CN114420336B - 一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于放射性废物处理技术领域，具体公开一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统及方法，系统包括等离子体高温熔融炉，与熔融炉连通的等离子体炬、进料装置、可燃气补充燃烧装置，与燃烧装置连通的空气泵、两级除尘装置，与燃烧装置、两级除尘装置连通的去除氮氧化物装置，与除尘装置连通的换热冷却装置，与换热冷却装置连通的引风机、烟囱；方法：放射性废物进料后等离子体炬对熔融炉内废物加热熔融产生放射性废气体和玻璃熔融固化体，燃烧产生的尾气并进行去除氮氧化物、两级除尘、换热冷却、脱酸除雾降温净化后排放。本发明能够提高放射性废物的热解效率，降低尾气净化处理负荷、提高尾气排放质量，产生稳定的玻璃熔融固化体。

Description

一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统及方法

技术领域

本发明属于放射性废物处理技术领域，具体涉及一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统及方法。

背景技术

放射性废物及危险废物的高效减容减量处理对于实现废物最小化有着重大的积极作用。目前最为有效的方法是直接进行燃烧毁形处理。危险废物及放射性废物中均包含可燃的有机物成分与不可燃的无机物成分，其中不可燃无机物成分需要通过高温进行熔融，使得不可燃无机灰分残渣类物质固化成形。传统等离子体焚烧炉中多利用废物的氧化燃烧反应，现有的技术对危险废物、放射性废物的处理都存在一定缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统及方法，解决等离子体高温熔融炉内的温度升温过快不可控的问题，有效控制等离子体高温熔融炉内温度分区，从而使危险废物与放射性废物无机物充分熔融形成固化体，有机物充分热解形成可燃气体。

实现本发明目的的技术方案如下：一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，该系统包括：等离子体高温熔融炉，与所述的等离子体高温熔融炉的热源入口连通的等离子体炬，与所述的等离子体高温熔融炉顶部进料口连通的进料装置，与所述的等离子体高温熔融炉的可燃气排出口连通的可燃气补充燃烧装置，与所述的可燃气补充燃烧装置的空气入口连通的空气泵，与所述的可燃气补充燃烧装置的排气口连通的两级除尘装置，与所述的可燃气补充燃烧装置的排气口、两级除尘装置入口均连通的高温去除氮氧化物装置，与所述的两级除尘装置出口连通的尾气换热冷却装置，与所述的尾气换热冷却装置出口连通的引风机，与所述的引风机连通的烟囱；所述的等离子体炬为等离子体高温熔融炉提供熔融热源，所述的进料装置用于向等离子体高温熔融炉内加入放射性废物，空气泵用于向可燃气补充燃烧装置泵入空气，所述的可燃气补充燃烧装置用于放射性废气体与空气的燃烧产生尾气，所述的两级除尘装置用去除尾气中的颗粒物，所述的尾气换热冷却装置用于对尾气进行换热冷却产生低温烟气，所述的引风机用于将烟气输送给烟囱、从而排出烟气。

