一种移动式放射性废物水泥固化装置及方法与流程

本发明属于放射性废物固化处理，具体涉及一种移动式放射性废物水泥固化装置及方法。

背景技术：

1、随着我国放射性废物焚烧技术的不断成熟和广泛应用，焚烧灰的处理问题日益凸显。国内焚烧设施每年可处理可燃废物数千立方米，在运行过程中持续产生焚烧灰。焚烧灰物理状态为细小颗粒物或粉末，具有弥散性，无法直接处置，因缺乏妥善处理手段，目前多处于暂存状态，积存量逐年增加。焚烧灰在收集、运输、接收、暂存过程中一旦发生泄漏，极易弥撒导致严重污染，存在明显的安全隐患，因此，急需解决焚烧灰稳定化处理问题。

2、水泥固化是当前阶段合理可行的焚烧灰处理手段。水泥固化技术相较于玻璃固化、超压后水泥固化具有工艺简单、安全性高、投资及运行成本低等优点，也是焚烧灰和废液最主要的处理技术，被广泛应用。而常规水泥固化生产线主要用于大量废液的处理，工艺系统庞大、处理能力达，建造成本高；直接用于焚烧灰处理时，需新增焚烧灰收集、计量、包装、转运、存储等中间环节。小型水泥固化装置可与焚烧装置直接对接，减少中间环节。由于焚烧技术的高减容效果，小型水泥固化装置处理能力即可满足工程规模焚烧设施产生焚烧灰的处理需求。

3、对于目前已建成的焚烧设施，新增设备空间受限，可通过新增小型水泥固化装置完成改造，为现有设施增加焚烧灰处理能力。而目前在建的焚烧设施也同样需要配备小型水泥固化装置，因此小型水泥固化装置面临的市场需求十分广阔。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种小型水泥固化装置，该装置能够为已建或在建的焚烧设施解决放射性焚烧灰的处理需求，同时也兼容少量放射性废液的处理，可以有效解决湿法氧化技术二次废物出路问题；同时还可以用于事故应急、临时废液处理、小批量废物的处理。通过该装置能够补齐焚烧技术后端的关键环节，使放射性焚烧灰从处理到处置的路线完整，形成性能稳定的符合处置要求的废物体，解决放射性焚烧灰长期暂存安全管理的难题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种移动式放射性废物水泥固化装置，用于对钢桶内的放射性废物进行水泥固化，其中，包括设置在集装箱内的钢桶传送箱、计量加料机构和控制系统，所述钢桶传送箱用于向所述钢桶内添加物料并与所述钢桶内部的所述放射性废物一起进行搅拌操作，实现所述放射性废物的固化；所述计量加料机构用于向所述钢桶内添加所述物料；所述控制系统用于控制所述钢桶传送箱和所述计量加料机构的运行；所述放射性废物包括放射性焚烧灰和放射性废液；能够对所述放射性焚烧灰和所述放射性废液分别单独进行水泥固化，还能够将所述放射性焚烧灰和所述放射性废液共同进行水泥固化。

3、进一步，

4、所述钢桶传送箱包括输送及定位机构、密封盖操作装置、空气净化装置和搅拌装置组成；

5、所述输送及定位机构为滑台输送系统，包括设有钢桶支撑座的导轨底板，所述导轨底板配有伺服驱动器，通过所述伺服驱动器驱动丝杆精确实现对所述钢桶的传送和定位；

6、所述输送及定位机构还包括第一光电传感器、第二光电传感器和第三光电传感器，用于对所述钢桶的位置进行精确定位，实现对所述钢桶的到位进行信号反馈。

7、进一步，

8、在所述钢桶传送箱的进口一端设有架体，所述架体内设置密封盖操作工位，所述密封盖操作装置设置在所述密封盖操作工位内运行；

9、所述密封盖操作装置能够实现扭螺栓机构xyzr轴的自动调节以及对螺栓的扭紧扭松功能；所述密封盖操作装置能够在所述搅拌操作前对所述钢桶顶端的密封盖进行拆卸开启，并对拆卸后的所述密封盖进行输送，还能够在所述搅拌操作完成后对所述钢桶和所述密封盖进行组装关闭；

