CN113266828A - 一种新型放射性废物热解燃烧炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型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
技术领域
本发明涉及热解燃烧炉设备领域,尤其是涉及一种新型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***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,本专利设计一种新型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,提供一种新型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:
一种新型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***。
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,一种新型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***。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***,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***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***,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 (10)
1.一种新型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。
2.根据权利要求1所述的一种新型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所述的一种新型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所述的一种新型放射性废物热解燃烧炉,其特征在于,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。
5.根据权利要求4所述的一种新型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***。
6.根据权利要求5所述的一种新型放射性废物热解燃烧炉,其特征在于,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。
7.根据权利要求5所述的一种新型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。
8.根据权利要求5所述的一种新型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。
9.根据权利要求5所述的一种新型放射性废物热解燃烧炉,其特征在于,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。
10.根据权利要求5所述的一种新型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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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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