CN109961868A - 一种放射性污染石墨焚烧工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及放射性废物处理与处置技术领域，具体涉及一种放射性污染石墨焚烧工艺。一种放射性污染石墨焚烧工艺，包括：第一步，放射性石墨的破碎和造粒；第二步，造粒石墨的焚烧；第三步，焚烧灰的桶内玻璃固化：步骤一，焚烧灰装桶与压实；步骤二，桶内玻璃固化；步骤三，作为低放废物处理。该放射性污染石墨焚烧工艺，采用了先将放射性石墨破碎再添加造粒助剂或前批次焚烧炉灰造粒后，再焚烧的技术路线，造粒助剂的加入，实现石墨的平稳燃烧，消除了焚烧炉排灰不畅通问题；另，采用桶内玻璃固化方法，实现了焚烧灰的安全处置，解决了焚烧灰安全处理问题，因而该放射性污染石墨焚烧工艺具有显著的技术进步，工厂应用价值显著。

Description

一种放射性污染石墨焚烧工艺
技术领域
本发明涉及放射性废物处理与处置技术领域，具体涉及一种放射性污染石墨焚烧工艺。
背景技术
放射性污染石墨广泛产生于核反应堆退役、核技术应用等领域。针对放射性污染石墨的处理处置技术，目前已经发展了主要包括固定床直接焚烧技术、自蔓延陶瓷化处理等技术，但由于这些技术存在的诸多问题，限制了其在实际中应用。
现有技术中，固定床焚烧技术采用了将石墨破碎为不同颗粒，然后投入固定床焚烧炉直接焚烧。这种焚烧技术的主要缺点是：焚烧炉温度随着炉子内石墨燃烧程度和空气的供应流量大幅波动，影响焚烧炉的平稳运行；随着炉底部焚烧灰的积累，会严重阻挡空气的供应，从而可能中断焚烧过程；焚烧过程存在大量焚烧粉尘的扩散；焚烧所产生的焚烧灰没有得到妥善处置，只能暂存。
另外，现有技术中，自蔓延陶瓷化处理采用了以石墨、铝、二氧化钛和放射性石墨为原料，经混合、细化及预压处理后，在1500～3000℃条件下对成型后的样品引燃，样品自行燃烧后获得放射性石墨固化体而实现固化。其缺点是：在燃烧过程中，TiO2将与石墨反应生成陶瓷TiC，石墨虽然被固定在了陶瓷晶格上，但燃烧产物TiC却增容增重了，这与核工业遵循的“废物最小化”原则相违背。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种放射性污染石墨焚烧工艺，该放射性污染石墨焚烧工艺能够实现放射性污染石墨的焚烧减容、焚烧过程放射性物质环境释放控制和焚烧灰的安全处置。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
提供一种放射性污染石墨焚烧工艺，它包括以下步骤：
第一步，放射性石墨的破碎和造粒：
步骤一，破碎和筛分：将放射性石墨进行破碎，然后筛分出一定粒径的石墨小颗粒；
步骤二，物料混合：将造粒助剂或前批次焚烧炉灰与步骤一得到的石墨小颗粒混合，得到混合物料，并控制所述混合物料的水分；
步骤三，挤压造粒：将步骤二得到的混合物料进行挤压成型为一定粒径的造粒石墨；
第二步，造粒石墨的焚烧：
步骤一，点火引炉：将第一步得到的造粒石墨投入到焚烧炉，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧；
步骤二，焚烧烟气冷却与灰尘过滤：利用焚烧炉对焚烧烟气进行冷却，然后再将烟气通过焚烧炉的过滤器过滤灰尘后再排放；
步骤三，焚烧灰循环利用：通过焚烧炉排出炉底的焚烧灰，收集炉底焚烧灰作为后一批次放射性污染石墨焚烧助剂被复用，与后一批次待焚烧的放射性石墨合并后破碎和造粒；
第三步，焚烧灰的桶内玻璃固化：当焚烧灰不再被复用时，对焚烧灰进行桶内玻璃固化，所述焚烧灰的玻璃固化选择铁磷酸盐玻璃的成分为：
并包括以下步骤：
步骤一，焚烧灰装桶与压实：将焚烧灰装入玻璃固化桶内，并压实；
步骤二，桶内玻璃固化：将装好焚烧灰的玻璃固化桶直接放置于电阻炉内加热，并升温将装有焚烧灰的玻璃固化桶加热到一定温度，并保温一定时间后随炉冷却到室温，得到固化玻璃体；
步骤三，作为低放废物处理：将固化玻璃体连同玻璃固化桶用水泥固定后直接作为低放废物处置。
上述技术方案中，所述第一步的步骤一中，将放射性石墨进行破碎，然后筛分出粒径小于1mm的石墨小颗粒。
上述技术方案中，所述第一步的步骤二中，所述造粒助剂包括石墨氧化助剂和造粒粘接剂，所述石墨氧化助剂为Fe3O4，所述造粒粘接剂为SiO2、Al2O3、或CaO中的一种或任意两种以上的组合物；
所述石墨氧化助剂和所述造粒粘接剂的重量比为1:4～6。
上述技术方案中，所述第一步的步骤二中，所述造粒助剂与步骤一得到的石墨小颗粒的重量比为1：4～6，所述前批次焚烧炉灰与步骤一得到的石墨小颗粒的重量比为1：10～15。
