CN109509567A - 模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的装置和方法，所述装置包括：燃烧室、位于燃烧室底部的称重模块、第一恒流泵和测试模块；所述第一恒流泵通过排烟管连接燃烧室出口；测试模块包括气溶胶粒径分析仪和气溶胶滤膜，所述气溶胶粒径分析仪和气溶胶滤膜分别设置于贯穿所述排烟管入口的采样管两端。本发明提供的装置和方法能够获取有机相着火燃烧行为的相关基础参数，可为后处理厂的安全设计和火灾事故的预防措施提供理论数据支持。
Description
技术领域
本发明属于核技术领域，具体涉及模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的装置和方法。
背景技术
乏燃料后处理厂是实现核燃料的回收利用，并有利于核废物的妥善处置的处理厂，是实现核燃料闭式循环的一个重要环节。脉冲柱在后处理厂又称萃取柱，能够将乏燃料溶解液中铀和钚，通过萃取的方式分离出来，是后处理中极为重要的环节。
脉冲柱的内溶液主要由煤油-磷酸三丁酯混合溶剂和乏燃料的硝酸溶解液组成，其中乏燃料的硝酸溶解液含大量的放射性核素。假设脉冲柱出现破口，内部溶液全部泄漏，遇到火源或者达到一定温度便能引燃，燃烧过程中将产生大量的气溶胶，而溶液中的部分放射性核素能够通过多种方式在燃烧过程中夹杂在气溶胶之中，随空气流动，扩散到周围的环境之中，造成辐射污染。有机相燃烧过程中放射性气溶胶的释放是后处理系统安全的重大研究课题。
因此，有必要发明了模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的装置和方法，获取相关的基础参数。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的装置和方法，能获取相关的基础参数，建立放射性气溶胶释放模型与事故后果气溶胶评价模型，有助于后处理火灾事故的预防措施制定。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的装置，所述装置包括：燃烧室、位于燃烧室底部的称重模块、第一恒流泵和测试模块；
所述第一恒流泵通过排烟管连接燃烧室出口；
测试模块包括气溶胶粒径分析仪和气溶胶滤膜，所述气溶胶粒径分析仪和气溶胶滤膜分别设置于贯穿所述排烟管入口的采样管两端。
进一步的，所述称重模块包括由上到下依次叠放的点火器、燃烧池、隔热层、压力传感器和压力数据采集器。
进一步的，所述装置还包括第二恒流泵和第三恒流泵，所述第二恒流泵和第三恒流泵分别位于采样管两边末端。
进一步的，所述装置还包括尾气处理模块，所述尾气处理模块设置于第一恒流泵和燃烧室之间。
进一步的，所述装置中燃烧池可更换，且各燃烧池燃烧面积不同。
进一步的，所述装置还包括管道阀门，所述管道阀门设置于燃烧室外侧底部。
本发明采用的另一种技术方案是：模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)取预设体积的预设溶液加入燃烧池；
(2)点燃预设溶液，开启压力数据采集器和和气溶胶粒径分析仪；
(3)启动第一恒流泵、第二恒流泵和第三恒流泵，分别调节至预设流速；
(4)记录测试数据。
进一步的，步骤(4)还包括：
每隔预设时间，更换气溶胶滤膜，将换下的气溶胶滤膜标号，待进一步检测。
进一步的，所述将气溶胶滤膜进一步处理具体包括：将气溶胶滤膜中的气溶胶溶于水溶液中，通过原子吸收光谱仪或ICP-MS测量出气溶胶中模拟核素的质量。
进一步的，所述方法的实验变量为气体流速、燃烧池尺寸、模拟核素。
本发明的效果在于，采用本发明所述的装置和方法，能够获取有机相着火燃烧行为的相关基础参数，可为后处理厂的安全设计和火灾事故的预防措施提供理论数据支持。
附图说明
图1是本发明所述装置一实施例的结构示意图；
图2是本发明所述方法一实施例的技术路线图；
图3是本发明所述方法一实施例的流程示意图。
图中：1-第一恒流泵；2-尾气处理装置；3-排烟管；4-采样管；5-气溶胶滤膜；6-阀门；7-燃烧室；8-压力数据采集器；9-气溶胶粒径分析仪；10-点火器；11-燃烧池；12-隔热层；13-压力传感器；14-第二恒流泵；15-第三恒流泵。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，均属于本发明保护的范围。
