核废石墨处理系统及方法与流程

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1.本发明涉及固废处置技术领域，尤其涉及一种核废石墨处理系统及方法。

背景技术：

2.高温气冷堆是指用氦气作冷却剂，出口温度高的核反应堆，采用涂敷颗粒燃料。高温气冷堆具有热效率高(40％～41％)，燃耗深，转换比高等优点。石墨材料因其较高的中子慢化能力、低中子吸收截面、良好的耐辐照性能、低热膨胀系数和高热导率及高温下优异的力学性能等诸多优点，因此应用高温气冷堆中作为慢化剂。
3.高温气冷堆运行过程中，由于燃料元件磨损、石墨构件膨胀收缩、氦气流动摩擦等原因，将产生石墨粉尘。由于粉尘带有高浓度辐射剂量，必须进行安全处置，但鉴于高温气冷堆技术整体应用并不广泛，因此石墨粉尘的处理仍在研究之中。目前的石墨粉尘处理主要采用水泥固化技术，但水泥固化体致密度较差，浸出率较高；固化后产品体积增大，减容效果不显著，将显著增加最终处置费用。另外，石墨作为高价值资源，若直接进行固化将造成资源浪费。
4.为了解决上述石墨粉尘处理的技术问题，亟需开发一种环保经济的处理技术。

