本發(fā)明涉及一種用放射性有機廢物處理設備及工藝。

背景技術：

常見的放射性有機廢物包括放射性樹脂、放射性可燃干廢物和放射性化學廢液等，廢物成分形態(tài)復雜、處理安全要求高、處理費用昂貴并高度取決于被處理有機廢物的體積；因此，可靠性、減容比和適應性是評價放射性廢料處理工藝的重要指標。固化工藝是目前最常用的廢物處理方法，該法選擇穩(wěn)定性很高的固化介質，通過高溫等條件將固化介質與放射性廢物生成類礦物物質以固定放射性核素；固化工藝的優(yōu)點很多，包括浸出率低、包容比大、抗輻射性能良好等，且該方法能在極長的時間內固定放射性核素，是放射性廢物安全處置的關鍵。因此，固化工藝是目前公認最好的高放射性廢物處理發(fā)展方向之一。我國現階段放射性有機廢棄物的處理方式主要是水泥固化。但水泥固化增容大，且長期處置安全性相對較低；此外，由于我國交通等條件的限制，難以采用從核電站、核燃料加工廠和相關科研單位等設施中將放射性有機廢物集中運輸處理的方法。

為解決固化工藝中廢物增容比較大的缺點，達到放射性有機廢物的有效減容，國內外采用了多種方法，主要有熱態(tài)超壓、HIC(High Integrity Container，即高整體性容器)中脫水保存、高溫焚燒、等離子熔融、濕法氧化及微生物轉化等，但這些方法仍存在著風險高、工藝復雜、減容比小、二次污染或成本高等缺點，有的還處于實驗室階段，尚待進一步優(yōu)化。已投入實際應用的有位于美國田納西的蒸汽重整處理裝置，其采用流化床技術集中處理放射性廢料，單套裝置規(guī)模為100噸/年；但流化床技術也存在著對廢物原料要求嚴格、易磨損、飛灰量大、溫度低、設備和操作復雜等缺點。對此，若采用固定床技術代替流化床技術，雖可在一定程度上緩解上述問題，但固定床技術相對的也存在轉化率低、處理量小，難以連續(xù)生產、氣體產物易含有焦油和酚類等污染物，氣體凈化處理復雜等問題。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的是現有放射性有機廢物處理技術安全性較低、操作復雜、廢物前處理要求高、廢物增容比較大的問題，提供了一種操作簡便、安全可靠、高效節(jié)能的放射性有機廢物處理設備及工藝。

本發(fā)明通過下述技術方案來解決上述技術問題：

本發(fā)明提供了一種放射性有機廢物處理設備，其包括雙層回轉式熱解氣化爐、二燃室和輻射監(jiān)測設備；所述雙層回轉式熱解氣化爐包括一原料入口、一高溫煙氣進口、一低溫煙氣出口、一粗燃氣出口和一灰渣出口，所述二燃室包括一空氣進料口、一粗燃氣進口和一高溫煙氣出口，所述粗燃氣出口與所述粗燃氣進口相連通，所述高溫煙氣進口與所述高溫煙氣出口相連通，所述低溫煙氣出口與一煙氣排放管路相連通，所述煙氣排放管路上設有所述輻射監(jiān)測設備。

本發(fā)明中，所述高溫煙氣進口的數量較佳地為大于等于1，更佳地為3；多個高溫煙氣進口的設置有助于溫度分布更均勻。

本發(fā)明中，所述輻射監(jiān)測設備為本領域常規(guī)，較佳地為固定式核輻射在線監(jiān)測系統(tǒng)、固定式通道輻射檢測儀、個人用輻射探測器、便攜式放射性核素識別裝置、便攜式中子搜尋探測器和防爆型核輻射測量儀中的一種或多種。

本發(fā)明中，所述放射性有機廢物處理設備較佳地還包括凈化設備，所述凈化設備設于所述煙氣排放管路上，且所述凈化設備位于所述輻射監(jiān)測設備的前端；

較佳地，所述凈化設備為依次設置的急冷塔、除塵設備和洗滌設備，所述除塵設備較佳地為旋風除塵器、陶瓷過濾器和布袋除塵器中的一種或幾種，所述洗滌設備較佳地為洗滌塔和/或中和反應塔。

