一种可移动式多功能直筒低放可燃废物控氧焚烧装置的制作方法

本实用新型属于放射性废物管理领域，特别涉及该领域中的一种可移动式多功能直筒低放可燃废物控氧焚烧装置。

背景技术：

核电站及其他核设施在运行、检修维护过程中将产生大量的放射性废物，这些放射性废物中含有大量的可燃废物（约占50%），如塑料、橡胶、棉织品、木材、树脂、废油等，绝大部分固体可燃废物的平均比活度均在≤4×10⁴Bq/kg 范围内。针对核电厂放射性固体废物，主要的处理方法有焚烧、分拣压缩后水泥固定等，由于我国核电厂废物管理并未太多关注减容问题，加之压缩、水泥固定工艺简单以及部分核电厂系成套引进等原因，我国核电厂对放射性固体废物的处理方法主要选择了压缩和水泥固定，使用金属桶简单压缩减容比仅为2～3，超级压缩减容比可达到5～10，压缩和水泥固定工艺简单，但并不改变放射性废物的固有特性。而焚烧不仅可以实现放射性固体废物的大幅减容（减容比可达80～120），同时还可以处理废油、有机溶剂、废水、浓缩液等，能够实现废物的无机化，处理好的废物稳定性大大提高，有利于最终处置。因此，焚烧已成为世界上核电厂放射性废物最主要的处理方法，被美国、法国、德国、日本等国家广泛使用，成为处理放射性废物的主要技术之一。

在我国，仅有中核四〇四有限公司、中核四川环保工程有限公司和中国工程物理研究院建有放射性废物焚烧设施，用于军用核设施放射性可燃废物的焚烧处理，而现役核电厂及在建核电厂均未考虑可燃低放废物的焚烧处理问题或建造相关设施，但是如果要在各现役核电厂内新建固定的集中焚烧设施，将存在如下问题：

（1）固定焚烧设施需要较大的占地面积，但原规划并没有预留建设焚烧设施的场地。

（2）目前各个核电机组的废物处于相对独立管理的状态，集中焚烧存在废物的转运管理与安全防范等一系列问题。

（3）固定焚烧设施具有投资大、建设工期长的特点。

（4）固定焚烧设施有运行管理费用高、生产效率低、二次废物产生量大等缺点。

（5）公众对建造放射性废物焚烧设施的接受度较低。

因此，在各核电站或其他核设施建设固定式“焚烧设施”不是最优、唯一的方案，而对核电站常年运行积累下的低放可燃废物进行焚烧处理又迫在眉睫。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种核电站低放可燃废物可移动式控氧焚烧装置。

本实用新型采用如下技术方案：

一种可移动式多功能直筒低放可燃废物控氧焚烧装置，其改进之处在于：所述的装置包括一燃室、二燃室、NOx抑制室、高温烟气旋风分离器、急冷装置、一级洗涤塔、二级洗涤塔、高效空气过滤器、二噁英过滤器和引风机；在一燃室的顶部安装可向一燃室内加入低放固体废物的加料装置、底部设置排灰口、内壁上安装可向一燃室内补充纯氧的喷枪，此外还在一燃室上设置上进风口、下进风口和烟气出口；在二燃室上设置可向二燃室内加入低放有机液体废物的喷嘴，烟气进口和烟气出口，此外还在二燃室的底部设置排灰口；在NOx抑制室设置有加入雾化冷却介质和NOx还原剂的喷嘴，烟气进口和烟气出口，此外还在底部设置排灰口；在高温烟气旋风分离器的侧面设置烟气进口、底部设置排灰口，在高温烟气旋风分离器顶部设置烟气出口；在急冷装置的底部设置烟气出口、顶部设置烟气进口；在一级洗涤塔的顶部设置烟气进口、底部设置烟气出口；在二级洗涤塔的底部设置烟气进口、顶部设置烟气出口；在高效空气过滤器的底部设置烟气进口、侧上方设置烟气出口；在二噁英过滤器的侧下方设置烟气进口、侧上方设置烟气出口；上述一燃室的烟气出口通过高温烟气管道与二燃室的烟气进口相连接，二燃室的烟气出口通过高温烟气管道与NOx抑制室的烟气进口相连接，NOx抑制室的烟气出口通过高温烟气管道与高温烟气旋风分离器的烟气进口相连接，高温烟气旋风分离器的烟气进出口通过高温烟气管道与急冷装置的烟气进口相连接，急冷装置的烟气出口通过管道与一级洗涤塔的烟气进口相连接，一级洗涤塔的烟气出口通过管道与二级洗涤塔的烟气进口相连接，二级洗涤塔的烟气出口通过管道与高效空气过滤器的烟气进口相连接，高效空气过滤器的烟气出口通过管道与二噁英过滤器的烟气进口相连接，二噁英过滤器的烟气出口通过管道与引风机的引风端相连接，引风机的排风端则与排风管相连接，此外一燃室、二燃室、NOx抑制室和高温烟气旋风分离器的排灰口均通过排灰管道与排灰桶相连接。

