一种中低放射性废物处理装置的制作方法

本发明属于中低放射性废物处理设备技术领域，涉及一种废物处理装置，特别是一种中低放射性废物处理装置，用于处理医院、工厂、研究机构以及核电厂产生包含放射性物质的有机可燃类废弃物，实现中低放射性废物的减容化和无害化处理。

背景技术：
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从技术层面分类，放射性废物主要分为高放射性和中低放射性两类。高放射性放射性废物主要包括核燃料在发电后产生的乏燃料及其处理物；中低放射性废物一般包括核电站的污染设备、检测设备、运行时的水化系统、交换树脂、废水废液；还包括医院、工厂、研究机构以及核电厂等产生包含放射性物质的废弃物，如衣物、纸类、试验器具等，中低放射性废物占到了所有放射性废物的99％，其中，大部分为核电厂产生的包含放射性物质的废弃物，中低放射性废物的危害性较低，但放射性废物具有独特性质，使其在处理中非常麻烦：①放射性：放射性废物的放射性不能用一般的物理、化学和生物方法消除，只能靠放射性核素自身的衰变而减少。②射线危害：放射性废物放出的射线通过物质时，发生电离和激发作用，对生物体会引起辐射损伤。③热能释放：放射性废物中放射性核素通过衰变放出能量，当放射性核素含量较高时，释放的热能会导致放射性废物的温度不断上升，甚至使溶液自行沸腾，固体自行熔融。

如何有效的处理放射性废物，同时能够最大化的减少放射性废物体积，一直是世界各国悬而未决的难题，美国已在该问题上进行了长达20年的研究，并耗费了上百亿美元的支出。国际原子能机构对于放射性废物的处理和处置要求很严，并要求各国遵照执行，并且各国在投放时要接受国际监督。对中低放射性废物的处理，国际原子能机构要求，不论是固体放射性废物还是液体放射性废物，都要进行固化处理，然后装在封闭"容器"里，放在浅地层的处置库里。中低放射性废物因其危害较低，国际上通行的做法是在地面开挖深约10—20米的壕沟，然后建好各种防辐射工程屏障，将经过焚化压缩固化好的放射性废物罐放入其中并掩埋，一段时间后，这些废物中的放射性物质就会衰变成对人体无害的物质，这种方法经过几十年的发展，虽然技术已经十分成熟，但需要占用大量的核废物堆场空间。随着我国核电事业的发展，中国核工业系统积存的中、低放固体废物已达数万立方米，中国有限的放射性废物堆场空间已远远不能满足未来中低放废物存储的要求，因此，采用可靠的处理工艺，实现对中低放射性废物减容化无害化处理已经迫在眉睫。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种中低放射性废物处理装置，解决中低放射性废物堆积量大、存储难的难题，实现中低放射性废物的减容化和无害化处理。

