本发明专利技术公开了一种具有安全保障的超临界水热燃烧型多元热流体发生装置及方法，主要包括反应器、事故罐处理模块、冷却降压模块、调温调压模块。反应器采用两级燃料入射有效降低了预热需要从而降低了加热器功率，进而降低了超临界水热燃烧系统的投资运行成本；冷却模块中冷却器采用双螺旋盘管和搅拌器设置可以使冷却更加充分，减少冷却需水量；反应器温度和压力的连锁控制，保证了工艺效果和系统安全；反应器具有可视化观火孔可用于观察反应器内的火焰图像，用于指导超临界水热燃烧实验燃料量和燃料浓度；事故罐处理模块连接燃料泵安全阀和反应器安全阀，可进行超压保护，保证反应器及系统运行安全。及系统运行安全。及系统运行安全。
【技术实现步骤摘要】
具有安全保障的超临界水热燃烧型多元热流体发生装置及方法
[0001]本专利技术属于超临界水热燃烧
，特别涉及一种具有安全保障的超临界水热燃烧型多元热流体发生装置及方法。
技术介绍
[0002]稠油资源的传统开采方式如蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油等，主要是通过将地面注汽锅炉产生的热蒸汽注入地层从而提高地层温度，降低稠油黏度，增加稠油流动性，达到提高稠油采收率效果的目的。常规的注蒸汽开采技术已经非常成熟，但是面临的环境污染严重、排烟损失大、适用油藏深度受限、装置体积过大无法应用于海上稠油开采等问题始终无法解决。因此，开发新型超临界水热燃烧型多元热流体发生装置，对于稠油开采和能源供给安全保障领域具有十分重要的意义。
[0003]超临界水(Supercritical Water，简称SCW)是指温度和压力均高于其临界点(T
c
＝374.15℃，p
c
＝22.12MPa)的特殊状态的水。当水的温度和压力均超过其临界点时，诸如密度、粘度、介电常数、离子积等水的理化性质将会发生剧烈变化。其中，密度与液体相近，比相应常压气体要大100～1000倍；扩散系数介于气体和液体之间，为普通液体的10～100倍。另外，超临界水的粘度明显低于常规水的粘度，这使得扩散系数提升，传质性能改善，使得超临界水体系中，氧气、空气、水及绝大多数有机物可以任意比例互溶，气液相界面消失，超临界水氧化体系成为均相反应体系，消除了相间的传质传热阻力，从而加快了反应速度，可在几秒至几分钟内将有机物彻底氧化降解为CO2、H2O、N2及其他一些有机小分子化合物，对大多数有机废物的去除率高达99.9％。
[0004]超临界水热燃烧技术(Supercritical Hydrothermal Combustion，SCHC)是指燃料或者一定浓度的有机废弃物与氧化剂在超临水环境中发生剧烈氧化反应，产生水热火焰的一种新型燃烧方式。超临界水热火焰通常为800℃以上，水热火焰区局部高温将显著加速有机物降解(100毫秒内可完成降解绝大多数有机物)，释放大量热量，甚至可以作为能源获取的一种手段。该燃烧方式其具有多项显著优势，(1)反应速度快，具有毫秒级反应速率：超临界水热燃烧反应系统中形成均相反应体系，产生大量羟基自由基，发生快速的自由基反应，能在极短的时间内完成醇类、原油等燃料的充分燃烧，反应迅速彻底。(2)燃烧稳定、高效：超临界水热燃烧型多元热流体发生装置的燃烧更加稳定、高效、洁净，发生器结构更加紧凑。(3)超临界水热燃烧反应产物主要是CO2和水蒸气，在用于稠油开采工艺时，CO2可活性降粘，进一步改善开发效果，实现产物的100％利用。
[0005]超临界水热燃烧反应为高温高压反应，因而待处理物料的预热、燃烧产生多元热流体的降温降压、超临界水热燃烧反应器的安全保障及突发事故处理是超临界水热燃烧工艺中必不可少的环节。此外，超临界水热燃烧型多元热流体发生工艺的实验研究是超临界水热燃烧技术应用于稠油热采领域的准备和前提工作。
