本发明属于中低放射性有机废弃物处理技术领域，具体地说，涉及一种中低放射性有机废弃物减容固化处理系统及方法。
背景技术：
近年我国核电事业发展迅速，国内现运行的和在建的核电机组数量增长迅速，并且中国核电开始随华龙一号走向世界。随核电的迅速发展，一些环保问题也日益严重，特别是放射性废弃物的处理问题尤为突出，由于核燃料的特殊性，在运行与退役等过程中不可避免的会产生各种放射性废弃物，由于放射性废弃物本身潜藏着对核电站工作人员、社会公众以及自然环境辐射污染的危险性，而且至今未能研发从根本上解决此问题的处理技术，因此对核电厂的放射性废弃物的环保高效处理成为当今核电领域备受重视的课题。
核电厂产生的放射性废弃物主要包括工艺废弃物、技术废弃物以及有机废液等液体废弃物。工艺废弃物是核电厂系统运行产生的废弃物，主要包括废树脂、废过滤器芯子、浓缩液以及淤积物等。技术废弃物是检修过程中产生的各种检修废弃物，包括塑料布、吸水纸、手套、抹布、报废的工作服、气衣、设备、零部件、保温材料、建筑材料等。有机废液主要在设备运行及维修中产生，包括废油、有机溶剂、闪烁液以及清洗液等。上述废弃物中，大多数为中低等水平放射性有机废弃物或/和高含有机物废弃物。这些废弃物除一部分存放于处置设施外，目前大部分仍在核电厂设施中贮存，等待处理。目前我国低、中放废弃物处置场接收放射性废弃物的价格昂贵，放射性废弃物的包装和屏蔽成本、运输成本和环境补偿成本也相当高。按照核电标准规范的要求, 废弃物必须在暂存期间安全贮存, 暂存期满时必须外运和最终处置。但是现在能够接收废弃物的处置场所不是待建就是太远,运送废弃物不经济, 造成废弃物大量的放射性废弃物堆放在核电厂的现状。
目前，现有核电厂放射性可压缩干废物处理在国内主要采用水泥固化或者压缩后加水泥固化的处理模式，该模式存在以下缺点：
一、水泥固化方法使用大量水泥，使处理后的固体废物体积不仅不减容反而增容较大。
二、水泥固化方法使用无机体材料固化有机体中低放射性废弃物，经实践证明固化体在经过长期的储存过程中会发生辐解反应，辐解气体会使固化体破裂。
三、压缩加水泥固化方法因物理压缩的局限性，经实践证明也只能达到不增容也不减容的效果。
四、压缩加水泥固化方法因最终固体废物体积较大，地质处置费用较高，对环境影响较大。
五、压缩加水泥固化方法本身固有的特点还决定了所需的工艺设备较多，接口复杂。
熔融盐氧化技术、熔融固化技术、热等离子体技术，这些技术可以实现放射性废弃物的固化处理，却无法实现废弃物的有效减量化，导致最终处理成本居高不下。
焚烧技术的减容比较好，但是存在以下不足：
一、焚烧技术进行减量处理的前提是待处理废弃物的严格分类，如果有不燃或者难以完全燃烧的放射性废弃物混在其中，极易起放射性烟尘的扩散。
二、焚烧炉尾气中可能含有二噁英，地方环保部门对建造焚烧炉持保守态度，获得公众支持认可困难，设备和运行费用也相对较高。
综上所述，我国核电急需一种能够有效减量、减容同时能够保证核素不扩散、不产生二噁英的环保型的中低放射性废弃物处理设备，以较低成本解决我国核电中低放射性废弃物常年堆放保存的现状，同时在核电事业走向世界市场之际提升我国核电在国际上的形象。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供一种连续型中低放射性废弃物减容固化处理系统及方法，其具体的技术方案如下：
