CN1146254A - 用于净化轻度放射性废物焚烧气体的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于净化来自轻度放射性废物焚烧炉(3)的气体(1)的设备，其中包括：一个冷却—冷凝器(6，100)，将气体冷却至低于其露点的温度，一个处理冷凝物的装置(30)，用于放射性重金属沉淀，以回收放射性沉淀和水溶液，一个盐结晶装置(36)，用于结晶含在所说水溶液中的盐以及将其浓缩至干，并回收有待于设备(2)中循环的水，一个加热器(300)，用于提高从冷却-冷凝器排出气体的温度，和一个单独的过滤器(200)，用于回收净化气体排放回大气之前在加热器出口侧的固体颗粒。

Description

用于净化轻度放射性废物焚烧气体的方法和设备
本发明涉及焚烧轻度放射性废物产生的气体的净化方法，尤其不仅仅是来自熔化和玻璃化废物，例如从核工业、医院和大学产生的废物的焚烧炉气体的处理方法。
轻度放射性废物的焚烧产生的气体含有水蒸汽、酸性污染物如氢卤化物、部分可溶的固体颗粒、和在气体被排放回大气之前必须全部从气体中去除的放射性重金属。
已知的气体处理方法本身需要通过热回收设备将其冷却至适于使其通过用于阻滞固体颗粒过滤器的温度，还需要在将气体排放回大气之前，将其中粉尘已被去除的气体在洗气器中处理，来除去酸性污染物和部分气态重金属。这些来自熔化和玻璃化废物的焚烧炉的气体的温度很高，高达1250℃，并且热回收设备必须是特制的，取材于昂贵的耐热和耐腐蚀材料。为了克服这些缺点，已有建议：用空气稀释来冷却这些气体，但是这种溶液不利的增加了要处理气体的量。而且，在将这种气体送入过滤器之前将其冷却会引起放射性重金属在固体颗粒上的吸附，使得它们在从空气中分离时，包装和处理都要采取特别的措施。因此现有的设备产生了大量的处理和放置费用很高的放射性固体残留物。而且，吸附了放射性重金属颗粒的固体颗粒污染了所有在过滤器出口一侧的设备，并且气态放射性重金属污染了洗气设备，当这些设备要被替换时，它们是放射性的，在拆除、转移和处理时都要采取特别的措施。
本发明的目的在于降低处理这种气体的费用，并通过减少在净化的气体中污染物的残留量来提高气体处理的效率，以及通过一个设备来达到此目，此设备的特征在于：
-一个冷却冷凝器，用于在固体颗粒的过滤或收集之前将气体冷却至低于其露点的温度，在收集含在气体中的酸性污染物和可溶性固体颗粒的同时，收集冷凝物中的放射性重金属，
-一个用于处理冷凝物，使放射性重金属沉淀以回收放射性沉淀物和水溶液的装置，
-一个盐结晶装置，用于结晶含在所说水溶液中的盐，并回收此设备中的循环水，
-一个加热器，用于提高从冷却冷凝器排出的气体温度，
-一个单独的过滤器，用于在净化气体排放回大气之前回收加热器出口的固体颗粒。
由气体运送的固体颗粒是在放射性重金属从气体中除去之后用过滤器回收的，并因此它们不具有放射性或只有轻微的放射性，处理不需要特别的措施，而且可以通过焚烧炉进行熔化和玻璃化。处理了的被中和的冷凝物盐的结晶反应减少了液态废物，并产生了可用于工业的盐和可重复利用到气体环路中的水。因此由气体处理产生的废物只存在于沉淀中，并且这种最终废物的处理和贮藏与产生大量废物的现有技术的设备相比更易于进行。而且，与现有技术的设备相比，还减少了被这种气体污染了的设备数量，这是因为放射性重金属在冷却冷凝器，即在处理的第一步骤中就被脱除了。
本发明包括一种净化来自轻度放射性废物焚烧炉的气体的方法，所说的气体含有水蒸气、酸性污染物、固体颗粒和放射性重金属，此方法包括冷却气体的步骤和过滤气体的步骤，其特征在于：气体是在固体颗粒的过滤和收集之前，在冷却冷凝器中冷却到低于其露点的温度，来收集含在冷凝物中的放射性重金属以及含在气体中的酸性污染物和可溶性颗粒，其中处理冷凝物以便沉淀放射性重金属并回收直接进入用于回收盐和水的结晶装置的水溶液而且从冷却冷凝器排出的气体被加热，并接着直接进入用于在净化气体排放回大气之前回收固体颗粒的单独的过滤器，所说结晶装置产生的水在此设备中被循环利用。