技术实现要素：

5.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
6.为此，本发明的实施例提出一种环保经济的核废石墨处理系统。
7.本发明的实施例还提出一种采用上述核废石墨处理系统的核废石墨处理方法。
8.本发明实施例的核废石墨处理系统包括：物料供应装置、储水装置、气化熔融反应装置、冷凝装置和燃气储存装置，所述物料供应装置与所述气化熔融反应装置相连以向所述气化熔融反应装置输送低熔融温度的物料，所述储水装置与所述气化熔融反应装置相连以向所述气化熔融反应装置输送水，所述气化熔融反应装置用于利用水和物料反应并生成熔融体和气化气，所述气化熔融反应装置具有气化气输出端，所述冷凝装置具有气化气输入端、冷凝水输出端和燃气输出端，所述气化气输出端与所述气化气输入端相连，所述冷凝水输出端与所述储水装置相连，所述燃气输出端与所述燃气储存装置相连。
9.本发明实施例的核废石墨处理系统，通过气化熔融反应装置将水和核废石墨粉尘气化处理以实现熔融固化，从而解决核废石墨粉尘处置的问题。并且，通过气化处理还可将部分核废石墨粉尘转化为可燃气，从而实现核放废物的资源化利用。
10.在一些实施例中，所述气化熔融反应装置包括气化熔融炉和熔渣仓，所述气化气输出端位于所述气化熔融炉的顶部，所述气化熔融炉的底部设有熔融体输出端，所述熔融体输出端与所述熔渣仓相连。
11.在一些实施例中，所述物料供应装置包括：石墨粉尘仓、硼酸盐仓和煤粉仓，所述石墨粉尘仓与所述气化熔融炉相连以向所述气化熔融炉输送核废石墨粉尘，所述硼酸盐仓与所述气化熔融炉相连以向所述气化熔融炉输送硼酸盐，所述煤粉仓与所述气化熔融炉相
连以向所述气化熔融炉输送煤粉。
12.在一些实施例中，输送至所述气化熔融炉的核废石墨粉尘量与煤粉量之和为a，输送至所述气化熔融炉的硼酸盐和水的量分别为b和c，且三者满足关系式：a:b:c＝1:0.1:1.1。
13.在一些实施例中，所述储水装置包括储水罐和水泵，所述储水罐经所述水泵与所述气化熔融炉相连。
14.在一些实施例中，所述储水装置还包括设在所述气化熔融炉上的喷雾器，所述喷雾器的雾化出口位于所述气化熔融炉内，所述水泵与所述喷雾器相连。
15.在一些实施例中，所述燃气储存装置包括燃气储罐和增压引风机，所述燃气输出端经所述增压引风机与所述燃气储罐相连。
16.本发明实施例的核废石墨处理方法，所述方法用于上述任一项实施例中所述的核废石墨处理系统，所述方法包括：所述物料供应装置将物料输送至所述气化熔融反应装置内，所述储水装置将水输送至所述气化熔融反应装置内，物料和水在所述气化熔融反应装置内高温气化并放热熔融以生成熔融体和气化气；将气化产生的气化气通过所述冷凝装置冷却形成凝结水和低温气化气，凝结水输送回储水装置，低温气化气输送至燃气储存装置。
17.在一些实施例中，所述物料供应装置输送的物料包括核废石墨粉尘、硼酸盐和煤粉，硼酸盐用于降低核废石墨粉尘和煤粉的熔融温度。
18.在一些实施例中，核废石墨粉尘量与煤粉量之和为a，硼酸盐和水的量分别为b和c，且三者满足关系式：a:b:c＝1:0.1:1.1。
附图说明
19.图1是本发明实施例的核废石墨处理系统的示意图。
20.附图标记：
21.物料供应装置1、石墨粉尘仓101、硼酸盐仓102、煤粉仓103、
22.储水装置2、储水罐201、水泵202、喷雾器203、
23.气化熔融反应装置3、气化熔融炉301、熔渣仓302、
24.冷凝装置4、
25.燃气储存装置5、燃气储罐501、增压引风机502。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.下面结合附图描述本发明实施例的核废石墨处理系统。
28.如图1所示，本发明实施例的核废石墨处理系统包括：物料供应装置1、储水装置2、气化熔融反应装置3、冷凝装置4和燃气储存装置5。
29.物料供应装置1与气化熔融反应装置3相连以向气化熔融反应装置3输送低熔融温度的物料，储水装置2与气化熔融反应装置3相连以向气化熔融反应装置3输送水，气化熔融反应装置3用于利用水和物料反应并生成熔融体和气化气。气化熔融反应装置3具有气化气输出端，冷凝装置4具有气化气输入端、冷凝水输出端和燃气输出端。气化气输出端与气化
气输入端相连，冷凝水输出端与储水装置2相连，燃气输出端与燃气储存装置5相连。
30.可以理解的是，物料供应装置1用于向气化熔融反应装置3输送熔融温度较低的核废石墨粉尘，储水装置2用于向气化熔融反应装置3输送水，水和核废石墨粉尘在气化熔融反应装置3发生高温气化并放热熔融，以生成熔融体和气化气。其中，主要反应原理为：c
x0hy0oz0
+c+h2o
→
co+co2+h2+c
x1hy1
。并且，低熔融温度是为了促进核废石墨粉尘形成熔融体，从而确保核废完全固化，进而解决核废石墨粉尘处置问题。
