CN109579022A - 一种多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置及焚烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置及焚烧方法，所述的装置包括一燃室、二燃室、排渣箱、高温烟气旋风分离器、急冷装置、一级洗涤塔、二级洗涤塔、流化床干燥器、静电除尘器、高效过滤器、二噁英过滤器和引风机等。本发明所公开的焚烧装置，采用明火—控氧焚烧工艺，使得焚烧过程燃爆的危险性降到最低；设置可靠的点火保障自动控制系统，保证助燃油的点火及预热操作过程的可靠性；设置燃爆物源监测系统，燃烧炉卸爆泄压系统、停电应急电源以及停水应急水源，全方位保证装置的运行安全；关键设备、测控仪表冗余设置，保证装置运行与控制的安全可靠。

Description

一种多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置及焚烧方法

技术领域

本发明属于放射性废物管理领域，特别涉及该领域中的一种多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置及焚烧方法。

背景技术

放射性废物焚烧技术是目前世界上处理放射性可燃废物最有效的技术之一，已被美国、法国、德国、日本等国广泛使用。该技术可以实现固体废物最大程度的减容，能够实现废物的无机化，稳定性大大提高。既可以大幅度减少放射性废物的贮存、运输和最终处置费用，又可以大大提高贮存、运输和最终处置的安全性。

我国放射性可燃固体废物焚烧是采用热解—焚烧技术，在中核四〇四有限公司、中核四川环保工程有限公司和中国工程物理研究院均建有基于该工艺技术的放射性废物焚烧装置。但还没有基于控氧的焚烧装置及焚烧方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置及焚烧方法。

本发明采用如下技术方案：

一种多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置，其改进之处在于：所述的装置包括一燃室、二燃室、排渣箱、高温烟气旋风分离器、急冷装置、一级洗涤塔、二级洗涤塔、流化床干燥器、静电除尘器、高效过滤器、二噁英过滤器和引风机；在一燃室上设置加料口、上进风口、下进风口、氧气喷枪、排灰口和烟气出口；在二燃室上设置烟气进口、烟气出口和排灰口，在二燃室内设置与二燃室外相通的喷嘴；在高温烟气旋风分离器上设置烟气进口、烟气出口和排灰口；在急冷装置、一级洗涤塔、二级洗涤塔、静电除尘器、高效过滤器和二噁英过滤器上分别设置有烟气进口和烟气出口；上述一燃室、二燃室和高温烟气旋风分离器的排灰口分别通过管道与排渣箱相连接，一级洗涤塔和二级洗涤塔的洗涤吸收废液贮槽分别通过管道与流化床干燥器相连接，一燃室的烟气出口通过管道与二燃室的烟气进口相通，二燃室的烟气出口通过管道与高温烟气旋风分离器的烟气进口相通，高温烟气旋风分离器的烟气出口通过管道与急冷装置的烟气进口相通，急冷装置的烟气出口通过管道与一级洗涤塔的烟气进口相通，一级洗涤塔的烟气出口通过管道与二级洗涤塔的烟气进口相通，二级洗涤塔的烟气出口通过管道与静电除尘器的烟气进口相通，静电除尘器的烟气出口通过管道与高效过滤器的烟气进口相通，高效过滤器的烟气出口通过管道与二噁英过滤器的烟气进口相通，二噁英过滤器的烟气出口通过管道与引风机的引风端相通，此外还在引风机的排风端上安装排风管道。

