CN111473338B - 一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，工艺包括：(1)废物控气热解：在焚烧一燃室内对可燃放射性废物进行控气热解与初步燃烧，将生成的产物送入焚烧二燃室；(2)烟气焚烧：在焚烧二燃室内对产物进行高温烟气焚烧。本发明可实现在焚烧一燃室热解与初步燃烧均存在，消除燃爆，破坏结渣融漏等，保证焚烧工艺过程平稳可靠。

Description

一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺
技术领域
本发明涉及放射性废物处理技术领域，具体涉及一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺。
背景技术
焚烧可实现大幅减容，降低贮存、运输及处置的费用；有机物转化为无机物，焚烧产物易于整备、提高最终处置的安全性等优点，在放射性废物处理领域广泛应用。
随着我国核电以及乏燃料后处理的发展，可燃放射性废物的体积数量越来越多，废物组成也更复杂，塑料、橡胶的占比非常大，通常在40—50％甚至更高比例，废物放射性水平也较高，因此对放射性废物焚烧技术提出了挑战，带来了焚烧工艺的适应性与优化问题，针对源项变化以及现有问题需进行工艺改进提高与创新，以满足现实废物焚烧的需求，保证焚烧设施运行安全与整体废物安全。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，实现在焚烧一燃室热解与初步燃烧均存在，消除燃爆，破坏结渣融漏等，保证焚烧工艺过程平稳可靠。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，所述工艺包括：
(1)废物控气热解：在焚烧一燃室内对可燃放射性废物进行控气热解与初步燃烧，将生成的产物送入焚烧二燃室；
(2)烟气焚烧：在所述焚烧二燃室内对所述产物进行高温烟气焚烧。
进一步，如上所述的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，步骤(1)包括：
(1.1)密闭加料：将可燃放射性废物按照预定时间间隔通过密闭加料装置加入焚烧一燃室炉内；
(1.2)点火预热：启动点火装置，对炉内废物进行点火预热，待炉内废物点燃后关闭所述点火装置；
(1.3)废物热解：在一次风作用下对炉内废物进行热解，生成热解气，同时通过搅拌装置搅拌料层，通过排灰机构排出焚烧灰；
(1.4)热解气初步燃烧：在二次风作用下对热解气进行初步燃烧，将生成的烟气送入焚烧二燃室。
进一步，如上所述的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，步骤(1.2)包括：
所述点火装置使用液化气点火，通过明火焚烧维持炉内温度在500～700℃。
进一步，如上所述的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，所述料层从下至上分为灰层、焦层、热解层、物料燃烧与热解气热燃烧层，步骤(1.3)之前，还包括：
在所述焦层和所述热解层均设置搅拌装置，用以疏松物料、控制焚烧过程。
进一步，如上所述的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，步骤(2)包括：
(2.1)燃油预热：启动燃油预热装置，通过焚烧助燃油将所述焚烧二燃室的炉温预热至850℃；
(2.2)高温燃烧：在三次风作用下对所述产物进行高温烟气焚烧，同时使烟气停留时间不少于2s。
