CN110534225A - 一种用于高盐放射性废液干燥桶内的微波加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高盐放射性废液干燥桶内的微波加热装置，包括顶板、微波馈入区和底板，顶板表面设有与抽风机连通的第一通孔，微波从微波馈入区的侧面馈入并照射堆芯废水的液面，底板表面设有供微波通过的第二通孔、废液补充孔、液位测量机构的安装孔以及红外温度计的安装孔，本发明将微波从微波馈入区的侧面馈入到干燥桶内，从干燥桶顶部非接触式对高盐放射性废液进行微波加热，将废液中的水变成水蒸气，通过抽风机将干燥过程中形成的水蒸气抽走，废液不断干燥浓缩并缓慢结晶形成相应的盐晶体，实现将高盐放射性废液到盐晶体的固化，实现废液的集中处置，不需要固化处理，可以直接进处置场，相对于常规水泥处理方式，减容比达到100倍。
Description
技术领域
本发明属于高盐放射性废液桶内干燥的微波处理技术领域，具体地说涉及一种用于高盐放射性废液干燥桶内的微波加热装置。
背景技术
高盐放射性废液处理长期是放射性废物处理中一个技术难题，而核电机组运行就源源不断产生高盐放射性废液(即堆芯废水)，这种废液量大，难处理。目前，我国大部分运行的或在建的核电站都是采用水泥固化技术来处理这种放射性废液，水泥固化优点是技术成熟，缺点是废物增容和废物处置费用高。行内在寻求更好的处理方式，即：电加热、热风、常规微波及微波新技术等桶内处理技术，但是，以上处理方式在国内大多处于研究阶段，还没有成型的装置或产品。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种用于高盐放射性废液干燥桶内的微波加热装置，其能够与标准干燥桶结合使用，通过微波实现高盐放射性废液中水和盐的分离。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于高盐放射性废液干燥桶内的微波加热装置，由上至下依次包括：
顶板，其表面设有与抽风机连通的第一通孔；
微波馈入区，微波从微波馈入区的侧面馈入并照射堆芯废水的液面；
和底板，其表面设有供微波通过的第二通孔、废液补充孔、液位测量机构的安装孔以及红外温度计的安装孔。
进一步，所述顶板由上至下依次包括微波金属屏蔽层和陶瓷层。
进一步，所述微波馈入区设为方形结构，其侧壁上开设若干个微波窗口。
进一步，所述若干个微波窗口沿着微波馈入区的高度方向均布。
进一步，所述微波馈入区的内壁且位于微波窗口处设有微波反射片，将沿水平方向馈入的微波偏转向下。
进一步，所述微波反射片采用金属制成，其与微波馈入区内壁的夹角为45-60°。
进一步，所述液位测量机构包括超声液位探头以及位于超声液位探头下方的微波隔离组件，所述微波隔离组件包括外筒及位于外筒内的若干个慢波结构盘片，所述若干个慢波结构盘片与外筒同轴设置，且若干个慢波结构盘片沿着竖直方向等间距排布，所述微波的工作频率位于慢波结构的禁带内。
进一步，所述慢波结构盘片上设有第三通孔，若干个慢波结构盘片的第三通孔形成中心通道，所述中心通道的半径为Rb，第一个慢波结构盘片至最末一个慢波结构盘片的间距作为慢波结构高度，所述慢波结构的高度为L，则Rb＝0.26L。
进一步，所述外筒处设有冷却组件。
本发明的有益效果是：
将微波从微波馈入区的侧面馈入到干燥桶内，从干燥桶顶部非接触式对高盐放射性废液进行微波加热，将废液中的水变成水蒸气，通过抽风机将干燥过程中形成的水蒸气抽走，废液不断干燥浓缩并缓慢结晶形成相应的盐晶体，实现将高盐放射性废液到盐晶体的固化，实现废液的集中处置，不需要固化处理，可以直接进处置场，相对于常规水泥处理方式，减容比达到100倍。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是微波窗口的结构示意图；
图3是底板的结构示意图；
图4是液位测量机构的结构示意图。