所述的等离子体高温熔融炉还进一步连接有向其内喷水雾的雾化纯净水箱。

所述的等离子体高温熔融炉还进一步连接有氮气罐。

所述的等离子体高温熔融炉还进一步连接有无机物熔融固化体卸料装置。

所述的等离子体高温熔融炉与可燃气补充燃烧装置之间还进一步连接有等离子体废气处理装置。

所述的两级除尘装置包括一级除尘装置和二级除尘装置，所述尾气换热冷却装置位于一级除尘装置与二级除尘装置之间。

所述的尾气换热冷却装置包括热交换器和急冷塔，一级除尘装置的出口与热交换器的入口连通，热交换器的出口与急冷塔的入口连通，急冷塔的出口与二级除尘装置入口连通。

所述的烟囱上设有常规污染物监测器和放射性核素监测器。

所述的可燃气补充燃烧装置、一级除尘装置、二级除尘装置还进一步均连接有飞灰回炉。

所述的系统还进一步包括尾气净化装置，尾气净化装置位于二级除尘装置与引风机之间，所述的尾气净化装置用于对尾气进行脱酸除雾再热处理。

所述的可燃气补充燃烧装置、等离子体高温熔融炉还进一步均连接有应急排放系统。

所述的尾气净化装置包括依次串联的脱酸单元、除雾器、烟气换热器、烟气再热器和高效过滤器，烟气换热器上还连接有冷凝水复用装置。

所述的烟囱与应急排放系统连接。

所述的空气泵还进一步与等离子体高温熔融炉的等离子体高温熔融炉空气入口连接。

采用上述系统进行等离子体高温热解熔融处理放射性废物的方法，该方法包括如下步骤：

步骤S1：放射性废物进料，并对等离子体高温熔融炉内的放射性废物进行加热熔融，产生放射性废气体与包容无机物的玻璃熔融体；

步骤S2：上述步骤S1中的放射性废气体进入可燃气补充燃烧装置，进行充分燃烧产生尾气，尾气中携带飞灰；

步骤S3：对上述步骤S2中产生的尾气进行除氮氧化物、两级除尘和换热冷却处理，产生冷却后烟气；同时，两级除尘装置截留净化处理尾气中的飞灰；

步骤S4：对上述步骤S3中尾气除尘处理后产生的飞灰以及上述步骤S2中可燃气补充燃烧装置气体燃烧后产生的飞灰进行回收、二次熔融废物处理；

步骤S5：对上述步骤S3、步骤S4中除氮氧化物、两级除尘和换热冷却处理后的烟气，进行脱酸除雾降温净化处理；

步骤S6：将上述步骤S5中脱酸除雾降温处理后的生成烟气进行监测，监测合格后进行烟气排放，从而完成放射性废物的等离子体高温热解熔融处理。

所述的步骤S1的具体步骤如下：放射性废物通过进料装置进入等离子体高温熔融炉内，对等离子体高温熔融炉内的放射性废物进行加热熔融，向等离子体高温熔融炉内喷水雾控制等离子体高温熔融炉的温度，等离子体炬持续加热、固态放射性废物热解成为放射性废气体，灰分熔融成为玻璃体。

所述的步骤S2中放射性废气体进入可燃气补充燃烧装置内与空气充分燃烧产生尾气。

所述的步骤S3中采用高温去除氮氧化物装置去除尾气中氮氧化物，采用一级除尘装置和二级除尘装置组成的两级除尘装置进行尾气除尘，采用热交换器和急冷塔组合的尾气换热冷却装置进行尾气换热冷却处理。

所述的步骤S4中采用飞灰回炉采集回收飞灰，并输送进入等离子体高温熔融炉内进行二次熔融废物处理。

所述的步骤S5中脱酸除雾降温净化处理的具体步骤如下：经两级除尘后的烟气流入尾气净化装置的脱酸单元进行脱酸处理，进入除雾器进行除雾处理；进入烟气换热器、烟气再热器，烟气换热器中冷凝下来的水进入冷凝水复用装置用于向急冷塔喷淋水从而控制使得烟气降温；进入高效过滤器进行过滤净化处理。

所述的步骤S6中采用引风机将烟气输送给烟囱，经过常规污染物监测器、放射性核素监测器监测合格后，经过烟囱排放，从而完成放射性废物的等离子体高温热解熔融处理。

本发明的有益技术效果在于：

(1)本发明利用喷入水雾的方式控制等离子体高温熔融炉内温度分区，在等离子体高温熔融炉内形成不同温度区间从而提高放射性废物、危险废物的热解效率，提高可燃气质量，更重要的是提高了熔融固化体的质量，使得熔融固化体能够直接被二次利用或妥善处置；能够获得性能更优的熔融体并且降低尾气净化处理负荷、提高尾气排放质量。

(2)本发明对等离子体高温熔融炉内的温度进行预先控制，使得废物热解效率提高，从根本上减少焦油焦炭的产生，进一步的使得等离子体高温熔融炉内所需通入的一次二次风量减少，从而从源头减少能耗。同时又可以利用液态水变相后的高温水蒸气对极少量残存的焦油焦炭进行氧化反应，雾化的液态水吸热降温作用对废物有效热解为可燃气起到的积极作用，可以达到在熔融态产物中减少杂质有机分含量，提高熔融体质量的目的。

