CN117253641A - 一种含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，包括吸附阱、调温结构和过滤膜，所述吸附阱具有尾气进口和尾气出口；所述调温结构用于控制所述吸附阱内的温度，以使高温尾气进入吸附阱后所携带的核素Cs能够冷凝呈液态；所述过滤膜设置于所述吸附阱内，且隔离在尾气进口和尾气出口之间，以拦截液态核素Cs和粉尘颗粒。在上述方案中，由于在吸附阱内设置了过滤膜，同时采用调温结构控制吸附阱内的温度，当高温尾气由尾气进口进入吸附阱后，尾气温度会下降，这样核素Cs会冷凝呈液态，与尾气中的粉尘颗粒一起被过滤膜捕集，从而实现对尾气的深度净化。

Description

一种含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置

技术领域

本发明涉及核设施放射性废物处理技术领域，具体涉及一种含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置。

背景技术

核电站产生的放射性有机废物包括有废树脂、废油等，废树脂长期以来通过水泥固化处理，废油只能暂存。国内外对放射性有机废物的处理技术开展相关研究，并开展工程试验，倾向于通过热处理手段将有机物无机化并减容，以缓解有机废物的不安全性。铯是一种存在于放射性有机物中的典型核素，其中¹³⁷Cs是裂变产物，半衰期为30.17年，¹³⁴Cs是裂变产物，半衰期为2.06年。核素Cs沸点(约671℃)相对较低，在热处理过程中会挥发并附着在气溶胶上，随之扩散至大气中。因此，对含核素Cs的高温尾气的深度净化是放射性有机废物热处理技术工程应用的难点。

发明内容

本发明目的在于：针对在放射性有机废物热处理过程中产生的含核素Cs的高温尾气净化问题，提供一种含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，通过设置吸附阱实现对尾气温度的控制和核素Cs的吸附，防止核素Cs随尾气扩散至大气中。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明提供了一种含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，包括吸附阱、调温结构和过滤膜，所述吸附阱具有尾气进口和尾气出口；所述调温结构用于控制所述吸附阱内的温度，以使高温尾气进入吸附阱后所携带的核素Cs能够冷凝呈液态；所述过滤膜设置于所述吸附阱内，且隔离在尾气进口和尾气出口之间，以拦截液态核素Cs和粉尘颗粒。

在上述方案中，由于在吸附阱内设置了过滤膜，同时采用调温结构控制吸附阱内的温度，当高温尾气由尾气进口进入吸附阱后，尾气温度会下降，这样核素Cs会冷凝呈液态，与尾气中的粉尘颗粒一起被过滤膜捕集，从而实现对尾气的深度净化。

在一些实施例中，所述调温结构用于将所述吸附阱内的温度控制在150-350℃。通过将吸附阱内的温度控制在上述范围，这样尾气中的水蒸气不会发生冷凝结水的现象，可以使过滤膜的过滤效率不受到尾气中水蒸气的影响。

在一些实施例中，所述调温结构包括测温元件和加热层，所述测温元件用于检测所述吸附阱内的温度，所述加热层环绕设置于所述吸附阱外，并根据所检测的温度情况启停。如此设置，当吸附阱内温度降至预设值时，则可以通过加热层对吸附阱加热，使其内部温度升高；当温度升高至预设值时，则可以关闭加热层停止加热。

在一些实施例中，所述加热层为陶瓷电加热带。

在一些实施例中，所述调温结构还包括保温层，所述保温层环绕设置于所述加热层外。通过设置保温层，可以减少热量散失到外界环境中，这样更有利于将吸附阱内的温度控制在预设的温度范围内。

在一些实施例中，所述保温层包括由内向外依次环绕设置的第一保温层和第二保温层，所述第一保温层为导热流体保温层，所述第二保温层为隔热材料保温层。通过采用双保温层结构，可以进一步提高保温效果。

在一些实施例中，所述第一保温层为氮气保温层。

在一些实施例中，所述第二保温层为隔热棉保温层。

在一些实施例中，还包括除尘结构，所述除尘结构包括超声波组件，所述超声波组件通过超声波对所述过滤膜上附着的尘垢产生振动作用。通过设置超声波，可以使附着在过滤膜上的尘垢(凝结成团的粉尘颗粒)物理形态发生变化，过滤膜上的尘垢在振动作用下松散、分离、破碎，大大缓解滤孔周围的粉尘堵塞现象，同时有助于尘垢脱落，从而减少过滤膜的维护工作。

