放射性废液热泵蒸发装置去污效率研究

来源: 发布时间:2019-07-17 09:25:09

  【摘要】热泵蒸发技术是一种对废热进行回收再利用的技术,在对废热进行蒸发的过程中会产生携带一定量的放射性液沫的二次蒸汽。这种二次蒸汽具有较高的污染指数。但除沫分离器是组成热泵蒸发装置的重要设备,该设备可以有效去除蒸汽水肿携带的液滴,从而降低冷凝水的放射性。本文对放射性废液热泵蒸发装置去污效率进行了研究,希望对相关人员有帮助。

  【关键词】放射性废液; 热泵蒸发装置;去污效率

  1.引言

  在进行核电站放射性废液处理时,热泵蒸发装置得到了广泛的应用,并且其工艺已经成熟。放射性废液的处理方法是用小型的热泵蒸发装置进行去污处理,热泵蒸发装置采用了蒸汽压缩机,加之模块化结构的应用。因此,在进行去污的过程中消耗的能量比较低,并且自动化的程度高。目前,热泵蒸发装置在国内的研究已初有成效。据相关资料显示:热泵蒸发装置在我国已经完成了样机的设计、制造以及性能的检验等工作。相信在不久的将来,热泵蒸发装置会很快得到广泛的应用[1]。

  2.放射性废液热泵蒸发装置的

  热泵蒸发装置主要是由热交换器、除沫分离器、罗茨风机以及预热器四个设备共同组成。其中除沫分离器的去污性能最为显著,它主要是采用了四级分离结构。第一级是旋风分离段,主要作用是去除二次蒸汽中携带的较大的放射性液沫,其作用原理是利用惯性离心力的作用下把二次蒸汽中分离出来的放射性液沫,保持合适的速度把它切向引进旋风分离器筒体,并依靠离心力的作用把放射性液沫扔在器壁上,这时放射性液沫就会受到挡水板的反击返回,最终在旋风分离器筒体的底部被排除。第二级是旋流板除沫段,主要作用是去除二次蒸汽中携带的粒径10μm以上放射性液沫。其工作原理是利用离心分离的原理对放射性液沫进行除沫,旋流板是由许多具有仰角倾斜的叶片组成,二次蒸馏穿过叶片时就会转变为旋转气流,气流中携带的放射性液沫在惯性的作用下被甩向内侧。第三级和第四级同位于一个阶段,被叫做丝网除沫段,主要作用是去除1μm至10μm之间的放射性液沫。其工作原理是期考气流通过多层的细金属丝网达到去污的目的,在进行丝网除沫段需要掌握放射性液沫的流速,这关乎着丝网除沫段的分离效率。如果放射性液沫的流速太快或者太慢,都会导致放射性液沫就从丝网顶部逃走。因此,对放射性液沫的流速进行合理的控制十分重要。由此可见,除沫分离器四级分离结构的设置不仅有效达到去污的目的,在对放射性液沫进行分离处理的时候也具有节约空间的优势[2]。

  3.放射性废液热泵蒸发装置去污因子的估算

  二次蒸发过程中产生的放射性夜沫大小的分布呈现出两种情况,第一种是当放射线液沫的直径在10μm-100μm之间时,生成速率随着放射性液沫的物性和气泡尺寸的增加而增加,即呈现出正比例的关系,可以说蒸发速率与蒸发器结构对生成速率基本没有影响。由于放射性液沫体积比较小,导致它的沉降速度小于二次蒸汽的上升速度。因此,容易被二次蒸汽携带出蒸发室。第二种是当放射线液沫的直径达到100μm以上,蒸发强度就会对放射性液沫的生成速率产生严重的影响。并且放射性液沫具有较高的沉降速度,在二次蒸汽流出蒸发室的过程就会在重力的作用下被重新弹回蒸发室内。因此,对进入除沫设备内的放射性液沫有较高的要求,第一类放射性液沫的含量要保证为蒸发量的1%-3%。由此可知,除沫分离器旋风段的分离效率与切向进口放射性液沫的流速有关,通常切向进口的放射性液沫的流速要保持在12m/s-1515 m/s。根据Rosin式估算旋风分离段的临界粒径dpc可知,直径小于dpc的放射性液沫会被蒸汽携带通过旋风分离短进入旋流板进行二次分离,旋流板可以分离的放射性液沫的直径是大于10μm,如果放射性液沫的直径小于10μm,则会被二次蒸汽携带到第三级丝网段进行分离。通过计算第一级和第二级的分离除去的放射性液沫可知,第三级丝网段的分离效率达到90%以上[3]。

  通过以上分析可知,热泵蒸发装置确实有较高的去污能力,其去污因子可以达到105的量级。利用热泵蒸发装置对放射性废液进行处理,其处理后产生的冷凝液放射性活度可以很好的满足排污的标准要求。

  4. 放射性废液热泵蒸发装置的去污性能

  根据热力学第二定律,热能中一部分会转化为效能。因此,在进行在利用热泵蒸发装置处理放射性废液的时候就要尽量较少效能的损失,使能量能够得到合理的利用,这才能达到节能减排的目的。在热泵蒸发装置中由于有效传热的温差较小,这就会导致热速率降低,换热时间和设备的有效换热面积就会增加。因此,要想获得较高的COP,必须严格控制设备制造的成本,并选择合适的传热温差。

  5.结论

  蒸发是消耗能量的过程,热泵蒸发技术的应用对二次蒸汽进行了回收,并且使其得到了充分的利用。只要热泵蒸发装置的设置合理,必然会减少能量的消耗,提高蒸汽的品质。热泵蒸发装置对处理放射性废液具有较高的去污能力,并且工艺流程紧凑,可以达到环保的要求。因此,利用热泵蒸发装置处理放射性废液具有十分可观的应用前景。

  【参考文献】

  [1]卢佳,周焱.放射性废液热泵蒸发装置去污效率研究[J].山东化工,2017,46(19):191-194.

  [2]侯超,张化福,张钰,张振涛,杨鲁伟. 核电站放射性废液处理过程采用机械蒸汽再压缩技术特性研究[J]. 现代化工,2018,38(02):158-161

  [3]卢佳,周焱,王鑫,黄珏. 放射性化学废液小型热泵蒸发装置设计[J]. 广州化工,2017,45(17):142-144.

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