在本发明的一个实施例中，气体是通过与喷射到温度接近其露点的冷却区域的水溶液接触冷却的，并通过与温度低于其露点的冷凝热交换器接触冷却。
在一个选择的实施方案中，气体通过与喷射到冷却区域的水溶液接触，冷却到接近其露点的温度，并接着将这种气体与喷射到洗气塔的水溶液直接接触，并通过热交换器将温度保持在低于所说气体露点的温度，结果将重金属从气体中通过冷凝作用混同气体中所含酸性污染物和可溶性颗粒一起被去除。
本发明的其它特征和优点可从下面本发明非限定性实施方案的详细说明和附图的分析中看出，其中：
-图1是装配了表面型冷凝器的本发明净化设备的第一实施方案的简略方块图，
-图2是装配了混合型冷凝器的本发明净化设备第二实施方案的简略方块图，
-图3是图2实施方案的冷却冷凝器的详细图示。
图1所示的设备是用于处理来自如核工业、医院和大学的轻度放射性废物的焚烧炉3的流程1的气体。焚烧炉3优选的类型包括一个在其中用等离子炬熔化废物的杓或一个用于玻璃化的电燃烧器。被处理的气体载有固体颗粒和放射性重金属。它们含有在焚烧废物过程中形成的水蒸气和如氢卤化物的酸性污染物以及有机污染物。气体的温度高达1250℃。
流程1的气体进入冷却冷凝器，此冷却冷凝器设有水溶液喷射入其中将气体快速冷却至接近其露点温度的冷却区域6。从冷却区域6排出的气体进入冷凝器100，在此将气体冷却至低于其露点的温度，结果当含在其中的水蒸气冷凝时，放射性重金属就从气体中提取出来，同时收集气体载带的酸性污染物和可溶性固体颗粒。
在图1的实施方案中，冷凝器100是表面型冷凝器，包括用于在气体和冷却介质之间进行热交换的热交换器106，冷却介质在101从冷却装置102流出，进入温度低于露点的交换器106，再在103回到冷却装置102。在与交换器106接触形成的冷凝产物通过环路104进入冷却区域6，在此它们与通过冷却区域6的气体接触，将其温度突然降低，即将其骤冷至接近其露点的温度。在这个骤冷过程中，重金属不被气体载带的固体颗粒吸附。环路104包括用于在108回收固体颗粒的澄清器是有利的，固体颗粒优选进入焚烧炉进行熔化和玻璃化。
清洗环路105的设置是为了在放射性重金属或其它污染物的浓度高时，为了沉淀放射性重金属，抽出冷凝产物，使其在31通过阀门32接收试剂33，如苏打、絮凝剂和降低可溶性的试剂进入处理装置30。将沉淀通过过滤提取，在34回收经过辐射的滤料块。这种去除了沉淀的水溶液含有在中和溶解在冷凝物中的酸性污染物和可溶性颗粒的过程中形成的盐。这种水溶液在35进入盐结晶设备36，由此将水在37回收，进入分配网38，用于设备2的再循环。还回收了可用于工业的结晶盐41。将滤料块34在43包装贮藏。结晶装置包括两级是有利的。第一级是由强制循环浓缩器组成，第二级由蒸发结晶器组成。
从冷凝器100排出的净化气体通过加热器300，此处描述的实施例中的加热器包括丙烷燃烧器301，将其加热到使其负载的固体颗粒干燥的温度，并吸收在盐结晶作用中产生的水分，这些水分通过与网38相连的进料22返回到区域6；因此设备2不产生任何液态流出物。
从加热器300排出的气体，穿过热交换器400再接着进入过滤器200是有利的。热交换器400是用来在净化气体排放回大气之前，在302从加热器300排出的热气体和穿过过滤器200的净化气体之间进行热交换。热交换器400避免了温度不稳定，这种不稳定会损坏在加热器300出口一侧的过滤器200，还避免了在净化气体通过烟筒排放回大气时形成白烟流。
用于阻滞气体载带的固体颗粒的过滤器200是单独的过滤器，例如高效两级过滤器。被过滤器200阻滞的基本上不含放射性重金属的固体颗粒是在201被回收，并进入焚烧炉3进行熔化和玻璃化是有利的。由于有加热器300，到达过滤器200的固体颗粒不再湿润，这就避免了过滤器的堵塞。从过滤器200出来的净气体优选进入脱硫装置500，来自分配网38的循环水在501，碱性添加剂如苏打在502通过已知方法进入脱硫装置500，形成碱性洗涤溶液。净化气体在503从脱硫装置500排出，进入交换器400，并在穿过交换器之后，通过通风器505返回大气；用于分散碱性洗气溶液的清洗液在504进入处理装置30。