在一些实施例中，所述超声波组件包括超声波发生器和超声波换能器，所述超声波换能器设置于所述吸附阱上。

在一些实施例中，所述除尘结构还包括脉冲吹气组件，所述脉冲吹气组件用于对所述过滤膜上背离尘垢的一侧进行吹气。通过设置脉冲吹气，过滤膜上的尘垢在超声波振动作用下松散、分离、破碎后，在脉冲气体的反吹作用下加速尘垢脱离过滤膜。

在一些实施例中，所述脉冲吹气组件包括脉冲阀和吹气嘴，所述吹气嘴伸入所述吸附阱内。

在一些实施例中，所述除尘结构还包括粉尘收集器，所述粉尘收集器可拆卸地设置于所述吸附阱内，且位于所述过滤膜的下方，以收集过滤膜上掉落的尘垢。

在一些实施例中，所述过滤膜为耐高温耐腐蚀的金属过滤膜。

在一些实施例中，所述过滤膜有多张且沿尾气流动路径间隔布置。这样设计可以实现对尾气中的核素Cs和固态颗粒进行多层拦截，从而提高对尾气的净化效果。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、通过在吸附阱内设置了过滤膜，同时采用调温结构控制吸附阱内的温度，当高温尾气由尾气进口进入吸附阱后，尾气温度下降使核素Cs冷凝呈液态，并与尾气中的粉尘颗粒一起被过滤膜捕集，实现对尾气的深度净化，且装置结构简单，操作方便，实用性强，对高温尾气中携带的核素Cs吸附率大于99％；

2、通过对吸附阱设置除尘结构，采用超声波和脉冲吹气方式，可以使附着在过滤膜上的尘垢在超声波振动作用下松散、分离、破碎，然后在脉冲气体的反吹作用下加速尘垢脱离过滤膜，可以缓解滤孔周围的粉尘堵塞现象，减少停工检修的频率，可减少人员接触放射性，同时减少过滤膜的更换频率，降低耗材和人工的成本，有助于延长深度净化装置的连续运行时间和使用寿命，达到稳定运行不易堵孔的功能需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为本发明中的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置示意图；

图2为本发明中的吸附阱壳体结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-壳体，1a-内壳，1b-第一隔层，1c-第二隔层，1d-外壳，2-尾气进口，3-尾气出口，4-过滤膜，5-测温元件，6-加热层，7-第一保温层，8-第二保温层，9-超声波换能器，10-声波入口，11-脉冲阀，12-吹气入口，13-粉尘收集器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：存在A，同时存在A和B，存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

实施例

请参照图1和图2，本申请实施例中提供的一种含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，包括吸附阱、调温结构和过滤膜4，所述吸附阱具有尾气进口2和尾气出口3；所述调温结构用于控制所述吸附阱内的温度，以使高温尾气进入吸附阱后所携带的核素Cs能够冷凝呈液态；所述过滤膜4设置于所述吸附阱内，且隔离在尾气进口2和尾气出口3之间，以拦截液态核素Cs和粉尘颗粒。

吸附阱具有筒状的壳体1，尾气进口2和尾气出口3设置于壳体1上且与壳体1内腔连通。过滤膜4设置于所述壳体1内，且过滤膜4的周缘与壳体1内壁形成密封，以防止尾气泄漏，确保所有尾气都要经过过滤膜4而被净化。

高温尾气通过尾气进口2进入吸附阱内，经过滤膜4后由尾气出口3排走。为了使高温尾气在吸附阱内具有一定的停留时间，尾气进口2和尾气出口3采用高低错位的方式相对布置在壳体1的侧面。尾气进口2可以靠近吸附阱底部设置，而尾气出口3可以靠近吸附阱顶部设置。

通常利用蒸汽重整技术对放射性有机废物进行热处理，其原理是在高温蒸汽的作用下，有机物与水蒸气发生重整反应分解产生无机产物的过程，反应温度在750℃左右。由于核素Cs沸点(约671℃)相对较低，在热处理过程中会挥发并附着在气溶胶上，随之扩散至大气中。气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统。

通过在吸附阱内设置了过滤膜，同时采用调温结构控制吸附阱内的温度，当高温尾气由尾气进口进入吸附阱后，尾气温度会下降，这样核素Cs会冷凝呈液态，与尾气中的粉尘颗粒一起被过滤膜捕集，从而实现对尾气的深度净化。

