一种用于处理放射性废物的蒸汽重整试验装置及方法与流程

本发明属于放射性有机废物处理，具体涉及一种用于处理放射性废物的蒸汽重整试验装置及方法。

背景技术：

1、核设施产生的各类放射性有机废物，尤其是离子交换树脂、塑料橡胶等难处理废物，由于缺乏合适的处理手段，目前多采用暂存的方式，不利于废物的安全治理；同时，随着核能事业的发展，放射性废物的处理处置问题日渐突出，对于新的废物处理技术的研发需求也日渐迫切。

2、为实现上述放射性废物的有效处理，国外近些年开发出了一种新的放射性废物处理技术——蒸汽重整技术，该技术通过将放射性废物与过热蒸汽接触，使废物中的有机成分裂解、脱硝、蒸发后变为气态产物，废物中的放射性核素通过矿化反应形成性质稳定的晶体矿物结构。蒸汽重整技术的主反应温度较焚烧更低、没有燃烧，可实现高效减容，同时尾气中不会产生二恶英等剧毒物，对环境影响小、处理简单，二次废物少，因而能有效处理离子交换树脂、塑料橡胶等放射性废物。目前，放射性废物蒸汽重整技术已在国外得到成功应用，其中美国在这方面的研究尤为深入，开发的thor蒸汽重整技术非常成熟，并得到了多年的工程应用。美国thor蒸汽重整技术采用的是流化床反应器，该反应器具有较高的传热和传质能力，床层温度分布均匀，运行稳定，废物反应状态好，但同时流化床的运行难度也很大，设备内摩擦磨损严重，需要后续的收集和积尘装置，此外为了达到流化状态，对待处理的放射性废物也有一定的要求。

3、国内对于放射性废物蒸汽重整反应技术的研究起步较晚，目前还处于试验阶段，没有适用性好、流程完整、操作方便且具有技术优势的相关实验装置及工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适用性更好，更具技术优势的试验台架装置及方法，能够用于各类放射性有机废物的蒸汽重整处理试验，流程完整，操作方便，并配置相应的监测仪器和手段，同时相关试验参数具有较好的可调节性，能够满足试验和研究的需求。此外，还具备设备数量少、占地面积小的特点，在方便试验开展的同时，尾气可以达标排放，安全性良好。上述处理放射性废物的蒸汽重整试验台架装置及方法，能够用于开展相关试验和研究工作，为未来工程化应用奠定基础

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种用于处理放射性废物的蒸汽重整试验装置，用于对放射性的有机废物进行蒸汽重整反应实验，其中，包括依次串联的给料系统、反应系统和尾气处理系统，所述给料系统用于对所述有机废物进行预处理并供给所述反应系统，所述反应系统用于对预处理后的所述有机废物进行蒸汽重整反应，所述尾气处理系统用于对所述反应系统在所述蒸汽重整反应中产生的尾气进行净化，实现达标排放。

3、进一步，所述给料系统包括依次串联的破碎机、储料仓、进料器和加料器；所述反应系统包括依次串联的反应器、蒸汽发生器和高温过滤器，还包括烟气在线监测仪和收集器；所述尾气处理系统包括依次串联的燃烧室、冷却器、除尘器和组合过滤器；所述给料系统、所述反应系统和所述尾气处理系统布置在试验平台上，所述试验平台作为固定和支撑。

4、进一步，所述破碎机用于对所述有机废物进行破碎处理，破碎后的碎料的尺寸满足后续的所述进料器和所述加料器的输送要求。

5、进一步，所述储料仓为筒状的金属壳体容器，用于所述有机废物的碎料和其他各类必要的物料的暂存和备料，根据所述物料的种类，设置多个独立的所述储料仓，每个所述储料仓对应一种所述物料或所述碎料；所述储料仓的顶部设有料斗状入口，方便进料；所述储料仓的底部设有出口，与所述进料器的入口连通，之间安装第一阀门；当需要进料时，所述第一阀门开启，所述碎料和所述物料在重力作用下进入对应的所述进料器内部。

6、进一步，所述进料器的入口连接所述储料仓的出口，所述进料器的出口连接所述加料器的入口，所述进料器的内部采用螺旋输送结构输送所述碎料和所述物料，所述进料器的外部设有旋钮，所述旋钮由人工或电机驱动，通过旋转所述旋钮带动所述螺旋输送结构转动，进而实现所述碎料和所述物料的推送；所述螺旋输送结构的送料速度均匀且能够控制，根据所述旋钮的旋转圈数，能够确定进料量。

