移动式小型中低放射性废物气化熔融处理系统及其方法与流程

本发明涉及一种气化熔融处理系统及其方法，特别是一种移动式小型中低放射性废物气化熔融处理系统及其方法。

背景技术：

核设施每年产生数吨的低中放射性废物，固体废物采用超级压缩+水泥固化的处理方式，液体废物采用蒸发+水泥固化技术路线处理，最终装入200l钢桶中储存。虽然水泥固化技术能够对放射性废物能够做到无害化处理，虽然超级压缩机对废物进一步压缩减容，但是水泥固化为增容技术，海上核设施空间有限，增容处理低中放射性废物增加暂存压力，且不能从根本上解决废物中核素浸出和扩散的问题。焚烧法处理中低放废物虽然对可燃废物有比较显著的减容效果，但焚烧过程中所产生的二噁英污染问题一直是备受人们关注的焦点。且由于焚烧产生大量的烟气，不仅增加了尾气处理的负担及成本，而且极易造成放射性核素随烟气进一步扩散，不利于对放射性核素的捕集和控制，焚烧法所产生的灰渣不能被熔融，无法捕集及固化对环境有严重污染的放射性核素及其它重金属。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种移动式小型中低放射性废物气化熔融处理系统及其方法，减容化程度高。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种移动式小型中低放射性废物气化熔融处理系统，其特征在于：包含破碎机、气动隔膜泵、等离子体气化熔融炉、熔融玻璃体接收器、燃烧室、一级直接换热器、陶瓷过滤器、二级直接换热器、活性炭吸附塔、脱酸洗涤塔、高效空气过滤器、烟囱和移动设备，破碎机出料口通过无轴螺旋进料器与等离子体气化熔融炉进料口连接，气动隔膜泵的输出端通过管道与等离子体气化熔融炉的进料口连接，熔融玻璃体接收器设置在等离子体气化熔融炉的下端灰渣出口，等离子体气化熔融炉的合成气出口通过管道与燃烧室进口连接，燃烧室出口通过管道与一级直接换热器入口连接，一级直接换热器出口通过管道与陶瓷过滤器入口连接，陶瓷过滤器出口通过二级直接换热器入口连接，二级直接换热器出口通过管道与活性炭吸附塔入口连接，活性炭吸附塔出口通过管道与脱酸洗涤塔入口连接，脱酸洗涤塔出口通过管道与高效空气过滤器入口连接，高效空气过滤器出口与烟囱连接，破碎机、气动隔膜泵、等离子体气化熔融炉、熔融玻璃体接收器、燃烧室、一级直接换热器、陶瓷过滤器、二级直接换热器、活性炭吸附塔、脱酸洗涤塔、高效空气过滤器和烟囱设置在移动设备上。

进一步地，所述等离子体气化熔融炉包含炉盖和炉身，炉盖扣设在炉身上端，炉盖上设置有与炉膛连通的固体废物进料口和液体废物进料口，炉身内壁上设置有隔热保温层，炉身一侧侧壁上设置有空气导入孔，炉身另一侧侧壁上设置有合成气出口，炉身内设置有炉排，炉排水平设置并固定在炉身内壁上将炉膛分割为炉排上侧的气化区和炉排下侧的熔融区，熔融区下端设置有熔池坩埚，熔池坩埚内设置有两根热等离子体炬，熔池坩埚下端开有与炉身外侧贯穿的排放通孔。

进一步地，所述炉盖上还设置有观察测量窗口。

进一步地，所述固体废物进料口上设置有进料仓和控制阀门，进料仓为圆形漏斗并且进料仓下端与固体废物进料口上端固定连接，控制阀门设置在进料仓下端用于控制投料量。

进一步地，所述热等离子体炬一端从炉身外侧穿过炉身侧壁设置在熔池坩埚内，两根热等离子体炬对称设置在炉身两侧。

进一步地，所述排放通孔周围布有感应线圈，热阀贯穿炉身下端并且环绕设置在排放通孔和感应线圈外侧。

一种移动式小型中低放射性废物气化熔融处理方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：低中放射性劳保用品经破碎机粉碎后由无轴螺旋进料器送入等离子体气化熔融炉，低中放射性液体废物通过气动隔膜泵送入等离子体气化熔融炉；

步骤二：低中放射性劳保用品和低中放射性液体废物进入等离子体气化熔融炉内气化区，在1000-1200℃条件下发生气化反应形成合成气和灰渣；

步骤三：产生的合成气经引风机送入燃烧室进行燃烧处理，形成无害化的小分子气体；

步骤四：灰渣落入等离子体气化熔融炉内的熔融区进行熔融，在1200-1400℃条件下捕集和固化放射性核素最终生成无害化的熔融玻璃体，经冷却后在200l混凝土钢桶密封存储；

