技术领域
[0001] 本
发明属于核工业产生的乏
燃料处理技术领域。具体涉及乏燃料后处理过程中产生的大量高放废液的玻璃固化处理系统及其工艺方法。
背景技术
[0002] 据国家核能相关领域权威专家介绍，中国未来将更加重视核电发展，中国核电建设将进入全新时代。据有关规划，到2020年我国运行核电和在建核电将达到8800万千瓦规模，核电站乏燃料累积量7000余吨，到2025年累积量14000余吨。乏燃料是一种宝贵的资源，其中还含有许多有用的未裂变和新生成的核素如U-235、U-233、Pu-239、Si-90、Ci-137等，处理不当会成为一种环境负担，因此对乏燃料进行处理，回收有用核素，处置无用的有害
放射性物质是核燃料资源循环利用的重要环节。在乏燃料后处置技术领域，
水法后处理技术是目前唯一有工程应用的后处理技术，干法和
超临界流体萃取法是待开发的新技术。水法后处理技术是专
门为提取回收乏燃料中有用核燃料U、Pu设计的，利用萃取剂对U、Pu选择特点实现U、Pu与其他放射性物质分离，最新发展的乏燃料后处理/分离一体化流程，不仅可以实现U、Pu的回收，还能够实现MA和LLFP的分离。乏燃料经过处理，提取了有用核素的残留废液具有很高的放射性，如果没能得到妥善处置，一旦发生
泄漏将对人类生存环境构成潜在危害，必须寻求更加经济可行的技术对乏燃料高放废液进行安全处理处置。
[0003] 一座大型核燃料处理厂每年处理的高放射性废液约7300m3，
硝酸浓度约为2.77mol/L，总γ放射性活度浓度约为1.34×1012Bq/L(氚除外)，氚的放射性浓度为2.1×
109Bq/L；每年处理的中放射性工艺废液约8400m3，硝酸浓度约为2.0mol/L，总γ放射性活度浓度约为4.57×108Bq/L(氚除外)，氚的放射性浓度为2.1×106Bq/L。中放非工艺废液中，减性
去污液约4600m3，放射性活度浓度约为4×108Bq/L；酸性去污液约4000m3，放射性活度浓度约为4×107Bq/L；放射性橙区地面去污液每年约3600m3，放射性活度浓度约为4×104Bq/L。可见处理乏燃料后处理中高放
废水是一项极具挑战性的工作，面临几大不利因素：①高的
辐射场环境条件，这使得几乎全部的操作过程必须实现遥控操作，非常高的辐射场因辐照效应还会使很多的自动控制执行元器件寿命短，微
信号的输入输出会受到辐射干扰或失真；②高化学
腐蚀和高辐复合环境条件，使得传统化学工业得到成熟应用的防腐蚀的管道、
阀门、反应器不再适用，因为高辐射会导致这些容易材料辐照分解，因而寿命短，必须采取特殊的
辐射防护设计；③高温、高化学腐蚀复合条件下会极大加强材料的化学腐蚀，必须开发适合这类环境条件的材料和元器件；④高放废
水处理属于环境
风险很高的核设施，对事故和正常工况下工艺过程中放射性物质的包容可靠封、安全性以及运行过程中废物最小化要求极高，对工艺流程和相关装备的可靠性设计带来挑战。
[0004] 基本上有两类方法处理这些放射性废液，超
铀高放废液采取
微波脱硝后转化为
氧化物进行玻璃固化或陶瓷固化，高放非ɑ废液采取玻璃固化；或高放废液采取浓缩后进行玻璃固化。在放射性高放废液处置领域，玻璃固化在国外是一项成熟的技术。但即使像法国、日本这样乏燃料处理技术先进国家，现行多种玻璃固化工艺都不同程度存在一些技术
缺陷。①焦
耳加热陶瓷熔炉工艺曾在美国、俄罗斯、日本和德国使用，以耐火陶瓷材料为炉体，高放废液和玻璃形成剂一起连续加入中频
感应加热金属熔炉中熔炼形成玻璃，通过冻融阀注入到玻璃贮罐中。这种方法的优点是处理工艺连续，处理量较大，缺点是工艺流程复杂，熔炼炉寿命短，感应熔炼2000小时，大约100罐玻璃体就需要维修或更换炉体，且熔炼过程中放射性粉尘扩散导致污染扩散。②罐式熔炼工艺是将高放废液的
蒸发浓缩液与玻璃形成剂一同加入金属罐中，在通过控制加热温区实现蒸发干燥和玻璃熔炼形成玻璃，通过冻融阀注入到玻璃贮罐中。罐式熔炼工艺的优点式工艺简单，过程容易控制，缺点是熔炼炉寿命短(熔制25-30批玻璃，就必须更换炉体)，放射性物质扩散造成大量去污废液产生，目前这种工艺已经淘汰。③高放废物液的冷
坩埚熔炼技术是近年来发展起来的一种所谓先进的玻璃固化处理新技术，工艺流程相对简单，能有效克服传统玻璃固化工艺中融化炉寿命短等缺点，但其最大的缺点是能耗很高，效率很低，也不能完全避免放射性粉尘扩散等缺点。
[0005] 可见，上述方法都共同存在一些致命缺点。寿命短意味着必须经常面对拆除报废的、被放射性污染的熔炼炉体，额外产生大量处置
费用很高的
放射性废物；上述工艺过程不同程度存在开放或半开放操作，放射性粉尘及其他有害化学气体扩散严重，导致设备腐蚀或因设施/场地去污产生的二次废液量大，熔炼炉寿命短等缺陷；放射性粉尘扩散还会导致装备维修维护过程辐射防护难度高，维修工作人员辐射风险大，维修前必须去污，例如前面提到的每年约3600m3地面去污液，固化过程中涉及操作大量腐蚀性强的高放废液，大量有害酸性和氮氧化气体扩散导致废液固化处理整个工艺过程存在腐蚀严重、固化炉等设施寿命短，固化系统寿命短导致固