进一步，如上所述的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，步骤(2)还包括：
测量所述焚烧二燃室内烟气中的氧含量，根据测量得到的氧含量控制三次风的供应量。
进一步，如上所述的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，所述焚烧一燃室为立式圆柱形水冷夹套与耐火炉膛结合炉。
进一步，如上所述的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，所述密闭加料装置的加料机构为双道密闭加料阀。
进一步，如上所述的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，所述焚烧二燃室为立式耐火炉体结构炉。
进一步，如上所述的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，所述焚烧二燃室的炉体从里至外分别为耐火材料、保温材料、钢壳体，所述耐火材料选用高铝耐火材料烧制分段砌成，能耐长期1300℃的使用，所述保温材料为硅酸铝纤维保温材料。
本发明的有益效果在于：本发明可实现在焚烧一燃室热解与初步燃烧均存在，消除燃爆，破坏结渣融漏等，保证焚烧工艺过程平稳可靠。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺的流程示意图；
图2为本发明实施例中提供的焚烧一燃室与焚烧二燃室的整体结构图；
图3为本发明实施例中提供的焚烧一燃室的结构示意图；
图4为本发明实施例中提供的焚烧二燃室的结构示意图。
附图中：I-焚烧一燃室；II-焚烧二燃室；11-密闭加料装置；12-上炉体；13-搅拌装置、14-下炉体；15-点火装置；16-下炉排；17-排灰机构；18上炉排；21-燃油预热装置；22-耐火材料；23-保温材料；24-钢壳体；25-测温仪表；26火焰监视口。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，工艺包括：
(1)废物控气热解：在焚烧一燃室内对可燃放射性废物进行控气热解与初步燃烧，将生成的产物送入焚烧二燃室；
步骤(1)包括：
(1.1)密闭加料：将可燃放射性废物按照预定时间间隔通过密闭加料装置加入焚烧一燃室炉内；
(1.2)点火预热：启动点火装置，对炉内废物进行点火预热，待炉内废物点燃后关闭点火装置；
步骤(1.2)包括：
点火装置使用液化气点火，通过明火焚烧维持炉内温度在500～700℃。
(1.3)废物热解：在一次风作用下对炉内废物进行热解，生成热解气，同时通过搅拌装置搅拌料层，通过排灰机构排出焚烧灰；
料层从下至上分为灰层、焦层、热解层、物料燃烧与热解气热燃烧层，步骤(1.3)之前，还包括：
在焦层和热解层均设置搅拌装置，用以疏松物料、控制焚烧过程。
(1.4)热解气初步燃烧：在二次风作用下对热解气进行初步燃烧，将生成的烟气送入焚烧二燃室。
(2)烟气焚烧：在焚烧二燃室内对产物进行高温烟气焚烧。
步骤(2)包括：
(2.1)燃油预热：启动燃油预热装置，通过焚烧助燃油将焚烧二燃室的炉温预热至850℃；
(2.2)高温燃烧：在三次风作用下对产物进行高温烟气焚烧，同时使烟气停留时间不少于2s。
步骤(2)还包括：
测量焚烧二燃室内烟气中的氧含量，根据测量得到的氧含量控制三次风的供应量。
优选地，焚烧一燃室为立式圆柱形水冷夹套与耐火炉膛结合炉。
优选地，密闭加料装置的加料机构为双道密闭加料阀。
优选地，焚烧二燃室为立式耐火炉体结构炉。