上述技术方案中，所述第一步的步骤二中，控制所述混合物料的水分为10％～15％。
上述技术方案中，所述第一步的步骤三中，将步骤二得到的混合物料进行挤压成型为粒径为10mm～20mm的造粒石墨；
所述挤压成型的压力60N～100N，所述挤压成型的保压时间1min～2min。
上述技术方案中，所述第二步中，所述焚烧炉包括烟尘过滤器、与所述烟尘过滤器连接的列管式水冷烟气冷却器、与所述列管式水冷烟气冷却器连接的投料仓、与所述投料仓连接的焚烧炉体、以及与所述焚烧炉体连接的炉排与排灰装置。
上述技术方案中，所述烟尘过滤器包括过滤器上法兰、安装在所述过滤器上法兰的下部的过滤器箱体、安装在所述过滤器箱体内的金属过滤器、以及安装在所述过滤器箱体的下部的过滤器下法兰；所述烟尘过滤器由金属材料制造；
所述列管式水冷烟气冷却器包括冷却器上法兰、与所述冷却器上法兰连接的冷却器箱体、设置于所述冷却器箱体内的冷却水列管、以及与所述冷却器箱体的下部连接的冷却器下法兰；所述列管式水冷烟气冷却器由金属材料制造；
所述冷却器上法兰与所述过滤器下法兰连接；
所述投料仓包括料仓上法兰、与所述料仓上法兰的下部连接的料仓箱体、与所述料仓箱体的下部连接的料仓下法兰、以及与所述料仓箱体的侧部连接的投料口接口法兰；所述投料仓由金属材料制造；
所述料仓上法兰与所述冷却器下法兰连接；
所述焚烧炉体包括焚烧炉上法兰、与所述焚烧炉上法兰连接的焚烧炉箱体、设置于所述焚烧炉箱体内的炉芯、环绕所述炉芯的中部设置的电加热棒、设置于所述焚烧炉箱体与所述炉芯之间的保温材料层、以及与所述焚烧炉箱体的下部连接的焚烧炉下法兰；
所述料仓下法兰与所述焚烧炉上法兰连接；
所述焚烧炉下法兰与所述炉排与排灰装置连接。
上述技术方案中，所述第二步的步骤一中，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧，控制焚烧炉的温度为750℃～950℃之间，并保温2h～4h，同时控制保温段温度为650℃～750℃；
所述第二步的步骤二中，利用焚烧炉对焚烧烟气进行冷却至小于100℃；
所述第二步的步骤三中，收集炉底焚烧灰作为后一批次放射性污染石墨焚烧助剂被复用，所述复用次数取决于待焚烧的放射性石墨的灰分含量，其中，灰分含量用XRF测定，核级高纯石墨的复用次数控制在5～8次之间，具体复用次数由焚烧灰中锕系核素氧化物的含量确定，复用次数控制的原则是确保最终焚烧灰玻璃固化形成稳定的铁酸盐玻璃固化体。
上述技术方案中，所述第三步的步骤二中，将装好焚烧灰的玻璃固化桶直接放置于电阻炉内加热，并以8℃/min～12℃/min的升温速度将装有焚烧灰的玻璃固化桶加热到1100℃～1300℃，并保温3h～5h后随炉冷却到室温，得到固化玻璃体。
本发明与现有技术相比较，有益效果在于：
(1)本发明提供的一种放射性污染石墨焚烧工艺，采用了先将放射性石墨破碎再添加造粒助剂或前批次焚烧炉灰造粒后，再焚烧的技术路线，造粒助剂的加入，实现了石墨的平稳燃烧，消除了焚烧炉排灰不畅通问题；另外，造粒助剂成分和体系的设计，实现了焚烧过程放射性物质环境达标排放，另外，采用桶内玻璃固化方法，通过将焚烧灰压实，再送入电阻炉进行熔融玻璃固化，即，将焚烧灰直接在玻璃固化桶内固化形成铁磷酸盐玻璃固化体，铁磷酸盐玻璃固化体具有很好的放射性核素包容能力，实现了放射性石墨的完整处置，进而实现了焚烧灰的安全处置，解决了焚烧灰安全处理问题，因而该放射性污染石墨焚烧工艺具有显著的技术进步，工厂应用价值显著。
(2)本发明提供的一种放射性污染石墨焚烧工艺，由于在造粒过程中添加了造粒助剂，造粒助剂的加入显著减低焚烧温度，实现焚烧过程温度可控和完全，并且，造粒助剂可以反复复用，因而大大降低了石墨焚烧的二次废物产生量，实现了石墨焚烧过程中放射性废物的最小化，解决了背景技术中石墨焚烧温度高，焚烧温度难于控制，焚烧不彻底等问题。另外，由于焚烧灰的主要成分与铁磷酸盐玻璃基本一致，添加适当其他成分后，可直接进行玻璃固化为对放射性核素有很好包容率的铁磷酸盐玻璃。
(3)本发明提供的一种放射性污染石墨焚烧工艺，造粒石墨的焚烧工艺中，由于造粒助剂的加入，使得焚烧残余物依然大部分为颗粒状，因而使得焚烧炉内空气流动畅通，焚烧过程平稳可控，焚烧灰排灰通畅。
(4)本发明提供的一种放射性污染石墨焚烧工艺，具有方法简单，生产成本低，并能够适用于大规模应用的特点。
附图说明
图1是本发明的一种放射性污染石墨焚烧工艺的焚烧炉的结构示意图。
图2是本发明的一种放射性污染石墨焚烧工艺的焚烧炉的烟尘过滤器的结构示意图。
图3是本发明的一种放射性污染石墨焚烧工艺的焚烧炉的列管式水冷烟气冷却器的结构示意图。