本發(fā)明中，所述急冷塔為本領域常規(guī)設備，用于將所述雙層回轉式熱解氣化爐排出的煙氣快速降溫，并將一部分有毒氣體和粉塵過濾掉，避免生產污染物。

本發(fā)明中，所述旋風除塵器為本領域常規(guī)設備，用于去除所述雙層回轉式熱解氣化爐排出的煙氣中粒徑較大(>5μm)的顆粒污染物。

本發(fā)明中，所述陶瓷過濾器為本領域常規(guī)設備，用于去除所述雙層回轉式熱解氣化爐排出的煙氣中粒徑較小(<10μm)的顆粒污染物。

本發(fā)明中，所述布袋除塵器為本領域常規(guī)設備，用于去除所述雙層回轉式熱解氣化爐排出的煙氣中粒徑較小的顆粒污染物。

本發(fā)明中，所述洗滌塔為本領域常規(guī)設備，用于去除所述雙層回轉式熱解氣化爐排出的煙氣中粒徑較小的顆粒污染物。

本發(fā)明中，所述中和反應塔為本領域常規(guī)設備，用于去除所述雙層回轉式熱解氣化爐排出的煙氣中的酸/堿性污染物。

本發(fā)明還提供了一種應用了上述放射性有機廢物處理設備的處理工藝，其包括如下步驟：

(1)將放射性廢物和固化介質混合進入雙層回轉式熱解氣化爐的內層反應得到粗燃氣和固化渣，所述粗燃氣經粗燃氣出口排出并進入二燃室，所述固化渣經灰渣出口排出并回收；

(2)向所述二燃室中通入空氣，所述粗燃氣與所述空氣在所述二燃室內燃燒得到高溫煙氣，所述高溫煙氣經高溫煙氣出口排出并進入所述雙層回轉式熱解氣化爐的外層；

(3)所述高溫煙氣在所述雙層回轉式熱解氣化爐的外層與所述雙層回轉式熱解氣化爐的內層中的物料換熱后，經低溫煙氣出口通過煙氣排放管路排放。

本發(fā)明中，所述放射性廢物為本領域常規(guī)，一般指含有放射性核素或被放射性核素污染，其濃度或比活度大于國家審管部門規(guī)定的清潔解控水平，并且預計不再利用的物質；所述放射性廢物包括放射性液體廢物和放射性固體廢物，例如具有放射性或受放射性沾污的樹脂制品、塑料制品、棉布制品、化學廢液、廢油、污泥漿、高堿廢物和放射性蒸殘液等。

本發(fā)明中，所述固化介質為本領域常規(guī)，用于使放射性廢物轉變?yōu)檫m于裝卸、運輸和暫存，性能指標滿足處置要求的整塊性固化體；所述固化介質較佳地為粘土、方鈉石、霞石、黝方石、鈉硅鋁酸鹽和稀土鋯酸鹽中的一種或多種。

本發(fā)明中，步驟(1)中，所述放射性廢物中的放射性核素與所述固化介質的摩爾比較佳地為1：1.2～1：200。

本發(fā)明中，步驟(1)中，所述放射性廢物在所述雙層回轉式熱解氣化爐中的停留時間較佳地為0.5～30h。

本發(fā)明中，步驟(1)中，所述雙層回轉式熱解氣化爐的反應溫度較佳地為600～1400℃，更佳地為800～1200℃。

本發(fā)明中，步驟(1)中，所述雙層回轉式熱解氣化爐的工作壓力較佳地為-50kPa～10MPa。

本發(fā)明中，步驟(2)中，所述二燃室中較佳地還通入燃氣和/或燃油，以保持經高溫煙氣熱交換后所述雙層回轉式熱解氣化爐的溫度不低于設計值；所述燃氣較佳地為天然氣、煤氣、液化石油氣和生物質氣中的一種或多種，所述燃油較佳地為重油、渣油、柴油、煤油和汽油中的一種或多種。

在符合本領域常識的基礎上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。

本發(fā)明的積極進步效果在于：

(1)本發(fā)明通過二燃室所得高溫煙氣與放射性廢物間接換熱為反應提供熱量，使內層原料自身的水分受熱轉化為蒸汽，雙層回轉式熱解氣化爐的特殊內層回轉結構保證了固體原料和蒸汽在反應爐中的停留時間，利于固體原料和蒸汽的再接觸混合，從而無需額外補充過熱蒸汽，即可完成蒸汽重整和氣化反應；