优选地，焚烧二燃室的炉体从里至外分别为耐火材料、保温材料、钢壳体，耐火材料选用高铝耐火材料烧制分段砌成，能耐长期1300℃的使用，保温材料为硅酸铝纤维保温材料。
由于废物源项发生变化，塑料橡胶含量在50％及以上，在热解焚烧工艺基础上，充分考虑消除燃爆、防止结渣、融漏等问题，开发了改进型热解焚烧工艺。本发明对放射性废物热解焚烧工艺进行针对性的改进优化，通过改进型热解焚烧(控制空气热解)工艺，利用两燃室完成废物热解与热解气的燃烧、热解焦的燃烧至焚烧灰。通过控制焚烧一燃室空气供给，在焚烧一燃室热解与热解气初步燃烧均存在，基本消除燃爆现象。废物在一次风作用下在焚烧一燃室热解的同时，产生的热解气在料层上部二次风作用下燃烧，未燃尽的烟气在焚烧二燃室中在高温环境下进一步充分燃烧。通过供风控制、疏松搅拌机构与炉排等的协同保证热解、烧焦过程平稳，防止结渣、融漏并保证焚烧灰顺利排出与热灼减率。焚烧二燃室通过预热系统提供高温环境与炉膛容积保证烟气停留时间2s以上，实现高温完全燃烧。废物先在接近理论空气量的条件下，焚烧一燃室内在500～700℃温度下进行燃烧，生成热解和半氧化产物，随后这些产物在焚烧二燃室850～1100℃高温、空气过量的环境下，完成燃烧，烟气停留时间为不少于2s。
如图1所示，本发明的改进型热解焚烧工艺是通过焚烧一二燃室两设备实现焚烧工艺实施的，在焚烧一燃室主要实现废物的控气热解与初步燃烧，焚烧二燃室实现高温烟气焚烧。
(1)废物控气热解与初步燃烧
可燃放射性废物由焚烧一燃室上方按一定时间间隔加入炉内，为保证焚烧一燃室内负压和防止回火，加料机构为双道密闭加料阀。首次加入一定量废物后，启动液化气点火预热装置对废物进行点火预热，待炉内废物点燃后关闭点火装置，通过调整一、二次风供应量实现废物控制空气热解焚烧，焚烧一燃室从下至上分为灰层、焦层、热解层、物料燃烧与热解气热燃烧层等几部分，与热解焚烧的最大区别是在焚烧一燃室有明火焚烧，维持上部炉温在500～700℃，由于有明火的存在以及保持温度的要求，在焚烧一燃室上部需提供蓄热高温区，以保证燃烧的平稳实现，因此焚烧一燃室上部为耐火炉膛区，同时可在预热阶段对上部耐火炉膛进行预热提供高温区以保证工艺过程的快速实现。由于焚烧一燃室一直是明火焚烧，杜绝了热解气无明火聚集遇明火燃爆的隐患，该工艺基本可消除焚烧一燃室燃爆现象。由于焚烧一燃室上部是明火焚烧区，因此料层搅拌机构的位置与搅拌形式与热解焚烧的上部搅拌明显不同，料层搅拌是设置在炉体中段热解层与焦层附近，按照多层多点设置搅拌机构实现对物料的疏松与焚烧过程的控制。同时通过焦层的构建与搅拌、炉排的动作等配合防止结渣与融漏现象，保证焚烧灰品质。
(2)烟气高温燃烧
焚烧一燃室出来的烟气在焚烧二燃室中实现烟气高温燃烧工艺，达到完全燃烧的要求。影响燃气完全燃烧的主要因素有足够高的温度、足够的空气、强烈的气流扰动、足够的停留时间。为保证烟气焚烧完全，烟气停留时间需不少于2s，并依靠测量焚烧二燃室后烟气中氧含量来反馈控制助燃风即三次风的供应量。同时焚烧二燃室先进行燃油预热，通过焚烧助燃油将炉温预热至850℃后，再进行烟气焚烧可保证焚烧烟气燃烧完全且基本不需补充外加燃料。
通过改进型热解焚烧工艺的实施，可实现在焚烧一燃室热解与初步燃烧均存在，消除燃爆，破坏结渣融漏等，保证焚烧工艺过程平稳可靠。
如图2所示，为实现本发明的改进型热解焚烧工艺所需要的焚烧一燃室I(控气热解炉)与焚烧二燃室II(燃烧炉)，焚烧一燃室I与焚烧二燃室II由耐火联接管道整体直联。焚烧一燃室I为立式水冷与耐火炉体组合设备，主要由密闭加料装置、上下炉体、点火预热机构、料层搅拌疏松装置、炉排与排灰机构组成。炉体上部为耐火炉膛提供高温热解气初步燃烧区域，下部为水冷炉体为废物提供热解、烧焦区域。焚烧二燃室II为立式耐火燃烧炉设备，炉顶设置燃油预热装置，焚烧二燃室II容积满足烟气停留时间2s。整个焚烧过程设有监视系统以观察燃烧情况。