(3)本发明在等离子体高温熔融炉中通过移动炉排与添加雾化水，利用雾化水蒸发吸热变相控制温度，使得危险废物与放射性废物在热解过程中升温速率得到有效控制，减少因直接快速升温而发生的脱氢反应，使得危险废物与放射性废物能够完全热解形成可燃小分子物质。同时若有小部分废物仍然需要反应，在通入一次、二次风的基础上，吸热变相的雾化水形成的高温水蒸气也可以参与焦油焦炭的氧化反应，提高可燃气中可燃小分子气体占比，减少无机熔融物中混合有机碳成分的占比，提高熔融产物的质量。

(4)本发明利用废物的热解反应，并辅以少量氧化反应/水煤气反应，气态水的来源是通入熔融炉中部的少量液态雾化水，雾化水主要作用是吸热变相控制等离子体高温熔融炉内的温度分区，在完成主要的降温控温作用后，产生的少量水蒸气可以发生水煤气氧化焦油焦炭反应。

(5)本发明使用尾气处理装置中布置的两级除尘装置进一步加强尾气处理效果，使得等离子体高温熔融炉处理废物后的尾气能够满足最严格的尾气排放标准。通过雾化水等离子体熔融装置，严格把控熔融固化体及尾气等流出物的质量。

(6)本发明在尾气净化工艺中，添加等离子体废气处理装置与等离子体静电除尘装置，以充分利用等离子体技术，利用多级除尘装置与尾气处理装置，降低尾气中污染物的含量，实现放射性废物、危险废物热处理及清洁排放的目标。

本发明可以用于难处理固体废物，核电厂产生的含有一定放射性的废物，危险废物如有毒有害的工业固体废物和医疗废物；放射性废物、危险废物的减容减量效果十分显著，同时产物成分稳定均为无机成分，并且产物性能良好更有利于之后的最终处置。

附图说明

图1为本发明所提供一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统的示意图。

图中：1.等离子体高温熔融炉，2.可燃气补充燃烧装置，3.无机物熔融固化体卸料装置，4.等离子体废气处理装置，5.高温去除氮氧化物装置，6.热交换器，7.急冷塔，8.一级除尘装置，9.二级除尘装置，10.尾气净化装置，11.等离子体炬，12.雾化纯净水箱，13.烟气换热器，14.冷凝水复用装置，15.高效过滤器，16.引风机，17.烟囱，18.常规污染物监测器，19.放射性核素监测器，20.除雾器，21.飞灰回炉，22.空气泵，23.氮气罐，24.除盐水箱，25.应急排放系统，26.进料装置，27.脱酸单元，28.烟气再热器，W1.水雾喷口，O1.熔融固化体卸料口，O2.可燃气排出口，O3.排气口，A1.等离子体高温熔融炉空气入口，A2.燃烧装置空气入口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明所提供的等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，该系统包括等离子体高温熔融炉1、可燃气补充燃烧装置2、无机物熔融固化体卸料装置3、等离子体废气处理装置4、高温去除氮氧化物装置5、尾气换热冷却装置、两级除尘装置、尾气净化装置10、等离子体炬11、雾化纯净水箱12、引风机16、烟囱17、常规污染物监测器18、放射性核素监测器19、飞灰回炉21、空气泵22、氮气罐23、除盐水箱24、应急排放系统25和进料装置26。尾气换热冷却装置包括热交换器6、急冷塔7。两级除尘装置包括一级除尘装置8、二级除尘装置9。尾气净化装置10包括脱酸单元27、除雾器20、烟气换热器13、冷凝水复用装置14、烟气再热器28和高效过滤器15。

