一种聚变堆热室清洗废气深冷精馏净化再生利用方法及装置的制造方法
2025-06-06 16:00:08 244次浏览
:对经过步骤(2)的前置除尘、除油、除水和后置除尘四重过滤后的混合气体中的放射性核燃料氚送入-50°C-77°C低温精馏塔，利用混合气体不同组分之间液化温度的差异，通过物理变化精确控制精馏塔温度将液化温度最高的二氧化碳降温液化后与其他杂质气体进行分离，得到洁净的液态二氧化碳，之后进入储罐保存备用； (4)低温动力气体制备工艺:由步骤(3)分离净化后洁净液态二氧化碳经过汽化、增压形成低温高压气体，通过管路输送至高压储罐，调温后转化为-20 V 一-50 V低温动力气体，在需要使用的时作为气力输送和清洗去污工艺中的动力源推送可挥发性清洗干冰颗粒，吹扫清洗室使用； (5)可挥发性颗粒再生工艺:由步骤(3)所制备的洁净的液态二氧化碳由管路通入外冷源冷却的深冷结晶器，在结晶器内逐渐凝固成雪花状固体干冰，再由造粒机挤压成型成为干冰颗粒，即为可挥发性清洗介质干冰颗粒； (6)可挥发性颗粒远距离气力输送工艺:以步骤(4)产生的低温气体为动力源，采用气力输送的方式，将步骤(5)中制备的可挥发性颗粒清洗介质干冰颗粒远距离吹送进清洗室中的喷射器，在喷射器内再引一路由步骤(4)产生的高压助推气体混合二次加速后，喷射出喷射器，在清洗室内喷向待清洗部件的表面完成清洗任务。2.根据权利要求1所述的聚变堆热室清洗废气深冷精馏净化再生利用方法，其特征在于:所述步骤(I)助推气体高压二氧化碳的压力为10-500bar。3.根据权利要求1所述的聚变堆热室清洗废气深冷精馏净化再生利用方法，其特征在于:所述步骤(2)中经前置除尘过滤采用HEPA高效过滤器除尘，净化废气气体的同时，还能够实现对放射性颗粒进行收集，防止其扩散。4.根据权利要求1所述的聚变堆热室清洗废气深冷精馏净化再生利用方法，其特征在于:所述步骤(2)中微热再生气体干燥器对吸收后的氚水可以再生，以备提取核燃料氚使用，使用时微热再生气体干燥过滤器一开一备，当水分接近20mg/L，则启用备份微热再生气体干燥器，运行着的微热再生气体干燥器退出再生，再生时电加热器加热至250-300°C时氚水蒸气再生，当再生气出口温度2 120°C时，再生结束，水蒸气冷却到常温成液态供分离同位素核燃料使用。5.根据权利要求1所述的聚变堆热室清洗废气深冷精馏净化再生利用方法，其特征在于:所述步骤(3)具体操作如下:干燥过滤后混合气体进入深冷精馏塔，二氧化碳在混合气体各组液化温度最高，在外冷源的驱动下，在换热盘管-50°C_77°C冷却温度的作用下相变液化，以液态的形式集聚在精馏塔底部，放出后留存，未液化的气体杂质集聚在塔顶，通过顶部管路进入废气储罐，实现气态杂质分离，含有大量放射性核燃料氚的未液化杂质气体，经过相关废气处理工艺提氚后回收核燃料，其余气体达到清洁解控标准后排放。6.根据权利要求1所述的聚变堆热室清洗废气深冷精馏净化再生方法，其特征在于:所述步骤(3)中，可以同时使用多个精馏塔提高分离效率，也可以采用多级精馏工艺，提高产品纯度。7.根据权利要求1所述的聚变堆热室清洗废气深冷精馏净化再生利用方法，其特征在于:所述步骤(5)中深冷结晶器的深冷温度低于_90°C。8.一种聚变堆热室清洗废气深冷精馏净化再生利用装置，其特征在于:包括清洗去污单元、固态、液态杂质过滤净化单元、二氧化碳深冷精馈分离单元、低温动力气体制备单元、可挥发性颗粒再生单元、远距离气力输送单元； 所述清洗单元包括:喷射器、包覆容器、运输装置和吹扫喷淋装置;喷射器与远距离气力输送单元中的低温气力输送器相连，运输装置和吹扫喷淋装置均在包覆容器内部，包覆容器为一密封部件，包覆容器外部为热室内环境，内腔体与固态、液态杂质过滤净化单元相连。