CN106803438B - 放射性有机废物处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种放射性有机废物处理装置，包括螺旋输送机、蒸汽发生器、气瓶、真空加热炉、真空泵、电控箱以及至少一级过滤换热装置；螺旋输送机用于将放射性有机废物、催化剂以及还原剂输送至所述真空加热炉，蒸汽发生器用于向所述真空加热炉提供水蒸汽，气瓶用于向所述真空加热炉提供保护性气体，真空加热炉用于进行蒸汽裂解及矿化还原反应，过滤换热装置用于对所述真空加热炉产生的尾气进行过滤和冷却，真空泵用于对所述过滤换热装置输出的尾气进行抽吸，电控箱用于放射性有机废物处理装置的电气自动控制和电流过载保护。本发明提供的放射性有机废物处理装置，大大提高了废物减容效果，同时，环境友好，最终废物稳定性较高。
Description
技术领域
本发明涉及核设施放射性废物处理技术领域，具体涉及一种放射性有机废物处理装置。
背景技术
由于缺乏合适的处理手段，目前我国各类核设施产生的淤泥、废油、废有机溶剂等均采用暂存的方式进行处理。随着时间的推移，这些特殊废物暂存场地不断增加，如不及时进行有效的处理、整备和处置，将不利于放射性废物的安全治理。对于废树脂的处理，我国现阶段采用的处理方式主要为焚烧、压实以及水泥固化。
焚烧处理是将可燃的放射性有机废物氧化处理成灰烬或残渣的过程。该过程通过全氧化的方式，使有机废物的有机成分在高温氧气环境及燃烧炉内氧化为二氧化碳及水，使放射性核素氧化为金属氧化物。焚烧处理可实现有机废物的减容及减重，将废物无机化转变，免除热分解、辐照分解、腐烂、发酵以及着火的可能性。但是焚烧处理建造和运行成本较高，废气释放的环保要求严格，对于废树脂的处理经常出现燃烧不充分的问题，并且产生的焚烧灰烬较难收集及处置，因此该技术未能在国内得到大规模的应用。
压实处理是一种容易实现有机废物减容的办法。该技术通过提高有机废物的整体密度，达到废物减容的目的。但是，压实处理的压实减容效果与废物的材质、压实机的吨位以及回弹作用等因素密切相关。对于废树脂的处理，其回弹作用对废物整体的减容效果影响很大。经过压实处理后的有机废物一般还需要进行水泥固定或固化，最终的减容效果也比较有限。并且，压实处理未实现废物的无机化处理，不利于废物长期安全的处置。
水泥固化处理是指将废物在处置容器内与水泥发生固结，利用水泥基材的物理包容和吸附作用来固结放射性核素。该技术应用较为广泛，工程实施较为成熟，但该技术未将有机废物无机化。随着时间推移，有机废物受辐照降解以及水泥结构可能发生改变导致固化体失稳，再加上外包装容器失效，此时就有核素迁移的风险，不利于长期安全处置。并且，水泥固化技术增容比较大，不利于废物最小化。
发明内容
本发明所要解决的是传统有机废物处理过程中燃烧不充分、未安定无机化处理、减容倍数较低的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种放射性有机废物处理装置，包括螺旋输送机、蒸汽发生器、气瓶、真空加热炉、真空泵、电控箱以及至少一级过滤换热装置；所述螺旋输送机用于将放射性有机废物、催化剂以及还原剂输送至所述真空加热炉，所述蒸汽发生器用于向所述真空加热炉提供水蒸汽，所述气瓶用于向所述真空加热炉提供保护性气体，所述真空加热炉用于进行蒸汽裂解及矿化还原反应，所述过滤换热装置用于对所述真空加热炉产生的尾气进行过滤和冷却，所述真空泵用于对所述过滤换热装置输出的尾气进行抽吸，所述电控箱用于放射性有机废物处理装置的电气自动控制和电流过载保护。
本发明提供的放射性有机废物处理装置，能够对放射性有机废物进行蒸汽裂解及矿化还原反应处理。通过进行蒸汽裂解及矿化还原反应，放射性有机废物最终转变为矿化物和尾气。矿化物可装在高整体容器或者普通钢桶内，装在高整体容器内时，无需进一步固化处理，可直接送往处置场进行处置；装在普通钢桶内时，进行水泥固定即可。尾气通过过滤和冷却处理，可将尾气中的固体颗粒拦截住再送往废物收集系统。通过废物收集系统的干湿结合处理，可除掉尾气中存在的酸性气体并避免二噁英的产生，最终尾气的排放达到大气排放标准。本发明提供的放射性有机废物处理装置，在保证较高处理能力的前提下，能够将放射性有机废物的减容倍数提高到20，将放射性核素包容率提高到99.9%。