如图1所示，等离子体高温熔融炉1的可燃气排出口O2通过管路与可燃气补充燃烧装置2的可燃气入口连通，等离子体高温熔融炉1与可燃气补充燃烧装置2之间的管路与等离子体废气处理装置4相连通。等离子体高温熔融炉1的热源为等离子体炬11，氮气罐23的出口与等离子体炬11的入口相连通，等离子体高温熔融炉1的水雾喷口W1通过管路与雾化纯净水箱12的雾化水出口连通。等离子体高温熔融炉1底部的熔融固化体卸料口O1通过管路与无机物熔融固化体卸料装置3的入口连通，进料装置26的出料口与等离子体高温熔融炉1顶部的进料口连通。可燃气补充燃烧装置2的排气口O3通过管路与一级除尘装置8的一侧上部的尾气入口连通，一级除尘装置8顶部的尾气出口通过管路与热交换器6的入口连通，热交换器6的出口通过管路与急冷塔7一侧底部的冷却入口连通，急冷塔7另一侧上部的冷却出口通过管路与二级除尘装置9一侧的入口连通，急冷塔7顶部的除盐水入口通过管路与除盐水箱24及烟气换热器13出口冷凝水复用装置14的出口连通。可燃气补充燃烧装置2、一级除尘装置8、二级除尘装置9的底部出口均分别通过管路与飞灰回炉21的收集入口连通。空气泵22的两个空气出口分别通过管路与等离子体高温熔融炉1的等离子体高温熔融炉空气入口A1、可燃气补充燃烧装置空气入口A2连通。二级除尘装置9另一侧的出口通过管路与尾气净化装置10的脱酸单元27的入口连通，脱酸单元27的出口通过管路与除雾器20的入口连通，除雾器20的出口通过管路与烟气换热器13的入口连通，烟气换热器13出口通过管路与烟气再热器28的入口连通，烟气再热器28的出口通过管路与高效过滤器15的入口连通。高效过滤器15的出口通过管路与引风机16的抽风口连通，引风机16的出风口通过管路与烟囱17连通，烟囱17上设有常规污染物监测器18和放射性核素监测器19，放射性核素监测器19位于常规污染物监测器18的上方。应急排放系统25与可燃气补充燃烧装置2、等离子体高温熔融炉1的应急出口分别通过管路连通。

如图1所示，本发明所提供的等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，是一种以等离子体炬11为热源的熔融系统，通过等离子体高温熔融炉1的炉型设计与雾化纯净水箱12中的水雾的加入，调整等离子体高温熔融炉1内总体温度，等离子体高温熔融炉1内设置可移动炉排。等离子体高温熔融炉1为分段式L型炉体，从顶部至底部分为干燥区、热解区、反应区、熔融区；L型炉体底部为熔融区，反应区与熔融区之间有助熔剂添加装置与空气入口；热解区与反应区之间有水雾喷口W1，可移动炉排设置在反应区与热解区段。

如图1所示，本发明所提供的等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统的方法，该方法包括如下步骤：

步骤S1：放射性废物进料，等离子体炬11对等离子体高温熔融炉1内的放射性废物进行加热熔融，产生放射性废气体与包容无机物的玻璃熔融体。

放射性废物通过进料装置26进入等离子体高温熔融炉1内，等离子体炬11的喷出的火炬对等离子体高温熔融炉1内的放射性废物进行加热熔融；雾化纯净水箱12向等离子体高温熔融炉1内喷水雾，以调整控制等离子体高温熔融炉1的温度。氮气罐23向等离子体炬11提供工作气体氮气，等离子体炬11打火放电，实现等离子体炬11向系统中供热的目的。由于等离子体炬11对离子体高温熔融炉1持续加热，固态放射性废物热解成为放射性废气体。

等离子体高温熔融炉1后接等离子体废气处理装置4，将混合气体中的杂质气体氮氧化物进行初步放电去除。空气泵22的空气出口与等离子体高温熔融炉1的等离子体高温熔融炉空气入口A1连接，在系统运行过程中出现焦油焦炭大量粘结影响等离子体处理废物效果时进行补充氧化。步骤S2：上述步骤S1中的放射性废气体进入可燃气补充燃烧装置2，进行充分燃烧产生尾气，尾气中携带少量飞灰；

放射性废气体进入可燃气补充燃烧装置2，在可燃气补充燃烧装置2内进行放射性废气体的充分燃烧，可燃气补充燃烧装置2内设置有空气可燃气预混区；空气泵22的空气经过空气入口A2进入可燃气补充燃烧装置2内与可燃放射性废气体发生燃烧反应产生尾气。

可燃气补充燃烧装置2底部连接有颗粒物收集装置，用于收集尾气中的颗粒状放射性粉尘废物。

步骤S3：对上述步骤S2中产生的尾气进行除氮氧化物、两级除尘和换热冷却处理，产生冷却后低温洁净烟气；同时，两级除尘装置截留净化处理尾气中的飞灰；

可燃气补充燃烧装置2的排气口O3与一级除尘装置8的入口之间的管路连通有高温去除氮氧化物装置5。高温去除氮氧化物装置5由除氮氧化物反应物罐和雾化喷嘴组成，除氮氧化物反应物罐的出口与雾化喷嘴入口通过管路连通，雾化喷嘴出口通过管路分别与可燃气补充燃烧装置2的排气口O3、一级除尘装置8的入口连通。

