一种高温烟气骤冷装置及放射性废物燃烧系统的制作方法

1.本实用新型具体涉及一种高温烟气骤冷装置及包含所述高温烟气骤冷装置的放射性废物燃烧系统。


背景技术：

2.焚烧是后处理厂放射性有机废物处理的常用手段，是被世界各国公认的有效减少放射性废物体积的措施。有机废物经过适当的燃烧等反应，在高温下氧化减容，由有机物转化为无机物(焚烧灰和烟气)，这既可以大幅度减少放射性废物的贮存、运输和最终处置费用，又可以大大提高贮存、运输和最终处置的安全性。但是，焚烧过程产生高温烟气含有氮氧化物等有害成分，必须经过进一步处理，才能排放到环境中。
3.通常，从燃烧炉排出的烟气温度较高，约为800～1100℃，需要对烟气进行冷却处理，防止高温烟气损坏后续设备，骤冷器作为冷却设备是现有生产中的常用工艺设备。但是，现有技术中，在烟气流量较大的情况下，为了达到充分的冷却效果，常规的塔体喷淋烟气冷却装置的高度大，使得整个冷却装置的体积大，且烟气中含有的酸性物质，在遇冷时会产生腐蚀性酸液，会对下游设备造成损伤，降低设备的使用寿命，增加运行风险。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种高温烟气骤冷装置及包含所述高温烟气骤冷装置的放射性废物燃烧系统，所述高温烟气骤冷装置体积小，且能够快速降低从燃烧炉出来的高温烟气的温度。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种高温烟气骤冷装置，包括筒体和冷却组件，
7.所述筒体由上筒体和下筒体组成，所述上筒体与所述下筒体连通，下筒体上设置有烟气进口，上筒体上设置有烟气出口，高温烟气从所述烟气进口进入筒体，再从所述烟气出口排出；
8.所述下筒体上还开设有插入口，所述插入口位于烟气进口上方，
9.所述冷却组件包括冷却喷枪，所述冷却喷枪设于所述插入口内，用于向上筒体内喷射冷却介质，以对高温烟气进行骤冷。
10.优选的，所述上筒体与所述下筒体的长度比例为：0.5
‑
0.8:1，
11.所述上筒体的横截面小于下筒体的横截面。
12.优选的，所述筒体从外向内依次包括壳体、绝热层和隔离层；
13.所述绝热层由硅酸铝制成；
14.所述隔离层内衬在所述绝热层的内壁上，所述隔离层由哈氏合金材料制成；
15.所述上筒体的绝热层的厚度小于所述下筒体的绝热层的厚度。
16.优选的，所述下筒体包括第一竖直段和第一水平段，所述第一竖直段与所述上筒体连通，所述第一水平段与所述第一竖直段的底端连通，所述烟气进口设于所述第一水平
段的远离第一竖直段的端部，
17.所述第一水平段的隔离层采用高铝耐火砖制成。
18.优选的，所述插入口为两个，所述冷却喷枪包括第一冷却喷枪和第二冷却喷枪，所述第一冷却喷枪和所述第二冷却喷枪分设于两个插入口中，
19.且所述第二冷却喷枪处于所述第一冷却喷枪上方。
20.优选的，高温烟气骤冷装置还包括监测组件，所述监测组件包括第一测温器和温度控制器；
21.所述第一测温器设置在所述烟气出口内，用于检测烟气出口内的高温烟气的温度；
22.所述温度控制器分别与所述第一测温器和所述冷却喷枪电连接，温度控制器内存储有第一预设温度以及映射温度与冷却介质流量关系的第一映射表，用于将第一测温器检测到的温度值与第一预设温度进行比较，并根据比较结果，基于所述第一映射表来控制所述冷却喷枪中的冷却介质的流量。
23.优选的，所述下筒体的底部上还设置有备用口，用于排出所述筒体内存留的水，和/或，用于作为备用的冷却喷枪的插入口；
24.所述上筒体的顶部还设置有应急烟气出口，用于在应急状态下排放筒体内的高温烟气。
25.优选的，所述冷却喷枪采用双流雾化冷却介质喷枪；
26.所述双流雾化冷却介质喷枪包括喷嘴，所述喷嘴的开口朝上；
27.所述高温烟气为放射性高温烟气，所述冷却介质采用冷却水与尿素的混合液。
28.本实用新型还提供了一种放射性废物燃烧系统，包括燃烧炉，还包括上述的高温烟气骤冷装置、以及风机，
