一种车载低放可燃废物焚烧装置及工艺

技术领域

本发明涉及核军工、核电站、科研院所等部门产生的各类放射性可燃废物的处理领域，具体是涉及一种车载低放可燃废物焚烧装置及工艺。

背景技术

核军工部门及相关科研院所在核能开发利用的过程中会伴随产生放射性废物，其中可燃废物的占比最高，一般为50wt％-90wt％，国内该类废物大多处于暂存状态，带来的安全和管理问题日益突出，因此应尽快找到合适的处理处置方法。

焚烧作为目前国内外最成熟的放射性废物减容处理手段之一，其具有减容效果好(减容比可达50以上)、处理效果稳定(将废物无机化，焚烧后成为无机焚烧灰，化学性质稳定)等特点，是解决这些废物问题的可行方案。通常对于废物产生量较大的单位，可以建造常规固定厂址式放射性废物焚烧设施，实现对废物的有效处理。但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。因此开发一种车载式焚烧处理装置，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，解决这些场所的废物处理需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种车载低放可燃废物焚烧装置及工艺。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种车载低放可燃废物焚烧装置，包括焚烧系统，与焚烧系统连接的送排风系统、烟气冷却净化系统、压空系统以及冷却水循环系统，所述焚烧系统由热解炉、燃烧炉、燃料箱组成，热解炉的炉膛上部与燃烧炉上部连通，燃料箱与热解炉的燃烧器以及燃烧炉的燃烧器连接，为其提供燃料；

所述烟气冷却净化系统包括水冷器、急冷器、袋滤器、混风器、高温高效过滤器、除酸器以及活性炭吸附器，水冷器连接燃烧炉，水冷器顶部的烟气出口与急冷器烟气进口连接，急冷器的烟气出口与袋滤器的烟气进口连接，袋滤器的烟气出口与混风器烟气进口连接，混风器与高温高效过滤器连接，高温高效过滤器后依次串联除酸器、活性炭吸附器。

进一步，所述送排风系统由送风机和引风机组成，引风机连接所述活性炭吸附器，送风机连接所述热解炉、燃烧炉和混风器的进气口。

进一步，所述冷却水循环系统包括水泵、冷却水箱以及冷水机，冷却水箱与冷水机连接，所述水泵安装在冷却水箱的输出端，冷却水箱与所述热解炉和水冷器的水冷夹套进水口连接，为其提供循环冷却水，冷却水箱与所述急冷器冷却水入口连接，为急冷器提供喷水水源。

进一步，所述压空系统包括空压机以及压空缓冲罐，压空缓冲罐通过管道与急冷器压空入口、袋滤器顶部清灰组件以及设备气缸连接，用于为急冷器冷却和袋滤器反吹提供压缩空气，同时为设备各气缸提供动力。

进一步，该装置还包括电气及仪表控制系统和应急安全系统，电气及仪表控制系统包括电气控制柜和电气控制箱。

进一步，所述应急安全系统包括设置在燃烧炉顶部应急排放口处的应急排风机以及应急高温高效过滤器。

进一步，该装置的外侧带有屏蔽罩，所述送排风系统、烟气冷却净化系统、压空系统以及冷却水循环系统布置在屏蔽罩内部。

一种车载低放可燃废物的焚烧工艺，操作流程如下：

S1、将满足装置接收标准的低放可燃固体废物经袋装打包后，通过加料装置输送至热解炉的投料机构中，再进入热解炉炉膛内，废物包输送量与装置处理量匹配；

S2、废物包进入热解炉炉膛内由炉排承载，送风机供给空气，料箱为热解炉燃烧器供给燃料，用以引燃废物，燃烧后产生的灰分通过炉排摆动进入下方排灰机构，并输送至灰桶收集，而产生的热解气送入燃烧炉实现进一步燃烧，热解炉炉壁设水冷夹套，进水口与冷却水循环系统连接，用以防止设备过热；热解气进入燃烧炉内进行燃烧，运行温度通常超过850℃，燃料箱为燃烧炉的燃烧器供给燃料，可对燃烧炉实现快速预热，也可对热解气的高温燃烧进行温度补偿调节；

S3、送风机通过燃烧炉进气口向设备内供给燃烧所需空气，热解气在燃烧炉内停留时间为2s以上，以保证燃烧完全，完全燃烧后的烟气高温烟气，首先进入水冷器，对烟气进行降温，同时对颗粒物进行初步分离和收集；之后，烟气通过急冷器，与急冷器内的雾化喷嘴喷出的雾化水滴充分接触，实现骤冷降温，烟气进一步被降温到150-200℃；烟气随后进入袋滤器进一步去除烟气中的颗粒物；

