一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法，包括：（Ⅰ）将放射性废离子交换树脂沥水；（Ⅱ）将沥水后的放射性废离子交换树脂输送至不锈钢桶内；（Ⅲ）利用微波对盛放在不锈钢桶内的放射性废离子交换树脂进行干燥处理，并对温度进行监控；（Ⅳ）待不锈钢桶达到预定的装填率后，停止干燥，进行封存处理。本发明还提供了一种能实现上述方法的干燥装置。本发明采用微波压水蒸发技术，可保证干燥过程快速、稳定地进行，保证树脂受热均匀且不变性，并能最大限度地减少放射性核素随水分沸腾的移出；干燥装置可实现连续进料和自动控制，干燥过程在干燥舱内的不锈钢桶中进行，降低了放射性核素对设备和环境的污染以及对人员造成伤害的可能性。
【专利说明】一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于放射性废物处理【技术领域】，具体涉及一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法及干燥装置。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的发展，对于电力资源的需求越来越大，核电作为一种高效、清洁的能源已经越来越为人们所重视。但在给人们带来巨大的经济利益的同时，核电站运行过程中产生的废离子交换树脂的处理问题也日益严重。其具有一定的放射性比活度，如果处理不当在遭受地震、海嘯等自然灾害，或恐怖袭击时极易给公众和环境带来严重的危害，甚至可能造成社会动荡。因此，必须对放射性废离子交换树脂开展有效的处理。
[0003]迄今为止，核电站产生的放射性废离子交换树脂，多采用暂存或水泥固化方法处理，但暂存法只是权宜之计，不符废物安全的要求；水泥固化法的增容比达4.8?5.2，既占用暂存库贮位又增加最终处置费用，且不符合废物最小化原则。目前对于其他放射性废物处理使用较多的焚烧法，虽然具有减容量大、处理后废物占地面积小、处理速度快等优点，但是焚烧过程中会产生大量的有害气体，比如S0x、N0x、C0等。同时燃烧产生的尾气中往往会夹带大量的粉尘，这些粉尘中会携带有二噁英以及重金属等有害物质。而且由于离子交换树脂的特殊性质，使其在焚烧过程中未燃烧的树脂颗粒极易被焚烧灰所包裹，造成焚烧的不充分，影响处理效果。
[0004]桶内干燥工艺以其工艺简单，减容比大等优点，已在国外核电站得到应用。而且桶内干燥采用的废物先装桶后干燥处理的工艺特点，不但可以有效避免传统干燥方式的无法密封造成放射性污染的问题，也便于干燥产物的收集和后处理。
[0005]常规桶内干燥技术的热源有蒸汽、电加热、导热油等，从桶外向桶内传热，由于桶壁与桶中心存在温度梯度，桶壁处废离子交换树脂升温快、干燥快，易出现废离子交换树脂变性，阻滞热传导。
[0006]在放射性废离子交换树脂的处理过程中，减容处理和降低处置费用是必需考虑的，但是处理过程中可能产生的环境问题和社会问题也必须予以重视。因此，需要开发一种既能有效的处理放射性废离子交换树脂，具有较高的应用价值，又能有效的避免可能出现的环境问题和社会问题的方法。
【发明内容】
[0007]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的一个目的是提供一种安全、快速、能最大限度地减容且对环境基本无污染的放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法。
[0008]本发明的另一个目的是提供一种能实现上述放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法的干燥装置。
[0009]为达到以上目的，本发明采用的技术方案是:一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法，包括以下步骤:[0010](I)将放射性废离子交换树脂浙水；
[0011](II)将浙水后的放射性废离子交换树脂输送至不锈钢桶内；
[0012](III)利用微波对盛放在不锈钢桶内的放射性废离子交换树脂进行干燥处理，并对温度进行监控；
[0013](IV)待不锈钢桶达到预定的装填率后，停止干燥，进行封存处理。
[0014]进一步，步骤(I )中采用气压浙水，使浙水后的放射性废离子交换树脂的体积为浙水前体积的1/2。
[0015]进一步，其特征在于，步骤(II)中采用气力输送的方式将浙水后的放射性废离子交换树脂输送不锈钢桶。
