CN113266828B - 一种放射性废物热解燃烧炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放射性废物热解燃烧炉，包括壳体以及设置在壳体外侧的水冷夹套，所述壳体的底部设有一次风入口，壳体的中部设有二次风入口，壳体的顶部设有三次风入口；水冷夹套与壳体之间围成水冷腔，水冷夹套上设有与水冷腔连通的冷却水出口、冷却水入口以及排空口。本发明设置多路进气，并根据废物物料的组分及工艺参数控制各路进气量，使热解燃烧炉能够实现先热解后燃烧、边热解边燃烧或直接燃烧等多种废物处理的方式，提高装置对不同成分废物的接收能力和操作运行工况的适应性，拓展装置的应用范围；设备结构紧凑，且抗震性佳，可作为整体进行公路运输。

Description

一种放射性废物热解燃烧炉

技术领域

本发明涉及热解燃烧炉设备领域，尤其是涉及一种放射性废物热解燃烧炉。

背景技术

军工、科研、实验及核电站等核设施在运行、维护过程中会产生大量的放射性废物，其中可燃废物占比较大约占50％，如塑料、橡胶、棉织品、木材、树脂、废油等，焚烧作为发展最早的放射性废物减容技术之一，非常适用于处理这些低水平的放射性固体废物，不仅可以实现大幅减容，同时还可以实现废物的无机化，有利于最终的处置。因此，放射性可燃固体废物焚烧技术被美国、法国、德国、日本等国家广泛使用，成为处理放射性废物的主要技术之一。

根据废物燃烧时的空气供给情况，可实现过量空气燃烧和热解焚烧两种形式。过量空气燃烧是指废物在炉排上燃烧，助燃空气一部分从炉排下方送入，一部分从炉膛的适当位置送入。为了保证废物燃烧完全，一般需要提供足够高的温度和大于理论量的空气供应。但这种燃烧机制无法避免焦油、烟臭的产生，也不宜焚烧含合成材料的废物。过量空气燃烧的优点是工艺简单，操作简便，运行稳定，成本低；缺点则是难以实现完全燃烧，烟气中飞灰、焦油含量较高，尾气处理负担重，同时造成烟气放射性浓度高，烟气净化系统要求高；热解焚烧指将废物在缺氧且温度较低的环境下热解，生成可燃的热解气和热解焦，再分别对热解气和热解焦进行高温充分燃烧，产生性质稳定的焚烧灰和燃烧完全的烟气。由于焚烧灰在热解过程产生，较低的温度可以确保一些高温下易挥发的核素留在焚烧灰中，从而有利于放射性核素的集中以及烟气的净化。热解焚烧烟气流量也比较稳定，夹带的飞灰量少，有利于烟气净化。热解焚烧的优点是燃烧完全，减容比高，灰的残炭率低，烟气量少，但热解焚烧对废物预处理要求较高。根据具体的工艺要求设计设备结构，一种焚烧设备一般仅能实现特定的焚烧形式，而每种焚烧形式又有其各自的优势和不足，难以同时满足多种废物和工况的处理需求，因此对不同成分废物的接收能力和操作运行工况的适应性不强，存在一定局限性。

对于一些废物产生总量不高、位置分布分散的单位或部门，常规焚烧设施相对的建造和运行费用高、运行人员多、管理程序复杂，从经济性和管理上并不十分适合这些场所。若将这些废物运送至废物处理设施，需要考虑放射性废物的运输问题，废物需进行整备、包装后，满足相应的运输标准，实际经济和管理成本较高。因此开发车载式焚烧处理装置，装置满足运输标准可以直接移动到多个废物产生地或暂存地，分别开展废物减容处理工作，可解决这些场所的废物处理需求。

但常规焚烧炉由于采用大量耐火材料等制作，没有考虑车载所需的防震、运输等问题，且体积庞大，不能用于车载焚烧装置中。

针对上述问题，本专利设计一种放射性废物热解燃烧炉，能够实现先热解后燃烧、边热解边燃烧或直接燃烧等多种废物处理的方式，提高装置对不同成分废物的接收能力和操作运行工况的适应性，拓展装置的应用范围，同时采用紧凑化和防震设计，考虑车载要求，具有整体易运输的特点。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种放射性废物热解燃烧炉。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种放射性废物热解燃烧炉，包括壳体以及设置在壳体外侧的水冷夹套，所述壳体的底部设有一次风入口，壳体的中部设有二次风入口，壳体的顶部设有三次风入口；

