CN206340352U - 一种放射性废物的处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种放射性废物的处理系统。所述处理系统包括依次连接的一固定床气化炉、一细灰分离设备、一二燃室、一急冷塔和一净化系统；固定床气化炉的炉顶、炉膛上段、炉膛下段和炉底分别设有一进料口、一粗燃气出口、一气体入口和一固化渣出料口，粗燃气出口与细灰分离设备相连，细灰分离设备的气体出口与二燃室连接，二燃室的气体出口与急冷塔连接，二燃室还设有一换热通道，换热通道包括一冷水入口管道和一热水出口管道，热水出口管道依次与一蒸汽发生器、一气体混合器和固定床气化炉的气体入口连接。本实用新型的处理系统将固定床气化技术与蒸汽重整技术相结合，能使放射性废物大幅减容并稳定固化核素。

Description

一种放射性废物的处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种放射性废物的处理系统。

背景技术

放射性废料的处置安全要求高，费用昂贵并高度取决于被处置废料的体积。其中常见的有机废物包括：放射性树脂、可燃干废物和化学废液等，成分形态复杂。因此，可靠性、减容比和适应性是评价放射性废料处理工艺的重要指标。

固化工艺通过选择稳定性很高的固化介质，通过高温等条件与放射性废物生成类矿物物质，固定放射性核素。该方法能在极长的时间内固定放射性核素，是放射性废物安全处置的关键。其优点包括：浸出率低、包容比大，抗辐射性能良好，是目前公认最好的高放废物处理发展方向。

位于美国田纳西的蒸汽重整技术THOR采用流化床技术集中处理放射性废料，单套装置为100吨/年的规模。目前，流化床技术存在着对原料要求严格，易磨损，飞灰量大，温度低，设备和操作复杂等缺点。

我国由于交通等条件限制，适合于采用在核电站、核燃料加工厂和相关科研单位等就近分散处理的方法。所以，需要一种操作灵活、简单可靠的放射性废物处理技术。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有的放射性废物的处理方法存在的对原料要求严格，易磨损，飞灰量大，温度低，设备和操作复杂的缺陷，提供一种放射性废物的处理系统。所提供的处理系统高效、节能、简便、安全，为放射性废物的安全处置、核能的可持续发展提供了重要保障。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本实用新型提供了一种放射性废物的处理系统，其特点在于，所述处理系统包括依次连接的一固定床气化炉、一细灰分离设备、一二燃室、一急冷塔和一净化系统；所述固定床气化炉的炉顶、炉膛上段、炉膛下段和炉底分别设有一进料口、一粗燃气出口、一气体入口和一固化渣出料口，所述粗燃气出口与所述细灰分离设备相连，所述细灰分离设备的气体出口与所述二燃室连接，所述二燃室的气体出口与所述急冷塔连接，所述二燃室还设有一换热通道，所述换热通道包括一冷水入口管道和一热水出口管道，所述热水出口管道依次与一蒸汽发生器、一气体混合器和固定床气化炉的气体入口连接，所述蒸汽发生器用于产生过热蒸汽，所述气体混合器用于将过热蒸汽和氧气混合均匀后，送至固定床气化炉的气体入口。

下面，对固定床气化炉的结构作进一步描述：

所述的固定床气化炉较佳地为耐火砖固定床气化炉。采用耐火砖可以较经济地提高设备寿命、降低热损失。

所述的进料口、所述的固化渣出料口较佳地设于所述固定床气化炉的炉身的中心轴向上。其中，所述的固化渣出料口较佳地还与一固化渣收集装置直接相连。

所述的进料口的正下方较佳地还设有一分布器，所述分布器的结构为本领域常规结构，其用于提高气化过程中物料与气化气体的接触面积。

所述的固化渣出料口的正上方、所述炉膛的中下段较佳地还设有一炉箅，所述炉箅与所述气体入口相连通，所述炉箅的结构为本领域常规结构，其用于使从固定床气化炉的气体入口进入的气化气体在炉箅上均匀分布，然后参与化学反应。

其中，所述细灰分离设备较佳地还设有一细灰出口。所述的细灰分离设备较佳地为一旋风分离器，其用于初步分离粗燃气中的细灰。

其中，按照本领域常识，所述的二燃室还设有一空气入口管道，用于为燃烧过程提供空气。所述二燃室的换热通道的作用是使燃烧过程产生的热量被重新利用，使水加热为热水。

其中，所述蒸汽发生器用于将热水转换为过热蒸汽。

其中，所述的急冷塔用于为从二燃室的气体出口得到的烟气快速降温，防止产生二噁英。

较佳地，所述的气体混合器还设有一氧气入口。所述气体混合器与所述固定床气化炉的气体入口连接，用于将蒸汽发生器产生的过热蒸汽与氧气的混合气体，作为气化气体，送至所述固定床气化炉中参与气化反应。

