CN108231231A - 一种高放射性核工业废料微波加热屏障 - Google Patents

一种高放射性核工业废料微波加热屏障 Download PDF

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罗勇
叶勇
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Abstract

本发明公开了一种高放射性核工业废料微波加热屏障，涉及核工业废料处理领域，包括罩体和设置在所述罩体上与罩体连通的波导溃入口，所述波导溃入口向外延伸凸出所述罩体的表面，在罩体的侧面开设有与废料管道连通的进料口和与气体处理装置连接的蒸汽出口。将本发明罩设在核废料桶上，通过进料口将核废料加入废料桶中，再通过波导溃入口对废料桶内的废液进行微波加热，加热产生的水蒸气通过蒸汽出口排放至气体处理装置，完成了核废液的固化作用。

Description

一种高放射性核工业废料微波加热屏障
技术领域
本发明属于核工业废料处理领域，具体涉及一种高放射性核工业废料微波加热屏障。
背景技术
核工业是从事核燃料研究、生产、加工，核能开发、利用，核武器研制、生产的工业。是军民结合型工业。主要产品有：核原料、核燃料、核动力装置、核武器(包括原子弹、氢弹和中子弹)、核电力，应用核技术等。核能具有低碳能耗、而且清洁的优点。核废物(nuclearwaste material),是指在核燃料生产、加工或核反应堆用过的，含有α、β和γ辐射的不稳定元素，并伴随有热产生的无用材料。核废物含有一定放射性，可以对生物体细胞的分裂和生长造成影响，甚至杀死细胞。核废物进入环境后，可以通过呼吸、饮食、皮肤接触等途径进入人体,当放射性辐射超过一定程度时，便可以损害机体的健康。研究表明，长年受放射性污染的人，癌症、白内障、失明、生长迟缓、生育力降低等病症的发病率要远远高于常人。工业放射性工艺阶段废液一般需要多级净化处理，中、低放废液常用的处理方法有凝沉淀和过滤、蒸发、离子交换和膜技术(如电渗析、反渗析、超滤膜)。将活度高的核燃料放射性废水经行蒸发，然后留下活度高的液体，称为蒸残夜。高放废液比或度高，一般只经过蒸发浓缩后储存在双壁不锈钢储槽中。
现有技术通常使用采用电加热的方式加热存放高放射性废液的物料桶，通过热传导方式使其受热蒸发。这个方法存在很多缺点，如：1.存在热损失大，能量消耗高，能量利用率低；2.电加热方存在安全隐患；3.电加热的热传导方式传热不均匀，废液干燥不充分的缺点。利用微波加热可以使废液受热更加均匀，但是通过微波直接辐射废液会引起的巨大反射，造成较高的能量损耗。
发明内容
本发明的目的在于:针对现有技术采用利用微波对核废液进行加热，会有产生反射，造成较大的能量损失，能量浪费的问题，提供了一种高放射性核工业废料微波加热屏障。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种高放射性核工业废料微波加热屏障，包括罩体和设置在所述罩体上与罩体连通的波导溃入口，所述波导溃入口向外延伸凸出所述罩体的表面，在罩体的侧面开设有与废料管道连通的进料口和与气体处理装置连接的蒸汽出口。将本发明罩设在核废料桶上，通过进料口将核废料加入废料桶中，再通过波导溃入口对废料桶内的废液进行微波加热，加热产生的水蒸气通过蒸汽出口排放至气体处理装置，完成了核废液的固化作用。
进一步的，所述波导溃入口包括从上至下依次层接的第一级凸起、第二级凸起和第三级凸起。本发明波多级凸起的溃入口的设置可以有效减少由于直接利用现有的波导结构造成了微波反射大，提高能量利用率。
进一步的，所述第一级凸起呈柱形。柱形的设计可以将微波直接辐射核废液。
进一步的，所述第二级凸起呈下大上小的锥台状。
进一步的，所述第三级凸起呈下大上小的锥台状。锥台状的设置可以将反射的微波再反射到核废液，提高微波的使用率。