焚烧一燃室I是整个焚烧炉的核心设备，焚烧一燃室I主要功能是实现可燃固体废物的密闭加料、废物热解与热解气燃烧、焚烧灰排出。
如图3所示，焚烧一燃室I为立式圆柱形水冷夹套与耐火炉膛结合炉，主要由密闭加料装置11、上炉体12、下炉体14、排灰机构17、搅拌装置13、上炉排18与下炉排16等构成。密闭加料装置11位于焚烧一燃室I的顶部通过法兰与上炉体12连接，为水冷夹套气动闸门加料装置，保证加料过程始终有一道闸门处于关闭状态，防止气体外泄。上炉体12与密闭加料装置11与下炉体14通过法兰连接，烟气出口位于上炉体12的上部通过联接管道与焚烧二燃室II对接。上炉体12从里至外为耐火材料、保温材料、钢壳体，在上炉体12的耐火炉膛内实现初步燃烧。下炉体14位于焚烧一燃室I的下部通过法兰与上炉体12及排灰机构17连接，下炉体14为水冷双层炉排炉体结构炉，在下炉体14的下部设置抽屉式上炉排18与下炉排16，两炉排间设点火装置15；同时在下炉体14的上部设置搅拌装置3。排灰机构17位于焚烧一燃室I底部，为气动闸门排灰机构实现焚烧灰的排出。
冷却水由下炉体下部的冷却水进口进入。一次风进口位于上下炉排下方提供废物热解烧焦所需空气，热解气初步燃烧风即二次风进口在上炉体12的料层上方提供气体焚烧所需空气。点火装置15实现物料的点火，具有自动检测火焰及熄火保护功能。密闭加料装置11实现远程密闭隔离联锁加料。料层自下而上可大致分为灰层、焦层、热解层、物料燃烧与热解气热燃烧层其中，废物在热解层中受热分解产生挥发性燃气和热解焦，而在焦层和灰层中利用空气助燃将焦烧灼成灰，灰粉则通过上下炉排送入排灰机构17。为保证运行期间料层的稳定与通畅在下炉体14设置多个搅拌装置以保证焚烧过程的平稳实现，同时防止结渣现象。
焚烧二燃室II是为烟气提供高温燃烧的设备。焚烧二燃室II主要功能是实现助燃油燃烧预热与烟气高温燃烧。烟气燃烧的完全与否，是直接影响后续工艺设备能否正常运行的主要因素，是工艺技术指标能否达标的根本保证，燃烧炉即焚烧二燃室II炉膛温度大于850℃。
如图4所示，焚烧二燃室II为立式耐火炉体结构炉，包括燃油预热装置21、耐火材料22、保温材料23、钢壳体24、测温仪表25、火焰监视口26等。燃油预热装置21位于焚烧二燃室II中心顶部，与钢壳体24顶盖通过法兰连接置于耐火材料22的顶盖部分上，燃油预热装置21提供焚烧二燃室II柴油预热及运行中的热量补充。焚烧二燃室II的炉体从里至外分别为耐火材料22、保温材料23与钢壳体24，烟气进口在炉体上部通过联接管道由焚烧一燃室I进入焚烧二燃室II。在炉体上部设置火焰监视口26观察火焰燃烧情况，在炉体中下部设置测温仪表25反馈炉膛温度。
其中，燃油预热装置21为高速烧嘴，为防止热辐射及回火对设备的损坏，设置冷风换热保护机构。火焰监视口26与测温仪表25用于观察炉膛内火焰及温度情况。燃烧炉耐火材料22选用高铝耐火材料烧制分段砌成，能耐长期1300℃的使用；保温材料23为硅酸铝纤维保温材料，合适保温厚度保证炉外表面温度满足要求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，其特征在于，所述工艺包括：
（1）废物控气热解：在焚烧一燃室内对可燃放射性废物进行控气热解与初步燃烧，将生成的产物送入焚烧二燃室：
（1.1）密闭加料：将可燃放射性废物按照预定时间间隔通过密闭加料装置加入焚烧一燃室炉内；