在图1的实施方案中，冷凝器100包括用于通过与交换器表面接触来冷却气体的热交换器106。作为这种方案的一个选择，如图2和3所示，特别是如果要处理的气体载有较高浓度的固体颗粒，采用包括喷射塔7的混合型冷凝器是有利的，在喷射塔7中，气体与温度保持在低于气体露点的喷射水溶液直接接触，结果在收集含在气体中的酸性污染物和可溶性固体颗粒的同时，通过混合冷凝作用将重金属从气体中提取。
最初来自分配网38并且温度保持在低于气体露点的水溶液8，以与气流相反的方向喷射到塔7中。更确切的说是，水溶液8通过为在塔7中形成液体帘而设置的交错排列的喷嘴9，以已知的方法喷射。气体连续通过喷射的水溶液帘和水蒸气，通过与水溶液8的细液滴接触而含有冷凝物，即被吸收的酸性污染物。通过这种方式，几乎所有的放射性重金属都被收集在这样形成的酸性冷凝物中。水溶液的酸性促使了放射性重金属的脱除，这是由含在要净化气体中的酸性气体在水溶液中的溶解作用引起的。
喷嘴9由加料环路12加料，加料环路12包括输送来自塔7(在10)底部水溶液的泵11和在泵11出口侧的热交换器13。与喷嘴9串联的阀门14是用来将通过每个喷嘴的流量调节到所需值。
热交换器13用于在加料环路12中流动的水溶液和二级冷却环路15中流动的水之间进行热交换，冷却环路15的温度本身要低于要喷射水溶液所需的温度。在此本身是已知的方法中，塔7的上部装配用于阻挡在21处离开塔的气体输送的液滴的除雾器(devesiculizer)20。当在通过其的压头损失超过给定的数值时，这种除雾器20通过用水由通过阀门42与分配网38连接的喷嘴41对其进行喷射而被净化。
冷却区域6能够使用由其材料的耐温性低于区域6所需耐湿性的材料构成的塔7的构造，其暴露在高温气体中。这就减少了设备的总费用。水溶液通过一个或多个喷嘴16喷射到区域6。如上所说，喷嘴16优选由环路29加料，环路29包括用于将水溶液8经塔7底部的出口18从塔7输送的泵17，其在前述出口10的下面，是为了抽出聚集在塔7底部的固体残留物。在泵17进口侧的澄清器45在46回收了这些固体残留物，从46它们进入焚烧炉3进行熔化和玻璃化。这种冷却的气体和由喷嘴16喷射的溶液在19离开区域6经喷嘴9沿切线进入塔7。
大部分水溶液8流入闭合环路。但是，如果在溶液中从气体中提取的放射性重金属或其它污染物浓度高，在必要时，洗涤环路23就会用喷嘴16接受来自循环水供给22的补充料，通过溢流抽出溶液。加料22一端与分配网38相连，另一端由阀门24与在喷嘴16上游环路23上的点25相连，并通过止回阀26与泵17分离。排入高于出口10和18水平的塔7的洗涤环路23，能够抽出从气体，并且如果需要从烃和物料的悬浮液中分离出的酸性污染物和重金属。喷嘴41从供给网38加循环水，来补充塔7的水溶液损失，特别是在如果抽出的量大于含在冷凝气体中水蒸气的量时。塔的斜底面装配了歧管27，在设备启动之前由阀门28往其中压入低压压缩空气来搅拌水溶液8。
进入脱硫装置500的湿润气体的低温，利于获得高的脱硫效果，和相当低的残余SO2含量，如几个ppm的水平。
最后，本发明提供了一个有效的方法来脱除酸性污染物、固体颗粒和其中带有极少量通过处理气体而产生的放射性固体残留物的放射性重金属。当然，在没有超出本发明范围情况下，冷却-冷凝器可以完全装在塔7中，例如塔7的第一部分完全可以起冷却区域6的作用。脱硫装置也可以装在塔7的上部，塔7还可装配一个板，用来分离气体和碱性洗涤溶液。逆流喷射塔7也可以用一个协流塔代替。
