放射性可燃废物焚烧处理工艺及其专用设备

摘要

本发明公开一种放射性可燃废物焚烧处理工艺及设备,其特点是用冷风稀释兼喷水雾化急冷冷却烟气,用丝网凝集器、预敷器和袋滤器凝集、过滤烟尘,用低能文丘里装置和吸收塔吸收中和酸性气体。解决了在焚烧处理含大量塑料、橡胶的废物过程中所产生的含铅、锌粘性烟尘的烟气冷却、净化问题,本发明可焚烧处理纯天然纤维类和合成材料类放射性混合废物,放射性净化系数达10

说明书

本发明属于放射性固体废物处理工艺及其设备，具体涉及一种放射性固体废物焚烧工艺及其专用设备。

目前，焚烧是处理放射性固体废物的最有效的方法之一，可燃的放射性废物经焚烧处理后使有机物变为无机物，可最大程度地减少废物体积，大大降低了废物的处置费，增加了处置过程的安全性，避免对环境造成的危害。

CONF-930906即1993年核废物管理和环境补偿国际会议录第3卷关于环境补偿和环境管理问题P301～P304发表了一篇“处理放射性废物焚烧系统运行试验”(Operational experience of the Juelichincineration system in the treatment of radioactive waste)的报告，文中介绍了Juelich实验室处理放射性可燃废物的焚烧工艺及系统设备。其主要内容是废物经两道闸阀送入手套箱，经手拣后可燃物送入热解炉的上炉排上，不可燃物装桶。在热解炉中间位置点火。来自冷空气和烟气的一次风由热解炉的上部进入，烟气从上炉排下引出与送入的二次空气混合后送到第二燃烧室(炉)燃烧。二次风分别由上、下炉排送入热解炉。上炉排掉到下炉排的灰和残炭，由炉排送入的二次风烧尽。由第二燃烧室出来的烟气经过三段气-气换热冷却后经旋风、袋滤和高效过滤器过滤除尘后进入洗涤器除去烟气中的酸性气体，最后由引风机送入烟囱排放。

该工艺及设备存在的缺点姑且不论其热解炉设计不合理，致使废物热解过程中气流走向是由上而下，不符合正确的热解原理，即由下而上排布的灰层、烧焦层、热解层和预热层的热解过程；该工艺把热解气分两次燃烧，特别是第一次在热解炉中燃烧时，二次空气从炉排送入，难以和热解气混合充分，致使部分热解气由于没有得到充分的氧而在高温区产生不完全燃烧的烟炱，虽然在第二燃烧室内可以继续燃烧，但一旦烟炱产生则很难被烧尽，达不到完全燃烧的目的。除此之外，其主要缺点是烟气的冷却是采用气-气换热器冷却方式，烟气的除尘净化采用旋风、袋滤和高效过滤器除尘方法，这种冷却、净化方式主要适用于焚烧处理纯天然纤维素的放射性可燃废物，不适用于焚烧处理含有大量塑料和橡胶的放射性可燃废物。因为塑料和橡胶的添加剂中含有铅、锌等金属，焚烧后烟气中的氯化物作用下会产生大量粘性的铅、锌氯化物和氧化物微尘，在烟气冷却和除尘净化过程中会粘附在热交换器的内管、滤袋和高效过滤器上，降低它们的冷却、过滤效率，甚至使其堵塞失效。而且塑料和橡胶焚烧后还会产生三、四苯芘和二噁等有毒气体，现有的工艺和设备中没有相应的净化此类有毒气体的措施和设备。目前我国现存的放射性可燃废物状况是没有规范的分类，废物中含有大量的塑料和橡胶，在焚烧后给烟气的冷却和净化带来困难。