可选的，所述螺旋输送机包括：第一水平支撑件；下端与所述第一水平支撑件连接的竖直支撑件；一端与所述竖直支撑件上端可拆卸连接的第二水平支撑件；一端与所述第一水平支撑件连接且连接位置可调、另一端与所述第二水平支撑件连接且连接位置可调的调节件；与所述第二水平支撑件另一端连接的输送槽体；设置在所述输送槽体内部的螺旋轴；出料口与所述输送槽体内部连通的料仓；与所述输送槽体连接、用于驱动所述螺旋轴转动的电机。本实施例提供的螺旋输送机，可调节输送槽体的进料角度。
可选的，所述蒸汽发生器为电加热蒸汽发生器。
可选的，所述放射性有机废物处理装置还包括第一水箱；所述第一水箱用于向所述蒸汽发生器提供去离子水。
可选的，所述放射性有机废物处理装置还包括第一气体预热器和第二气体预热器；所述第一气体预热器安装在所述蒸汽发生器和所述真空加热炉之间，用于对所述水蒸汽进行预热；所述第二气体预热器安装在所述气瓶和所述真空加热炉之间，用于对所述保护性气体进行预热。通过设置第一气体预热器和第二气体预热器，对水蒸汽和保护性气体进行预热，可以减少水蒸汽和保护性气体在真空加热炉中的预热时间，提供反应效率。
可选的，所述真空加热炉为垂直式真空加热炉。
可选的，所述过滤换热装置包括气体过滤器和换热器；所述气体过滤器用于去除所述真空加热炉产生的尾气中的固体微粒；所述换热器用于冷却所述气体过滤器输出的尾气。
可选的，所述换热器为管壳式换热器。
可选的，所述放射性有机废物处理装置还包括第二水箱；所述第二水箱用于向所述换热器提供冷却用水。
可选的，所述放射性有机废物处理装置还包括基座、设置在所述基座下表面的滑动轮以及设置在所述基座侧面的推手；所述螺旋输送机、所述蒸汽发生器、所述气瓶、所述真空加热炉、所述真空泵、所述电控箱以及所述过滤换热装置均安装在所述基座上表面。通过设置带有滑动轮和推手的基座，将各个装置安装在基座上，方便放射性有机废物处理装置的安装、使用以及移动。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的放射性有机废物处理装置，通过高温水蒸汽氛围下的裂解反应，放射性有机废物被催化重整为小分子烷烃并完全燃烧，废物中的放射性核素与加入的粘土类添加剂结合，在还原氛围中生成似长石、尖晶石等矿化物质。本发明提供的放射性有机废物处理装置大大提高了废物减容效果，同时，环境友好，最终废物稳定性较高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例的放射性有机废物处理装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的放射性有机废物处理装置的俯视图；
图3是本发明实施例的螺旋输送机的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
11-螺旋输送机，12-蒸汽发生器，13-气瓶，14-真空加热炉，15-真空泵，16-电控箱，17-第一水箱，18-第一气体预热器，19-第二气体预热器，20-气体过滤器，21-换热器，22-第二水箱，23-基座，24-滑动轮，25-推手，26-废物接收容器，27-气瓶安装座，28-热交换架，29-电控箱架，30-水箱架，31-流量计，111-第一水平支撑件，112-竖直支撑件，113-第二水平支撑件，114-调节件，115-输送槽体，116-螺旋轴，117-料仓，118-电机。
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。
实施例
典型的蒸汽裂解及矿化还原反应过程是将有机物与水蒸汽反应裂解为无机产物同时核素包容于矿化物的过程。通过蒸汽裂解反应，放射性有机废物在水蒸汽氛围被重整为氢气和小分子烷烃等，有机物中的氧被转换为一氧化碳和二氧化碳。放射性有机废物中含有的硝酸盐和亚硝酸盐在还原氛围的作用下可被转化为氮气，小分子烷烃最终完全燃烧为二氧化碳及水蒸汽。在蒸汽裂解过程中，添加粘土类物质作为添加剂，废物中的碱金属元素（如钠、钾、铯）与粘土类物质添加剂中含有的不稳定铝离子进行碱化反应形成新的矿化物，组成废物的其他阳离子和阴离子被包容在钠硅铝酸盐矿化物的笼式结构中，产生的尾气经过处理后可达标排放。
基于蒸汽裂解及矿化还原反应的原理，本实施例提供一种放射性有机废物处理装置。图1和图2分别是本实施例的放射性有机废物处理装置的结构示意图和俯视图，所述放射性有机废物处理装置包括螺旋输送机11、蒸汽发生器12、气瓶13、真空加热炉14、真空泵15、电控箱16以及至少一级过滤换热装置。