高温去除氮氧化物装置5的除氮氧化物反应物罐内流出的去除氮氧化物反应试剂通过其雾化喷嘴与可燃气补充燃烧装置2的排气口O3排出的尾气接触并发生脱硝反应后，还原可燃气补充燃烧装置2的排气口O3排出的尾气中的氮氧化物，以达到去除尾气中氮氧化物的目的。高温去除氮氧化物装置5中的去除氮氧化物试剂通常使用尿素溶液试剂或氨水溶液试剂。流入一级除尘装置8进行一级除尘处理，一级除尘处理后的尾气流入尾气换热冷却装置的热交换器6、急冷塔7进行换热冷却。换热冷却后的低温洁净烟气进入二级除尘装置9进行二级除尘处理。

除盐水箱24出口与急冷塔7顶部雾化喷嘴相连通，低温除盐水箱24内的除盐水与进入急冷塔7中的中温尾气直接接触降温，以达到急速降温避免二噁英类污染物的再合成，同时将尾气在极短时间内降至低温状态，即生成低温洁净烟气。

热交换装置6中的冷却水可使用内循环冷却水对尾气进行换热冷却，急冷塔7的喷淋水可以使用除盐水箱24中的普通低温喷淋水或碱性喷淋水进行直接接触变相换热。尾气通过尾气换热冷却装置的热交换器6、急冷塔7换热冷却后进入系统低温段。一级除尘装置8可以选用旋风除尘装置或等离子体静电除尘装置。二级除尘装置9可以选用布袋除尘器或其他高效除尘装置如塑烧板除尘器。每个除尘装置均连接有颗粒物收集装置。一级除尘装置8用于去除尾气中较大尺寸颗粒物，二级除尘装置9用于加强并保证颗粒物去除效果，布袋除尘器配有反吹装置。

步骤S4：对上述步骤S3中尾气除尘处理后产生的飞灰以及上述步骤S2中补充燃烧装置2气体燃烧后产生的飞灰进行回收、二次熔融废物处理，生成玻璃熔融体。

经过一级除尘装置8、二级除尘装置9除尘后的飞灰，以及补充燃烧装置2气体燃烧后产生的飞灰，经过飞灰回炉21采集回收，并输送进入等离子体高温熔融炉1内，执行步骤S2至步骤S3进行二次熔融废物处理。

步骤S5：对上述步骤S3、步骤S4中除氮氧化物、两级除尘和换热冷却处理后的烟气，进行脱酸除雾降温净化处理。

上述步骤S3、步骤S4中除氮氧化物、两级除尘和换热冷却处理后的烟气，经二级除尘装置9流入尾气净化装置10的脱酸单元27进行脱酸处理，脱酸处理后的尾气进入除雾器20进行除雾处理，除雾处理后的烟气进入烟气换热器13、烟气再热器28，冷凝水复用装置14用于收集烟气换热器13中的液态冷凝水喷淋水，必要时可以返回急冷塔7中进行喷淋降温，从而减少系统二次废物量，尾气通过烟气换热器13降温去除水汽后，进入高效过滤器15进行过滤净化处理。

尾气净化装置10用于去除尾气中的酸性气体和水蒸气使得尾气能够达标排放。

步骤S6：将上述步骤S5中脱酸除雾降温处理后的生成烟气进行监测，监测合格后进行烟气排放，从而完成放射性废物的等离子体高温热解熔融处理。

引风机16将上述步骤S5中高效过滤器15排出的脱酸除雾降温净化处理后的烟气，输送给烟囱17，经过常规污染物监测器18、放射性核素监测器19进行常规污染物监测与放射性核素监测合格后，经过烟囱17达标排放，从而完成放射性废物的等离子体高温热解熔融处理。

常规污染物监测器18能够实时监测烟气中常规污染物如颗粒物含量、酸性气体NO、SO2、HCl、HF等的含量，根据不同的控制污染物排放标准来约束污染物排放，常见标准为国家标准GB18484-2020。放射性核素监测器19主要用于监测烟气中的挥发性放射性核素是否对周围环境产生影响，根据本系统监测场地的不同，使用标准有所不同。