图4是本发明的一种放射性污染石墨焚烧工艺的焚烧炉的投料仓的结构示意图。
图5是本发明的一种放射性污染石墨焚烧工艺的焚烧炉的焚烧炉体的结构示意图。
附图标记：
烟尘过滤器1、过滤器上法兰11、过滤器箱体12、金属过滤器13、过滤器下法兰14；
列管式水冷烟气冷却器2、冷却器上法兰21、冷却器箱体22、冷却水列管23、冷却器下法兰24；
投料仓3、料仓上法兰31、料仓箱体32、料仓下法兰33、投料口接口法兰34；
焚烧炉体4、焚烧炉上法兰41、焚烧炉箱体42、电加热棒43、保温材料层44、炉芯45、焚烧炉下法兰46；
炉排与排灰装置5。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1。
一种放射性污染石墨焚烧工艺，它包括以下步骤：
第一步，放射性石墨的破碎和造粒：
步骤一，破碎和筛分：将放射性石墨进行破碎，然后筛分出粒径小于1mm的石墨小颗粒；
步骤二，物料混合：将造粒助剂或前批次焚烧炉灰与步骤一得到的石墨小颗粒混合，得到混合物料，并控制混合物料的水分，以便易于步骤三的挤压成型；其中，造粒助剂包括石墨氧化助剂和造粒粘接剂，石墨氧化助剂为Fe3O4，造粒粘接剂为SiO2、Al2O3、或CaO中的一种或任意两种以上的组合物；其中，石墨氧化助剂和造粒粘接剂的重量比为1:4～6，石墨氧化助剂和造粒粘接剂的重量比既能保证比较难燃烧的石墨在石墨氧化助剂Fe3O4的作用下低温、平稳燃烧，又能在造粒粘接剂的作用下确保颗粒焚烧后保持完整的颗粒状，以确保焚烧炉排灰通畅；
其中，造粒助剂与步骤一得到的石墨小颗粒的重量比为1：4～6，前批次焚烧炉灰与步骤一得到的石墨小颗粒的重量比为1：10～15；
其中，控制混合物料的水分为10％～15％，进而易于对混合物料进行挤压造粒成型；
步骤三，挤压造粒：将步骤二得到的混合物料进行挤压成型为粒径为10mm～20mm的造粒石墨；
其中，挤压成型的压力60N～100N，挤压成型的保压时间1min～2min；
第二步，造粒石墨的焚烧：
步骤一，点火引炉：将第一步得到的造粒石墨投入到焚烧炉，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧；具体是，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧，控制焚烧炉的温度为750℃～950℃之间，并保温2h～4h，同时控制保温段温度为650℃～750℃；
步骤二，焚烧烟气冷却与灰尘过滤：利用焚烧炉对焚烧烟气进行冷却小于100℃，然后再将烟气通过焚烧炉的过滤器过滤灰尘后再排放；
步骤三，焚烧灰循环利用：通过焚烧炉排出炉底的焚烧灰，收集炉底焚烧灰作为后一批次放射性污染石墨焚烧助剂被复用，与后一批次待焚烧的放射性石墨合并后破碎和造粒；其中，复用次数取决于待焚烧的放射性石墨的灰分含量，其中，灰分含量用XRF测定，核级高纯石墨的复用次数控制在5～8次之间，具体复用次数由焚烧灰中锕系核素氧化物的含量确定，复用次数控制的原则是确保最终焚烧灰玻璃固化形成稳定的铁酸盐玻璃固化体；
其中，如图1至图5所示，焚烧炉包括烟尘过滤器1、与烟尘过滤器1连接的列管式水冷烟气冷却器2、与列管式水冷烟气冷却器2连接的投料仓3、与投料仓3连接的焚烧炉体4、以及与焚烧炉体4连接的炉排与排灰装置5；
其中，烟尘过滤器1包括过滤器上法兰11、安装在过滤器上法兰11的下部的过滤器箱体12、安装在过滤器箱体12内的金属过滤器13、以及安装在过滤器箱体12的下部的过滤器下法兰14；烟尘过滤器1由金属材料制造；
其中，列管式水冷烟气冷却器2包括冷却器上法兰21、与冷却器上法兰21连接的冷却器箱体22、设置于冷却器箱体22内的冷却水列管23、以及与冷却器箱体22的下部连接的冷却器下法兰24；列管式水冷烟气冷却器2由金属材料制造；
其中，冷却器上法兰21与过滤器下法兰14连接；
其中，投料仓3包括料仓上法兰31、与料仓上法兰31的下部连接的料仓箱体32、与料仓箱体32的下部连接的料仓下法兰33、以及与料仓箱体32的侧部连接的投料口接口法兰34；投料仓3由金属材料制造；
其中，料仓上法兰31与冷却器下法兰24连接；
其中，焚烧炉体4包括焚烧炉上法兰41、与焚烧炉上法兰41连接的焚烧炉箱体42、设置于焚烧炉箱体42内的炉芯45、环绕炉芯45的中部设置的电加热棒43、设置于焚烧炉箱体42与炉芯45之间的保温材料层44、以及与焚烧炉箱体42的下部连接的焚烧炉下法兰46；其中，保温材料层44设置为耐火砖；
其中，料仓下法兰33与焚烧炉上法兰41连接；
