本发明涉及核废料处理技术领域，具体而言，涉及一种中低放射性核废料的处理系统及具有其的发电系统。
背景技术：
随着核技术的发展和核能利用范围的扩大，每年产生的具有放射性的核废料越来越多。核废料的来源有核能发电、研究开发、军工生产等。由于放射性核废料对环境与人体健康都有很大的危害，因此如何正确地处理核废料成为全世界关注的问题。
核废料主要分为高放射性核废料和中低放射性核废料。其中，中低放射性核废料主要包括在核能利用中被污染的设备、交换树脂、废水废油和劳保用品等。中低放射性核废料的危害较低，在处理时的防护要求相对较低，现有的对中低放射性核废料处理的方式是密封和填埋。由于中低放射性核废料占核废料的绝大部分，因此在处理中低放射性核废料时其占用的空间也比较大。然而，核废料的填埋场地要求严格，环境空间有限。核废料日益增长的场地需求与有限的环境空间的矛盾越来越突出，因此亟需一种解决办法。
技术实现要素：
本发明提供一种中低放射性核废料的处理系统及具有其的发电系统，以解决现有技术中的中低放射性核废料占用空间大的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种中低放射性核废料的处理系统，该处理系统包括：前处理装置，用于将中低放射性核废料分为热解废料和填埋废料；反应装置，包括气化反应器、热解反应器和熔融反应器，热解反应器分别与前处理装置、气化反应器和熔融反应器连接，热解反应器用于热解热解废料，熔融反应器用于将热解后的废渣熔化，气化反应器用于将热解时产生的物质转化成合成气；后处理装置，分别与前处理装置和熔融反应器连接，后处理装置用于将填埋废料和废渣压缩并封存。
进一步地，热解反应器内的反应温度在400℃至800℃之间，和/或气化反应器内的反应温度在800℃至1200℃之间，和/或熔融反应器内的反应温度在2000℃至5000℃之间。
进一步地，熔融反应器包括等离子炬装置，等离子炬装置分别与热解反应器和后处理装置连接，等离子炬装置用于将废渣玻璃化。
进一步地，气化反应器、热解反应器和熔融反应器从上到下顺次布置且为一体式结构。
进一步地，处理系统还包括：用于提供水蒸气的蒸气供应装置，与等离子炬装置连接，进入等离子炬装置内的一部分水蒸气用于产生高温电弧以将废渣玻璃化，另一部分水蒸气上升进入热解反应器内以将热解产生的物质带入气化反应器内并参与气化反应。
进一步地，处理系统还包括：用于提供氧气的氧气供应装置，与气化反应器连接，进入气化反应器内的氧气与一部分热解产生的物质反应以为气化反应提供热量。
进一步地，后处理装置包括：冷却装置，与熔融反应器连接；压制装置，分别与冷却装置和前处理装置连接；封存装置，与压制装置连接。
进一步地，前处理装置包括：干燥器，用于对中低放射性核废料进行干燥处理；分拣装置，与干燥器的出料口连接；破碎机，分别与分拣装置的热解废料出口以及热解反应器连接，破碎机用于破碎热解废料；添加剂室，与破碎机连接，用于向热解废料添加添加剂。
进一步地，处理系统还包括：气体净化装置，气体净化装置包括：喷淋塔，喷淋塔的进气口与气化反应器的出口连接；除雾器，除雾器的入口与喷淋塔的出气口连接，除雾器用于除去气体中的液体；压滤机，分别与喷淋塔的液体出口和除雾器的液体出口连接，并且压滤机的灰尘出口与熔融反应器连接，压滤机用于除去液体中的灰尘。
根据本发明的另一方面，提供了一种发电系统，该发电系统包括中低放射性核废料的处理系统和发电装置，发电装置与处理系统的气化反应器连接，发电装置利用从气化反应器输出的合成气发电，其中，处理系统为上述提供的处理系统。
应用本发明的技术方案，可以将废料中的有机物热解气化并制备出合成气，并将剩余物质压缩和封存。由于中低放射性核废料中的有机物比例较大，因此将有机物热解气化后，剩余物质的体积大大减小，从而再将剩余物质压缩和封存就可以减少占用空间。因此本发明的技术方案能够解决现有技术中的中低放射性核废料占用空间大的问题。而且，制备出的合成气可以回收和利用，从而可以回收中低放射性核废料中的能源。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明提供的发电系统的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