10、针对所述密封盖操作工位设有第一气动加紧机构，用于在对所述密封盖进行拆卸或组装的操作中对所述钢桶进行固定；

11、在所述密封盖操作工位，通过所述第一光电传感器和所述第二光电传感器实现对所述钢桶的水平到位检测。

12、进一步，

13、在所述密封盖操作工位的旁边设置搅拌操作工位，所述搅拌装置设置在所述搅拌操作工位上；所述搅拌装置包括公转机构、自转机构、搅拌桨升降平台、搅拌桨、密封机构和转动接盘；

14、在所述搅拌操作工位上设有一对平行直立的第一升降平台支撑架和第二升降平台支撑架，用于设置所述搅拌桨升降平台并实现所述搅拌桨升降平台的升降；

15、所述公转机构设置在所述搅拌桨升降平台，所述自转机构设置在所述公转机构上；所述搅拌桨设置在所述自转机构上且位于所述搅拌桨升降平台下方；

16、所述公转机构采用异步电机，用于带动所述自转机构和所述搅拌桨一起实现公转；

17、所述自转机构采用异步电机，用于所述搅拌桨的自转；

18、所述搅拌桨升降平台采用液压驱动方式执行所述搅拌桨的升降；

19、所述密封机构设置在所述搅拌桨升降平台的下表面上，在所述搅拌操作的过程中所述密封机构随所述搅拌桨升降平台下降并与所述钢桶的顶端开口耦合密封，防止所述钢桶内的所述物料和所述放射性废物在所述搅拌操作过程中飞溅；

20、所述搅拌桨采用双螺旋行星搅拌形式，实现所述钢桶内的物料的均匀搅拌，所述搅拌桨的转速能够调整；

21、所述转动接盘用于在固化操作结束后，对残留在所述搅拌桨上的放射性物质进行承接，防止其滴落到所述钢桶以外的位置造成放射性污染；

22、所述搅拌桨升降平台上还设有导电滑环，用于为所述公转机构和所述自转机构在旋转时仍能提供电源连接。

23、进一步，针对所述搅拌操作工位还设有第二气动加紧机构，用于在所述搅拌操作中对所述钢桶进行固定；在所述搅拌操作工位，通过所述第三光电传感器实现对所述钢桶的水平到位检测。

24、进一步，在所述钢桶传送箱内还设有空气净化装置，所述空气净化装置采用管式排风方式实现所述钢桶传送箱内空气的净化。

25、进一步，在所述钢桶传送箱内还设有喷淋装置，用于将所述计量加料机构提供的所述物料加入到所述钢桶内；在所述钢桶传送箱的尾端一侧设有水泥加料口。

26、进一步，所述钢桶传送箱内还设有第一插板箱和第二插板箱用于将所述密封盖操作工位和所述搅拌操作工位分别屏蔽起来

27、进一步，还包括辅助设备，辅助设备包括空压机以及贮水箱；所述空压机为所述第一气动加紧机构和所述第二气动加紧机构的气动推杆及气动阀提供压缩空气。

28、进一步，

29、所述计量加料机构包括固化装置进水计量系统和水泥干粉计量系统，用于分批次且定量的添加所述物料，所述物料包括水、配料和水泥干粉；

30、所述固化装置进水计量系统用于添加所述水和所述配料，所述水和所述配料在所述固化装置进水计量系统内首先采用体积或者质量计量方法进行计量，完成计量后通过所述喷淋装置加入到所述钢桶内；

31、所述水泥干粉计量系统用于添加所述水泥干粉，并通过所述水泥加料口加入到所述钢桶内；对于每一桶所述放射性废物，所述水泥干粉计量系统将分多次加入所述水泥干粉，且每次所述水泥干粉的加入量都会在所述水泥干粉计量系统中进行自动计量。

32、进一步，

33、所述固化装置进水计量系统包括液体容器、减水剂储罐和称重计量罐；所述液体容器用于存放所述水或所述放射性废液，所述减水剂储罐用于存放所述配料，所述配料包括减水剂和添加剂，所述称重计量罐用于将所述水或所述放射性废液与所述减水剂和所述添加剂进行混合并精确称重，并将称重后的混合物通过所述喷淋装置加入到所述钢桶内；

34、所述液体容器通过第一管路连接所述称重计量罐，所述第一管路上设有第一水泵和第一阀门；所述液体容器中设有液位传感器，所述液位传感器与所述第一水泵连锁，通过所述液位传感器的数值变化控制对所述称重计量罐的进水量，实现对进水量的准确控制；在所述第一管路上还设有第四阀门用于与外部的所述放射性废液的连接，在处理所述放射性废液时，所述放射性废液通过所述第四阀门进入所述液体容器；