根据本申请的一些实施例，所述调温结构用于将所述吸附阱内的温度控制在150-350℃。利用蒸汽重整方法处理放射性有机废物产生的尾气中水蒸气含量较高(约50％)，为确保过滤膜的过滤效率不受到尾气中水蒸气的影响，将吸附阱内的温度控制在150-350℃，可以使尾气中的核素Cs冷凝呈液态，被过滤膜捕集。通过将吸附阱内的温度控制在上述范围，这样尾气中的水蒸气不会在吸附阱内发生冷凝结水的现象。

根据本申请的一些实施例，所述调温结构包括测温元件5和加热层6，所述测温元件5用于检测所述吸附阱内的温度，所述加热层6环绕设置于所述吸附阱外，并根据所检测的温度情况启停。如此设置，当吸附阱内温度降至预设值时，则可以通过加热层对吸附阱加热，使其内部温度升高；当温度升高至预设值时，则可以关闭加热层停止加热。

示例性的，测温元件5可以为温度传感器，安装时温度传感器的探头端伸入吸附阱内，温度传感器可以通过控制器与加热层6电连接。

在深度净化装置工作过程中，通过温度传感器实时检测吸附阱内的温度状况，当吸附阱内腔的温度低于150℃时，由控制器控制加热层开始加热不断升温，通过热传导方式将产生的热量传至内腔壁面，再通过热辐射将热量传至气体，使其温度不断上升；当温度高于350℃时，由控制器控制加热层停止加热。

根据本申请的一些实施例，所述加热层6为陶瓷电加热带。这种加热带具有挠性，可以很好地随吸附阱外形进行弯曲，以包覆在吸附阱外对其进行加热。同时，陶瓷电加热带的热态绝缘性能好，热辐射性能好，加热效率高。

根据本申请的一些实施例，所述调温结构还包括保温层，所述保温层环绕设置于所述加热层6外。通过设置保温层，可以减少热量散失到外界环境中，这样更有利于将吸附阱内的温度控制在预设的温度范围内。

根据本申请的一些实施例，所述保温层包括由内向外依次环绕设置的第一保温层7和第二保温层8，所述第一保温层7为导热流体保温层，所述第二保温层8为隔热材料保温层。通过采用双保温层结构，可以进一步提高保温效果。

根据本申请的一些实施例，所述第一保温层7为高温氮气保温层。具体可以通过氮气预热器将氮气加热至一定温度，然后注入壳体外的夹套腔中，从而实现保温效果。

根据本申请的一些实施例，所述第二保温层8为耐高温隔热棉保温层。采用隔热棉包覆的方式形成保温，成本低且容易实施。

根据本申请的一些实施例，所述吸附阱的壳体1可以为多层结构，以便于形成上述加热层、第一保温层和第二保温层。

示例性的，壳体1可以包括由内向外依次套设的内壳1a、第一隔层1b、第二隔层1c和外壳1d，这样在内壳1a到外壳1d之间由内向外依次形成环形的第一腔、第二腔和第三腔。其中，第一腔内设置有陶瓷电加热带形成所述加热层6，第二腔内循环注入有高温氮气形成所述第一保温层7，第三腔内填充有隔热棉形成所述第二保温层8。

根据本申请的一些实施例，所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置还包括用于清理过滤膜上尘垢的除尘结构，所述除尘结构包括超声波组件，所述超声波组件通过超声波对所述过滤膜4上附着的尘垢产生振动作用。

通过设置超声波，可以使附着在过滤膜上的尘垢(凝结成团的粉尘颗粒)物理形态发生变化，过滤膜上的尘垢在振动作用下松散、分离、破碎，大大缓解滤孔周围的粉尘堵塞现象，同时有助于尘垢脱落，从而减少过滤膜的维护工作。

根据本申请的一些实施例，所述超声波组件包括超声波发生器(未示出)和超声波换能器9，所述超声波换能器9设置于所述吸附阱上。

需要说明的是，超声波换能器9可以设置于吸附阱的顶部，且声波入口10位于过滤膜4上朝向尾气进口2的一侧，以便发出的超声波能够对过滤膜4上附着尘垢产生振动作用。同时，超声波换能器9可以通过控制器来启停。

根据本申请的一些实施例，所述除尘结构还包括脉冲吹气组件，所述脉冲吹气组件用于对所述过滤膜4上背离尘垢的一侧进行吹气。通过设置脉冲吹气，过滤膜上的尘垢在超声波振动作用下松散、分离、破碎后，在脉冲气体的反吹作用下加速尘垢脱离过滤膜。

