本實(shí)用新型涉及一種放射性廢物的處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

放射性廢料的處置安全要求高，費(fèi)用昂貴并高度取決于被處置廢料的體積。其中常見(jiàn)的有機(jī)廢物包括：放射性樹(shù)脂、可燃干廢物和化學(xué)廢液等，成分形態(tài)復(fù)雜。因此，可靠性、減容比和適應(yīng)性是評(píng)價(jià)放射性廢料處理工藝的重要指標(biāo)。

固化工藝通過(guò)選擇穩(wěn)定性很高的固化介質(zhì)，通過(guò)高溫等條件與放射性廢物生成類礦物物質(zhì)，固定放射性核素。該方法能在極長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)固定放射性核素，是放射性廢物安全處置的關(guān)鍵。其優(yōu)點(diǎn)包括：浸出率低、包容比大，抗輻射性能良好，是目前公認(rèn)最好的高放廢物處理發(fā)展方向。

位于美國(guó)田納西的蒸汽重整技術(shù)THOR采用流化床技術(shù)集中處理放射性廢料，單套裝置為100噸/年的規(guī)模。目前，流化床技術(shù)存在著對(duì)原料要求嚴(yán)格，易磨損，飛灰量大，溫度低，設(shè)備和操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。

我國(guó)由于交通等條件限制，適合于采用在核電站、核燃料加工廠和相關(guān)科研單位等就近分散處理的方法。所以，需要一種操作靈活、簡(jiǎn)單可靠的放射性廢物處理技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有的放射性廢物的處理方法存在的對(duì)原料要求嚴(yán)格，易磨損，飛灰量大，溫度低，設(shè)備和操作復(fù)雜的缺陷，提供一種放射性廢物的處理系統(tǒng)。所提供的處理系統(tǒng)高效、節(jié)能、簡(jiǎn)便、安全，為放射性廢物的安全處置、核能的可持續(xù)發(fā)展提供了重要保障。

本實(shí)用新型是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的：

本實(shí)用新型提供了一種放射性廢物的處理系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于，所述處理系統(tǒng)包括依次連接的一固定床氣化爐、一細(xì)灰分離設(shè)備、一二燃室、一急冷塔和一凈化系統(tǒng)；所述固定床氣化爐的爐頂、爐膛上段、爐膛下段和爐底分別設(shè)有一進(jìn)料口、一粗燃?xì)獬隹?、一氣體入口和一固化渣出料口，所述粗燃?xì)獬隹谂c所述細(xì)灰分離設(shè)備相連，所述細(xì)灰分離設(shè)備的氣體出口與所述二燃室連接，所述二燃室的氣體出口與所述急冷塔連接，所述二燃室還設(shè)有一換熱通道，所述換熱通道包括一冷水入口管道和一熱水出口管道，所述熱水出口管道依次與一蒸汽發(fā)生器、一氣體混合器和固定床氣化爐的氣體入口連接，所述蒸汽發(fā)生器用于產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，所述氣體混合器用于將過(guò)熱蒸汽和氧氣混合均勻后，送至固定床氣化爐的氣體入口。

下面，對(duì)固定床氣化爐的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步描述：

所述的固定床氣化爐較佳地為耐火磚固定床氣化爐。采用耐火磚可以較經(jīng)濟(jì)地提高設(shè)備壽命、降低熱損失。

所述的進(jìn)料口、所述的固化渣出料口較佳地設(shè)于所述固定床氣化爐的爐身的中心軸向上。其中，所述的固化渣出料口較佳地還與一固化渣收集裝置直接相連。

所述的進(jìn)料口的正下方較佳地還設(shè)有一分布器，所述分布器的結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域常規(guī)結(jié)構(gòu)，其用于提高氣化過(guò)程中物料與氣化氣體的接觸面積。

所述的固化渣出料口的正上方、所述爐膛的中下段較佳地還設(shè)有一爐箅，所述爐箅與所述氣體入口相連通，所述爐箅的結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域常規(guī)結(jié)構(gòu)，其用于使從固定床氣化爐的氣體入口進(jìn)入的氣化氣體在爐箅上均勻分布，然后參與化學(xué)反應(yīng)。

其中，所述細(xì)灰分離設(shè)備較佳地還設(shè)有一細(xì)灰出口。所述的細(xì)灰分離設(shè)備較佳地為一旋風(fēng)分離器，其用于初步分離粗燃?xì)庵械募?xì)灰。

其中，按照本領(lǐng)域常識(shí)，所述的二燃室還設(shè)有一空氣入口管道，用于為燃燒過(guò)程提供空氣。所述二燃室的換熱通道的作用是使燃燒過(guò)程產(chǎn)生的熱量被重新利用，使水加熱為熱水。

