CN104200860B - 硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化方法与装置，提供了一种硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化方法，该方法包括以下步骤：(i)提供微旋流分离成套装置，该装置包括：包含上部腔体、中部腔体(6)和下部腔体的壳体(1)；置于中部腔体(6)中的微旋流器芯管(3)；置于上部腔体中的灰斗(9)；(ii)在除硼工段中，堆冷却剂蒸馏液经除硼后送入该微旋流分离成套装置的中部腔体中，通过微旋流器芯管对蒸馏液进行旋流分离，以将固体杂质颗粒从蒸馏液中分离出来，得到含固体杂质颗粒的浓缩液和清液；(iii)将所得的浓缩液送入上部腔体中，以在灰斗中沉降，得到滤液；(iv)将所得的滤液和所得的清液汇合后流至下游设备。

Description

硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化方法与装置

技术领域

本发明属于核电环保领域，涉及一种过滤器件使用周期长、设备部件更换时辐射风险低、集成微旋流芯管组件和灰斗的分离工艺及装置。具体地说，本发明涉及一种由微旋流芯管组件和过滤灰斗集成的成套分离装置代替传统过滤器以脱除硼回收***除硼工段冷却剂破碎树脂固体颗粒的方法，以及实施该脱固工艺所用的装置。

背景技术

目前，固液分离主要采用重力沉降、过滤分离和旋流分离技术。重力沉降是从液体中分离出固体的最简单方法，只有颗粒较大、流速较小时，重力沉降的作用才较明显，应用的主要设备有浓密机。过滤分离通常是指用固定孔径的滤网以阻挡或截留悬浮液中的固体以达到固液分离的目的，可以有效除去大于滤网孔径的悬浮物、有机物、胶体、泥沙等，工业水处理中常用传统压力式过滤器、网式过滤器等，但是固体颗粒杂质在分离过程中容易堵塞滤孔、压降也随之增大，使得在分离的不同时段产生了表面过滤和深层过滤、分离过程不稳定。旋流分离技术是针对大流量固体杂质少的流体利用流体旋转时产生强大的比重力大几十到几百倍的离心力实现固液分离，分离效率高。

在核电站领域中仍以过滤器的应用最为广泛，以大亚湾核电站为例，据初步统计，当前运行中的CPR 1000机型核电站机组每台大约有近百台过滤器，这些过滤器在核电站中承担着净化水质、保护下游设备安全的作用。然而，这些过滤器中大部分都处在放射性环境中，其滤芯达到寿命后需按要求更换，成为带放射性的废滤芯并需要进行隔离储存；周期性的滤芯更换不仅成本高昂，造成大量放射性固废，也给维护更换工作带来潜在的核辐射风险。

目前旋流器已广泛应用至石油化工、生物医药等众多行业。例如，中国专利ZL200780000799.2公开了用旋流器或高速离心机提纯核电站核废料处理剂蒙脱石的方法；中国专利申请201180041888公开了水力旋流器的离心分离作用在浓缩核电厂放射性废液中用于丢弃的固体方面尤其有效；中国专利申请201010588028.3公开了油页岩干馏***循环瓦斯利用装置，其主要是利用旋流分离器的旋转湍流场和瓦斯塔的水洗工艺脱除循环瓦斯中夹带的气溶胶颗粒，解决了加热炉结垢、结灰问题；中国专利ZL 201010219244公开了在连续式含重金属离子废水的深度处理***中用重力式水力旋流器实现了对弱酸性阳离子交换树脂与水的分离，可以高效快速回收树脂；中国专利ZL 200910045839.6公开了一种利用旋流器脱除煤焦油中颗粒的方法，涉及一种用旋流器分离含盐分的煤焦油，最终得到脱盐煤焦油；中国专利ZL 200610025675公开了一种用旋流器对混合物进行分离，以得到一种脱碱的烷烃，该脱碱方法可以显著延长脱碱催化剂长周期使用的进程；中国专利ZL200810038621.3公开了一种利用旋流分离器对加氢裂化反应得到产物进行旋流分离，以除去循环氢中夹带的高分散油液滴。