进一步的，所述的装置除引风机和排灰桶外均安装于屏蔽罩内，在屏蔽罩上设置送风口，在送风口上安装高效空气过滤器，此外还在屏蔽罩的底部安装可与外界相通的料包接收装置，设于料包接收装置和加料装置之间的料包提升机将含有低放固体废物的转运桶从料包接收装置提升转运至加料装置。

进一步的，所述的装置由屏蔽罩外的控制盘控制工作。

进一步的，所述一燃室为直筒结构，底部为锥形，内无活动部件。

进一步的，所述二燃室的燃烧系统安装在炉体的切线方向上并偏离烟气进口，为直筒结构，底部为锥形，内无活动部件。

进一步的，所述的一级洗涤塔为文丘里喷射洗涤塔。

进一步的，在装置的末端设置高效空气过滤器和二噁英吸附装置。

一种可移动式多功能直筒低放可燃废物控氧焚烧方法，使用上述的装置，其改进之处在于，包括如下步骤：

（1）将低放固体废物分类装入塑料包后再装入转运桶内，将转运桶投入料包接收装置内，料包提升机将转运桶从料包接收装置提升转运至一燃室顶部的加料装置，待二燃室预热至最低运行温度1100℃以上时，就可以通过加料装置将转运桶内的料包投入一燃室内进行焚烧处理；

（2）在焚烧过程中，一燃室内负压为-10mbar，助燃空气由上下两个进风口按一定比例进入一燃室，若二燃室氧含量低于限值，则通过喷枪自动向一燃室内补充纯氧，水蒸气以10kg/h的速度由下进风口随助燃空气进入一燃室后与底部高温炉渣层中残存的炭发生吸热反应，生成CO 和H2，在保持一燃室助燃空气进风量、烟气的含氧量以及底部高温炉渣层温度恒定的情况下，低放固体废物的进料速度为10 kg/h，在空气过量和800～1000℃的焚烧温度下，一燃室内的低放固体废物可以充分燃烧，焚烧一段时间后，一燃室就可以进行排灰操作，将灰渣从排灰口通过排灰管道排入排灰桶内，待排灰冷却后进行计量卸灰，一燃室产生的烟气可以在进入二燃室后进一步燃烧以充分烧尽其中未燃尽的颗粒；

（3）低放固体废物在一燃室内焚烧的同时，一个喷嘴将低放有机液体废物喷入二燃室内、二燃室燃烧系统的燃烧介质为轻油，焚烧温度为850～1100℃，烟气在二燃室内的停留时间大于2秒；

（4）烟气从二燃室出来后进入NOx抑制室，喷嘴以压缩空气作为雾化介质将软化水和还原剂雾化后喷入NOx抑制室将烟气冷却至700℃以下，同时对烟气中的NOx进行还原，控制烟气中的NOx含量；

（5）从NOx抑制室出来的高温烟气在引风机的吸引下，依次进入高温烟气旋风分离器进行预除尘、进入急冷装置将其温度由500℃骤降至50℃、进入一级洗涤塔和带有除雾器的二级洗涤塔进行脱酸处理，进入高效空气过滤器做进一步净化处理、进入二噁英过滤器滤除二噁英，最后经引风机排入排风管；

（6）排灰桶内的灰渣经收集后进行水泥固化或超压处理，一级洗涤塔和二级洗涤塔的洗涤废水经过滤后排入现场废水处理系统，滤渣经收集后进行水泥固化处理。

进一步的，所述转运桶的容量为200L；低放固体废物和低放有机液体废物的平均比活度≤4×10⁴Bq/kg，最大比活度为4×10⁶Bq/kg；低放可燃废物不包括树脂；洗涤水在一级洗涤塔和二级吸收塔之间循环喷淋过滤和冷却。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所公开的焚烧装置，针对当前核电站及其他核设施低放可燃废物的特点，通过对常规控氧焚烧工艺及设备进行优化改进，采用模块化集成撬装组合，将现有复杂的低放可燃废物焚烧“设施”，改进成一种满足法规标准要求的低放可燃废物可移动式控氧焚烧“装置”，并且可以在废物产生地（如核电站现场）就地进行焚烧处理，还可以在各个废物暂存库之间灵活移动，市场需求巨大，而国内外目前还没有类似的工程应用装置案例。