焚烧炉下法兰46与炉排与排灰装置5连接。
第三步，焚烧灰的桶内玻璃固化：当焚烧灰不再被复用时，对焚烧灰进行桶内玻璃固化，焚烧灰的玻璃固化选择铁磷酸盐玻璃的成分为：
并包括以下步骤：
步骤一，焚烧灰装桶与压实：将焚烧灰装入玻璃固化桶内，并压实；
步骤二，桶内玻璃固化：将装好焚烧灰的玻璃固化桶直接放置于电阻炉内加热，并以8℃/min～12℃/min的升温速度将装有焚烧灰的玻璃固化桶加热到1100℃～1300℃，并保温3h～5h后随炉冷却到室温，得到固化玻璃体；
步骤三，作为低放废物处理：将固化玻璃体连同玻璃固化桶用水泥固定后直接作为低放废物处置。
实施例2。
一种放射性污染石墨焚烧工艺，它包括以下步骤：
第一步，放射性石墨的破碎和造粒：
步骤一，破碎和筛分：将放射性石墨进行破碎，然后筛分出粒径小于1mm的石墨小颗粒；
步骤二，物料混合：将造粒助剂与步骤一得到的石墨小颗粒混合，得到混合物料，并控制混合物料的水分，以便易于步骤三的挤压成型；其中，造粒助剂包括石墨氧化助剂和造粒粘接剂，石墨氧化助剂为Fe3O4，造粒粘接剂为Al2O3；其中，石墨氧化助剂和造粒粘接剂的重量比为1:4～6，石墨氧化助剂和造粒粘接剂的重量比既能保证比较难燃烧的石墨在石墨氧化助剂Fe3O4的作用下低温、平稳燃烧，又能在造粒粘接剂的作用下确保颗粒焚烧后保持完整的颗粒状，以确保焚烧炉排灰通畅；
其中，造粒助剂与步骤一得到的石墨小颗粒的重量比为1：5；
其中，控制混合物料的水分为13％，进而易于对混合物料进行挤压造粒成型；
步骤三，挤压造粒：将步骤二得到的混合物料进行挤压成型为粒径为15mm的造粒石墨；
其中，挤压成型的压力80N，挤压成型的保压时间1.5min；
第二步，造粒石墨的焚烧：
步骤一，点火引炉：将第一步得到的造粒石墨投入到焚烧炉，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧；具体是，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧，控制焚烧炉的温度为850℃之间，并保温3h，同时控制保温段温度为700℃；
步骤二，焚烧烟气冷却与灰尘过滤：利用焚烧炉对焚烧烟气进行冷却小于100℃，然后再将烟气通过焚烧炉的过滤器过滤灰尘后再排放；
步骤三，焚烧灰循环利用：通过焚烧炉排出炉底的焚烧灰，收集炉底焚烧灰作为后一批次放射性污染石墨焚烧助剂被复用，与后一批次待焚烧的放射性石墨合并后破碎和造粒；其中，复用次数取决于待焚烧的放射性石墨的灰分含量，其中，灰分含量用XRF测定，核级高纯石墨的复用次数控制在5～8次之间，具体复用次数由焚烧灰中锕系核素氧化物的含量确定，复用次数控制的原则是确保最终焚烧灰玻璃固化形成稳定的铁酸盐玻璃固化体；
其中，如图1至图5所示，焚烧炉包括烟尘过滤器1、与烟尘过滤器1连接的列管式水冷烟气冷却器2、与列管式水冷烟气冷却器2连接的投料仓3、与投料仓3连接的焚烧炉体4、以及与焚烧炉体4连接的炉排与排灰装置5；
其中，烟尘过滤器1包括过滤器上法兰11、安装在过滤器上法兰11的下部的过滤器箱体12、安装在过滤器箱体12内的金属过滤器13、以及安装在过滤器箱体12的下部的过滤器下法兰14；烟尘过滤器1由金属材料制造；
其中，列管式水冷烟气冷却器2包括冷却器上法兰21、与冷却器上法兰21连接的冷却器箱体22、设置于冷却器箱体22内的冷却水列管23、以及与冷却器箱体22的下部连接的冷却器下法兰24；列管式水冷烟气冷却器2由金属材料制造；
其中，冷却器上法兰21与过滤器下法兰14连接；
其中，投料仓3包括料仓上法兰31、与料仓上法兰31的下部连接的料仓箱体32、与料仓箱体32的下部连接的料仓下法兰33、以及与料仓箱体32的侧部连接的投料口接口法兰34；投料仓3由金属材料制造；
其中，料仓上法兰31与冷却器下法兰24连接；
其中，焚烧炉体4包括焚烧炉上法兰41、与焚烧炉上法兰41连接的焚烧炉箱体42、设置于焚烧炉箱体42内的炉芯45、环绕炉芯45的中部设置的电加热棒43、设置于焚烧炉箱体42与炉芯45之间的保温材料层44、以及与焚烧炉箱体42的下部连接的焚烧炉下法兰46；其中，保温材料层44设置为耐火砖；
其中，料仓下法兰33与焚烧炉上法兰41连接；
焚烧炉下法兰46与炉排与排灰装置5连接。
第三步，焚烧灰的桶内玻璃固化：当焚烧灰不再被复用时，对焚烧灰进行桶内玻璃固化，焚烧灰的玻璃固化选择铁磷酸盐玻璃的成分为：
并包括以下步骤：
步骤一，焚烧灰装桶与压实：将焚烧灰装入玻璃固化桶内，并压实；
步骤二，桶内玻璃固化：将装好焚烧灰的玻璃固化桶直接放置于电阻炉内加热，并以10℃/min的升温速度将装有焚烧灰的玻璃固化桶加热到1200℃，并保温4h后随炉冷却到室温，得到固化玻璃体；
