的高效换热升温及低阻力输送，有力地推动了包括污泥在内，油泥、油砂、高粘度有机质等各类浆料超临界水无害化处理与资源化利用工艺的高效、低成本实施。

A Stepwise Warming System for High Viscosity Slurry

The invention discloses a high viscosity slurry step-by-step heating system, which comprises a preheated decomposition tank, a material pump, a high temperature and high pressure heat exchanger, a reaction processing unit, a heat source, a heating utilization unit and a subsequent processing unit. For high-viscosity slurry, high-efficiency heat transfer and low-resistance transportation of sludge from quasi-preheating to supercritical temperature are effectively realized by means of rapid first-order heating and hot water decomposition and viscosity reduction treatment with strong mechanical disturbance in preheating tank and step-by-step heating strategy of secondary preheating in high temperature and high pressure heat exchanger, which strongly promotes sludge transportation from quasi-preheating to supercritical temperature. Sludge, sludge, oil sand, high viscous organic matter and other slurry supercritical water harmless treatment and resource utilization processes are implemented at high efficiency and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种高粘度浆料逐级升温系统
本专利技术属于污泥无害化处理及资源化利用领域，特别涉及一种高粘度浆料逐级升温系统。
技术介绍
随着人口总量持续增长，工业化、城镇化进程快速推进，城镇生活污水排放量逐年上升。包括污泥在内的油泥、油砂、高粘度有机质等各类浆料的排放污染问题突出，以污泥处理为例，城市污水的常规处理方法所产生的污泥量急剧增加，据统计，每年全国含水率80％的污泥产量已超3000万吨。其含水量大，水不易脱除，且含有相当份额的盐分、重金属、难降解的有毒有机污染物、细菌及寄生虫卵等病原生物体，散发出恶臭的气味。污泥处理设施的投资常常占到总投资的30％～40％，甚至超过50％。对污泥的处理和处置已经引起国家的高度重视。传统处理方法，如浓缩、消化、脱水、填埋及堆肥工艺旨在降低污泥含水率，改善污泥形状，但不能做到彻底无害化。焚烧处理彻底，但会产生二噁英、SOX、NOX以及飞灰等有害物质。国内外研究及部分工业实践证明，利用超临界水(指温度和压力分别高于374.15℃、22.12MPa的特殊状态水)的独特性质，超临界水处理技术(包括超临界水氧化技术、超临界水气化技术)可以有效地实现城市污泥的彻底无害化处理及资源化利用。超临界水氧化技术是利用可完全溶解在超临界水中的污泥有机质与氧化剂发生快速、彻底的均相反应，有机物中的碳元素转化成二氧化碳，氯、硫、磷等元素转化成相应的无机盐，氮元素绝大多数转化成氮气，实现污泥的高效无害化处理。