本发明的目的是提供一种能焚烧处理含纯天然纤维类和合成材料类混合废物，焚烧后烟气冷却、净化效果好的放射性可燃废物焚烧工艺及其设备。

本发明是这样实现的：一种放射性可燃废物焚烧工艺，依次包括如下步骤：

(1)依次对废物进行放射性测量、分拣、破碎、混合和打包等前处理过程；

(2)按规定的时间间隔和投放量将经前处理过的废物送入热解炉中，使其在400℃～500℃温度下受热分解，生成热解焦和挥发分，热解焦在热解炉中在600℃～800℃温度下继续燃烧成灰被收集，挥发分与预热的二次空气混合后喷入高温燃烧炉中，在900℃～1100℃温度下被烧成烟气；

(3)由燃烧炉出来的高温烟气经冷却，使其温度由900℃降到200℃～230℃；

(4)冷却后的烟气经净化处理后由引风机送入烟囱排放，其中，在步骤(3)中，高温烟气先由冷风稀释，使其温度由900℃降到500℃～600℃，再使其受高压喷水雾化急冷，使其温度继续降到200℃～230℃，并使烟气中的微尘在喷水中凝聚成大微粒，便于在后续工艺中除尘净化；在步骤(4)中，烟气净化依次按如下步骤进行：

A．烟气先经丝网凝集器凝集其中的大部分含铅、锌的粘性粉尘；

B．再用预敷在滤袋表面的非粘性粉尘粘附其余的含铅、锌的粘性粉尘后进入袋滤器过滤；

C．由袋滤器出来的烟气经高温高效过滤器和活性炭床组合装置除去烟气中的三、四苯芘和二噁有毒气体；

D．由高温高效过滤器和活性炭床出来的烟气经低能文丘里装置和吸收塔用碱液吸收中和其中的酸性气体后经再加热和高效过滤器由引风机送入烟囱排放。

一种用于放射性可燃废物焚烧工艺的专用设备，它包括热解炉、高温燃烧炉，烟气冷却系统、烟气净化系统和引风机。其中，所说的烟气冷却系统包括与高温燃烧炉底部出气口连接的冷风稀释器和与其相连的喷水急冷塔，冷风稀释器由风机供给冷风，喷水急冷塔由高位水箱供冷水，并由空压机、储气罐和过滤器组成的空压系统供过滤后的压缩空气。所说的烟气净化系统包括由丝网凝集器、预敷器和袋滤器组成的烟尘净化装置、由高温高效过滤器和活性炭床组合成的有毒气体净化装置，以及由低能文丘里装置、塔釜和吸收塔组成的酸性气体净化装置，喷水急冷塔顶端出口与丝网凝集器上侧进口连接，丝网凝集器与袋滤器的连接管上连接有为袋滤器滤袋表面预敷非粘性粉尘的预敷器，袋滤器上连有储气包，用于反吹滤袋上的粉尘，袋滤器的出气口与高温高效过滤器和活性炭床组合装置连接，高温高效过滤器和活性炭床的出口与低能文丘里装置连接，低能文丘里装置的出口端与塔釜连接，塔釜又与吸收塔进口端连接，塔釜分别连有由配碱罐、供碱泵、过滤器组成的供碱液系统和由碱液循环泵、过滤器、换热器组成的输碱液系统，输碱液系统分别与低能文丘里装置和吸收塔相连，吸收塔的出气出口经再热器与高效过滤器连接，高效过滤器与引风机相连。

本发明采用冷风稀释配合喷水雾化急冷既满足了烟气冷却要求，防止粘性的含铅、锌微尘堵塞冷却设备，又不致于使后续的除尘、除酸性气体设备过于庞大，同时还能使烟气中的微尘经喷水凝聚成大微尘，便于过滤除尘；在烟气净化系统中，采用丝网凝集器和滤袋表面预敷非粘性粉尘，既能凝集、粘附粘性烟尘，又提高了袋滤器的过滤效率，使凝集器和袋滤器两级除尘效率高达97～99％；增加活性炭床吸附烟气中的有毒气体；采用带碱液的低能文丘里装置和吸收塔中和并吸收烟气中的酸性气体效果好。利用本发明可以焚烧纯天然纤维类和合成材料类的放射性混合废物，放射性净化系数达10⁷，减重比≥10∶1，减容比≥40∶1，灰中残炭含量≤5％。

