一種用于處理核設(shè)施固體廢物的等離子體發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及核廢物處理領(lǐng)域，尤其涉及一種用于處理核設(shè)施固體廢物的等離子體發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]核設(shè)施在運(yùn)行與維護(hù)中會(huì)產(chǎn)生大量低中水平放射性固體廢物，如廢過(guò)濾器、廢石棉布、濃縮液、污泥、廢樹(shù)脂等?，F(xiàn)行的處理方法通常為:分類、壓縮(超級(jí)壓縮)、水泥固化和混凝土固定。這些方法因技術(shù)成熟而被國(guó)內(nèi)核電站廣泛采用，但是處理工藝復(fù)雜、處理速度慢、廢物包容率低、壓縮后的廢物核素浸出率高。
[0003]隨著我國(guó)核電的發(fā)展，核電站低中放固體廢物處理問(wèn)題將日益突出。為了進(jìn)一步提高廢物處理處置的安全性和經(jīng)濟(jì)性，發(fā)展能夠顯著減容且產(chǎn)物長(zhǎng)期穩(wěn)定的技術(shù)變得更加緊迫。熱等離子體處理廢物時(shí)，廢物中的有機(jī)成分在惰性和還原性氣氛中被熱解為小分子，無(wú)機(jī)成分熔融冷卻后形成穩(wěn)定的固化體，使用同一裝置同時(shí)完成廢物的減容減量和放射性核素的固定，處理過(guò)程不受處理對(duì)象的限制，處理速度快。國(guó)外的研究和應(yīng)用表明，熱等離子體技術(shù)是處理放射性廢物最可靠的技術(shù)之一。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的等離子體發(fā)生器因單次連續(xù)工作時(shí)間無(wú)法超過(guò)1000小時(shí)，且使用材料無(wú)法達(dá)到核電標(biāo)準(zhǔn)等原因，使其無(wú)法直接應(yīng)用至國(guó)內(nèi)的核電廠廢物處理。國(guó)外的等離子體發(fā)生器制造單位出于技術(shù)保密等原因，并未將其具體的壽命等指標(biāo)公布。故此，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的等離子處理中低放廢物的技術(shù)，面臨著核心設(shè)備的缺失。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種用于處理核設(shè)施固體廢物的等離子體發(fā)生器，能夠用于在百萬(wàn)千瓦級(jí)核電廠的中低放射性的核固體廢物處理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種用于處理核設(shè)施固體廢物的等離子體發(fā)生器，包括:
[0007]陰極；
[0008]依次同軸串聯(lián)的至少三個(gè)陽(yáng)極，所述至少三個(gè)陽(yáng)極中的第一陽(yáng)極與所述陰極同軸相連，所述至少三個(gè)陽(yáng)極均為套層結(jié)構(gòu)；
[0009]所述陰極和所述第一陽(yáng)極之間通過(guò)高頻高電壓擊穿而建立電弧，并逐級(jí)切換至第三陽(yáng)極，使得電弧穩(wěn)定維持在所述陰極和所述第三陽(yáng)極之間，工作氣體分別從所述陰極與所述第一陽(yáng)極之間、所述第一陽(yáng)極與第二陽(yáng)極之間、所述第二陽(yáng)極與所述第三陽(yáng)極之間噴入，被電弧加熱后從所述第三陽(yáng)極出口噴出形成等離子體射流。
[0010]其中，所述陰極包括桶形銅合金外殼及包裹在所述桶形銅合金外殼內(nèi)的納米合成鈰鎢合金棒。
[0011]其中，所述陰極和所述第一陽(yáng)極之間、所述第一陽(yáng)極與所述第二陽(yáng)極之間以及所述第二陽(yáng)極與第三陽(yáng)極之間均設(shè)有耐輻照、耐高溫的絕緣材料，所述絕緣材料在徑向上設(shè)有用于噴入工作氣體的通孔。
[0012]其中，所述第一陽(yáng)極整體結(jié)構(gòu)為空心環(huán)狀，內(nèi)部設(shè)有用于流通冷卻水的通道，還包括圓臺(tái)狀的中心頂部，所述中心頂部與所述鈰鎢合金棒共軸。