29.所述高温烟气骤冷装置的下筒体的烟气进口与所述燃烧炉的出口端相连；
30.所述风机设于高温烟气骤冷装置的下游，用于抽吸高温烟气骤冷装置的上筒体的烟气出口中的高温烟气。
31.优选的，所述高温烟气骤冷装置还包括监测组件，所述监测组件包括第一测压器、第二测压器、第二测温器和气体含量检测器，所述第一测压器设置在所述烟气出口内，用于检测烟气出口内的高温烟气的压力；
32.所述第二测压器设于所述烟气进口内，用于检测烟气进口内的高温烟气的压力；
33.所述第二测温器设于所述烟气进口内，用于检测烟气进口内的高温烟气的温度；
34.所述气体含量检测器设于所述烟气进口内，用于检测烟气进口内的高温烟气的气体成分；
35.所述燃烧炉包括燃烧控制器，所述燃烧控制器与所述第一测压器、第二测压器电连接，所述燃烧控制器内存储有第一预设压力值和第二预设压力值，用于将第一测压器检测到的第一压力值与第一预设压力值进行比较，以及将第二测压器检测到的第二压力值与第二预设压力值进行比较，并根据比较结果来调节燃烧炉废气的排放流量；
36.所述燃烧控制器还与所述气体含量检测器电连接，所述燃烧控制器内还存储有预设气体含量值以及映射气体含量与助燃空气流量关系的第二映射表，用于将气体含量检测器检测到的气体含量与预设气体含量值进行比较，并根据比较结果，基于所述第二映射表
调节燃烧炉内助燃空气的流量，以使烟气进口内的高温烟气的气体成分与所述预设气体含量一致；
37.所述燃烧控制器还与所述第二测温器电连接，所述燃烧控制器还存储有第二预设温度以及映射温度与助燃空气流量关系的第三映射表，用于将第二测温器检测到的温度值与所述第二预设温度进行比较，并根据比较结果，基于所述第三映射表来控制燃烧炉内助燃空气的流量。
38.本实用新型的高温烟气骤冷装置中的高温烟气从下筒体上的烟气进口进入筒体，与设置在下筒体上的冷却喷枪向上喷射的冷却介质直接接触，冷却介质在向上喷射的过程中和受重力影响下降的过程中均能实现对高温烟气的冷却，即可实现双向冷却，以保证烟气能够急速冷却，避免现有技术的塔体喷淋烟气冷却装置因为只具有单向冷却过程为了保证骤冷效果而导致冷却装置高度过高的问题，从而可在保证骤冷效果的前提下能够有效降低高温烟气骤冷装置的高度，最终可减小高温烟气骤冷装置的体积，便于燃烧反应中各装置的放置。此外，本实用新型的高温烟气骤冷装置能够除去烟气中的氮氧化物，保证排放的烟气温度符合下游设备的处理要求。
39.本实用新型的放射性废物燃烧系统通过采用上述的高温烟气骤冷装置，不但能够满足下游设备所要求的冷却温度效果，而且设备占用的空间小，便于各设备的放置。
附图说明
40.图1为本实用新型实施例中的高温烟气骤冷装置的结构示意图。
41.图中：1
‑
烟气进口；2
‑
高铝耐火砖；3
‑
第二测压器；4
‑
第二测温器；5
‑
气体含量检测器；6
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绝热层；7
‑
隔离层；8
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下筒体；9
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上筒体；10
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应急烟气出口；11
‑
烟气出口；12
‑
第一测温器；13
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第一测压器；14
‑
第一冷却喷枪；15
‑
第二冷却喷枪；16
‑
备用口。
具体实施方式
42.下面将结合本实用新型中的附图，对实用新型中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的范围。
43.在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