下面，对净化系统作进一步介绍：

较佳地，所述的净化系统包括依次连接的一除尘器、一洗涤塔和一烟囱。其中，所述洗涤塔用于进一步除去烟气中的可溶性物质和细颗粒。

其中，较佳地，所述的除尘器为一陶瓷过滤膜或一布袋除尘器。

其中，较佳地，所述洗涤塔与所述烟囱之间还设有一辐射监测设备，用于检测排放的尾气是否达标。

其中，所述烟囱为本领域常规设备，较佳地，其设有一合格烟气出口。

上述方案中，所述的“连接”具有本领域常规含义，均指以工艺管线的方式连接。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型利用固定床气化炉对放射性废物进行高温减容固化处理，无需将放射性废物预先处理，整个系统适用范围广，可处理废树脂、干活性废物、衣物、化学废液、废油和污泥等，操作简单灵活。固定床大幅减少了燃气中飞灰的携带量，减轻了后续净化系统的负担，极大的降低了放射性核素泄露的风险。固定床热解气化炉内物料停留时间长，有利于蒸汽重整和气化反应，使有机物充分转化为燃气、放射性核素完全固化，减容比高。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的放射性废物的处理系统的结构示意图；

其中，1为固定床气化炉；101为进料口；102为分布器；103为粗燃气出口；104为炉箅；105为气体入口；106为固化渣出料口；2为旋风分离器；201为细灰出口；3为二燃室；301为空气入口管道；302为冷水入口管道；303为热水出口管道；4为急冷塔；5为陶瓷过滤膜；6为洗涤塔；7为烟囱；701为合格烟气出口；8为辐射监测设备；9为气体混合器；901为烟气入口；10为蒸汽发生器；11为固化渣收集设备。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

实施例1

本实施例的处理系统的结构示意图如图1所示。

本实施例提供的放射性废物的处理系统，包括依次连接的一固定床气化炉1、一旋风分离器2、一二燃室3、一急冷塔4和一净化系统；所述固定床气化炉1的炉顶、炉膛上段、炉膛下段和炉底分别设有一进料口101、一粗燃气出口103、一气体入口105和一固化渣出料口106，所述粗燃气出口103与所述旋风分离器2相连，所述旋风分离器2的气体出口与所述二燃室3连接，所述二燃室3的气体出口与所述急冷塔4连接，所述二燃室3还设有一换热通道，所述换热通道包括一冷水入口管道302和一热水出口管道303，所述热水出口管道303依次与一蒸汽发生器10、一气体混合器9和固定床气化炉1的气体入口105连接，所述蒸汽发生器10用于产生过热蒸汽，所述气体混合器9用于将过热蒸汽和氧气混合均匀后，送至固定床气化炉1的气体入口105。

下面，对固定床气化炉1的结构作进一步描述：

所述的固定床气化炉1为耐火砖固定床气化炉；所述的进料口101、所述的固化渣出料口106设于所述固定床气化炉1的炉身的中心轴向上。其中，所述的固化渣出料口106还与一固化渣收集装置11直接相连。

所述的进料口101的正下方还设有一分布器102，所述分布器102的结构用于提高气化过程中物料与气化气体的接触面积。

所述的固化渣出料口106的正上方、所述炉膛的中下段还设有一炉箅104，所述炉箅104与所述气体入口105相连通，所述炉箅104用于使从固定床气化炉1的气体入口105进入的气化气体在炉箅104上均匀分布，然后参与化学反应。所述旋风分离器还设有一细灰出口201。

所述的二燃室3还设有一空气入口管道301，用于为燃烧过程提供空气。所述的急冷塔4用于为从二燃室3的气体出口得到的烟气快速降温，防止产生二噁英。

所述的气体混合器9还设有一氧气入口901。所述气体混合器9与所述固定床气化炉1的气体入口105连接，用于将蒸汽发生器10产生的过热蒸汽与氧气的混合气体，作为气化气体，送至所述固定床气化炉1中参与气化反应。

下面，对净化系统作进一步介绍：

所述的净化系统包括依次连接的一陶瓷过滤膜5、一洗涤塔6和一烟囱7。其中，所述洗涤塔6用于进一步除去烟气中的可溶性物质和细颗粒。其中，所述洗涤塔6与所述烟囱7之间还设有一辐射监测设备8，用于检测排放的尾气是否达标。所述烟囱设有一合格烟气出口701。

本实施例中放射性废物的处理方法的具体步骤包括：

(1)将放射性废物、固化介质(为粘土)和炭块混合均匀后得混合料，将所述混合料从所述固定床气化炉1的进料口101进料，从气体入口105通入气化气体，气化反应后，生成的粗燃气从炉膛上段的粗燃气出口103排出，固化渣从炉底的固化渣出料口106排出；