参阅图1所示，图1是本发明所述装置一实施例的结构示意图。所述装置包括燃烧室7、位于燃烧室7底部的称重模块、第一恒流泵1和测试模块。
燃烧室7外壁为子弹头形，烟气出口设置于顶部。所述第一恒流泵1通过排烟管3连接燃烧室7出口，用于控制烟气的气体流动速率。
所述称重模块位于燃烧室7内侧底部，包括由上到下依次叠放的点火器10、燃烧池11、隔热层12、压力传感器13和压力数据采集器8。燃烧池11用于存放硝酸盐溶液、煤油、磷酸三丁酯等溶液。
点火器10用于点燃燃烧池11内的有机溶液。通过压力传感器13可以测量燃烧池11的质量变化从而分析燃烧速率。隔热层12用于隔绝燃烧池11和压力传感器13，避免高温对压力传感器13有影响，压力数据采集器8用于实时记录燃烧池11的质量变化。
测试模块包括气溶胶粒径分析仪9和气溶胶滤膜5，所述气溶胶粒径分析仪9和气溶胶滤膜5分别设置于贯穿所述排烟管3入口的采样管4两端。气溶胶粒径分析仪9可实时监控烟气中气溶胶的粒径分布分析与颗粒物浓度。气溶胶滤膜5可用于采集烟气中的气溶胶，采集气溶胶后的气溶胶滤膜5可取出进一步处理。实验中每隔一个时间段，更换一次气溶胶滤膜5，可得到每个时间段模拟核素的沉积量，从而分析出燃烧实验里的每个时间段放射性气溶胶的释放情况。
所述装置还包括第二恒流泵14和第三恒流泵15，所述第二恒流泵14和第三恒流泵15分别位于采样管4两边末端。具体的，第二恒流泵14和第三恒流泵15分别与气溶胶粒径分析9和气溶胶滤膜5相连接，用于控制烟气的采用速率。
所述装置还包括尾气处理模块2，所述尾气处理模块2设置于所述第一恒流泵1和燃烧室7之间。烟气经尾气处理模块2处理后，达到空气排放标准排入空气。
所述装置中燃烧池11可更换，且各燃烧池11燃烧面积不同。燃烧池11为向上开口的容器，其燃烧面积为开口面积。
所述装置还包括阀门6，所述阀门6设置于燃烧室7外侧底部。
所述装置实验流程为：在燃烧池11内加入预设溶液，点火器10点燃预设溶液，在第一恒流泵1的抽压下，空气流入燃烧室7，同时带动燃烧室7内的烟气，进入烟气管道3，经尾气处理装置2，最终排出。实验过程中，压力数据采集器8始终记录着燃烧池11的质量变化，直至火焰熄灭；第二恒流泵14以预设功率运行，气溶胶粒径分析仪9实时监控烟气中气溶胶的粒径分布分析与颗粒物浓度；第三恒流泵15也以预设功率运行，每采集一段时间气溶胶，更换一次气溶胶滤膜5，更换的气溶胶滤膜5密封保存，待进一步分析测试。
区别于现有技术，本发明提供的模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的装置，该装置设计紧凑，能够获取有机相着火燃烧行为的相关基础参数，可为后处理厂的安全设计和火灾事故的预防措施提供理论数据支持。
参阅图2-3，图2是本发明所述方法一实施例的技术路线图，图3是本发明所述方法一实施例的流程示意图。所述方法包括以下步骤：
步骤101：取预设体积的预设溶液加入燃烧池。
在试验开始前还包括检查相关仪器设备，查看是否正常。
取预设体积的预设溶液加入燃烧池。预设溶液为用不同成分不同体积比配成的有机溶剂层或有机溶剂层和无机液相层，有机溶剂层包括煤油和TBP，无机液相层包括硝酸溶液或硝酸盐溶液。
步骤102：点燃预设溶液，开启压力数据采集器和气溶胶粒径分析仪。
点燃预设溶液，开启压力数据采集器和和气溶胶粒径分析仪。压力数据采集器始终记录着燃烧池的质量变化，直至火焰熄灭。气溶胶粒径分析仪实时监控烟气中气溶胶的粒径分布分析与颗粒物浓度。还包括按预设时间间隔更换气溶胶滤膜5。
步骤103：启动第一恒流泵、第二恒流泵和第三恒流泵，分别调节至预设流速。
第一恒流泵1、第二恒流泵14和第三恒流泵15分别以预设功率运行。第一恒流泵1用于控制烟气的气体流动速率，第二恒流泵14和第三恒流泵15用于控制烟气的采用速率。
步骤104：记录测试数据。
实验过程中测试数据包括压力数据采集器和气溶胶粒径分析仪自动记录测试数据。
还包括每隔预设时间，更换气溶胶滤膜，将换下的气溶胶滤膜标号，待进一步检测。具体为：将气溶胶滤膜中的气溶胶溶于水溶液中，通过原子吸收光谱仪或ICP-MS测量出气溶胶中模拟核素的质量。
本发明提供的方法是针对后处理有机相燃烧的实验方法。所述方法的实验变量包括气体流速、燃烧池尺寸、模拟核素。气体流速即通过调节第一恒流泵功率，控制烟道中气体的流速；燃烧池尺寸即采用不同燃烧面积的燃烧池进行实验测试；模拟核素即分别采用钌、锶、铯等非放金属元素进行模拟实验。测试参数包括燃烧池质量、气溶胶浓度、气溶胶粒径分布、核素释放质量，通过以上所得参数分别对燃烧速率、气溶胶释放行为和核素释放行为进行分析研究。可得到的物理参数：燃烧速率、气溶胶实时粒径分布、气溶胶释放浓度、各个时间阶段核素的释放质量。