附图中：1-顶板、2-微波馈入区、3-底板、4-第一通孔、5-微波窗口、6-液位测量机构的安装孔、7-废液补充孔、8-红外温度计的安装孔、9-液位测量机构、10-微波反射片、11-台阶面、12-微波隔离组件、13-超声液位探头、14-慢波结构盘片、15-第三通孔、16-外筒、17-第二通孔。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
实施例一：
如图1-图3所示，一种用于高盐放射性废液干燥桶内的微波加热装置，由上至下依次包括顶板1、微波馈入区2和底板3。
具体的，顶板1表面设有第一通孔4，工作过程中，第一通孔4与大功率的抽风机连通，将燥桶内的水蒸气抽走。本实施例中，顶板1设为方形结构。同时，所述顶板1由上至下依次包括微波金属屏蔽层和陶瓷层，微波金属屏蔽层用于屏蔽微波，避免微波逸出干燥桶，陶瓷层对微波透明，同时避免水蒸气同微波金属屏蔽层接触变成水滴。
所述微波馈入区2设为方形结构，其侧壁上开设若干个微波窗口5。所述若干个微波窗口5沿着微波馈入区2的高度方向均布，也就是说，微波窗口5按层分布。本实施例中，每层4个微波窗口5，当微波馈入功率要求较高时，可以增加微波窗口5的层数，微波窗口5的数量为层数的4倍，微波馈入区2的高度由微波窗口5的层数决定。此外，所述微波馈入区2的内壁且位于微波窗口5处设有微波反射片10，将沿水平方向馈入的微波偏转向下。作为优选，所述微波反射片10采用金属制成，其与微波馈入区2内壁的夹角为45-60°。微波从微波馈入区2的侧面馈入，通过微波窗口5，经微波反射片10将水平馈入的微波偏转向下，实现微波对干燥桶内高盐放射性废液从上向下的微波加热方式。
底板3表面设有供微波通过的第二通孔17，对高盐放射性废液进行微波处理过程中，干燥桶内形成水蒸气，经第二通孔17上升到微波馈入区2，然后通过第一通孔4由大功率的抽风机抽走。为了不影响微波馈入和水蒸气的抽走，底板3表面还设有废液补充孔7、液位测量机构的安装孔6以及红外温度计的安装孔8，分别用于工作过程中干燥桶内高盐放射性废液的补充、监视工作过程中干燥桶内废液液位变化、监视工作过程中干燥桶内废液液面温度变化。同时，所述底板3的底部形状与干燥桶的形状匹配，作为优选，底板3的底部设为台阶面11。
工作时，在一个工位上将干燥桶放置在传输轨道上，通过传动运到微波加热装置下方，借助电机使微波加热装置下降，同标准干燥桶结合，同时，利用自身重力而实现密封。开启微波、大功率的抽风机、液位测量机构9以及红外温度计。微波从微波馈入区2的侧面馈入并照射堆芯废水的液面，由于高盐放射性废液对微波的吸收作用，因此，微波只对废液表面加热(加热深度约为5cm)，同时，废液的比重随温度降低，微波对废液是从上向下加热，废液表面吸收微波最强，表面以下废液吸收微波受热后，温度升高，比重变轻，这样表面以下温度高的废液向上(即表面)运动，而温度低的溶液则向下运动，这种从上向下的加热方式，加之，废液的比重随温度升高而降低，形成一个温度随深度而降低、液面温度最高的温度场分布。由于废液中盐(如NaNO3等)溶解度随温度升高而提高的特性，水分子在液面蒸发，而废液中盐(如NaNO3等)在底部结晶形成晶体固化。工作过程中，随着水分子从液面的持续蒸发，液面会持续下降，当液面下降时，通过废液补充孔7补充废液，使废液维持在设定的液位。随着水分子从液面的持续蒸发，溶液中的盐(如NaNO3)不断结晶而形成固态盐，直到全部形成固体，然而在固体中仍然还有晶体结合水，这时微波同结合水作用，将其变为蒸汽排出，在这个过程中晶体对微波的吸波作用较小，微波可以穿透无水结晶盐固体，将固体中水分子完全排出，这时在第一通孔4的水蒸气极少，使得温度降低，而固体表面就有一部分结晶盐固体开始融化，这种融化盐会强力吸收微波，而使微波作用集中在表面，第一通孔4处温度降低到接近或低于100℃时，废液液面温度达到300℃时，表示干燥桶内结晶盐固体已全部变成固体，干燥工作完成后，在保持抽气的状态下自然冷却，达到常温后封装，完成干燥、减容、固化的全工作过程，将干燥桶从工位转移到存储库存储。