[0006]为保证工艺可操作性及运行经济性，采用带有双螺旋盘管和搅拌器的换热器是进
行多元热流体降温处理比较合理的选择。鉴于超临界水热燃烧反应高温高压操作条件，进行反应器内温度和压力的连锁等一系列连锁控制是保证操作压力、温度的匹配、系统启动与停机的安全可靠性、系统运行效果的必要选择。此外，反应器具有可视化观火孔可实时观测反应器内着火情况和火焰稳定性，进一步指导超临界水热燃烧实验研究。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是针对
技术介绍
中为进行超临界水热燃烧型多元热流体后端降温降压处理和超临界水热燃烧反应器启动、操作、停机安全可靠性提供一种超临界水热燃烧型多元热流体发生装置及方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种具有安全保障的超临界水热燃烧型多元热流体发生装置，包括：
[0010]反应器，其内部由通过喷孔连通的上方的燃烧空间和下方的掺混空间组成，燃料在燃烧空间进行水热燃烧反应，反应产物经喷孔进入掺混空间与掺混水混合得到多元热流体，其中燃烧空间上部设置有燃料回流口；
[0011]事故罐处理模块，包括事故罐，事故罐的入口通过带反应器安全阀的管路连接所述燃料回流口，通过带燃料泵安全阀的管路连接反应器的燃料供给线路，所述反应器安全阀和/或燃料泵安全阀超过设定压力时起跳，将反应器内和/或燃料供给线路的燃料送至事故罐。
[0012]在其中一个实施例中，本专利技术还包括冷却降压模块，所述冷却降压模块包括冷却器，冷却器包括罐体，罐内设置冷壁水盘管和多元热流体盘管，罐壁上有冷却水入口和冷却水出口，所述反应器带有冷却壁，所述多元热流体盘管的入口接反应器的多元热流体出口，出口通过带多元热流体路背压阀的管路接排污管网，所述冷壁水盘管的入口接反应器的冷壁水出口，出口通过带冷壁水路背压阀的管路接排污管网。
[0013]示例地，所述冷却水入口接冷却水供给线路，所述冷却水供给线路包括储水箱，储水箱的出口分为两路，一路接低压泵，低压泵的出口分为两路，一路接所述冷却水入口，另一路接冷壁水罐，冷壁水罐的出口接高压计量泵，高压计量泵的出口分为两路，一路通过掺混水路电动调节阀接反应器的掺混水入口，另一路通过冷壁水路电动调节阀接反应器的冷壁水入口。
[0014]示例地，所述事故罐内上部设置有用于对燃料喷淋降温的喷淋管，所述喷淋管接储水箱出口的另一路，且喷淋管的喷淋控制与反应器安全阀和/或燃料泵安全阀联动，当反应器安全阀和/或燃料泵安全阀起跳时启动喷淋。
[0015]在其中一个实施例中，本专利技术还包括调温调压模块，所述调温调压模块包括掺混水路电动调节阀、多元热流体路背压阀以及依次设置在燃料供给线路上的燃料泵和加热器，将燃料升压加热至预设的温度，并通过加热器、掺混水路电动调节阀和多元热流体路背压阀的连锁调节加热功率保证超临界水热燃烧反应的安全。
[0016]示例地，所述反应器上布置有一级燃料入口、二级燃料入口、氧化剂入口和可视化观火孔，出所述加热器的燃料分为两路，分别接入一级燃料入口和二级燃料入口，反应器的氧化剂供给线路连接氧化剂入口，所述一级燃料入口连通反应器的加热通道，一级燃料经加热通道后与氧化剂接触燃烧，之后再点燃二级燃料，完成氧化放热发生水热燃烧反应，通
过一级燃料和二级燃料的流量分配实现加热器对燃料的预热，通过可视化观火孔观察反应器内的火焰图像，指导燃料量和燃料浓度。
[0017]示例地，所述燃料回流口设置在一级燃料与氧化剂接触燃烧的位置处。
