本發(fā)明涉及一種用放射性有機(jī)廢物處理設(shè)備及工藝。

背景技術(shù)：

常見(jiàn)的放射性有機(jī)廢物包括放射性樹(shù)脂、放射性可燃干廢物和放射性化學(xué)廢液等，廢物成分形態(tài)復(fù)雜、處理安全要求高、處理費(fèi)用昂貴并高度取決于被處理有機(jī)廢物的體積；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(zhì)，通過(guò)高溫等條件將固化介質(zhì)與放射性廢物生成類礦物物質(zhì)以固定放射性核素；固化工藝的優(yōu)點(diǎn)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(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。因此，固化工藝是目前公認(rèn)最好的高放射性廢物處理發(fā)展方向之一。我國(guó)現(xiàn)階段放射性有機(jī)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(zhǎng)期處置安全性相對(duì)較低；此外，由于我國(guó)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(guān)科研單位等設(shè)施中將放射性有機(jī)廢物集中運(yùn)輸處理的方法。

為解決固化工藝中廢物增容比較大的缺點(diǎn)，達(dá)到放射性有機(jī)廢物的有效減容，國(guó)內(nèi)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(zhuǎn)化等，但這些方法仍存在著風(fēng)險(xiǎn)高、工藝復(fù)雜、減容比小、二次污染或成本高等缺點(diǎn)，有的還處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚待進(jìn)一步優(yōu)化。已投入實(shí)際應(yīng)用的有位于美國(guó)田納西的蒸汽重整處理裝置，其采用流化床技術(shù)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(shù)也存在著對(duì)廢物原料要求嚴(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)。對(duì)此，若采用固定床技術(shù)代替流化床技術(shù)，雖可在一定程度上緩解上述問(wèn)題，但固定床技術(shù)相對(duì)的也存在轉(zhuǎn)化率低、處理量小，難以連續(xù)生產(chǎn)、氣體產(chǎn)物易含有焦油和酚類等污染物，氣體凈化處理復(fù)雜等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有放射性有機(jī)廢物處理技術(shù)安全性較低、操作復(fù)雜、廢物前處理要求高、廢物增容比較大的問(wèn)題，提供了一種操作簡(jiǎn)便、安全可靠、高效節(jié)能的放射性有機(jī)廢物處理設(shè)備及工藝。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題：

本發(fā)明提供了一種放射性有機(jī)廢物處理設(shè)備，其包括雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐、二燃室和輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備；所述雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐包括一原料入口、一高溫?zé)煔膺M(jìn)口、一低溫?zé)煔獬隹凇⒁淮秩細(xì)獬隹诤鸵换以隹?，所述二燃室包括一空氣進(jìn)料口、一粗燃?xì)膺M(jìn)口和一高溫?zé)煔獬隹?，所述粗燃?xì)獬隹谂c所述粗燃?xì)膺M(jìn)口相連通，所述高溫?zé)煔膺M(jìn)口與所述高溫?zé)煔獬隹谙噙B通，所述低溫?zé)煔獬隹谂c一煙氣排放管路相連通，所述煙氣排放管路上設(shè)有所述輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備。

本發(fā)明中，所述高溫?zé)煔膺M(jìn)口的數(shù)量較佳地為大于等于1，更佳地為3；多個(gè)高溫?zé)煔膺M(jìn)口的設(shè)置有助于溫度分布更均勻。

本發(fā)明中，所述輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備為本領(lǐng)域常規(guī)，較佳地為固定式核輻射在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、固定式通道輻射檢測(cè)儀、個(gè)人用輻射探測(cè)器、便攜式放射性核素識(shí)別裝置、便攜式中子搜尋探測(cè)器和防爆型核輻射測(cè)量?jī)x中的一種或多種。

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

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

本發(fā)明中，所述急冷塔為本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)備，用于將所述雙層回轉(zhuǎn)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(guò)濾掉，避免生產(chǎn)污染物。

本發(fā)明中，所述旋風(fēng)除塵器為本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)備，用于去除所述雙層回轉(zhuǎn)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(guò)濾器為本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)備，用于去除所述雙層回轉(zhuǎn)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(lǐng)域常規(guī)設(shè)備，用于去除所述雙層回轉(zhuǎn)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(lǐng)域常規(guī)設(shè)備，用于去除所述雙層回轉(zhuǎn)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(yīng)塔為本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)備，用于去除所述雙層回轉(zhuǎn)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(yīng)用了上述放射性有機(jī)廢物處理設(shè)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(zhì)混合進(jìn)入雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐的內(nèi)層反應(yīng)得到粗燃?xì)夂凸袒龃秩細(xì)饨?jīng)粗燃?xì)獬隹谂懦霾⑦M(jìn)入二燃室，所述固化渣經(jīng)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?xì)馀c所述空氣在所述二燃室內(nèi)燃燒得到高溫?zé)煔?，所述高溫?zé)煔饨?jīng)高溫?zé)煔獬隹谂懦霾⑦M(jìn)入所述雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐的外層；