44.在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
45.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
46.本实用新型提供一种烟气骤冷装置，包括筒体和冷却组件，
47.所述筒体由上筒体和下筒体组成，所述上筒体与所述下筒体连通，下筒体上设置有烟气进口，上筒体上设置有烟气出口，高温烟气从所述烟气进口进入筒体，再从所述烟气出口排出；
48.所述下筒体上还开设有插入口，所述插入口位于烟气进口上方，
49.所述冷却组件包括冷却喷枪，所述冷却喷枪设于所述插入口内，用于向上筒体内喷射冷却介质，以对高温烟气进行骤冷。
50.本实用新型还提供一种放射性废物燃烧系统，包括燃烧炉，还包括上述的烟气骤冷装置、以及风机，
51.所述烟气骤冷装置的下筒体的烟气进口与所述燃烧炉的出口端相连；
52.所述风机设于高温烟气骤冷装置的下游，用于抽吸高温烟气骤冷装置的上筒体的烟气出口中的高温烟气。
53.实施例1：
54.本实施例公开了一种高温烟气骤冷装置，如图1所示，包括筒体和冷却组件，筒体由上筒体9和下筒体8组成，上筒体9与下筒体8连通，且上筒体9与下筒体8可拆卸地连接，下筒体8 上设置有烟气进口1，上筒体9上设置有烟气出口11，高温烟气从烟气进口1进入筒体，再从烟气出口11排出。
55.下筒体8上还开设有插入口，插入口位于烟气进口1上方，冷却组件包括冷却喷枪，冷却喷枪设于插入口内，用于向上筒体9 内喷射冷却介质，以对高温烟气进行骤冷。本实施例中，高温烟气通过烟气进口1进入至下筒体内，并与设置在下筒体8的冷却喷枪中的冷却介质接触，其中，冷却介质从下筒体8向上筒体9 的方向输送，在到达上筒体9的顶部后，受重力的影响向下降落，冷却介质在上升和降落的过程中，均能够与高温烟气接触，并与之进行热量交换，以对高温烟气进行冷却，即本实施例中的高温烟气骤冷装置的内部通道为双程冷却通道，因此，本实施例中的高温烟气骤冷装置相对于现有技术中骤冷装置的单程冷却通道来说，在保证冷却效果的前提下，其高度可以减小，最终能够有效减小高温烟气骤冷装置的体积。
56.本实施例中，上筒体9与下筒体8的长度比例为：0.5
‑
0.8:1，该比例能够满足高温烟气骤冷装置对高温烟气的冷却需求并尽可能地减小了高温烟气骤冷装置的体积。优选的，上筒体9与下筒体8的长度比例为：0.75:1。此外，上筒体的横截面小于下筒体的横截面，能够进一步减小高温烟气骤冷装置的体积。
57.本实施例中，筒体从外向内依次包括壳体、绝热层6和隔离层7。其中，设置隔离层7能够避免高温烟气与绝热层6直接接触造成高温烟气对绝热层6的腐蚀。其中，绝热层6由硅酸铝制成，硅酸铝的绝热效果好，成本相对低廉。隔离层7内衬在绝热层6 的内壁上，隔离层7由哈氏合金材料制成，其中，哈氏合金c22 能够耐高湿度和高温烟气腐蚀。
58.本实施例中，由于上筒体9内的烟气温度低于下筒体8的烟气温度，在保证上筒体9和下筒体8的外侧壁的温度满足工况下的温度的前提下，上筒体9的绝热层6的厚度小于下筒体8的绝热层6的厚度，以便于节省制造成本并减少占用的空间。
59.本实施例中，下筒体8包括第一竖直段和第一水平段，第一竖直段与上筒体9连通，第一水平段与第一竖直段的底端连通，烟气进口1设于第一水平段的远离第一竖直段的端
部，第一水平段的隔离层采用高铝耐火砖2制成。高铝耐火砖2不但能够避免烟气与绝热层6直接接触造成的烟气对绝热层6的腐蚀，还能够进行隔热，使得第一水平段的外表面温度较低。
60.其中，由于下筒体8的第一水平段的外表面的温度超过50℃时，则还需要在下筒体8的第一水平段的外表面上再加一层保温层，为了节约制造成本，本实施例中，在下筒体8的第一水平段中，通过绝热层6和高铝耐火砖2的导热系数进行相关传热计算，确定绝热层6和高铝耐火砖2的铺设厚度以及温度变化曲线，以保证下筒体8的第一水平段的外表面温度不高于50℃。