（1.2）点火预热：启动点火装置，对炉内废物进行点火预热，待炉内废物点燃后关闭所述点火装置；所述点火装置使用液化气点火，通过明火焚烧维持炉内温度在500~700℃；
（1.3）废物热解：在一次风作用下对炉内废物进行热解，生成热解气，同时通过搅拌装置搅拌料层，通过排灰机构排出焚烧灰；
（1.4）热解气初步燃烧：在二次风作用下对热解气进行初步燃烧，将生成的烟气送入焚烧二燃室；
（2）烟气焚烧：在所述焚烧二燃室内对所述产物进行高温烟气焚烧：
（2.1）燃油预热：启动燃油预热装置，通过焚烧助燃油将所述焚烧二燃室的炉温预热至850℃；
（2.2）高温燃烧：在三次风作用下对所述产物进行高温烟气焚烧，同时使烟气停留时间不少于2s；
为实现所述改进型热解焚烧工艺所需要的焚烧一燃室I（控气热解炉）与焚烧二燃室II（燃烧炉），焚烧一燃室I与焚烧二燃室II由耐火联接管道整体直联，测量所述焚烧二燃室内烟气中的氧含量，根据测量得到的氧含量控制三次风的供应量；
焚烧一燃室为立式圆柱形水冷夹套与耐火炉膛结合炉，包括密闭加料装置、上炉体、下炉体、排灰机构、搅拌装置、上炉排与下炉排构成；密闭加料装置位于焚烧一燃室的顶部通过法兰与上炉体连接，为水冷夹套气动闸门加料装置，保证加料过程始终有一道闸门处于关闭状态，防止气体外泄；上炉体与密闭加料装置与下炉体通过法兰连接，烟气出口位于上炉体的上部通过联接管道与焚烧二燃室对接；上炉体从里至外为耐火材料、保温材料、钢壳体，在上炉体的耐火炉膛内实现初步燃烧；下炉体位于焚烧一燃室的下部通过法兰与上炉体及排灰机构连接，下炉体为水冷双层炉排炉体结构炉，在下炉体的下部设置抽屉式上炉排与下炉排，两炉排间设点火装置；同时在下炉体的上部设置搅拌装置；排灰机构位于焚烧一燃室底部，为气动闸门排灰机构实现焚烧灰的排出；一次风进口位于上下炉排下方 提供废物热解烧焦所需空气，热解气初步燃烧风即二次风进口在上炉体的料层上方提供气体焚烧所需空气；
焚烧二燃室为立式耐火炉体结构炉，包括燃油预热装置、耐火材料、保温材料、钢壳体、测温仪表、火焰监视口；燃油预热装置位于焚烧二燃室中心顶部，与钢壳体顶盖通过法兰连接置于耐火材料的顶盖部分上，燃油预热装置提供焚烧二燃室柴油预热及运行中的热量补充；焚烧二燃室的炉体从里至外分别为耐火材料、保温材料与钢壳体，烟气进口在炉体上部通过联接管道由焚烧一燃室进入焚烧二燃室；在炉体上部设置火焰监视口观察火焰燃烧情况，在炉体中下部设置测温仪表反馈炉膛温度。
2.根据权利要求1所述的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，其特征在于，所述料层从下至上分为灰层、焦层、热解层、物料燃烧与热解气热燃烧层，步骤（1.3）之前，还包括：
在所述焦层和所述热解层均设置搅拌装置，用以疏松物料、控制焚烧过程。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，其特征在于，所述焚烧一燃室为立式圆柱形水冷夹套与耐火炉膛结合炉。
4.根据权利要求1所述的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，其特征在于，所述密闭加料装置的加料机构为双道密闭加料阀。
5.根据权利要求1所述的一种可燃放射性废物改进型热解焚烧工艺，其特征在于，所述焚烧二燃室的炉体从里至外分别为耐火材料、保温材料、钢壳体，所述耐火材料选用高铝耐火材料烧制分段砌成，能耐长期1300℃的使用，所述保温材料为硅酸铝纤维保温材料。
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