CN204392677U - 一种用于放射性固体废物处理的电弧等离子体发生器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于放射性固体废物处理的电弧等离子体发生器系统，包括：等离子体发生器、冷却水供应与流量调节系统、气体供应与流量调节系统、发生器电源以及控制与保护装置，其中，所述冷却水供应与流量调节系统、气体供应与流量调节系统、发生器电源以及控制与保护装置分别与所述等离子体发生器相连，所述冷却水供应与流量调节系统、气体供应与流量调节系统以及发生器电源分别与所述控制与保护装置相连。本实用新型整个系统安全性、可靠性高，特别适用于高危险性的废物处理，尤其是放射性废物处理。

Description

一种用于放射性固体废物处理的电弧等离子体发生器系统

技术领域

本实用新型涉及核废物处理领域，尤其涉及一种用于放射性固体废物处理的电弧等离子体发生器系统。

背景技术

目前，核电站及核工业领域广泛采用的固体废物处理方法有压缩、超级压缩、水泥固化、焚烧等。中废物固化处理主要靠搅拌器搅拌完成，随着水泥固化对增容要求越来越高，等离子体放射性废物处理技术能够对放射性废物进行减容、减重和稳定化，被认为是处理放射性废物的有效手段。

等离子体是含有足够数量的自由带电粒子，而总体上呈电中性的非凝聚系统，为物质存在的第四态。热等离子体是低温等离子体的一种，具有统一的热力学温度，基本达到热力学平衡状态。热等离子体主要是由高强度直流电弧放电或者高频感应耦合放电产生。热等离子体温度可维持在1×103K～2×104 K。与其他热源相比，热等离子体具有更高的能量密度，可促使许多吸热反应发生，也可加热、熔化各种高熔点材料。

电弧等离子体处理技术可适用于大多数中低放射性废物处置，尤其适用于不可燃废物的处理。对于有机废物，热等离子体的高温可使有机成分分解，分解后的小分子气体在有氧的环境下进一步燃烧。对于无机废物，热等离子体的高温使无机成分熔融，冷却后形成均匀固化体，从而包容放射性核素。这种固化体可以直接处置。与其他热处理技术相比，热等离子体处理技术具有以下突出优点：（1）温度和能量密度高，装置小而处理速度快；（2）可处理高熔点的难熔废物；（3）产生的烟气量较少；（4）可处理混合废物，降低了处理前对废物的分类要求。电弧等离子体技术处理放射性废物的可行性与可靠性已得到试验验证。

在等离子体放射性废物处理系统中，等离子体发生器是热源，是整个系统的核心。然而，现有技术中还没有对等离子体发生器进行有效控制和保护的方案。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种用于放射性固体废物处理的电弧等离子体发生器系统，以对等离子体发生器提供有效的控制和保护。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于放射性固体废物处理的电弧等离子体发生器系统，包括：

等离子体发生器、冷却水供应与流量调节系统、气体供应与流量调节系统、发生器电源以及控制与保护装置，其中，所述冷却水供应与流量调节系统、气体供应与流量调节系统、发生器电源以及控制与保护装置分别与所述等离子体发生器相连，所述冷却水供应与流量调节系统、气体供应与流量调节系统以及发生器电源分别与所述控制与保护装置相连。