进一步的，在所述罩体内设置有检测核废液桶内液体深度的超声波液位检测计、检测液体温度的温度仪和检测废液固化效果的摄像头。超声波液位仪、温度检测仪和摄像头对核废液桶内的废液深度、温度和固化效果进行实时监测。
进一步的，在所述罩体上开设有安装超声波液位检测计、温度仪和摄像头的安装管A、安装管B和安装管C，所述安装管与罩体连通。安装管的设置方便了超声波液位仪、温度检测仪和摄像头的安装。
进一步的，所述温度检测仪为非接触式温度检测仪。核废液同样具有辐射性会对直接接触的设备造成损害，采用非接触式温度仪可以减少核废液对温度仪的损害。
进一步的，在所述波导溃入口处设置有一个盖子。在蒸发完成后的核废料同样存在辐射性，盖子的设置可以减少对外界环境的影响。
本发明的有益效果如下：
1.本发明采用微波对核废液进行加热，与电加热相比本发明核废液的受热更加均匀，本发明可以解决波导器件无法减少由于微波直接辐射废液引起的巨大反射，造成较高的能量损耗的问题，减少能量损耗；加热后的废液通过蒸汽出口与外面的气体处理装置相连接，更方便对废液的处理。
2.根据电磁场理论知识，液面的变化会极大地影响废液对微波的吸收效率，本发明波多级凸起的溃入口的设置可以有效减少由于直接利用现有的波导结构造成了微波反射大，能量利用率低的问题。
3.超声波液位仪、温度检测仪和摄像头对核废液桶内的废液深度、温度和固化效果进行实时监测，安装管的设置方便了超声波液位仪、温度检测仪和摄像头的安装。
4.核废液具有辐射性会对直接接触的设备造成损害，采用非接触式温度仪可以减少核废液对温度仪的损害。
5.在蒸发完成后的核废料同样存在辐射性，在波导溃入口处设置有一个盖子可以减少对外界环境的影响。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明的主视图；
图4是本发明的侧视图；
附图说明：1-波导溃入口，1-1-第一级凸起，1-2-第二级凸起，1-3-第三级凸起，2-进料口，3-蒸汽出口，4-安装管A，5-安装管B，6-安装管C，7-罩体。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1～4所述提供了，一种高放射性核工业废料微波加热屏障，包括罩体7和设置在所述罩体7上与罩体7连通的波导溃入口1，其特征在于，所述波导溃入口1向外延伸凸出所述罩体7的表面，在罩体7的侧面开设有与废料管道连通的进料口2和与气体处理装置连接的蒸汽出口3。将罩体罩设在核废料桶上，通过进料口将核废料加入废料桶中，再通过波导溃入口对废料桶内的废液进行微波加热，加热产生的水蒸气通过蒸汽出口排放至气体处理装置，完成了核废液的固化作用。
所述波导溃入口1包括从上至下依次层接的第一级凸起1-1、第二级凸起1-2和第三级凸起1-3。
所述第一级凸起1-1呈柱形。柱形的设计可以将微波直接辐射核废液。
所述第二级凸起1-2和所述第三级凸起1-3为下大上小的锥台状。锥台状的设置可以将反射的微波再反射到核废液，提高微波的使用率。
在所述罩体7内设置有检测核废液桶内液体深度的超声波液位检测计、检测液体温度的温度仪和检测废液固化效果的摄像头。超声波液位仪、温度检测仪和摄像头对核废液桶内的废液深度、温度和固化效果进行实时监测，安装管的设置方便了超声波液位仪、温度检测仪和摄像头的安装。
在所述罩体7上开设有安装超声波液位检测计、温度仪和摄像头的安装管A4、安装管B5和安装管C6，所述安装管与罩体7连通。
所述温度仪为非接触式温度仪。核废液具有辐射性会对直接接触的设备造成损害，采用非接触式温度仪可以减少核废液对温度仪的损害。
在所述波导溃入口(1)处设置有一个盖子。在蒸发完成后的核废料同样存在辐射性，在波导溃入口处设置有一个盖子可以减少对外界环境的影响。
实施例2
在实施例1的基础上做进一步的改进，具体是：