清洗作业时，运输装置将待清洗部件运输至距离喷射器合适位置，经过干冰爆破清洗和高压气体吹扫后完成清洗作业，清洗作业所产生的废气通过管路输送至固态、液态杂质过滤净化单元； 所述固体颗粒过滤净化单元包括前置除尘过滤器、除油过滤器、微热再生干燥器、后置除尘过滤器和增压栗、阀；上述部件之间采用串联关系:前置除尘过滤器上级与清洗室相连，下级依次连接除油过滤器、微热再生气体干燥器、后置除尘过滤器和增压栗，清洗废气首先经过前置除尘过滤器除去放射性颗粒物，紧接着通过除油过滤器除去油脂类杂质，然后通过微热再生气体干燥器除去氚水，最后通过后置除尘过滤器再脱一次固态杂质，这其中微热再生气体干燥器可以再生出氚水供提取核燃料氚； 所述二氧化碳深冷精馏分离单元包括混合气体缓冲罐、增压栗、低温精馏塔、外冷源、液态二氧化碳缓冲罐、相关远程连锁控制阀；上述设备之间采取串联方式连接:混合废气缓冲罐上级连接固态、液态杂质过滤净化单元，下级连接增压栗、低温精馏塔，低温精馏塔设置有外冷源驱动的换热盘管，制冷剂即冷媒从精馏塔上部流入从下部流出，低温精馏塔底部设置有液态二氧化碳排出管路与液态二氧化碳缓冲罐相连接;上步工艺除去固态、液态杂质的混合气体进入深冷精馏塔，在外冷源的驱动下，在换热盘管-500C-77 °C冷却的作用下相变液化，以液态的形式集聚在精馏塔底部，放出后留存，未液化的气体杂质集聚在塔顶，通过顶部管路进入废气储罐，实现气态杂质分离，含有大量放射性核燃料氚的未液化杂质气体，经过相关废气处理工艺提氚后回收核燃料，其余气体达到清洁解控标准后排放； 所述低温动力气体制备单元包括汽化器、增压栗、低温高压气体储罐;上述设备采取依次串联方式连接:汽化器与上级二氧化碳深冷精馏分离单元中液态二氧化碳缓冲罐相连，下级依次连接增压栗和低温高压气体储罐;液化分离后液态二氧化碳经经过缓冲存储之后，输入汽化器之后汽化变成气体，再通过增压栗增压通过管路输送至低温高压储罐保冷储存，在需要使用的时作为清洗去污工艺中的动力源，供清洗时推送可挥发性颗粒干冰使用； 所述可挥发性颗粒再生单元包括深冷结晶罐、外冷源、干冰造粒机；上述设备依次串联:深冷结晶罐上级与二氧化碳深冷精馏分离单元的液态二氧化碳缓冲罐相连，下级连接干冰造粒机，外冷源与深冷结晶罐中的换热盘管相连。将净化后的液态二氧化碳通过管路输送进深冷结晶罐，在外冷源的冷却作用下利用低温低压固化过程，将二氧化碳进一步迅速冷却，深冷温度低至-90°C甚至更低，通过旋转的叶片将冷凝的固态干冰甩离叶片后在重力的作用下滑落至容器底部，深冷结晶罐底部与干冰成型机相连接，通过螺旋输送机挤压通过模具成型后成为圆柱状胚件，之后通过两个带螺旋孔形模具的乳辊相互交叉配置，以相同方向旋转，带动圆形乳件反向旋转并前进，乳件在螺旋孔型作用下，直径压缩轴向延伸，乳制成所需的圆形颗粒； 所述可挥发性颗粒远距离气力输送单元包括低温气力输送器;低温气力输送器上级分别与可挥发性颗粒再生单元的干冰造粒机和低温动力气体制备单元的低温高压气体储罐相连，下级与清洗单元内的喷射器相连;工作时以制备的低温动力气体为动力利用气力输送的方式将前序步骤再生出的干冰颗粒，远距离输送进清洗室内的喷射器中，在喷射器混合室内再次与低温高压气体二次混合加速后，喷射进清洗室中的待清洗部件的污染表面完成清洗任务D
【专利摘要】本发明涉及一种聚变堆热室清洗废气深冷精馏净化再生利用的方法及装置，包括清洗去污、固态、液态杂质过滤净化、二氧化碳深冷精馏分离、低温动力气体制备、可挥发性颗粒再生、远距离气力输送工艺6个工艺流程。利用原有清洗废气，实现放射性颗粒和残留放射性气体与清洗介质的分类收集和分离。解决了热室内放射性废物最少化的难题。保障清洗废气不作为放射性流出物污染环境的同时，还能够有效收集放射性颗粒和气态核燃料，并且使得原用清洗介质回收循环使用，在此基础之上使得二氧化碳干冰爆破清洗方案，能够成为热室内清洗污染放射性表面的首选方案，并且本工艺方案回路结构简单，容易实现，适合远程遥控操作的热室环境中。
【IPC分类】G21F9/02
【公开号】CN105632574
【申请号】CN201610028790
【发明人】龚正, 宋云涛
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月15日
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