步骤三，作为低放废物处理：将固化玻璃体连同玻璃固化桶用水泥固定后直接作为低放废物处置。
实施例3。
一种放射性污染石墨焚烧工艺，它包括以下步骤：
第一步，放射性石墨的破碎和造粒：
步骤一，破碎和筛分：将放射性石墨进行破碎，然后筛分出粒径小于1mm的石墨小颗粒；
步骤二，物料混合：将前批次焚烧炉灰与步骤一得到的石墨小颗粒混合，得到混合物料，并控制混合物料的水分，以便易于步骤三的挤压成型；其中，造粒助剂包括石墨氧化助剂和造粒粘接剂，石墨氧化助剂为Fe3O4，造粒粘接剂为SiO2；其中，石墨氧化助剂和造粒粘接剂的重量比为1:4～6，石墨氧化助剂和造粒粘接剂的重量比既能保证比较难燃烧的石墨在石墨氧化助剂Fe3O4的作用下低温、平稳燃烧，又能在造粒粘接剂的作用下确保颗粒焚烧后保持完整的颗粒状，以确保焚烧炉排灰通畅；
其中，前批次焚烧炉灰与步骤一得到的石墨小颗粒的重量比为1：13；
其中，控制混合物料的水分为10％，进而易于对混合物料进行挤压造粒成型；
步骤三，挤压造粒：将步骤二得到的混合物料进行挤压成型为粒径为10mm的造粒石墨；
其中，挤压成型的压力60N，挤压成型的保压时间1min；
第二步，造粒石墨的焚烧：
步骤一，点火引炉：将第一步得到的造粒石墨投入到焚烧炉，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧；具体是，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧，控制焚烧炉的温度为750℃之间，并保温4h，同时控制保温段温度为650℃；
步骤二，焚烧烟气冷却与灰尘过滤：利用焚烧炉对焚烧烟气进行冷却小于100℃，然后再将烟气通过焚烧炉的过滤器过滤灰尘后再排放；
步骤三，焚烧灰循环利用：通过焚烧炉排出炉底的焚烧灰，收集炉底焚烧灰作为后一批次放射性污染石墨焚烧助剂被复用，与后一批次待焚烧的放射性石墨合并后破碎和造粒；其中，复用次数取决于待焚烧的放射性石墨的灰分含量，其中，灰分含量用XRF测定，核级高纯石墨的复用次数控制在5～8次之间，具体复用次数由焚烧灰中锕系核素氧化物的含量确定，复用次数控制的原则是确保最终焚烧灰玻璃固化形成稳定的铁酸盐玻璃固化体；
其中，如图1至图5所示，焚烧炉包括烟尘过滤器1、与烟尘过滤器1连接的列管式水冷烟气冷却器2、与列管式水冷烟气冷却器2连接的投料仓3、与投料仓3连接的焚烧炉体4、以及与焚烧炉体4连接的炉排与排灰装置5；
其中，烟尘过滤器1包括过滤器上法兰11、安装在过滤器上法兰11的下部的过滤器箱体12、安装在过滤器箱体12内的金属过滤器13、以及安装在过滤器箱体12的下部的过滤器下法兰14；烟尘过滤器1由金属材料制造；
其中，列管式水冷烟气冷却器2包括冷却器上法兰21、与冷却器上法兰21连接的冷却器箱体22、设置于冷却器箱体22内的冷却水列管23、以及与冷却器箱体22的下部连接的冷却器下法兰24；列管式水冷烟气冷却器2由金属材料制造；
其中，冷却器上法兰21与过滤器下法兰14连接；
其中，投料仓3包括料仓上法兰31、与料仓上法兰31的下部连接的料仓箱体32、与料仓箱体32的下部连接的料仓下法兰33、以及与料仓箱体32的侧部连接的投料口接口法兰34；投料仓3由金属材料制造；
其中，料仓上法兰31与冷却器下法兰24连接；
其中，焚烧炉体4包括焚烧炉上法兰41、与焚烧炉上法兰41连接的焚烧炉箱体42、设置于焚烧炉箱体42内的炉芯45、环绕炉芯45的中部设置的电加热棒43、设置于焚烧炉箱体42与炉芯45之间的保温材料层44、以及与焚烧炉箱体42的下部连接的焚烧炉下法兰46；其中，保温材料层44设置为耐火砖；
其中，料仓下法兰33与焚烧炉上法兰41连接；
焚烧炉下法兰46与炉排与排灰装置5连接。
第三步，焚烧灰的桶内玻璃固化：当焚烧灰不再被复用时，对焚烧灰进行桶内玻璃固化，焚烧灰的玻璃固化选择铁磷酸盐玻璃的成分为：
并包括以下步骤：
步骤一，焚烧灰装桶与压实：将焚烧灰装入玻璃固化桶内，并压实；
步骤二，桶内玻璃固化：将装好焚烧灰的玻璃固化桶直接放置于电阻炉内加热，并以8℃/min的升温速度将装有焚烧灰的玻璃固化桶加热到1100℃，并保温5h后随炉冷却到室温，得到固化玻璃体；
步骤三，作为低放废物处理：将固化玻璃体连同玻璃固化桶用水泥固定后直接作为低放废物处置。
实施例4。
一种放射性污染石墨焚烧工艺，它包括以下步骤：
第一步，放射性石墨的破碎和造粒：
步骤一，破碎和筛分：将放射性石墨进行破碎，然后筛分出粒径小于1mm的石墨小颗粒；