其中，所述蒸汽發(fā)生器用于將熱水轉(zhuǎn)換為過(guò)熱蒸汽。

其中，所述的急冷塔用于為從二燃室的氣體出口得到的煙氣快速降溫，防止產(chǎn)生二噁英。

較佳地，所述的氣體混合器還設(shè)有一氧氣入口。所述氣體混合器與所述固定床氣化爐的氣體入口連接，用于將蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽與氧氣的混合氣體，作為氣化氣體，送至所述固定床氣化爐中參與氣化反應(yīng)。

下面，對(duì)凈化系統(tǒng)作進(jìn)一步介紹：

較佳地，所述的凈化系統(tǒng)包括依次連接的一除塵器、一洗滌塔和一煙囪。其中，所述洗滌塔用于進(jìn)一步除去煙氣中的可溶性物質(zhì)和細(xì)顆粒。

其中，較佳地，所述的除塵器為一陶瓷過(guò)濾膜或一布袋除塵器。

其中，較佳地，所述洗滌塔與所述煙囪之間還設(shè)有一輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備，用于檢測(cè)排放的尾氣是否達(dá)標(biāo)。

其中，所述煙囪為本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)備，較佳地，其設(shè)有一合格煙氣出口。

上述方案中，所述的“連接”具有本領(lǐng)域常規(guī)含義，均指以工藝管線的方式連接。

本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于：本實(shí)用新型利用固定床氣化爐對(duì)放射性廢物進(jìn)行高溫減容固化處理，無(wú)需將放射性廢物預(yù)先處理，整個(gè)系統(tǒng)適用范圍廣，可處理廢樹(shù)脂、干活性廢物、衣物、化學(xué)廢液、廢油和污泥等，操作簡(jiǎn)單靈活。固定床大幅減少了燃?xì)庵酗w灰的攜帶量，減輕了后續(xù)凈化系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，極大的降低了放射性核素泄露的風(fēng)險(xiǎn)。固定床熱解氣化爐內(nèi)物料停留時(shí)間長(zhǎng)，有利于蒸汽重整和氣化反應(yīng)，使有機(jī)物充分轉(zhuǎn)化為燃?xì)狻⒎派湫院怂赝耆袒?，減容比高。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的放射性廢物的處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1為固定床氣化爐；101為進(jìn)料口；102為分布器；103為粗燃?xì)獬隹冢?04為爐箅；105為氣體入口；106為固化渣出料口；2為旋風(fēng)分離器；201為細(xì)灰出口；3為二燃室；301為空氣入口管道；302為冷水入口管道；303為熱水出口管道；4為急冷塔；5為陶瓷過(guò)濾膜；6為洗滌塔；7為煙囪；701為合格煙氣出口；8為輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備；9為氣體混合器；901為煙氣入口；10為蒸汽發(fā)生器；11為固化渣收集設(shè)備。

具體實(shí)施方式

下面舉個(gè)較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖來(lái)更清楚完整地說(shuō)明本實(shí)用新型。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

本實(shí)施例提供的放射性廢物的處理系統(tǒng)，包括依次連接的一固定床氣化爐1、一旋風(fēng)分離器2、一二燃室3、一急冷塔4和一凈化系統(tǒng)；所述固定床氣化爐1的爐頂、爐膛上段、爐膛下段和爐底分別設(shè)有一進(jìn)料口101、一粗燃?xì)獬隹?03、一氣體入口105和一固化渣出料口106，所述粗燃?xì)獬隹?03與所述旋風(fēng)分離器2相連，所述旋風(fēng)分離器2的氣體出口與所述二燃室3連接，所述二燃室3的氣體出口與所述急冷塔4連接，所述二燃室3還設(shè)有一換熱通道，所述換熱通道包括一冷水入口管道302和一熱水出口管道303，所述熱水出口管道303依次與一蒸汽發(fā)生器10、一氣體混合器9和固定床氣化爐1的氣體入口105連接，所述蒸汽發(fā)生器10用于產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，所述氣體混合器9用于將過(guò)熱蒸汽和氧氣混合均勻后，送至固定床氣化爐1的氣體入口105。

下面，對(duì)固定床氣化爐1的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步描述：

所述的固定床氣化爐1為耐火磚固定床氣化爐；所述的進(jìn)料口101、所述的固化渣出料口106設(shè)于所述固定床氣化爐1的爐身的中心軸向上。其中，所述的固化渣出料口106還與一固化渣收集裝置11直接相連。

所述的進(jìn)料口101的正下方還設(shè)有一分布器102，所述分布器102的結(jié)構(gòu)用于提高氣化過(guò)程中物料與氣化氣體的接觸面積。

所述的固化渣出料口106的正上方、所述爐膛的中下段還設(shè)有一爐箅104，所述爐箅104與所述氣體入口105相連通，所述爐箅104用于使從固定床氣化爐1的氣體入口105進(jìn)入的氣化氣體在爐箅104上均勻分布，然后參與化學(xué)反應(yīng)。所述旋風(fēng)分離器還設(shè)有一細(xì)灰出口201。