为了实现上述目的，本发明涉及的中低放射性废物处理装置的主要结构包括热解反应器、燃烧器、催化转化器、喷淋水洗塔和耐高温管路，热解反应器、燃烧器、催化转化器、喷淋水洗塔之间通过耐高温管路相通，所述热解反应器包括加热装置、封闭进料系统、螺旋推进器、封闭出料系统、电加热炉、第一控温仪和电机；所述封闭进料系统包含进料口和密封进料阀；所述螺旋推进器包含蜗杆和进料管；所述封闭出料系统包含固体残渣出口、密封出料阀和气体出口；所述燃烧器包含燃烧头和燃烧器主体，燃烧器主体包含两级电磁阀、自动燃油回路油泵、伺服电机、进风口和第一进气口；所述催化转化器外部设有保温层，内部装填固体催化剂；所述喷淋水洗塔包含液罐、喷淋水洗塔主体、循环水泵、引风机、喷淋管、进液孔、出液孔、喷头、第二进气口、排气口、排气管、排水孔；水平设置的螺旋推进器由蜗杆和中空结构的进料管组成，进料管的内部设有蜗杆，进料管的外部管壁缠绕式设置有加热装置并形成加热层，所述加热装置为加热电阻丝，加热装置的外部设有箱式结构的电加热炉，电加热炉由内至外依次包含耐火层和保温层，电加热炉与第一控温仪电连接，第一控温仪用于控制加热装置内的热解温度，实现物料充分热解；进料管的输入端与竖直设置的封闭进料系统的底部相连通，封闭进料系统包含进料口和密封进料阀，密封进料阀用于密封进料口，使得热解反应器能够在缺氧或绝氧的环境下进料，螺旋推进器的输入端与电机电连接，电机带动螺旋推进器旋转并控制推进速度，确保热解反应器内的物质完全热解，进料管的输出端设有封闭出料系统，封闭出料系统包含固体残渣出口、密封进料阀和气体出口，固体残渣出口通过密封进料阀进行密封，与工业三废处理系统管网连通，用于排出废弃物残渣；气体出口通过耐高温管路与燃烧器上设置的第一进气口相连通，燃烧器为防爆油气两用燃烧器，燃烧器包含燃烧头和燃烧器主体，燃烧器的燃烧头和燃烧器主体均采用耐高温材料且管道式相通，燃烧头为同心环状结构，外环为燃气口，内环为燃油口，燃烧头外部设有箱式结构的燃烧室，燃烧器主体包含两级电磁阀、自动燃油回路油泵、伺服电机、进风口和第一进气口，自动燃油回路油泵上设有两级电磁阀，两级电磁阀与伺服电机电连接，燃烧器主体的顶部设有第一进气口，燃烧器主体的底部设有进风口，自动燃油回路油泵通过调节燃油量，伺服电机通过调节进风口实现可燃物的充分燃烧；燃烧头内燃烧后产生的尾气通过耐高温管路进入催化转化器的输入端，催化转化器为耐高温不锈钢固体床反应器，外部设有保温层，内部装填固体催化剂，催化转化器的输出端通过耐高温管路与喷淋水洗塔上的第二进气口相连通，喷淋水洗塔的底部水平设置有液罐，液罐的上部设有第二进气口，液罐的顶部设有进水口和进药口，进水口用于注入工业用水，进药口用于注入弱碱性吸收液，液罐的下部设有出液孔，出液孔通过喷淋管与竖直设置的柱状的喷淋水洗塔主体的上部设有的进液孔相连通，喷淋管上设有循环水泵，喷淋水洗塔主体内部的喷淋管上设置有一个以上的喷头，喷淋水洗塔主体的顶部设有的排气口经排气管与引风机相连通；

所述密封进料阀和密封出料阀能为双隔板阀，或为座板阀，或为星型阀，使得热解器内维持缺氧或绝氧的工作状态；

所述喷淋水洗塔主体为耐腐蚀不锈钢材料；

本发明的第一种改进方案为：省去催化转化器结构，燃烧器的输出端通过耐高温管路与喷淋水洗塔的第二进气口相连通。

本发明的第二种改进方式为：增加换热器结构，所述换热器为带控制阀的耐高温管路，换热器的输入端与燃烧器尾气出口相通，换热器的输出端与催化转化器相通，换热器的耐高温管路螺旋式设置于燃烧器燃气入口管路的外部，通过耐高温管路使燃烧后的高温尾气与燃烧器入口的气体进行换热；其处理步骤与本发明的区别在于步骤(2)，启动燃烧器前打开燃烧器尾气出口的控制阀，实现燃烧器尾气和入口气体换热，提高燃烧器入口气体的温度，实现热量循环利用，降低能耗。

本发明的第三种改进方式为：增加换热器结构，同时省去催化转化器结构，所述换热器为带控制阀的耐高温管路，换热器的输入端与燃烧器尾气出口相通，换热器的输出端与喷淋水洗塔相通，换热器的耐高温管路螺旋式设置于燃烧器燃气入口管路的外部，通过耐高温管路使燃烧后的高温尾气与燃烧器入口的气体进行换热；其处理步骤与第一种改进方式的区别在于步骤(2)，启动燃烧器前打开燃烧器尾气出口的控制阀，实现燃烧器尾气和入口气体换热，提高燃烧器入口气体的温度，实现热量循环利用，降低能耗。

本发明涉及的中低放射性废物处理装置的工作原理为：将中低放射性废物从进料口送入封闭进料系统，通过密封进料阀密封进料口，使得热解反应器能够在缺氧或绝氧的环境下将中低放射性废物热解，中低放射性废物能够热解为气体和固体残渣，中低放射性废物中95％-98％的放射性元素停留在固体残渣中，经固体残渣出口排出，统一封存并水泥固化处理；2％-5％的放射性元素随产生的气体进入燃烧器；燃烧器将未燃烧完全的一氧化碳和碳氢化合物转换成二氧化碳和水蒸汽，并将氮氧化物转化成氮气，并通过第二进气口排入喷淋水洗塔中，喷淋水洗塔中弱碱性吸收溶液将气体净化后经排气口抽空排放，弱碱性吸收溶液排入废水管网中，集中统一处理。