本发明的设备通过避免液态流出物的产生而有利的减小了污染物转移的危险，这是借助回收可循环利用水的结晶装置36和脱除过量的以水蒸气形式进入大气中的水的加热器300来实现的。
在冷却区域6中气体的快速冷却防止了放射性重金属在固体颗粒上的吸附，和有机污染物如二喔星和呋喃的形成。
由于气体从冷凝-冷却器出来时处于低温，尤其是在约30℃，此设备同样可以高效地收集污染物如气态汞。

Claims (10)

1.净化来自轻度放射性废物焚烧炉(3)的气体(1)的方法，所说的气体含有水蒸气、酸性污染物、固体颗粒和放射性重金属，此方法包括冷却气体的步骤和过滤气体的步骤，其特征在于：这种气体是在固体颗粒的过滤或收集之前在低于其露点温度的冷却冷凝器(6，100；6，7)中被冷却的，收集冷凝物中的放射性重金属，同时收集含在气体中的酸性污染物和可溶性颗粒，处理此冷凝物来沉淀放射性重金属，并回收水溶液，为回收盐和水使此水溶液进入结晶装置(36)，并且从冷却-冷凝器出来的气体被加热，接着在净化气体返回大气之前进入用于回收固体颗粒的单独过滤器(200)，从所说结晶装置出来的水在此设备中被回收利用。
2.根据权利要求1所说的方法，其特征在于：气体(1)是通过与喷射到冷却区域(6)的水溶液接触冷却到接近其露点的温度，再与冷凝换热器(106)接触冷却到低于其露点的温度。
3.根据权利要求1所说的方法，其特征在于：气体(1)是通过与喷射到冷却区域(6)的水溶液接触冷却到接近其露点的温度，再使气体直接与喷射到洗气塔(7)的水溶液接触，并通过热交换器(13)保持在低于气体露点的温度，结果通过混合冷凝作用将重金属从气体中分离，同时收集气体中的酸性污染物和可溶性固体颗粒。
4.根据权利要求1到3中任意一个所说的方法，其特征在于：在净化气体(503)排放回大气之前，被进入过滤器(200)的热气体加热。
5.用于净化来自轻度放射性废物焚烧炉(3)的气体(1)的设备，所说的气体含有水蒸气、酸性污染物、固体颗粒和放射性重金属，其特征在于其中包括：
-一个冷却-冷凝器(6，100；6，7)，用于在固体颗粒的过滤或收集之前将气体冷却至低于其露点的温度，收集气体中酸性污染物和可溶性固体颗粒以及冷凝物中的放射性重金属，
-一个处理冷凝物的装置(30)，用于使放射性重金属沉淀，以回收放射性沉淀和水溶液，
-一个盐结晶装置(36)，用于结晶含在所说水溶液中的盐，并回收有待于设备(2)中循环的水，
-一个加热器(300)，用于提高从冷却-冷凝器排出气体的温度，和
-一个单独的过滤器(200)，用于回收净化气体排放回大气之前在加热器出口侧的固体颗粒。
6.根据权利要求5所说的设备(2)，其特征在于：冷却-冷凝器包括气体进入其中的洗气塔(7)和装置(11，12，14，9)，这些装置是用于在塔的底部抽出水溶液，并在其在热交换器(13)中被冷却之后再加入到塔中，与温度低于其露点的气体接触，这样通过混合冷凝作用将放射性重金属从气体中分离，同时收集气体中的酸性污染物和可溶性颗粒。
7.根据权利要求6所说的设备(2)，其特征在于：它进一步包括气体在进入塔(7)之前通过其中的用于冷却气体的区域(6)，和用于将从塔(7)底部抽出的水溶液喷射到所说区域的装置(29)，以这种方式喷射的水溶液从冷却区域随气体排出。
8.根据权利要求7所说的设备(2)，其特征在于：喷射到所说区域(6)的水溶液从塔(7)的底部从在低于用于将水溶液(8)喷射到塔(7)的出口(10)之下的出口(18)抽出，并且通过用于去除含在气体中的固体残留物的澄清器(45)。
9.根据权利要求5到8中任意一个所说的设备(2)，其特征在于：它包括热交换器(400)，用于在净化气体排放回大气之前通过热交换用进入过滤器(200)的热气体将其加热。
10.根据权利要求5到9中任意一个所说的设备(2)，其特征在于：它在过滤器(200)的出口侧包括一个脱硫装置(500)。
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