11、干燥器；12、分拣装置；13、破碎机；14、添加剂室；21、气化反应器；22、热解反应器；23、熔融反应器；31、冷却装置；32、压制装置；33、封存装置；41、布袋除尘器；42、气体处理塔；50、氧气供应装置；61、喷淋塔；62、除雾器；63、压滤机；64、冷凝器；65、油水分离器；66、循环水罐；101、燃烧器；102、锅炉；103、汽轮机；201、空冷器；202、换热器；203、空压机；204、过滤器；300、补水装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种中低放射性核废料的处理系统，该处理系统包括前处理装置、反应装置和后处理装置。其中，前处理装置用于将中低放射性核废料分为热解废料和填埋废料。反应装置包括气化反应器21、热解反应器22和熔融反应器23，并且热解反应器22分别与前处理装置、气化反应器21和熔融反应器23连接。热解反应器22用于热解热解废料，熔融反应器23用于将热解后的废渣熔化，气化反应器21用于将热解时产生的物质转化成合成气。后处理装置分别与前处理装置和熔融反应器23连接，后处理装置用于将填埋废料和废渣压缩并封存。
本实施例的技术方案中，将中低放射性核废料的处理系统设置为前处理装置、反应装置和后处理装置。在使用时，前处理装置将废料分为热解废料和填埋废料。其中填埋废料是指不适合热解的物质，例如金属、大尺寸的无机物等。被分离出的热解废料进入热解反应器22，在热解反应器22中有机物被热解为小分子物质，无机物成为废渣。其中热解时产生的小分子物质进入气化反应器21进一步反应，最终转化为合成气。热解后产生的废渣进入熔融反应器23被熔融处理。熔融处理后的废渣和被分离出的填埋废料均进入后处理装置，在后处理装置中被压缩和封存。由上述可知该处理系统在处理中低放射性核废料时，可以将废料中的有机物热解气化并制备出合成气，并将剩余物质压缩和封存。由于中低放射性核废料中的有机物比例较大，因此将有机物热解气化后，剩余物质的体积大大减小，从而再将剩余物质压缩和封存就可以减少占用空间。因此，通过本实施例的技术方案能够解决现有技术中的中低放射性核废料占用空间大的问题。而且，从气化反应器21中输出的合成气可燃烧，因此可以将合成气回收和利用。
具体地，熔融反应器23包括等离子炬装置，等离子炬装置分别与热解反应器22和后处理装置连接，等离子炬装置用于将废渣玻璃化。通过等离子炬装置可以提供足够高的温度，以将废渣熔融。等离子炬装置的加热温度在2000℃以上，局部温度可达5000℃左右。熔融后的废渣以玻璃液的形式从熔融反应器23流出。
进一步地，气化反应器21、热解反应器22和熔融反应器23从上到下顺次布置，并且这三个反应器为一体式结构。这样，热解反应器22热解后的废渣可直接落入熔融反应器23中，并且热解时产生的有机物小分子可直接上升进入气化反应器21中。如此设置可以减小装置的整体体积和制造成本，并且可以简化物料的输送过程，从而降低处理系统的运行成本。
在本实施例中，后处理装置包括冷却装置31、压制装置32和封存装置33。其中，冷却装置31与熔融反应器23连接；压制装置32分别与冷却装置31和前处理装置连接；封存装置33与压制装置32连接。从熔融反应器23流出的高温玻璃液形式的废渣不能被直接处理，需通过冷却装置31进行降温。在降温后废渣成为玻璃化的固体。玻璃化的废渣和填埋废料进入压制装置32，被压制装置32压缩以减小体积。压制后的物质进入封存装置33，通过封存装置33将压制后的物质封存进满足防辐射要求的容器内。然后可以将容器运输到指定场所填埋。
具体地，前处理装置包括干燥器11、分拣装置12、破碎机13和添加剂室14。其中，干燥器11用于对中低放射性核废料进行干燥处理，以除去废料中的水和油等液体。分拣装置12与干燥器11的出料口连接，干燥后的废料进入分拣装置12，通过分拣装置12将中低放射性核废料分为热解废料和填埋废料。破碎机13分别与分拣装置12的热解废料出口以及热解反应器22连接，破碎机13用于破碎热解废料，以利用后续的热解反应。添加剂室14与破碎机13连接，用于向热解废料添加添加剂。添加剂包括脱硫剂和废渣玻璃化需要的基材等物质。此外，在干燥器11之前、分拣装置12与破碎机13之间，以及破碎机13与热解反应器22之间均设置有输送装置，以对物料进行输送。而且，可以将前处理装置内部设置为微负压状态，以防止气体或液体泄漏，从而保证运行过程的安全。