高盐放射性废液的常规处置方法是水泥固化，要求盐的浓度低于30％，处理结果是一桶30％的浓度高盐溶液变成2桶水泥固化，导致增容和高处理成本等不利结果。本发明可以将50桶30％的浓度高盐溶液以固体盐的形式集中在一个干燥桶内，由于是成盐固体，不需要固化处理，可以直接进处置场，因此，相对于常规水泥处理方式，减容比达到100倍。
实施例二：
如图4所示，所述液位测量机构9包括超声液位探头13以及位于超声液位探头13下方的微波隔离组件12，所述微波隔离组件12包括外筒16及位于外筒16内的若干个慢波结构盘片14，以形成微波加速腔的盘荷慢波结构。所述若干个慢波结构盘片14与外筒16同轴设置，且若干个慢波结构盘片14沿着竖直方向等间距排布。超声波的波束呈圆锥状,角度一般为6°～15°，即小于15°。所述慢波结构盘片14上设有第三通孔15，若干个慢波结构盘片14的第三通孔15形成中心通道，所述中心通道的半径为Rb，第一个慢波结构盘片至最末一个慢波结构盘片的间距作为慢波结构高度，所述慢波结构的高度为L，则Rb＝0.26L。也就是说，根据中心通道的半径Rb，调节慢波结构盘片14的周期数和慢波结构盘片14的外半径，使微波的工作频率处于慢波结构的禁带内。
工作时，超声液位探头13发出的超声波进入干燥桶，测得干燥桶桶内废液液位。发明人利用盘荷慢波结构的禁带阻止微波通过的特性，同时中心通道是空心的，对超声波的传播不影响，以实现这种有微波场、放射性和大量水蒸气环境下非接触式液位测量。同时，所述外筒16处设有冷却装置，使得进入中心通道的水蒸气在微波隔离组件12内冷却变成水，降低水蒸气对超声液位探头13的影响，其冷却方式有水冷和风冷两种。
本实施例中，相邻两个慢波结构盘片14的间距为2cm，慢波结构盘片14的厚度为2mm，慢波结构盘片14的外半径为4cm，慢波结构盘片14的内半径为2.6cm，慢波结构盘片14的周期数为3，慢波结构的高度为8-10cm，所述超声波的工作频率为2.45GHz。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (9)
1.一种用于高盐放射性废液干燥桶内的微波加热装置，其特征在于，由上至下依次包括：
顶板，其表面设有与抽风机连通的第一通孔；
微波馈入区，微波从微波馈入区的侧面馈入并照射堆芯废水的液面；
和底板，其表面设有供微波通过的第二通孔、废液补充孔、液位测量机构的安装孔以及红外温度计的安装孔。
2.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于，所述顶板由上至下依次包括微波金属屏蔽层和陶瓷层。
3.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于，所述微波馈入区设为方形结构，其侧壁上开设若干个微波窗口。
4.根据权利要求3所述的微波加热装置，其特征在于，所述若干个微波窗口沿着微波馈入区的高度方向均布。
5.根据权利要求4所述的微波加热装置，其特征在于，所述微波馈入区的内壁且位于微波窗口处设有微波反射片，将沿水平方向馈入的微波偏转向下。
6.根据权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于，所述微波反射片采用金属制成，其与微波馈入区内壁的夹角为45-60°。
7.根据权利要求2-6任一所述的微波加热装置，其特征在于，所述液位测量机构包括超声液位探头以及位于超声液位探头下方的微波隔离组件，所述微波隔离组件包括外筒及位于外筒内的若干个慢波结构盘片，所述若干个慢波结构盘片与外筒同轴设置，且若干个慢波结构盘片沿着竖直方向等间距排布，所述微波的工作频率位于慢波结构的禁带内。
8.根据权利要求7所述的微波加热装置，其特征在于，所述慢波结构盘片上设有第三通孔，若干个慢波结构盘片的第三通孔形成中心通道，所述中心通道的半径为Rb，第一个慢波结构盘片至最末一个慢波结构盘片的间距作为慢波结构高度，所述慢波结构的高度为L，则Rb＝0.26L。
9.根据权利要求8所述的微波加热装置，其特征在于，所述外筒处设有冷却组件。
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