超临界水气化技术是在不加或添加少量氧化剂的前提下，使得有机物在超临界水中均相条件下发生水解、热解等反应，生成以氢气为主的可燃性气态产品。然而，超临界水处理是一种高温高压反应，待处理污泥、油泥等被预热升压到超临界温度压力是必不可少的。超临界水处理技术的经济性随污泥含固率的增加而显著提高，因而超临界水处理系统进料的污泥含固率一般高于10wt.％。然而，污泥粘度随污泥含固率的升高而提高，10wt.％含固率污泥的常温粘度通常高于10000mpa.s。可见，以污泥为例的高粘度有机质等各类浆料具有流动性差、阻力系数高、导热系数低等劣势，因此，如何实现高粘度浆料的低阻升压输送与高效换热升温至关重要。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的高粘度浆料升压输送阻力大、换热升温效果差的问题，本专利技术的目的在于提供一种高粘度浆料逐级升温系统。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术公开的一种高粘度浆料逐级升温系统，包括：预热水解罐、物料泵、高温高压换热器、反应处理单元、热源、取热利用单元和后续处理单元；在预热水解罐中设有换热管，经过预处理的浆料经预热水解罐入口进入预热水解罐，预热水解罐壳体出口经物料泵与高温高压换热器内管接通，高温高压换热器内管出口连接至反应处理单元；热源出口与高温高压换热器外管连接，高温高压换热器外管出口经取热利用单元连接至换热管的入口，换热管的出口连接至后续处理单元；在换热管进、出口之间设置旁路控制阀，用于控制预热水解罐壳体出口流出的污泥温度不低于170℃；在高温高压换热器外管进、出口间设置旁路控制阀，用于维持高温高压换热器内管出口污泥温度达到目标超临界水温度。优选地，所述预热水解罐为第一级的容积式换热器，高温高压换热器为第二级的套管式换热器，但不局限于此，其他能够实现类似功能的都属于权利要求的限定。优选地，还包括对浆料进行预处理的调配均质单元，调配均质单元上开设有用于加入浆料和调配用水的入口，调配均质单元的出口经螺杆泵连接至预热水解罐入口端。优选地，在预热水解罐顶部设有稳压装置。优选地，在预热水解罐内还设有由电机驱动的搅拌装置。进一步优选地，搅拌装置包括与电机相连的驱动轴，沿驱动轴在换热管管圈上方和下方各设置一个圆盘涡轮式叶轮搅拌器。优选地，物料泵的工作温度不低于200℃，压力不低于30MPa。优选地，当反应处理单元内发生反应放热时，反应后的流体能够作为高温热源，按照部件所需能量品位等级，依次为高温高压换热器、取热利用单元及预热水解罐提供热量。进一步优选地，反应处理单元与热源合并使用，一同作为高温热源，为高温高压换热器、取热利用单元及预热水解罐提供热量。优选地，在预热水解罐与物料泵相连的管路上设有用于监测预热水解罐壳体出口浆料温度的第一温度计；在高温高压换热器与反应处理单元相连的管路上设有用于监测高温高压换热器内管出口浆料温度的第二温度计。优选地，所述浆料除了污泥外，还包括油泥、油砂、有机质等各类浆体。优选地，本专利技术所述后续处理单元中的操作，包括：深度无害化处理，如脱氨、脱磷、除COD等，降温，冷凝，降压、气液固三相分离等操作。优选地，取热利用单元不限于利用热源富裕热量进行对外供暖、产蒸汽，或者直接加热其他工艺段。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的高粘度浆料逐级升温系统，包括预热水解罐、物料泵、高温高压换热器、反应处理单元及热源等组件；先将高粘度浆料在预热水解罐中完成快速一级升温及热水解降粘，再将一级升温处理后的浆料经物料泵后输送至高温高压换热器，完成二级预热的逐级升温。一级升温处理时，预热水解罐内温度高达170摄氏度以上，浆料发生水解反应，其中部分细胞物质破碎，胶体物质溶解，粘度迅速下降，将显著增强浆料在二级高温高压换热器内的换热升温能力，降低浆料在换热器及后续管道设备内的流动阻力，同时，在水解作用下部分复杂的大分子将分解为易于降解的简单有机分子，有利于提高后续浆料无害化处理或资源化利用的反应效率。本专利技术的升温系统通过两级升温结构的设计，能够有效实现拟预热至超临界温度浆料的高效换热升温及低阻力输送，有力地推动了包括污泥在内，油泥、油砂、高粘度有机质等各类浆料超临界水无害化处理与资源化利用工艺的高效、低成本实施。