步骤五：步骤三产生的高温烟气送入后续烟气净化处理系统处理，达标后排放。

进一步地，所述步骤五具体为从燃烧室出来的高温烟气通过与冷空气直接换热将温度降至700℃，然后通过三级高温陶瓷过滤器对颗粒物进行深度捕集，除尘后的烟气再次与冷空气进行换热，通过过量的空气将烟气温度急冷到200±20℃后进入活性炭吸附装置进行气体放射性核素脱除，然后进入脱酸系统对烟气中的酸性物质进行处理，然后利用hepa高效空气过滤器对烟气中的细微粉尘进行再次的拦截处理，最后烟气通过引风机送入烟囱排到大气中。

进一步地，所述步骤五中产生的飞灰经收集后统一送入等离子体气化熔融炉处理。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明利用热等离子体能量密度高，可处理高熔点的废物的特点，对低中放射性废物在气化区进行气化反应后形成的合成气送入燃烧室中进行燃烧形成小分子无害物质，产生的灰渣与玻璃体形成剂在熔融区进行熔融，将放射性核素稳定的固定在熔融玻璃体中，产生的烟气经净化处理满足空气质量标准的排放要求。相比于现有技术能够达到95%以上的减容比，大幅减少放射性废物处理存储空间，利用等离子体气化熔融炉处理放射性废物，有效减少处理成本和风险性，且便于灵活控制监控。本发明提供了一种减容效果好、安全可靠性高、核素稳定性好、系统工艺集成度高的环境友好型处理低中放射性固体废物的系统及方法，符合国家处理低中放射性固体废物的处理标准，达到低中放射性废物的最小化和稳定化处理的目的。

附图说明

图1是本发明的移动式小型中低放射性废物气化熔融处理系统的示意图。

图2是本发明的移动式小型中低放射性废物气化熔融处理系统的连接原理图。

图3是本发明的等离子体气化熔融炉的示意图。

图4是本发明的移动式小型中低放射性废物气化熔融处理方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1或2所示，本发明的一种移动式小型中低放射性废物气化熔融处理系统，包含破碎机1、气动隔膜泵2、等离子体气化熔融炉3、熔融玻璃体接收器4、燃烧室5、一级直接换热器6、陶瓷过滤器7、二级直接换热器8、活性炭吸附塔9、脱酸洗涤塔10、高效空气过滤器11、烟囱12和移动设备13，破碎机1出料口通过无轴螺旋进料器与等离子体气化熔融炉3进料口连接，气动隔膜泵2的输出端通过管道与等离子体气化熔融炉3的进料口连接，熔融玻璃体接收器4设置在等离子体气化熔融炉3的下端灰渣出口，等离子体气化熔融炉3的合成气出口通过管道与燃烧室5进口连接，燃烧室5出口通过管道与一级直接换热器6入口连接，一级直接换热器6出口通过管道与陶瓷过滤器7入口连接，陶瓷过滤器7出口通过二级直接换热器8入口连接，二级直接换热器8出口通过管道与活性炭吸附塔9入口连接，活性炭吸附塔9出口通过管道与脱酸洗涤塔10入口连接，脱酸洗涤塔10出口通过管道与高效空气过滤器11入口连接，高效空气过滤器11出口与烟囱12连接，破碎机1、气动隔膜泵2、等离子体气化熔融炉3、熔融玻璃体接收器4、燃烧室5、一级直接换热器6、陶瓷过滤器7、二级直接换热器8、活性炭吸附塔9、脱酸洗涤塔10、高效空气过滤器11和烟囱12均设置在移动设备13上。

破碎机1用于对固体废物进行破碎，破碎到一定大小后送入无轴螺旋进料器。无轴螺旋进料器密封运行，设计具有防爆、防堵塞、耐高温的特点，将破碎后的废物送入等离子体气化熔融炉3。气动隔膜泵2用于直接将放射性液体废物输送至等离子体气化熔融炉3。等离子体气化熔融炉进料口上方连接的进料装置包括相连的进料仓，并设有对应的控制阀。

如图3所示，等离子体气化熔融炉3包含炉盖301和炉身302，炉盖301扣设在炉身302上端，炉盖301上设置有与炉膛连通的固体废物进料口303、液体废物进料口304和观察测量窗口305，固体废物进料口303上设置有进料仓305和控制阀门306，进料仓305为圆形漏斗并且进料仓305下端与固体废物进料口303上端固定连接，控制阀门306设置在进料仓305下端用于控制投料量。