其中，所述冷却水供应与流量调节系统包括冷却水容器、冷却水调节设备以及备用水箱，所述冷却水容器与所述冷却水调节设备相连，所述备用水箱与所述冷却水容器相连。

其中，在所述冷却水调节设备与所述等离子体发生器之间的管线上装有水压传感器，其水压传感信号将传送给所述控制与保护装置。

其中，所述气体供应与流量调节系统用于为所述等离子体发生器提供工作气体，包括压缩气体容器和气体调节设备，所述压缩气体容器与所述气体调节设备相连。

其中，在所述气体调节设备与所述等离子体发生器之间的管线上装有气压传感器，其气压传感信号将传送给所述控制与保护装置。

其中，所述工作气体包括氧化性、还原性或惰性气体。

其中，所述发生器电源受所述控制与保护装置控制启动或关停，用于为所述等离子体发生器供电。

其中，所述等离子体发生器包括阴极和阳极，所述阳极为一段或者多段，所述多段阳极各段之间以及各段与所述阴极之间保持电绝缘，在所述阴极与所述阳极之间形成电弧。

其中，所述等离子体发生器在功率范围30~150kW内连续可调。

其中，所述等离子体发生器的出水口装有水温传感器，其水温传感信号将传送给所述控制与保护装置。

本实用新型实施例能够实现等离子体发生器的远程启停与功率调节，降低人员到发生器附近的几率，从而降低人员的受辐照时间；冷却水流量自动调节，低水压自动断电，保护系统保证发生器稳定、可靠运行；设置备用水箱，保护发生器在全厂断电的极端情况下能够有效冷却；发生器工作气体与电源联锁，保护发生器不受损坏；整个系统安全性、可靠性高，特别适用于高危险性的废物处理，尤其是放射性废物处理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1是本实用新型实施例用于放射性固体废物处理的电弧等离子体发生系统的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的水路报警与保护示意图。

图3是本实用新型实施例的气路报警与保护示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本实用新型可以用以实施的特定实施例。本实用新型所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本实用新型，而非对本实用新型保护范围的限制。

请参照图1所示，本实用新型实施例提供一种用于放射性固体废物处理的电弧等离子体发生系统，包括：

等离子体发生器1、冷却水供应与流量调节系统2、气体供应与流量调节系统3、发生器电源4以及控制与保护装置5，其中，冷却水供应与流量调节系统2、气体供应与流量调节系统3、发生器电源4以及控制与保护装置5分别与等离子体发生器1相连，冷却水供应与流量调节系统2、气体供应与流量调节系统3以及发生器电源4分别与控制与保护装置5相连。

本实施例中，等离子体发生器1的功率范围为30~150kW，并且连续可调。其包括阴极和阳极，阳极为一段或者多段，多段阳极各段之间以及各段与阴极之间保持电绝缘。在阴极与阳极之间形成电弧，来自气体供应与流量调节系统3的工作气体从阴极和阳极之间通入等离子体发生器1，被电弧加热后形成等离子体射流，从阳极喷口喷出，用于对待处理废物进行加热。

冷却水供应与流量调节系统2用于提供闭式循环冷却水，包括冷却水容器21、冷却水调节设备22以及备用水箱23，冷却水容器21与冷却水调节设备22相连，冷却水容器21用于盛放冷却水并提供给冷却水调节设备22，冷却水调节设备22用于受控制与保护装置5的控制，调节冷却水的水压并将其注入等离子体发生器1，以对等离子体发生器1进行冷却。本实施例中冷却水的水压调节范围为0.2~0.6 MPa。在冷却水调节设备22与等离子体发生器1之间的管线上装有水压传感器，其水压传感信号将传送给控制与保护装置5。备用水箱23与冷却水容器21相连，作用在于当全厂断电后能自动补水到冷却水容器21，保证为等离子体发生器1提供至少1小时的冷却水量，远大于把等离子体发生器1撤离高温区的时间（通常小于10分钟）。

气体供应与流量调节系统3用于为等离子体发生器1提供工作气体，气体种类包括氧化性、还原性或惰性气体。气体供应与流量调节系统3包括压缩气体容器31和气体调节设备32，压缩气体容器31与气体调节设备32相连，用于盛放压缩气体并提供给气体调节设备32，气体调节设备32用于控制与保护装置5的控制，调节压缩气体的气压并将其输送到等离子体发生器1，然后被电弧加热形成等离子体射流。本实施例中，压缩气体的气压调节范围为0.3~0.6 MPa。在气体调节设备32与等离子体发生器1之间的管线上装有气压传感器，其气压传感信号将传送给控制与保护装置5。

发生器电源4受控制与保护装置5控制启动或关停，主要用于为等离子体发生器供电，包括高频部分和直流部分，具有“就地”和“远控”两种操作模式，“就地”适用于设备调试，“远控”适用于本实用新型实施例等离子体发生系统处理放射性废物的运行。

