CN208292727U - 一种核电厂超临界水氧化反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种核电厂超临界水氧化反应器，用于处理核电厂放射性有机废物，包括内部具有容置空间的主体部，以及与所述容置空间分别连通的进料通道和出料通道，还包括：内筒体，设置在所述容置空间内，所述进料通道延伸至所述内筒体内，用于导入水和有机废物；氧气通道，延伸至所述内筒体内，用于向所述内筒体内喷射氧气，增加有机废物与氧气的接触面积；涡流装置，设置在所述主体部底部，用于产生涡流冲刷并冷却所述主体部内壁；所述内筒体用于在超临界水氧化状态下，将氧化后的出料穿过其底部，并经所述出料通道排出。本实用新型提供的超临界水氧化反应器采用内筒体和涡流装置的结构设计，能够有效解决反应器的腐蚀和无机盐沉淀问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及核电厂废弃物处理及其装置技术领域，尤其涉及一种核电厂处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器。
背景技术
核电厂、核设施在运行和维修期间会产生一定数量的放射性有机废物，如废有机溶剂、废油、废树脂等，这些有机废物含有放射性，且容易发生热解和生物降解，给公众带来辐射危害的同时还会造成严重的环境污染。
超临界水氧化技术是一种利用超临界水的物理性质，如特殊的溶解度、较低的表面张力和较高的扩散性等，通过添加氧化剂，使有机物在超临界水环境中发生氧化反应，转化成CO2和H2O等无机小分子，从而达到减容、减重的目的。
但是，采用超临界水氧化技术处理放射性有机废物时，高温、高压、极端的pH值以及某些无机离子都会加快反应容器的腐蚀。同时，在超临界条件下，反应过程中产生的盐沉淀会在反应器内壁上结垢，造成传热阻力，也会引起反应器或管路的堵塞，影响压力系统的正常工作，严重时甚至会发生事故，从而限制了超临界水氧化处理放射性有机废物技术的应用和推广。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术的不足之处，提供了一种核电厂超临界水氧化反应器，能够有效解决超临界水氧化反应器处理放射性有机废物的腐蚀和盐沉淀问题。
本实用新型的技术解决方案如下：提供一种核电厂超临界水氧化反应器，用于处理核电厂放射性有机废物，所述超临界水氧化反应器包括内部具有容置空间的主体部，以及与所述容置空间分别连通的进料通道和出料通道，所述超临界水氧化反应器还包括：
内筒体，设置在所述容置空间内，所述进料通道延伸至所述内筒体内，用于导入水和有机废物；
氧气通道，设置在所述主体部上，所述氧气通道延伸至所述内筒体内，用于向所述内筒体内喷射氧气，增加有机废物与氧气的接触面积；
涡流装置，设置在所述主体部底部，用于产生涡流冲刷并冷却所述主体部内壁；
所述内筒体用于在超临界水氧化状态下，将氧化后的出料穿过其底部，并经所述出料通道排出。
本实用新型上述的超临界水氧化反应器中，所述容置空间连通所述涡流装置，所述涡流装置上设置有清洗水入口，所述清洗水入口用于导入清洗水，所述涡流装置用于通过旋转带动所述清洗水形成涡流。
本实用新型上述的超临界水氧化反应器中，所述主体部包括外筒体和与所述外筒体可拆卸连接的顶盖，所述顶盖上开设有氧气入口，所述氧气通道的一端穿过所述氧气入口，所述氧气通道的另一端在对应所述内筒体底部的位置折弯并设置有垂直所述内筒体轴向的氧气喷嘴，所述氧气喷嘴用于向所述内筒体内喷射逆流氧气。
本实用新型上述的超临界水氧化反应器中，所述内筒体的一端安装在所述顶盖上，所述内筒体的另一端朝向所述外筒体内延伸并悬空设置，所述内筒体的长度小于所述外筒体，所述内筒体的外壁与所述外筒体的内壁之间间隔设置形成环状间隙。
本实用新型上述的超临界水氧化反应器中，所述出料通道包括：
