一种用于放射性废物的等离子体气化炉的制作方法

本发明涉及放射性废物处理设备领域，具体涉及一种用于放射性废物的等离子体气化炉。

背景技术：

1、随着我国核电的不断发展，我国未来核电站运行和退役将产生总放射性废物量不断增加，核废物高减量、减容处理技术研发已成为核安全的主动力和挑战之一。相比传统处理技术，等离子体焚烧减容固化技术具有适用范围广、反应速度快、二次污染小、尾气量小及设备紧凑等优势，可在一套系统中实现有机废物的分解气化燃烧、无机废物高温熔融和放射性核素的固化过程，大幅减小废物体积，获得稳定的最终废物体。

2、等离子体高温熔融技术可应用于核电厂、核设施运行及退役废物的处理，该技术实现工程化应用，将为放射性废物处理提供一条新的途径。目前国内等离子体高温熔融技术主要应用于民用项目，比如医疗废弃物、飞灰处理等，用于处理放射性废物的等离子体炉比较少。目前国内还没有工程投产的等离子体处理放射性废物的项目，基本都处于研究或者小试，中试阶段。

3、通过对现有相关技术进行研究发现，目前等离子体高温熔融处理技术在处理放射性废物的过程中，存在诸多问题：1.气化段内部结焦堵塞导致停炉问题；2.熔融段出料口结渣堵塞，导致出料不畅的情况；3.熔池内部中心与壁面温差大，温度不均匀问题；4.作为助溶剂的配方添加进炉内效果不理想问题；5.挥发性重金属不能有效进入玻璃体实现固化的问题；6.放射性核素迁移问题等。这些问题都会导致等离子体炉在工程实际使用中，严重影响使用效果，甚至导致放射性废物处理设备停炉检修，甚至报废。

技术实现思路

1、本发明目的在于：针对现有技术中采用等离子体高温熔融处理技术在处理放射性废物的过程中存在诸多问题，提供一种用于放射性废物的等离子体气化炉，该设备可以解决当前等离子体炉使用存在的难题，提高熔池可靠性，防止熔池结渣堵塞，同时有效抑制了重金属挥发和核素迁移等问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本发明提供了一种用于放射性废物的等离子体气化炉，包括呈l型的等离子炉体，所述等离子炉体具有连通的气化段和熔融段，所述气化段为竖直布置，所述气化段的顶部具有进料口和排烟口，所述气化段内从上至下依次形成干燥热解层、氧化层和渣层，所述干燥热解层的温度控制在400-800℃，所述氧化层的温度控制在1000-1200℃，所述渣层的温度控制在600-800℃，所述熔融段为水平布置于所述气化段下方，所述熔融段设置有等离子体炬，所述等离子体炬用于将熔渣熔化成液体，所述熔融段上远离所述气化段的一端具有出料口，所述出料口用于排出熔化形成的液体。

4、在一些实施例中，所述熔融段的顶部具有向下的凹陷部，所述凹陷部使所述熔融段呈凹字形结构，所述凹陷部将所述熔融段分为左腔室和右腔室，所述左腔室与所述右腔室通过所述凹陷部下方通道连通，所述左腔室的顶部设置有等离子体炬，所述右腔室的顶部与所述气化段对接连通，所述熔融段内形成的熔池从上至下依次为冷帽层、玻璃液层和金属液层，所述冷帽层位于所述右腔室。

5、在一些实施例中，所述右腔室的底部具有倾斜面，以使所述右腔室内的玻璃液体流向所述左腔室。

6、在一些实施例中，所述气化段设置有可旋转的炉排，所述炉排位于所述渣层的下方。

7、在一些实施例中，所述炉排安装于炉排底座上，所述炉排底座设置于所述气化段与所述熔融段分界位置处，并实现将所述气化段与所述熔融段可拆分连接。

8、在一些实施例中，所述熔融段的底部设置有底部吹氧装置，所述底部吹氧装置通过喷枪将熔融所需要的配方料与氧气同步喷射入熔池内部。

9、在一些实施例中，所述出料口包括玻璃液溢流口和金属液排空口，所述金属液排空口位于熔池底部，所述玻璃液溢流口位于所述金属液排空口的上方，所述玻璃液溢流口和所述金属液排空口通过可移除的电加热堵头进行封堵。

10、在一些实施例中，所述气化段的下部侧壁为水冷壁，所述水冷壁通过调节冷却水流量来调节氧化层的温度。

11、在一些实施例中，所述气化段内设置有可旋转的均料器，所述均料器位于所述进料口的正下方。

12、在一些实施例中，所述熔融段设置有溢流出口密封室，所述溢流出口密封室的入口与所述出料口连通，所述溢流出口密封室的出口设置有水冷闸阀。

13、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

14、1、通过在气化段内分层控温，既可以在氧化层高温区把被处理物分解，有机成分形成气化气，无机物变成渣进入渣层；同时易挥发重金属在氧化层高温区遇热挥发后，在上升过程中被干燥热解层吸热降温到挥发点以下，又重新向下进入氧化层或者渣层，降低了易挥发重金属进入烟气中的比例，提升了炉体的环保效果；同时可以降低排烟温度，降低了烟气系统处理难度，也避免了因高温烟气造成损坏的情况；