具体的，所述第一级凸起1-1呈长方体；所述长方体长、宽、高分别是247.65mm、78.6mm。
具体的，所述第二级凸起1-2为底面和顶面均为长方形的，下大上小的等边梯台状；下底面长为321.81mm、宽为259.9mm，上顶面长为281.81mm、宽为219.9mm，高为70mm。
具体的，所述第三级凸起1-3为底面和顶面均为正方形的，下大上小的等边梯台状；下底面边长为395.98mm，上顶面边长为321.81mm，高为70mm。
表1为使用实施例2制作的罩壳，对不同液位的反射系数的检测：
下表中Deep_air2为桶内液面到此顶盖结构下表面的距离，此距离从0.2m-0.28m变化即表示液面下降了0.08m的过程对应的S11参数(反射系数)变化。
(S11＝10lg(Pout/Pin)dB,比如Pin为入射功率1kw，反射功率若为100W则S11＝10lg(100/1000)＝-10dB,即表示微波能量反射了10％。)
表1不同液位的反射系数
Deep air(m) 频率 反射系数(dB)
0.20000～0.21000 9.150E8 -13.470～-9.6464
0.21200～0.22000 9.150E8 -15.609～-13.220
0.22200～0.23000 9.150E8 -12.3057～-9.7319
0.23200～0.24000 9.150E8 -12.358～-9.5982
0.24200～0.25000 9.150E8 -13.320～-9.4402
0.2520～0.26000 9.150E8 -7.1369～-8.4996
0.26200～0.27000 9.150E8 -7.7278～-7.3690
0.2720～0.28000 9.150E8 -10.210～-8.4203
由表1可知本发明可以发现随着液位的变化，反射系数呈先下降后上升的趋势，说明本实施例可以有效解决液面变化对微波吸收率低的问题，减少由于直接利用现有的波导结构造成了微波反射大，能量利用率低的问题。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高放射性核工业废料微波加热屏障，包括罩体(7)和设置在所述罩体(7)上与罩体(7)连通的波导溃入口(1)，其特征在于，所述波导溃入口(1)向外延伸凸出所述罩体(7)的表面，在罩体(7)的侧面开设有与废料管道连通的进料口(2)和与气体处理装置连接的蒸汽出口(3)。
2.根据权利要求1所述的高放射性核工业废料微波加热屏障，其特征在于，所述波导溃入口(1)包括从上至下依次层接的第一级凸起(1-1)、第二级凸起(1-2)和第三级凸起(1-3)。
3.根据权利要求2所述的高放射性核工业废料微波加热屏障，其特征在于，所述第一级凸起(1-1)呈柱形。
4.根据权利要求2所述的高放射性核工业废料微波加热屏障，其特征在于，所述第二级凸起(1-2)呈下大上小的锥台状。
5.根据权利要求2所述的高放射性核工业废料微波加热屏障，其特征在于，所述第三级凸起(1-3)呈下大上小的锥台状。
6.根据权利要求1所述的高放射性核工业废料微波加热屏障，其特征在于，在所述罩体(7)内设置有检测核废液桶内液体深度的超声波液位检测计、检测液体温度的温度仪和检测废液固化效果的摄像头。
7.根据权利要求6所述的高放射性核工业废料微波加热屏障，其特征在于，在所述罩体(7)上开设有安装超声波液位检测计、温度仪和摄像头的安装管A(4)、安装管B(5)和安装管C(6)，所述安装管与罩体(7)连通。
8.根据权利要求6所述的高放射性核工业废料微波加热屏障，所述温度仪为非接触式温度仪。
9.根据权利要求1所述的高放射性核工业废料微波加热屏障，其特征在于，在所述波导溃入口(1)处设置有一个盖子。
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