一种研究后处理有机相着火燃烧行为的装置和方法与流程

本发明属于核技术领域，具体涉及一种研究后处理有机相着火燃烧行为的装置和方法。

背景技术：

乏燃料后处理厂是实现核燃料的回收利用，并有利于核废物的妥善处置的处理厂，是实现核燃料闭式循环的一个重要环节。脉冲柱在后处理厂又称萃取柱，能够将乏燃料溶解液中铀和钚，通过萃取的方式分离出来，是后处理中极为重要的环节。脉冲柱内的溶液由煤油-tbp混合溶剂和硝酸/硝酸盐溶液组成。

假设脉冲柱出现破口，内部溶液全部泄漏，遇到火源或者达到一定温度便能引燃。由于空间狭小，一旦发生火灾，周围温度会迅速上升，将直接或间接地破坏与安全相关的建筑物、系统和部件，例如引燃后处理厂中易燃材料(如氢、溶解肼等)造成二次破坏。且在高温，狭小的环境下，氧气不充分，造成有机溶剂的不完全燃烧，将产生可燃气体，可燃气体的扩散对其他厂房造成了安全隐患。该有机相的燃烧能直接或间接地破坏与安全相关的建筑物、系统和部件，而其破坏程度取决于有机相的燃烧行为。

因此，有必要发明了一种研究后处理有机相着火燃烧行为的装置和方法，对其进行深入的研究，获取有机相着火燃烧行为的相关基础参数，可为后处理厂的安全设计和火灾事故的预防措施提供理论数据支持。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种研究后处理有机相着火燃烧行为的装置和方法，能够获取有机相着火燃烧行为的相关基础参数，可为后处理厂的安全设计和火灾事故的预防措施提供理论数据支持。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种研究后处理有机相着火燃烧行为的装置，所述装置包括：分别设置于烟气管道出气口和进气口的恒流泵和烟气分析模块、燃烧室、位于燃烧室内侧底部的称重模块以及位于燃烧室中轴线上的温度测试模块；

所述称重模块包括燃烧池、点火器、压力传感器、隔热层和压力数据采集器；

所述温度测试模块包括至少3组热电偶和温度数据采集器。

进一步的，所述燃烧池内存放有机溶剂层或有机溶剂层和无机液相层，所述有机溶剂层和无机液相层内放置有热电偶，剩余热电偶均匀分布在燃烧室的中轴线上。

进一步的，所述装置还包括尾气处理模块，所述尾气处理模块设置于所述烟气分析模块和恒流泵之间。

进一步的，所述烟气分析模块包括烟气分析探针和在线烟气分析仪。

进一步的，所述装置中燃烧池可更换，且各燃烧池燃烧面积不同。

进一步的，所述装置还包括管道阀门，所述管道阀门设置于燃烧室外侧底部。

本发明采用的另一种技术方案是：一种研究后处理有机相着火燃烧行为的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)取预设体积的预设溶液加入燃烧池；

(2)点燃预设溶液，开启压力数据采集器和温度数据采集器，运行在线烟气分析仪；

(3)启动恒流泵，将其调节至预设流速；

(4)记录测试数据。

进一步的，预设溶液为用不同成分不同体积比配成的有机溶剂层或有机溶剂层和无机液相层，有机溶剂层包括煤油和tbp，无机液相层包括硝酸溶液或硝酸盐溶液。

进一步的，所述方法的实验变量为预设流速、燃烧池尺寸和预设溶液。

进一步的，所述方法的测试参数包括燃烧池质量、烟气温度和预设溶液温度、烟气浓度及其各组分浓度。

本发明的效果在于，采用本发明所述的装置和方法，能够获取有机相着火燃烧行为的相关基础参数，可为后处理厂的安全设计和火灾事故的预防措施提供理论数据支持。

附图说明

图1是本发明所述装置一实施例的结构示意图；

图2是本发明所述方法一实施例的技术路线图；

图3是本发明所述方法一实施例的流程示意图。

图中：1-恒流泵；2-尾气处理装置；3-烟气管道；4-热电偶；5-温度数据采集器；6-管道阀门；7-烟气分析仪探针；8-燃烧室；9-压力数据采集器；10-在线烟气分析仪；11-点火器；12-燃烧池；13-有机溶剂层；14-无机液相层；15-隔热层；16-压力传感器。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

参阅图1所示，图1是本发明所述装置一实施例的结构示意图。所述装置包括：分别设置于烟气管道3出气口和进气口的恒流泵1和烟气分析模块、燃烧室8、位于燃烧室8内侧底部称重模块以及位于燃烧室8中轴线上的温度测试模块。

所述称重模块包括燃烧池12、点火器11、压力传感器16、隔热层15和压力数据采集器9。燃烧池12用于存放有机溶剂(煤油、tbp)或有机溶剂和无机溶液(硝酸溶液或硝酸盐溶液)。

在一个具体的实施例中，燃烧池12内只存放有机溶剂，有机溶剂包括煤油和tbp。在其他实施例中，燃烧池12内同时存放有机溶剂和无机溶液。其中，有机溶剂包括煤油和tbp，无机溶液包括硝酸盐溶液或硝酸溶液。

点火器11用于点燃燃烧池12内的有机溶液。通过压力传感器16可以测量燃烧池12的质量变化从而分析燃烧速率。隔热层15用于隔绝燃烧池12和压力传感器16，避免高温对压力传感器16有影响，压力数据采集器9用于实时记录燃烧池13的质量变化。