S4、袋滤器采用压缩空气脉冲反吹清灰，清灰组件与压空系统连接，下方与排灰机构及灰桶相连，反吹收集的飞灰通过袋滤器排灰机构排入灰桶；烟气由袋滤器出来后进入混风器，通过混入室温空气的方法，进一步将烟气降温到约60℃，混风器外壳设冷却风进口，与送风机连接；

除尘和降温后的烟气依次通过高温高效过滤器、除酸器和活性炭吸附器，吸收酸性气体、气溶胶；最后通过引风机，进入烟囱排放至大气。

本发明的有益效果为：1、该装置可实现对可燃低放废物进行焚烧减容处理，废物经燃烧后成为稳定的焚烧灰，并对燃烧尾气冷却和净化，净化后尾气可低温排放，满足国家排放标准。

2、该装置具有设备紧凑可移动、占地面积小、建设周期短、运行维护简便等特点，装置可车载移动，满足运输标准；装置可采用间歇运行模式，操作简便，管理方式灵活。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种车载低放可燃废物焚烧装置，包括焚烧系统，与焚烧系统连接的送排风系统、烟气冷却净化系统、压空系统以及冷却水循环系统。

其中，焚烧系统由热解炉1、燃烧炉2、燃料箱11等组成；

所述热解炉1为非标设备，外接加料装置，加料装置将包装后废物输送至热解炉1的投料机构中。

所述热解炉1为非标设备，炉膛顶部设投料机构，采用多层密封结构，用以防止加料过程中放射性物质外泄；

所述热解炉1为非标设备，炉壁设水冷夹套，用以防止设备过热，水冷夹套进水口通过管道与水泵13连接；

所述热解炉1为非标设备，炉膛设计为多路进气，在炉膛内部形成热解、烧焦区域、燃烧混合区域、燃烧区域等多个热解燃烧功能区，多路进气管口通过管道与送风机12连接，通过调节进气量，可对物料热解或燃烧状况进行调节；

所述热解炉1为非标设备，炉膛底部由炉排承载，通过炉排不同摆动幅度起到调节热解气流、松散物料以及排灰等目的，

所述热解炉1为非标设备，炉膛下方与排灰机构相连，燃烧后产生的灰分通过炉排摆动进入下方排灰机构，并输送至灰桶收集；

所述热解炉1为非标设备，配置液化气燃烧器，用以引燃废物，燃烧器通过管道与燃料箱11连接；炉膛上部与燃烧炉2上部连通，用于将产生的热解气送入燃烧炉2，实现进一步燃烧；

所述燃烧炉2为非标设备，由炉体、耐火材料、保温材料及燃油燃烧器等部份组成，上部与热解炉炉膛上部连通，热解气由此进入燃烧炉2，进一步高温燃烧热解气，从而大大降低有害物质的产生量；

所述燃烧炉2为非标设备，配置燃烧器，通过燃烧器燃烧预热，以提供快速升温的高温焚烧区，也可对热解气的高温燃烧与温度补偿调节，燃烧器通过管道与燃料箱11连接；

所述燃烧炉2为非标设备，为易预热高保温结构，可快速升温，无需每次使用前长时间烘炉。

所述燃烧炉2为非标设备，上部设有应急排放口，通过管路，与应急安全系统连接，可起到泄爆作用，同时当装置进入应急状态时，烟气可现实紧急排放；

所述燃烧炉2为非标设备，上部设有烟气出口，通过管道与水冷器3上部烟气进口连接，将完全燃烧后的烟气送入后续冷却净化系统；

所述燃料箱11为非标设备，通过管道，与热解炉1液化气燃烧器和燃烧炉2燃油燃烧器连接，用以供给各自所需燃料。

送排风系统由送风机12、引风机10等组成；送风机12为定型设备，通过管道，连接热解炉1和燃烧炉2的进气口，提供助燃空气，同时连接混风器6的进气口，供给烟气冷却所需空气；

所述引风机10为定型设备，位于活性炭吸附器9一侧烟气出口和烟囱之间，通过管道连接，用于将烟气从焚烧系统中抽出送入烟囱排放，并确保整个焚烧系统内部为负压，防止放射性及有毒有害物质向环境泄露。