控制与保护装置5的控制功能主要体现在：（1）控制发生器电源4的启、停；（2）调节等离子体发生器1的冷却水和气体流量；

控制与保护装置5的保护功能主要体现在：

（1）实时监测：气体参数、冷却水参数、等离子体发生器1的电参数实时监测与记录；

（2）超温保护：等离子体发生器1的出水口温度信号，将被传送至控制与保护装置5，当温度高于温度阀值（例如65℃）时报警，并增大冷却水流量；

（3）失水保护：根据冷却水来水管线上的水压传感信号，当冷却水压力＜0.2 MPa时，关停发生器电源4；

（4）缺气保护：根据设置在气体调节设备32与等离子体发生器1之间的气压传感器的气压传感信号，当气体压力＜0.3 MPa时，发生器电源4自动停止工作或者无法启动发生器电源4。

请再参照图2所示，为本实用新型实施例的水路报警与保护示意图，当发生失水时，即冷却水压力＜0.2 MPa时，设置在冷却水调节设备22与等离子体发生器1之间的管线上的水压传感器将水压传感信号传送给控制与保护装置5，由其关停发生器电源4，确保等离子体发生器1安全稳定运行，保证设备、人员安全。当冷却水温度超过温度阀值（例如65℃）时，设置在等离子体发生器1的出水口处的水温传感器将水温传感信号传送给控制与保护装置5，控制与保护装置5控制冷却水调节设备22增大输入到等离子体发生器1的冷却水水量。

请再参照图3所示，为本实用新型实施例的气路报警与保护示意图，当发生缺气时，即气体压力＜0.3 MPa时，设置在气体调节设备32与等离子体发生器1之间的管线上的气压传感器将气压传感信号传送给控制与保护装置5，由其关停发生器电源4，确保等离子体发生器1安全稳定运行，保证设备、人员安全。

通过上述说明可知，本实用新型用于放射性固体废物处理的电弧等离子体发生系统，能够实现等离子体发生器的远程启停与功率调节，降低人员到发生器附近的几率，从而降低人员的受辐照时间；冷却水流量自动调节，低水压自动断电，保护系统保证发生器稳定、可靠运行；设置备用水箱，保护发生器在全厂断电的极端情况下能够有效冷却；发生器工作气体与电源联锁，保护发生器不受损坏；整个系统安全性、可靠性高，特别适用于高危险性的废物处理，尤其是放射性废物处理。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种用于放射性固体废物处理的电弧等离子体发生器系统，其特征在于，包括：

等离子体发生器、冷却水供应与流量调节系统、气体供应与流量调节系统、发生器电源以及控制与保护装置，其中，所述冷却水供应与流量调节系统、气体供应与流量调节系统、发生器电源以及控制与保护装置分别与所述等离子体发生器相连，所述冷却水供应与流量调节系统、气体供应与流量调节系统以及发生器电源分别与所述控制与保护装置相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却水供应与流量调节系统包括冷却水容器、冷却水调节设备以及备用水箱，所述冷却水容器与所述冷却水调节设备相连，所述备用水箱与所述冷却水容器相连。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述冷却水调节设备与所述等离子体发生器之间的管线上装有水压传感器，其水压传感信号将传送给所述控制与保护装置。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体供应与流量调节系统用于为所述等离子体发生器提供工作气体，包括压缩气体容器和气体调节设备，所述压缩气体容器与所述气体调节设备相连。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在所述气体调节设备与所述等离子体发生器之间的管线上装有气压传感器，其气压传感信号将传送给所述控制与保护装置。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述工作气体包括氧化性、还原性或惰性气体。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发生器电源受所述控制与保护装置控制启动或关停，用于为所述等离子体发生器供电。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述等离子体发生器包括阴极和阳极，所述阳极为一段或者多段，所述多段阳极各段之间以及各段与所述阴极之间保持电绝缘，在所述阴极与所述阳极之间形成电弧。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述等离子体发生器在功率范围30~150kW内连续可调。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述等离子体发生器的出水口装有水温传感器，其水温传感信号将传送给所述控制与保护装置。