一种连续型中低放射性废弃物减容固化处理系统，其包括螺旋进料机2、裂解反应釜5、过热水蒸气发生装置24、循环加热装置25、螺旋出渣机9、燃烧器15、燃烧腔17、尾气催化装置18、气体冷却装置19、气体净化装置20、气体中和装置27、负压气泵28，其中：
裂解反应釜5与过热水蒸气发生装置24相连接，所述过热水蒸气发生装置24为裂解反应釜5中的裂解反应提供热源；
裂解反应釜5设有循环加热装置25，循环加热装置25的气体进口和气体出口均与裂解反应釜5连接，形成循环加热回路；
所述裂解反应釜5还设置有进料口、出料口、出气口；
所述螺旋进料机2、螺旋出渣机9分别连接裂解反应釜5的进料口与出料口；
所述出气口与排气管路连接，所述排气管路上设置有催化装置13、燃烧器15、燃烧腔17、气体净化装置20、气体中和装置27、负压气泵28。
进一步，所述裂解反应釜5内设置推进装置6，所述推进装置6与推进电机7连接。
进一步，其还包括料斗1、进料电机3，所述料斗1的进料口处设置粉碎装置23，料斗1的出料口连接至螺旋进料机2，所述螺旋进料机2中设置螺旋进料杆4，所述螺旋进料杆4与进料电机3相连。
进一步，所述裂解反应釜5的出料口依序连接有出渣斗8、螺旋出渣机9、保存容器12，所述螺旋出渣机9内部有螺旋出渣杆10及出渣电机11，所述螺旋出渣杆10与出渣电机11连接。
进一步，所述燃烧器15设有空气/氧气入口16，所述燃烧腔17出气口依序连接有尾气催化装置18、气体冷却装置19、气体净化装置20，所述气体冷却装置19通过管道与液体净化装置21连接，液体净化装置21与燃烧腔17连接，形成回路。
进一步，所述空气/氧气入口16处设置有氮氧分离装置26；所述尾气催化装置18内设置三元催化器；所述气体冷却装置19与液体净化装置21的连接管道上设置疏水单向阀29；所述液体净化装置21出口处设置排水单向阀30。
一种连续型中低放射性废弃物减容固化处理方法，其包括以下的步骤：
S1：将中低放射性废弃物和催化剂混合后依次通过料斗1和螺旋进料机2进入裂解反应釜5；
S2：螺旋进料机2的螺旋进料杆4转动产生挤压力，将中低放射性废弃物通过挤压力推入裂解反应釜5，与裂解反应釜5连接的过热水蒸气发生装置24启动，提供过热水蒸气对中低放射性废弃物进行加热裂解；
循环加热装置25的气体进口和气体出口分别连接裂解反应釜5，利用循环加热装置25对裂解反应产生的气体进行加热后通回裂解反应釜5进行循环加热；
S3：裂化/裂解后的中低放射性废弃物由推进装置6推进至出渣斗8，在出渣斗8中进行冷却降温，进一步由螺旋出渣机9内部螺旋出渣杆10通过旋转挤压将裂化/裂解后的中低放射性废弃物推送到保存容器12，裂化/裂解后的中低放射性废弃物在保存容器12中冷却进而固化；
S4：裂化/裂解后的气体为可燃性气体，可燃性气体进入催化装置13，可燃气体在催化装置13中进一步裂解为小分子可燃气体，可燃气体进一步进入阻火器14，再进一步进入燃烧器15；可燃气体和空气在燃烧器17中进行燃烧反应，燃烧产生的水分由燃烧器17进入液体净化装置21，燃烧后的尾气进入尾气催化装置18，在尾气催化装置18中尾气进一步反应，将氮氧化物转化为氮气并将将尾气充分氧化；
S5：将充分氧化后的的尾气进入气体冷却装置19进行骤冷处理，尾气在气体冷却装置19进行骤冷产生的液体经由管道进入液体净化装置21，液体在液体净化装置21进行净化后排入核电水处理系统；冷却后的尾气进入气体净化装置20进行过滤净化，净化后的尾气进入气体中和装置27进行中和脱酸脱硫，进一步尾气进入到负压气泵28之后进行排放。