步骤二，物料混合：将造粒助剂与步骤一得到的石墨小颗粒混合，得到混合物料，并控制混合物料的水分，以便易于步骤三的挤压成型；其中，造粒助剂包括石墨氧化助剂和造粒粘接剂，石墨氧化助剂为Fe3O4，造粒粘接剂为Al2O3和CaO的组合物；其中，石墨氧化助剂和造粒粘接剂的重量比为1:4～6，石墨氧化助剂和造粒粘接剂的重量比既能保证比较难燃烧的石墨在石墨氧化助剂Fe3O4的作用下低温、平稳燃烧，又能在造粒粘接剂的作用下确保颗粒焚烧后保持完整的颗粒状，以确保焚烧炉排灰通畅；
其中，造粒助剂与步骤一得到的石墨小颗粒的重量比为1：4；
其中，控制混合物料的水分为15％，进而易于对混合物料进行挤压造粒成型；
步骤三，挤压造粒：将步骤二得到的混合物料进行挤压成型为粒径为20mm的造粒石墨；
其中，挤压成型的压力100N，挤压成型的保压时间2min；
第二步，造粒石墨的焚烧：
步骤一，点火引炉：将第一步得到的造粒石墨投入到焚烧炉，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧；具体是，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧，控制焚烧炉的温度为950℃之间，并保温2h，同时控制保温段温度为750℃；
步骤二，焚烧烟气冷却与灰尘过滤：利用焚烧炉对焚烧烟气进行冷却小于100℃，然后再将烟气通过焚烧炉的过滤器过滤灰尘后再排放；
步骤三，焚烧灰循环利用：通过焚烧炉排出炉底的焚烧灰，收集炉底焚烧灰作为后一批次放射性污染石墨焚烧助剂被复用，与后一批次待焚烧的放射性石墨合并后破碎和造粒；其中，复用次数取决于待焚烧的放射性石墨的灰分含量，其中，灰分含量用XRF测定，核级高纯石墨的复用次数控制在5～8次之间，具体复用次数由焚烧灰中锕系核素氧化物的含量确定，复用次数控制的原则是确保最终焚烧灰玻璃固化形成稳定的铁酸盐玻璃固化体；
其中，如图1至图5所示，焚烧炉包括烟尘过滤器1、与烟尘过滤器1连接的列管式水冷烟气冷却器2、与列管式水冷烟气冷却器2连接的投料仓3、与投料仓3连接的焚烧炉体4、以及与焚烧炉体4连接的炉排与排灰装置5；
其中，烟尘过滤器1包括过滤器上法兰11、安装在过滤器上法兰11的下部的过滤器箱体12、安装在过滤器箱体12内的金属过滤器13、以及安装在过滤器箱体12的下部的过滤器下法兰14；烟尘过滤器1由金属材料制造；
其中，列管式水冷烟气冷却器2包括冷却器上法兰21、与冷却器上法兰21连接的冷却器箱体22、设置于冷却器箱体22内的冷却水列管23、以及与冷却器箱体22的下部连接的冷却器下法兰24；列管式水冷烟气冷却器2由金属材料制造；
其中，冷却器上法兰21与过滤器下法兰14连接；
其中，投料仓3包括料仓上法兰31、与料仓上法兰31的下部连接的料仓箱体32、与料仓箱体32的下部连接的料仓下法兰33、以及与料仓箱体32的侧部连接的投料口接口法兰34；投料仓3由金属材料制造；
其中，料仓上法兰31与冷却器下法兰24连接；
其中，焚烧炉体4包括焚烧炉上法兰41、与焚烧炉上法兰41连接的焚烧炉箱体42、设置于焚烧炉箱体42内的炉芯45、环绕炉芯45的中部设置的电加热棒43、设置于焚烧炉箱体42与炉芯45之间的保温材料层44、以及与焚烧炉箱体42的下部连接的焚烧炉下法兰46；其中，保温材料层44设置为耐火砖；
其中，料仓下法兰33与焚烧炉上法兰41连接；
焚烧炉下法兰46与炉排与排灰装置5连接。
第三步，焚烧灰的桶内玻璃固化：当焚烧灰不再被复用时，对焚烧灰进行桶内玻璃固化，焚烧灰的玻璃固化选择铁磷酸盐玻璃的成分为：
并包括以下步骤：
步骤一，焚烧灰装桶与压实：将焚烧灰装入玻璃固化桶内，并压实；
步骤二，桶内玻璃固化：将装好焚烧灰的玻璃固化桶直接放置于电阻炉内加热，并以12℃/min的升温速度将装有焚烧灰的玻璃固化桶加热到1300℃，并保温3h后随炉冷却到室温，得到固化玻璃体；
步骤三，作为低放废物处理：将固化玻璃体连同玻璃固化桶用水泥固定后直接作为低放废物处置。
实施例5。
一种放射性污染石墨焚烧工艺，它包括以下步骤：
第一步，放射性石墨的破碎和造粒：
步骤一，破碎和筛分：将放射性石墨进行破碎，然后筛分出粒径小于1mm的石墨小颗粒；
步骤二，物料混合：将造粒助剂与步骤一得到的石墨小颗粒混合，得到混合物料，并控制混合物料的水分，以便易于步骤三的挤压成型；其中，造粒助剂包括石墨氧化助剂和造粒粘接剂，石墨氧化助剂为Fe3O4，造粒粘接剂为SiO2、Al2O3和CaO的组合物；其中，石墨氧化助剂和造粒粘接剂的重量比为1:4～6，石墨氧化助剂和造粒粘接剂的重量比既能保证比较难燃烧的石墨在石墨氧化助剂Fe3O4的作用下低温、平稳燃烧，又能在造粒粘接剂的作用下确保颗粒焚烧后保持完整的颗粒状，以确保焚烧炉排灰通畅；
