一种用于处理核设施固体废物的等离子体减容系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核废物处理领域，尤其涉及一种用于处理核设施固体废物的等离子体减容系统及方法。
【背景技术】
[0002]核设施在运行与维护中会产生大量低中水平放射性固体废物，如废过滤器、废石棉布、浓缩液、污泥、废树脂等。现行的处理方法通常为:分类、压缩(超级压缩)、水泥固化和混凝土固定。这些方法因技术成熟而被国内核电站广泛采用，但是处理工艺复杂、处理速度慢、废物包容率低、压缩后的废物核素浸出率高。
[0003]随着我国核电的发展，核电站低中放固体废物处理问题将日益突出。为了进一步提高废物处理处置的安全性和经济性，发展能够显著减容且产物长期稳定的技术变得更加紧迫。热等离子体处理废物时，废物中的有机成分在惰性和还原性气氛中被热解为小分子，无机成分熔融冷却后形成稳定的固化体，使用同一装置同时完成废物的减容减量和放射性核素的固定，处理过程不受处理对象的限制，处理速度快。国外的研宄和应用表明，热等离子体技术是处理放射性废物最可靠的技术之一。
[0004]现有的一种热等离子体处理固体低、中水平放射性固体废弃物的装置，包括有等离子体熔融气化炉、热等离子体发生器、工作气体制备供应装置、冷却水供应装置、进料装置、玻璃固化体排放及接收装置、尾气净化处理系统以及相应的测量控制及监测系统，利用热等离子体在炉膛的低温区气化废弃物中的有机和无机含碳成分，产生的灰烬和废弃物中的无机物在炉膛高温区被熔融，通过调节添加玻璃形成体，将放射性核素稳定的固定在玻璃体中。但是其尾气后处理设备布置的顺序无法达到核设施废物处理后向外界排放环境保护的要求。
[0005]另一种现有的放射性废树脂等离子体高温焚烧固化方法，将废树脂与固化剂混合加热，有机成分生成可燃性气体，无机成分进行熔渣收集，冷却形成玻璃体；可燃性气体与空气混合燃烧，产生烟气；将产生的烟气冷却，滤除粉尘；喷入碱液，去除粉尘，对烟气降温；对烟气加热，排放剩余烟气。然而，这种等离子体高温焚烧固化方法所处理废物的种类仅为废树脂。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于处理核设施固体废物的等离子体减容系统及方法，能够处理各种类型的核固体废物，并有效提高减容比和安全性。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于处理核设施固体废物的等离子体减容系统，包括:熔融燃烧系统和尾气处理系统，其中，
所述熔融燃烧系统进一步包括熔融炉和二次燃烧室，所述熔融炉用于利用等离子体对经分拣和粉碎后的核固体废物进行热解和熔融，所述二次燃烧室用于将经所述熔融炉热解后的产物进行充分燃烧； 所述尾气处理系统进一步包括顺序相连的半干急冷除酸塔、布袋除尘器、喷淋洗涤塔以及选择性催化还原法SCR反应器，所述半干急冷除酸塔用于按照半干急冷法，利用喷入的碱液对来自所述二次燃烧室的烟气进行冷却并中和烟气中的酸性气体，所述布袋除尘器用于捕集来自所述半干急冷除酸塔的烟气中的粉尘、焦炭以及放射性核素，所述喷淋洗涤塔用于对烟气进行洗涤以去除其中的酸性气体和放射性核素，所述SCR反应器用于去除烟气中的氮氧化物。
[0008]其中，还包括分拣配料装置和粉碎装置，所述分拣配料装置用于将待处理的核固体废物重新分拣、分类整理，以将同类的核固体废物重新整理在一起，所述粉碎装置用于将经过所述分拣配料装置分拣后的核固体废物破碎成小体积，以便投入所述熔融炉内。
[0009]其中，还包括等离子体发生器和发生器辅助系统，所述等离子体发生器与所述熔融炉的中下部相连，用于提供高温的等离子体以热解可燃废物和熔融不可燃废物，所述发生器辅助系统与所述等离子体发生器相连，用于为所述等离子体发生器提供冷却水和高纯氮气。
[0010]其中，所述等离子体发生器为非转移弧的等离子体发生器。