烟气冷却净化系统由水冷器3、急冷器4、袋滤器5、混风器6、高温高效过滤器7、除酸器8、活性炭吸附器9等组成；

所述水冷器3为非标设备，采用水冷夹套对烟气进行降温，侧部进风旋流结构可对烟尘实现初步分离和收集，对完全燃烧后的烟气进行初步除尘和降温，冷却器用水由循环水冷却系统提供；

所述水冷器3为非标设备，上部设有烟气进口，通过管道，与燃烧炉2上部烟气出口连接；

所述水冷器3为非标设备，顶部设有烟气出口，通过管道，与急冷器4顶部烟气进口连接；

所述急冷器4为非标设备，烟气与急冷器4内部的雾化喷嘴喷出的雾化水滴充分接触，实现骤冷降温；

所述急冷器4为非标设备，顶部设有烟气进口，通过管道，与水冷器3烟气出口连接；

所述急冷器4为非标设备，下部设有烟气出口，通过管道，与袋滤器5下部烟气进口连接；

所述袋滤器5为非标设备，采用立式外滤结构，滤袋分组设计，折叠形式，并集成数个滤袋元件在一个骨架上，从而减小设备体积，用以进一步去除烟气中的颗粒物；

所述袋滤器5为非标设备，下部设有烟气进口，通过管道，与急冷器4烟气出口连接；

所述袋滤器5为非标设备，采用压缩空气脉冲反吹清灰，顶部设有清灰组件，通过管道，与压空系统连接；

所述袋滤器5为非标设备，下方与排灰机构，反吹收集的飞灰最终排入灰桶；

所述袋滤器5为非标设备，上部设有烟气出口，通过管道，与混风器6顶部烟气进口连接；

所述混风器6为非标设备，采用内外套管式结构，内管顶部设烟气进口，通过管道，与袋滤器5上部烟气出口连接；外壳设冷却风进口，通过管道，与送风机12连接；通过混入室温空气的方法，进一步对烟气进行降温；

所述混风器6为非标设备，内部设两狭长空气导流口与导流板，以加强烟气与冷却风的混合，提升降温效果；

所述混风器6为非标设备，内管底部与高温高效过滤器7顶部直联，用于将降温后的烟气送入高温高效过滤器7，实现进一步净化；

所述高温高效过滤器7为定型设备，顶部与混风器6底部直联；底部设烟气出口，通过管道，与除酸器8一侧烟气进口连接，用以去除烟气中所含气溶胶；

所述除酸器8采用折叠式结构以减少体积，并采用抽屉式结构以利于更换，用以吸收焚烧烟气中的酸性气体和气溶胶等；

所述除酸器8为定制设备，两侧分别设有烟气进口和烟气出口，通过管道，分别与高温高效过滤器7底部烟气出口和活性炭吸附器9一侧烟气进口连接；

所述活性炭吸附器9用于进一步吸收烟气中污染物，两侧分别设有烟气进口和烟气出口，通过管道，分别与除酸器8一侧烟气出口和引风机10连接。

压空系统由空压机、压空缓冲罐等组成；压空系统所含设备均为定型设备，通过管道与急冷器4压空入口、袋滤器5顶部清灰组件以及设备气缸等部件连接，用于为急冷器4冷却和袋滤器5反吹提供压缩空气，以及为部分设备提供气动动力源；

本系统根据使用场地情况，可自配压空系统，也可不配直接利用运行现场已有的压空接入，本装置预留有压空接口。

冷却水循环系统由水泵13、冷却水箱14、冷水机15等组成；

所述冷却水循环系统所含设备均为定型设备，水泵13一端通过管道，与冷却水箱14和冷水机15依次串联，组成冷却水循环系统；水泵13另一端通过管道，与热解炉1和水冷器3水冷夹套进水口，以及急冷器4冷却水入口连接，用于提供循环冷却水，保护设备以及焚烧烟气冷却所需冷却水的供给。

本装置预留生产用水接口，可与现场水源快速对接。循环冷却水系统为为封闭式循环冷却系统，运行过程中仅急冷喷水消耗，耗水量极低，可在无外部水源情况下连续运行数个小时。

另外，该装置还包括电气及仪表控制系统和应急安全系统，电气及仪表控制系统包括电气控制柜16和电气控制箱17，电气及仪表控制系统实现对装置电气接入、工艺参数采集及显示、自动控制、视频监控等功能。本系统可采用PLC或DCS控制系统，视频监控和自控系统可实现远程显示和操作，人员可就地对系统进行监视和控制，也可以在装置附近进行远程操作。