[0016]进一步，步骤(III)中，采用微波定向加热的方式进行干燥，干燥过程中间歇地启动微波传送。
[0017]再进一步，在两次启动微波传送的操作间隙，重复步骤(II )的输送操作。
[0018]本发明提供的一种能够实现上述放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法的干燥装置，包括干燥舱和移动式设在干燥舱内用于盛装放射性废离子交换树脂的不锈钢桶，干燥舱上连接有微波加热模块和气体处理模块，微波加热模块包括设在干燥舱顶部微波产生元件、设在干燥舱内的微波屏蔽结构以及与电源箱相连的微波运行状况监测仪表。
[0019]进一步，微波屏蔽结构由设在干燥舱顶部内底面凹槽内的铁氧体材料以及与干燥舱顶部内底面相连的微波屏蔽罩构成；微波屏蔽罩呈圆筒形，其顶部连接在干燥舱顶部内底面凹槽的外围，其下部开口。
[0020]进一步，气体处理模块包括设在干燥舱顶部的强制进气管道、强制排气管道以及设在干燥舱顶部或底部的自动进/排气管道。
[0021]再进一步，干燥舱的顶部设有向不锈钢桶内输送待干燥放射性废离子交换树脂的进料管道，进料管道上设有自动开、闭阀门；干燥舱的底部设有承载不锈钢桶的升降平台；干燥舱的侧面设有舱门。
[0022]进一步，该装置还包括设在干燥舱上的摄像模块、温度监测模块以及与干燥舱相连的远程控制模块。
[0023]本发明的有益效果在于:
[0024]第一，本发明提供的一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法，主要利用微波加热局域时穿透能力强、水分由内向外蒸发、处理时间短等优点，从而可以取代国外在放射性废离子交换树脂桶内干燥领域常用的电、油或红外加热方式，并且采用微波的压水蒸发技术，能够有效避免放射性核素随水分沸腾的移出。
[0025]第二，本发明提供了一种可制作成移动式干燥装置对放射性废离子交换树脂进行处理的方法，使干燥过程变得更加便利，干燥后的放射性废离子交换树脂可以随不锈钢桶一起贮存或处置，减少了中间环节，有效降低了放射性泄漏的可能性。
[0026]第三，本发明提供的能实现上述干燥方法的干燥装置，可以实现对废离子交换树脂的连续输入并进行干燥处理，该装置的主要设备集成在干燥舱内，便于管理和使用；并且，干燥过程在干燥舱内的不锈钢桶中完成，避免了干燥过程中放射性核素对于设备和环境的污染，避免了人员与放射性的直接接触，有效防止了二次污染和对人员造成伤害的可能性；此外，该装置利用微波的选择性加热和热惯性小的特点，可以实现自动控制。【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明所提供的一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法的流程图；
[0028]图2是一种能实现本发明方法的干燥装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步描述。
[0030]如图1所示，本发明所提供的一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法，包括如下步骤:
[0031 ] ( I )将放射性废离子交换树脂浙水。
[0032]具体操作时，通常将暂存于用户场址的放射性废离子交换树脂输送至不锈钢桶(通常采用200L的标准不锈钢桶，实施例中描述的不锈钢桶均指200L的标准不锈钢桶);对于暂存于用户场址的放射性废离子交换树脂通常采用水力输送的方式从树脂储槽中输送进入浙水计量装置，然后采用气压浙水。
[0033](II)将浙水后的放射性废离子交换树脂输送至不锈钢桶内。
[0034]通常，经过气压浙水后，采用气力输送的方式将浙水后的放射性废离子交换树脂输送至不锈钢桶内。
[0035](III)利用微波对盛放在不锈钢桶内的放射性废离子交换树脂进行干燥处理，并对温度进行监控。
[0036]该步骤中，采用微波定向加热的方式，只进行干燥，由于微波的热惯性小的特性，极易实现自动控制。
[0037]干燥过程中通过对温度的监控，达到对尾气的控制，可以避免绝大部分核素的移出和二噁英的生成。
[0038](IV)待不锈钢桶达到预定的装填率后，停止干燥，进行封存处理。
[0039]干燥后的废离子交换树脂的体积约为原来的一半，经多次补料并进行干燥，使不锈钢桶达到一定的装填率后，采用机械压力封盖。