其中，造粒助剂与步骤一得到的石墨小颗粒的重量比为1：6；
其中，控制混合物料的水分为11％，进而易于对混合物料进行挤压造粒成型；
步骤三，挤压造粒：将步骤二得到的混合物料进行挤压成型为粒径为12mm的造粒石墨；
其中，挤压成型的压力90N，挤压成型的保压时间1.2min；
第二步，造粒石墨的焚烧：
步骤一，点火引炉：将第一步得到的造粒石墨投入到焚烧炉，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧；具体是，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧，控制焚烧炉的温度为780℃之间，并保温3.5h，同时控制保温段温度为680℃；
步骤二，焚烧烟气冷却与灰尘过滤：利用焚烧炉对焚烧烟气进行冷却小于100℃，然后再将烟气通过焚烧炉的过滤器过滤灰尘后再排放；
步骤三，焚烧灰循环利用：通过焚烧炉排出炉底的焚烧灰，收集炉底焚烧灰作为后一批次放射性污染石墨焚烧助剂被复用，与后一批次待焚烧的放射性石墨合并后破碎和造粒；其中，复用次数取决于待焚烧的放射性石墨的灰分含量，其中，灰分含量用XRF测定，核级高纯石墨的复用次数控制在5～8次之间，具体复用次数由焚烧灰中锕系核素氧化物的含量确定，复用次数控制的原则是确保最终焚烧灰玻璃固化形成稳定的铁酸盐玻璃固化体；
其中，如图1至图5所示，焚烧炉包括烟尘过滤器1、与烟尘过滤器1连接的列管式水冷烟气冷却器2、与列管式水冷烟气冷却器2连接的投料仓3、与投料仓3连接的焚烧炉体4、以及与焚烧炉体4连接的炉排与排灰装置5；
其中，烟尘过滤器1包括过滤器上法兰11、安装在过滤器上法兰11的下部的过滤器箱体12、安装在过滤器箱体12内的金属过滤器13、以及安装在过滤器箱体12的下部的过滤器下法兰14；烟尘过滤器1由金属材料制造；
其中，列管式水冷烟气冷却器2包括冷却器上法兰21、与冷却器上法兰21连接的冷却器箱体22、设置于冷却器箱体22内的冷却水列管23、以及与冷却器箱体22的下部连接的冷却器下法兰24；列管式水冷烟气冷却器2由金属材料制造；
其中，冷却器上法兰21与过滤器下法兰14连接；
其中，投料仓3包括料仓上法兰31、与料仓上法兰31的下部连接的料仓箱体32、与料仓箱体32的下部连接的料仓下法兰33、以及与料仓箱体32的侧部连接的投料口接口法兰34；投料仓3由金属材料制造；
其中，料仓上法兰31与冷却器下法兰24连接；
其中，焚烧炉体4包括焚烧炉上法兰41、与焚烧炉上法兰41连接的焚烧炉箱体42、设置于焚烧炉箱体42内的炉芯45、环绕炉芯45的中部设置的电加热棒43、设置于焚烧炉箱体42与炉芯45之间的保温材料层44、以及与焚烧炉箱体42的下部连接的焚烧炉下法兰46；其中，保温材料层44设置为耐火砖；
其中，料仓下法兰33与焚烧炉上法兰41连接；
焚烧炉下法兰46与炉排与排灰装置5连接。
第三步，焚烧灰的桶内玻璃固化：当焚烧灰不再被复用时，对焚烧灰进行桶内玻璃固化，焚烧灰的玻璃固化选择铁磷酸盐玻璃的成分为：
并包括以下步骤：
步骤一，焚烧灰装桶与压实：将焚烧灰装入玻璃固化桶内，并压实；
步骤二，桶内玻璃固化：将装好焚烧灰的玻璃固化桶直接放置于电阻炉内加热，并以11℃/min的升温速度将装有焚烧灰的玻璃固化桶加热到1150℃，并保温4.5h后随炉冷却到室温，得到固化玻璃体；
步骤三，作为低放废物处理：将固化玻璃体连同玻璃固化桶用水泥固定后直接作为低放废物处置。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种放射性污染石墨焚烧工艺，其特征在于：它包括以下步骤：
第一步，放射性石墨的破碎和造粒：
步骤一，破碎和筛分：将放射性石墨进行破碎，然后筛分出一定粒径的石墨小颗粒；
步骤二，物料混合：将造粒助剂或前批次焚烧炉灰与步骤一得到的石墨小颗粒混合，得到混合物料，并控制所述混合物料的水分；
步骤三，挤压造粒：将步骤二得到的混合物料进行挤压成型为一定粒径的造粒石墨；
第二步，造粒石墨的焚烧：
步骤一，点火引炉：将第一步得到的造粒石墨投入到焚烧炉，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧；
步骤二，焚烧烟气冷却与灰尘过滤：利用焚烧炉对焚烧烟气进行冷却，然后再将烟气通过焚烧炉的过滤器过滤灰尘后再排放；