[0018]示例地，所述燃料供给线路包括燃料储罐，燃料储罐的出口通过燃料储罐出口控制阀连接燃料泵，燃料泵的出口分为两路，一路连接加热器，另一路连接所述燃料泵安全阀的入口，所述氧化剂供给线路包括液氧罐，液氧罐出口通过液氧罐出口控制阀连接低温液氧泵，低温液氧泵的出口依次连接液氧汽化器和氧气缓冲罐，氧气缓冲罐的出口接反应器的氧化剂入口。
[0019]本专利技术还提供了基于所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有安全保障的超临界水热燃烧型多元热流体发生装置，其特征在于，包括：反应器(4)，其内部由通过喷孔连通的上方的燃烧空间和下方的掺混空间组成，燃料在燃烧空间进行水热燃烧反应，反应产物经喷孔进入掺混空间与掺混水混合得到多元热流体，其中燃烧空间上部设置有燃料回流口；事故罐处理模块，包括事故罐(14)，事故罐(14)的入口通过带反应器安全阀(V9)的管路连接所述燃料回流口，通过带燃料泵安全阀(V8)的管路连接反应器(4)的燃料供给线路，所述反应器安全阀(V9)和/或燃料泵安全阀(V8)超过设定压力时起跳，将反应器(4)内和/或燃料供给线路的燃料送至事故罐(14)。2.根据权利要求1所述具有安全保障的超临界水热燃烧型多元热流体发生装置，其特征在于，还包括冷却降压模块，所述冷却降压模块包括冷却器(13)，冷却器(13)包括罐体，罐内设置冷壁水盘管和多元热流体盘管，罐壁上有冷却水入口和冷却水出口，所述反应器(4)带有冷却壁，所述多元热流体盘管的入口接反应器(4)的多元热流体出口，出口通过带多元热流体路背压阀(16)的管路接排污管网，所述冷壁水盘管的入口接反应器(4)的冷壁水出口，出口通过带冷壁水路背压阀(15)的管路接排污管网。3.根据权利要求2所述具有安全保障的超临界水热燃烧型多元热流体发生装置，其特征在于，所述冷却水入口接冷却水供给线路，所述冷却水供给线路包括储水箱(9)，储水箱(9)的出口分为两路，一路接低压泵(10)，低压泵(10)的出口分为两路，一路接所述冷却水入口，另一路接冷壁水罐(11)，冷壁水罐(11)的出口接高压计量泵(12)，高压计量泵(12)的出口分为两路，一路通过掺混水路电动调节阀(V6)接反应器(4)的掺混水入口，另一路通过冷壁水路电动调节阀(V7)接反应器(4)的冷壁水入口。4.根据权利要求3所述具有安全保障的超临界水热燃烧型多元热流体发生装置，其特征在于，所述事故罐(14)内上部设置有用于对燃料喷淋降温的喷淋管，所述喷淋管接储水箱(9)出口的另一路，且喷淋管的喷淋控制与反应器安全阀(V9)和/或燃料泵安全阀(V8)联动，当反应器安全阀(V9)和/或燃料泵安全阀(V8)起跳时启动喷淋。5.根据权利要求3或4所述具有安全保障的超临界水热燃烧型多元热流体发生装置，其特征在于，还包括调温调压模块，所述调温调压模块包括掺混水路电动调节阀(V6)、多元热流体路背压阀(16)以及依次设置在燃料供给线路上的燃料泵(2)和加热器(3)，将燃料升压加热至预设的温度，并通过加热器(3)、掺混水路电动调节阀(V6)和多元热流体路背压阀(16)的连锁调节加热功率保证超临界水热燃烧反应的安全。6.根据权利要求5所述具有安全保障的超临界水热燃烧型多元热流体发生装置，其特征在于，所述反应器(4)上布置有一级燃料入口、二级燃料入口、氧化剂入口和可视化观火孔，出所述加热器(3)的燃料分为两路，分别接...
【专利技术属性】
技术研发人员：王树众，王大伟，汪文哲，李艳辉，赫文强，杨文海，李紫成，郑继涛，
申请(专利权)人：武汉武锅能源工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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