[0011 ] 其中，所述等离子体发生器为一个，功率为300kW ;或者所述等离子体发生器为三个，每个功率为lOOkW。
[0012]其中，所述熔融炉采用管状炉膛结构，包括:耐高温内衬、耐火层、隔热层、保温层、金属外壳，所述耐高温内衬采用锆刚玉材料，所述耐火层采用氧化铝耐火砖，所述隔热层采用轻质莫来石砖是，所述保温层采用陶瓷纤维针刺毡。
[0013]其中，还包括接渣装置，用于接收所述熔融炉内的各种熔融物，所述接渣装置设有加热装置和接渣筒，所述加热装置用于保证所述熔融物在所述接渣筒内保持一定的温度。
[0014]其中，还包括固化体养护装置，与所述接渣装置相连，用于当所述接渣筒装满后收纳所述接渣筒，并保持所述接渣筒内的固化体在养护周期内以一定的温度梯度降温。
[0015]其中，所述二次燃烧室采用管状炉膛结构，包括:耐高温内衬、耐火层、隔热层、保温层、金属外壳，所述耐高温内衬采用锆刚玉材料，所述耐火层采用氧化铝耐火砖，所述隔热层采用轻质莫来石砖，所述保温层采用陶瓷纤维针刺毡。
[0016]其中，所述二次燃烧室配有天然气点火器，用于降低氮氧化物的生成。
[0017]其中，所述半干急冷除酸塔的主体为立式圆筒体，上下端均为锥体，上椎体设有冷却液雾化器，下椎体具有一定倾斜角度以方便出灰。
[0018]其中，所述半干急冷除酸塔的外胆材质为不锈钢，内部与烟气接触面为内衬防腐耐高温浇注料。
[0019]其中，所述半干急冷除酸塔配有用于提供碱液的半干急冷除酸装置，所述半干急冷除酸装置包含碱液加压泵、雾化喷头、管路系统以及碱液池，所述碱液加压泵有两台，采用一用一备的并联方式布置，所述雾化喷头采用内部混合式二流体雾化器。
[0020]其中，在所述布袋除尘器与所述喷淋洗涤塔之间还设置有活性炭吸附装置，用于对经所述布袋除尘器处理后的烟气中残留的放射性核素、二恶英和重金属进行吸附处理。
[0021]其中，所述活性炭吸附装置设置有活性炭装卸口以及检查门。
[0022]其中，所述喷淋洗涤塔通过NaOH溶液洗涤烟气中的酸性气体，所述NaOH溶液通过支管式喷淋装置喷入。
[0023]其中，所述喷淋洗涤塔的主体材质为不锈钢，内部花岗岩衬里，填料采用耐酸碱的鲍尔环陶瓷。
[0024]其中，在所述喷淋洗涤塔与所述SCR反应器之间还设置有加热器，用于提高烟气温度，以为所述SCR反应器提供合适的反应温度。
[0025]其中，所述加热器是电加热器或天然气加热器。
[0026]其中，所述SCR反应器装填有用于氮氧化物的SCR主催化剂，在最下层还装填有用于脱除二恶英的SCR催化剂，在出口处还装填有用于脱除多余氨气的SCR催化剂。
[0027]其中，在每层所述催化剂的下面布置有用于支撑催化剂的支撑钢结构梁。
[0028]其中，所述SCR反应器还设有用于防止烟气中飞灰及其它杂质附着、沉积在所述催化剂表面的蒸汽吹灰器。
[0029]其中，所述SCR反应器连接有氨水喷射装置，所述氨水喷射装置包括稀释风机、氨/空气混合器、供应支管和喷射格栅。
[0030]其中，所述SCR反应器还连接有高效过滤器，用于捕捉以微小颗粒物为载体的核素。
[0031 ] 其中，所述高效过滤器还连接有烟囱，用于向高空中排放经过处理后的尾气。
[0032]本发明还提供一种用于处理核设施固体废物的等离子体减容方法，包括:
步骤Si，利用等离子体对经分拣和粉碎后的核固体废物进行热解和熔融；
步骤S2，将经热解后的产物进行充分燃烧，生成待处理的烟气；
步骤S3，按照半干急冷法，利用喷入的碱液对所述待处理的烟气进行冷却并中和其中的酸性气体；
步骤S4，采用布袋法捕集经所述步骤S3处理后的烟气中的粉尘、焦炭以及放射性核素；
步骤S5，采用湿法对经步骤所述S4处理后的烟气进行洗涤以去除其中的酸性气体和放射性核素；
步骤S6，采用选择性催化还原法去除经所述步骤S5处理后的烟气中的氮氧化物。
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