7、进一步，所述加料器的入口连接所述进料器，所述进料器输送来的所述碎料和所述物料在所述加料器内进行暂存和混合，得到混合料，实现对所述有机废物的预处理；所述加料器的入口设置第二阀门，所述加料器的出口设置第三阀门，从而避免内部直接连通外部环境；所述加料器的容积与试验处理量相匹配；在所述加料器的侧面设有搅拌装置，一方面起到拨料和下料作用，一方面用于所述碎料和所述物料的混合；所述加料器的出口连接所述反应器的入口，所述混合料由此进入所述反应器内进行所述蒸汽重整反应。

8、进一步，所述反应器采用卧式螺杆固定床形式；所述反应器一端安装电机带动所述反应器内部的螺杆推进器旋转，起到推送和搅拌所述混合料的作用，促进所述混合料传热传质；所述螺杆推进器由外接电机带动，电机配置变频器，能够对输出转速进行精确控制，从而实现对所述螺杆推进器的转速的控制，以保证所述混合料在所述反应器内部具有足够的停留时间和反应时间，确保所述蒸汽重整反应能够彻底完全。

9、进一步，所述蒸汽发生器通过多条管路连接所述反应器，每条所述管路连接到所述反应器内部不同区域；所述蒸汽发生器由所述管路向所述反应器内部提供过热高温蒸汽用于所述蒸汽重整反应；所述管路上均设有阀门，通过控制各个管路的所述阀门的开度，调节所述反应器内部各区域蒸汽含量，从而提高蒸汽利用率；过热高温蒸汽流量通过所述蒸汽发生器内置的去离子水蠕动泵流量换算得到。

10、进一步，所述反应器外部设有电加热器，用于提供额外热量，保证所述蒸汽重整反应所需温度。

11、进一步，在所述反应器的出口的下方设置一个所述收集器，用于对经过所述蒸汽重整反应后剩余的矿化残渣进行收集，所述矿化残渣在所述螺杆推进器的持续推动下进入所述收集器中；所述收集器与所述反应器之间通过法兰实现连接，并设置阀门控制所述收集器与所述反应器的连通和隔断。

12、进一步，所述高温过滤器设置在所述反应器的出口的上方，用于对经过所述蒸汽重整反应后形成的热解气体进行过滤；所述高温过滤器采用滤筒过滤器的形式，并选用多孔陶瓷和金属作为滤材，能够在高温状态下运行；所述高温过滤器还设置压差显示和反吹系统，用于监测设备运行状态和反吹清灰；在所述高温过滤器的底部设置一个所述收集器，反吹清灰后的颗粒物则在重力作用下进入所述收集器内；所述收集器与所述高温过滤器之间通过法兰实现连接，并设置阀门控制所述收集器与所述高温过滤器的连通和隔断。

13、进一步，所述反应器和所述高温过滤器连接处设置第一支路，连通所述烟气在线监测仪，所述烟气在线监测仪能够对所述热解气体中的各类成分、流量和含尘量参数进行测试，作为分析判断试验反应效果的依据。

14、进一步，所述燃烧室的入口连接所述高温过滤器的出口，过滤后的所述热解气体进入所述燃烧室内部，通过高温燃烧的方式对所述热解气体进行处理；所述燃烧室还设有外部接口，用于引入外部空气参与燃烧；所述燃烧室为立式筒状设备，内设高温耐火炉膛，容积能够保证所述热解气体足够的停留时间；所述燃烧室配备燃烧器或电加热器，用于提供所述热解气体燃烧所需的热量和温度；所述燃烧室的出口连接所述冷却器的入口，之间设置第二支路，连通所述烟气在线监测仪，以便分析所述燃烧室的出口流出的尾气参数。

15、进一步，所述冷却器为立式筒状容器，耐腐蚀、耐高温，所述冷却器用于对所述燃烧室排出的所述尾气进行冷却、除酸和冷凝；所述冷却器采用急冷喷淋和间壁换热组合的形式，所述冷却器的上段为急冷喷淋塔结构，利用碱液作为喷淋液，一方面快速降温，遏制二噁英生成，另一方面利用所述碱液吸收所述尾气中的酸性气体；所述冷却器的下段为管壳式换热器结构，连接冷却水循环系统，利用循环冷却水，进一步降低所述尾气的温度，并析出冷凝水；所述冷却器上设置对应的冷凝水排放口。

16、进一步，所述除尘器的入口连接所述冷却器的出口，用于对所述冷却器处理后的所述尾气做进一步除尘；所述除尘器为滤袋除尘器，采用覆催化剂滤袋，使用除尘/二噁英分解双效滤料，能够在进一步除尘过程中，去除所述尾气中的二噁英；所述除尘器还设置压差显示和反吹系统，用于监测设备运行状态和反吹清灰。

17、进一步，所述组合过滤器的入口连接所述除尘器的出口，用于对所述尾气做最后把关，并作为异常工况下的冗余备用，进一步保证安全性；所述组合过滤器为碳床加高效过滤器的组合形式，内置活性炭床和高效滤芯；所述组合过滤器的出口设置第三支路，连通所述烟气在线监测仪，以便分析所述组合过滤器的出口流出的尾气参数。