在本实施例中，干燥器11采用烟气对中低放射性核废料进行干燥处理，处理系统还包括对烟气进行无害化处理的烟气处理装置。烟气处理装置包括布袋除尘器41，布袋除尘器41的烟气入口与干燥器11的烟气出口连接，并且布袋除尘器41的灰袋出口与熔融反应器23连接。布袋除尘器41用于将烟气中的气体和灰尘分离。布袋除尘器41可以使用装有活性炭的灰袋吸附烟气中的灰尘。当灰袋的吸附能力下降后，将灰袋输送到熔融反应器23中熔融，以将灰袋无害化处理，从而保护环境。
进一步地，烟气处理装置还包括气体处理塔42，气体处理塔42的气体入口与布袋除尘器41的气体出口连接，气体处理塔42的废渣出口与后处理装置连接。气体处理塔42还具有排气口，排气口用于将处理后的无害气体排出到外部。气体处理塔42可以使用吸附剂对从布袋除尘器41输出的气体进一步处理。处理后的无害气体可以通过排气口排出到外部。处理过程中产生的废渣可以进入后处理装置，通过后处理装置进行无害化处理。因此，通过烟气处理装置可以将换热后的烟气进行脱硫、脱氮、除重金属、除二噁英、除尘等处理，以防止烟气污染环境。
而且，处理系统还包括蒸气供应装置和氧气供应装置50。其中，蒸气供应装置与熔融反应器23连接，以向反应装置提供水蒸气。等离子炬装置通过电和水蒸气的反应产生高温电弧，以将废渣熔融。同时，进入熔融反应器23的水蒸气由于上升作用可进入热解反应器22和气化反应器21。并且水蒸气在上升过程中，可以带动热解时产生的有机物小分子上提，以利于有机物小分子进入气化反应器21。氧气供应装置50与气化反应器21连接，以向气化反应器21提供氧气。热解反应的反应温度在400℃至800℃之间，气化反应的反应温度在800℃至1200℃之间。在本实施例中，热解反应器22内的温度在600℃左右，气化反应器21内的温度在1000℃左右。热解产生的小分子物质包括气体、焦油、焦炭等，在气化反应时需要水蒸气和氧气参与反应。其中，氧气的供应量需要合理控制，通过氧气与一部分小分子物质的氧化反应提供所需热量，其余的小分子物质转化成合成气。转化成的合成气包括氢气、甲烷、二氧化碳等气体。
进一步地，处理系统还包括气体净化装置，气体净化装置与气化反应器21的出口连接。通过气体净化装置可以对从气化反应器21输出的合成气进行净化处理，以利于合成气的回收和利用。
具体地，气体净化装置包括喷淋塔61、除雾器62和压滤机63。其中，喷淋塔61的进气口与气化反应器21的出口连接。除雾器62的入口与喷淋塔61的出气口连接，除雾器62用于除去气体中的液体。压滤机63分别与喷淋塔61的液体出口和除雾器62的液体出口连接，并且压滤机63的灰尘出口与熔融反应器23连接，压滤机63用于除去液体中的灰尘。通过上述设置，可以用喷淋塔61除去合成气中的灰尘等杂质，然后通过除雾器62除去合成气中的水分，从而得到清洁的可燃烧合成气。同时，从喷淋塔61排出的液体和从除雾器62排出的液体进入压滤机63。压滤机63可以除去液体中的灰尘等固体杂质。然后，将压滤机63中分离出的固体杂质输送到熔融反应器23中熔融，以将固体杂质无害化处理，从而防止环境污染。经过压滤机63处理后的液体排出。
进一步地，气体净化装置还包括冷凝器64、油水分离器65和循环水罐66。其中，冷凝器64与压滤机63的液体出口连接。油水分离器65与冷凝器64连接。循环水罐66分别与油水分离器65的出水口和喷淋塔61的入水口连接。压滤机63处理后的液体主要包括水和油，将该液体输送到冷凝器64和油水分离器65中可以将水和油分离，从而可以分别将水和油回收利用并防止污染环境。通过设置循环水罐66，可以将回收的水循环利用，例如可以作为喷淋塔61的喷淋用水，从而可以节约水资源。循环水罐66中多余的水可以排出到外部。
进一步地，喷淋塔61的进气口还与干燥器11的湿气出口连接。中低放射性核废料经干燥器11处理后，从废料中分离出的含有水和油等成分的湿气从干燥器11的湿气出口排出。通过将喷淋塔61的进气口还与湿气出口连接，可以对湿气进行净化处理，以回收湿气中的油等可利用物质并防止环境污染。
