[发明专利]一种放射性废液结晶干燥系统及其方法

说明书

本发明公开了一种放射性废液结晶干燥系统及其方法，首先设定干燥箱底部空气入口处的第三温度传感器、干燥箱顶部空气出口处的第一温度传感器和装料桶顶部用于测量气体温度的第二温度传感器的参数值。本发明系统及其方法是使放射性废液在装料桶内保持饱和温度下的无沸腾蒸发状态，水蒸气从汽化开始就能避免夹带含污液滴，在无后续处理设施的前提下能达到排放要求，减少了受污染的装置。

技术领域

本发明属于放射性废物处理技术领域，涉及一种放射性废液干燥技术。

背景技术

随着核电技术的发展，废物最小化已成为评价核电站先进性的一项关键指标，废物减容技术也已成为核电站三废处理领域重点关注的内容。国内运营核电站大多数采用水泥固化技术处理放射性废液，会使废液增容，既不符合放射性废物最小化的原则，也使处置费用增加。放射性废液可以利用蒸发干燥的方式进行减容处理，国内已经有相关机构开始研究。

根据传热学理论，液体的汽化按汽化方式分为蒸发和沸腾，液体表面的汽化过程称为蒸发，液体内部产生气泡的汽化过程称为沸腾。沸腾又分为大容器沸腾和管内沸腾。对于大容器饱和沸腾，温度差和气泡扰动引起流体的运动从而进行换热。在一个大气压、水的饱和温度下，大容器沸腾有如下的q-Δt曲线，其中，q为热流密度，Δt为容器内壁和液体饱和温度的差值。

由图1可以看出，在Δt<4℃时，换热模式为自然对流工况，液体内部没有气泡产生，液体的气化靠液体表面的蒸发实现；Δt逐渐上升，且q＜qmax，换热模式为核态沸腾，液体内部逐渐有气泡产生并越来越激烈，使热流密度和换热系数均急剧增大；当Δt继续增大，由于气泡汇聚覆盖加热面，造成蒸汽排除困难，反而降低了q值，换热模式是过渡沸腾；随着Δt继续上升，q值由最低点qmin继续上升回到最高点qmax，此阶段的换热模式是膜态沸腾，热量必须要穿过壁面上形成的气膜才能传到液体，热阻较大。

国内已有的放射性废液干燥方法和化工行业在使用大容器沸腾传热原理时，都设计将溶液的沸腾维持在核态沸腾区域，以最小的功率消耗获得最大的传热效率，核态沸腾传热会造成蒸汽夹带液滴，已有的技术是通过增加过滤设备来解决蒸汽的纯净度问题。如果能将汽化维持在自然对流换热模式的温度区间内，可以避免因气泡夹带而造成的污染，这种汽化方式为一种无沸腾现象的蒸发。这种不增加处理装置就能实现废液汽化形成的蒸汽能够达到排放要求的目的处理方法，目前还未见有相关研究。

比如发明专利CN201110078397.2“含有放射性废弃物的处理系统”、发明专利CN201210448593.9“一种放射性废离子交换树脂微波桶内干燥方法及装置”以及发明专利CN201110078992.6“液态放射性废物处理装置”中均采用了微波加热方法，放射性废液在微波的作用下加压高温蒸发，使放射性废液内部产生大量气泡，液体始终处于沸腾状态，容易使水蒸气夹带放射性液滴，使水蒸气达不到排放要求，所以需添加后续处理设备，增加了受污染的装置。

化工行业也有采用“低温蒸发”的方法使液体汽化，原理上是降低溶液的饱和温度(沸点)从而使液体在高压、低温下汽化，实际的换热模式仍然为核态沸腾，例如发明专利CN201710463395.2“低沸点溶液冷热联动低温蒸发浓缩结晶系统及方法”、CN201710343939.1“一种硫铵废水低温蒸发结晶装置以及工艺”等均采用了该种技术。除了大容器沸腾传热模式以外，国内也有相关机构采用喷雾热解的方式对放射性废液进行减容处理，例如发明专利CN201510724603.0“放射性废液处理装置”，将高压气体和放射性废液同时注入蒸发室中，使放射性废液一边进料一边汽化，同时在蒸发室外使用高温蒸汽和电辅助加热装置对雾化后的放射性废液加热，该项设计可以提高废液的汽化效率，但只适用于液体汽化过程，放射性废液的水蒸气被处理后留下的产物难以实现进一步结晶或干燥。

发明内容