具体地，所述螺旋输送机11与所述真空加热炉14连接，用于将放射性有机废物、催化剂以及还原剂输送至所述真空加热炉14，实现连续进料。图3是本实施例的螺旋输送机11的结构示意图，所述螺旋输送机11包括第一水平支撑件111、竖直支撑件112、第二水平支撑件113、调节件114、输送槽体115、螺旋轴116、料仓117以及电机118。所述竖直支撑件112的下端与所述第一水平支撑件111连接，所述竖直支撑件112的上端与所述第二水平支撑件113的一端可拆卸连接，所述第二水平支撑件113的另一端连接所述输送槽体115。所述调节件114的一端连接所述第一水平支撑件111且连接位置可调，所述调节件114的另一端连接所述第二水平支撑件113且连接位置可调。在本实施例中，所述第一水平支撑件111和所述第二水平支撑件113均设置有水平滑动槽，所述调节件114通过螺杆与所述第一水平支撑件111和所述第二水平支撑件113连接，实现所述调节件114的连接位置可调。当然，在其他实施例中，也可通过在所述第一水平支撑件111和所述第二水平支撑件113上设置多个螺纹孔实现所述调节件114的连接位置可调，本实施例对此不作限定。所述螺旋轴116设置在所述输送槽体115内部，所述料仓117的出料口与所述输送槽体115内部连通。所述电机118与所述输送槽体115连接，用于驱动所述螺旋轴116转动。本实施例提供的螺旋输送机11，通过调节所述调节件114与所述第一水平支撑件111和所述第二水平支撑件113的连接位置，可改变所述输送槽体115的进料角度。
所述蒸汽发生器12与所述真空加热炉14连接，用于向所述真空加热炉14提供水蒸汽。在本实施例中，所述蒸汽发生器12为电加热蒸汽发生器，产生的水蒸汽压力为0.4MPa~0.7MPa，对应的饱和温度为143摄氏度~165摄氏度。所述气瓶13与所述真空加热炉14连接，用于向所述真空加热炉14提供保护性气体，例如氩气。根据蒸汽裂解及矿化还原反应对保护性气体及管路吹扫气体的需求，所述气瓶13可以设置为多个。为了减少水蒸汽和保护性气体在所述真空加热炉14中的预热时间，本实施例的放射性有机废物处理装置还包括第一气体预热器18和第二气体预热器19。所述第一气体预热器18安装在所述蒸汽发生器12和所述真空加热炉14之间，用于对所述水蒸汽进行预热；所述第二气体预热器19安装在所述气瓶13和所述真空加热炉14之间，用于对所述保护性气体进行预热。
所述真空加热炉14用于进行蒸汽裂解及矿化还原反应。具体地，通入所述真空加热炉14中的放射性有机废物在催化剂、水蒸汽以及还原剂的作用下进行蒸汽裂解及矿化还原反应，放射性有机废物重整为小分烷烃并完全燃烧，废物中的放射性核素与加入的粘土类添加剂结合，在还原氛围中生成似长石、尖晶石等矿化物质。在本实施例中，所述真空加热炉14为垂直式真空加热炉，所述螺旋输送机11、所述第一气体预热器18以及所述第二气体预热器19均与所述真空加热炉14的底部连接。所述真空加热炉14的底部还连接有废物接收容器26，所述废物接收容器26用于接收矿化残留物。
所述过滤换热装置与所述真空加热炉14连接，用于对所述真空加热炉14产生的尾气进行过滤和冷却。进一步，所述过滤换热装置包括气体过滤器20和换热器21。所述气体过滤器20连接所述真空加热炉14的顶部，用于去除所述真空加热炉14产生的尾气中的固体微粒，防止固体微粒进入后端系统，造成系统污染。所述换热器21与所述气体过滤器20连接，用于冷却所述气体过滤器20输出的尾气。在本实施例中，所述换热器21为管壳式换热器。所述过滤换热装置根据实际需求可设置为多级，每级中的气体过滤器20的过滤精度逐渐减小。
需要说明的是，所述换热器21和所述蒸汽发生器12所需的水源可由装置外部提供。在本实施例中，所述放射性有机废物处理装置还包括第一水箱17和第二水箱22。所述第一水箱17用于向所述蒸汽发生器12提供去离子水，所述第二水箱22用于向所述换热器21提供冷却用水。
所述真空泵15与所述过滤换热装置连接，用于对所述过滤换热装置输出的尾气进行抽吸，保证整个系统的压力为微负压。所述电控箱16用于本装置电气自动控制及电流过载保护。
为方便整个装置的安装和移动，所述放射性有机废物处理装置还可以包括基座23、设置在所述基座23下表面的滑动轮24以及设置在所述基座23侧面的推手25。所述螺旋输送机11、所述蒸汽发生器12、所述气瓶13、所述真空加热炉14、所述真空泵15、所述电控箱16以及所述过滤换热装置均安装在所述基座23上表面。进一步，所述气瓶13通过气瓶安装座27安装在所述基座23上表面，所述过滤换热装置和所述真空泵15通过热交换架28安装在所述基座23上表面，所述电控箱16通过电控箱架29安装在所述基座23上表面，所述第一水箱17通过水箱架30安装在所述基座23上表面，所述水箱架30上设置有流量计31，所述流量计31用于显示反应气体进料流量。