在本实施例中，处理系统中的装置均设置有密封结构和防辐射结构，以防止泄露并阻止或降低辐射，从而保证处理系统的安全。处理系统还包括控制系统，通过控制系统控制各装置自动运行，避免人员直接操作，从而提高处理系统的自动化程度并保障人员的安全。
本发明的另一实施例提供一种发电系统，该发电系统包括中低放射性核废料的处理系统和发电装置，并且发电装置与处理系统的气化反应器21连接，发电装置利用从气化反应器21输出的合成气发电，处理系统为上述实施例提供的处理系统。通过该发电系统，可以将从中低放射性核废料中得到的合成气用于发电，从而回收利用中低放射性核废料中的能源。因此，通过本实施例的技术方案，不仅能够缩小中低放射性核废料的占用空间，而且能够回收中低放射性核废料中的能源。
具体地，发电装置包括燃烧器101、锅炉102和汽轮机103。其中，燃烧器101与气化反应器21的出口连接。锅炉102与燃烧器101连接。汽轮机103与锅炉102的出汽口连接。通过以上设置可以在燃烧器101中燃烧合成气，通过燃烧产生的热量对锅炉102进行加热以产生高温高压的水蒸气，然后水蒸气进入汽轮机103中驱动汽轮机103转动，汽轮机103带动发电机发电。为了提高发电效果可以将汽轮机103设置为多级汽轮机。
进一步地，处理系统的气体净化装置设置在气化反应器21和燃烧器101之间，燃烧器101分别与气体净化装置的除雾器62的气体出口以及气体净化装置的油水分离器65的出油口连接。如此设置，可以使燃烧器101同时利用从废料中得到的合成气和油进行燃烧，从而产生更多的热量，进而提高发电装置的发电效率。
在本实施例中，燃烧器101的烟气出口与处理系统的干燥器11的烟气入口连接。这样可以将燃烧器101内产生的烟气作为干燥器11对废料进行干燥的烟气，无需额外提供加热装置，从而可以节约能源。而且，处理系统的氧气供应装置50分别与燃烧器101和气化反应器21连接。通过向燃烧器101供氧可以提高燃烧器101内的燃烧效率。此外，将锅炉102作为处理系统的蒸汽供应装置。通过上述设置，可以将处理系统和发电装置中的部分物料和能源相互利用，从而可以简化发电系统的结构并且降低发电系统对物料和能源的消耗。
进一步地，发电系统还包括空冷器201、换热器202和空压机203。其中，空冷器201分别与汽轮机103的出水口和处理系统的冷却装置31的入水口连接。通过空冷器201将汽轮机103输出的水冷却，然后将冷却后的水输入冷却装置31，通过冷却后的水对冷却装置31内的玻璃液形式的废渣冷却和固化。换热器202分别与冷却装置31的出水口和锅炉102的入水口连接，换热器202用于对从冷却装置31中输出的水进行预加热，从而提高锅炉102产生水蒸气的效率。而且，空压机203分别与换热器202和锅炉102的出汽口连接，换热器202通过空压机203输出的气体对由冷却装置31输出的水进行加热。锅炉102输出的水蒸气驱动空压机203，从空压机203输出的高温高压的空气对流经换热器202的水进行加热。此外，在空压机203之前还设置有过滤器204，空气经过滤器204过滤后再进入空压机203。通过以上设置，可以进一步地将处理系统和发电装置中的物料和能源相互利用，从而可以进一步简化发电系统的结构并且降低发电系统对物料和能源的消耗。
而且，换热器202还可以与氧气供应装置连接，将换热器202中换热后的空气输送到氧气供应装置中，从而以空气为原料制作氧气。具体地，氧气供应装置可以设置为vpsa制氧装置，从而降低装置的成本并提高制氧效率。进一步地，发电系统还包括补水装置300，补水装置300与锅炉102连接。补水装置300用于向锅炉102提供和补充生产用水。具体地，补水装置300包括过滤器和水箱，生产用水先进入过滤器过滤，过滤后的水进入水箱储存，以在需要时为锅炉102供水。
应用本发明的技术方案，通过热解和气化中低放射性核废料中的有机物能够降低废料的占用空间，并且通过从废料中得到的合成气发电能够回收废料中的能源。本发明的技术方案除填埋的物料外，不会排放其他污染物，因此安全、环保并且节约能源。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。