进一步的，加料口和上进风口设于一燃室的顶部，下进风口、氧气喷枪和烟气出口设于一燃室的侧部，排灰口设于一燃室的底部，此外还在一燃室的侧壁上设置点火器。

进一步的，喷嘴设于二燃室内的侧部，排灰口设于二燃室的底部。

进一步的，烟气进口设于高温烟气旋风分离器的侧部，烟气出口设于高温烟气旋风分离器的顶部，排灰口设于高温烟气旋风分离器的底部。

进一步的，所述引风机的数量为两部，两部引风机并联在一起。

进一步的，所述的装置还包括点火保障自动控制系统、燃爆物源监测系统、燃烧炉卸爆泄压系统、停电应急电源以及停水应急水源。

进一步的，一燃室、二燃室以及它们之间的连接管道采用多层复合耐火衬里结构。

进一步的，一级洗涤塔、二级洗涤塔、静电除尘器、高效过滤器、二噁英过滤器以及它们之间的连接管道采用非金属高强度耐腐材料。

进一步的，高温烟气旋风分离器、高效过滤器和二噁英过滤器的外壳带有保温结构。

一种多功能直筒放射性废物控氧焚烧方法，使用上述的装置，其改进之处在于，包括如下步骤：

（1）将放射性固体废物通过加料口投入一燃室内直接明火燃烧，燃烧温度800—1000℃，在燃烧过程中一燃室内保持负压、助燃空气通过上进风口和下进风口进入一燃室，若二燃室氧含量低于一定值，则通过氧气喷枪向一燃室内补充纯氧，水蒸气由下进风口随助燃空气一起进入一燃室后，与炉渣中残存的炭发生吸热反应，生成CO和H₂，燃烧一定时间后进行排灰操作，将灰渣从排灰口通过管道排入排渣箱内，一燃室产生的烟气排入二燃室做进一步燃烧处理；

（2）将放射性液体废物通过喷嘴喷入二燃室内燃烧处理，燃烧温度850—1100℃，烟气在二燃室内的最小停留时间大于2秒，燃烧一定时间后进行排灰操作，将灰渣从排灰口通过管道排入排渣箱内；

（3）从二燃室出来的高温烟气在引风机的吸引下，依次进入高温烟气旋风分离器进行预除尘、进入急冷装置将其温度由700℃骤降至80℃左右、进入一级洗涤塔和带有除雾器的二级洗涤塔进行脱酸处理，进入静电除尘器除尘，进入高效过滤器做进一步净化处理、进入二噁英过滤器滤除二噁英，最后经引风机排入排风管道；

（4）高温烟气旋风分离器运行一定时间后进行排灰操作，将灰渣从排灰口通过管道排入排渣箱内；一级洗涤塔和二级洗涤塔的洗涤吸收废液排入流化床干燥器处理，不向装置外排放，流化床干燥器干燥处理后产生的盐渣排入排渣箱内。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的焚烧装置，采用明火—控氧焚烧工艺，使得焚烧过程燃爆的危险性降到最低；设置可靠的点火保障自动控制系统，保证助燃油的点火及预热操作过程的可靠性；设置燃爆物源监测系统，燃烧炉卸爆泄压系统、停电应急电源以及停水应急水源，全方位保证装置的运行安全；关键设备、测控仪表冗余设置，保证装置运行与控制的安全可靠。

本发明所公开的焚烧装置，有着优化的装置结构、合理的材料选择和有效可靠的防结露措施，高温段设备（不包括高温烟气旋风分离器）及连接管道采用多层复合耐火衬里结构，烟气急冷采用700℃骤降至80℃左右的急冷装置，有效避免了烟气中酸性介质发生结露腐蚀；100℃以下烟气设备及连接管道采用非金属高强度耐腐材料制作；从一燃室至二噁英过滤器，装置主设备没有机械运动部件（尤其高温段），使得装置的运行寿命达到极致，故障率降到最低，且检修维护简单；高温烟气旋风分离器、高效过滤器和二噁英过滤器采用有效的保温设计，防止烟气在装置内表面结露，有效保证了装置的使用寿命。

本发明所公开的焚烧装置，采用特殊的炉膛结构，旋流供风方式，强化了燃烧过程，保证了烟气燃烧停留时间大于2秒；两个燃室至少900～1100℃高温运行并保证烟气停留时间，使得难燃有机物被完全分解破坏；控氧焚烧，在废物源项组份变化较大时，通过注氧燃烧法既有效提高了废物焚烧效率，同时可有效降低运行过程中的烟气变化量，保证装置运行平稳、工况稳定；一燃室烧焦过程采用水蒸气温度控制技术，既保证烧焦完全彻底，又避免焚烧灰变为熔渣，保证排灰操作的可靠性。