本实用新型所公开的焚烧装置，具有小型化、模块化、集成化的特点，不但可以用于核电站低放可燃废物的焚烧处理，也可用于其他核设施低放可燃废物及有害废物、医疗废物的处理，将常规的焚烧设施转化为可移动的焚烧装置，解决了在核电厂的限定区域内对可燃废物进行就地处理的难题，可实现低放可燃废物的就地高效减容、无机化处理。

本实用新型所公开的焚烧装置，将二燃室的燃烧系统安装在炉体的切线方向上并偏离烟气进口，可以使进入二燃室的烟气更好地混合，同时用于二燃室的加热以及作为备用的燃烧器可使二燃室维持在最低温度以上。

本实用新型所公开的焚烧方法，为确保高温炉渣层温度的稳定、均匀和避免炉渣熔化结块，水蒸气以10kg/h的速度由下进风口随助燃空气进入一燃室，进入一燃室的水蒸气与炉渣中残存的炭发生吸热反应，生成CO 和 H2，从而达到保证高温炉渣层温度稳定、均匀和避免炉渣熔化结块的预期效果。烟气在二燃室内的停留时间需大于2秒，这样可以把二噁英和呋喃等热稳定型化合物分解和烧掉。通过在NOx抑制室喷洒软化水和还原剂的方式将烟气冷却至700℃以下，同时还可以降低烟气中NOx的含量。

附图说明

图1是本实用新型实施例1所公开焚烧装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1所公开焚烧方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种可移动式多功能直筒低放可燃废物控氧焚烧装置，所述的装置包括一燃室4、二燃室5、NOx抑制室6、高温烟气旋风分离器7、急冷装置8、一级洗涤塔9、二级洗涤塔10、高效空气过滤器11、二噁英过滤器12和引风机13；在一燃室的顶部安装可向一燃室内加入低放固体废物的加料装置3、底部设置排灰口、内壁上安装可向一燃室内补充纯氧的喷枪，此外还在一燃室上设置上进风口、下进风口和烟气出口；在二燃室上设置可向二燃室内加入低放有机液体废物的喷嘴、烟气进口和烟气出口，此外还在二燃室的底部设置排灰口；在NOx抑制室设置有加入雾化冷却介质和NOx还原剂的喷嘴，烟气进口和烟气出口，此外还在底部设置排灰口；在高温烟气旋风分离器的侧面设置烟气进口、底部设置排灰口，在高温烟气旋风分离器顶部设置烟气出口；在急冷装置的底部设置烟气出口、顶部设置烟气进口；在一级洗涤塔的顶部设置烟气进口、底部设置烟气出口；在二级洗涤塔的底部设置烟气进口、顶部设置烟气出口；在高效空气过滤器的底部设置烟气进口、侧上方设置烟气出口；在二噁英过滤器的侧下方设置烟气进口、侧上方设置烟气出口；上述一燃室的烟气出口通过高温烟气管道与二燃室的烟气进口相连接，二燃室的烟气出口通过高温烟气管道与NOx抑制室的烟气进口相连接，NOx抑制室的烟气出口通过高温烟气管道与高温烟气旋风分离器的烟气进口相连接，高温烟气旋风分离器的烟气进出口通过高温烟气管道与急冷装置的烟气进口相连接，急冷装置的烟气出口通过管道与一级洗涤塔的烟气进口相连接，一级洗涤塔的烟气出口通过管道与二级洗涤塔的烟气进口相连接，二级洗涤塔的烟气出口通过管道与高效空气过滤器的烟气进口相连接，高效空气过滤器的烟气出口通过管道与二噁英过滤器的烟气进口相连接，二噁英过滤器的烟气出口通过管道与引风机的引风端相连接，引风机的排风端则与排风管14相连接，此外一燃室、二燃室、NOx抑制室和高温烟气旋风分离器的排灰口均通过排灰管道与排灰桶18相连接。

在本实施例中，所述的装置除引风机和排灰桶外均安装于屏蔽罩19内，在屏蔽罩上设置送风口，在送风口上安装高效空气过滤器15，此外还在屏蔽罩的底部安装可与外界相通的料包接收装置17，设于料包接收装置和加料装置之间的料包提升机2将含有低放固体废物的转运桶从料包接收装置提升转运至加料装置。所述的装置由屏蔽罩外的控制盘1控制工作。