所述水冷夹套与壳体之间围成水冷腔，水冷夹套上设有与水冷腔连通的冷却水出口、冷却水入口以及排空口。

进一步，所述壳体的内壁上设有与所述二次风入口连接的二次风环管，二次风环管上设有多个进气孔；

所述壳体的内壁上设有与所述三次风入口连接的三次风环管，三次风环管上设有多个进气孔。

进一步，所述壳体为上粗下细带锥段的变径立式直筒体。

进一步，所述壳体上设有尾气出口、搅拌装置接口、应急泄爆口、加料口、仪表接口以及观察孔。

进一步，所述搅拌装置接口连接搅拌装置，尾气出口接后燃烧炉，加料口接加料装置，应急泄爆口连接装置的应急系统。

进一步，所述壳体内设有炉排组件，位于一次风入口和搅拌装置接口之间的壳体小径段，炉排组件包括两个半圆且开有空隙的炉排，及其支座、轴套、密封件和输入轴，以及位于炉排上方的燃烧器，所述一次风入口与壳体的连接位置位于炉排组件的底部。

进一步，所述壳体的底部设有排灰法兰，排灰法兰下接排灰机构。

进一步，所述壳体上还设有视镜、观察孔以及支座。

进一步，所述二次风入口采用耐热钢制造，位于壳体变径段和尾气出口之间的壳体侧面；所述三次风入口位于尾气出口和应急泄爆口之间的壳体侧面；所述冷却水出口和排空口位于水冷夹套的顶部，冷却水入口位于水冷夹套的底部。

进一步，所述尾气出口位于二次风入口和三次风入口之间的壳体大径段侧面；所述应急泄爆口位于壳体顶部的大径段侧面，与壳体内部连通；所述加料口位于二次风入口和三次风入口之间的壳体大径段侧面，与壳体内部连通。

本发明的有益效果为：本发明设置多路进气，并根据废物物料的组分及工艺参数控制各路进气量，使热解燃烧炉能够实现先热解后燃烧、边热解边燃烧或直接燃烧等多种废物处理的方式，提高装置对不同成分废物的接收能力和操作运行工况的适应性，拓展装置的应用范围；设备结构紧凑，且抗震性佳，可作为整体进行公路运输。

附图说明

图1为本发明的正面结构示意图；

图2为本发明的侧面结构示意图。

具体实施方式

如图1，图2所示，一种放射性废物热解燃烧炉，包括排灰法兰1；一次风入口2；炉排组件3；水冷夹套4；壳体5；二次风入口6；支座7；三次风入口8；冷却水出口9；排空口10；尾气出口11；搅拌装置接口12；应急泄爆口13；视镜14；仪表接口15；加料口16；观察孔17；冷却水入口18。

其中，壳体5为上粗下细带锥段的变径立式直筒体，从底部起至其顶部，依次连接排灰法兰1、一次风入口2、炉排组件3、搅拌装置接口12、观察孔17、二次风入口6、尾气出口11、视镜14、仪表接口15、加料口16、三次风入口8和应急泄爆口13组成装置主体，其中二次风入口6和三次风入口8为环管形式，通过壳体5壁面对应位置均布分布的进气孔与其连通；排灰法兰1下接排灰机构；搅拌装置接口12连接搅拌装置；尾气出口11接后燃烧炉；加料口16接加料装置；应急泄爆口13连接装置的应急系统。壳体5外部整体设置水冷夹套4，水冷夹套4底部开有冷却水入口18，顶部开有冷却水出口9和排空口10，外壁适当位置连接多个装置支座7。

所述排灰法兰1为定型设备，与壳体5底部连接组成整体，下部连接装置的排灰机构，用以将产生的焚烧灰送入灰桶后妥善收集；

所述一次风入口2位于排灰法兰1和炉排组件3之间的壳体5小径段侧面，与壳体5内部连通，用以将工艺所需一次风送入装置内部；

所述炉排组件3为非标设备，采用耐热钢制造，位于一次风入口2和搅拌装置接口12之间的壳体5小径段，包括两个半圆且开有空隙的炉排，及其支座、轴套、密封件和输入轴，和位于炉排上方的燃烧器，用以承载废物料包并引燃，同时在废物热解过程中，起到调节气流、松散物料以及排灰等目的；

所述水冷夹套4采用金属制造，设置在整个壳体5外部，底部开有冷却水入口18，顶部开有冷却水出口9和排空口10，使冷却水自下方至顶部流出，充满水冷夹套4，保证装置能够承受足够高的运行温度；