15、2、通过在熔融段熔池上层形成冷帽层，能够有效抑制核素挥发，使得更多的有害成分固化到玻璃体中，提升放射性处置效果；

16、3、通过在气化段渣层下方布置有可旋转的炉排，通过炉排旋转可以把大块结焦物体挤压破碎成小块，从而解决气化段床层结焦堵塞问题；

17、4、通过在熔融段底部设置底部吹氧装置，利用高速喷枪将熔融所需要的配方料与氧气同步喷射入熔池内部，不仅对熔池内部未燃尽的碳系物质进行反应，降低酌减率，还能提供熔池所需要的热量，而且加强了熔池扰动，玻璃液流动性提升，解决了以往熔池温差大，不均匀的问题，同时提升了助溶剂效果，还回避了气化段负压急剧波动给炉体造成的干扰；

18、5、通过设置可移除的电加热堵头，当熔池内部的熔渣融化形成的玻璃液到了一定高度，熔池液面超过溢流口较多的时候，对电加热堵头进行通电，该堵头温度可以达到1000℃，这时堵头附近的固态残渣被融化后，通过移开堵头使溢流口打开，玻璃液体从溢流口流出，解决了同类型炉型出料口堵塞导致出料不畅的问题；

19、6、通过将气化段下部侧壁采用水冷壁，这样通过对冷却水流量的调节，可以合理调节控制氧化层的温度，使得炉体温度及负荷灵活可调；同时由于此处温度较高，采用水冷壁可以提高炉子使用寿命。

技术特征：

1.一种用于放射性废物的等离子体气化炉，其特征在于，包括呈l型的等离子炉体，所述等离子炉体具有连通的气化段和熔融段，所述气化段为竖直布置，所述气化段的顶部具有进料口和排烟口，所述气化段内从上至下依次形成干燥热解层、氧化层和渣层，所述干燥热解层的温度控制在400-800℃，所述氧化层的温度控制在1000-1200℃，所述渣层的温度控制在600-800℃，所述熔融段为水平布置于所述气化段下方，所述熔融段设置有等离子体炬，所述等离子体炬用于将熔渣熔化成液体，所述熔融段上远离所述气化段的一端具有出料口，所述出料口用于排出熔化形成的液体。

2.根据权利要求1所述的用于放射性废物的等离子体气化炉，其特征在于，所述熔融段的顶部具有向下的凹陷部，所述凹陷部使所述熔融段呈凹字形结构，所述凹陷部将所述熔融段分为左腔室和右腔室，所述左腔室与所述右腔室通过所述凹陷部下方通道连通，所述左腔室的顶部设置有等离子体炬，所述右腔室的顶部与所述气化段对接连通，所述熔融段内形成的熔池从上至下依次为冷帽层、玻璃液层和金属液层，所述冷帽层位于所述右腔室。

3.根据权利要求2所述的用于放射性废物的等离子体气化炉，其特征在于，所述右腔室的底部具有倾斜面，以使所述右腔室内的玻璃液体流向所述左腔室。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于放射性废物的等离子体气化炉，其特征在于，所述气化段设置有可旋转的炉排，所述炉排位于所述渣层的下方。

5.根据权利要求4所述的用于放射性废物的等离子体气化炉，其特征在于，所述炉排安装于炉排底座上，所述炉排底座设置于所述气化段与所述熔融段分界位置处，并实现将所述气化段与所述熔融段可拆分连接。

6.根据权利要求1-3任一项所述的用于放射性废物的等离子体气化炉，其特征在于，所述熔融段的底部设置有底部吹氧装置，所述底部吹氧装置通过喷枪将熔融所需要的配方料与氧气同步喷射入熔池内部。

7.根据权利要求1-3任一项所述的用于放射性废物的等离子体气化炉，其特征在于，所述出料口包括玻璃液溢流口和金属液排空口，所述金属液排空口位于熔池底部，所述玻璃液溢流口位于所述金属液排空口的上方，所述玻璃液溢流口和所述金属液排空口通过可移除的电加热堵头进行封堵。

8.根据权利要求1-3任一项所述的用于放射性废物的等离子体气化炉，其特征在于，所述气化段的下部侧壁为水冷壁，所述水冷壁通过调节冷却水流量来调节氧化层的温度。

9.根据权利要求1-3任一项所述的用于放射性废物的等离子体气化炉，其特征在于，所述气化段内设置有可旋转的均料器，所述均料器位于所述进料口的正下方。

10.根据权利要求1-3任一项所述的用于放射性废物的等离子体气化炉，其特征在于，所述熔融段设置有溢流出口密封室，所述溢流出口密封室的入口与所述出料口连通，所述溢流出口密封室的出口设置有水冷闸阀。

技术总结本发明公开了一种用于放射性废物的等离子体气化炉，包括呈L型的等离子炉体，所述等离子炉体具有连通的气化段和熔融段，所述气化段为竖直布置，所述气化段的顶部具有进料口和排烟口，所述气化段内从上至下依次形成干燥热解层、氧化层和渣层，所述干燥热解层的温度控制在400‑800℃，所述氧化层的温度控制在1000‑1200℃，所述渣层的温度控制在600‑800℃，所述熔融段为水平布置于气化段下方，所述熔融段设有等离子体炬，所述等离子体炬用于将熔渣熔化成液体，所述熔融段上远离气化段的一端具有出料口，所述出料口用于排出熔化形成的液体。该炉可解决当前等离子体炉使用存在的难题，提高熔池可靠性，防止熔池结渣堵塞，同时有效抑制了重金属挥发和核素迁移等。技术研发人员：王珂,李磊,张帆,程昌明,唐德礼,李平川,兰伟受保护的技术使用者：核工业西南物理研究院技术研发日：技术公布日：2024/4/17