在本实施例中，所述一燃室为直筒结构，底部为锥形，内无活动部件。所述二燃室的燃烧系统安装在炉体的切线方向上并偏离烟气进口，为直筒结构，底部为锥形，内无活动部件。所述的一级洗涤塔为文丘里喷射洗涤塔。在屏蔽罩的末端设置高效空气过滤器16，屏蔽罩中的排风通过高效过滤器过滤后与工艺尾气混合，最后排入核电厂或是其他核设施现场排风系统。

该焚烧装置的技术指标如下：

（1）处理对象——核电站低放可燃废物（树脂除外）。

（2）废物放射性活度——接收废物放射性平均比活度≤4×10⁴Bq/kg，最大4×10⁶Bq/kg。

（3）运行要求——为连续运行，间歇式批次加料，间歇式计量排灰。

（4）处理能力——15kg/h（固体废物10kg/h，有机废液5L/h）。

（5）焚烧温度——一燃室800～1000℃，二燃室850～1100℃，烟气停留时间≥2s。

（6）灰中残炭率——≤5%。

（7）系统净化系数——装置放射性净化系数≥10⁶。

（8）二次废物排放——

工艺烟气：满足核电厂现场排风系统接收要求。

工艺废液：满足核电厂废液处理系统的接收要求。

焚烧灰：集中收集，超压固定（或固化）处置。

（9）结构要求——模块组合设计，结构紧凑简单，满足现场对外形尺寸、搬迁移动的要求。

如图2所示，本实施例还公开了一种可移动式多功能直筒低放可燃废物控氧焚烧方法，使用上述的装置，包括如下步骤：

（1）将低放固体废物分类装入塑料包后再装入转运桶内，将转运桶投入料包接收装置内，料包提升机将转运桶从料包接收装置提升转运至一燃室顶部的加料装置，待二燃室预热至最低运行温度1100℃以上时，就可以通过加料装置将转运桶内的料包投入一燃室内进行焚烧处理；

（2）在焚烧过程中，一燃室内负压为-10mbar，助燃空气由上下两个进风口按一定比例进入一燃室，若二燃室氧含量低于限值，则通过喷枪自动向一燃室内补充纯氧，水蒸气以10kg/h的速度由下进风口随助燃空气进入一燃室后与底部高温炉渣层中残存的炭发生吸热反应，生成CO 和H2，在保持一燃室助燃空气进风量、烟气的含氧量以及底部高温炉渣层温度恒定的情况下，低放固体废物的进料速度为10 kg/h，在空气过量和800～1000℃的焚烧温度下，一燃室内的低放固体废物可以充分燃烧，焚烧一段时间后，一燃室就可以进行排灰操作，将灰渣从排灰口通过排灰管道排入排灰桶内，待排灰冷却后进行计量卸灰，一燃室产生的烟气可以在进入二燃室后进一步燃烧以充分烧尽其中未燃尽的颗粒；

（3）低放固体废物在一燃室内焚烧的同时，一个喷嘴将低放有机液体废物喷入二燃室内、二燃室燃烧系统的燃烧介质为轻油，焚烧温度为850～1100℃，烟气在二燃室内的停留时间大于2秒；

（4）烟气从二燃室出来后进入NOx抑制室，喷嘴以压缩空气作为雾化介质将软化水和还原剂雾化后喷入NOx抑制室将烟气冷却至700℃以下，同时对烟气中的NOx进行还原，控制烟气中的NOx含量；

（5）从NOx抑制室出来的高温烟气在引风机的吸引下，依次进入高温烟气旋风分离器进行预除尘、进入急冷装置将其温度由500℃骤降至50℃、进入一级洗涤塔和带有除雾器的二级洗涤塔进行脱酸处理，进入高效空气过滤器做进一步净化处理、进入二噁英过滤器滤除二噁英，最后经引风机排入排风管；

（6）排灰桶内的灰渣经收集后进行水泥固化或超压处理，一级洗涤塔和二级洗涤塔的洗涤废水经过滤后排入现场废水处理系统，滤渣经收集后进行水泥固化处理。

在本实施例中，所述转运桶的容量为200L；低放固体废物和低放有机液体废物的平均比活度≤4×10⁴Bq/kg，最大比活度为4×10⁶Bq/kg；低放可燃废物不包括树脂；洗涤水在一级洗涤塔和二级洗涤塔之间循环喷淋过滤和冷却。