一种用于处理放射性固体废物的热裂解装置的制作方法

本发明属于放射性废物处理技术领域，具体为一种用于处理放射性固体废物的热裂解装置。

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。

目前，我国已经建立了几座用于处理放射性可燃固体废物的焚烧设施，并且在实际应用过程中取得了较为良好的社会及经济效益。焚烧设施采用较为先进的废物热裂解焚烧工艺，工艺方法为：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。由于焚烧灰是在热解过程中产生，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。热解过程不要求废物有均匀的热值，适合处理含有较多塑料、橡胶成分的废物，并且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，但目前热裂解设备主要采用的是固定床立式炉，其结构相对复杂；由于固定床传热传质能力较差，温度分布差异大，对操作要求较高，容易发生故障；对废物的种类也有一定的要求。因此，现有热裂解装置存在一定的局限性和不足，不利于满足越来越多各类型放射性固体废物的热裂解处理需求和设备性能的提升。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于处理放射性固体废物的热裂解装置，该装置具备较好的传热和传质能力，以及可操作性，避免现有固定床炉型的局限性和不足，从而满足各类型放射性固体废物的热裂解处理需求，提升设备性能。

为达到以上目的，本发明采用的一种技术方案是：

一种用于处理放射性固体废物的热裂解装置，所述装置包括壳体，所述壳体上设置有进料系统、燃烧器接口、进气管、排气管和排灰管；所述壳体内部沿轴向设置有螺杆，所述壳体两端分别连接端盖，所述端盖包括轴承，所述螺杆两轴端分别放置在所述轴承孔内；所述壳体外部套有水冷夹套，所述水冷夹套底部与支腿固接。

进一步，如上所述的用于处理放射性固体废物的热裂解装置，所述壳体材料为耐热不锈钢，外形为筒状，具有进料端和排料端。

进一步，如上所述的用于处理放射性固体废物的热裂解装置，所述进料系统位于所述壳体的进料端顶部，包括料斗、第一进料阀门、储料管、第二进料阀门和进料管，所述进料管与所述壳体连通。

进一步，如上所述的用于处理放射性固体废物的热裂解装置，所述燃烧器接口位于所述壳体的顶部且靠近所述进料管，所述燃烧器接口与所述壳体连通。

进一步，如上所述的用于处理放射性固体废物的热裂解装置，所述进气管位于所述壳体的顶部并与所述壳体连通，数量为多个；所述排气管位于所述壳体的排料端顶部并与所述壳体连通；所述排灰管位于所述壳体的排料端底部并与所述壳体连通。

再进一步，如上所述的用于处理放射性固体废物的热裂解装置，所述排气管上设置有取样管，用于对尾气取样检测。

进一步，如上所述的用于处理放射性固体废物的热裂解装置，所述水冷夹套底部设有冷却水进口，所述水冷夹套顶部设有冷却水出口。

进一步，如上所述的用于处理放射性固体废物的热裂解装置，所述螺杆为无心轴螺带结构，偏心布置在所述壳体内底部，材料为耐热不锈钢。

进一步，如上所述的用于处理放射性固体废物的热裂解装置，所述螺杆上设置有一段反螺旋结构，所述反螺旋结构位于所述排灰管上方，用于防止残渣灰烬进入壳体的后端死区。

进一步，如上所述的用于处理放射性固体废物的热裂解装置，所述壳体外部侧面还连接有仪表管，所述仪表管的数量为多个，用于外接仪器仪表从而对壳体内的热裂解状态进行监测，监测数据包括温度和压力。

采用本发明所述的热裂解装置，具有以下显著的技术效果：

1、本发明利用螺杆的推动和搅拌作用，使放射性固体废物热裂解过程达到较高的传热和传质状态，处理更加充分和彻底；

2、通过控制进入设备的空气位置以及流量，能够实现对放射性固体废物热裂解过程的调节。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中提供的一种用于处理放射性固体废物的热裂解装置的结构示意图；

其中，1-壳体；2-进料系统；3-燃烧器接口；4-进气管；5-水冷夹套；6-排气管；7-取样管；8-端盖；9-排灰管；10-螺杆；11-仪表管；12-支腿；21-料斗；22-第一进料阀门；23-储料管；24-第二进料阀门；25-进料管。

具体实施方式

下面结合具体的实施例与说明书附图对本发明进行进一步的描述。

图1示出了本发明具体实施方式中提供的一种用于处理放射性固体废物的热裂解装置的结构示意图，由图中可以看出，该装置包括壳体1，壳体1上设置有进料系统2、燃烧器接口3、进气管4、排气管6和排灰管9，壳体1内部沿轴向设置有螺杆10，壳体1两端分别连接端盖8，端盖8包括轴承，螺杆10两轴端分别放置在端盖8的轴承孔内；壳体外部套有水冷夹套5，水冷夹套5下部与支腿12连接。