化成本高。采用将高放废水与玻璃组分混合，再直接在熔炼炉玻璃固化，这种工艺表面上看工艺过程简化，但存在更大的放射性物质扩散风险和设备维修维护困难等缺点。
[0006] 因此，开发安全可靠、经济可行，固化系统抗腐蚀能
力强，系统维修维护性好的、寿命长的高放废水的处理技术很有必要。高放废液的安全处理技术是泛燃料后处理的核心技术之一，发展有自主知识产权的先进技术，对于推动我国乏燃料元件处理技术进步有重要意义。本发明是为解决传统玻璃固化、以及冷坩埚玻璃固化中面临的诸多问题发展起来的一项新技术。
发明内容
[0007] 本发明是针对泛燃料后处理过程中产生的大量高放废液的安全处理需求发展起来的。本发明的目的是要提供一种处理系统寿命长、维修维性好、可靠性高、处理过程安全可控、可实现遥控或自动化操作、工艺过程中放射性物质释放风险可控的高放废液玻璃固化系统。
[0008] 本发明的目的是这样实现的：一种高放废液玻璃固化系统，废液暂存罐底部出口管经
单向阀以及废液输送管道与高放废液计量罐底部连通，空气
压缩机组出口管经
气动阀与高放废液计量罐顶部的压缩空气连接接嘴连通，
排液管下端从上向下伸入至高放废液计量罐内腔下部，排液管上端经对接
法兰与废液干燥与
煅烧反应釜顶部连通，该对接法兰与该反应釜顶部开口之间还设置有水冷却式密封
垫圈，且该反应釜设置在反应釜驱动机构上，在高放废水预处理工位时，该反应釜顶部通过对接法兰排出的废气经管道连接初级
冷却塔下部的废气入口法兰，初级冷却塔上部的废气出口法兰经管道连接次级冷却塔下部的废气入口法兰，次级冷却塔上部的废气出口法兰经管道连接风机进口，风机出口经管道连接脱硝塔下部尾气进口法兰，脱硝后的尾气经脱硝塔上部尾气出口法兰排放；上述脱硝塔结构为：反应塔筒体顶部和底部分别设置有微波发生器，反应塔筒体内位于尾气进口法兰和尾气出口法兰之间填充有氮氧化物
吸附材料或
活性炭；
[0009] 上述初级、次级冷却塔的结构为：筒体下部和上部分别设置有废气入口法兰和废气出口法兰，筒体顶部设置有吸收液喷淋头，筒体内腔中部均布有供
冷却水从列管间流过的列管，筒体底部设置有吸收液出口接嘴；
[0010] 上述反应釜结构为：顶部开口的内容器外依次有缓冲包层和预
应力铠装外包套，内容器底部设置有加热器，内容器位于
外壳内，内容器
侧壁与外壳之间有保温层，内容器底部与外壳之间有
耐火砖，外壳底部设置有轨道轮式滑动底座，内容器顶部开口上依次设置有水冷却式密封垫圈和对接法兰；
[0011] 反应釜在反应釜驱动机构推动下，从高放废水预处理工位转移至物料搅拌工位，以使浆料搅拌装置的搅拌浆伸入反应釜内进行物料搅拌操作，然后，反应釜通过反应釜驱动机构从物料搅拌工位转移至玻璃物料混料工位，以使反应釜通过对接法兰以及水冷却式密封垫圈与玻璃物料混料机密封连接，通过第一压缩空气转料装置将反应釜内浆料转移至该混料机中，该混料机内的浆料通过第二压缩空气转料装置转移至玻璃物料装料机中；上述第一、第二压缩空气转料装置为：压缩空气机组出口管道与待转移设备内腔连通，伸入待转移设备内腔的排液管的外端与待转入设备内腔连通；
[0012] 还具有玻璃物料装料装置。压缩空气机组出口的管道经另一
气动阀与玻璃物料装料机内腔连通，玻璃料桶置于该装料机出料口下方；
[0013] 还具有用作将置于平板水车上的多个玻璃料桶推入，而对料桶内盛装的玻璃物料进行加热固化的玻璃固化炉。
[0014] 本发明的另一目的是提供采用上述系统的高放废液玻璃固化方法。
[0015] 为了解决高放废液浓缩、脱硝等工艺过程中对设备材料的化学腐蚀、辐照分解等问题，采用了高强度耐酸腐蚀、抗辐照的材料制造关键设备，有效提高了设备抗高温化学腐蚀和辐照损伤能力，延长了设备服役寿命；为了解决玻璃固化工艺过程中有害放射性物质、化学腐蚀性物质扩散产生的放射性污染扩散问题，采用了湿法混料、倒料工艺，还采用了高可靠的有害气体密封技术手段；在玻璃固化工艺过程中，由于在工艺过程参数测量控制与反馈、自动操作中会涉及使用大量
电子元器件、自动控制系统，为了消除“红区”内高辐射场对自动控制电子元器件、微电子线路的干扰和辐照损伤导致的工艺过程误控或失控，将放置在“红区”内的工艺过程控制系统、辐射敏感电子原器件和电子线路布置在
辐射屏蔽区外的“橙区”，其总控系统设置在“蓝区”，再通过辐射不敏感的机械传动机构、气动机构、油管道等将“控制力”由“橙区”传递到“红区”，不仅提高了装备的使用寿命，其维修性、维护性、可靠性得到了得到加强；为了解决传统的坩埚玻璃固化中熔炼设备寿命短的问题，以及最新发展的所谓冷坩埚技术能耗高的问题；采用了独具特色的玻璃固化体物料桶内玻璃固化新工艺，即直接将混合好的玻璃物料装入