(2)将粗燃气导入所述旋风分离器2，分离出细灰后得燃气；

(3)将燃气导入所述二燃室3，燃烧后得烟气；

(4)将烟气通入所述急冷塔4冷却后，导入所述净化系统，净化后排出，即可。

步骤(1)中，放射性废物为：放射性树脂6m³/天、放射性可燃干废物10m³/天。所需炭块为：800kg/天。固化介质为(粘土)：300kg/天。固定床气化炉1中的反应温度为1000℃。固化渣产量为：450kg/天。所述放射性废物中的放射性核素与粘土的摩尔比为1：20。所述放射性废物与所述炭块的质量比为1：0.07。

步骤(1)中，所述的气化气体中氧气所占的体积比小于35％。

步骤(1)中，所述的固定床气化炉1的工作压力为5MPa。混合料在固定床气化炉中的停留时间为15h。

其中，固定床气化炉1中发生的为蒸汽重整反应，主要反应为：

H₂O+C→H₂+CO

H₂O+CO→H₂+CO₂

3H₂+CO→CH₄+H₂O

C_xH_yO_z+NaNO₃+Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O→NaAlSiO₄+N₂+CO₂+H₂

C_xH_yO_z→C+CH₄+CO+H₂

C+O₂→CO₂

2CO+O₂→2CO₂

2H₂+O₂→2H₂O

步骤(2)中，所述的细灰的粒径大于10μm。

从烟囱排放的烟气的主要成分：N₂、CO₂、O₂、H₂O等，满足国标《锅炉大气污染物排放标准GB13271-2014》的排放要求。

对本实施例产生的固化渣进行稳定性测试，具体地，依据《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法HJ/T299-2007》对固化渣进行测试，结果表明其重金属等有害物质的浸出实验结果满足环保要求。同时还采用了其它方法进行稳定性测试，具体是，参照《放射性废物固化体长期浸出试验GB 7023-86》和美国PCT(product consistency test)法进行测试，其结果也能满足环保要求。

可见，本实施例产生的废渣较玻璃固化体更为稳定，玻璃固化体虽然具有较高的抗化学介质侵蚀的能力和良好的辐照稳定性、热稳定性和机械稳定性。不足之处是玻璃是一种自由能较高的亚稳态物质，它有通过析出晶体，释放能量而到达稳定态的自发倾向。析出晶体的玻璃体在抗水浸出等性能上有所下降，这是安全上所不希望的。

由此可见，本实用新型可对核工业中产生的放射性有机废弃物进行高效减容固化处理，处理后产生稳定的固化渣和烟气。通过本实用新型的实施，可以为放射性有机废弃物的安全处理探索一条新的途径，具有显著的经济和环境效益，符合我国发展循环经济和生态工业的需求。

Claims (7)

1.一种放射性废物的处理系统，其特征在于，所述处理系统包括依次连接的一固定床气化炉、一细灰分离设备、一二燃室、一急冷塔和一净化系统；所述固定床气化炉的炉顶、炉膛上段、炉膛下段和炉底分别设有一进料口、一粗燃气出口、一气体入口和一固化渣出料口，所述粗燃气出口与所述细灰分离设备相连，所述细灰分离设备的气体出口与所述二燃室连接，所述二燃室的气体出口与所述急冷塔连接，所述二燃室还设有一换热通道，所述换热通道包括一冷水入口管道和一热水出口管道，所述热水出口管道依次与一蒸汽发生器、一气体混合器和固定床气化炉的气体入口连接，所述蒸汽发生器用于产生过热蒸汽，所述气体混合器用于将过热蒸汽和氧气混合均匀后，送至固定床气化炉的气体入口。

2.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述的固定床气化炉为耐火砖固定床气化炉，所述的进料口、所述的固化渣出料口均设于所述固定床气化炉的炉身的中心轴向上；所述的固化渣出料口还与一固化渣收集装置直接相连。

3.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述的进料口的正下方还设有一分布器。

4.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述的固化渣出料口的正上方、所述炉膛的中下段还设有一炉箅，所述炉箅与所述气体入口相连通。

5.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述细灰分离设备还设有一细灰出口；所述的细灰分离设备为一旋风分离器。

6.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述的二燃室还设有一空气入口管道；所述的气体混合器还设有一氧气入口；所述的净化系统包括依次连接的一除尘器、一洗涤塔和一烟囱。

7.如权利要求6所述的处理系统，其特征在于，所述的除尘器为一陶瓷过滤膜或一布袋除尘器；所述洗涤塔与所述烟囱之间还设有一辐射监测设备，用于检测排放的尾气是否达标；所述烟囱上设有一合格烟气出口。