所述壳体5采用耐高温耐腐蚀金属材料制造，为上粗下细带锥段的变径立式直筒体，从底部起至其顶部，依次连接排灰法兰1、一次风入口2、炉排组件3、搅拌装置接口12、观察孔17、二次风入口6、尾气出口11、视镜14、仪表接口15、加料口16、三次风入口8和应急泄爆口13，组成装置主体。壳体5具体尺寸根据装置所需的处理量确定；

所述二次风入口6采用耐热钢制造，位于壳体5变径段和尾气出口11之间的壳体5侧面，二次风入口6为环管形式，通过壳体5壁面对应位置均布分布的进气孔与其连通，用以将工艺所需二次风均匀地送入装置内部；

所述支座7采用金属制造，多个均布在水冷夹套4外壁的适当位置，组成整体，用以支撑整个装置；

所述三次风入口8，位于尾气出口11和应急泄爆口13之间的壳体5侧面，三次风入口8为环管形式，通过壳体5壁面对应位置均布分布的进气孔与其连通，用以将工艺所需三次风均匀地送入装置内部；

所述冷却水出口9采用金属制造，置于水冷夹套4顶部一侧，循环冷却水由此排出水冷夹套4。

所述排空口10采用金属制造，置于水冷夹套4顶部一侧，注入冷却水时，用于将夹套内空气排出，使冷却水能够充满水冷夹套4；

所述尾气出口11，位于二次风入口6和三次风入口8之间的壳体5大径段侧面，与壳体5内部连通，尾气出口11接后燃烧炉，能够进一步高温燃烧未燃烧完全的热解气、焦油雾，从而大大降低有害物质的产生量；

所述搅拌装置接口12位于炉排组件3上方的壳体5小径段侧面，连接搅拌装置，用以打散炉内料包，防止料层中出现架桥和通道现象；

所述应急泄爆口13位于壳体5顶部的大径段侧面，与壳体5内部连通，连接装置的应急系统，可在紧急工况下实现烟气的安全排放；

所述视镜14为定型设备，位于二次风入口6和三次风入口8之间的壳体5大径段侧面，倾斜向下设置，用以观察具体的热解气燃烧情况；

所述仪表接口15布置于装置壳体5侧面的适当位置，多个，连接各类仪表，用以对运行过程中的温度和压力等参数进行监测；

所述加料口16位于二次风入口6和三次风入口8之间的壳体5大径段侧面，与壳体5内部连通，外接加料装置，废物料包由此进入装置内部；

所述观察孔17为定型设备，位于炉排组件3上方的壳体5小径段侧面，用以观察废物料层的热解和烧焦情况；

所述冷却水入口18采用金属制造，置于水冷夹套4底部，装置所需冷却水由此进入；

放射性废物焚烧设施运行过程中，该装置由支座7支撑，竖立布置在钢平台上。待处理的废物料包由加料装置接收并经加料口16投入装置壳体5内底部，由炉排承载，通过炉排上方设置的燃烧器引燃。装置设计三路进气，由设备底部至顶部，分别为炉排下方的一次风入口2，尾气出口11下方的二次风入口6和上方的三次风入口8。一次风为热解、烧焦用气，二次风为初步燃烧用气，三次风与烟气混合进入后燃烧炉进一步燃烧；首先，炉排上的废物在缺氧和中温的环境下热解生成热解气和热解焦，而热解焦与炉排下送入的一次风反应被烧掉，放出的燃烧热通过对流及传导方式，供给上面的物料预热和热解之需。控制适当的一次风量，使热解焦的烧焦速度与废物的热解速度相匹配，同时让热解废物处于合理的低氧环境和适当的温度范围，从而废物在装置中能够自行完成热解和烧焦，除了系统启动阶段需要燃烧器引燃之外，正常运行过程中，无需外热助燃。该区域对应的壳体5内部设置有搅拌装置接口12，利用外接的搅拌装置能够打散料包，防止料层中出现架桥和通道现象，从而保证料层的热解和烧焦效果，维持热解炉平稳运行，同时留有观察孔17，用以检查具体情况。燃尽后的热解焦成为灰烬，通过炉排摆动，落入排灰法兰1下连接的排灰机构，最终送入灰桶妥善处置。而热解气向上运动，与二次风和三次风混合后进一步燃烧，由于二次风入口6和三次风入口8为环管形式，通过壳体5壁面对应位置均布分布的进气孔与其连通，因此二次风和三次风的分布非常均布，能够提高热解气的燃烧效率。