步骤三，焚烧灰循环利用：通过焚烧炉排出炉底的焚烧灰，收集炉底焚烧灰作为后一批次放射性污染石墨焚烧助剂被复用，与后一批次待焚烧的放射性石墨合并后破碎和造粒；
第三步，焚烧灰的桶内玻璃固化：当焚烧灰不再被复用时，对焚烧灰进行桶内玻璃固化，所述焚烧灰的玻璃固化选择铁磷酸盐玻璃的成分为：
并包括以下步骤：
步骤一，焚烧灰装桶与压实：将焚烧灰装入玻璃固化桶内，并压实；
步骤二，桶内玻璃固化：将装好焚烧灰的玻璃固化桶直接放置于电阻炉内加热，并升温将装有焚烧灰的玻璃固化桶加热到一定温度，并保温一定时间后随炉冷却到室温，得到固化玻璃体；
步骤三，作为低放废物处理：将固化玻璃体连同玻璃固化桶用水泥固定后直接作为低放废物处置。
2.根据权利要求1所述的一种放射性污染石墨焚烧工艺，其特征在于：所述第一步的步骤一中，将放射性石墨进行破碎，然后筛分出粒径小于1mm的石墨小颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种放射性污染石墨焚烧工艺，其特征在于：所述第一步的步骤二中，所述造粒助剂包括石墨氧化助剂和造粒粘接剂，所述石墨氧化助剂为Fe3O4，所述造粒粘接剂为SiO2、Al2O3、或CaO中的一种或任意两种以上的组合物；
所述石墨氧化助剂和所述造粒粘接剂的重量比为1:4～6。
4.根据权利要求1所述的一种放射性污染石墨焚烧工艺，其特征在于：所述第一步的步骤二中，所述造粒助剂与步骤一得到的石墨小颗粒的重量比为1：4～6，所述前批次焚烧炉灰与步骤一得到的石墨小颗粒的重量比为1：10～15。
5.根据权利要求1所述的一种放射性污染石墨焚烧工艺，其特征在于：所述第一步的步骤二中，控制所述混合物料的水分为10％～15％。
6.根据权利要求1所述的一种放射性污染石墨焚烧工艺，其特征在于：所述第一步的步骤三中，将步骤二得到的混合物料进行挤压成型为粒径为10mm～20mm的造粒石墨；
所述挤压成型的压力60N～100N，所述挤压成型的保压时间1min～2min。
7.根据权利要求1所述的一种放射性污染石墨焚烧工艺，其特征在于：所述第二步中，所述焚烧炉包括烟尘过滤器、与所述烟尘过滤器连接的列管式水冷烟气冷却器、与所述列管式水冷烟气冷却器连接的投料仓、与所述投料仓连接的焚烧炉体、以及与所述焚烧炉体连接的炉排与排灰装置。
8.根据权利要求7所述的一种放射性污染石墨焚烧工艺，其特征在于：所述烟尘过滤器包括过滤器上法兰、安装在所述过滤器上法兰的下部的过滤器箱体、安装在所述过滤器箱体内的金属过滤器、以及安装在所述过滤器箱体的下部的过滤器下法兰；所述烟尘过滤器由金属材料制造；
所述列管式水冷烟气冷却器包括冷却器上法兰、与所述冷却器上法兰连接的冷却器箱体、设置于所述冷却器箱体内的冷却水列管、以及与所述冷却器箱体的下部连接的冷却器下法兰；所述列管式水冷烟气冷却器由金属材料制造；
所述冷却器上法兰与所述过滤器下法兰连接；
所述投料仓包括料仓上法兰、与所述料仓上法兰的下部连接的料仓箱体、与所述料仓箱体的下部连接的料仓下法兰、以及与所述料仓箱体的侧部连接的投料口接口法兰；所述投料仓由金属材料制造；
所述料仓上法兰与所述冷却器下法兰连接；
所述焚烧炉体包括焚烧炉上法兰、与所述焚烧炉上法兰连接的焚烧炉箱体、设置于所述焚烧炉箱体内的炉芯、环绕所述炉芯的中部设置的电加热棒、设置于所述焚烧炉箱体与所述炉芯之间的保温材料层、以及与所述焚烧炉箱体的下部连接的焚烧炉下法兰；
所述料仓下法兰与所述焚烧炉上法兰连接；
所述焚烧炉下法兰与所述炉排与排灰装置连接。
9.根据权利要求1所述的一种放射性污染石墨焚烧工艺，其特征在于：所述第二步的步骤一中，启动焚烧炉对造粒石墨进行焚烧，控制焚烧炉的温度为750℃～950℃之间，并保温2h～4h，同时控制保温段温度为650℃～750℃；
所述第二步的步骤二中，利用焚烧炉对焚烧烟气进行冷却至小于100℃；
所述第二步的步骤三中，收集炉底焚烧灰作为后一批次放射性污染石墨焚烧助剂被复用，所述复用次数取决于待焚烧的放射性石墨的灰分含量，其中，灰分含量用XRF测定，核级高纯石墨的复用次数控制在5～8次之间，具体复用次数由焚烧灰中锕系核素氧化物的含量确定，复用次数控制的原则是确保最终焚烧灰玻璃固化形成稳定的铁酸盐玻璃固化体。
10.根据权利要求1所述的一种放射性污染石墨焚烧工艺，其特征在于：所述第三步的步骤二中，将装好焚烧灰的玻璃固化桶直接放置于电阻炉内加热，并以8℃/min～12℃/min的升温速度将装有焚烧灰的玻璃固化桶加热到1100℃～1300℃，并保温3h～5h后随炉冷却到室温，得到固化玻璃体。
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