本发明所公开的焚烧装置，采用特殊的炉膛结构，旋流供风方式，强化了燃烧过程，保证了烟气燃烧停留时间大于2秒；两个燃室至少900～1100℃高温运行并保证烟气停留时间，使得难燃有机物被完全分解破坏；控氧焚烧，在废物源项组份变化较大时，通过注氧燃烧法既有效提高了废物焚烧效率，同时可有效降低运行过程中的烟气变化量，保证装置运行平稳、工况稳定；一燃室烧焦过程采用水蒸气温度控制技术，既保证烧焦完全彻底，又避免焚烧灰变为熔渣，保证排灰操作的可靠性。

本发明所公开的焚烧装置，焚烧炉燃烧效率高，助燃剂消耗少，综合运行费用低；装置结构简单故障率低，检修维护方便，运行寿命长，易损件少；装置自动化程度高，操作简单，操作运行人员少；二次废物产生量少，再处理费用低。接收废物粗放、处理能力大，废物包装只要满足加料口的几何尺寸要求，对废物无需进行分拣、破碎等复杂的前处理，处理能力可达100kg/h。适应性强，可一物多用，可在一套装置中焚烧处理可燃固体废物、废油、有机溶液（煤油/TBP）、无机化学溶液、废树脂、石墨、动物尸体、污泥及快堆废金属钠等，接受放射性废物的活度范围宽。烟气依次经高温烟气旋风分离器、两级洗涤塔水洗、静电除尘器、两级核级高效过滤器、二噁英过滤器进行净化后再排放，远优于排放限值。

本发明所公开的焚烧方法，水蒸气定量地由下进风口随助燃空气进入一燃室，进入一燃室后的水蒸气与炉渣中残存的炭发生吸热反应，生成CO和H₂，从而达到保证高温炉渣层温度稳定、均匀和避免炉渣熔化结块的预期效果。焚烧后废物的减容比20～100，减重10～80，残渣中残炭率低至3～5%。洗涤吸收废液由流化床干燥器进行闭环处理，不向装置外排放。

附图说明

图1是本发明实施例1所公开焚烧装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1所公开焚烧方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置，所述的装置包括一燃室1、二燃室2、排渣箱3、高温烟气旋风分离器4、急冷装置5、一级洗涤塔6、二级洗涤塔7、流化床干燥器8、静电除尘器9、高效过滤器10、二噁英过滤器11和引风机12；在一燃室上设置加料口、上进风口、下进风口、氧气喷枪、排灰口和烟气出口；在二燃室上设置烟气进口、烟气出口和排灰口，在二燃室内设置与二燃室外相通的喷嘴；在高温烟气旋风分离器上设置烟气进口、烟气出口和排灰口；在急冷装置、一级洗涤塔、二级洗涤塔、静电除尘器、高效过滤器和二噁英过滤器上分别设置有烟气进口和烟气出口；上述一燃室、二燃室和高温烟气旋风分离器的排灰口分别通过管道与排渣箱相连接，一级洗涤塔和二级洗涤塔的洗涤吸收废液贮槽通过管道与流化床干燥器相连接，一燃室的烟气出口通过管道与二燃室的烟气进口相通，二燃室的烟气出口通过管道与高温烟气旋风分离器的烟气进口相通，高温烟气旋风分离器的烟气出口通过管道与急冷装置的烟气进口相通，急冷装置的烟气出口通过管道与一级洗涤塔的烟气进口相通，一级洗涤塔的烟气出口通过管道与二级洗涤塔的烟气进口相通，二级洗涤塔的烟气出口通过管道与静电除尘器的烟气进口相通，静电除尘器的烟气出口通过管道与高效过滤器的烟气进口相通，高效过滤器的烟气出口通过管道与二噁英过滤器的烟气进口相通，二噁英过滤器的烟气出口通过管道与引风机的引风端相通，此外还在引风机的排风端上安装排风管道。