现结合附图和实施例对本发明做进一步描述：

图1为放射性可燃废物焚烧系统设备及管道流程示意图；

图2为燃烧炉及烟气冷却系统示意图；

图3为丝网凝集器结构示意图；

图4为袋滤器结构示意图。

如图1所示，一种放射性可燃废物焚烧设备，它包括热解炉1、高温燃烧炉2、烟气冷却系统、烟气净化系统和引风机13。其中，所说的烟气冷却系统包括与燃烧炉底部出气口连接的冷风稀释器3和与其相连的喷水急冷塔4，冷风稀释器3由风机14供冷风，喷水急冷塔4由高位水箱28供冷水，并由空压机17、储气罐16和过滤器15组成的空压系统供过滤后的压缩空气。所说的烟气净化系统包括由丝网凝集器5、预敷器6和袋滤器7组成的烟尘净化装置，由高温高效过滤器和活性炭床8组合组成的有毒气体净化装置，以及由低能文丘里装置9、塔釜19和吸收塔10组成的酸性气体净化装置，喷水急冷塔4顶端出口与丝网凝集器5上侧进口连接，丝网凝集器5与袋滤器7的连接管上连接有为袋滤器7滤袋表面预敷非粘性粉尘的预敷器6，袋滤器7上连有储气包18，用于反吹滤袋上的粉尘，袋滤器7的出口与高温高效过滤器和活性床炭8连接，高温高效过滤器和活性炭床8的出口与低能文丘里装置9连接，低能文丘里装置9的出口端与塔釜19连接，塔釜19又与吸收塔10进口端连接，塔釜19分别与由配碱罐25、供碱泵24、过滤器23组成的供碱液系统和由碱液循环泵20、过滤器21和换热器22组成的输碱液系统连接，输碱液系统又分别与低能文丘里装置9和吸收塔10连接，吸收塔10的出气出口经再热器11与高效过滤器12连接，高效过滤器12与引风机13连接。

在本发明中，热解炉1为现有技术，它由申请号为99207562.9的专利申请所公开。将经前处理过的废物按规定的时间间隔和投放量连续投入到热解炉1中，使其在400℃～500℃温度下受热分解，生成热解焦、气体产物CO、CO₂、H₂、CH₄，以及焦油雾，气体产物和焦油雾统称挥发分。为保证热解过程平稳进行，热解炉内设有搅拌装置，并间断搅拌物料，使物料在炉排上均匀分布，防止料层造成通道，达到平稳运行。热解焦与从上炉排下方送入的一次风中的氧反应而烧掉，烧焦后的灰通过活动的上炉排间断地落到下活动炉排上，与从下活动炉排下方送入的一次风中的氧反应，在600℃～800℃温度下继续将未烧尽的热解焦烧尽，最后，灰落入灰桶被收集。挥发分经与预热的二次空气充分混合后喷入燃烧炉2中在900℃～1100℃温度下被烧成烟气。上述所述的废物前处理工艺包括对废物进行放射性测量，以选出低放射性水平的废物；对废物进行分拣，挑出不可燃的废物；对废物中的布、纸、木材、塑料和橡胶制品进行破碎后在缓冲箱中混合，以防塑料、橡胶过于集中，并打成废物包，每包重5kg。上述的规定时间间隔和投放量为每12分钟1包，每小时25kg。热解焚烧废物的组分大致为塑料约占0～25％，橡胶约占0～25％，树脂约占0～10％，布、纸、木材约占50～100％。经热解炉1上部出来的挥发分从燃烧炉2上部进入燃烧炉2，燃烧后的烟气由燃烧炉2底部排出，进入冷风稀释器3，由风机14鼓入的冷风稀释冷却，使其温度由900℃左右降到500°～600℃，继而从喷水急冷塔4底部进入喷水急冷塔4，同时由塔底送入压缩空气和冷却水进行喷水雾化急冷，使其温度继续降到200°～230℃，同时烟气中的微尘由喷水凝聚成大微粒，便于在后续的工艺设备中除尘净化，见图2。图2中烧油喷嘴29用于在燃烧炉启动前先用柴油预热到800℃以上。

