阅读说明：本技术 一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器 (Steam reforming fixed bed reactor for treating radioactive waste ) 是由 郑博文 杨丽莉 张禹 阮佳晟 徐卫 褚浩然 李晓海 杨利国 张晓斌 李串连 贾成 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器,蒸汽重整固定床反应器包括：主反应室和副反应室,以及布置在主反应室与副反应室连接段的取样管；主反应室的壳体上方布置有进气管和进料系统,壳体下方布置有仪表管和排灰系统,主反应室内部设有横向布置的螺杆,螺杆的两端布置有端盖。本发明能够实现放射性废物,如离子交换树脂、塑料橡胶等的蒸汽重整处理,同时具备较好的传热和传质能力。(The invention discloses a steam reforming fixed bed reactor for treating radioactive waste, which comprises: the sampling tube is arranged at the connecting section of the main reaction chamber and the secondary reaction chamber; air inlet pipe and feeding system have been arranged to the casing top of main reaction room, and instrument tube and ash discharge system have been arranged to the casing below, and the inside screw rod that is equipped with transverse arrangement of main reaction room, the end cover has been arranged at the both ends of screw rod. The invention can realize the steam reforming treatment of radioactive wastes, such as ion exchange resin, plastic rubber and the like, and has better heat transfer and mass transfer capacities.)

一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器

技术领域

本发明涉及放射性废物处理领域，具体涉及一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器。

背景技术

核设施产生的淤泥、废油、废有机溶剂、石墨，尤其是离子交换树脂、塑料橡胶等放射性废物，由于缺乏合适的处理手段，目前多采用暂存的方式，不利于废物的安全治理；同时，随着核能事业的发展，放射性废物的处理处置问题日渐突出，对于新的废物处理技术的研发需求也日渐迫切。

为实现上述放射性废物的有效处理，国外近些年开发出了一种新的放射性废物处理技术——蒸汽重整技术，该技术通过将放射性废物与过热蒸汽接触，使废物中的有机成***解、脱硝、蒸发后变为气态产物，废物中的放射性核素通过矿化反应形成性质稳定的晶体矿物结构。蒸汽重整技术的主反应温度较焚烧更低、没有燃烧，可实现高效减容，同时尾气产物不会产生二恶英等剧毒物，对环境影响小、处理简单，二次废物少，因而能有效处理离子交换树脂、塑料橡胶等放射性废物。目前，放射性废物蒸汽重整技术已在国外得到成功应用，其中美国在这方面的研究尤为深入，开发的THOR蒸汽重整技术非常成熟，并得到了多年的工程应用。

美国THOR蒸汽重整技术采用的是流化床反应器，其能够提供较高的传热和传质能力，床层温度分布均匀，运行稳定，废物反应状态好，但同时流化床的运行难度也很大，设备内摩擦磨损严重，需要后续的收集和积尘装置，同时为了达到流化状态，对待处理的放射性废物也有一定的要求。而如果采用固定床反应器作为放射性废物蒸汽重整的主反应器形式，尽管其具有结构简单，运行方便等优点，在放射性废物热处理领域也得到了广泛而长期的应用，但由于固定床的形式，废物在反应过程中相对静止，反应器内传热和传质能力相对较差，温度分布复杂，可能产生局部温差，不利于废物的充分反应，反应器操作参数的控制也相对严格。因此，固定床反应器也对废物的种类、质量以及尺寸等均有一定的要求，不利于满足特殊放射性废物的处理需求和设备处理能力的提升。针对上述问题，有必要对现有的固定床反应器进行改进，使其具备较好处理效果，从而能够满足放射性废物，如离子交换树脂、塑料橡胶等的蒸汽重整处理需求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器，能够实现放射性废物的蒸汽重整处理。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器，所述蒸汽重整固定床反应器包括：主反应室和副反应室，以及布置在所述主反应室与所述副反应室连接段的取样管；