(2)本發(fā)明雙層回轉式熱解氣化爐中提供熱量的高溫煙氣與放射性廢物間接換熱，還大幅減少了燃氣中飛灰的攜帶量，減輕了后續(xù)凈化系統(tǒng)的負擔，極大的降低了放射性核素泄露的風險；

(3)本發(fā)明的雙層回轉式熱解氣化爐無需預處理，可連續(xù)化生產，適用范圍廣，裝置簡單，操作靈活，經濟性好；

(4)本發(fā)明的放射性有機廢物高溫減容固化處理工藝采用蒸汽重整技術使有機物充分轉化為燃氣、放射性核素完全固化，處理后放射性廢物減容比高，且主反應溫度較常規(guī)焚燒處理低，尾氣處理更簡單，固體廢渣較玻璃固化體更為穩(wěn)定，不產生液體廢物，也不會生成SO₂、NO_x和二噁英等污染物，潔凈環(huán)保，安全可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1的工藝流程示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例1的雙層回轉式熱解氣化爐結構示意圖。

附圖標記說明：1-雙層回轉式熱解氣化爐，2-二燃室，3-急冷塔，4-陶瓷過濾器，5-洗滌塔，6-輻射監(jiān)測設備，7-煙囪；11-原料入口，12-高溫煙氣進口，13-低溫煙氣出口，14-粗燃氣出口，15-灰渣出口。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。

實施例1

如圖1～2所示，本實施例提供了一種放射性有機廢物處理設備，其包括雙層回轉式熱解氣化爐1、二燃室2、凈化設備和輻射監(jiān)測設備6；所述雙層回轉式熱解氣化爐包括一原料入口11、三個高溫煙氣進口12(含有一總煙氣進口管)、一低溫煙氣出口13、一粗燃氣出口14和一灰渣出口15，所述二燃室包括一空氣進料口、一粗燃氣進口和一高溫煙氣出口，所述粗燃氣出口14與所述粗燃氣進口相連通，所述高溫煙氣進口12與所述高溫煙氣出口相連通，所述低溫煙氣出口13與煙氣排放管路相連通，所述煙氣排放管路上設有所述輻射監(jiān)測設備6，末端設有煙囪7；所述凈化設備包括急冷塔3、陶瓷過濾器4和洗滌塔5，依次設于所述輻射監(jiān)測設備6前端的所述煙氣排放管路上；所述輻射監(jiān)測設備6為R2000型固定式核輻射在線監(jiān)測系統(tǒng)(德國柯雷技術有限公司)。

本實施例的放射性有機廢物處理工藝包括下述步驟：

(1)將放射性廢物和固化介質經原料入口11混合進入雙層回轉式熱解氣化爐1的內層反應得到粗燃氣和固化渣，所述粗燃氣經粗燃氣出口14排出并經粗燃氣進口進入二燃室2，所述固化渣經灰渣出口15排出并回收；

(2)經空氣進料口向所述二燃室2中通入空氣，所述粗燃氣與所述空氣在所述二燃室2內燃燒得到高溫煙氣，所述高溫煙氣經高溫煙氣出口排出并經高溫煙氣進口12進入所述雙層回轉式熱解氣化爐1的外層；

(3)所述高溫煙氣在所述雙層回轉式熱解氣化爐1的外層與所述雙層回轉式熱解氣化爐1的內層中的物料換熱后，經低溫煙氣出口13通過煙氣排放管路排放。

其中，步驟(1)中，所述放射性廢物為放射性樹脂10m³/天，所述固化介質為粘土550kg/天，所述放射性廢物中的放射性核素與所述固化介質的摩爾比為1：20；反應所需炭塊為500kg/天，氣化爐反應溫度為800℃，反應壓力為0.1MPa，放射性廢物在氣化爐中的停留時間為5h。

本實施例所得固化渣中含碳量小于3％，產量為950kg/天；所得煙氣主要成分為N₂(70.7％，體積分數，下同)、CO₂(12％)、O₂(6.5％)、H₂O(10.5％)，符合放射性廢物管理系列導則HAD401/03-1997《放射性廢物焚燒設施的設計與運行》、中國國家標準GB18484-2001《危險廢物焚燒污染控制標準》和中國國家標準GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標準》的要求。