由于二次风入口6和三次风入口8分别布置与尾气出口11的下方和上方，通过控制二者流量，能够使热解气在该装置内部实现部分燃烧或者完全燃烧的不同状态。该区域设置有视镜14，用以观察具体的热解气燃烧情况。综上，根据废物物料的组分及工艺参数控制一次风、二次风和三次风的进气量，能够使装置内部自上而下形成加料区、燃烧区、热解区和排灰区几个部分，并根据需实现先热解后燃烧、边热解边燃烧或直接燃烧等多种废物处理的方式。如有必要，燃烧后的烟气将自尾气出口11进入后燃烧炉，进一步高温燃烧未燃烧完全的热解气、焦油雾，从而大大降低有害物质的产生量。装置壳体5侧面设置多个仪表接口15，用以对运行过程中的温度和压力等参数进行监测，同时顶部设置应急泄爆口13，连接装置的应急系统，可在紧急工况下实现烟气的安全排放。此外，装置外部整体设置水冷夹套4，底部开有冷却水入口18，顶部开有冷却水出口9和排空口10，使冷却水自炉体下方进入至炉体顶部流出，充满水冷夹套4。装置采用水冷夹套4的形式，保证其能够承受足够高的运行温度；同时避免了常规内衬耐火材料强度不足、易损耗、放射性物质极易渗透积累、难于处理等问题。此外，装置壳体5和主要部件均采用耐高温耐腐蚀的金属材料，从而有效地提高了使用寿命。

综上，本发明设置多路进气，并根据废物物料的组分及工艺参数控制各路进气量，使热解燃烧炉能够实现先热解后燃烧、边热解边燃烧或直接燃烧等多种废物处理的方式，提高装置对不同成分废物的接收能力和操作运行工况的适应性，拓展装置的应用范围；设备结构紧凑，且抗震性佳，可作为整体进行公路运输。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种放射性废物热解燃烧炉，包括壳体以及设置在壳体外侧的水冷夹套，其特征在于，所述壳体的底部设有一次风入口，壳体的中部设有二次风入口，壳体的顶部设有三次风入口；

所述水冷夹套与壳体之间围成水冷腔，水冷夹套上设有与水冷腔连通的冷却水出口、冷却水入口以及排空口；

壳体上设有尾气出口、搅拌装置接口、应急泄爆口、加料口、仪表接口以及观察孔，壳体内设有炉排组件，位于一次风入口和搅拌装置接口之间的壳体小径段，炉排组件包括两个半圆且开有空隙的炉排，及其支座、轴套、密封件和输入轴，以及位于炉排上方的燃烧器，所述一次风入口与壳体的连接位置位于炉排组件的底部，二次风入口采用耐热钢制造，位于壳体变径段和尾气出口之间的壳体侧面；所述三次风入口位于尾气出口和应急泄爆口之间的壳体侧面；所述冷却水出口和排空口位于水冷夹套的顶部，冷却水入口位于水冷夹套的底部；

根据废物物料的组分及工艺参数控制一次风入口、二次风入口和三次风入口的进气量，使热解燃烧炉能够实现先热解后燃烧、边热解边燃烧或直接燃烧的多种废物处理的方式。

2.根据权利要求1所述的一种放射性废物热解燃烧炉，其特征在于，所述壳体的内壁上设有与所述二次风入口连接的二次风环管，二次风环管上设有多个进气孔；

所述壳体的内壁上设有与所述三次风入口连接的三次风环管，三次风环管上设有多个进气孔。

3.根据权利要求1或2所述的一种放射性废物热解燃烧炉，其特征在于，所述壳体为上粗下细带锥段的变径立式直筒体。

4.根据权利要求3所述的一种放射性废物热解燃烧炉，其特征在于，所述搅拌装置接口连接搅拌装置，尾气出口接后燃烧炉，加料口接加料装置，应急泄爆口连接装置的应急系统。

5.根据权利要求4所述的一种放射性废物热解燃烧炉，其特征在于，所述壳体的底部设有排灰法兰，排灰法兰下接排灰机构。

6.根据权利要求4所述的一种放射性废物热解燃烧炉，其特征在于，所述壳体上还设有视镜、观察孔以及支座。

7.根据权利要求4所述的一种放射性废物热解燃烧炉，其特征在于，所述尾气出口位于二次风入口和三次风入口之间的壳体大径段侧面；所述应急泄爆口位于壳体顶部的大径段侧面，与壳体内部连通；所述加料口位于二次风入口和三次风入口之间的壳体大径段侧面，与壳体内部连通。

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