所述主反应室的壳体上方布置有进气管和进料系统，壳体下方布置有仪表管和排灰系统，所述主反应室内部设有横向布置的螺杆，所述螺杆的两端布置有端盖；

所述进料系统位于所述主反应室前端，包括由从上至下依次连接的料斗、第一进料阀门、储料管、第二进料阀门和进料管，所述进料管连通所述主反应室内部顶部；

所述排灰系统位于所述主反应室后端，包括从上至下依次连接的排灰管、排灰阀门和灰斗，所述排灰管连通所述主反应室内部底部；

所述副反应室位于所述主反应室的壳体后端上方，内部设有纵向布置的折流板，壳体上方布置有排气管。

进一步，如上所述的一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器，所述主反应室采用耐热不锈钢制造，为筒状结构；所述主反应室包括的各组件通过法兰螺栓或开孔插焊的方式组成整体。

进一步，如上所述的一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器，所述螺杆采用耐热不锈钢制造，为无心轴螺带，偏心布置在所述主反应室底部，用于输送和搅动待处理放射性废物；

所述螺杆的一端连接有电机，并通过变频器设置所述螺杆的转速；所述螺杆在所述排灰管上方设置有一道反螺旋；

所述螺杆两端布设的端盖采用耐热不锈钢制造，内设轴承和密封件，外设水冷夹套，所述端盖通过法兰螺栓与所述主反应室组成整体。

进一步，如上所述的一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器，所述进气管为多个，均匀布置在所述主反应室的壳体上方并连通到所述主反应室内部；

所述进气管采用耐热不锈钢制造，外接法兰或者开有螺纹，用于与过热蒸汽生产管路连接。

进一步，如上所述的一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器，所述仪表管为多个，均匀布置在所述主反应室的壳体下方并连通到所述主反应室内部；

所述仪表管采用耐热不锈钢制造，外接法兰或者开有螺纹，用于与所用仪器仪表连接。

进一步，如上所述的一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器，所述进料系统包括的各组件通过法兰螺栓或开孔插焊的方式组成整体；

所述料斗采用不锈钢制造，为锥段结构，用于待处理放射性废物的储存和下料；

所述第一进料阀门和所述第二进料阀门采用不锈钢制造，用于待处理放射性废物的进料；

所述储料管采用不锈钢制造，为直管状结构，用于待处理放射性废物的暂存和计量；

所述进料管采用耐热不锈钢制造，为直管状结构，外设水冷夹套。

进一步，如上所述的一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器，所述排灰管与所述排灰阀门通过法兰螺栓或焊接的方式组成整体；

所述排灰阀门与所述灰斗通过法兰螺栓组成整体；

所述排灰管采用耐热不锈钢制造，为直管状结构，用于残渣灰烬的暂存；

所述排灰阀门采用耐热不锈钢制造，用于残渣灰烬的排放；

所述灰斗采用耐热不锈钢制造，为筒状结构，用于存储和收集残渣灰烬。

进一步，如上所述的一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器，所述副反应室采用耐热不锈钢制造，为筒状结构，用于尾气的处理；

所述副反应室与所述主反应室通过法兰螺栓或开孔插焊的方式组成整体；

所述折流板采用耐热不锈钢制造，为非整圆板，与所述副反应室内壳体通过焊接组成整体；

所述排气管采用耐热不锈钢制造，与所述副反应室壳体通过法兰螺栓或开孔插焊的方式组成整体，外接法兰或者开有螺纹，用于与后端尾气处理系统连接。

进一步，如上所述的一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器，所述取样/进气管采用耐热不锈钢制造，为直管状结构，通过法兰螺栓或开孔插焊的方式与所述主反应室与所述副反应室的连接段组成整体，用于尾气的取样检测。

进一步，如上所述的一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器，所述主反应室的壳体下方布置有多个支腿；