35、所述减水剂储罐通过第二管路连接所述称重计量罐，所述第二管路上设有第二水泵和第二阀门；

36、所述称重计量罐上设有称重传感器，用于所述称重计量罐内的所述水、所述减水剂和所述添加剂的精确称重；所述称重计量罐的底端出口设有第三阀门。

37、进一步，

38、所述水泥干粉计量系统包括螺旋上料机、上料料斗和称重料斗，所述上料料斗位于所述螺旋上料机的尾端，所述称重料斗位于所述螺旋上料机的顶端，且所述称重料斗的位置高于所述上料料斗的位置；

39、所述上料料斗用于将袋装的水泥干粉的破拆并对所述水泥干粉暂存，所述上料料斗的底端出口设有第五阀门，通过所述第五阀门将所述水泥干粉转移到所述螺旋上料机上；

40、所述螺旋上料机由电机驱动，用于将所述水泥干粉输送至所述称重料斗；

41、所述称重料斗能够对所述水泥干粉进行称重，所述称重料斗与所述螺旋上料机连锁，实现对所述水泥干粉的进料量的精确控制；所述称重料斗的底端出口设有第六阀门，通过所述第六阀门将所述水泥干粉转移到所述水泥加料口中；

42、所述称重料斗的顶端入口与所述螺旋上料机的出料口之间通过软管连接，所述称重料斗的底端出口与所述水泥加料口之间通过软管连接，以便提高所述水泥干粉的进量的准确度。

43、进一步，所述控制系统用于所述钢桶传送箱、所述计量加料机构和所述辅助设备中所有电器设备的控制、测量和显示；控制的电器设备包括所述第一水泵、所述第二水泵、所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、所述第六阀门、所述搅拌装置和输送机构；测量和显示的内容包括温度、液位、重量以及辊道位置信息；所述控制系统采用plc控制，采用触摸屏作为交互手段；所述控制系统的控制主机采用远程设计，能够远离设备本身实现数据采集和设备控制；所述控制系统能够实现远程显示和操作，人员能够就地对系统进行监视和控制，也能够在装置附近进行远程操作，减少人员干预；所述控制系统具备自动控制、视频监控功能。

44、进一步，所述集装箱起到辐射防护的作用，同时作为运输时的外箱体。

45、为达到以上目的，本发明还公开了用于以上所述的一种移动式放射性废物水泥固化装置的一种移动式放射性废物水泥固化方法，用于所述放射性焚烧灰的水泥固化，包括如下步骤：

46、步骤s1，将装有所述放射性焚烧灰的所述钢桶放入所述钢桶传送箱的所述钢桶支撑座，通过所述导轨底板输送至所述密封盖操作工位；

47、步骤s2，在所述密封盖操作工位通过所述密封盖操作装置对所述钢桶顶端的密封盖进行拆卸开启；

48、步骤s3，将拆卸掉所述密封盖的所述钢桶通过所述导轨底板输送至所述搅拌操作工位；

49、步骤s4，根据固化配方，通过所述计量加料机构向所述钢桶内分批次加入所述水、所述减水剂、所述添加剂；随后加入所述水泥干粉；加入所述水泥干粉过程中同时通过所述搅拌装置进行所述搅拌操作；

50、步骤s5，所述搅拌操作完成后，所述搅拌桨升降平台上升，将所述搅拌桨从所述钢桶中提出；

51、步骤s6，通过所述导轨底板将所述钢桶输送至所述密封盖操作工位，通过所述密封盖操作装置对所述钢桶和所述密封盖进行组装关闭；

52、步骤s7，通过所述导轨底板将所述钢桶输送至所述钢桶传送箱外部。

53、进一步，在所述步骤s2中，需要使用所述第一气动加紧机构对所述钢桶进行固定。

54、进一步，在所述步骤s6中，需要使用所述第二气动加紧机构对所述钢桶进行固定。

55、进一步，在所述步骤s4中，所述物料经所述固化装置进水计量系统计量后分别加入所述钢桶内；所述水泥干粉由所述螺旋上料机提升到所述称重料斗称重后批次加入所述钢桶内。