以下对本实施例的放射性有机废物处理装置的工作原理进行说明：对放射性有机废物进行处理时，首先开启所述真空泵15，并缓慢开启所述气瓶13，并开启所述过滤换热装置；调节所述气瓶13的减压阀开度，将保护性气体进气量控制在合适范围；开启所述第二气体预热器19，直至所述第二气体预热器19内温度达到规定温度，同时开启所述真空加热炉14；在所述第一水箱17中加入去离子水，并开启所述蒸汽发生器12和所述第一气体预热器18，直至所述第一气体预热器18内温度达到规定温度；将称量好的放射性有机废物、催化剂以及还原剂加入所述螺旋输送机11中，待所述真空加热炉14中的温度达到反应温度后，启动所述螺旋输送机11，将放射性有机废物、催化剂以及还原剂输送至所述真空加热炉14中；根据粉末流化状态及蒸汽裂解状态，调整水蒸汽及还原剂比例，使反应正常进行。
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 (9)
1.一种放射性有机废物处理装置，其特征在于，包括螺旋输送机（11）、蒸汽发生器（12）、气瓶（13）、真空加热炉（14）、真空泵（15）、电控箱（16）以及至少一级过滤换热装置；
所述螺旋输送机（11）用于将放射性有机废物、催化剂以及还原剂输送至所述真空加热炉（14），所述蒸汽发生器（12）用于向所述真空加热炉（14）提供水蒸汽，所述气瓶（13）用于向所述真空加热炉（14）提供保护性气体，所述真空加热炉（14）用于进行蒸汽裂解及矿化还原反应，所述过滤换热装置用于对所述真空加热炉（14）产生的尾气进行过滤和冷却，所述真空泵（15）用于对所述过滤换热装置输出的尾气进行抽吸，所述电控箱（16）用于放射性有机废物处理装置的电气自动控制和电流过载保护；
所述螺旋输送机（11）包括：第一水平支撑件（111）；下端与所述第一水平支撑件（111）连接的竖直支撑件（112）；一端与所述竖直支撑件（112）上端可拆卸连接的第二水平支撑件（113）；一端与所述第一水平支撑件（111）连接且连接位置可调、另一端与所述第二水平支撑件（113）连接且连接位置可调的调节件（114）；与所述第二水平支撑件（113）另一端连接的输送槽体（115）；设置在所述输送槽体（115）内部的螺旋轴（116）；出料口与所述输送槽体（115）内部连通的料仓（117）；与所述输送槽体（115）连接、用于驱动所述螺旋轴（116）转动的电机（118）。
2.根据权利要求1所述的放射性有机废物处理装置，其特征在于，所述蒸汽发生器（12）为电加热蒸汽发生器。
3.根据权利要求1所述的放射性有机废物处理装置，其特征在于，还包括第一水箱（17）；
所述第一水箱（17）用于向所述蒸汽发生器（12）提供去离子水。
4.根据权利要求1所述的放射性有机废物处理装置，其特征在于，还包括第一气体预热器（18）和第二气体预热器（19）；
所述第一气体预热器（18）安装在所述蒸汽发生器（12）和所述真空加热炉（14）之间，用于对所述水蒸汽进行预热；
所述第二气体预热器（19）安装在所述气瓶（13）和所述真空加热炉（14）之间，用于对所述保护性气体进行预热。
5.根据权利要求1所述的放射性有机废物处理装置，其特征在于，所述真空加热炉（14）为垂直式真空加热炉。
6.根据权利要求1所述的放射性有机废物处理装置，其特征在于，所述过滤换热装置包括气体过滤器（20）和换热器（21）；
所述气体过滤器（20）用于去除所述真空加热炉（14）产生的尾气中的固体微粒；
所述换热器（21）用于冷却所述气体过滤器（20）输出的尾气。
7.根据权利要求6所述的放射性有机废物处理装置，其特征在于，所述换热器（21）为管壳式换热器。
8.根据权利要求6所述的放射性有机废物处理装置，其特征在于，还包括第二水箱（22）；
所述第二水箱（22）用于向所述换热器（21）提供冷却用水。
9.根据权利要求1所述的放射性有机废物处理装置，其特征在于，还包括基座（23）、设置在所述基座（23）下表面的滑动轮（24）以及设置在所述基座（23）侧面的推手（25）；
所述螺旋输送机（11）、所述蒸汽发生器（12）、所述气瓶（13）、所述真空加热炉（14）、所述真空泵（15）、所述电控箱（16）以及所述过滤换热装置均安装在所述基座（23）上表面。
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