石英玻璃质料筒，再采用预加热-桶内玻璃固化技术使料筒内玻璃物料融熔固化，玻璃熔炼与固化体一次成型；为了解决原工艺中玻璃物料混料、煅烧、融融玻璃体浇注等工艺过程放射性粉尘扩散问题，将高放废液预处理工序、玻璃固化工序分别放置于相对独立的具有高效过滤系统等安全系统的建筑结构单元内，避免了工序之间放射性粉尘的扩散和二次污染扩散。
[0016] 本发明所涉及的高放废液处理方法包含高放废水的预处理(计量与输送、蒸发干燥、干燥物料脱硝与物态转化)、尾气处理、玻璃物料混料、玻璃物料倒料、玻璃物料装桶、玻璃物料桶内玻璃固化等工序。上述各工序设置在高放废水玻璃固化设施的“红区”，在所述“红区”内不设置辐射敏感的电子元器件、自动控制系统。本发明所述各个工序工艺过程控制系统全部布置在高放废水玻璃固化设施的“橙区”，采用高可靠性的远程机械传动控制等方法，实现“橙区”内控制设备、控制系统对“红区”内被控制设备的控制，提高了设备的使用寿命，提高了设备的可维修维护性。本发明技术进步显著，具有广泛的工程应用推广价值。
[0017] 本发明的有益效果是：
[0018] 针对高放废水玻璃固化过程中面临几大不利因素，例如高的辐射场环境条件，高化学腐蚀和高辐射复合条件，高温和高化学腐蚀复合条件下，以及高放废水处理核设施对事故和正常工况下工艺过程中放射性物质的包容可靠封、安全性以及运行过程中废物最小化的严格要求，提出并实现了高放废水玻璃固化的完整工艺，提升了我国泛燃料高放废水玻璃固化技术水平。
[0019] 本发明实现了危险性很高的高放放射性废水的玻璃固化处理，在获得了很高的减容比的同时，放射性粉尘、有害的工艺废气得到了安全包容和有效处置，技术进步显著；工艺流程设计合理，处理过程中辐射高风险的工艺过程，包括高放废水转移、蒸发浓缩、蒸发干燥，蒸发水蒸气冷凝等工艺过程都在
密封性要求很高的
管道系统及设备内完成，且
负压操作，能有效降低操作过程中放射性危险物质外泄风险；废水预处理、物料混料、倒料、装料等全工艺过程都可实现全程自动远程控制，减少了工作人员现场操作的外照射辐照风险。特别重要的是提出并解决了高放废水的桶内玻璃固化新工艺，克服了背景技术中存在的玻璃固化炉寿命短，能耗高等缺点，技术进步示范明显。与背景技术比较，本发明的高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统结构简单，工艺流程合理，方法先进；本发明逻辑严谨，各个环节紧密相扣，不仅实用性相当强，而且运行稳定可靠，可推广应用到
核设施退役、乏燃料后处理等领域高比放放射性废水的安全处理，用显著的技术进步，有很好的商业应用前景。对于推动我国具有自主知识产权的核电乏燃料处理技术进步有积极意义。
附图说明
[0020] 图1为本发明的一种高放废液玻璃固化固化系统及其主要设备的连接关系示意图。
[0021] 图2为本发明的一种高放废液玻璃固化固化工艺流程简图；
[0022] 图3为本发明的高放废液计量与输送子系统结构示意图；
[0023] 图3a为图3中高放废液输送管道31的结构示意图。
[0024] 图3b为图3中高放废液计量罐32的结构示意图。
[0025] 图3c为图3中对接法兰8的结构示意图。
[0026] 图4为蒸发干燥脱硝反应釜6的结构示意图。
[0027] 图4a反应釜容器的结构示意图。
[0028] 图4b1是水冷却密封垫9剖面图，图4b2、图4b3分别是图4b1的俯视图和左视图。
[0029] 图4c反应釜驱动机构的结构示意图。
[0030] 图5高放废液蒸发干燥废气冷却(初级和次级)吸收塔的结构示意图。
[0031] 图6高放废液蒸发干燥废气脱硝塔的结构示意图。
[0032] 图7玻璃固化炉结构示意图。
[0033] 图7a为料桶21的结构示意图。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列
实施例。
[0035] 图1所示为本发明的一种高放废液玻璃固化系统，包含高放废液暂存罐1，压缩空气机组2，单向阀3，气动阀4，高放废液计量罐5，废液干燥与煅烧反应釜6，反应釜驱动机构7，对接法兰8(为现有产品)，水冷却式密封垫圈9，初级冷却塔10，次级冷却塔11，
循环水泵12，风机13，脱硝塔14，水冷却机组15，换热器16，浆料搅拌装置17，(浆料倒料装置上的)另一对接法兰18，玻璃物料混料机19，玻璃物料装料机20，玻璃料桶21，玻璃固化炉22。
