CN113393952A - 一种用于处理放射性废石墨的流化床反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理放射性废石墨的流化床反应器，属于放射性废物处理技术领域，包括燃烧炉，燃烧炉柱面靠近下段处设置有进料器和点火口，燃烧炉底部连接排灰系统，燃烧炉底部还设置有送风口，顶部设置出风口，所述反应器整体固定在台架上。待处理放射性废石墨通过进料器进入燃烧炉内，通过点火口点燃废物，经空气预热器预热后的空气通过送风口送入燃烧炉内；燃烧炉空气与石墨颗粒在燃烧炉中形成流化状态，充分燃烧，燃烧产生的残渣灰在重力的作用下进入排灰系统中被收集起来，燃烧产生的尾气则通过出风口排出燃烧炉外。本发明结构简单、操作方便，通过流化床处理技术对石墨进行焚烧热处理可以达到较高的减容比。

Description

一种用于处理放射性废石墨的流化床反应器
技术领域
本发明属于放射性废物处理技术领域，具体为一种用于处理放射性废石墨的流化床反应器。
背景技术
随着我国核电的不断发展，核电的发电量逐年提升。与燃煤发电相比，核能发电相当于减少燃烧标准煤4928.43万吨，减少排放二氧化碳12912.49万吨，减少排放二氧化硫41.89万吨，减少排放氮氧化物36.47万吨。核能作为清洁型能源，可以有效地缓解化石燃料的消耗，降低温室气体的排放，降低能源分配不均衡的问题。
在许多核反应堆中，石墨因为其具有良好的中子慢化性能、辐照性能、优异的高温力学性能以及高纯度、制造加工简单等诸多优势，广泛应用于气冷堆慢化剂、反射层及结构材料。据IAEA的报告指出，世界范围超过250000吨放射性石墨需要去处理。世界上第一台石墨核反应堆CP-1在1942年建成，共用385.5吨石墨，以我国山东石岛湾球床高温气冷堆示范核电站HTM-PM为例，其单座堆芯中石墨用量就高达400吨。不仅如此，石墨还用做慢化剂生产Pu，用于军工行业，石墨的用量十分庞大。自1942年建立首座石墨反应堆CP-1以来，旧的石墨反应堆逐渐关闭，石墨反应堆退役产生了大量的放射性石墨废料，废石墨的处理面临存量大、放射性活度大、处置工艺不成熟等问题，废石墨采取合理有效的退役手段依旧悬而未决。
现阶段对于放射性石墨处理的方式主要为封固和埋葬，将废石墨置于处置罐中。废石墨的体积庞大，通过焚烧热处理技术可以达到良好的减容效果，但是现阶段使用的固定床燃烧技术，其焚烧处理后的减容比仍然无法达到较好的效果。流化床焚烧热处理技术广泛用于煤炭、石油等行业，对燃料的适应性特别好，石墨因其自身所具有的物理化学性质，通过流化床焚烧炉可以充分燃烧石墨，燃烧效率可达90-99％，法国、俄罗斯等一些国家已经先后开展对于放射性废石墨的研究处理技术。故探究石墨流化床焚烧技术对于我国放射性废物的处理具有十分重要的意义，对放射性石墨进行有效的减容，符合我国提出的放射性废物最小化原则。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于处理放射性废石墨的流化床反应器，该反应器能够处理核行业以及实验室过程中产生的放射性废石墨，达到较高的减容比。
为达到以上目的，本发明采用的一种技术方案是：
一种用于处理放射性废石墨的流化床反应器，包括燃烧炉，所述燃烧炉柱面靠近下段处设置有进料器和点火口，所述燃烧炉底部连接用于收集残渣灰的排灰系统，所述燃烧炉底部还设置有送风口，顶部设置有用于排出废气的出风口，所述反应器整体固定在台架上。
进一步，如上所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，所述燃烧炉内设置有布风板，通过所述送风口送入所述燃烧炉内的空气经所述布风板作用后呈均匀分布。
进一步，如上所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，所述燃烧炉外布置有用于冷却所述燃烧炉的风冷夹套，所述风冷夹套一端连接位于所述燃烧炉下部靠近所述点火口的冷却风入口，另一端连接靠近所述出风口的冷却风出口。
进一步，如上所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，所述进料器包括料斗，所述料斗小端连通进料管，所述进料管另一端连通所述燃烧炉，所述进料管中间依次设有第一进料阀门和第二进料阀门。
再进一步，如上所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，所述进料管与所述燃烧炉紧密连接处外设有水冷夹套。
进一步，如上所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，所述排灰系统包括依次连接的排灰管、排灰阀门和灰桶。