但是，上述现有技术文献都没有给出较好地解决目前核电站硼回收***中除硼工段冷却剂脱固的问题。

大压湾核电硼回收***(TEP)收集来自化容***下泄管线以及来自核导排气和疏水***的可复用一回路冷却剂。由于在除硼工段中可复用一回路冷却剂经过除硼器时会产生树脂碎片等固体颗粒，影响了水质，所以在实际工艺流程中应截留树脂来净化水质。目前，核电站***中选用机械过滤器来净化水质，但考虑到过滤器滤芯更换造成的环境污染和更换时所造成对人体的辐射以及贯彻1995年IAEA发表《核电厂和核燃料循环终端放射性废物的最少化》条例，本领域迫切需要开发出一种新颖的在核电站中净化放射性溶液的方法，以快速地达到净化效果且降低固废量、延长使用周期、降低放射性废物的辐射风险，并提高环境效益和经济效益。

发明内容

本发明提供了一种新颖的硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化方法与装置，在核电站中用微旋流分离成套装置代替过滤器来净化放射性溶液，从而解决了现有技术中存在的问题。

一方面，本发明提供了一种硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化方法，该方法包括以下步骤：

(i)提供微旋流分离成套装置，该装置包括：包含上部腔体、中部腔体和下部腔体的壳体；置于中部腔体中的微旋流器芯管；置于上部腔体中的灰斗；

(ii)在除硼工段中，堆冷却剂蒸馏液经除硼后送入该微旋流分离成套装置的中部腔体中，通过微旋流器芯管对蒸馏液进行旋流分离，以将固体杂质颗粒从蒸馏液中分离出来，得到含固体杂质颗粒的浓缩液和清液；

(iii)将所得的浓缩液送入上部腔体中，以在灰斗中沉降，得到滤液；

(iv)将所得的滤液和所得的清液汇合后流至下游设备。

在一个优选的实施方式中，所述旋流分离的分离效率为95％或更高，压降不超过0.15MPa。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(iii)中，含固体杂质颗粒的浓缩液汇集至灰斗后，经过沉降，固体杂质颗粒被灰斗周边的滤网阻拦沉降在底部，而滤液通过灰斗周边的滤孔滤出或通过灰斗边缘溢出。

另一方面，本发明提供了一种硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化装置，该装置包括：

包含上部腔体、中部腔体和下部腔体的壳体；

置于中部腔体中的微旋流器芯管；

置于上部腔体中的灰斗。

在一个优选的实施方式中，所述壳体中的上部腔体、中部腔体和下部腔体通过管板形成，是三个封闭腔体。

在另一个优选的实施方式中，灰斗通过底流汇管与微旋流器底流口连接。

在另一个优选的实施方式中，所述微旋流芯管采取倒置形式装配在壳体内。

在另一个优选的实施方式中，所述灰斗采取活动式装配结构；灰斗周边为滤孔结构，滤孔尺寸根据固体杂质颗粒粒径分布确定。

在另一个优选的实施方式中，所述灰斗与壳体间留有缝隙，灰斗上沿与壳体顶盖间留有空间，以便于滤出或溢出的滤液排出。

在另一个优选的实施方式中，微旋流器芯管绕壳体轴线均匀地分布在壳体内，微旋流器芯管的数量根据总处理量来调整。

附图说明

根据结合附图进行的如下详细说明，本发明的目的和特征将变得更加明显，附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化***的示意图。

图2是根据本发明的实施例的包含本发明的硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化装置的硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化的工艺流程图。

具体实施方式

本申请的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现，旋流器具有操作方便、压降低、耗能少、分离效率高、适用范围广等优点，将其应用于核电站固液分离净化***，对于大流量且含固量低的固液体系进行分离净化效果显著；再结合灰斗过滤装置使得成套设备核心部件更换周期大幅提高。基于上述发现，本发明得以完成。