第一出料通道，设置在所述外筒体上端，所述第一出料通道通过所述环状间隙连通所述内筒体内的反应区域，出料中的气液混合物通过所述环状间隙再经所述第一出料通道排出；
第二出料通道，设置在所述外筒体底部，所述容置空间朝向所述第二出料通道逐渐收缩并连通第二出料通道，所述第二出料通道处于常闭状态，用于在打开后将出料中沉淀到外筒体底部的固液混合物排出。
本实用新型上述的超临界水氧化反应器中，所述顶盖上开设有进料口，所述进料通道的一端穿过所述进料口，所述进料通道的另一端延伸至所述内筒体内。
本实用新型上述的超临界水氧化反应器中，所述顶盖上还开设有监测口，所述超临界水氧化反应器还包括监测装置，所述监测装置的一端穿过所述监测口，所述监测装置的另一端延伸至所述内筒体内，用于监测所述内筒体内的温度和压力。
本实用新型上述的超临界水氧化反应器中，所述外筒体靠近顶盖的一端设置有连通所述容置空间的上部开口，所述上部开口处设置有连接法兰，所述顶盖通过螺栓连接所述连接法兰，用于封闭所述上部开口形成所述容置空间。
本实用新型提供的一种核电厂超临界水氧化反应器采用设置内筒体的间壁式反应器结构，解决了反应器腐蚀问题，有效延长设备的使用寿命；同时，氧化反应器底部设置涡流装置，涡流装置产生涡流沿反应器底部内壁冲刷，有效解决超临界水氧化过程中的无机盐沉淀问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型提供的超临界水氧化反应器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的技术目的、技术方案以及技术效果更加清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本实用新型，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1所示，本实用新型提供的用于处理核电厂放射性有机废物的超临界水氧化反应器包括内部具有容置空间的主体部，以及与所述容置空间分别连通的进料通道和出料通道，本实施例中，所述容置空间内的温度大于超临界温度，所述容置空间内的压力大于超临界压力，以使超临界水氧化反应器内的水达到温度≥374℃，压力≥22.05MPa的超临界状态，为有机废物氧化为无机小分子化合物提供反应场所。
所述超临界水氧化反应器还包括内筒体30、氧气通道40和涡流装置60，内筒体30设置在所述容置空间内，进料通道20延伸至内筒体30内，用于导入水和有机废物；氧气通道40设置在所述主体部上，氧气通道延伸至1内筒体30内，用于向内筒体30喷射氧气，增加有机废物与氧气的接触面积，以使有机废物充分发生氧化反应。放射性有机废物在内筒体30内的超临界水环境下发生氧化反应后，有机物大分子被氧化成CO2、H2O和无机盐等无机小分子，可穿过内筒体30的底部并经出料通道排出。
涡流装置60设置在所述主体部底部，并连通所述容置空间，涡流装置 60上设置有清洗水入口61，清洗水入口61用于导入清洗水，涡流装置60 通过旋转带动所述清洗水形成涡流，该涡流沿着主体部底部内壁冲刷，避免氧化生成的无机盐在所述主体部内壁的沉积，同时，涡流对主体部内壁进行冷却、降温。
所述主体部包括外筒体11和与外筒体11可拆卸连接的顶盖12，外筒体 11靠近顶盖12的一端设置有连通所述容置空间的上部开口，所述上部开口处设置有连接法兰，顶盖12通过螺栓连接所述连接法兰，以封闭所述上部开口形成密闭的容置空间。在本实用新型的一些实施例中，顶盖12朝向所述上部开口还凸起设置有密封件121，密封件121的直径大于所述上部开口，用于盖设在所述上部开口，以进一步提高所述主体部的密闭性。本实用新型采用外筒体和顶盖的可拆卸连接结构，易于拆卸，有利于超临界水氧化反应器的清洁和去污操作，同时便于技术人员进行材料挂片腐蚀测试。