31.进一步地，气化熔融反应装置3内气化产生的气化气依次经气化气输出端和气化气输入端进入冷凝装置4内冷却，冷却形成凝结水和低温气化气，凝结水重新输送回储水装置2进行储存和回用，低温气化气则作为燃气经燃气输出端输送至燃气储存装置5内进行储存，从而实现将核废石墨粉尘气化处理后转化为可燃气，进而同步实现核放废物的资源化利用。
32.因此，本发明实施例的核废石墨处理系统，通过气化熔融反应装置3将水和核废石墨粉尘气化处理以实现熔融固化，从而解决核废石墨粉尘处置的问题。并且，通过气化处理还可将部分核废石墨粉尘转化为可燃气，从而实现核放废物的资源化利用。
33.在一些实施例中，如图1所示，气化熔融反应装置3包括气化熔融炉301和熔渣仓302，气化气输出端位于气化熔融炉301的顶部，气化熔融炉301的底部设有熔融体输出端，熔融体输出端与熔渣仓302相连。
34.可以理解的是，气化熔融炉301内产生的气化气经顶部的气化气输出端排出，并输送至冷凝装置4。气化熔融炉301内产生的熔融体经底部的熔融体输出端排出，并输送至熔渣仓302。
35.在一些实施例中，如图1所示，物料供应装置1包括：石墨粉尘仓101、硼酸盐仓102和煤粉仓103。石墨粉尘仓101与气化熔融炉301相连以向气化熔融炉301输送核废石墨粉尘，硼酸盐仓102与气化熔融炉301相连以向气化熔融炉301输送硼酸盐，煤粉仓103与气化熔融炉301相连以向气化熔融炉301输送煤粉。
36.可以理解的是，石墨粉尘仓101用于储存核废石墨粉尘，硼酸盐仓102用于储存硼酸盐，煤粉仓103用于储存煤粉，在反应过程中，同时将核废石墨粉尘、硼酸盐和煤粉给入气化熔融炉301内。
37.其中，硼酸盐可降低灰分的熔融温度，从而促进煤粉中灰分及未反应的石墨粉尘形成熔融体，确保核废完成固化。并且，当核废石墨粉尘量大时，可减少煤粉仓103给出的煤粉量；当核废石墨粉尘量小时，可增加煤粉仓103给出的煤粉量。硼酸盐和水的给入量保持稳定。
38.由此，本发明实施例的核废石墨处理系统，通过配备硼酸盐和煤粉作为气化辅助材料，可保证气化熔融炉301的温度水平并确保固相产物熔融固化，提高系统的可靠性和稳定性。
39.具体地，输送至气化熔融炉301的核废石墨粉尘量与煤粉量之和为a，输送至气化熔融炉301的硼酸盐和水的量分别为b和c，且三者满足关系式：a:b:c＝1:0.1:1.1。换言之，物料给入原则保持在(粉尘量+煤粉量)：硼酸盐：水＝1:0.1:1.1。
40.在一些实施例中，如图1所示，储水装置2包括储水罐201和水泵202，储水罐201经水泵202与气化熔融炉301相连。
41.进一步地，如图1所示，储水装置2还包括设在气化熔融炉301上的喷雾器203，喷雾器203的雾化出口位于气化熔融炉301内，水泵202与喷雾器203相连。
42.可以理解的是，储存于储水罐201内的水通过水泵202泵送至喷雾器203，然后经喷雾器203喷入气化熔融炉301内，以使物料与水均匀混合。并且，冷凝装置4排出的凝结水重新输送回储水罐201进行储存和回用。
43.在一些实施例中，如图1所示，燃气储存装置5包括燃气储罐501和增压引风机502，燃气输出端经增压引风机502与燃气储罐501相连。冷凝装置4排出的低温气化气经增压引风机502增压后输送至燃气储罐501进行储存。
44.下面描述本发明实施例的核废石墨处理方法。
45.本发明实施例的核废石墨处理方法，该方法用于上述任一项实施例中的核废石墨处理系统，该方法包括：物料供应装置1将物料输送至气化熔融反应装置3内，储水装置2将水输送至气化熔融反应装置3内，物料和水在气化熔融反应装置3内高温气化并放热熔融以生成熔融体和气化气。将气化产生的气化气通过冷凝装置4冷却形成凝结水和低温气化气，凝结水输送回储水装置2，低温气化气输送至燃气储存装置5。
46.进一步地，物料供应装置1输送的物料包括核废石墨粉尘、硼酸盐和煤粉，硼酸盐用于降低核废石墨粉尘和煤粉的熔融温度。核废石墨粉尘量与煤粉量之和为a，硼酸盐和水的量分别为b和c，且三者满足关系式：a:b:c＝1:0.1:1.1。
47.综上，下面具体描述核废石墨粉尘的固化处置方法。
48.石墨粉尘仓101、硼酸盐仓102、煤粉仓103分别用于储存核废石墨粉尘、硼酸盐和煤粉。
49.气化熔融炉301处理核废石墨粉尘过程中，核废石墨粉尘、硼酸盐和煤粉均给入气化熔融炉301内，同时储存于储水罐201内的水通过水泵202泵送至喷雾器203，并进一步由喷雾器203喷入气化熔融炉301内。其中，硼酸盐的作用为降低灰分的熔融温度，促进煤粉中灰分及未反应的石墨粉尘形成熔融体，确保核废完成固化。
50.上述物料在气化熔融炉301发生高温气化并放热熔融，固化形成的熔融体排入熔渣仓302内进行后续处理，气化形成的气化气输送至冷凝装置4冷却。其中，气化反应为：c
x0hy0oz0
+c+h2o
→
co+co2+h2+c
x1hy1
。
51.气化产生的气化气经过冷凝装置4冷却形成凝结水和低温气化气，凝结水送回储水罐201进行储存和回用，低温气化气经增压引风机502增压后送至燃气储罐501进行储存。