采用本发明涉及的中低放射性废物处理装置处理中低放射性废物的具体工艺步骤为：

(1)启动加热装置：启动热解反应器的加热装置，设置第一控温仪的温度为300-600℃；

(2)启动燃烧器：启动自动燃油回路油泵，打开两级电磁阀自动点火并顺次燃烧，当燃烧器燃油部分稳定燃烧，保持燃烧室温度为800-1300℃，热解气进入燃烧器燃烧，即燃烧器由中间部分喷油雾化燃烧，使用自动燃油回路油泵调节燃油量，伺服电机调节进风口确保热解气体充分燃烧；

(3)启动喷淋水洗塔：依次启动喷淋水洗塔的循环水泵和引风机，预运行3-5分钟后；

(4)进料：将中低放射性废物和固体催化剂通过进料口送入封闭进料系统，所述固体催化剂为碱金属离子改性的膨润土，关闭密封进料阀；在绝氧或缺氧的条件下启动螺旋推进器，设置转速为1-5转/分钟推动物料完全进入热解反应器；所述固体催化剂的用量为中低放射性废物总质量的0.5-2％；

(5)热解反应：中低放射性废物在固体催化剂作用下热解为气体和固体残渣，中低放射性废物中95％-98％的放射性元素停留在固体残渣中经固体残渣出口排出，统一封存并水泥固化处理；2％-5％的放射性元素随产生的气体进入燃烧器；

(6)燃烧及催化反应：2％-5％的放射性元素随产生的气体与燃油一起充分雾化燃烧，燃烧产生的混合气体进入催化转化器，在固体催化剂的作用下，将未燃烧完全的一氧化碳和碳氢化合物转换成二氧化碳和水蒸汽，并将氮氧化物转化成氮气，并通过第二进气口排入液罐中；

(7)净化反应：二氧化碳、水蒸汽和氮气的混合气体进入液罐后，喷淋水洗塔主体上的喷头从上部喷淋弱碱性吸收溶液，弱碱性吸收溶液的组分与浓度要根据中低放射性废物的成分确定，并与高温的混合气体充分逆向接触进行净化反应，耐腐蚀循环水泵能够循环喷淋弱碱性吸收溶液，使得混合气体中的酸性组分被弱碱性吸收溶液充分吸收；极少数挥发性放射性核素被弱碱性吸收溶液捕集；

(8)排放：监测合格的净化后气体通过引风机经排气口抽空排放；喷淋水洗塔所用弱碱性吸收溶液中核素达到排放上限之前，将其从排水孔排放到废水管网水中，集中统一处理，然后通过进水口和进药口加入新的弱碱性吸收溶液；重复执行步骤4-步骤7继续投料，随着热解器工作状态的稳定，送料量逐渐增大到热解器的额定处理量，实现中低放射性废物的减容化和无害化处理。

所述固体催化剂优选为碱金属离子改性的膨润土，水泥固化效果好；所述燃烧器的燃料为柴油，或为润滑油。

本发明与现有技术相比，能够将医院、工厂、研究机构以及核电厂产生包含放射性物质的有机可燃类废物处理成为固体残渣，方便后续的封存、填埋处理，减容率超过95％；放射性极低且不含有机物COD的废水能够排放到工业废水管网中；能够消除核放射污染和大气环境污染；采用温和热催化降解工艺，能够处理有机可燃类核防护用品和树脂类废物，其结构简单、原理可靠，减容率高，固化效果好，应用环境友好，投资及运营成本低，节能环保，具有良好的经济效益和广阔的市场前景。