在本实施例中，加料口和上进风口设于一燃室的顶部，下进风口、氧气喷枪和烟气出口设于一燃室的侧部，排灰口设于一燃室的底部，此外还在一燃室的侧壁上设置点火器。喷嘴设于二燃室内的侧部，排灰口设于二燃室的底部。烟气进口设于高温烟气旋风分离器的侧部，烟气出口设于高温烟气旋风分离器的顶部，排灰口设于高温烟气旋风分离器的底部。所述引风机的数量为两部，两部引风机并联在一起形成主副风机。

所述的装置还包括点火保障自动控制系统、燃爆物源监测系统、燃烧炉卸爆泄压系统、停电应急电源以及停水应急水源。一燃室、二燃室以及它们之间的连接管道采用多层复合耐火衬里结构。一级洗涤塔、二级洗涤塔、静电除尘器、高效过滤器、二噁英过滤器以及它们之间的连接管道采用非金属高强度耐腐材料。高温烟气旋风分离器、高效过滤器和二噁英过滤器的外壳带有保温结构。

如图2所示，本实施例还公开了一种多功能直筒放射性废物控氧焚烧方法，使用上述的装置，包括如下步骤：

（1）将放射性固体废物通过加料口投入一燃室内直接明火燃烧，燃烧温度800—1000℃，在燃烧过程中一燃室内保持负压、助燃空气通过上进风口和下进风口进入一燃室，若二燃室氧含量低于一定值，则通过氧气喷枪向一燃室内补充纯氧，水蒸气由下进风口随助燃空气一起进入一燃室后，与炉渣中残存的炭发生吸热反应，生成CO和H₂，燃烧一定时间后进行排灰操作，将灰渣从排灰口通过管道排入排渣箱内，一燃室产生的烟气排入二燃室做进一步燃烧处理；

（2）将放射性液体废物通过喷嘴喷入二燃室内燃烧处理，燃烧温度850—1100℃，烟气在二燃室内的最小停留时间大于2秒，燃烧一定时间后进行排灰操作，将灰渣从排灰口通过管道排入排渣箱内；

（3）从二燃室出来的高温烟气在引风机的吸引下，依次进入高温烟气旋风分离器进行预除尘、进入急冷装置将其温度由700℃骤降至80℃左右、进入一级洗涤塔和带有除雾器的二级洗涤塔进行脱酸处理，进入静电除尘器除尘，进入高效过滤器做进一步净化处理、进入二噁英过滤器滤除二噁英，最后经引风机排入排风管道；

（4）高温烟气旋风分离器运行一定时间后进行排灰操作，将灰渣从排灰口通过管道排入排渣箱内；一级洗涤塔和二级洗涤塔的洗涤吸收废液排入流化床干燥器处理，不向装置外排放，流化床干燥器干燥处理后产生的盐渣排入排渣箱内。

Claims (10)

1.一种多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置，其特征在于：所述的装置包括一燃室、二燃室、排渣箱、高温烟气旋风分离器、急冷装置、一级洗涤塔、二级洗涤塔、流化床干燥器、静电除尘器、高效过滤器、二噁英过滤器和引风机；在一燃室上设置加料口、上进风口、下进风口、氧气喷枪、排灰口和烟气出口；在二燃室上设置烟气进口、烟气出口和排灰口，在二燃室内设置与二燃室外相通的喷嘴；在高温烟气旋风分离器上设置烟气进口、烟气出口和排灰口；在急冷装置、一级洗涤塔、二级洗涤塔、静电除尘器、高效过滤器和二噁英过滤器上分别设置有烟气进口和烟气出口；上述一燃室、二燃室和高温烟气旋风分离器的排灰口分别通过管道与排渣箱相连接，一级洗涤塔和二级洗涤塔的洗涤吸收废液贮槽分别通过管道与流化床干燥器相连接，一燃室的烟气出口通过管道与二燃室的烟气进口相通，二燃室的烟气出口通过管道与高温烟气旋风分离器的烟气进口相通，高温烟气旋风分离器的烟气出口通过管道与急冷装置的烟气进口相通，急冷装置的烟气出口通过管道与一级洗涤塔的烟气进口相通，一级洗涤塔的烟气出口通过管道与二级洗涤塔的烟气进口相通，二级洗涤塔的烟气出口通过管道与静电除尘器的烟气进口相通，静电除尘器的烟气出口通过管道与高效过滤器的烟气进口相通，高效过滤器的烟气出口通过管道与二噁英过滤器的烟气进口相通，二噁英过滤器的烟气出口通过管道与引风机的引风端相通，此外还在引风机的排风端上安装排风管道。