所述温度测试模块包括至少3组热电偶4和温度数据采集器5。

所述燃烧池12内存放有机溶剂层13和无机液相层14，所述有机溶剂层13和无机液相层14内放置有热电偶4，剩余热电偶4均匀分布在燃烧室8的中轴线上。

优选的，所述装置包括6个热电偶4。其中两组热电偶4分别用于采集有机溶剂层13(org)和无机液相层14(acq)的温度，其余4组热电偶4均匀分布在燃烧室8的中轴线上，温度数据采集器5用于实时记录6组热电偶测试的温度情况。

所述装置还包括尾气处理模块2，所述尾气处理模块2设置于所述烟气分析模块和恒流泵1之间。烟气经尾气处理模块2处理后，达到空气排放标准排入空气。

所述烟气分析模块包括烟气分析探针7和在线烟气分析仪10。实验中烟气分析探针7以一定的取样速率对经过管道中的烟气进行采样稀释，再通过在线烟气分析仪10持续分析烟气浓度。在线烟气分析仪10包括颗粒物、挥发性有机物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳等监测单元，可以实时监测烟气各个组分的浓度。

所述装置中燃烧池12可更换，且各燃烧池12燃烧面积不同。燃烧池12为向上开口的容器，其燃烧面积为开口面积。

所述装置还包括管道阀门6，所述管道阀门6设置于燃烧室8外侧底部，用于控制空气进入。

所述装置实验流程为，在燃烧池12内加入待测溶液，点火器11点燃待测溶液，在恒流泵1的抽压下，空气流入燃烧室8，同时带动燃烧室8内的烟气，进入烟气管道3，经尾气处理装置2，最终排出。实验过程中，压力数据采集器9实时记录着燃烧池12的质量变化，直至火焰熄灭；温度数据采集器5实时记录待测溶液与烟气的温度变化；在线烟气分析仪10实时监控烟气中各个组分的浓度变化。

区别于现有技术，本发明提供的一种研究后处理有机相着火燃烧行为的装置，该装置设计紧凑，能够获取有机相着火燃烧行为的相关基础参数，可为后处理厂的安全设计和火灾事故的预防措施提供理论数据支持。

参阅图2-3，图2是本发明所述方法一实施例的技术路线图，图3是本发明所述方法一实施例的流程示意图。所述方法包括以下步骤：

步骤101：取预设体积的预设溶液加入燃烧池。

在试验开始前还包括检查相关仪器设备，查看是否正常。

取预设体积的预设溶液加入燃烧池。预设溶液为用不同成分不同体积比配成的有机溶剂层或有机溶剂层和无机液相层，有机溶剂层包括煤油和tbp，无机液相层包括硝酸溶液或硝酸盐溶液。

在一个具体的实施例中，预设溶液为：有机溶剂层由30％体积的tbp和70％的煤油构成，无机液相层硝酸浓度为0.1mol/l-5mol/l，有机溶剂层/无机液相比例为1:1。在其他实施例中，有机溶剂层/无机液相比例还可以为1:2或2:1。

步骤102：点燃预设溶液，开启压力数据采集器和温度数据采集器，运行在线烟气分析仪。

步骤103：启动恒流泵，将其调节至预设流速。

为了模拟不同气流速率下，对燃烧速率、溶液温度、烟气温度和烟气释放行为的影响，将恒流泵调节至预设流速。

步骤104：记录测试数据。

在实验过程中，实时记录测试数据，具体包括：当燃烧池中预设溶液在燃烧时，压力数据采集器实时记录着燃烧池的质量变化，直至火焰熄灭；温度数据采集器实时记录溶液与烟气的温度变化；在线烟气分析实时监控烟气中各个组分的浓度变化。

本发明提供的方法是针对后处理有机相燃烧的实验方法。所述方法的实验变量为预设流速、燃烧池尺寸和预设溶液。变量气体流速即通过调节恒流泵功率，产生不同的气体流速；变量燃烧池尺寸即采用不同燃烧面积的容器进行实验测试；变量预设溶液(org/acq)即进行不同成分配比的溶液的实验研究。

所述方法的测试参数包括燃烧池质量、烟气温度和预设溶液温度、烟气浓度及其各组分浓度。通过对燃烧池质量的变化，可计算出溶液的燃烧速率；对烟气成分测试数据进行归纳总结，可得到烟气释放的规律；通过对多组温度数据、燃烧池质量变化数据及烟气成分数据的分析，可归纳出有机相燃烧的机理，并估算出燃烧过程热流量的释放。通过以上数据最终建立温度分布和烟气释放模型。

采用本发明提供的方法具体可以分析内容如下：(1)不同气流速率下，对燃烧速率、溶液温度、烟气温度和烟气释放行为的影响；(2)不同燃烧池尺寸，对燃烧速率、溶液温度、烟气温度和烟气释放行为的影响；(3)不同预设溶液(org/acq)配比下，对燃烧速率、溶液温度、烟气温度和烟气释放行为的影响。

区别于现有技术，本发明提供的一种研究后处理有机相着火燃烧行为的方法，能够获取有机相着火燃烧行为的相关基础参数，可为后处理厂的安全设计和火灾事故的预防措施提供理论数据支持。

本领域技术人员应该明白，本发明所述的装置和方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。