在本发明的第一方面，提供了一种高效低耗脱除压水堆核电站硼回收***可复用冷却剂固体颗粒的方法，它包括以下步骤：

在除硼工段中，堆冷却剂蒸馏液经过除盐器除硼后由泵送入到微旋流分离装置中，含少量固体杂质颗粒的蒸馏液在微旋流器旋流分离作用下，实现了破碎树脂等固体杂质颗粒与冷却剂的快速分离；

分离出来的底流浓缩液从微旋流器组件底流口经过底流汇管汇集到活动灰斗中，固体杂质颗粒沉降到灰斗底部而滤液通过灰斗周边的滤孔滤出或从灰斗边缘溢出；

经过灰斗滤出或溢出的滤液与微旋流器溢流口的净化冷却剂汇合流至下游设备。

在本发明中，核电站硼回收***中除硼工段冷却剂的净化采用旋流净化工艺，其分离效率达到95％。

在本发明中，料液流量为10m³/h的冷却剂经过泵送至微旋流分离器中分离固体杂质颗粒，分离效率达到90％，且分离装置压降持续在0.15MPa左右。

在本发明中，破碎树脂等固体杂质颗粒的浓缩液汇集至灰斗后，经过沉降，固体杂质颗粒留在灰斗底部，滤液则从灰斗四周滤网滤出或通过灰斗顶端溢出，滤出或溢出滤液基本不含树脂碎粒等固体杂质颗粒，达到了冷却剂净化要求。

在本发明中，针对硼回收***中流量为10m³/h一回路冷却剂进行净化处理，通过合理设计微旋流器操作参数和灰斗布置结构，可确保灰斗的更换周期为10年，避免了传统工艺中采用过滤器更换滤芯所造成的大量放射性固废；灰斗通过专用工具实现更换。

在本发明的第二方面，提供了一种用于上述方法的装置，该装置包括：

用于集成整套分离工艺的壳体；用于固液分离的微旋流器组件，其底流口通过底流汇管与灰斗相连；以及流体进入该装置的进口、溢流出口和底流出口。

在本发明中，壳体通过管板形成三个封闭腔室，分别为顶端的底流汇集腔、中部的进料腔和底端的溢流汇集腔。

在本发明中，微旋流器芯管采用倒置式装配在壳体内。

在本发明中，一组微旋流器芯管绕壳体轴线均匀地分布在壳体内，微旋流器芯管的数量可根据总处理量做出适当调整并相应调整灰斗结构和尺寸大小，以满足不同***和流程中的净化要求。

在本发明中，底流灰斗采取活动式装配结构，以便于后续更换。

在本发明中，灰斗周边为滤孔结构，滤孔尺寸根据固体颗粒粒径分布确定，以确保固体颗粒全部被收集在灰斗中。

在本发明中，灰斗与壳体间留有缝隙，灰斗上沿与壳体顶盖间也留有空间，便于滤出或溢出的滤液排出。

以下根据附图详细说明本发明的方法。

图1是根据本发明的一个实施方式的硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化***的示意图。如图1所示，微旋流分离成套装置包括：包含上部腔体、中部腔体6和下部腔体的壳体1；置于中部腔体6中的微旋流器芯管3；置于上部腔体中的灰斗9，其通过底流汇管7与微旋流器底流口5连接；该壳体1还包括进口2、溢流出口10和底流出口8，其中，冷却剂经进口2输送到装置的中部腔体6中，通过微旋流器芯管3对冷却剂进行旋流分离，以脱除夹带的树脂碎粒等固体杂质；分离出的浓缩液经微旋流器底流口5、并经底流汇管7进入上部腔体中，在灰斗9中沉降，固体杂质被灰斗9周边的滤网阻拦沉降在灰斗底部，而液相通过灰斗9周边的滤孔滤出或通过灰斗边缘溢出；经过灰斗滤出的滤液经底流出口8流出，与微旋流器溢流经溢流口4汇合流至下游设备，以满足后续工况。