[0036] 图1示出，废液暂存罐1底部出口管经单向阀3以及废液输送管道31与高放废液计量罐5底部连通，空气压缩机组2出口管经气动阀4与高放废液计量罐5顶部的压缩空气连接接嘴327连通，排液管326下端从上向下伸入至高放废液计量罐5内腔下部，排液管326上端经对接法兰8与废液干燥与煅烧反应釜6顶部连通，该对接法兰8与该反应釜6顶部开口之间还设置有水冷却式密封垫圈9，且该反应釜6设置在反应釜驱动机构7上，在高放废水预处理工位时，该反应釜6顶部通过对接法兰8排出的废气经管道连接初级冷却塔10下部的废气入口法兰56，初级冷却塔10上部的废气出口法兰52经管道连接次级冷却塔11下部的废气入口法兰，次级冷却塔11上部的废气出口法兰经管道连接风机13进口，风机13出口经管道连接脱硝塔14下部尾气进口法兰69，脱硝后的尾气经脱硝塔14上部尾气出口法兰62排放；上述脱硝塔14结构为：反应塔筒体63顶部和底部分别设置有微波发生器61，反应塔筒体63内位于尾气进口法兰69和尾气出口法兰62之间填充有氮氧化物吸附材料64或活性炭；
[0037] 上述初级、次级冷却塔10、11的结构为：筒体53下部和上部分别设置有废气入口法兰56和废气出口法兰52，筒体53顶部设置有吸收液喷淋头51，筒体53内腔中部均布有供冷却水从列管间流过的列管54，筒体53底部设置有吸收液出口接嘴57；
[0038] 上述反应釜6结构为：顶部开口的内容器442外依次有缓冲包层443和预应力铠装外包套444，内容器442底部设置有加热器441，内容器442位于外壳45内，内容器侧壁与外壳之间有保温层，内容器底部与外壳之间有耐火砖43，外壳底部设置有轨道轮式滑动底座42，内容器顶部开口上依次设置有水冷却式密封垫圈9和对接法兰8；
[0039] 反应釜6在反应釜驱动机构7推动下，从高放废水预处理工位转移至物料搅拌工位，以使浆料搅拌装置17的搅拌浆伸入反应釜6内进行物料搅拌操作，然后，反应釜通过反应釜驱动机构7从物料搅拌工位转移至玻璃物料混料工位，以使反应釜6通过对接法兰18以及水冷却式密封垫圈9与玻璃物料混料机19密封连接，通过第一压缩空气转料装置将反应釜内浆料转移至该混料机19中，该混料机19内的浆料通过第二压缩空气转料装置转移至玻璃物料装料机20中；上述第一、第二压缩空气转料装置为：压缩空气机组2出口管道与待转移设备内腔连通，伸入待转移设备内腔的排液管的外端与待转入设备内腔连通；
[0040] 还具有玻璃物料装料装置。压缩空气机组2出口的管道经另一气动阀4a与玻璃物料装料机20内腔连通，玻璃料桶21置于该装料机20出料口下方；
[0041] 还具有用作将置于平板水车上的多个玻璃料桶推入，而对料桶内盛装的玻璃物料进行加热固化的玻璃固化炉22。
[0042] 所述废液干燥与煅烧反应釜6及其运动机构是可移动的，在其驱动机构推动下可以使高放废液干燥与物料煅烧反应釜在“高放废水蒸发干燥与煅烧”工位(即高放废水预处理工位)、“物料搅拌”工位、“物料混料倒料”工位三个工位之间移动
定位。上述这些系统部件构成的图1所示系统按其工序功能又可划分为高放废液预处理，干燥煅烧物料搅拌，干燥煅烧物料倒料，玻璃物料混料，玻璃物料装桶，玻璃固化，干燥煅烧尾气处理等，以及安装上述系统、设备的安全防护与放射性物质包容建筑结构单元。
[0043] 所述高放废液预处理系统的主要功能是实现高放废液计量与输送，废液蒸发干燥，干燥物料煅烧脱硝，最终将蒸发干燥的放射性固体物质转化为氧化物形态以便后续工序实现玻璃固化。所述高放废液预处理系统包括高放废液计量与输送子系统，与计量与输送子系统的对接法兰连接的高放废液干燥与物料煅烧反应釜，用于密封反应釜的水冷却密封垫及反应釜驱动机构。
[0044] 高放废液计量罐5结构为：罐体324上依次
覆盖有冲击力吸收包层323和预应力金属铠装包套325，罐体324底部设置有单向
阀座321，该单向阀座321内设置有单向阀球322；上述单向阀座、单向阀球以及罐体的材质为石英玻璃，冲击力吸收包层采用复合
纤维缠绕方式制造，该复合纤维中不锈
钢纤维﹕玻璃纤维为1﹕1。
[0045] 所述高放废液计量与输送子系统包含高放废液暂存罐1，与暂存罐连接的单向阀3；布置于
支撑框架上的高放废液计量罐5；与计量罐顶端进气口连接的气动阀4，与气动阀连接的空气压缩机组2；连接单向阀和高放废水暂存槽的高放废水输送管道，布置于支撑框架上的对接法兰8；连接计量罐和对接法兰的排液管。所述对接法兰的下法兰与高放废液干燥与物料煅烧反应釜对接，上法兰与干燥煅烧尾气处理系统的逆流式废气吸收塔连接。所述单向阀有两种功能：①当向计量罐充注适当压力的压缩空气时，计量罐内规定体积的废液以规定流速被压缩空气通过排液管推入干燥与煅烧反应釜中；②当计量罐内压缩空气排出时，再次由高放废水暂存槽借助液位差通过单向阀向计量罐内重新补充规定液位的高放废液。所述高放废液计量与输送系统布置在高放废水玻璃固化设施的“红区”，压缩空气系统布置在“橙区”，控制系统布置在“蓝区”。处于“蓝区”的控制系统控制“橙区”内压缩空气
电磁阀对计量罐充气或放气，从而控制“红区”内高放废水的计量与输送。
[0046] 水冷却密封垫圈9的结构为：材质为