进一步地，本专利技术采用容积式换热器加套管换热器的双级升温设计，预热水解罐作为第一级容积式换热器，其内部轴向螺旋换热管圈的上下方分别设置一个圆盘涡轮式叶轮搅拌器。在两个圆盘涡轮式叶轮搅拌器的强力作用下，高粘度污泥在预热水解罐内即有轴向、切向大循环，又有切向与径向的涡旋运动，呈现多维混合、剪切流动，扰动剧烈，换热管表面换热系数高，极大地强化了污泥的均质及吸热升温。进一步地，当反应处理单元内为放热反应时，反应处理单元即为高温热源，够为高温高压换热器提供热量。本专利技术技术按照能量品位等级，依次将反应后流体作为二级高温高压换热器、取热利用单元、一级预热水解罐的热源，实现了系统热能的分级合理分配利用。进一步地，在预热水解罐顶部设有稳压装置，能够有效维持回热器预热水解罐壳体内压力稳定且液体不汽化。附图说明图1为本专利技术实施例1的高粘度浆料逐级升温系统结构示意图；图2为本专利技术实施例2的高粘度浆料逐级升温系统结构示意图。其中，1-螺杆泵；2-预热水解罐；3-物料泵；4-高温高压换热器；5-换热管；6-稳压装置；U1-调配均质单元；U2-反应处理单元；U3-热源；U2/U3-超临界水氧化反应单元；U4-取热利用单元；U5-后续处理单元；V1-第一旁路控制阀；V2-第二旁路控制阀；T1-第一温度计；T2-第二温度计。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。实施例1参见图1，本专利技术的一种高粘度浆料逐级升温系统，包括：预热水解罐2、物料泵3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高粘度浆料逐级升温系统，其特征在于，包括：预热水解罐(2)、物料泵(3)、高温高压换热器(4)、反应处理单元(U2)、热源(U3)、取热利用单元(U4)和后续处理单元(U5)；在预热水解罐(2)中设有换热管(5)，经过预处理的浆料经预热水解罐(2)壳体入口进入预热水解罐(2)，预热水解罐(2)壳体出口经物料泵(3)与高温高压换热器(4)内管接通，高温高压换热器(4)内管出口连接至反应处理单元(U2)；热源(U3)出口与高温高压换热器(4)外管连接，高温高压换热器(4)外管出口经取热利用单元(U4)连接至换热管(5)的入口，换热管(5)的出口连接至后续处理单元(U5)；在换热管(5)进、出口之间设置第一旁路控制阀(V1)，用于控制预热水解罐(2)壳体出口流出的污泥温度不低于170℃；在高温高压换热器(4)外管进、出口间设置第二旁路控制阀(V2)，用于维持高温高压换热器(4)内管出口污泥温度达到目标超临界水温度。

【技术特征摘要】
1.一种高粘度浆料逐级升温系统，其特征在于，包括：预热水解罐(2)、物料泵(3)、高温高压换热器(4)、反应处理单元(U2)、热源(U3)、取热利用单元(U4)和后续处理单元(U5)；在预热水解罐(2)中设有换热管(5)，经过预处理的浆料经预热水解罐(2)壳体入口进入预热水解罐(2)，预热水解罐(2)壳体出口经物料泵(3)与高温高压换热器(4)内管接通，高温高压换热器(4)内管出口连接至反应处理单元(U2)；热源(U3)出口与高温高压换热器(4)外管连接，高温高压换热器(4)外管出口经取热利用单元(U4)连接至换热管(5)的入口，换热管(5)的出口连接至后续处理单元(U5)；在换热管(5)进、出口之间设置第一旁路控制阀(V1)，用于控制预热水解罐(2)壳体出口流出的污泥温度不低于170℃；在高温高压换热器(4)外管进、出口间设置第二旁路控制阀(V2)，用于维持高温高压换热器(4)内管出口污泥温度达到目标超临界水温度。2.根据权利要求1所述的高粘度浆料逐级升温系统，其特征在于，还包括对浆料进行预处理的调配均质单元(U1)，调配均质单元(U1)上开设有用于加入浆料和调配用水的入口，调配均质单元(U1)的出口经螺杆泵(1)连接至预热水解罐(2)壳体入口端。3.根据权利要求1所述的高粘度浆料逐级升温系统，其特征在于，在预热水解罐(2)顶部设有稳压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树众，李艳辉，宋文瀚，张熠姝，唐兴颖，徐甜甜，李建娜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61