应急安全系统包括设置在燃烧炉2顶部应急排放口处的应急排风机以及应急高温高效过滤器。应急安全系统所含设备均为定型设备，用于应急状态下，将烟气从燃烧炉2上部应急排放口直接排出，避免焚烧烟气封闭在焚烧系统内造成事故，同时防止排出的烟气中放射性颗粒物向环境释放造成影响，从而实现停电、停水、非正常工况的应急排放与停炉。

该装置的外侧带有屏蔽罩18，送排风系统、烟气冷却净化系统、压空系统以及冷却水循环系统布置在屏蔽罩18内部。屏蔽罩18为非标设备，整个装置布置在其内部，起到安全和辐射防护的作用。屏蔽罩在运输时将内部设备包容，满足公路运输尺寸限制要求，同时符合放射性相关运输要求。

进一步，如图2所示，一种车载低放可燃废物的焚烧工艺，操作流程如下：

S1、将满足装置接收标准的低放可燃固体废物经袋装打包后，通过加料装置输送至热解炉1的投料机构中，再进入热解炉1炉膛内，废物包输送量与装置处理量匹配；

S2、废物包进入热解炉1炉膛内由炉排承载，送风机12供给空气，料箱为热解炉燃烧器供给燃料，用以引燃废物，燃烧后产生的灰分通过炉排摆动进入下方排灰机构，并输送至灰桶收集，而产生的热解气送入燃烧炉2实现进一步燃烧，热解炉1炉壁设水冷夹套，进水口与冷却水循环系统连接，用以防止设备过热；热解气进入燃烧炉2内进行燃烧，运行温度通常超过850℃，燃料箱11为燃烧炉2的燃烧器供给燃料，可对燃烧炉实现快速预热，也可对热解气的高温燃烧进行温度补偿调节；

S3、送风机12通过燃烧炉2进气口向设备内供给燃烧所需空气，热解气在燃烧炉2内停留时间为2s以上，以保证燃烧完全，完全燃烧后的烟气高温烟气，首先进入水冷器3，对烟气进行降温，同时对颗粒物进行初步分离和收集；之后，烟气通过急冷器4，与急冷器4内的雾化喷嘴喷出的雾化水滴充分接触，实现骤冷降温，烟气进一步被降温到150-200℃；烟气随后进入袋滤器5进一步去除烟气中的颗粒物；

S4、袋滤器5采用压缩空气脉冲反吹清灰，清灰组件与压空系统连接，下方与排灰机构及灰桶相连，反吹收集的飞灰通过袋滤器排灰机构排入灰桶；烟气由袋滤器5出来后进入混风器6，通过混入室温空气的方法，进一步将烟气降温到约60℃，混风器6外壳设冷却风进口，与送风机12连接；

除尘和降温后的烟气依次通过高温高效过滤器7、除酸器8和活性炭吸附器9，吸收酸性气体、气溶胶；最后通过引风机10，进入烟囱排放至大气。

另外，该装置可以安装在集装箱内，配合牵引车辆，实现移动运输。取得相关的运营资质后，可以直接“开”至相对集中的废物产生区域内，用于放射性废物的焚烧处理。区别于常规放射性焚烧系统的低放可燃废物焚烧装置及工艺，具有设备紧凑可移动、占地面积小、建设周期短、运行维护简便等特点，同时可间歇运行，尾气达标排放，能够灵活、机动、有效的处理核军工、核电站、科研院所等部门产生的各类放射性可燃废物，此外能够在事故应急情况下进行废物的现场紧急处理。

进一步，该设备的主要技术指标包括：

1.处理对象为低放可燃固体废物，主要成分为棉织物、塑料、橡胶等塑料橡胶含量≤50wt％；

2.接收废物活度浓度≤1×10

3.焚烧后放射性废物减容比≥40；

4.烟气主要污染物排放限值满足《危险废物焚烧污染控制标准》GB18484-2001；

5.烟气中非挥发性核素相对于原始废物的净化系数≥10

综上，该装置可实现对可燃低放废物进行焚烧减容处理，废物经燃烧后成为稳定的焚烧灰，并对燃烧尾气冷却和净化，净化后尾气可低温排放，满足国家排放标准。该装置具有设备紧凑可移动、占地面积小、建设周期短、运行维护简便等特点，装置可车载移动，满足运输标准；装置可采用间歇运行模式，操作简便，管理方式灵活。

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。