CN108447578A - 间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备 - Google Patents

间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备 Download PDF

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张磊
苏哲
何辉
周贤明
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Abstract

本发明提供了一种间歇操作式高放废液蒸发‑脱硝设备。该设备包括蒸发釜和净化柱；所述蒸发釜包括釜体，以及釜体外部的加热夹套；所述釜体上设有物料进出口和蒸汽出口；所述加热夹套上设有加热介质入口和加热介质出口；所述净化柱包括柱体，以及柱体外部的冷却夹套；所述净化柱底部设有蒸汽进口，顶部设有尾气排放口以及进水管；所述进水管在净化柱内部的开口端连接有喷头；所述净化柱内设有下孔板和上孔板，下孔板和上孔板之间以填料填充；所述冷却夹套上设有冷却介质入口和冷却介质出口。

Description

间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备
技术领域
本发明属于放射性废物处理领域，特别涉及一种高放废液浓缩设备。
背景技术
近年来，世界能源短缺和安全问题日益凸显，核电正迎来新的发展机遇。为了保障核能的可持续发展，必须建立一套完整的与核能发展相匹配的核燃料循环体系。我国一直坚持核燃料闭式循环政策，对乏燃料进行后处理，回收其中的有用元素，大大提高了核燃料资源的利用率。目前，PUREX流程是唯一工业化的后处理流程，通过该流程，乏燃料中的U、Pu得以回收，其它成分主要进入高放废液。高放废液的比活度高，释热率高，危害期长且危害程度高。根据废物最小化原则，通常将高放废液浓缩后再进行固化处理。
蒸发-脱硝是减小高放废液体积的一种有效方法，该方法具有净化系数高、灵活性大、安全可靠等优点。酸性高放废液进行蒸发浓缩处理的过程中，需要通过脱硝来降低浓缩液中的硝酸浓度。这是因为硝酸-水体系为具有最高恒沸点的体系，为降低平衡温度和酸度，减少硝酸体系对设备的腐蚀，需要不断破坏体系中的硝酸。
高放废液具有强放射性，所涉及工艺流程需在热室进行操作，目前，国内外设计开发了多种高放废液蒸发-脱硝设备，这些设备大多为大型的连续操作设备，主要应用于后处理厂中大量高放废液的处理。然而，对于实验室规模的高放废液蒸发-脱硝操作来说，这些大型设备难以适用，连续操作的特性也不适用于实验室环境，为此，需要研发一种适于实验室条件下应用的高放废液蒸发-脱硝设备。
发明内容
为解决现有高放废液蒸发-脱硝设备不适于实验室条件下高放废液蒸发-脱硝操作的问题，本发明提供了一种间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备。
该设备包括蒸发釜和净化柱；所述蒸发釜包括釜体，以及釜体外部的加热夹套；所述釜体上设有物料进出口和蒸汽出口；所述加热夹套上设有加热介质入口和加热介质出口；所述净化柱包括柱体，以及柱体外部的冷却夹套；所述净化柱底部设有蒸汽进口，顶部设有尾气排放口以及进水管；所述进水管在净化柱内部的开口端连接有喷头；所述净化柱内设有下孔板和上孔板，下孔板和上孔板之间以填料填充；所述冷却夹套上设有冷却介质入口和冷却介质出口。
根据一个实施例，所述物料进出口根据进料种类分开设置，分别设置为进料口、出料口和脱硝剂进料口。
根据一个实施例，所述釜体上设置有吹气测量管。
根据一个实施例，所述釜体上设置有进气管。
根据一个实施例，所述釜体的蒸汽出口处设置有丝网除沫器。
根据一个实施例，所述釜体上设置有测温口。
根据一个实施例，所述釜体上设置有安全阀接口。
根据一个实施例，所述釜体或加热夹套上设置有支耳。
根据一个实施例，所述冷却夹套外部设置有隔热层。
与现有连续操作设备相比，本发明的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备便于将蒸发过程和脱硝过程分开操作。蒸发过程和脱硝过程分开操作后，由于蒸发过程不进行脱硝，因此产生的气体量少，加之净化过程中通过采用喷头喷淋去离子水能够明显提高净化效果。与此同时，所采用的净化柱外部冷却夹套设计也是本发明的关键，其在蒸发过程中起到隔热保温作用，有利于提高净化效果；脱硝过程中通入冷却介质起到降温作用，有利于净化氮氧化物中夹带的放射性物质。综合以上效果，采用本发明的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备能够获得较高的净化系数(大于106)，显著高于连续操作设备的净化系数(约103)。
总之，本发明的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备能够较好满足实验室规模的高放废液蒸发-脱硝需求，较好解决了实验室条件下高放废液蒸发-脱硝问题，适用于实验室条件下高放废液产生量较少、蒸发-脱硝需求呈间歇性的操作要求。实际应用表明，该设备结构设计有利于机械手操作，适合在热室中进行操作。
附图说明
图1为根据本发明实施例的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备的蒸发釜示意图。
图2为根据本发明实施例的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备的净化柱示意图。
附图标记：1.釜体，2.加热夹套，3.进料口，4.出料口，5.脱硝剂进料口，6.蒸汽出口，7.加热介质入口，8.加热介质出口，9.吹气测量管，10.进气管，11.丝网除沫器，12.测温口，13.安全阀接口，14.支耳，15.柱体，16.冷却夹套，17.蒸汽进口，18.尾气排放口，19.进水管，20.喷头，21.下孔板，22.上孔板，23.填料，24.冷却介质入口，25.冷却介质出口，26.隔热层。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。
在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明的实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。为了清楚地示出各个部件的细节，附图中的各个部件并不是按比例绘制的，所以附图中的各个部件的比例也不应作为一种限制。
如图1-2所示，本发明的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备包括蒸发釜和净化柱；所述蒸发釜包括釜体1，以及釜体1外部的加热夹套2；所述釜体1上设有物料进出口和蒸汽出口6；所述加热夹套2上设有加热介质入口7和加热介质出口8；所述净化柱包括柱体15，以及柱体15外部的冷却夹套16；所述净化柱底部设有蒸汽进口17，顶部设有尾气排放口18以及进水管19；所述进水管19在净化柱内部的开口端连接有喷头20；所述净化柱内设有下孔板21和上孔板22，下孔板21和上孔板22之间以填料23填充；所述冷却夹套16上设有冷却介质入口24和冷却介质出口25。
根据一个示例，所述物料进出口可以根据进料种类分开设置，分别设置为进料口3、出料口和脱硝剂进料口5。
根据一个示例，所述釜体1上还可以设置有吹气测量管9，以便通过吹气仪表测定釜体1内高放废液的液位高度。
根据一个示例，所述釜体1上还可以设置有进气管10，以便通过进气管10向高放废液内通入气体获取搅拌效果，防止高放废液在加热过程中产生爆沸现象。
根据一个示例，所述釜体1的蒸汽出口6处还可以设置有丝网除沫器11，以防止高放废液产生的泡沫侵入净化柱。
根据一个示例，所述釜体1上还可以设置有测温口12，以便通过测温口12测量高放废液温度。
进一步地，高放废液温度的测量可以采用铂热电阻温度计，温度计外部可以采用不锈钢套管保护。
根据一个示例，所述釜体1上还可以设置有安全阀接口13，以便连接安全阀。
根据一个示例，所述釜体1或加热夹套2上还可以设置有支耳14，以便对其进行支承。
根据一个示例，所述冷却夹套16外部设置有隔热层26，以提高冷却效果。
根据本发明一个示例的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备对高放废液进行蒸发-脱硝处理，其处理过程如下：
步骤一，将高放废液由进料口3输送至釜体1内，利用吹气仪表测定釜体1内高放废液的液位高度，由此计算得到加入的高放废液体积。
步骤二，通过加热介质入口7向釜体1外部的加热夹套2内通入加热介质进行间接加热，所述加热介质可以是水蒸汽，冷却的加热介质(如冷凝水)通过加热介质出口8排出；通过进气管10通入气体(如压缩空气)进行鼓泡搅拌，防止高放废液在加热过程中爆沸。
步骤三，高放废液沸腾后，釜体1内产生的蒸汽依次通过蒸汽出口6、净化柱底部的蒸汽进口17进入净化柱，净化除去蒸汽中夹带的放射性物质，净化后的蒸汽通过尾气排放口18输送至冷凝器冷凝，冷凝液为中低放废液；随着净化过程的进行，釜体1内的高放废液逐渐浓缩；为提高净化效果，净化过程中通过进水管19通入去离子水，并经喷头20将去离子水均匀喷淋至净化柱内部。
步骤四，净化一段时间后，停止通入加热介质，令釜体1内的高放废液温度下降；通过净化柱的冷却介质入口24向冷却夹套16内通入冷却介质(例如压缩空气或水)，降低净化柱温度。
步骤五，由脱硝剂进料口5向釜体1内的高放废液中加入脱硝剂(脱硝剂可以选用甲醛或甲酸)进行脱硝；脱硝过程中产生的氮氧化物通过净化柱，并经尾气排放口18输送至氮氧化物吸收系统处理。
步骤六，若还需对釜体1内的高放废液进行进一步蒸发-脱硝处理，则可以重复步骤二至步骤五的操作一次以上，直至满足蒸发-脱硝要求；最后由出料口4出料。
虽然根据本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，然而，本领域普通技术人员应理解，在不背离本发明的总体构思的原则和精神的情况下，可以对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (9)