采用本发明提供的方法具体可以分析内容如下：(1)不同气流速率下，燃烧速率和放射性气溶胶的释放行为，(2)不同燃烧池尺寸，燃烧速率和放射性气溶胶的释放行为，(3)不同模拟核素的释放行为。
由于乏燃料的硝酸溶解液含大量的放射性核素。故本发明提供的方法可研究的模拟核素包括铀、锶、铯、钌、钴、铈、锆等。
区别于现有技术，本发明提供的模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的方法，能够获取有机相着火燃烧行为的相关基础参数，可为后处理厂的安全设计和火灾事故的预防措施提供理论数据支持。
本领域技术人员应该明白，本发明所述的装置和方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的装置，其特征在于，所述装置包括：燃烧室、位于燃烧室底部的称重模块、第一恒流泵和测试模块；
所述第一恒流泵通过排烟管连接燃烧室出口；
测试模块包括气溶胶粒径分析仪和气溶胶滤膜，所述气溶胶粒径分析仪和气溶胶滤膜分别设置于贯穿所述排烟管入口的采样管两端。
2.根据权利要求1所述模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的装置，其特征在于，
所述称重模块包括由上到下依次叠放的点火器、燃烧池、隔热层、压力传感器和压力数据采集器。
3.根据权利要求1所述模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的装置，其特征在于，
所述装置还包括第二恒流泵和第三恒流泵，所述第二恒流泵和第三恒流泵分别位于采样管两边末端。
4.根据权利要求1所述模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的装置，其特征在于，
所述装置还包括尾气处理模块，所述尾气处理模块设置于第一恒流泵和燃烧室之间。
5.根据权利要求1所述模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的装置，其特征在于，
所述装置中燃烧池可更换，且各燃烧池的燃烧面积不同。
6.根据权利要求1所述模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的装置，其特征在于，
所述装置还包括阀门，所述阀门设置于燃烧室外侧底部。
7.模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)取预设体积的预设溶液加入燃烧池；
(2)点燃预设溶液，开启压力数据采集器和气溶胶粒径分析仪；
(3)启动第一恒流泵、第二恒流泵和第三恒流泵，分别调节至预设流速；
(4)记录测试数据。
8.根据权利要求7所述模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的方法，其特征在于，步骤(4)还包括：
每隔预设时间，更换气溶胶滤膜，将换下的气溶胶滤膜标号，待进一步检测。
9.根据权利要求8所述模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的方法，其特征在于，所述将气溶胶滤膜进一步处理具体包括：将气溶胶滤膜中的气溶胶溶于水溶液中，通过原子吸收光谱仪或ICP-MS测量出气溶胶中模拟核素的质量。
10.根据权利要求7所述模拟后处理有机相燃烧放射性气溶胶释放的方法，其特征在于，所述方法的实验变量为气体流速、燃烧池尺寸、模拟核素。
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| CN (1) | CN109509567A (zh) |
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- 2018-09-21 CN CN201811108143.9A patent/CN109509567A/zh active Pending
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