[0013]其中，所述鈰鎢合金棒的中心面的圓心到所述中心頂部的第一邊界距離L1為2?20mm，第二邊界距離L2為5?25mm，其中，所述第一邊界是指所述中心頂部的圓臺(tái)頂面與側(cè)面相交處，所述第二邊界是指所述中心頂部的圓臺(tái)底面。
[0014]其中，所述第三陽(yáng)極內(nèi)部為筒狀結(jié)構(gòu)，包括漸縮部、直筒部和漸擴(kuò)部，所述漸縮部的內(nèi)壁與所述第三陽(yáng)極的軸線之間形成漸縮角α?，所述漸擴(kuò)部的內(nèi)壁與所述第三陽(yáng)極的軸線之間形成漸擴(kuò)角α2。
[0015]其中，所述漸縮角α?的范圍為0?30°，所述漸擴(kuò)角α2的范圍為0?30°。
[0016]其中，所述第三陽(yáng)極的外表面敷設(shè)有0.2?2mm抗高溫、抗腐蝕的合金材料。
[0017]其中，還包括自動(dòng)更換陰極裝置，用于在所述陰極損耗后自動(dòng)更換新的陰極。
[0018]其中，所述自動(dòng)更換陰極裝置包括安裝圓盤，在徑向上均布若干個(gè)陰極安裝位，所述若干個(gè)陰極安裝位分別用于安裝所述陰極。
[0019]其中，還包括電極快換接頭，所述電極快換接頭包含所述陰極和所述各個(gè)陽(yáng)極的接線，為螺栓壓電纜線的結(jié)構(gòu)。
[0020]其中，還包括水氣管快換接頭，包含冷卻水接嘴和工作用氣接嘴，所述冷卻水接嘴為快速接頭結(jié)構(gòu)，進(jìn)水與出水都在同一接嘴內(nèi)部，所述工作用氣接嘴為快速接頭結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣與出氣都在同一接嘴內(nèi)部。
[0021]其中，所述冷卻水接嘴還用于當(dāng)從爐體抽出所述等離子體發(fā)生器后，插入吹掃接嘴的噴入口，送入熱空氣，將所述等離子體發(fā)生器冷卻層中的殘余水吹出。
[0022]其中，所述等離子體發(fā)生器具備非轉(zhuǎn)移弧和轉(zhuǎn)移弧交替使用的模式。
[0023]本實(shí)用新型實(shí)施例的有益效果在于，能夠用于在百萬(wàn)千瓦級(jí)核電廠的中低放射性的核固體廢物處理。通過(guò)采用特殊的材料和部件結(jié)構(gòu)，保證了等離子體發(fā)生器的單次連續(xù)運(yùn)行壽命能夠超過(guò)1000小時(shí)。通過(guò)采用增設(shè)電極快換接頭、水氣管快換接頭等方式，能夠使得運(yùn)行維修人員在最短的時(shí)間完成工作，并使得受輻射劑量最小。同時(shí)，通過(guò)在轉(zhuǎn)移弧和非轉(zhuǎn)移弧之間運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)能量的高效利用。
【附圖說(shuō)明】
[0024]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一種用于處理核設(shè)施固體廢物的等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中自動(dòng)更換陰極裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中陰極和第一陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中第三陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例中非轉(zhuǎn)移弧的工作模式示意圖。
[0030]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例中轉(zhuǎn)移弧的工作模式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下各實(shí)施例的說(shuō)明是參考附圖，用以示例本實(shí)用新型可以用以實(shí)施的特定實(shí)施例。本實(shí)用新型所提到的方向和位置用語(yǔ)，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「內(nèi)」、「夕卜」、「頂部」、「底部」、「?jìng)?cè)面」等，僅是參考附圖的方向或位置。因此，使用的方向和位置用語(yǔ)是用以說(shuō)明及理解本實(shí)用新型，而非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。