52.此外，在反应过程中，若核废石墨粉尘量较大时，可减少煤粉仓103给出的煤粉量；若核废石墨粉尘量较小时，可增加煤粉仓103给出的煤粉量，硼酸盐和水的给入量保持稳定。物料给入原则保持在(粉尘量+煤粉量)：硼酸盐：水＝1:0.1:1.1。
53.因此，本发明实施例的核废石墨处理方法，利用水和石墨粉尘气化处理以实现熔融固化，从而解决核废石墨粉尘处置的问题，还将部分粉尘转化为可燃气，同步实现核放废物的资源化利用。并且，通过配备硼酸盐和煤粉作为气化辅助材料，保证气化熔融炉301的温度水平并确保固相产物熔融固化，提高固化处置方法的可靠性和稳定性。
54.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或
位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
55.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
56.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
57.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
58.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
59.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种核废石墨处理系统，其特征在于，包括：物料供应装置和储水装置；气化熔融反应装置，所述物料供应装置与所述气化熔融反应装置相连以向所述气化熔融反应装置输送低熔融温度的物料，所述储水装置与所述气化熔融反应装置相连以向所述气化熔融反应装置输送水，所述气化熔融反应装置用于利用水和物料反应并生成熔融体和气化气，所述气化熔融反应装置具有气化气输出端；冷凝装置，所述冷凝装置具有气化气输入端、冷凝水输出端和燃气输出端，所述气化气输出端与所述气化气输入端相连，所述冷凝水输出端与所述储水装置相连；燃气储存装置，所述燃气输出端与所述燃气储存装置相连。2.根据权利要求1所述的核废石墨处理系统，其特征在于，所述气化熔融反应装置包括气化熔融炉和熔渣仓，所述气化气输出端位于所述气化熔融炉的顶部，所述气化熔融炉的底部设有熔融体输出端，所述熔融体输出端与所述熔渣仓相连。3.根据权利要求2所述的核废石墨处理系统，其特征在于，所述物料供应装置包括：石墨粉尘仓，所述石墨粉尘仓与所述气化熔融炉相连以向所述气化熔融炉输送核废石墨粉尘；硼酸盐仓，所述硼酸盐仓与所述气化熔融炉相连以向所述气化熔融炉输送硼酸盐；煤粉仓，所述煤粉仓与所述气化熔融炉相连以向所述气化熔融炉输送煤粉。4.根据权利要求3所述的核废石墨处理系统，其特征在于，输送至所述气化熔融炉的核废石墨粉尘量与煤粉量之和为a，输送至所述气化熔融炉的硼酸盐和水的量分别为b和c，且三者满足关系式：a:b:c＝1:0.1:1.1。5.根据权利要求2所述的核废石墨处理系统，其特征在于，所述储水装置包括储水罐和水泵，所述储水罐经所述水泵与所述气化熔融炉相连。6.根据权利要求5所述的核废石墨处理系统，其特征在于，所述储水装置还包括设在所述气化熔融炉上的喷雾器，所述喷雾器的雾化出口位于所述气化熔融炉内，所述水泵与所述喷雾器相连。7.根据权利要求1所述的核废石墨处理系统，其特征在于，所述燃气储存装置包括燃气储罐和增压引风机，所述燃气输出端经所述增压引风机与所述燃气储罐相连。8.一种核废石墨处理方法，其特征在于，所述方法用于如权利要求1-7中任一项所述的核废石墨处理系统，所述方法包括：所述物料供应装置将物料输送至所述气化熔融反应装置内，所述储水装置将水输送至所述气化熔融反应装置内，物料和水在所述气化熔融反应装置内高温气化并放热熔融以生成熔融体和气化气；将气化产生的气化气通过所述冷凝装置冷却形成凝结水和低温气化气，凝结水输送回储水装置，低温气化气输送至燃气储存装置。9.根据权利要求8所述的核废石墨处理方法，其特征在于，所述物料供应装置输送的物料包括核废石墨粉尘、硼酸盐和煤粉，硼酸盐用于降低核废石墨粉尘和煤粉的熔融温度。10.根据权利要求9所述的核废石墨处理方法，其特征在于，核废石墨粉尘量与煤粉量之和为a，硼酸盐和水的量分别为b和c，且三者满足关系式：a:b:c＝1:0.1:1.1。

技术总结

本发明公开了一种核废石墨处理系统及方法，所述核废石墨处理系统包括：物料供应装置、储水装置、气化熔融反应装置、冷凝装置和燃气储存装置，物料供应装置和储水装置均与气化熔融反应装置相连，以向气化熔融反应装置输送物料和水，气化熔融反应装置用于利用水和物料反应并生成熔融体和气化气，气化熔融反应装置与冷凝装置相连，冷凝装置分别与储水装置和燃气储存装置相连。本发明实施例的核废石墨处理系统，通过气化熔融反应装置将水和核废石墨粉尘气化处理以实现熔融固化，从而解决核废石墨粉尘处置的问题。并且，通过气化处理还可将部分核废石墨粉尘转化为可燃气，从而实现核放废物的资源化利用。的资源化利用。的资源化利用。