图2是根据本发明的实施例的包含本发明的硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化装置的硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化的工艺流程图。如图2所示，从机组中间贮存工段溶液汇集点收集除气后的可复用一回路冷却剂在储罐21中静置，然后经过换热器支路由泵将其送入蒸发装置22；蒸发装置底部的浓缩液经浓缩液监测箱23检验合格后被送入到硼酸贮存箱24中备用；而产生的蒸馏液送往蒸馏液监测箱25，然后由泵送入除硼床26除硼后被送入微旋流分离成套装置27的进料腔体；含除硼时产生的树脂碎粒溶液均匀地进入各微旋流芯管，经过微旋流器的微旋流分离作用，被净化的蒸馏液从微旋流器溢流口流出；底流液由底流腔通过底流汇管进入灰斗，密度稍大的树脂碎粒等固体颗粒杂质沉降在底部而滤液从灰斗周边的滤孔流出或从顶部空间溢出，并和微旋流分离溢流口清液汇集后进入补给水箱28中备用。

本发明的主要优点在于：

本发明是利用微旋流分离成套工艺装置代替传统过滤器来实现核电站硼回收***中冷却剂净化的装置与方法，与传统的过滤器分离技术相比，在确保冷却剂高效脱渣效率满足设计要求前提下，装置连续运行周期更长(延长至10年)，设备部件更换过程中辐射风险更小、分离能耗更低。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1：

硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化工艺

1.实施流程

如图2所示。

2.关键设备

结合微旋流器芯管组件和过滤性灰斗的成套分离装置是本工艺流程中的关键设备。其中，并列倒置立式的微旋流器芯管组件置于分离装置壳体内，过滤性灰斗置于微旋流分离装置顶端以衔接微旋流器底流。设备处理量为10m³/h，外形尺寸为Φ600×2400。而顶端采取管板式封闭，采用活动灰斗便于后续灰斗更换。

3.运行结果

实验选用分散相密度为1.16g/cm³、浓度为10ppm的含树脂碎粒料液，正常工况下其流量为10m³/h，操作温度为常温。运行工况下，料液经除硼床除硼后会携带微量的树脂碎粒等固体颗粒杂质，在微旋流分离装置中部的进料腔汇聚后进入微旋流器芯管进行微旋流分离。微旋流器利用流体旋转流动产生的离心惯性力实现固液分离，溢流液中分散相固体颗粒浓度大幅降低，而被大幅浓缩后的底流物通过底流腔中连接灰斗的底流导管进入灰斗。固体颗粒在灰斗内通过缓慢静置逐渐在灰斗内沉积；而连续相清水从灰斗侧边滤孔或顶部逐渐排出，并与微旋流器溢流液汇合到下游设备。实验室在线分离效率均超过90％，满足核电站可复用一回路冷却剂重复利用精度要求。整个运行过程稳定，即使有明显波动，微旋流器和灰斗沉降过滤效率基本正常。

能耗方面，所述微旋流器的压力损失(即微旋流器入口与溢流口之间的压力差)约为0.15MPa,相对于过滤器分离而言，运行更加稳定同时降低能耗也降低了对泵的要求；灰斗的沉降过滤过程产生的压降并不对实际工艺流程造成影响。

操作范围和稳定性方面，过滤器在初步过滤和深度过滤时对水质的净化程度不一样，并且只对大于滤孔尺寸的固体颗粒有效，而微旋流器分离过程稳定并且对分离的固体颗粒杂质粒径方面选择范围更广，有利于后续工况的稳定运行。

4.技术效果

传统的过滤器设计压降通常在0.25MPa，其初步过滤和深度过滤的效果不同使整个分离过程不稳定；用微旋流分离装置代替过滤器，其优点在于，在进料流量基本稳定条件下，分离过程产生的压降基本控制0.15MP以内，灰斗中产生的压降对分离过程没有明显影响，因此降低了对泵耗的要求，节约了成本。这套分离装置结合了微旋流器高速旋转快速分离和灰斗静置沉降分离的特点，分离效率达90％，完全能满足机组运行要求。微旋流分离成套装置最主要的优点表现在以下两个方面。