(3)所述高溫?zé)煔庠谒鲭p層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐的外層與所述雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐的內(nèi)層中的物料換熱后，經(jīng)低溫?zé)煔獬隹谕ㄟ^(guò)煙氣排放管路排放。

本發(fā)明中，所述放射性廢物為本領(lǐng)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(guó)家審管部門(mén)規(guī)定的清潔解控水平，并且預(yù)計(jì)不再利用的物質(zhì)；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(shù)脂制品、塑料制品、棉布制品、化學(xué)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(zhì)為本領(lǐng)域常規(guī)，用于使放射性廢物轉(zhuǎn)變?yōu)檫m于裝卸、運(yùn)輸和暫存，性能指標(biāo)滿足處置要求的整塊性固化體；所述固化介質(zhì)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(zhì)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(zhuǎn)式熱解氣化爐中的停留時(shí)間較佳地為0.5～30h。

本發(fā)明中，步驟(1)中，所述雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐的反應(yīng)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(zhuǎn)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?xì)夂?或燃油，以保持經(jīng)高溫?zé)煔鉄峤粨Q后所述雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐的溫度不低于設(shè)計(jì)值；所述燃?xì)廨^佳地為天然氣、煤氣、液化石油氣和生物質(zhì)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(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

(1)本發(fā)明通過(guò)二燃室所得高溫?zé)煔馀c放射性廢物間接換熱為反應(yīng)提供熱量，使內(nèi)層原料自身的水分受熱轉(zhuǎn)化為蒸汽，雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐的特殊內(nèi)層回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)保證了固體原料和蒸汽在反應(yīng)爐中的停留時(shí)間，利于固體原料和蒸汽的再接觸混合，從而無(wú)需額外補(bǔ)充過(guò)熱蒸汽，即可完成蒸汽重整和氣化反應(yīng)；

(2)本發(fā)明雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐中提供熱量的高溫?zé)煔馀c放射性廢物間接換熱，還大幅減少了燃?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)；

(3)本發(fā)明的雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐無(wú)需預(yù)處理，可連續(xù)化生產(chǎn)，適用范圍廣，裝置簡(jiǎn)單，操作靈活，經(jīng)濟(jì)性好；

(4)本發(fā)明的放射性有機(jī)廢物高溫減容固化處理工藝采用蒸汽重整技術(shù)使有機(jī)物充分轉(zhuǎn)化為燃?xì)狻⒎派湫院怂赝耆袒?，處理后放射性廢物減容比高，且主反應(yīng)溫度較常規(guī)焚燒處理低，尾氣處理更簡(jiǎn)單，固體廢渣較玻璃固化體更為穩(wěn)定，不產(chǎn)生液體廢物，也不會(huì)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(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的工藝流程示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：1-雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐，2-二燃室，3-急冷塔，4-陶瓷過(guò)濾器，5-洗滌塔，6-輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備，7-煙囪；11-原料入口，12-高溫?zé)煔膺M(jìn)口，13-低溫?zé)煔獬隹冢?4-粗燃?xì)獬隹冢?5-灰渣出口。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例的方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。

實(shí)施例1

如圖1～2所示，本實(shí)施例提供了一種放射性有機(jī)廢物處理設(shè)備，其包括雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐1、二燃室2、凈化設(shè)備和輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備6；所述雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐包括一原料入口11、三個(gè)高溫?zé)煔膺M(jìn)口12(含有一總煙氣進(jìn)口管)、一低溫?zé)煔獬隹?3、一粗燃?xì)獬隹?4和一灰渣出口15，所述二燃室包括一空氣進(jìn)料口、一粗燃?xì)膺M(jìn)口和一高溫?zé)煔獬隹?，所述粗燃?xì)獬隹?4與所述粗燃?xì)膺M(jìn)口相連通，所述高溫?zé)煔膺M(jìn)口12與所述高溫?zé)煔獬隹谙噙B通，所述低溫?zé)煔獬隹?3與煙氣排放管路相連通，所述煙氣排放管路上設(shè)有所述輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備6，末端設(shè)有煙囪7；所述凈化設(shè)備包括急冷塔3、陶瓷過(guò)濾器4和洗滌塔5，依次設(shè)于所述輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備6前端的所述煙氣排放管路上；所述輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備6為R2000型固定式核輻射在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(德國(guó)柯雷技術(shù)有限公司)。