附图说明：

图1为本发明涉及的中低放射性废物处理装置的主体结构原理示意图。

图2为实施例2的主体结构原理示意图。

图3为实施例3的主体结构原理示意图。

图4为实施例4的主体结构原理示意图。

图5为本发明涉及的中低放射性废物处理装置处理中低放射性废物的流程框图。

具体实施方式：

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步描述。

实施例1：

本实施例涉及的中低放射性废物处理装置的主体结构包括热解反应器1、燃烧器2、催化转化器3、喷淋水洗塔4和耐高温管路5，热解反应器1、燃烧器2、催化转化器3、喷淋水洗塔4之间通过耐高温管路5相通，热解反应器1包括加热装置11、封闭进料系统12、螺旋推进器13、封闭出料系统14、电加热炉15、第一控温仪16和电机17，封闭进料系统12包含进料口121和密封进料阀122，螺旋推进器13包含蜗杆131和进料管132，封闭出料系统14包含固体残渣出口141、密封出料阀142和气体出口143；所述燃烧器2包含燃烧头21和燃烧器主体22，燃烧器主体22包含两级电磁阀23、自动燃油回路油泵24、伺服电机25、进风口26和第一进气口27；所述催化转化器3外部设有保温层31，内部装填固体催化剂32；所述喷淋水洗塔4包含液罐41、喷淋水洗塔主体42、循环水泵43、引风机44、喷淋管45、进液孔46、出液孔47、喷头48、第二进气口49、排气口50、排气管51、排水孔52、进水口53、进药口54；水平设置的螺旋推进器13由蜗杆131和中空结构的进料管132组成，进料管132的内部设有蜗杆131，进料管132的外部管壁缠绕式设置有加热装置11并形成加热层，所述加热装置11为加热电阻丝，加热装置11的外部设有箱式结构的电加热炉15，电加热炉15由内至外依次包含耐火层和保温层，电加热炉15与第一控温仪16电连接，第一控温仪16用于控制加热装置11内的热解温度，实现物料充分热解；进料管132的输入端与竖直设置的封闭进料系统12的底部相连通，封闭进料系统12包含进料口121和密封进料阀122，密封进料阀122用于密封进料口121，使得热解反应器1能够在缺氧或绝氧的环境下进料，螺旋推进器13的输入端与电机17电连接，电机17带动螺旋推进器13旋转并控制推进速度，确保热解反应器内的物质完全热解，进料管132的输出端设有封闭出料系统14，封闭出料系统14包含固体残渣出口141、密封进料阀142和气体出口143，固体残渣出口141通过密封进料阀142进行密封，与工业三废处理系统管网连通，用于排出废弃物残渣；气体出口143通过耐高温管路5与燃烧器2上设置的第一进气口27相连通，燃烧器2为防爆油气两用燃烧器，燃烧器2包含燃烧头21和燃烧器主体22，燃烧器2的燃烧头21和燃烧器主体22均采用耐高温材料且管道式相通，燃烧头21为同心环状结构，外环为燃气口，内环为燃油口，燃烧头21外部设有箱式结构的燃烧室28，燃烧器主体22包含两级电磁阀23、自动燃油回路油泵24、伺服电机25、进风口26和第一进气口27，自动燃油回路油泵24上设有两级电磁阀23，两级电磁阀23与伺服电机25电连接，燃烧器主体22的顶部设有第一进气口27，燃烧器主体22的底部设有进风口26，自动燃油回路油泵24通过调节燃油量，伺服电机25通过调节进风口26实现可燃物的充分燃烧；燃烧头21内燃烧后产生的尾气通过耐高温管路5进入催化转化器3的输入端，催化转化器3为耐高温不锈钢固体床反应器，外部设有保温层31，内部装填固体催化剂32，催化转化器3的输出端通过耐高温管路5与喷淋水洗塔4上的第二进气口49相连通，喷淋水洗塔4的底部水平设置有液罐41，液罐41的上部设有第二进气口49，液罐41的顶部设有进水口53和进药口54，进水口53用于注入工业用水，进药口54用于注入弱碱性吸收液，液罐41的下部设有出液孔47，出液孔47通过喷淋管45与竖直设置的柱状的喷淋水洗塔主体42的上部设有的进液孔46相连通，喷淋管45上设有循环水泵43，喷淋水洗塔主体42内部的喷淋管45上设置有一个以上的喷头48，喷淋水洗塔主体42的顶部设有的排气口50经排气管51与引风机44相连通；