56、进一步，还包括步骤s8，当处理完规定数量的所述放射性焚烧灰后，且装置在一定时间内不再进行固化操作时，为防止所述搅拌桨上残留的水泥浆固化，需要额外执行一次清水搅拌操作，对所述搅拌桨进行清洗，采用桶内清洗方式，将一个空置的所述钢桶内装上定量的清水，进行一次搅拌过程，从而将所述搅拌桨上的放射性物质和水泥混合物清洗到所述钢桶内，再将所述钢桶退出，清洗后的废液固化处理。

57、为达到以上目的，本发明还公开了用于以上所述的一种移动式放射性废物水泥固化装置的一种移动式放射性废物水泥固化方法，用于所述放射性废液的水泥固化，包括如下步骤：

58、步骤s1，所述液体容器内装入所述放射性废液，将空置的所述钢桶放入所述钢桶传送箱的所述钢桶支撑座，通过所述导轨底板输送至所述密封盖操作工位；

59、步骤s2，在所述密封盖操作工位通过所述密封盖操作装置对所述钢桶顶端的密封盖进行拆卸开启；

60、步骤s3，将拆卸掉所述密封盖的所述钢桶通过所述导轨底板输送至所述搅拌操作工位；

61、步骤s4，根据固化配方，通过所述计量加料机构向所述钢桶内分批次加入所述放射性废液、所述减水剂、所述添加剂；随后加入所述水泥干粉；加入所述水泥干粉过程中同时通过所述搅拌装置进行所述搅拌操作；

62、步骤s5，所述搅拌操作完成后，所述搅拌桨升降平台上升，将所述搅拌桨从所述钢桶中提出；

63、步骤s6，通过所述导轨底板将所述钢桶输送至所述密封盖操作工位，通过所述密封盖操作装置对所述钢桶和所述密封盖进行组装关闭；

64、步骤s7，通过所述导轨底板将所述钢桶输送至所述钢桶传送箱外部。

65、进一步，在所述步骤s2中，需要使用所述第一气动加紧机构对所述钢桶进行固定。

66、进一步，在所述步骤s6中，需要使用所述第二气动加紧机构对所述钢桶进行固定。

67、进一步，在所述步骤s4中，所述物料经所述固化装置进水计量系统计量后分别加入所述钢桶内；所述水泥干粉由所述螺旋上料机提升到所述称重料斗称重后批次加入所述钢桶内。

68、进一步，还包括步骤s8，当处理完规定数量的所述放射性废液后，且装置在一定时间内不再进行固化操作时，为防止所述搅拌桨上残留的水泥浆固化，需要额外执行一次清水搅拌操作对所述搅拌桨进行清洗，采用桶内清洗方式，将一个空置的所述钢桶内装上定量的清水，进行一次搅拌过程，从而将所述搅拌桨上的放射性物质和水泥混合物清洗到所述钢桶内，再将所述钢桶退出，清洗后的废液固化处理。

69、本发明的有益效果在于：

70、1.用于放射性废物焚烧设施产生的放射性废物的桶内水泥固化处理，同时能够用于事故应急、临时废液处理、小批量放射性废物的处理；能够对放射性焚烧灰和放射性废液分别单独进行水泥固化，还能够根据合适的配方，将放射性焚烧灰和放射性废液共同进行水泥固化。

71、2.对放射性焚烧灰和放射性废液的水泥固化加料、搅拌时间等控制，形成合理可行的桶内搅拌固化工艺，固化体性能满足国家标准，固化后的水泥固化体可以满足下一步的处置安全要求。

72、3.布置于集装箱中，具有小型化、可移动、布局紧凑等特点，装置可车载，满足运输标准，满足放射性相关运输要求，方便在不同使用场地间通过公路等货运手段运输；可进一步满足现有空间受限设施、移动焚烧装置的焚烧处理需求。

73、4.能够移动至有关焚烧灰设施区域内，直接与焚烧设施对接实现放射性焚烧灰的固化处置，操作简便，管理方式灵活。

74、5.采用了免组装设计，主要设备在运输前后无需拆卸和组装，运输至使用现场后，完成水电的对接后即可投入使用，大幅节省准备时间和人工。

75、6.针对放射性废物的处理，特别考虑了辐射防护和安全，确保使用过程中对人员和环境不造成损害。

76、7.也适用于民用行业需要水泥固化处理的固体(污泥)、液体等废物的处理。

77、8.焚烧灰体积包容率≥80％。

78、9.固化体主要技术指标满足《低中水平放射性废物固体性能要求-水泥固化提》(gb14569.1-2011)要求。

79、10.单桶固化处理时间≤2h,填充率(含桨)≥90％。