其中，壳体1采用耐热不锈钢材料，为筒状结构，具有进料端和排料端。

进料系统2位于壳体1的进料端顶部，从上至下依次包括料斗21、第一进料阀门22、储料管23、第二进料阀门24和进料管25，进料管25与壳体1连通，各个零件之间通过法兰、螺栓或焊接等方式组成整体，整体为不锈钢材料。进料系统2采用双阀门设计，工作过程中，通过始终保持一道阀门处于关闭状态，能够保证装置内部不与外界环境连通。

燃烧器接口3位于壳体1的顶部且靠近进料管25，通过法兰螺栓、开孔插焊等方式与壳体1连通，燃烧器接口3外接燃烧器，用于引燃刚进入壳体1内的废物。

进气管4位于壳体1的顶部，有多个进气管，用于外部空气从不同位置进入壳体1内。进气管4为耐热不锈钢材料，通过法兰螺栓、开孔插焊等方式与壳体1连通，外接空气生产管路。通过控制进入壳体内的空气位置以及流量，能够实现对放射性固体废物热裂解过程的调节。

排气管6位于壳体1的排料端顶部，为耐热不锈钢材料，通过法兰螺栓、开孔插焊等方式与壳体1连通，外接后端的二次燃烧设备。

排气管6上还置有取样管7，取样管7采用耐热不锈钢材料，为直管状结构，通过法兰螺栓、开孔插焊等方式与排气管6连通，实现对尾气的取样检测。

水冷夹套5布置在整个装置外部，为不锈钢材料，底部开有冷却水进口，顶部开有冷却水出口，使冷却水能够由下至上流动并充满整个水冷夹套5，实现对装置的冷却，保证装置能够承受足够高的运行温度。

端盖8为耐热不锈钢材料，通过可拆卸方式与壳体1连接组成整体；端盖8内设有轴承和密封件，实现对螺杆10轴端的支撑和密封功能；端盖8外也设有水冷夹套5，防止轴端过热。

排灰管9位于壳体1的排料端底部，采用耐热不锈钢材料，为直管状结构，通过法兰螺栓、开孔插焊等方式与壳体11连通；排灰管9下接排灰机构，残渣灰烬由此排出。

螺杆10为无心轴螺带结构，采用耐热不锈钢材料，偏心布置在壳体1内的底部，用于输送和搅动放射性固体废物。偏心布置的方式一方面在壳体上方为废物热裂解生成的气体预留了空间，另一方面也使螺杆10更容易接触位于壳体1底部的废物。螺杆10在排灰管9上方设置有一道反螺旋结构，以防止残渣灰烬进入壳体1后端的死区中难以排出。

螺杆10一端连接有电机，为其提供动力，并通过变频器控制螺杆10的转速，从而控制待处理放射性固体废物在装置内的停留时间，最终以达到较好的热裂解状态。

壳体1外部侧面还设置有多个仪表管11，仪表管11为耐热不锈钢材料，通过法兰螺栓、开孔插焊等方式与壳体1连通，外接仪器仪表实现对热裂解状态的监测，监测数据包括温度、压力等参数。

水冷夹套5底部连接有多个支腿12，材料为结构钢，支腿12与水冷夹套5通过焊接等方式组成整体，实现对整个装置的支撑和固定。

本实施例提供的用于处理放射性固体废物的热裂解装置的工作过程如下：

经过预处理的放射性固体废物暂存于料斗21内，当需要进料时，手动开启第一进料阀门22，在重力作用下，待处理废物被输送到储料管23内；之后关闭第一进料阀门22并开启第二进料阀门24，待处理放射性固体废物通过进料管25进入到壳体1内部前端。

当待处理放射性固体废物进入到壳体1内部前端后，启动燃烧器接口3外接的燃烧器，引燃壳体1内部的放射性固体废物，废物开始进行热裂解。与此同时，外部空气以一定流量从不同位置的进气管7进入壳体内，待处理放射性固体废物在螺杆10作用下，一边前进，一边搅拌混合，并与进入装置内的空气充分均匀地接触，从而使热裂解过程达到较高的传热和传质状态。

随着废物热裂解的进行，待处理放射性固体废物在螺杆10作用下由壳体1前端被输送到后端，同时废物也逐渐热裂解成残渣灰烬和尾气。其中，残渣灰烬在重力作用下进入排灰管9内，送入外设的排灰机构，得到妥善收集和处理；废物热裂解所产生的尾气则通过排气管6进入后续的二次燃烧设备后得到进一步的处理。

本发明所提供的一种用于处理放射性固体废物的热裂解装置，利用螺杆的推动和搅拌作用，使放射性固体废物热裂解过程达到较高的传热和传质状态，处理更加充分和彻底；通过控制进入设备的空气位置以及流量，能够实现对放射性固体废物热裂解过程的调节。本发明克服了现有固定床炉型的局限性和不足，可满足各类型放射性固体废物的热裂解处理需求。

上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。