根据本申请的一些实施例，所述脉冲吹气组件包括脉冲阀11和吹气嘴，所述吹气嘴伸入所述吸附阱内。吹气嘴可以设置于吸附阱的顶部，且吹气入口12位于过滤膜4上朝向尾气出口3的一侧，以便利用气体反吹使尘垢脱离过滤膜4。

需要说明的是，吹气嘴可以采用垂直向下的吹气方式。脉冲阀11可以通过控制器来开关，以控制吹气嘴是否吹气。同时可以采用高温氮气作为反吹气体，可以加热尘垢使其软化更易脱落。采用氮气预热器将氮气进行加热升温至一定温度后，高温氮气既可用于第一保温层中，也可用于脉冲吹气中。

根据本申请的一些实施例，所述除尘结构还包括粉尘收集器13，所述粉尘收集器13可拆卸地设置于所述吸附阱内，且位于所述过滤膜4的下方，以收集过滤膜上掉落的尘垢。

本实施例中，可以根据净化装置的工作情况进行除尘操作，具体可以设定声波振动和脉冲反吹的工作时间和频率。

例如，当净化装置运行到预先设定的时间后，尾气管路的阀门断开，超声波换能器开始工作，在超声波的机械作用下振动，粘结在滤孔上的粉尘振动、破碎、分离，并在脉冲反吹风的作用下离开过滤膜表面，而后在重力的作用下掉入可拆卸的粉尘收集器中。

根据本申请的一些实施例，所述过滤膜4为耐高温耐腐蚀的金属过滤膜。由于吸附阱内的温度控制在150-350℃，采用耐高温耐腐蚀的金属过滤膜可以具有较好的使用寿命。

根据本申请的一些实施例，所述过滤膜4有多张且沿尾气流动路径间隔布置。这样设计可以实现对尾气中的核素Cs和固态颗粒进行多层拦截，从而提高对尾气的净化效果。示例性的，在吸附阱内间隔设置三张过滤膜4，尾气进入吸附阱后，依次通过这三张过滤膜，从而将尾气中的核素Cs以及粉尘颗粒捕集。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，包括吸附阱、调温结构和过滤膜，所述吸附阱具有尾气进口和尾气出口；所述调温结构用于控制所述吸附阱内的温度，以使高温尾气进入吸附阱后所携带的核素Cs能够冷凝呈液态；所述过滤膜设置于所述吸附阱内，且隔离在尾气进口和尾气出口之间，以拦截液态核素Cs和粉尘颗粒。

2.根据权利要求1所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，所述调温结构用于将所述吸附阱内的温度控制在150-350℃。

3.根据权利要求1所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，所述调温结构包括测温元件和加热层，所述测温元件用于检测所述吸附阱内的温度，所述加热层环绕设置于所述吸附阱外，并根据所检测的温度情况启停。

4.根据权利要求3所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，所述加热层为陶瓷电加热带。

5.根据权利要求3所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，所述调温结构还包括保温层，所述保温层环绕设置于所述加热层外。

6.根据权利要求5所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，所述保温层包括由内向外依次环绕设置的第一保温层和第二保温层，所述第一保温层为导热流体保温层，所述第二保温层为隔热材料保温层。

7.根据权利要求6所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，所述第一保温层为氮气保温层。

8.根据权利要求6所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，所述第二保温层为隔热棉保温层。

9.根据权利要求1所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，还包括除尘结构，所述除尘结构包括超声波组件，所述超声波组件通过超声波对所述过滤膜上附着的尘垢产生振动作用。

10.根据权利要求9所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，所述超声波组件包括超声波发生器和超声波换能器，所述超声波换能器设置于所述吸附阱上。

11.根据权利要求9所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，所述除尘结构还包括脉冲吹气组件，所述脉冲吹气组件用于对所述过滤膜上背离尘垢的一侧进行吹气。

12.根据权利要求11所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，所述脉冲吹气组件包括脉冲阀和吹气嘴，所述吹气嘴伸入所述吸附阱内。

13.根据权利要求9所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，所述除尘结构还包括粉尘收集器，所述粉尘收集器可拆卸地设置于所述吸附阱内，且位于所述过滤膜的下方，以收集过滤膜上掉落的尘垢。

14.根据权利要求1所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，所述过滤膜为耐高温耐腐蚀的金属过滤膜。

15.根据权利要求1所述的含放射性核素Cs高温尾气的深度净化装置，其特征在于，所述过滤膜有多张且沿尾气流动路径间隔布置。