所述主反应室和所述副反应室的壳体外覆保温层。

本发明的有益效果在于：本发明安装有螺杆，利用螺杆的推动和搅拌作用，使放射性废物蒸汽重整处理过程达到较高的传热和传质状态，反应更加充分和彻底；本发明设有进气管，通过控制进入设备的蒸汽位置以及流量，能够实现对放射性废物蒸汽重整过程的调节。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器，蒸汽重整固定床反应器包括：主反应室6和副反应室10；

主反应室6的壳体上布置有进气管8、仪表管18、进料系统和排灰系统，内部布置有螺杆7，螺杆7的两端与端盖13连接；进料系统由料斗1、第一进料阀门2、储料管3、第二进料阀门4和进料管5组成；排灰系统由排灰管14、排灰阀门15和灰斗16组成。

副反应室10内设有折流板11，壳体上布置排气管12。取样管9布置在主反应室6与副反应室10的连接段。

设备主体下设支腿17，外覆保温层19。

(一)主反应室

反应室6壳体上布置有进气管8、仪表管18、进料系统和排灰系统，内部布置有螺杆7，螺杆7两端与端盖13连接；主反应室6采用耐热不锈钢制造，为筒状结构；进气管8、仪表管18、进料系统和排灰系统通过法兰螺栓、开孔插焊等方式组成整体；螺杆7采用耐热不锈钢制造，为无心轴螺带，偏心布置在主反应室6底部，用于输送和搅动待处理放射性废物；端盖13采用耐热不锈钢制造，内设轴承和密封件，实现轴端的支撑和密封功能，外设水冷夹套，防止轴端过热；并通过法兰螺栓等可拆卸方式与主反应室6组成整体；进气管8采用耐热不锈钢制造，外接法兰或者开有螺纹，能够与过热蒸汽生产管路连接；仪表管18采用耐热不锈钢制造，外接法兰或者开有螺纹，能够与所用仪器仪表连接。

进料系统由料斗1、进料阀门12、储料管3、进料阀门24和进料管5组成；料斗1、进料阀门12、储料管3、进料阀门24和进料管5通过法兰螺栓、焊接等方式组成整体；料斗1采用不锈钢制造，为锥段结构，方便废物的储存和下料；进料阀门12和进料阀门24采用不锈钢制造，选用球阀等可用形式，用于废物的进料；储料管3采用不锈钢制造，为直管状结构，用于待处理放射性废物的暂存和计量；进料管5采用耐热不锈钢制造，为直管状结构，同时外设水冷夹套，防止废物熔融堵塞进料通道。

排灰系统由排灰管14、排灰阀门15和灰斗16组成；排灰管14与排灰阀门15通过法兰螺栓、焊接等方式组成整体；排灰阀门15与灰斗16通过法兰螺栓等可拆卸方式组成整体；排灰管14采用耐热不锈钢制造，为直管状结构，用于残渣灰烬的暂存；排灰阀门15采用耐热不锈钢制造，选用球阀等可用形式，用于残渣灰烬的排放；灰斗16采用耐热不锈钢制造，为筒状结构，用于存储和收集残渣灰烬。

(二)副反应室

副反应室10内设折流板11，壳体上布置排气管12；副反应室10采用耐热不锈钢制造，为筒状结构，用于尾气的处理；副反应室10与主反应室6通过法兰螺栓、开孔插焊等方式组成整体；折流板11采用耐热不锈钢制造，为非整圆板，与副反应室10内壳体通过焊接等方式组成整体；排气管12采用耐热不锈钢制造，与副反应室10壳体通过法兰螺栓、开孔插焊等方式组成整体，同时排气管12外接法兰或者开有螺纹，能够与后端尾气处理系统连接；

(三)取样管

取样管(9)采用耐热不锈钢制造，为直管状结构，通过法兰螺栓、开孔插焊等方式与主反应室(6)与副反应室(10)的连接段组成整体，用于尾气的取样检测。

支腿(17)采用结构钢制造，与主反应室(6)壳体通过焊接等方式组成整体，用于整个反应器的支撑和固定。保温层(19)采用市售保温材料，如硅酸铝纤维毡等，外敷于整个反应器壳体，具有一定的厚度，能够防止设备过多的热损失和人员操作时被烫伤。