应急排放系统25主要用于在系统运行过程中偶尔出现的事故工况下的应急泄压，以保证系统平稳安全停车。当等离子体高温熔融炉1与可燃气补充燃烧装置2内出现局部超压，无法长时间维持正常负压条件时，启用应急排放系统25与等离子体高温熔融炉1与可燃气补充燃烧装置2相连通的管道阀门，保证气体安全排出，恢复等离子体高温熔融炉1与可燃气补充燃烧装置2内的正常工作压力。

本发明中的低温洁净烟气中的低温是指温度小于等于200℃。本发明中的高温热解熔融处理放射性废物中的高温是指温度大于等于1200℃。

实施例1

如图1所示，采用本发明所提供的等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，对核电厂低放射性废物进行高温热解熔融处理的过程如下：

核电厂低放射性废物通过进料装置26从等离子体高温熔融炉1顶部进入等离子体高温熔融系统，在进料至等离子体高温熔融炉1内下落过程中，依次经过等离子体高温熔融炉1内的干燥区、热解区、反应区、熔融区。干燥区位于等离子体高温熔融炉1顶部；热解区与反应区之前设置有与雾化纯净水箱12连通的雾化水入口，放射性废物入炉后通过空气热传递吸热升温至400℃，并热解为小分子物质，有机成分热解为小分子可燃性气体从干燥区的可燃气排出口O2离开离子体熔融炉1；无机成分与极少量可能存在的焦油焦炭类物质下落至离子体熔融炉1内的炉排，经过雾化纯净水箱12通入的雾化水在进入离子体熔融炉1内后迅速吸热，使得废放射性废物物料升温速率减慢，逐步分解为可燃性小分子气体。同时控制热解区温度不超过挥发性放射性核素沸点的最大值，不超过700℃，保证绝大部分核素留在等离子体高温熔融炉1内。雾化水吸热变相形成水蒸气后，与等离子体高温熔融炉1内设置的可移动炉排处的极少量焦油焦炭类物质发生反应，形成气体物质离开离子体熔融炉1，剩余无机成分掉落至炉排下方进入熔融区。反应区与熔融区之间有等离子体高温熔融炉空气入口A1与助熔剂添加口，助熔剂为固体金属氧化物玻璃熔融剂；少量空气与助熔剂进入离子体熔融炉1内，同时可燃气补充燃烧装置2与两级除尘装置一级除尘装置8、二级除尘装置9处收集的颗粒物由输送装置飞灰回炉21经助熔剂添加口进入离子体熔融炉1的熔融区。少量空气的作用是保证完全反应掉无机成分中可能存在的有机成分。助熔剂为固态玻璃添加剂，与无机成分共同下落至熔融区进行熔融。无机成分与助熔剂通过高温熔融后形成熔融态固化体，包裹住核电厂低放射性废物中的放射性核素，在1200℃高温下熔融均匀混合完全熔融后熔融体通过离子体熔融炉1的熔融态固化体排出口O1排出，进入无机物熔融固化体卸料装置3。

从等离子体高温熔融炉1顶部废物干燥区侧面出口O2离开的混合可燃气进入可燃气补充燃烧装置2，在可燃气补充燃烧装置2中进行可燃气的充分燃烧。可燃气补充燃烧装置2内设置有空气可燃气预混区，空气由空气入口A2进入可燃气补充燃烧装置2内与可燃气发生燃烧反应后尾气经过排气口O3，可燃气补充燃烧装置2与一级除尘装置8之间的管路连通有高温去除氮氧化物装置5，反应试剂通过雾化喷嘴与尾气接触并发生反应后，经过一级除尘装置8流入尾气换热冷却装置的热交换器6、急冷塔7。可燃气补充燃烧装置2底部接有颗粒物收集装置，收集的颗粒物经过输送装置飞灰回炉21返回等离子体高温熔融炉1底部熔融区进行二次熔融。

核电厂低放射性废物在通过等离子体高温熔融装置处理的过程中，在相应的对外接口处均设置有对应的辐射屏蔽与防护措施。

实施例2

如图1所示，采用本发明所提供的等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，对医疗废物进行高温热解熔融处理的过程如下：