本实施例中，内筒体30的一端安装在顶盖12上，另一端朝向外筒体11 内延伸并悬空设置，内筒体30的外壁与外筒体11的内壁之间间隔设置形成环状间隙14，其中，内筒体30的长度小于外筒体11，内筒体30采用焊接的方式固定安装在顶盖12上。当然，内筒体30也可采用卡扣位连接可拆卸安装在顶盖12上。
优选地，内筒体30的长度是外筒体11的0.8-0.9倍，可有效增加在内筒体30内的主反应区域。本实用新型采用上述的内外筒体的间壁式反应器结构，内筒体30承担氧化反应及腐蚀，外筒体11承担压力，可大大缓解承压部件的耐腐蚀性，有效延长反应器的使用寿命。
所述出料通道设置两个，包括第一出料通道51和第二出料通道52，第一出料通道51设置在外筒体11上端，优选地，第一出料通道51紧邻顶盖 12设置，第一出料通道51通过环状间隙14连通内筒体13内的反应区域；第二出料通道52设置在外筒体11底部，所述容置空间朝向所述第二出料通道逐渐收缩并连通第二出料通道，第二出料通道52处于常闭状态，用于在打开后将出料中沉淀到外筒体底部的固液混合物排出。
具体的，经氧化后的出料中包括CO2和H2O等密度较轻的气液混合物依次经内筒体30底部、环状间隙14后才从第一出料通道51中排出，大大延长了反应行程路径，从而增加有机废物的氧化反应时间，有效保证有机物的充分反应，而出料中的包括无机盐等密度较大的固液混合物在重力的作用下逐渐沉淀后外筒体11底部。本实施例中，涡流装置60和第二出料通道52相互独立设置，涡流装置60处于常开状态，不断产生涡流冲刷外筒体11底部内壁，第二出料通道52处于常闭状态，可定期开启第二出料通道52进行排放，减轻了后续无机盐固化处理的难度，开启第二出料通道52进行排盐时，可选择涡流装置60打开或关闭。
本实施例中，涡流装置60产生的清洗水涡流冲刷外筒体底部的同时起到冷却外筒体11底部温度的作用，从而降低无机盐的溶解度，可使部分在常温下可溶于水的无机盐沉淀并经第二出料通道52排出。
顶盖12开设有氧气入口，氧气通道40采用弯管形式，一端穿过氧气入口连接外部供氧设备以导入氧气，另一端在内筒体30底部的位置折弯并设置有垂直内筒体30轴向的氧气喷嘴41，氧气喷嘴41用于向内筒体30内喷射氧气；
顶盖12上还开设有进料口，进料通道20的一端穿过所述进料口，进料通道20的另一端延伸至内筒体30内，用于引入有机废物和水。优选地，进料通道20靠近内筒体30的一端与顶盖12平齐，从而将有机废物和水的入口设置在内筒体顶端。
顶盖12上还开设有监测口，所述超临界水氧化反应器还包括监测装置 70，监测装置70的一端穿过所述监测口，监测装置70的另一端延伸至内筒体30内，用于监测内筒体30内的温度和压力，提高氧化反应器的安全性和设备通用性。
本实施例中，有机废物和水自内筒体30的顶部进入，氧气通过氧气管道自内筒体底部向上喷出，此时，逆流向上喷出的氧气产生的托力可大大减缓有机废物的沉降速度，有效延长反应时间，并在内筒体30内制造出主反应区域，增大有机废物和氧气的接触面积，保证氧化反应的充分进行。
在本实用新型的另外一些实施例中，氧气入口开设在外筒体11上，氧气通道40采用直管形式，此时，只要将氧气通道40另外一端的氧气喷嘴设置在内筒体底部，均可实现本实用新型混匀及延长有机废物反应时间的技术效果，不再赘述。
在本实用新型的另外一些实施例中，所述超临界水氧化反应器还包括可转动设置在内筒体30内的搅拌装置(未示出)，所述搅拌装置采用间隔安装在转动机构上的搅拌桨，搅拌装置可用于对输入至内筒体30内的有机废物进行粉碎搅浑，增加有机废物与氧气的接触面积，使得一些诸如废树脂等难以处理的有机废物也能发生充分的氧化反应。
综上所述，本实用新型上述实施例提供的核电厂超临界水氧化反应器具有如下的技术效果：
(1)采用内筒体和外筒体相结合的间壁式反应器结构，解决了反应器腐蚀问题，有效延长设备的使用寿命；
(2)涡流装置产生涡流沿反应器底部内壁冲刷，有效解决超临界水氧化过程中的无机盐沉淀问题；