一方面，延长了设备连续运行周期，降低了设备更换时造成辐射的危险性。对于核电机组，尤其是针对含放射性物质的***，过滤器也会有放射性，而放射性过滤器滤芯会定期或压差达到设定值时进行更换，单个滤芯更换周期基本不超过一年。设备的更换不仅威胁着机组维修的关键路径，更造成不必要的放射性介质泄露的危险性，以及周边工作人员不必要的辐射剂量而且带来巨大的经济损失。通过采取微旋流分离工艺，合理设计灰斗结构尺寸，可确保分离器的连续运行周期达到十年，这相对过滤器不到一年的运行周期有了明显的提升。

另一方面，降低因净化过程产生的放射性固废产生量，符合当今社会倡导的节能环保。通过采用微旋流分离工艺替代传统的过滤分离技术净化放射性溶液，显著降低了因过滤器滤芯更换造成的大量固废、以及配套备品备件耗费数量，产生了显著的经济效益和环境效益。过滤后的单个废滤芯重量视处理量和处理精度要求不尽相同，有的重达100公斤，粗略估算每10年单个过滤器滤芯更换造成的放射性固废重达一吨；而本发明的成套分离装置中的单个灰斗不超过100公斤，10年更换一次才产生100公斤的放射性固体废物。由此得出，通过采取微旋流分离工艺不但避免了滤芯的反复更换、降低了整体的固废时，而且满足IAEA逐步降低核电站固废的要求，产生了积极的环境效益；同时也因为滤芯耗费的减少而产生突出的经济效益。

通过实验研究完整模拟了核电站硼回收***中可复用一回路冷却剂旋流分离净化工艺，其过程运行稳定、操作便捷、操作范围大，可实现快速高效分离，分离效率始终保持在90％以上，且压降不超过0.15MPa，此举完全满足了现场机组运行要求。同时，采用微旋流分离工艺替代传统的过滤器分离工艺，不仅将明显降低机组的运行成本，而且将大幅降低固废产生量，还将***的稳定运行周期由过滤器时代的不到一年提高到十年，不仅降低了滤芯更换的工作量，也降低了运行人员不必要的辐射剂量，具有显著的环保效益和经济效益。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化方法，该方法包括以下步骤：

(i)提供微旋流分离成套装置，该装置包括：包含上部腔体、中部腔体(6)和下部腔体的壳体(1)；置于中部腔体(6)中的微旋流器芯管(3)；置于上部腔体中的灰斗(9)；

(ii)在除硼工段中，堆冷却剂蒸馏液经除硼后送入该微旋流分离成套装置的中部腔体中，通过微旋流器芯管对蒸馏液进行旋流分离，以将固体杂质颗粒从蒸馏液中分离出来，得到含固体杂质颗粒的浓缩液和清液；

(iii)将所得的浓缩液送入上部腔体中，以在灰斗中沉降，得到滤液，其中，含固体杂质颗粒的浓缩液汇集至灰斗后，经过沉降固体杂质颗粒被灰斗周边的滤网阻拦沉降在底部，而滤液通过灰斗周边的滤孔滤出或通过灰斗边缘溢出；

(iv)将所得的滤液和所得的清液汇合后流至下游设备。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋流分离的分离效率为95％或更高，压降不超过0.15MPa。

3.一种硼回收***除硼工段冷却剂旋流净化装置，该装置包括：

包含上部腔体、中部腔体(6)和下部腔体的壳体(1)；

倒置于中部腔体(6)中的微旋流器芯管(3)；

置于上部腔体中的灰斗(9)。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述壳体中的上部腔体、中部腔体和下部腔体通过管板形成，是三个封闭腔体。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，灰斗(9)通过底流汇管(7)与微旋流器底流口(5)连接。

6.如权利要求3-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述灰斗采取活动式装配结构；灰斗周边为滤孔结构，滤孔尺寸根据固体杂质颗粒粒径分布确定。

7.如权利要求3-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述灰斗与壳体间留有缝隙，灰斗上沿与壳体顶盖间留有空间，以便于滤出或溢出的滤液排出。

8.如权利要求3-5中任一项所述的装置，其特征在于，微旋流器芯管绕壳体轴线均匀地分布在壳体内，微旋流器芯管的数量根据总处理量来调整。