61.本实施例中，上筒体9包括第二水平段和第二竖直段，其中，第二竖直段与第一竖直段可拆卸地连接，第二水平段与第二竖直段的顶端连通，且烟气出口11设于第二水平段远离第二竖直段的顶部，第一测温口12和第一测压口13设置在第二水平段上。
62.优选的，第一水平段、第一竖直段、第二竖直段和第二水平段依次可拆卸连接。本实施例中，第一水平段、第一竖直段、第二水平段和第二竖直段均采用法兰连接，以便于运输和安装。
63.本实施例中，插入口为两个，冷却喷枪包括第一冷却喷枪14 和第二冷却喷枪15，第一冷却喷枪14和第二冷却喷枪15分设于两个插入口中，两个冷却喷枪均设置在下筒体8上，且第二冷却喷枪15处于第一冷却喷枪14上方。增加第二冷却喷枪15对高温烟气骤冷装置的冷却效果，能够对高温烟气在混合冷却空间内进行更充分地冷却，使得该高温烟气骤冷装置能够满足将高温烟气降低至更低的温度的要求。
64.本实施例中，高温烟气骤冷装置还包括监测组件，监测组件包括第一测温器和温度控制器，其中，第一测温器设置在烟气出口11内，用于检测烟气出口11内的高温烟气的温度。温度控制器分别与第一测温器和冷却喷枪电连接，温度控制器内存储有第一预设温度以及映射温度与冷却介质流量关系的第一映射表，用于将第一测温器检测到的温度值与第一预设温度进行比较，并根据比较结果，基于第一映射表来控制冷却喷枪的冷却介质中的流量。
65.本实施例中，烟气出口11的温度一般要求不高于250℃，以便于对高温烟气后续的操作，因此，可以将第一预设温度设定为 250℃。当第一测温器检测到的温度高于第一预设温度时，温度控制器能够根据比较的结果，基于第一映射表来控制第一冷却喷枪 14的冷却介质的流量，具体可以采用增加第一冷却喷枪14中冷却介质的流量来达到降低高温烟气的温度的目的。或者，温度控制器也可以采用启动第二冷却喷枪15的方式，即基于第一映射表根据第一测温器检测到的温度值来控制第二冷却喷枪15的冷却介质的流量，来达到降低高温烟气的温度的目的。
66.若需要将高温烟气冷却到更低的温度(例如低于250℃)，则可以将温度控制器内储存的第一预设温度设置为更低的数值，比如180℃。
67.本实施例中，下筒体8的底部上还设置有备用口16，用于排出筒体内存留的水，和/或，用于作为备用的冷却喷枪的插入口。此外，上筒体9的顶部还设置有应急烟气出口10，用于在应急状态下排放筒体内的高温烟气，此外，应急烟气出口10还可以连接到外部的应急泄爆装置和尾气应急排放管路，用于保护整个高温烟气骤冷装置。
68.本实施例中，冷却喷枪(包括第一冷却喷枪和第二冷却喷枪) 可采用双流雾化冷
却介质喷枪，双流雾化冷却介质喷枪包括喷嘴，喷嘴的开口朝上。双流雾化冷却介质喷枪的喷嘴对水质要求较低，适用性强，可使用下游复用水作为水源，避免资源浪费，该喷嘴还能够适用较大范围内的流量调节，此外，该喷嘴对冷却介质的雾化效果好，雾化后的粒度较小，使冷却介质与高温烟气充分接触。喷嘴的开口朝上，使得冷却介质不会直接喷射到筒体的侧壁上，而是从喷嘴向上喷出，并受重力作用向下运动，整个运动过程都能够与筒体内的高温烟气接触，与之进行热量交换，便于冷却介质对烟气进行充分的冷却。此外，为降低烟气中存在的氮氧化物的浓度，冷却喷枪中采用的冷却介质为尿素溶液，尿素能够与烟气中的氮氧化物高温下发生选择性非催化还原反应(sncr)，将氮氧化物还原为氮气和水，降低了烟气对环境的危害。本实施例中，冷却喷枪还包括尿素计量供料泵，尿素通过尿素计量供料泵随着冷却水通过双流雾化冷却介质喷枪进入至筒体中。
69.本实施例中，高温烟气为放射性高温烟气，冷却介质采用冷却水与尿素的混合液。
70.优选的，与双流雾化冷却介质喷枪连接的管道上设置有冷却水流量计和压缩空气流量计，其中，压缩空气用于雾化冷却介质，采用压缩空气流量计检测压缩空气的流量可以便于控制冷却介质的雾化粒度。本实施例中，在冷却喷枪上设置冷却水流量计和压缩空气流量计，以便于检测冷却过程中压缩空气以及冷却水的工作状态。