本實(shí)施例的放射性有機(jī)廢物處理工藝包括下述步驟：

(1)將放射性廢物和固化介質(zhì)經(jīng)原料入口11混合進(jìn)入雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐1的內(nèi)層反應(yīng)得到粗燃?xì)夂凸袒龃秩細(xì)饨?jīng)粗燃?xì)獬隹?4排出并經(jīng)粗燃?xì)膺M(jìn)口進(jìn)入二燃室2，所述固化渣經(jīng)灰渣出口15排出并回收；

(2)經(jīng)空氣進(jìn)料口向所述二燃室2中通入空氣，所述粗燃?xì)馀c所述空氣在所述二燃室2內(nèi)燃燒得到高溫?zé)煔?，所述高溫?zé)煔饨?jīng)高溫?zé)煔獬隹谂懦霾⒔?jīng)高溫?zé)煔膺M(jìn)口12進(jìn)入所述雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐1的外層；

(3)所述高溫?zé)煔庠谒鲭p層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐1的外層與所述雙層回轉(zhuǎn)式熱解氣化爐1的內(nèi)層中的物料換熱后，經(jīng)低溫?zé)煔獬隹?3通過(guò)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(shù)脂10m³/天，所述固化介質(zhì)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(zhì)的摩爾比為1：20；反應(yīng)所需炭塊為500kg/天，氣化爐反應(yīng)溫度為800℃，反應(yīng)壓力為0.1MPa，放射性廢物在氣化爐中的停留時(shí)間為5h。

本實(shí)施例所得固化渣中含碳量小于3％，產(chǎn)量為950kg/天；所得煙氣主要成分為N₂(70.7％，體積分?jǐn)?shù)，下同)、CO₂(12％)、O₂(6.5％)、H₂O(10.5％)，符合放射性廢物管理系列導(dǎo)則HAD401/03-1997《放射性廢物焚燒設(shè)施的設(shè)計(jì)與運(yùn)行》、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18484-2001《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》和中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

實(shí)施例2

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

本實(shí)施例的放射性有機(jī)廢物處理工藝與實(shí)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(zhì)為方鈉石、霞石(質(zhì)量比2:1)共計(jì)350kg/天，所述放射性廢物中的放射性核素與所述固化介質(zhì)的摩爾比為1：1.2；反應(yīng)所需炭塊為300kg/天，氣化爐反應(yīng)溫度為1200℃，反應(yīng)壓力為-10kPa，放射性廢物在氣化爐中的停留時(shí)間為2h。

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

實(shí)施例3

本實(shí)施例的放射性有機(jī)廢物處理設(shè)備與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于，除塵設(shè)備部分增設(shè)一旋風(fēng)除塵器。

本實(shí)施例的放射性有機(jī)廢物處理工藝與實(shí)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(xué)廢液15m³/天，所述固化介質(zhì)為黝方石、稀土鋯酸鹽(質(zhì)量比2:1)共計(jì)450kg/天，所述放射性廢物中的放射性核素與所述固化介質(zhì)的摩爾比為1：200，反應(yīng)所需炭塊為400kg/天，氣化爐反應(yīng)溫度為600℃，反應(yīng)壓力為10MPa，放射性廢物在氣化爐中的停留時(shí)間為30h。

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

實(shí)施例4

本實(shí)施例的放射性有機(jī)廢物處理設(shè)備與實(shí)施例1基本相同。

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

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

對(duì)比例1

采用流化床蒸汽重整技術(shù)，其它條件與實(shí)施例2相同，不同之處在于：需要預(yù)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(yīng)器內(nèi)的固體顆粒(占比超過(guò)99％)需要在后續(xù)的凈化系統(tǒng)捕集；需補(bǔ)充550℃過(guò)熱蒸汽50m³/h進(jìn)入反應(yīng)器。

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

對(duì)比例2

采用固定床高溫焚燒技術(shù)，其它條件與實(shí)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?xiàng)l件下，有機(jī)廢物焚燒產(chǎn)生的污染物組成與其性質(zhì)有關(guān)，其中硫元素轉(zhuǎn)化為SO_x的轉(zhuǎn)化率約為100％，氮元素轉(zhuǎn)化為NO_x的轉(zhuǎn)化率約為10％，揮發(fā)性氯元素轉(zhuǎn)化為HCl的轉(zhuǎn)化率約為100％，二噁英產(chǎn)生機(jī)理比較復(fù)雜，一般認(rèn)為是氯、碳和氧等在焚燒過(guò)程中經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)生成。

由上述實(shí)施例及對(duì)比例可見(jiàn)，本發(fā)明可對(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)本發(fā)明的實(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。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書(shū)限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)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(hù)范圍。