實施例2

本實施例的放射性有機廢物處理設備與實施例1基本相同，區(qū)別在于，陶瓷過濾器更換為布袋除塵器，洗滌塔更換為中和反應塔。

本實施例的放射性有機廢物處理工藝與實施例1基本相同，區(qū)別在于，所述放射性廢物為放射性可燃衣物布料15m³/天，所述固化介質為方鈉石、霞石(質量比2:1)共計350kg/天，所述放射性廢物中的放射性核素與所述固化介質的摩爾比為1：1.2；反應所需炭塊為300kg/天，氣化爐反應溫度為1200℃，反應壓力為-10kPa，放射性廢物在氣化爐中的停留時間為2h。

本實施例所得固化渣中含碳量小于2.5％，產量為：380kg/天；所得煙氣主要成分為N₂(71.2％，體積分數，下同)、CO₂(15.6％)、O₂(5.5％)、H₂O(7.2％)，符合《危險廢物焚燒污染控制標準》GB18484-2001和《大氣污染物綜合排放標準》GB16297-1996的要求。

實施例3

本實施例的放射性有機廢物處理設備與實施例1基本相同，區(qū)別在于，除塵設備部分增設一旋風除塵器。

本實施例的放射性有機廢物處理工藝與實施例1基本相同，區(qū)別在于，所述放射性廢物為放射性化學廢液15m³/天，所述固化介質為黝方石、稀土鋯酸鹽(質量比2:1)共計450kg/天，所述放射性廢物中的放射性核素與所述固化介質的摩爾比為1：200，反應所需炭塊為400kg/天，氣化爐反應溫度為600℃，反應壓力為10MPa，放射性廢物在氣化爐中的停留時間為30h。

本實施例所得固化渣中含碳量小于3.5％，產量為：490kg/天；所得煙氣主要成分為N₂(75.5％，體積分數，下同)、CO₂(17.1％)、O₂(2.3％)、H₂O(5.1％)，符合《危險廢物焚燒污染控制標準》GB18484-2001和《大氣污染物綜合排放標準》GB16297-1996的要求。

實施例4

本實施例的放射性有機廢物處理設備與實施例1基本相同。

本實施例的放射性有機廢物處理工藝與實施例1基本相同，區(qū)別在于，所述固化介質為鈉硅鋁酸鹽共計350kg/天，所述放射性廢物中的放射性核素與所述固化介質的摩爾比為1：20；反應所需炭塊為300kg/天，氣化爐反應溫度為1400℃，反應壓力為-50kPa，放射性廢物在氣化爐中的停留時間為0.5h。

本實施例所得固化渣中含碳量小于2.6％，產量為：360kg/天；所得煙氣主要成分為N₂(72.2％，體積分數，下同)、CO₂(15.1％)、O₂(8.5％)、H₂O(4.2％)，符合《危險廢物焚燒污染控制標準》GB18484-2001和《大氣污染物綜合排放標準》GB16297-1996的要求。

對比例1

采用流化床蒸汽重整技術，其它條件與實施例2相同，不同之處在于：需要預先處理放射性可燃衣物布料，使其破碎為粒度合適的可流化原料；凈化系統(tǒng)壓力大，反應器內的固體顆粒(占比超過99％)需要在后續(xù)的凈化系統(tǒng)捕集；需補充550℃過熱蒸汽50m³/h進入反應器。

實施例2與對比例1相比，凈化系統(tǒng)的投資與運行成本下降約60％，還省去了原料預處理系統(tǒng)、提供蒸汽的鍋爐等設備及其運行成本，總的投資與運行成本下降約35％。

對比例2

采用固定床高溫焚燒技術，其它條件與實施例1相同，不同之處在于：仍需要另置凈化系統(tǒng)處理生成的SO₂、NO_x和二噁英等污染物。

常規(guī)固定床高溫焚燒處理條件下，有機廢物焚燒產生的污染物組成與其性質有關，其中硫元素轉化為SO_x的轉化率約為100％，氮元素轉化為NO_x的轉化率約為10％，揮發(fā)性氯元素轉化為HCl的轉化率約為100％，二噁英產生機理比較復雜，一般認為是氯、碳和氧等在焚燒過程中經過一系列反應生成。

由上述實施例及對比例可見，本發(fā)明可對核工業(yè)中產生的放射性有機廢棄物進行高效減容固化處理，處理后產生穩(wěn)定的固化渣和煙氣。通過本發(fā)明的實施，可以為放射性有機廢棄物的安全處理探索一條新的途徑，具有顯著的經濟和環(huán)境效益，符合我國發(fā)展循環(huán)經濟和生態(tài)工業(yè)的需求。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發(fā)明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。