所述密封进料阀122和密封出料阀142能够替换为双隔板阀门，或为座板阀，或为星型给料阀，使得热解器内维持缺氧或绝氧的工作状态；

所述喷淋水洗塔主体42为耐腐蚀不锈钢材料；

采用本发明涉及的中低放射性废物处理装置处理中低放射性废物的具体工艺步骤为：

(1)启动加热装置11：启动热解反应器1的加热装置11，设置第一控温仪16的温度为300-600℃；

(2)启动燃烧器2：启动自动燃油回路油泵24，打开两级电磁阀23自动点火并顺次燃烧，当燃烧器燃油部分稳定燃烧，保持燃烧室28的温度为800-1300℃，热解气进入燃烧器2燃烧，即燃烧器2由中间部分喷油雾化燃烧，使用自动燃油回路油泵24调节燃油量，伺服电机25调节进风口26确保热解气体充分燃烧；

(3)启动喷淋水洗塔3：依次启动喷淋水洗塔的循环水泵43和引风机44，预运行3-5分钟后；

(4)进料：将中低放射性废物和固体催化剂通过进料口121送入封闭进料系统12，所述固体催化剂为碱金属离子改性的膨润土，关闭密封进料阀122；在绝氧或缺氧的条件下启动螺旋推进器13，设置转速为1-5转/分钟推动物料完全进入热解反应器1；所述固体催化剂的用量为中低放射性废物总质量的0.5-2％；

(5)热解反应：中低放射性废物在固体催化剂作用下热解为气体和固体残渣，中低放射性废物中95％-98％的放射性元素停留在固体残渣中经固体残渣出口141排出，统一封存并水泥固化处理；2％-5％的放射性元素随产生的气体进入燃烧器2；

(6)燃烧及催化反应：2％-5％的放射性元素随产生的气体与燃油一起充分雾化燃烧，燃烧产生的混合气体进入催化转化器3，在催化剂32的作用下，将未燃烧完全的一氧化碳和碳氢化合物转换成二氧化碳和水蒸汽，并将氮氧化物转化成氮气，并通过第二进气口49排入液罐41中；

(7)净化反应：二氧化碳、水蒸汽和氮气的混合气体进入液罐41后，喷淋水洗塔主体42上的喷头48从上部喷淋弱碱性吸收溶液，弱碱性吸收溶液的组分与浓度要根据中低放射性废物的成分确定，并与高温的混合气体充分逆向接触进行净化反应，耐腐蚀循环水泵43能够循环喷淋弱碱性吸收溶液，使得混合气体中的酸性组分被弱碱性吸收溶液充分吸收；极少数挥发性放射性核素被弱碱性吸收溶液捕集；

(8)排放：监测合格的净化后气体冷却后通过引风机44经排气口50抽空排放；喷淋水洗塔所用弱碱性吸收溶液中核素达到排放上限之前，将其从排水孔52排放到废水管网中，集中统一处理，然后通过进水口53和进药口54加入新的弱碱性吸收溶液；重复执行步骤4-步骤7继续投料，随着热解器工作状态的稳定，送料量逐渐增大到热解器的额定处理量，实现中低放射性废物的减容化和无害化处理。

所述固体催化剂32优选为碱金属离子改性的膨润土，水泥固化效果好；所述燃烧器2的燃料为柴油，或为润滑油。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：省去催化转化器3结构，燃烧器2的输出端通过耐高温管路5与喷淋水洗塔4的第二进气口49相连通。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于：增加换热器6结构，所述换热器6为带控制阀61的耐高温管路62，换热器6的输入端与燃烧器2尾气出口相通，换热器6的输出端与催化转化器3相通，换热器6的耐高温管路62螺旋式设置于燃烧器2燃气入口管路63的外部，通过耐高温管路62使燃烧后的高温尾气与燃烧器2入口的气体进行换热；其处理步骤与实施例1的区别在于步骤(2)，启动燃烧器2前打开燃烧器2尾气出口的控制阀61，实现燃烧器2尾气和入口气体换热，提高燃烧器2入口气体的温度，实现热量循环利用，降低能耗。

实施例4：

本实施例与实施例2的区别在于：增加换热器6结构，所述换热器6为带控制阀61的耐高温管路62，换热器6的输入端与燃烧器2尾气出口相通，换热器6的输出端与喷淋水洗塔4相通，换热器6的耐高温管路62螺旋式设置于燃烧器2燃气入口管路63的外部，通过耐高温管路62使燃烧后的高温尾气与燃烧器2入口的气体进行换热；其处理步骤与实施例2的区别在于步骤(2)，启动燃烧器2前打开燃烧器2尾气出口的控制阀61，实现燃烧器2尾气和入口气体换热，提高燃烧器2入口气体的温度，实现热量循环利用，降低能耗。