进一步，步骤S2中，在裂解反应釜5中，中低放射性废弃物的加热温度控制在105℃到419℃之间。
进一步，步骤S4中，催化装置13所用催化剂包括过渡金属化合物催化剂、过氧化物催化剂、酸催化剂、碱催化剂、金属催化剂、金属氧化物催化剂、络合物催化剂、稀土催化剂、分子筛催化剂中的一种或多种。
进一步，步骤S4中，尾气催化装置18所用催化剂为铂催化剂、钯催化剂、姥催化剂、稀土催化剂中的一种或多种。
本所提供的一种连续型中低放射性废弃物减容固化处理系统及方法，具有如下优点：
第一、利用本系统对放射性废弃物进行热解，并对燃烧和催化后的气体进行净化排放，使放射性废弃物的重量和体积大大减少。通过实验证明，使用本系统的对中低放射性有机废弃物进行减量化处理，处理后的重量减容率最高可高达98%以上，体积减容率可高达99%以上，从而实现了从根本上对放射性废弃物的减容。
第二、利用循环加热装置对裂解反应产生的气体进行循环加热，使尾气处理更充分，并提高了资源利用率；
第三、在减容的同时中低放射性废弃物的残渣在高温下以液态排放保存容器后，通过冷却降温实现固化，固化后的中低放射性废弃物的体积和重量都明显减小。采用本套系统既可以对中低性放射性废弃物的总量进行大幅度减量，同时还可以实现放射性废弃物的固化。
第四、本系统在实现放射性废弃物大幅度减量的同时，反应生成的气体中不含核素，核素留存在减容后的残渣中，再通过冷却后将核素固化在凝固的残渣中，保证了排放的气体的安全性。
第五、通过采用本套系统，既可以解决现有固化技术产生的废弃物无法减容的问题，又可以解决焚烧带来的飞灰问题，因此采用本套系统可以解决长期困扰我国乃至世界核电的中低放射性有机废弃物处理问题，对核电行业的发展可以起到积极的作用。
附图说明
图1为本发明一种连续型中低放射性废弃物减容固化处理系统的结构示意图。
【主要部件符号说明】
料斗1、螺旋进料机2、进料电机3、螺旋进料杆4、裂解反应釜5、推进装置6、推进电机7、出渣斗8、螺旋出渣机9、螺旋出渣杆10、出渣电机11、 保存容器12、催化装置13、阻火器14、燃烧器15、空气/氧气入口16、燃烧腔17、尾气催化装置18、气体冷却装置19、气体净化装置20、液体净化装置21、控制系统22，粉碎装置23、过热水蒸气发生装置24、循环加热装置25、氮氧分离装置26、气体中和装置27、负压气泵28、疏水单向阀29、排水单向阀30。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的一种连续型中低放射性废弃物减容固化处理系统作进一步详细的说明。
一种中低放射性有机废弃物减容固化处理系统的结构如图1所示。从图1中可以看出， 一种连续型中低放射性废弃物减容固化处理系统，其包括螺旋进料机2、裂解反应釜5、过热水蒸气发生装置24、循环加热装置25、螺旋出渣机9、燃烧器15、燃烧腔17、尾气催化装置18、气体冷却装置19、气体净化装置20、气体中和装置27、负压气泵28，裂解反应釜5与过热水蒸气发生装置24相连接，所述过热水蒸气发生装置24为裂解反应釜5中的裂解反应提供热源；裂解反应釜5设有循环加热装置25，循环加热装置25的气体进口和气体出口均与裂解反应釜5连接，形成循环加热回路；所述裂解反应釜5还设置有进料口、出料口、出气口；所述螺旋进料机2、螺旋出渣机9分别连接裂解反应釜5的进料口与出料口；所述出气口与排气管路连接，所述排气管路上设置有催化装置13、燃烧器15、燃烧腔17、气体净化装置20、气体中和装置27、负压气泵28。