硅橡胶的环状中空胶垫461上有进水接头和出水接头，且该环状中空胶垫461
内衬有金属定位环462。进、出水接头与环状中空胶垫内腔组成流体通道，或者，进、出水接头与环状胶垫内的中型空环的内腔组成流体通道。所述水冷却密封垫9包括中空环状胶垫，定位环。所述胶垫上设置了进水接头和出水接头。所述水冷却密封垫用硅橡胶或其他耐高温弹性材料制造，一次性使用产品。当从进水接头通入规定压力的循环冷却水时，胶垫受压膨胀，起到将对接法兰和高放废液干燥与物料煅烧反应釜密封的作用，与此同时冷却密封垫。
[0047] 所述高放废液干燥与物料煅烧反应釜6包括轨道式移动车底盘，固定在底盘上的干燥与煅烧反应容器。所述废液干燥与煅烧反应釜有三种工作模式：①高放废液接收与蒸发干燥模式：接收来自计量罐经过计量的高放废液，在90-120℃
温度下进行负压蒸发干燥；②干燥物料煅烧模式：在
工作温度500-600℃范围内，在微波和加热协同作用下，反应器内物料进一步干燥脱水、脱硝全部转化为氧化物形态；③物料混料与倒料模式：将在轨道上的反应釜推到混料工位，借助物料
搅拌机17，进行干燥物料与清水的混料，混合成可流动浆料，借助压缩空气推力将反应釜内已经混合的可流动物料推入到玻璃浆料混料装置中。
[0048] 所述浆料搅拌装置17包括
基座，安装在基座上的四柱
活塞式滑动升降座，固定在升降座上的液压升降机构，布置在升降机构上的搅拌桨及其驱动机构。将高放废液干燥与物料煅烧反应釜6转移到物料混料工位，下放搅拌桨，向反应釜注入规定量的清洁水，启动搅拌桨将反应釜内蒸发干燥物料与加入的水混合搅拌形成可流动浆料。所述物料混料装置布置在高放废水玻璃固化设施的“红区”，压缩空气系统、水注入流量阀和液压升降机构油泵布置在“橙区”，控制系统布置在“蓝区”。“蓝区”内的控制系统控制“橙区”内空气压缩机及其电磁阀控制“红区”内压缩空气驱动搅拌桨旋转运动；控制“橙区”内给水流量阀控制给水量；控制油泵压力控制拌桨升降运动，从而实现在“蓝区”内控制“红区”内干燥与物料煅烧反应釜内物料混合形成浆料。
[0049] 所述浆料倒料装置(已知产品)包括四柱基座，安装在基座上方的对接法兰，安装固定在对接法兰上的水冷却密封垫9，与水冷却密封垫连接的气动阀，与气动阀连接的空气压缩机组2。所述对接法兰上设置了压缩空气接嘴，浆料排出管道；所述浆料排出管道的出口与玻璃物料混料机19连接。所述轨道用于将高放废液干燥与物料煅烧反应釜转移到物料倒料工位；所述空气压缩机用于向反应釜注入规定压力的压缩空气，将反应釜内可流动的浆料借助浆料排出管道推入玻璃物料混料机中。所述物料倒料装置布置在高放废水玻璃固化设施的“红区”，压缩空气系统和液压升降机构油泵布置在“橙区”，控制系统布置在“蓝区”；“蓝区”的控制系统控制“橙区”内压缩空气电磁阀“红区”的反应釜在倒料工位、装料工位之间移动，实施混合浆料倒料。
[0050] 所述玻璃物料混料机19的功能是将煅烧物料与规定量的玻璃形成剂混合均匀，形成玻璃物料浆料，以便后续工序装桶。所述玻璃物料混料装置为市场采购产品，其结构与功能与普通的
水泥混料车类似。
[0051] 反应釜驱动机构7的结构为：滑杆83滑动地设置在两个以上的滑杆支撑法座82上，滑杆83左端上固定用于与反应釜6连接的法兰81，滑杆右端与
丝杆84左端固联，且丝杆84经
轴承安装在轴承座85上，步进
电机87轴左端与丝杆右端固联，丝杆套86套在丝杆上，丝杆与丝杆套相
啮合。
[0052] 所述反应釜
输送机构7包含与反应釜连接的法兰，与法兰连接的滑杆，支撑滑杆的滑杆支撑法兰；丝杆，连接滑杆和丝杆轴承座，支撑丝杆的丝杆套，驱动丝杆做旋转运动的电机。当减速步进电机在规定转速下带动丝杆套做旋转运动时，通过与反应釜连接的法兰驱动反应釜在在“高放废水蒸发干燥与煅烧”工位(即预处理工位)、“物料搅拌”工位、“物料混料”工位间的运动并精准定位。所述减速步进电机及其
控制器布置在“橙区”，其控系统布置在“蓝区”；“蓝区”内的控系统控制“橙区”内减速步进电机运动模式实现“红区”高放废水蒸发干燥与煅烧反应釜在不同工位间移动并精确定位。
[0053] 所述干燥煅烧尾气处理系统包含：与高放废水预处理系统的对接法兰连接的逆流式冷却吸收塔(两级)，与冷却吸收塔连接的冷却
水循环喷淋系统，与循环冷却水喷淋系统连接的
热交换器，与热交换器连接的水冷机组；与逆流式冷却吸收塔连接的含硝废气脱硝塔，与脱硝塔连接的高效
过滤器。所述干燥煅烧尾气处理系统布置在高放废水玻璃固化设施的“橙区”。
[0054] 所述逆流式冷却吸收塔(初级和次级)包括基座，布置在基座上的冷水吸收器。所述冷水吸收器下部设置了废气进气法兰、吸收废液暂存槽；中部设置了列管式吸收塔段；顶部设置了冷却吸收液喷淋头、废气出口法兰。所述废气进气法兰与高放废水预处理系统的对接法兰连接，废气出口法兰经管道与脱硝塔连接。