(3)优化反应器机构设计，实现逆流式进料，增大有机废物和氧气的接触面积，同时减缓出料的沉降速度，有效延长有机废物的反应时间；
(4)所述超临界水氧化反应器集有机废物的进料、氧化处理、沉淀、排放于一体，大大优化了有机废物的处理工艺系统，有效减少了超临界水氧化反应系统的安全控制点。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种核电厂超临界水氧化反应器，用于处理核电厂放射性有机废物，所述超临界水氧化反应器包括内部具有容置空间的主体部，以及与所述容置空间分别连通的进料通道和出料通道，其特征在于，所述超临界水氧化反应器还包括：
内筒体，设置在所述容置空间内，所述进料通道延伸至所述内筒体内，用于导入水和有机废物；
氧气通道，设置在所述主体部上，所述氧气通道延伸至所述内筒体内，用于向所述内筒体内喷射氧气，增加有机废物与氧气的接触面积；
涡流装置，设置在所述主体部底部，用于产生涡流冲刷并冷却所述主体部内壁；
所述内筒体用于在超临界水氧化状态下，将氧化后的出料穿过其底部，并经所述出料通道排出。
2.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述容置空间连通所述涡流装置，所述涡流装置上设置有清洗水入口，所述清洗水入口用于导入清洗水，所述涡流装置用于通过旋转带动所述清洗水形成涡流。
3.根据权利要求1所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述主体部包括外筒体和与所述外筒体可拆卸连接的顶盖，所述顶盖上开设有氧气入口，所述氧气通道的一端穿过所述氧气入口，所述氧气通道的另一端在对应所述内筒体底部的位置折弯并设置有垂直所述内筒体轴向的氧气喷嘴，所述氧气喷嘴用于向所述内筒体内喷射逆流氧气。
4.根据权利要求3所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述内筒体的一端安装在所述顶盖上，所述内筒体的另一端朝向所述外筒体内延伸并悬空设置，所述内筒体的长度小于所述外筒体，所述内筒体的外壁与所述外筒体的内壁之间间隔设置形成环状间隙。
5.根据权利要求4所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述出料通道包括：
第一出料通道，设置在所述外筒体上端，所述第一出料通道通过所述环状间隙连通所述内筒体内的反应区域，出料中的气液混合物通过所述环状间隙再经所述第一出料通道排出；
第二出料通道，设置在所述外筒体底部，所述容置空间朝向所述第二出料通道逐渐收缩并连通第二出料通道，所述第二出料通道处于常闭状态，用于在打开后将出料中沉淀到外筒体底部的固液混合物排出。
6.根据权利要求3所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述顶盖上开设有进料口，所述进料通道的一端穿过所述进料口，所述进料通道的另一端延伸至所述内筒体内。
7.根据权利要求3所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述顶盖上还开设有监测口，所述超临界水氧化反应器还包括监测装置，所述监测装置的一端穿过所述监测口，所述监测装置的另一端延伸至所述内筒体内，用于监测所述内筒体内的温度和压力。
8.根据权利要求3所述的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述外筒体靠近顶盖的一端设置有连通所述容置空间的上部开口，所述上部开口处设置有连接法兰，所述顶盖通过螺栓连接所述连接法兰，用于封闭所述上部开口形成所述容置空间。
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