[发明专利]外循环式高放废液连续蒸发浓缩脱硝器

说明书

本发明公开了一种外循环式高放废液蒸发浓缩脱硝器，包括：蒸发浓缩脱硝釜、外部循环管、加热器，背压过热区和除沫净化塔，其中，蒸发浓缩脱硝釜一侧底部开口与外循环管相连，外循环管与加热器相连，加热器上部与背压过热区相连，背压过热区与蒸发浓缩脱硝釜的另一侧面开口相连，蒸发浓缩脱硝釜顶部与除沫净化塔相连。该蒸发浓缩脱硝器产生的沉淀不会大量沉积，有效分离小液滴和破除泡沫，防止爆沸发生，可适用于产生沉淀和/或易爆沸的高放废液的蒸发浓缩脱硝处理。

技术领域

本发明涉及核能乏燃料后处理技术领域，特别涉及一种外循环式高放废液连续蒸发浓缩脱硝设备。

背景技术

核反应堆在运行一定时间后，对内燃料燃耗在达到一定程度成为乏燃料后需要卸出并进行后处理，回收其中的铀、钚以及其它贵重核素。目前乏燃料后处理广泛采用PUREX流程。在PUREX流程以及其它类似流程中，乏燃料均是被硝酸溶解形成料液，然后再通过液液萃取操作实现硝酸溶液中铀钚的提取和分离。上述硝酸溶液在提取铀钚后，里面仍含有高放射性、长寿命周期的其它核素，被称为高放废液。高放废液通常需要通过蒸发-浓缩-脱硝处理来减少废液体积，以便进行后续的临时贮存并继续进行玻璃固化或者进一步的分离减容等操作。因此，在乏燃料后处理主工艺流程和高放废液辅助工艺流程之间，高放废液的蒸发浓缩脱硝操作是关键的衔接环节。

对于高放废液蒸发浓缩脱硝来说，其3个基本操作过程为：加热溶液、过热溶液沸腾蒸发、甲醛(或甲酸)脱硝反应。目前上述步骤采用的典型设备是加热室和汽液分离室分开设置的外加热式蒸发器。该设备的一个显著特点是将上述3个基本操作过程都集中在加热室中完成，在操作方法上则普遍采用分段蒸发浓缩－脱硝(首先加热蒸发溶液使硝酸浓缩至一定浓度，而后停止加热，加入甲醛或甲酸脱硝使硝酸浓度降至一定数值，然后再次加热溶液进行蒸发浓缩并重复上述过程，直至溶液体积和硝酸浓度符合要求为止)或者清蒸(一次性地将溶液加热蒸发浓缩至所需体积，而后停止加热，再逐渐地加入甲醛或甲酸一次性地脱硝至所需酸度)的操作方法对料液进行处理。对外加热式蒸发器的结构特点分析可知，对于蒸发浓缩脱硝过程产生沉淀的料液，由于3个基本操作过程都集中在加热室内完成，因此如有沉淀产生，则沉淀必然会沉积在加热室中，严重时将引起管道堵塞从而导致操作无法正常进行。对应燃耗较深的动力反应堆乏燃料，高放废液中锆含量相对较高，在对该废液进行蒸发浓缩脱硝的过程中，当硝酸浓度降至一定程度时，锆离子和钼离子将以钼酸锆沉淀的形式沉积出来，因此普遍采用的外加热式蒸发器以及其它类似的，如夹套釜式蒸发器等都不适用。此外，现有类型的高放废液蒸发浓缩脱硝设备均存在容易爆沸的问题，即高放废液产生大量泡沫并溢流出设备进入后续管路的问题，这将导致设备状态失稳和放射性泄漏等严重问题。综合上述，目前尚没有可解决沉淀析出、爆沸问题的高放废液蒸发浓缩脱硝设备。

发明内容

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。

为此，本发明的目的在于提出一种外循环式高放废液蒸发浓缩脱硝器。

为达到上述目的，本发明实施例提出了外循环式高放废液蒸发浓缩脱硝器，包括：蒸发浓缩脱硝釜、外部循环管、加热器，背压过热区和除沫净化塔，其中，所述蒸发浓缩脱硝釜一侧底部开口与所述外循环管相连，所述外循环管与所述加热器相连，所述加热器上部与所述背压过热区相连，所述背压过热区与所述蒸发浓缩脱硝釜的另一侧面开口相连，所述蒸发浓缩脱硝釜顶部与所述除沫净化塔相连；所述蒸发浓缩脱硝釜包括脱硝剂分布器、隔板、溢流区和旋风分离器，其中，所述脱硝剂分布器设置在所述蒸发浓缩脱硝釜的底部，所述旋风分离器设置在所述蒸发浓缩脱硝釜的顶部，所述蒸发浓缩脱硝釜侧面靠近底部开口一侧通过所述隔板形成与蒸发浓缩脱硝区相隔离的溢流区。