进一步，如上所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，所述燃烧炉柱面上还设置有多个测温口，所述测温口连接温度表，通过所述温度表实时监控所述燃烧炉内的温度。
进一步，如上所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，所述燃烧炉顶部设置有多个测压口，所述测压口连接压差表，通过所述压差表实时监控所述燃烧炉内的压力。
进一步，如上所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，所述燃烧炉顶部还设置有视镜，通过所述视镜观察所述燃烧炉内火焰的点燃情况。
进一步，如上所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，所述台架具有多个支腿，用于对所述反应器的支撑和固定。
采用本发明所述的流化床反应器，具有以下显著的技术效果：
1、本发明结构简单、操作方便，通过流化床处理技术对石墨进行焚烧热处理可以达到较高的减容比；
2、该设备有多个测温点，可以实时观测设备运行过程中的温度，同时测温点也可以作为进风口使用，控制进入设备气体的流量以及位置，有助于石墨的燃烧；
3、该设备在进风口前配备空气预热器，炉体配有有点火装置，为放射性废石墨处理提供双重保障。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中提供的一种用于处理放射性废石墨的流化床反应器的结构示意图；
其中，1-视镜；2-测压口；3-冷却风出口；4-出风口；5-测温口；6-送风口；7-排灰系统；8-点火口；9-冷却风入口；10-台架；11-进料器；12-燃烧炉。
具体实施方式
下面结合具体的实施例与说明书附图对本发明进行进一步的描述。
图1示出了本发明具体实施方式中提供的一种用于处理放射性废石墨的流化床反应器的结构示意图，由图中可以看出，该反应器主要包括燃烧炉12，燃烧炉柱面靠近下段处设置有进料器11和点火口8，燃烧炉底部连接排灰系统7，燃烧炉底部还设置有送风口6，燃烧炉顶部设置有出风口4，整个反应器固定在台架10上。待处理放射性废石墨通过进料器11进入燃烧炉12内，通过点火口8点燃废物，经空气预热器预热后的空气通过送风口6送入燃烧炉12内；燃烧炉空气与石墨颗粒在燃烧炉中形成流化状态，充分燃烧，燃烧产生的残渣灰在重力的作用下进入排灰系统7中被收集起来，燃烧产生的尾气则通过出风口4排出燃烧炉外。
其中，燃烧炉12内设置有布风板，通过送风口6送入的空气经过布风板均匀的分布于整个反应器中；燃烧炉12外布置有风冷夹套，风冷夹套一端连接位于燃烧炉12下部靠近点火口8的冷却风入口9，另一端连接靠近出风口的冷却风出口3，通过风机带来的冷却风经过冷却风入口9进入风冷夹套，再通过冷却风出口3排入大气中，冷却风在风冷夹套中流动降低了燃烧炉12温度，防止燃烧炉12温度过高，可延长燃烧炉的使用寿命。
进料器11包括料斗，料斗小端连通进料管，进料管另一端连通燃烧炉12，进料管中间依次设有第一进料阀门和第二进料阀门，进料管与燃烧炉12紧密连接处外设水冷夹套，能够防止废物熔融堵塞进料通道，延长进料管的使用寿命。破碎至1mm以下的废石墨加入料斗以后，打开第一进料阀门，废石墨进入进料管中，之后关闭第一进料阀门，打开第二进料阀门，废石墨进入燃烧炉12中进行反应。该进料器可以实现批次进料，有效的控制石墨的处理量；采用双阀门设计，始终保持一道阀门处于关闭状态，能够保证反应器炉内环境不与外界环境连通。
排灰系统7用于收集燃烧炉中石墨燃烧后产生的灰分，排灰系统由依次连接的排灰管、排灰阀门和灰桶组成，残渣灰在重力的作用下依次经过排灰管、排灰阀门，最后进入灰桶中被收集起来，达到一定的存量后将灰桶中的灰妥善处理。
燃烧炉12柱面上还设置有多个测温口5，测温口5安装有温度表，燃烧炉12顶部设置有多个测压口2，测压口2安装有压差表，本实施例中设置了4个测温口和2个测压口，通过温度表和压差表可以实时监测燃烧炉内的反应状态，如果送风口6提供的流量无法满足燃烧炉使用，可以将其中一个温度表拆卸下来连接风机送入二次风以供燃烧炉使用。
燃烧炉12顶部还设置有视镜1，用于工作人员观察炉内火焰的点燃情况。
台架10具有多个支腿，用于对整个反应器的支撑和固定，同时便于整体移动，实验人员还可以站在台架10上，通过视镜1观察燃烧炉火焰的点燃情况。
本实施例提供的用于处理放射性废石墨的流化床反应器的工作过程如下：