所述裂解反应釜5内设置推进装置6，所述推进装置6与推进电机7连接。
其还包括料斗1、进料电机3，所述料斗1的进料口处设置粉碎装置23，料斗1的出料口连接至螺旋进料机2，所述螺旋进料机2中设置螺旋进料杆4，所述螺旋进料杆4与进料电机3相连。
所述裂解反应釜5的出料口依序连接有出渣斗8、螺旋出渣机9、保存容器12，所述螺旋出渣机9内部有螺旋出渣杆10及出渣电机11，所述螺旋出渣杆10与出渣电机11连接。
所述燃烧器15设有空气/氧气入口16，所述燃烧腔17出气口依序连接有尾气催化装置18、气体冷却装置19、气体净化装置20，所述气体冷却装置19通过管道与液体净化装置21连接，液体净化装置21与燃烧腔17连接，形成回路。所述空气/氧气入口16处设置有氮氧分离装置26。所述尾气催化装置18内设置三元催化器。所述气体冷却装置19与液体净化装置21的连接管道上设置疏水单向阀29；所述液体净化装置21出口处设置排水单向阀30。
设备运行设由控制系统22控制；上述构造组成放射性废弃物的减容固化回路。
中低放射性废弃物的处理的技术关键有如下几点：
1、核素飞散的防止和控制；
2、中低放射性废弃物的固化；
3、实现中低放射性废弃物的减容和减量；
4、通过的设备的小型化，可以实现中低放射性废弃物处理的就地化，避免长途运输的成本，从而实现了处理成本的控制。
放射性核燃料中放射性扩散起始温度低于1000℃的有钌106和铯137两种，其中钌106的放射性扩散起始温度为420℃，铯137的放射性扩散起始温度为470℃。中低放射性废弃物中的有机物中含有大量的高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙稀(PVC)、聚乙烯醇（PVA），上述物料的的热解温度带在350℃到500℃之间，这个温度带覆盖了钌106和铯137的放射性扩散起始温度。
采用一种中低放射性有机废弃物减容固化处理方法进行废弃物减容的实施过程如下：
中低放射性废弃物和催化剂混合后通过粉碎装置23，在热解阶段可以选择的催化剂主要有：固体酸催化剂包括结晶型硅铝化合物以及无定形铝酸盐化合物催化剂；以载体负载氧化物为主的碱性化合物催化剂,如钙铝型催化剂、钾铝型催化剂以及钾钒型催化剂，以纳米姥催化剂为代表的纳米催化剂，例如多孔氧化物纳米催化剂和金属纳米催化剂。
中低放射性有机废弃物依次料斗1和螺旋进料机2进入裂解反应釜5，料斗1附带有加热装置，可以将中低放射性废弃物加热软化，这样可以大幅度降低进料电机3的耗电量，螺旋进料杆4的轴转动产生挤压力，将中低放射性废弃物通过挤压力推入裂解反应釜5，进料机2的外部设有加热装置，通过加热可以将进料机2内部的中低放射性废弃物进一步软化/融化，这样既可以进一步降低进料电机3的耗电量，又可以增加进料电机3的密封性，可以实现在保证密封性的同时实现中低放射性废弃物的连续化进料；软化/融化后的中低放射性废弃物进入裂解反应釜5后被加热，裂解反应釜5与过热水蒸气发生装置24相连接，裂解反应釜5设有循环加热装置25，循环加热装置25的气体进口和气体出口分别连接裂解反应釜5，所述循环加热装置25是引用发明专利【一种利用气体循环加热的碳化方法】（CN201610147539.9），将裂解反应产生的尾气进行循环加热通回裂解反应釜5作为裂解反应的热源。