[0055] 还具有与脱硝塔尾气出口法兰62连接的高效过滤器；还具有冷却水循环喷淋系统：水冷却机组15的出口经管道连接换热器16侧壁上部的与换热器内列管管间连通的冷却水进口，换热器16侧壁下部有与换热器列管管间相通的冷却水出口，换热顶部的与换热器列管管内相通的吸收液出口与循环水泵12进口连接，循环水泵出口经管道与初级、次级冷却塔10、11内的吸收液喷淋头51连通，初级、次级冷却塔10、11底部的吸收液出口接嘴经管道与换热器底部的与换热器列管管内相通的吸收液进口连通。
[0056] 循环
冷却液喷淋系统包含基座，布置在机座上的冷却吸收液储罐，与冷却吸收液储罐顶部连接的气动阀，与气动阀连接的空气压缩机；与冷却吸收液储罐顶部连接的排液管，所述排液管与喷淋头连接；与冷却吸收液储罐底部连接的单向阀，所述单向阀与逆流冷却吸收塔底部连接。压缩空气驱动冷却吸收液储罐内的冷却吸收液通
过喷淋头以喷淋方式进入逆流式冷却吸收塔，与
自下而上的含硝废气逆流
接触，溶解于水。所述喷淋系统由用石英纤维强化的高强度耐腐蚀玻璃制造，以满足长期运行过程中抗辐照、耐酸和抗氮氧化物腐蚀要求。
[0057] 所述含硝废气脱硝塔包括基座，布置在基座上的脱硝反应器，布置于脱硝反应器上的微波发生器，装填于脱硝反应器中的颗粒活性炭。所述脱硝反应器上设置了与逆流式冷水吸收塔连接的气体进口法兰，与高效过滤器连接的脱硝气体出口法兰。所述脱硝塔由用石英纤维强化的高强度耐腐蚀石英玻璃制造，以满足长期运行过程中抗辐照、耐酸和抗氮氧化物腐蚀要求。
[0058] 所述玻璃物料装料机20包含基座，布置在基座上的装料罐，用于密封装料罐的法兰，用于开启、关闭法兰的旋转-液压法兰密封机构；布置在装料罐下方的料桶21，用于输送料桶的传输机构。所述装料罐包括布置于底部的排料阀，与排料阀连接的排料嘴；所述法兰包括法兰盖，与法兰盖装配为一体的水冷却垫圈，设置在法兰盖上的气动阀，与气动阀连接的空气压缩机。所述料桶包括筒体，锥形筒盖。所述筒体为圆筒体或方筒体，用石英玻璃或
软化温度大于1600℃的高温陶瓷材料制造；所述锥形筒
盖顶端设置了浆料注入孔，所述锥形筒盖用软化温度小于1000℃的普通玻璃纤维
热压制造，再与筒体连接为一体形成料桶。所述物料装料装置布置在高放废水玻璃固化设施的“红区”，压缩空气系统布置在“橙区”，通过控制“橙区”内压缩空气电磁阀控制混料装桶。
[0059] 所述玻璃固化炉系统包括料桶烘干系统，料桶玻璃固化炉，玻璃料筒出炉机构，玻璃料筒进炉机构。
[0060] 所述料桶烘干系统包括安全包容建筑结构单元，与建筑结构单元连接的空气气氛冷却除水系统，布置在建筑结构单元内的料桶加热与支撑台架，布置在支撑台架下的加热电炉。所述空气气氛冷却除水系统包含与建筑结构单元顶部连接的微尘过滤器，与微尘过滤器连接的
冷凝器，与冷凝器连接的空气压缩机。空气压缩机的压缩气体出口管道再连通到每一个料桶支撑台架下。加热料桶释放的水汽以循环方式进入冷凝器，除去水后返回到建筑结构单元内，直到料筒干燥除水完毕。所述料桶加热与支撑台架由
不锈钢制造，加热温度250-350℃，所述压缩空气机组出口压力0.1MPa-0.5MPa。所述料桶烘干系统市场采购。
[0061] 所述料桶玻璃固化炉的主要功能是将干燥除水后的料桶加热到玻璃组分融化温度，实施玻璃固化，固化体与料桶融合为一体。所述料桶玻璃固化炉
[0062] 包含料桶出炉机构，炉体，料桶入炉机构，料桶，料桶轨道传输小车。所述玻璃固化炉工作温度1400℃。
[0063] 所述玻璃料筒出炉机构包含步进减速电机，轨道，丝杆，轴承座，滑动小车，固定在滑动小车上的
推杆，推杆头。步进电机驱动丝杆旋转时驱动滑动小车在轨道上移动，其推杆头将料桶推出固化炉。所述玻璃料筒出炉机构为成熟产品。
[0064] 所述玻璃料筒进炉机构与玻璃料筒进炉机构的结构与功能类似，同属成熟产品，市场采购。
[0065] 所述安全防护与放射性物质包容建筑结构单元包括用于射线屏蔽的
钢筋混凝土建筑结构单元，与建筑结构单元一体化施工的全内衬不锈钢板内墙面，布置于建筑结构单元墙上的自动开启封闭门、检修门、物料通道；与建筑结构单元连接的固体放射性粉尘过滤与收集系统。所述固体放射性粉尘过滤系统为成熟产品。所述安全防护与放射性物质包容建筑结构单元构成本发明所述“红区”。
[0066] 一种利用图1所示的一种高放废液预处理和无坩埚玻璃固化处理方法，其工艺流程如图2所示。包含以下步骤：
[0067] (一)高放废液预处理
[0068] (1)、按工艺要求完成系统工作条件准备，将系统各个设备连接，连接前系统各个设备的密封性应符合技术条件要求；
[0069] (2)、水冷却机组15控制循环冷却水温度为5℃；
[0070] (3)、在废液干燥与煅烧反应釜6与对接法兰8之间放置水冷却式密封垫圈9，向水冷却式
密封胶垫9充0.5MPa循环冷却水，该垫圈膨胀使废液干燥与煅烧反应釜6与高放废液计量端5通过对接法兰8密封连接；