2.根据权利要求1所述的多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置，其特征在于：加料口和上进风口设于一燃室的顶部，下进风口、氧气喷枪和烟气出口设于一燃室的侧部，排灰口设于一燃室的底部，此外还在一燃室的侧壁上设置点火器。

3.根据权利要求1所述的多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置，其特征在于：喷嘴设于二燃室内的侧部，排灰口设于二燃室的底部。

4.根据权利要求1所述的多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置，其特征在于：烟气进口设于高温烟气旋风分离器的侧部，烟气出口设于高温烟气旋风分离器的顶部，排灰口设于高温烟气旋风分离器的底部。

5.根据权利要求1所述的多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置，其特征在于：所述引风机的数量为两部，两部引风机并联在一起。

6.根据权利要求1所述的多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置，其特征在于：所述的装置还包括点火保障自动控制系统、燃爆物源监测系统、燃烧炉卸爆泄压系统、停电应急电源以及停水应急水源。

7.根据权利要求1所述的多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置，其特征在于：一燃室、二燃室以及它们之间的连接管道采用多层复合耐火衬里结构。

8.根据权利要求1所述的多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置，其特征在于：一级洗涤塔、二级洗涤塔、静电除尘器、高效过滤器、二噁英过滤器以及它们之间的连接管道采用非金属高强度耐腐材料。

9.根据权利要求1所述的多功能直筒放射性废物控氧焚烧装置，其特征在于：高温烟气旋风分离器、高效过滤器和二噁英过滤器的外壳带有保温结构。

10.一种多功能直筒放射性废物控氧焚烧方法，使用权利要求1所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将放射性固体废物通过加料口投入一燃室内直接明火燃烧，燃烧温度800—1000℃，在燃烧过程中一燃室内保持负压、助燃空气通过上进风口和下进风口进入一燃室，若二燃室氧含量低于一定值，则通过氧气喷枪向一燃室内补充纯氧，水蒸气由下进风口随助燃空气一起进入一燃室后，与炉渣中残存的炭发生吸热反应，生成CO和H₂，燃烧一定时间后进行排灰操作，将灰渣从排灰口通过管道排入排渣箱内，一燃室产生的烟气排入二燃室做进一步燃烧处理；

（2）将放射性液体废物通过喷嘴喷入二燃室内燃烧处理，燃烧温度850—1100℃，烟气在二燃室内的最小停留时间大于2秒，燃烧一定时间后进行排灰操作，将灰渣从排灰口通过管道排入排渣箱内；

（3）从二燃室出来的高温烟气在引风机的吸引下，依次进入高温烟气旋风分离器进行预除尘、进入急冷装置将其温度由700℃骤降至80℃左右、进入一级洗涤塔和带有除雾器的二级洗涤塔进行脱酸处理，进入静电除尘器除尘，进入高效过滤器做进一步净化处理、进入二噁英过滤器滤除二噁英，最后经引风机排入排风管道；

（4）高温烟气旋风分离器运行一定时间后进行排灰操作，将灰渣从排灰口通过管道排入排渣箱内；一级洗涤塔和二级洗涤塔的洗涤吸收废液排入流化床干燥器处理，不向装置外排放，流化床干燥器干燥处理后产生的盐渣排入排渣箱内。