1.一种间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备，其特征在于：该设备包括蒸发釜和净化柱；所述蒸发釜包括釜体，以及釜体外部的加热夹套；所述釜体上设有物料进出口和蒸汽出口；所述加热夹套上设有加热介质入口和加热介质出口；所述净化柱包括柱体，以及柱体外部的冷却夹套；所述净化柱底部设有蒸汽进口，顶部设有尾气排放口以及进水管；所述进水管在净化柱内部的开口端连接有喷头；所述净化柱内设有下孔板和上孔板，下孔板和上孔板之间以填料填充；所述冷却夹套上设有冷却介质入口和冷却介质出口。
2.根据权利要求1所述的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备，其特征在于：所述物料进出口根据进料种类分开设置，分别设置为进料口、出料口和脱硝剂进料口。
3.根据权利要求1或2所述的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备，其特征在于：所述釜体上设置有吹气测量管。
4.根据权利要求1或2所述的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备，其特征在于：所述釜体上设置有进气管。
5.根据权利要求1或2所述的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备，其特征在于：所述釜体的蒸汽出口处设置有丝网除沫器。
6.根据权利要求1或2所述的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备，其特征在于：所述釜体上设置有测温口。
7.根据权利要求1或2所述的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备，其特征在于：所述釜体上设置有安全阀接口。
8.根据权利要求1或2所述的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备，其特征在于：所述釜体或加热夹套上设置有支耳。
9.根据权利要求1或2所述的间歇操作式高放废液蒸发-脱硝设备，其特征在于：所述冷却夹套外部设置有隔热层。
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