[0071] (二)高放废液计量
[0072] 该工序的目的是向高放废液蒸发干燥与煅烧反应釜输送规定体积的高放废液；
[0073] (4)、开启高放废液计量罐5与废液暂存罐1之间单向阀3，使废液暂存罐中高放废液借助水位差转移到高放废液计量罐5中；
[0074] (5)、开启该计量罐5上的气动阀4，向计量罐5充注0.5MPa压缩空气，借助压缩空气推力将计量罐中的高放废液全部转移到废液干燥与煅烧反应釜6中，实现单次注入计量；
[0075] (6)、计量罐泄压，使废液暂存罐1内高放废液进入计量罐到规定液位刻度，为下一次计量与注入做准备；
[0076] (三)高放废液负压蒸发
[0077] 该工序的目的是使注入反应釜内的高放废液在负压条件下蒸发干燥，形成固体物质；
[0078] (7)、将反应釜的加热温度设置90-120℃，在低于
大气压力下进行负压蒸发反应釜内的高放废液，直到蒸干；
[0079] 重复(5)、(6)和(7)步骤，直到反应釜中累积的固体物质的体积达到反应器容积的约70％；
[0080] (四)高放废液脱硝与煅烧
[0081] 该工序的目的是使反应釜中以硝化物形态存在的固体废物进一步高温分解为氧化物，以便后续工艺玻璃固化；
[0082] (8)、提升废液干燥与煅烧反应釜6的加热温度到约350℃，加热释放物料中的残留水和促使物料中硝化物分解为氧化物和二氧化氮；
[0083] 逐步提升废液干燥与煅烧反应釜6的加热温度到约550℃-650℃，促使其中残余硝化物完全分解转化为氧化物；
[0084] (五)蒸发干燥、脱硝与煅烧废气的处理
[0085] 该工序的目的是实现蒸发干燥产生的水
蒸汽冷凝、脱硝产生的含硝气体吸收、含硝尾气脱硝达标排放处理；
[0086] (9)、高放废液在蒸发干燥、脱硝与煅烧工段产生的废气，经过初级冷却塔10、次级冷却塔11吸收处理后，再经过脱硝塔14进一步脱硝后排放；
[0087] (六)物料湿法混料
[0088] (10)、关闭水冷却式密封垫圈9的循环冷却水，使废液干燥与煅烧反应釜6与高放废液计量罐5之间的对接法兰8脱离；
[0089] (11)、冷却反应釜6到室温，并将其转移到物料混料工位；向反应釜内通入适量清洁水，开启浆料搅拌装置17使反应釜6中物料与水混合为可流动浆料；
[0090] (12)、将反应釜转移到倒料工位；向水冷却式密封垫圈充0.5MPa循环冷却水，使反应釜6与玻璃物料混料机20通过另一对接法兰18密封连接；
[0091] (13)、通过对接法兰18上的压缩空气入口向反应釜注1-2MPA压缩空气，将反应釜内可流动浆料转移到玻璃物料混料机19中；
[0092] 重复(12)、(13)步骤，直到将反应釜内物料完全转移到混料机19中；
[0093] (七)玻璃物料混料
[0094] 该工序的目的是湿法混料，防止放射性粉尘扩散；
[0095] (14)、将玻璃形成剂从玻璃形成剂通过计量后转入混料机19；
[0096] (15)、驱动混料机19的罐体做旋转运动，实现高放浆料与玻璃成形剂混料；旋转运动过程中补充规定量的清洁水，使得混合物料的水含量控制在5-6％之间；在混料罐内，玻璃成形剂与高放浆料混合形成加压条件下可流动含水物料；
[0097] (八)混合物料装桶与料桶干燥
[0098] 该工序的目的是湿法装料，防止放射性粉尘扩散；
[0099] (16)、将玻璃物料混料机19中的可流动含水物料转移到玻璃物料装料机20中；
[0100] 将盛装物料的装料机20加盖密封，向装料机20充压缩空气
挤压装料机中物料，使其中的物料通过排出口直接排到玻璃料桶21中；根据装料机中物料的流动性，控制压缩空气压力在1.0MPa-2.0MPa之间；
[0101] (17)、将数个料桶放置在平板小车上，将平板小车推入布置在料桶烘干系统的烘干炉内，关闭炉门；
[0102] (18)、启动加热电炉，控制加热烘干温度升温速度2゜/min，在350℃温度下恒温保持6-12小时；
[0103] (19)、启动压缩空气机组2，开启气体循环回路，使烘干炉内气流经过初效过滤器、冷却塔返回到炉内，其中水蒸气在冷却塔中被收集，干燥气体返回炉内；
[0104] (九)料桶玻璃固化
[0105] (20)、将料桶布置在辊道传输机构上，送入玻璃固化炉22内，加热
温度控制程序包括：350℃-600℃的预热温度时段，5°/min，保温1-2小时；600℃-900℃的低温加热时段，5°/min，保温1小时；900℃-1300℃的玻璃固化温度时段1°/min，保温1-2小时；1200℃-600℃的
退火温度炉段，炉内自然冷却到600℃以下。
[0106] 图2为本发明的一种高放废液玻璃固化固化工艺流程简图。包含高放废水计量、高放废水负压蒸发干燥、物料高温煅烧、物料倒料、物料混料、物料装桶、桶装物料干燥脱水、物料桶内玻璃固化；废气的冷却吸收、废气脱硝。