[0040]封盖后，可以将干燥后的废离子交换树脂与不锈钢桶一起贮存，这样避免了中间环节，降低了放射性泄漏的可能性。当然，也可以将压缩干燥后的废离子交换树脂后装入高整体性容器中贮存。
[0041]采用本发明提供的方法将核级离子交换树脂干燥，并计算其水分蒸发率、体积、含水率等参数的变化。试验结果表明，在处理过程中水分蒸发率为5?6kg/h，对于7?8L含水率为50%左右的核级离子交换树脂干燥25min左右干燥产物含水率为5%左右，已达到理论计算的极限值，经该方法处理后体积为原来的1/2。
[0042]如图2所示，本发明提供的能够实现上述放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法的干燥装置，包括干燥舱I和移动式设在干燥舱I内用于盛装放射性废离子交换树脂的不锈钢桶5，干燥舱I上连接有微波加热模块2和气体处理模块，微波加热模块2包括设在干燥舱I顶部的微波产生元件、设在干燥舱I内的微波屏蔽结构以及和电源箱连接的微波运行状况监测仪表。微波产生元件由磁控管、波导管、高压电源和硅堆等组合而成。微波运行状况监测仪表通过电流状况监控微波工作状况。[0043]本发明中，用于盛装放射性废离子交换树脂的不锈钢桶5仅在进行干燥操作时被送入干燥舱I内，待干燥完毕，不锈钢桶5被送出干燥舱1，进行后续储存操作，因此不锈钢桶5移动式设在干燥舱I内。干燥舱I的侧面设有舱门10，以方便运送不锈钢桶5进、出干燥舱I。运送装置通常采用机械固定式托架以叉车为动力实现。
[0044]微波屏蔽结构由设在干燥舱I顶部内底面凹槽内的铁氧体材料以及与干燥舱顶部内底面相连的微波屏蔽罩11构成。微波屏蔽罩11采用和不锈钢桶5相适应的形状结构，本实施例中，微波屏蔽罩11由不锈钢材料围成圆筒形，其顶部连接在干燥舱顶部内底面凹槽的外围，其下部开口。当不锈钢桶5处于工作位置时，其上部伸入到微波屏蔽罩11中。
[0045]为了便于升、降不锈钢桶5，可以在干燥舱I的底部设置升降平台6。升降平台6采用液压驱动，结合机械定位和行程开关，并配合固定高度锁实现。通过提升平台6使不锈钢桶5进入微波屏蔽罩11内，继续提升平台6，使不锈钢桶5的顶面与干燥舱I的顶部内底面紧密接触(此时不锈钢桶5处于工作位置)，以便充分地利用微波进行干燥。
[0046]为实现待干燥的放射性废离子交换树脂的连续输送，可以将干燥舱I设在浙水装置的下方，并在干燥舱I的顶部设置与浙水装置的出口相连接的进料管道，进料管道上可以设置自动开、闭阀门，从而自动控制进料过程。
[0047]本发明的装置中，气体处理模块包括设在干燥舱I顶部的强制进气管道7、强制排气管道8以及设在干燥舱I顶部或底部的自动进/排气管道9。强制进气装置7位于干燥舱I顶部与不锈钢桶5对应的有效直径范围内，用于在干燥过程中自动向装置内补充新鲜空气，以载带干燥过程产生的水蒸气；强制排气装置8位于干燥舱I顶部与不锈钢桶5对应的有效直径范围内，在干燥过程中连续开启，以保证蒸发的水蒸气能顺利排出；自动进气/排气装置9位于干燥舱I的侧壁上，用于调节干燥过程中干燥舱I内的压力。
[0048]此外，该干燥装置还包括设在干燥舱上的摄像模块3、温度监测模块4以及与干燥舱相连的远程控制模块。
[0049]摄像模块3布置在干燥舱I顶部与不锈钢桶5对应的有效直径范围内，摄像头位于干燥舱顶部。摄像模块3与不锈钢桶5之间采用钢化玻璃板进行有效的隔离，并配置光源。
[0050]温度监测模块4布置干燥舱I顶部与不锈钢桶5对应的有效直径范围内，采用红外非接触式测温。
[0051]远程控制模块包括PLC控制单元、红外温控仪、各种电器控制元件，用专用高温、高压线连接。控制系统采用PLC程序控制，可根据具体工况的不同对运行参数进行修改。主要实现电器控制(微波磁控管、温度检测)和伺服机构(电机)。工作过程中电源启动后，通过PLC的预设程序控制高压发生器通电实现微波的产生，同时微波工作状态监测启动，红外温度监测启动；伺服机构启动，通过PLC预设程序控制实现200L桶的升降。
[0052]本发明所提供的一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥装置的工作流程如下:
[0053]首先开启干燥舱门10，使用叉车或其他工具将承载托架及其上固定的不锈钢桶5放置于升降平台6上，控制升降平台6上升使不锈钢桶5进入微波屏蔽罩11内并最终到达工作位置，关闭干燥舱门10 ;然后开启进料装置，将浙水后的放射性废离子交换树脂分批次加入不锈钢桶5内，每次加入的放射性废离子交换树脂的量以浙水装置(已申请其他专利)的容积计，可以在IOL至20L实现自动调节；然后开启微波加热模块2，在整个干燥过程中间歇地开启微波传送，采用脉冲式控制方式对桶内废离子交换树脂进行干燥，强制进气装置7和强制排气装置8持续运行，以保证废离子交换树脂在干燥过程中的性状，并随时监测微波运行状况；当不锈钢桶5的装填率达到一定值后，依次关闭进料装置和微波加热模块2，控制升降平台6使装有干燥后的放射性废离子交换树脂的不锈钢桶5从工作位置降落，待桶外壁温度达到一定值后，开启舱门10，取出不锈钢桶5并封盖，将封盖后的不锈钢桶5转移至暂存库。
[0054]上文所述的树脂分批次加入，为加料方式，即控制每一批次树脂的进料量已达到更好干燥效果；间歇开启微波，为加热方式，即通过微波的间歇性启停达到更好的干燥效果；二者的目的均是为了达到更好的干燥效果，无内在联系，但是结合使用可以达到更好的干燥效果。
[0055]需要说明的是，在该干燥装置使用之前，必须对各主要设备进行检查，确保干燥装置的安全性。最简单的检查方法是，使用非放射性离子交换树脂模拟干燥操作的全过程，能顺利完成干燥操作极为合格。
[0056]上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法，包括以下步骤: (I )将放射性废离子交换树脂浙水； (II)将浙水后的放射性废离子交换树脂输送至不锈钢桶内； (III)利用微波对盛放在不锈钢桶内的放射性废离子交换树脂进行干燥处理，并对温度进行监控； (IV)待不锈钢桶达到预定的装填率后，停止干燥，进行封存处理。
2.根据权利要求1所述的一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法，其特征在于，步骤(I )中采用气压浙水，使浙水后的放射性废离子交换树脂的体积为浙水前体积的1/2。
3.根据权利要求1所述的一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法，其特征在于，步骤(II)中采用气力输送的方式将浙水后的放射性废离子交换树脂输送不锈钢桶。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法，其特征在于，步骤(III)中，采用微波定向加热的方式进行干燥，干燥过程中间歇地启动微波传送。
5.根据权利要求4所述的一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法，其特征在于，在两次启动微波传送的操作间隙，重复步骤(II)中放射性废离子交换树脂输送操作。
6.用于实现权利要求1-5任一所述的一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法的干燥装置，其特征在于，包括干燥舱(I)和移动式设在干燥舱(I)内用于盛装放射性废离子交换树脂的不锈钢桶(5)，干燥舱(I)上连接有微波加热模块(2)和气体处理模块，微波加热模块(2 )包括设在干燥舱(I)顶部的微波产生元件、设在干燥舱(5 )内的微波屏蔽结构以及与电源箱连接的微波运行状况监测仪表。
7.根据权利要求6所述的干燥装置，其特征在于，微波屏蔽结构由设在干燥舱(I)顶部内底面凹槽内的铁氧体材料以及与干燥舱(I)顶部内底面相连的微波屏蔽罩(11)构成；微波屏蔽罩(11)呈圆筒形，其顶部连接在干燥舱(I)顶部内底面凹槽的外围，其下部开口。
8.根据权利要求6或7所述的干燥装置，其特征在于，气体处理模块包括设在干燥舱顶部的强制进气管道(7)、强制排气管道(8)以及设在干燥舱顶部或底部的自动进/排气管道(9)。
9.根据权利要求8所述的干燥装置，其特征在于，干燥舱(I)的顶部设有向不锈钢桶(5)内输送待干燥放射性废离子交换树脂的进料管道，进料管道上设有自动开、闭阀门；干燥舱(I)的底部设有承载不锈钢桶的升降平台(6);干燥舱(I)的侧面设有舱门(10)。
10.根据权利要求7-9任一所述的干燥装置，其特征在于，该装置还包括设在干燥舱(O上的摄像模块(3)、温度监测模块(4)以及与干燥舱(I)相连的远程控制模块。
【文档编号】F26B23/08GK103808110SQ201210448593
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月12日 优先权日:2012年11月12日
【发明者】高超, 安鸿翔, 梁栋, 孙庆红, 贾梅兰, 柳兆峰, 李洪辉, 刘建琴, 闫晓俊, 郭喜良, 杨卫兵, 冯文东 申请人:中国辐射防护研究院