工作原理：

在处理放射性废物，如离子交换树脂、塑料橡胶等之前，可以通过蒸汽预热及外设电加热器等可用方式，达到放射性废物蒸汽重整处理时所需的反应温度。放射性废物，如离子交换树脂、塑料橡胶等暂存于料斗1内，如果蒸汽重整处理工艺需要额外的添加剂，可以将其先与待处理的放射性废物混合均匀后置于料斗1里。当需要进料时，手动开启第一进料阀门2，在重力作用下，待处理放射性废物被输送到储料管3内。根据第一进料阀门2的开启时间和储料管3的尺寸，可以计算出废物的进料量。之后，关闭第一进料阀门2并开启第二进料阀门4，待处理放射性废物通过进料管5进入到主反应室6前端。其中，进料管5外设水冷夹套，能够防止废物熔融堵塞进料通道。进料系统采用双阀门系统，始终保持一道阀门在关闭状态，能够保证反应器不与外界环境连通。

当待处理放射性废物进入到主反应室6前端后，在螺杆7作用下，废物在被向前推动的同时，能够得到充分的搅拌和混合，从而使处理过程达到较高的传热和传质状态。螺杆7偏心布置在主反应室6底部，一方面在上方为废物蒸汽重整反应生成的气体预留了空间，另一方面也使螺杆7更容易接触位于主反应室6底部的废物。同时，在螺杆7的两端均布置有端盖13，内设轴承和密封件，实现轴端的支撑和密封功能，同时端盖13也外设水冷夹套，防止轴端过热。螺杆7的一端连接有电机，为其提供动力，并通过变频器设置螺杆7的转速，从而控制待处理放射性废物在反应器内的停留时间，最终以达到较好的处理状态。

与此同时，通过主反应室6壳体上布置的多个进气管8，过热蒸汽以一定流量进入主反应室6内。待处理放射性废物在螺杆7作用下，一边前进，一边搅拌混合，并与进入主反应室6内的过热蒸汽充分均匀地接触，反应更加充分和彻底。此外，利用主反应室6壳体上布置的多个仪表管18可以实现对反应状态，如温度、压力等参数的监测。

随着反应的进行，待处理放射性废物在螺杆7作用下由主反应室6前端被输送到后端，同时废物也逐渐分解成可能的残渣灰烬和尾气。其中，残渣灰烬在重力作用下进入排灰管14内，待其存量达到一定程度后，手动开启排灰阀门15，残渣灰烬落入灰斗16，最终得到妥善收集和处理。同时，螺杆7在排灰管14上方也设置有一道反螺旋，以防止残渣灰烬进入主反应室6后端的死区中难以排出。

而废物反应所产生的尾气则通过主反应室6与副反应室10之间的连接段进入副反应室10后得到进一步的处理。主反应室6与副反应室10连接段中设置的取样管9可用于尾气的取样检测。副反应室10内设折流板11，一方面能够增强空间内的气体流动状态，另一方面也可用于放置可能用到的催化剂等。待尾气在副反应室10内反应完成后，通过排气管12排出，后连接可用的尾气处理系统，最终得到妥善收集或排空。

整个设备外壳还设置有多个支腿17，实现对整个反应器的支撑和固定，而外覆保温层19，则用以防止设备过多的热损失和人员操作时被烫伤。

本发明提供的一种用于处理放射性废物的蒸汽重整固定床反应器，包括如下优点：

1、设备内安装有螺杆，利用螺杆的推动和搅拌作用，使放射性废物蒸汽重整处理过程达到较高的传热和传质状态，反应更加充分和彻底；

2、设备具备多个气体进口，通过控制进入设备的蒸汽位置以及流量，能够实现对放射性废物蒸汽重整过程的调节。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。