[0032]本實(shí)用新型實(shí)施例用于處理核設(shè)施固體廢物的等離子體發(fā)生器中，核設(shè)施是指核動(dòng)力廠(包括核電廠、核熱電廠、核供汽供熱廠等)及其它反應(yīng)堆(包括研究堆、實(shí)驗(yàn)堆、臨界裝置等)。
[0033]請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種用于處理核設(shè)施固體廢物的等離子體發(fā)生器，包括:
[0034]陰極1和依次同軸串聯(lián)的至少三個(gè)陽(yáng)極，所述至少三個(gè)陽(yáng)極中的第一陽(yáng)極2與所述陰極1同軸相連，所述至少三個(gè)陽(yáng)極均為套層結(jié)構(gòu)，工作時(shí)，首先在陰極1和第一陽(yáng)極2間通過(guò)高頻高電壓擊穿，使其間建立電弧，并將工作氣體電離(簡(jiǎn)稱起弧階段)，隨后逐級(jí)切換至第三陽(yáng)極4，使得電弧穩(wěn)定維持在陰極1和第三陽(yáng)極4之間，工作氣體從陰極1與第一陽(yáng)極2、第一陽(yáng)極2與第二陽(yáng)極3之間、第二陽(yáng)極3與第三陽(yáng)極4之間噴入，被電弧加熱后從第三陽(yáng)極4出口噴出形成等離子體射流。
[0035]具體來(lái)說(shuō)，陰極1包括桶形銅合金外殼11及包裹在桶形銅合金外殼11內(nèi)的納米合成鈰鎢合金棒12。鈰鎢合金棒12的鈰元素的載體為氧化鈰(Ce02)，氧化鈰在鈰鎢合金中的比例為0.5?4%。鈰鎢合金棒12的制作方法為納米級(jí)粉末合成方法，其特點(diǎn)為晶粒更加細(xì)小，鈰在基體鎢中的分布更彌散、均勻；晶粒細(xì)化加強(qiáng)了鈰向表面擴(kuò)散的能力，使得表層鈰存在于較寬的溫度范圍內(nèi)；高溫下表層含有超額鈰的活性層厚度增大，超額鈰的含量也增多，納米鈰鎢發(fā)射材料的鈰氧的活性層更厚，因此熱發(fā)射性能也更為優(yōu)異，使得陰極工作性能更穩(wěn)定，壽命更長(zhǎng)。陰極1的外部還設(shè)有冷卻水外套，該外套的材料為不銹鋼材料0Crl8Ni9Ti，其中Co含量小于0.2%。
[0036]第一陽(yáng)極2的材料為銅合金，其外部也設(shè)有冷卻水外套，該外套的材料為不銹鋼材料0Crl8Ni9Ti，其中Co含量小于0.2%。第一陽(yáng)極2的作用在于引弧。首先利用陰極1和第一陽(yáng)極2之間的高頻高壓進(jìn)行短暫擊穿，保證其間的氣體充分電離，形成局部等離子體。第一陽(yáng)極2整體結(jié)構(gòu)為空心環(huán)狀，內(nèi)部設(shè)有用于流通冷卻水的通道20，還包括圓臺(tái)狀的中心頂部21(圖2所示其截面為倒梯形)。第一陽(yáng)極2的中心頂部21與陰極1的鈰鎢合金棒12共軸。陰極1和第一陽(yáng)極2之間、第一陽(yáng)極2與第二陽(yáng)極3之間以及第二陽(yáng)極3與第三陽(yáng)極4之間均設(shè)有絕緣材料5，能夠耐輻照、耐高溫。通常所使用的聚四氟乙烯、聚四氯乙烯類材料不適合在核設(shè)施范圍內(nèi)所使用。絕緣材料5在徑向上均設(shè)有通孔50，用于噴入工作氣體。
[0037]陰極1和第一陽(yáng)極2之間的工作氣體通過(guò)絕緣材料5的徑向通孔50噴入，氣源由水氣管快換接頭8中的氣管提供。噴入孔徑吹出的氣體的中心線形成切圓，達(dá)到形成旋風(fēng)氣流的效果，以穩(wěn)定此段的等離子體流態(tài)。陰極1與第一陽(yáng)極2之間的尺寸對(duì)于穩(wěn)定電弧的作用非常重要，本實(shí)施例中，鈰鎢合金棒12的中心面的圓心到第一陽(yáng)極2的中心頂部21的第一邊界距離L1為2?20mm，第二邊界距離L2為5?25mm，其