71.本实施例的高温烟气骤冷装置中的高温烟气从下筒体上的烟气进口进入筒体，与设置在下筒体上的冷却喷枪向上喷射的冷却介质直接接触，冷却介质在向上喷射的过程中和受重力影响下降的过程中均能实现对高温烟气的冷却，即可实现双向冷却，以保证烟气能够急速冷却，避免现有技术的塔体喷淋烟气冷却装置因为只具有单向冷却过程，为了保证骤冷效果而导致冷却装置高度过高的问题，从而可在保证具有同等的骤冷效果的前提下能够有效降低高温烟气骤冷装置的高度，最终可减小高温烟气骤冷装置的体积，便于燃烧反应中各装置的放置。此外，本实施例的高温烟气骤冷装置能够除去高温烟气中的氮氧化物，保证排放的烟气温度符合下游设备的处理要求。
72.实施例2：
73.本实施例公开了一种放射性废物燃烧系统，包括燃烧炉，还包括实施例1中的高温烟气骤冷装置以及风机，高温烟气骤冷装置的下筒体的烟气进口与燃烧炉的出口端相连，风机设于高温烟气骤冷装置的下游，用于抽吸高温烟气骤冷装置的上筒体的烟气出口中的高温烟气。
74.本实施例中，高温烟气骤冷装置包括监测组件，监测组件还包括第一测压器13、第二测压器3、第二测温器4和气体含量检测器5，第一测压器13设置在烟气出口11内，用于检测烟气出口 11内的高温烟气的压力。第二测压器3设于烟气进口1内，用于检测烟气进口1内的高温烟气的压力。第二测温器4设于烟气进口1内，用于检测烟气进口1内的高温烟气的温度。气体含量检测器5设于烟气进口1内，用于检测烟气进口内的高温烟气的气体成分。
75.本实施例中，燃烧炉包括燃烧控制器，燃烧控制器与第一测压器、第二测压器电连接，燃烧控制器内存储有第一预设压力值和第二预设压力值，用于将第一测压器13检测到的第一压力值与第一预设压力值进行比较，以及将第二测压器3检测到的第二压力值与第二预设压力值进行比较，并根据比较结果来调节燃烧炉废气的排放量。
76.此外，燃烧控制器还与气体含量检测器电连接，燃烧控制器内还存储有预设气体含量值以及映射气体含量与助燃空气流量关系的第二映射表，用于将气体含量检测器检测
到的气体含量与预设气体含量值进行比较，并根据比较结果，基于第二映射表调节燃烧炉内助燃空气的流量。本实施例中，气体含量检测器用于测量进入高温烟气骤冷装置中高温烟气的co和o2的含量，当气体含量检测器检测到高温烟气中co含量高于预设co含量值，和/ 或，o2含量低于预设o2含量值时，燃烧控制器能够基于第二映射表增加燃烧炉内助燃空气的流量，以此对骤冷装置中高温烟气的 co和o2的含量进行调节。反之，当气体含量检测器检测到高温烟气中co含量低于预设co含量值，和/或，o2含量高于预设o2含量值时，燃烧控制器能够基于第二映射表减少燃烧炉内助燃空气的流量，便于实现燃烧炉内放射性废物燃烧过程的自动化控制，确保放射性废物能够在燃烧炉内充分燃烧。本实施例中，预设co 含量值的选取范围可以为＜150mg/m3，预设o2含量值为o2的体积分数，其选取范围可以为8～12％。
77.本实施例中，燃烧控制器还与第二测温器4电连接，用于调节助燃空气的流量，由于助燃空气的温度远低于燃烧炉内气体的温度，因此调节助燃空气的流量能够控制燃烧炉出口烟气的温度。其中，燃烧控制器还存储有第二预设温度以及映射温度与助燃空气流量关系的第三映射表，用于将第二测温器检测到的温度值与第二预设温度进行比较，并根据比较结果，基于第三映射表来控制燃烧炉内助燃空气的流量。具体的，当第二测温器检测到的温度值高于第二预设温度时，燃烧控制器基于第三映射表控制增加燃烧炉内助燃空气的流量，用于降低燃烧炉出口烟气的温度。反之，当第二测温器检测到的温度值低于第二预设温度时，燃烧控制器基于第三映射表控制减小燃烧炉内助燃空气的流量。本实施例中，第二预设温度的选取范围可以为850
‑
1050℃。
78.本实施例的放射性废物燃烧系统通过采用上述的高温烟气骤冷装置，不但能够满足下游设备所需要的冷却效果，而且该装置占用的空间小，便于其他各设备的放置。
79.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。