18、为达以上目的，本发明还提供了用于如上所述的一种用于处理放射性废物的蒸汽重整试验装置的一种用于处理放射性废物的蒸汽重整试验方法，包括如下步骤：

19、步骤s1，首先利用所述破碎机对试验需要的所述有机废物进行破碎，破碎后的所述碎料的尺寸满足后续进料和加料需要；

20、步骤s2，形成的所述碎料分类收集后，与所述物料一起，分别放入对应的所述储料仓内进行暂存和备料；当需要进料时，根据试验要求，打开所述碎料和各类所述物料对应的所述储料仓下方的所述第一阀门，所述碎料和所述物料在重力作用下进入对应的所述进料器内部；

21、步骤s3，转动所述进料器外部的所述旋钮带动内部的所述螺旋输送结构转动，从而推送所述碎料和所述物料至所述加料器内；

22、步骤s4，在所述加料器内部，通过侧面安装的所述搅拌装置对各类物料进行混合，得到所述混合料；

23、步骤s5，当需要加料时，关闭进料器与加料器之间的所述第二阀门，开启所述加料器与所述反应器之间的所述第三阀门，在重力作用下，所述混合料进入所述反应器内部；同时，加料过程中可以开启所述搅拌装置，辅助进行拨料和下料；

24、步骤s6，当所述混合料进入所述反应器后，接触所述蒸汽发生器输送的过热高温蒸汽，开始进行所述蒸汽重整反应；蒸汽重整反应后形成的产物包括热解气体和矿化残渣；

25、步骤s7，所述热解气进入后续的所述高温过滤器进行过滤；

26、步骤s8，随后所述热解气则进入所述燃烧室，与外界环境空气混合，在所述燃烧室的炉膛内，实现高温燃烧，使所述热解气中未反应完全的有机物充分氧化；

27、步骤s9，所述热解气经过氧化燃烧后得到的所述尾气随后进入所述冷却器进行冷却降温；所述尾气进入所述冷却器后，首先与雾化后的碱液接触，一方面高温尾气与低温雾化液体，通过高效传热实现快速降温，以遏制二噁英生成；另一方面通过中和反应，利用所述碱液吸收所述尾气中的酸性气体，完成尾气的除酸；之后所述尾气再经过充满循环冷却水的所述管壳式换热器结构，进一步降低温度，并保证能够析出所述尾气中的冷凝水，以防止所述尾气中湿含量过高，影响后续设备；析出的所述冷凝水则通过所述冷却器底部的冷凝水排放口排出；

28、步骤s10，经过冷却后的所述尾气，再进入所述除尘器，通过所述覆催化剂滤袋，即除尘/二噁英分解双效滤料，在进一步除尘过程中，去除可能的二噁英，完成除尘和净化双重功效；

29、步骤s11，最后，所述尾气通过所述组合过滤器内置的活性炭床和高效滤芯，进行最后的净化过滤，排入烟囱，实现达标排放。

30、进一步，在所述步骤s3中，根据试验需要的进料量，确定所述旋钮的旋转圈数，实现所述碎料和所述物料的定量输送。

31、进一步，在所述步骤s6中，所述矿化残渣在所述螺杆的持续推动下进入所述反应器底部的所述收集器，得到妥善收集，并送样分析。

32、进一步，在所述步骤s7中，在所述热解气进入高温过滤器之前，所述热解气先通过所述第一支路引入所述烟气在线监测仪，从而对所述热解气中的各类成分、流量和含尘量参数进行测试；所述高温过滤器通过配备的压差显示和反吹系统，监测设备运行状态和反吹清灰，反吹后的颗粒物则在重力作用下进入设备底部的所述收集器内。。

33、进一步，在所述步骤s8中，通过所述燃烧室内设置的所述燃烧器或者所述电加热器进行助燃，为所述热解气的燃烧提供高温环境；同时，保证所述热解气在所述燃烧室内停留和反应时间足够长。

34、进一步，在所述步骤s9中，所述尾气在进入所述冷却器之前，通过所述第二支路引入所述烟气在线监测仪，从而对燃烧后的所述尾气的参数进行测试，以判断所述热解气的燃烧处理效果。

35、本发明的有益效果在于：

36、1.本发明提供的装置和方法，从废物预处理到尾气净化排放，流程完整，操作方便，配置必要的监测仪器和手段，同时相关试验参数具有较好的可调节性，能够满足试验和研究的需求。

37、2.尾气处理系统中采用多种复合功能的新设备，同一台设备可以同时实现多种功能，减少设备数量、缩小占地面积，在方便试验开展的同时，做到尾气达标排放，安全性良好。