医疗废物通过进料装置26从等离子体高温熔融炉1顶部经进料装置26进入等离子体高温熔融系统，进料至等离子体高温熔融炉1下落过程中，依次经过干燥区，热解区，反应区，熔融区。干燥区位于等离子体高温熔融炉1顶部，热解区与反应区之前设置有雾化水入口W1，废物入等离子体高温熔融炉1后通过空气热传递升温吸热并热解为小分子物质；有机成分热解为小分子可燃性气体从干燥区另一端出口O2离开等离子体高温熔融炉1，无机成分与极少量可能存在的焦油焦炭类物质下落至炉排，通入的雾化水在进入炉体后迅速吸热，使得废物料升温速率减慢，逐步分解为可燃性小分子气体。雾化水吸热变相形成水蒸气后，与炉排处的极少量焦油焦炭类物质发生反应，形成气体物质离开熔融炉，剩余无机成分掉落至炉排下方进入熔融区。反应区与熔融区之间有空气入口A1与助熔剂添加口，少量空气与助熔剂进入等离子体高温熔融炉1内，同时补充燃气补充燃烧装置2与两级除尘装置处收集的颗粒物由输送装置飞灰回炉21经助熔剂添加口进入熔融区。少量空气的作用是保证完全反应掉无机成分中可能存在的有机成分。助熔剂为固态玻璃添加剂，与无机成分共同下落至熔融区进行熔融。无机成分与助熔剂通过高温熔融后形成熔融态固化体，通过熔融态固化体排出口排出。

上面所述的实施例仅仅是本发明的常见优选实施方式进行描述，主要为本专利设施功能一的简要描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进均应落入本专利的保护范围。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (20)

1.一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，其特征在于，该系统包括：等离子体高温熔融炉(1)，与所述的等离子体高温熔融炉(1)的热源入口连通的等离子体炬(11)，与所述的等离子体高温熔融炉(1)顶部进料口连通的进料装置(26)，与所述的等离子体高温熔融炉(1)的可燃气排出口连通的可燃气补充燃烧装置(2)，与所述的可燃气补充燃烧装置(2)的空气入口连通的空气泵(22)，与所述的可燃气补充燃烧装置(2)的排气口连通的两级除尘装置，与所述的可燃气补充燃烧装置(2)的排气口、两级除尘装置入口均连通的高温去除氮氧化物装置(5)，与所述的两级除尘装置出口连通的尾气换热冷却装置，与所述的尾气换热冷却装置出口连通的引风机(16)，与所述的引风机(16)连通的烟囱(17)；所述的等离子体炬(11)为等离子体高温熔融炉(1)提供熔融热源，所述的进料装置(26)用于向等离子体高温熔融炉(1)内加入放射性废物，空气泵(22)用于向可燃气补充燃烧装置(2)泵入空气，所述的可燃气补充燃烧装置(2)用于放射性废气体与空气的燃烧产生尾气，所述的两级除尘装置用去除尾中的颗粒物，所述的尾气换热冷却装置用于对尾气进行换热冷却产生低温烟气，所述的引风机(16)用于将烟气输送给烟囱(17)、从而排出烟气；所述的等离子体高温熔融炉(1)还进一步有向其内喷水雾的雾化纯净水箱(12)。

2.根据权利要求1所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，其特征在于：所述的等离子体高温熔融炉(1)还进一步连接有氮气罐(23)。

3.根据权利要求2所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，其特征在于：所述的等离子体高温熔融炉(1)还进一步连接有无机物熔融固化体卸料装置(3)。

4.根据权利要求3所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，其特征在于：所述的等离子体高温熔融炉(1)与可燃气补充燃烧装置(2)之间还进一步连接有等离子体废气处理装置(4)。

5.根据权利要求4所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，其特征在于：所述的两级除尘装置包括一级除尘装置(8)和二级除尘装置(9)，所述尾气换热冷却装置位于一级除尘装置(8)与二级除尘装置(9)之间。

6.根据权利要求5所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，其特征在于：所述的尾气换热冷却装置包括热交换器(6)和急冷塔(7)，一级除尘装置(8)的出口与热交换器(6)的入口连通，热交换器(6)的出口与急冷塔(7)的入口连通，急冷塔(7)的出口与二级除尘装置(9)入口连通。

7.根据权利要求6所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，其特征在于：所述的烟囱(17)上设有常规污染物监测器(18)和放射性核素监测器(19)。

8.根据权利要求7所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，其特征在于：所述的可燃气补充燃烧装置(2)、一级除尘装置(8)、二级除尘装置(9)还进一步均连接有飞灰回炉(21)。