所述的二燃室3還設(shè)有一空氣入口管道301，用于為燃燒過(guò)程提供空氣。所述的急冷塔4用于為從二燃室3的氣體出口得到的煙氣快速降溫，防止產(chǎn)生二噁英。

所述的氣體混合器9還設(shè)有一氧氣入口901。所述氣體混合器9與所述固定床氣化爐1的氣體入口105連接，用于將蒸汽發(fā)生器10產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽與氧氣的混合氣體，作為氣化氣體，送至所述固定床氣化爐1中參與氣化反應(yīng)。

下面，對(duì)凈化系統(tǒng)作進(jìn)一步介紹：

所述的凈化系統(tǒng)包括依次連接的一陶瓷過(guò)濾膜5、一洗滌塔6和一煙囪7。其中，所述洗滌塔6用于進(jìn)一步除去煙氣中的可溶性物質(zhì)和細(xì)顆粒。其中，所述洗滌塔6與所述煙囪7之間還設(shè)有一輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備8，用于檢測(cè)排放的尾氣是否達(dá)標(biāo)。所述煙囪設(shè)有一合格煙氣出口701。

本實(shí)施例中放射性廢物的處理方法的具體步驟包括：

(1)將放射性廢物、固化介質(zhì)(為粘土)和炭塊混合均勻后得混合料，將所述混合料從所述固定床氣化爐1的進(jìn)料口101進(jìn)料，從氣體入口105通入氣化氣體，氣化反應(yīng)后，生成的粗燃?xì)鈴臓t膛上段的粗燃?xì)獬隹?03排出，固化渣從爐底的固化渣出料口106排出；

(2)將粗燃?xì)鈱?dǎo)入所述旋風(fēng)分離器2，分離出細(xì)灰后得燃?xì)猓?/p>

(3)將燃?xì)鈱?dǎo)入所述二燃室3，燃燒后得煙氣；

(4)將煙氣通入所述急冷塔4冷卻后，導(dǎo)入所述凈化系統(tǒng)，凈化后排出，即可。

步驟(1)中，放射性廢物為：放射性樹(shù)脂6m³/天、放射性可燃干廢物10m³/天。所需炭塊為：800kg/天。固化介質(zhì)為(粘土)：300kg/天。固定床氣化爐1中的反應(yīng)溫度為1000℃。固化渣產(chǎn)量為：450kg/天。所述放射性廢物中的放射性核素與粘土的摩爾比為1：20。所述放射性廢物與所述炭塊的質(zhì)量比為1：0.07。

步驟(1)中，所述的氣化氣體中氧氣所占的體積比小于35％。

步驟(1)中，所述的固定床氣化爐1的工作壓力為5MPa?；旌狭显诠潭ù矚饣癄t中的停留時(shí)間為15h。

其中，固定床氣化爐1中發(fā)生的為蒸汽重整反應(yīng)，主要反應(yīng)為：

H₂O+C→H₂+CO

H₂O+CO→H₂+CO₂

3H₂+CO→CH₄+H₂O

C_xH_yO_z+NaNO₃+Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O→NaAlSiO₄+N₂+CO₂+H₂

C_xH_yO_z→C+CH₄+CO+H₂

C+O₂→CO₂

2CO+O₂→2CO₂

2H₂+O₂→2H₂O

步驟(2)中，所述的細(xì)灰的粒徑大于10μm。

從煙囪排放的煙氣的主要成分：N₂、CO₂、O₂、H₂O等，滿足國(guó)標(biāo)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB13271-2014》的排放要求。

對(duì)本實(shí)施例產(chǎn)生的固化渣進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試，具體地，依據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法HJ/T299-2007》對(duì)固化渣進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明其重金屬等有害物質(zhì)的浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足環(huán)保要求。同時(shí)還采用了其它方法進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試，具體是，參照《放射性廢物固化體長(zhǎng)期浸出試驗(yàn)GB 7023-86》和美國(guó)PCT(product consistency test)法進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果也能滿足環(huán)保要求。

可見(jiàn)，本實(shí)施例產(chǎn)生的廢渣較玻璃固化體更為穩(wěn)定，玻璃固化體雖然具有較高的抗化學(xué)介質(zhì)侵蝕的能力和良好的輻照穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。不足之處是玻璃是一種自由能較高的亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，它有通過(guò)析出晶體，釋放能量而到達(dá)穩(wěn)定態(tài)的自發(fā)傾向。析出晶體的玻璃體在抗水浸出等性能上有所下降，這是安全上所不希望的。

由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型可對(duì)核工業(yè)中產(chǎn)生的放射性有機(jī)廢棄物進(jìn)行高效減容固化處理，處理后產(chǎn)生穩(wěn)定的固化渣和煙氣。通過(guò)本實(shí)用新型的實(shí)施，可以為放射性有機(jī)廢棄物的安全處理探索一條新的途徑，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，符合我國(guó)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)工業(yè)的需求。