裂解反应釜5中低放射性废弃物边被加热边被推进装置6向出渣斗8的方向推进，中低放射性废弃物的加热温度控制在105℃到419℃之间进行裂化/裂解；裂化/裂解后的中低放射性废弃物由推进装置搬运到出渣斗8，在出渣斗8中进行冷却降温，进一步由螺旋出渣机9内部螺旋出渣杆10通过旋转挤压将裂化/裂解后的中低放射性废弃物推送到保存容器12，裂化/裂解后的中低放射性废弃物在保存容器12中冷却进而固化；裂化/裂解后的气体为可燃性气体，可燃性气体进入催化装置13，可燃气体在催化装置13中进一步裂解为小分子可燃气体，在尾气催化阶段可以选择的催化剂主要有：过渡金属化合物催化剂、过氧化物催化剂、酸催化剂、碱催化剂、金属催化剂、金属氧化物催化剂、络合物催化剂、稀土催化剂、分子筛催化剂；经催化后的可燃气体进一步进入阻火器14，再进一步进入燃烧器15，燃烧器15一端连接空气/氧气入口16，另一端连接燃烧器17，空气/氧气入口16另一端与氮氧分离装置26连接，可燃气体和空气在燃烧器17中进行燃烧反应，燃烧产生的水分由燃烧器17进入液体净化装置21，燃烧后的尾气进入尾气催化装置18，在尾气催化装置18中尾气进一步反应，将氮氧化物转化为氮气并将将尾气充分氧化，在三元催化阶段可以选择的催化剂主要有：铂催化剂、钯催化剂、姥催化剂、稀土催化剂；进一步，催化后的尾气进入气体冷却装置19进行骤冷处理，尾气在气体冷却装置19进行骤冷产生的液体经由管道进入液体净化装置21，液体在液体净化装置21进行净化后排入核电水处理系统。气体冷却装置19与液体净化装置21的连接管道上设置疏水单向阀29，起到单向疏水的作用。冷却后的尾气进入气体净化装置20进行过滤净化，净化后的尾气进入气体中和装置27进行中和脱酸脱硫，进一步尾气进入到负压气泵28之后进行排放。排水单向阀30起到单向排水的作用。
通过上述过程达到连续性处理放射性废弃物并实现减容、减量、固化的目的。通过上述步骤，在对放射性废弃物进行加热的同时，催化剂起到降低废弃物热解温度的作用，生成小分子的可燃气体的温度带控制在105℃到419℃之间，留在裂解反应釜5内未裂化的中低放射性废弃物在螺旋出渣机9及螺旋出渣杆10作用下进入保存容器12。
本发明中，对中低放射性废弃物进行减容、减量、固化处理。通过热解使中低放射性废弃物中的有机物产生可燃气体，并进一步将可燃气体进行氧化燃烧、经三元催化、冷却和净化后的气体排放，使得废弃物实现非常高的减量率和减容率。
现有的固化技术无法减少放射性废弃物的总量，固化需要添加各种固化剂，例如无机盐、玻璃体等，这使得固化后的废弃物总重量增加，难以实现有效地减量化。因此现阶段放射性废弃物处理技术水平较低，没有完全实现工业化普及，大量的中低放射性废弃物暂存在核电厂等待处理。与现有技术相比，本系统由于采用了对中的性放射性废弃物进行热解并且固化的方法，使用催化技术提高尾气排放的安全性，同时使中低性放射性废弃物的残渣重量大大减少，从而实现了从根本上对中的性放射性废弃物的减量，同时放射性废弃物的残渣在高温下以液态通过螺线出渣机进入不保存容器并通过冷却降温实现固化。采用本套系统既可以对放射性废弃物的总量进行大幅度减量，同时可以实现放射性废弃物的固化，处理过程中通过对烟气的骤冷避免了二噁英的产生。通过实验证明，使用本系统的对中低放射性废弃物进行减量化处理，处理后的重量减容率可高达95%，体积减容率可高达99%以上。同时热解过程中核素可以不扩散地固化在残渣中，从而实现了在保证安全的基础上从根本上对放射性废弃物的减容。实现了中低放射性废弃物处理设备的低成本化、小型化、常压化，实现了废弃物的就地处理、及时处理，避免了中低放射性废弃物处理的长期储存问题和长途运输造成的高成本现状。