炉身302内壁上设置有隔热保温层311，炉身302一侧侧壁上设置有空气导入孔308，炉身302另一侧侧壁上设置有合成气出口309，炉身302内设置有炉排312，炉排312水平设置并固定在炉身302内壁上将炉膛分割为炉排上侧的气化区310和炉排下侧的熔融区313，熔融区313下端设置有熔池坩埚314，熔池坩埚314设置在炉身下端中心位置并且采用耐火材料制成，熔池坩埚314内设置有两根热等离子体炬315，熔池坩埚314下端开有与炉身302外侧贯穿的排放通孔316。热等离子体炬315一端从炉身外侧穿过炉身302侧壁设置在熔池坩埚314内，两根热等离子体炬315对称设置在炉身302两侧。排放通孔316周围布有感应线圈318，热阀317贯穿炉身302下端并且环绕设置在排放通孔316和感应线圈318外侧。通过中频电源感应加热控制热阀317开启与关闭，热阀317下端对接有熔融玻璃体接收器4用于承载熔融玻璃体并运输至储存间。

热等离子体炬315为非转移弧直流等离子体炬，采用氮气、空气作为等离子体工作介质。直流等离子体炬被均布于等离子体气化熔融炉熔池坩埚侧上方，其轴向方向与炉体的中心轴成小于90°的夹角，直流等离子体炬的使用个数为2个，分别外接等离子体控制电源。等离子体气化熔融炉的轴向布有多个热电偶用于炉膛内轴向温度分布的监测。热阀317的排放通孔采用高功率石墨，周围布有感应线圈，外接中频电源。

本系统中的等离子体气化熔融炉为全密闭装置，在微负压工作状态下运行，系统装置全过程自动控制操作。所处理的低中放射性废物在等离子体气化熔融炉的气化区反应，反应产生的合成气送入燃烧室，产生的灰渣与玻璃体形成剂在熔融区经热等离子体高温熔融处理后产生可有效捕集放射性核素、重金属或其它有毒有害物质、浸出率极低的熔融玻璃体。

一种移动式小型中低放射性废物气化熔融处理方法，包含以下步骤：

步骤一：低中放射性劳保用品经破碎机粉碎后由无轴螺旋进料器送入等离子体气化熔融炉，低中放射性液体废物通过气动隔膜泵送入等离子体气化熔融炉；

步骤二：低中放射性劳保用品和低中放射性液体废物进入等离子体气化熔融炉内气化区，在1000-1200℃条件下发生气化反应形成合成气和灰渣；

步骤三：产生的合成气经引风机送入燃烧室进行燃烧处理，形成无害化的小分子气体，灰渣收集后返送至等离子体气化熔融炉处理；

步骤四：灰渣落入等离子体气化熔融炉内的熔融区进行熔融，在1200-1400℃条件下捕集和固化放射性核素最终生成无害化的熔融玻璃体，经冷却后在200l混凝土钢桶密封存储；

步骤五：步骤三产生的高温烟气送入后续烟气净化处理系统处理，达标后排放。产生的飞灰经收集后统一送入等离子体气化熔融炉处理。

从燃烧室出来的高温烟气通过与冷空气直接换热将温度降至700℃，然后通过三级高温陶瓷过滤器对颗粒物进行深度捕集，除尘后的烟气再次与冷空气进行换热，通过过量的空气将烟气温度急冷到200±20℃后进入活性炭吸附装置进行气体放射性核素脱除，然后进入脱酸系统对烟气中的酸性物质进行处理，然后利用hepa高效空气过滤器对烟气中的细微粉尘进行再次的拦截处理，最后烟气通过引风机送入烟囱排到大气中。

本方法全程采用自动化操作，产生的固体废弃物熔融玻璃体经接收器接样产生的玻璃体冷却后装入200l混凝土钢桶中进行储存，产生的废气经cems在线监测满足大气污染物综合排放标准后排放至大气，整个流程中的废水满足核电厂防辐射规定达标排放。

本发明利用热等离子体能量密度高，可处理高熔点的废物的特点，对低中放射性废物在气化区进行气化反应后形成的合成气送入燃烧室中进行燃烧形成小分子无害物质，产生的灰渣与玻璃体形成剂在熔融区进行熔融，将放射性核素稳定的固定在熔融玻璃体中，产生的烟气经净化处理满足空气质量标准的排放要求。相比于现有技术能够达到95%以上的减容比，大幅减少放射性废物处理存储空间，利用等离子体气化熔融炉处理放射性废物，有效减少处理成本和风险性，且便于灵活控制监控。本发明提供了一种减容效果好、安全可靠性高、核素稳定性好、系统工艺集成度高的环境友好型处理低中放射性固体废物的系统及方法，符合国家处理低中放射性固体废物的处理标准，达到低中放射性废物的最小化和稳定化处理的目的。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。