将放射性废石墨破碎至粒径1mm以下，暂存于进料器11料斗中。当需要进料时，手动开启第一进料阀门，在重力作用下，废石墨进入进料管中，之后关闭第一进料阀门，打开第二进料阀门，待处理废物被输送到燃烧炉内的布风板上。根据进料阀门的开启时间和每次输入的废物量，可以计算出废物的进料量。
空气通过风机进入空气预热器，通过空气预热器加热到一定温度的空气从送风口6进入反应器中，通过点火口8点燃位于布风板上的废石墨废物，通过布风板的空气与石墨颗粒在反应炉中形成流化状态，增大了废石墨的反应面积，使得石墨颗粒充分燃烧。
随着反应的进行，废石墨在流化床反应器中逐渐燃烧完全，废物逐渐分解成为残渣灰和尾气，其中残渣灰在重力的作用下进入灰桶中被收集起来，达到一定的存量后将灰桶中的集中灰妥善处理；燃烧产生的尾气则通过冷却装置冷却至合适的温度，再经过尾气净化装置达到排放要求后通过出风口4排放至大气中或者将尾气收集起来。
随着反应的进行，炉内温度逐渐达到燃烧炉材料耐热的临界值，冷却风通过冷却风入口9进入风冷夹套，再通过冷却风出口3排入大气中。
本发明所提供的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，结构简单、操作方便，通过流化床处理技术对石墨进行焚烧热处理可以达到较高的减容比；该设备有多个测温点，可以实时观测设备运行过程中的温度，同时测温点也可以作为进风口使用，控制进入设备气体的流量以及位置，有助于石墨的燃烧；该设备在进风口前配备空气预热器，炉体配有有点火装置，为放射性废石墨处理提供双重保障。
上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于处理放射性废石墨的流化床反应器，其特征在于，包括燃烧炉(12)，所述燃烧炉(12)柱面靠近下段处设置有进料器(11)和点火口(8)，所述燃烧炉(12)底部连接用于收集残渣灰的排灰系统(7)，所述燃烧炉(12)底部还设置有送风口(6)，顶部设置有用于排出废气的出风口(4)，所述反应器整体固定在台架(10)上。
2.根据权利要求1所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，其特征在于，所述燃烧炉(12)内设置有布风板，通过所述送风口(6)送入所述燃烧炉(12)内的空气经所述布风板作用后呈均匀分布。
3.根据权利要求2所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，其特征在于，所述燃烧炉(12)外布置有用于冷却所述燃烧炉(12)的风冷夹套，所述风冷夹套一端连接位于所述燃烧炉(12)下部靠近所述点火口(8)的冷却风入口(9)，另一端连接靠近所述出风口(4)的冷却风出口(3)。
4.根据权利要求3所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，其特征在于，所述进料器(11)包括料斗，所述料斗小端连通进料管，所述进料管另一端连通所述燃烧炉(12)，所述进料管中间依次设有第一进料阀门和第二进料阀门。
5.根据权利要求4所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，其特征在于，所述进料管与所述燃烧炉(12)紧密连接处外设有水冷夹套。
6.根据权利要求1-5任一项所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，其特征在于，所述排灰系统(7)包括依次连接的排灰管、排灰阀门和灰桶。
7.根据权利要求1所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，其特征在于，所述燃烧炉(12)柱面上还设置有多个测温口(5)，所述测温口(5)连接温度表，通过所述温度表实时监控所述燃烧炉(12)内的温度。
8.根据权利要求7所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，其特征在于，所述燃烧炉(12)顶部设置有多个测压口(2)，所述测压口(2)连接压差表，通过所述压差表实时监控所述燃烧炉(12)内的压力。
9.根据权利要求1所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，其特征在于，所述燃烧炉(12)顶部还设置有视镜(1)，通过所述视镜(1)观察所述燃烧炉(12)内火焰的点燃情况。
10.根据权利要求7-9任一项所述的用于处理放射性废石墨的流化床反应器，其特征在于，所述台架(10)具有多个支腿，用于对所述反应器的支撑和固定。
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