如图3所示，丝网凝集器5包括壳体32、安装在壳体32内的振动轴33，安装在振动轴33上的平行布置的丝网34，振动轴33与设在壳体32顶部的电机减速器31连接，电机减速器31的转动带动振动轴33和丝网34一起振动，振落凝集在丝网34上的粘性微尘。丝网34总表面积为20m²。冷却后的烟气由丝网凝集器5上侧的入口35进入，烟气中的大部分铅、锌等粘性粉尘被凝集在丝网34上，振落后由丝网凝集器5的下方出口(未画出)回收。凝集后的烟气由丝网凝集器5底部出口36排出，由连接管送到袋滤器7，在此连接管上设有预敷器6，内装非粘性粉尘-滑石粉，定量送入预敷器6下部烟气管道，随烟气送入袋滤器7并预敷在滤袋表面，使烟气中的其余铅、锌粘性粉尘与滤袋隔开，防止滤袋被粘堵。

如图4所示，袋滤器7是烟尘过滤的主要设备，它是由壳体43和设在壳体43内均布的过滤元件-滤袋42组成，壳体43夹层中设有保温层41，壳体43下侧开有进气口44，进气口亦是预敷口，底端开有除灰口45，上侧开有出气口46，壳体43顶端开有与储气包18连接的反吹口47。滤袋42分为六组，总面积18m²。操作时启动引风机并调整流量后，利用预敷器6对滤袋表面预敷上一层非粘性粉尘，使烟气中含铅、锌粘性粉尘与滤袋42表面隔开，烟气从进气口44进入袋滤器7经滤袋42过滤后由出气口46排出。滤袋过滤温度为160℃～180℃。滤袋42的阻力随着焚烧炉2的运行时间增加而逐渐增大，当滤袋42的压差增大到2000Pa时，反吹电磁阀(未标出标号)启动，利用储气包18对六组滤袋42逐一反吹，反吹压力为0.2MPa，反吹时间0.2秒。反吹后立刻预敷，反吹掉的灰落入过滤器7底部的灰箱内。预敷滤袋不仅使含铅、锌粉尘与滤袋隔开，而且还能提高袋滤效率，实验测量表明丝网凝集器5和袋滤器7两级过滤效率高达97～99％。

由袋滤器7出来的烟气进入高温高效过滤器和活性炭床组合装置8吸附掉烟气中的三、四苯芘和二噁有毒气体，再进入低能文丘里装置9吸收中和气流中的酸性气体后经塔釜19由塔底进入吸收塔10，吸收塔10内有塑料孔板波纹填料，塔顶设有喷雾器，为填料喷碱液，气流逆流绕行而上，其中的酸性气体被碱液吸收中和后由塔顶排出。低能文丘里装置9和吸收塔10的碱液落到塔釜19内，经碱液循环泵20、过滤器21、热交换器22又回到低能文丘里装置9和吸收塔10内循环使用。低能文丘里装置9和吸收塔10供碱液流量分别为1.5m³/h和2.5m³/h，碱液原始浓度为5％的Na₂CO₃，碱液更换pH值为8，两级除酸性气体装置9和10，对HCl、SO₂和NO_x去除率分别为98％、99％和60％，使燃烧含有塑料和橡胶的混合废物时所产生的有害气体净化到国家允许的排放标准。由吸收塔10出来的烟气经再热器11再热和高效过滤器12过滤后由引风机13排到烟囱14，进入大气。