[0107] 图3所示为高放废液计量与输送子系统构成示意图。包含高放废液输送管道31，高放废液计量罐5，排液管33，对接法兰8，水冷却密封垫圈9。废液输送管31与图1所示(高放)废液暂存罐1连接，对接法兰8与图1所示蒸发干燥脱硝反应釜即废液干燥与煅烧反应釜6连接。
[0108] 图3a所示为高放废液输送管管道31的结构示意图。包括内管道311、外冲击力缓冲包层312、预应力金属铠装包
套管313。所述内管道311由石英玻璃制造；所述冲击力吸收包层312由复合纤维缠绕方式制造，所述复合纤维为不锈钢纤维与玻璃纤维的混合纤维，比例为1：2。所述预应力金属铠装包套管313由不锈钢制造。
[0109] 图3b所示为高放废液计量罐5的结构示意图。包括单向阀座321、单向阀球322、冲击力吸收包层323、罐体324、预应力金属铠装包套325、排液管326、压缩空气连接接嘴327。所述单向阀座321、单向阀球322、罐体324、排液管326由石英玻璃制造；所述冲击力吸收包层323由复合纤维缠绕方式制造，所述复合纤维为不锈钢纤维玻璃纤维混合纤维，比例为1：
1。所述预应力金属铠装包套管325、压缩空气连接接头327由金属材料如不锈钢制造。
[0110] 图3c为对接法兰8的结构示意图。包括下法兰81、法兰支撑架82、上法兰83、高放废液
接口84。所述法兰支撑架82由金属材料制造。所述下法兰81、上法兰83、高放废液接口84用石英玻璃制造。
[0111] 图4为图1所述蒸发干燥脱硝反应釜6的结构及其与对接法兰8的连接示意图。所述蒸发干燥脱硝反应釜6包括：(反应釜驱动机构)连接法兰41，轨道轮式滑动底座42，耐火砖43，反应容器44，外壳45，对接法兰8，水冷却式密封垫圈9。所述轨道轮式滑动底座42、外壳
45用金属材料制造，水冷却密封胶垫9由硅橡胶制造，反应容器主要由石英玻璃制造。
[0112] 图4a为反应釜反应容器44的结构示意图。包括加热器441，内容器442，缓冲包层443，预应力铠装外包套444。加热器441为硅
碳加热棒或其他高温加热组件，内容器442用石英玻璃制造；缓冲包层443为玻璃纤维和不锈钢纤维混合纤维缠绕层，采用感应加热融化为一体；预应力铠装外包套444用不锈钢制造。
[0113] 图4b水冷却密封垫46的结构示意图。包括环状中空胶垫461、定位环462。所述中空胶垫461用硅橡胶或其他耐高温弹性材料制造，其上布置了进水接头、出水接头，一次性使用产品。所述定位环462用金属材料制造。
[0114] 图4c反应釜驱动机构的结构示意图。所述反应釜驱动机构7包含与反应釜连接的法兰81，支撑滑杆的滑杆支撑法座82，与法兰连接的滑杆83；丝杆84，连接滑杆和丝杆的轴承座85，支撑丝杆的丝杆套86，驱动丝杆做旋转运动的电机87。
[0115] 图5为高放废液蒸发干燥废气冷却吸收塔(即初级、次级冷却塔10、11)的结构示意图。包括吸收液喷淋头51、废气出口法兰52、筒体53、列管54、底座55、废气入口法兰56、吸收液出口接嘴57。所述吸收液喷淋头51、废气出口法兰52、筒体53、列管54、废气入口法兰56、吸收液出口接嘴57用复合纤维制造，所述复合纤维为玻璃纤维和不锈钢纤维混合物。底座由金属材料制造。
[0116] 图6为高放废液蒸发干燥废气脱硝塔(的结构示意图。包含微波发生器61，尾气出口法兰62，反应塔筒体63，氮氧化物吸附材料64，基座65，尾气进口法兰69。尾气出口法兰62，尾气进口法兰69，反应塔筒体63，基座65用金属材料制造；氮氧化物吸附材料64为活性炭。
[0117] 图7为高放废液玻璃固化炉的结构示意图。包含电热炉71，料桶72，料桶出炉推出机构73，炉门74，料桶推入炉结构75。料桶出炉机构73与料桶入炉机构75的结构与功能与图4a所示反应釜驱动机构42的结构与功能类似。电热炉71的最高工作温度1600℃。
[0118] 图7a为料桶72的结构示意图。包含料筒体722，筒盖721。所述料筒体722用透明石英玻璃或软化温度大于1700℃的陶瓷材料制造。所述筒盖721为玻璃粉
烧结品，具有多孔透气结构，锥体形料筒盖顶端布置了玻璃物料注入口。筒盖722的软化温度小于800℃。将料筒体722与筒盖721连接为一体。
[0119] 综上所述，本发明实现了大体积高放废水的安全、高效处理，获得了很高的减容比，到达了背景技术不能实现的效果。因此，其具有突出的实质性特点和显著的进步。上述实施例仅为本发明典型的冷试验几组实验，不应当用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神下所作出的任何毫无实质意义的改动和润色，或是进行等同置换的技术方案，其所解决的技术问题实质上与本发明一致的，也应当在本发明的保护范围内。