9.根据权利要求8所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，其特征在于：所述的系统还进一步包括尾气净化装置(10)，尾气净化装置(10)位于二级除尘装置(9)与引风机(16)之间。

10.根据权利要求9所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，其特征在于：所述的可燃气补充燃烧装置(2)、等离子体高温熔融炉(1)还进一步均连接有应急排放系统(25)。

11.根据权利要求10所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，其特征在于：所述的尾气净化装置(10)包括依次串联的脱酸单元(27)、除雾器(20)、烟气换热器(13)、烟气再生热器(28)和高效过滤器(15)，烟气换热器(13)上还连接有冷凝水复用装置(14)。

12.根据权利要求11所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，其特征在于：所述的烟囱(17)与应急排放系统(25)连接。

13.根据权利要求12所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的系统，其特征在于：所述的空气泵(22)还进一步与等离子体高温熔融炉(1)的等离子体高温熔融炉空气入口连接。

14.采用上述权利要求1至13中任一项所述系统进行等离子体高温热解熔融处理放射性废物的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤S1：放射性废物进料，并对等离子体高温熔融炉(1)内的放射性废物进行加热熔融，产生放射性废气体与包容无机物的玻璃熔融体；

步骤S2：上述步骤S1中的放射性废气体进入可燃气补充燃烧装置(2)，进行充分燃烧产生尾气，尾气中携带飞灰；

步骤S3：对上述步骤S2中产生的尾气进行除氮氧化物、两级除尘和换热冷却处理，产生冷却后烟气；同时，两级除尘装置截留净化处理尾气中的飞灰；

步骤S4：对上述步骤S3中尾气除尘处理后产生的飞灰以及上述步骤S2中可燃气补充燃烧装置(2)气体燃烧后产生的飞灰进行回收、二次熔融废物处理；

步骤S5：对上述步骤S3、步骤S4中除氮氧化物、两级除尘和换热冷却处理后的烟气，进行脱酸除雾降温净化处理；

步骤S6：将上述步骤S5中脱酸除雾降温处理后的生成烟气进行监测，监测合格后进行烟气排放，从而完成放射性废物的等离子体高温热解熔融处理。

15.根据权利要求14所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的方法，其特征在于：所述的步骤S1的具体步骤如下：放射性废物通过进料装置(26)进入等离子体高温熔融炉(1)内，对等离子体高温熔融炉(1)内的放射性废物进行加热熔融，向等离子体高温熔融炉(1)内喷水雾控制等离子体高温熔融炉(1)的温度，等离子体炬(11)持续加热、固态放射性废物热解成为放射性废气体，灰分熔融成为玻璃体。

16.根据权利要求15所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的方法，其特征在于：所述的步骤S2中放射性废气体进入可燃气补充燃烧装置(2)内与空气充分燃烧产生尾气。

17.根据权利要求16所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的方法，其特征在于：所述的步骤S3中采用高温去除氮氧化物装置(5)去除尾气中氮氧化物，采用一级除尘装置(8)和二级除尘装置(9)组成的两级除尘装置进行尾气除尘，采用热交换器(6)和急冷塔(7)组合尾气换热冷却装置进行尾气换热冷却处理。

18.根据权利要求17所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的方法，其特征在于：所述的步骤S4中采用飞灰回炉(21)采集回收飞灰，并输送进入等离子体高温熔融炉(1)内进行二次熔融废物处理。

19.根据权利要求18所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的方法，其特征在于：所述的步骤S5中脱酸除雾降温净化处理的具体步骤如下：经两级除尘后的烟气流入尾气净化装置(10)的脱酸单元(27)进行脱酸处理，进入除雾器(20)进行除雾处理；进入烟气换热器(13)、烟气再热器(28)，烟气换热器(13)中冷凝下来的水进入冷凝水复用装置(14)用于向急冷塔(7)喷淋水，从而控制使得烟气降温；进入高效过滤器(15)进行过滤净化处理。

20.根据权利要求19所述的一种等离子体高温热解熔融处理放射性废物的方法，其特征在于：所述的步骤S6中采用引风机(16)将烟气输送给烟囱(17)，经过常规污染物监测器(18)、放射性核素监测器(19)监测合格后，经过烟囱(17)排放，从而完成放射性废物的等离子体高温热解熔融处理。