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摘要：选用微波作为热源，在负压状态下，对桶内放射性废水进行蒸发干燥。分析了干燥过程三个阶段，列举出系统设备，为进一步工业化设计打下基础。
关键词：微波、负压、干燥
1 前言
放射性废液桶内干燥技术相对比较成熟，但传热效率不高。目前常用的加热技术是电加热、热风加热、微波加热等。电加热、热风加热是由外到内，通常都设备庞大，能耗高，干燥不均匀等劣势；而微波加热是由内到外，具备设备占地少、加热效率高、加热温度均匀、加热效率高等优点。
2微波干燥原理
废水干燥就是水分汽化的过程，通常包括蒸发和沸腾。蒸发可以在任何温度下进行；而沸腾只能在特定温度下进行。但沸腾时水的汽化速度远大于蒸发时的汽化速度。
水的沸点随着压强降低而降低，这样在很大程度上，减少沸腾消耗的热量。
放射性废水微波干燥技术，就是用微波作为热源，通过热传导、热辐射等对物料中水分进行加热，使蒸发和沸腾同时进行，同时提供负压环境，加快汽化速度。
3 干燥过程
首先将一定体积的放射性废水加入桶内，启动微波加热系统对其进行加热，接着用泵向桶内连续注入液体。微波连续加热，多次少量加入废液。加热过程控制桶内液位和温度和。
微波加热干燥过程中，启动水喷射机组使桶内保持一定的负压，抽走产生的蒸汽，过滤掉夹带的杂物，通过冷凝器将水蒸气冷凝，不凝气进入排风系统。蒸汽冷凝水收集在贮槽内。微波加热装置继续工作将桶内剩余水分蒸发。
干燥过程结束后，待桶表面温度降至30℃以下，进行机械封盖。用吊车将装满残渣的钢桶取出。放入空桶进行下一次的干燥。贮槽内的冷凝液根据取样分析结果，决定其是达标排放，还是返回到微波干燥装置重复处理。
放射性废水干燥分为三个阶段
3.1干燥初期
温度上升阶段，也叫“预热阶段”。在该过程中，微波能量主要被物料中的水分所吸收，这个过程实现了对物料的预热；该时间段水分蒸发的速度缓慢，微波能量主要用于物料升温。
3.2干燥中期，
温度持平阶段，也叫“干燥阶段”。一段时间后，物料的平均温度保持在特定的值附近，物料中水分得到快速蒸发，物料的总质量以特定速率相对较为迅速的降低，该段时间微波辐射能量都被大量的热蒸汽带走，温度上升速度慢但物料总质量以较高速率下降，是干燥过程中干燥效率最高的阶段。
3.4.3干燥后期
温度攀升阶段，该时间段内温度迅速地攀升，物料盘的总质量下降速率明显减缓，这个时候物料的含水率已经很低。设想此时若关闭电源，应用物料本身的余热，就能将剩余水分几乎干燥完毕，所以该段也称为“利用余热干燥阶段”。
4 微波干燥装置
放射性废水桶内干燥装置主要包括废水暂存系统、微波干燥系统、尾气处理系统。
4.1 废水暂存系统
废水暂存系统主要功能：接收并存放放射性废水；放射性废水预处理，比如预调节pH值；向微波加热系统加液。
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该系统主要包括以下设备：储槽、渣浆泵等
4.2 微波干燥系统
主要包括以下设备：微波发生器、波导、谐振腔等组成。
（1）微波发生器
微波发生器的核心设备是磁控管。磁控管原理是把电源提供直流高压电流的电能转化为微波能量。根据工作状态的不同，可以将磁控管分为脉冲磁控管和连续波磁控管两类。脉冲磁控管主要用于雷达、通讯等领域；连续波磁控管主要应用于微波加热、医疗等领域。磁控管又有交叉场型管和线性束管等多种类型，微波加热工业多采用交叉场型管也叫“多谐振磁控管”。按照工作功率可以简单的分为三种：300W以下供理疗用，400W~l000W供微波炉加热用，l000W以上供工业使用。
（2）波导
波导是用于微波的传送、耦合、换向及器件之间相互连接。微波加热采用的波导一般是由空心金属管制成，其截面为矩形。波导中激励与耦合装置的作用，能为在波导中建立所需的电磁场模式提供条件。
（3）谐振腔
谐振腔是进行微波加热的器腔，是通过被加热物料来完成微波能量向热能量转换的器件，常见的谐振腔形式有箱式、波导式、表面波导型和辖射型等等。
另外还有环形器、能量抑制器、冷却系统等组成。
环形器是一个不可逆的传输器件，属于波导的一部分。一般用于连接微波发生器和谐振腔。当谐振腔中的一部分微波能量不能被物料全部吸收时，部分反射的微波能量通过环形器被导入终端负载，终端负载大多数是水负载，保护磁控管。能量抑制器也叫漏能抑制器，该装置设在干燥设备的物料出入口处，用来防止谐振腔中的微波泄漏。冷却系统一般是通过水负载不断循环来实现的。
4.3 尾气处理系统
尾气处理系统主要功能：产生一定的负压，抽出微波干燥产生的蒸汽：拦截过滤尾气中的杂质；将夹带的水蒸气冷凝成液体；分离不凝性气体中夹带的液滴；收集计量产生的冷凝液。
尾气处理系统包括过滤器、冷凝器、气液分离器、水喷射机组、冷凝液计量罐。
5 工艺方案
5.1 废水源项
废水1500L/d，pH=10。蒸干后固渣327kg，合计体积270L；
5.2 主要指标
系统压力：19.9kPa；水的沸点60℃
干燥能力：200L/h，
5.3加热功率计算
采用真空蒸发，考虑在60℃左右蒸发。系统压力设置为150mmHg，水的沸点只有60℃。
蒸发量m=200kg/h
废水加热P =200×（159.97-125.02）=1590kcal/h
废水蒸发P =200×723.3=144660 kcal/h
废水蒸干P总共= P加热+ P蒸发=146250 kcal/h=170.6kw
5.4微波装置功率
微波干燥器的总功率
P= P总共/η=170.6/0.6=284kW
6 结论
桶内微波负压干燥装置，经过部分功能的试验验证，系统功能能够满足放射性废物桶内干燥装置物料的接收、暂存、预处理、输送的要求，保证放射性废物桶内干燥处理的顺利进行。
参考文献
[1]贾梅兰，高超，梁栋，安鸿翔，柳兆峰，模拟含硼浓缩液微波桶内干燥初步试验研究，辐射防护，第35 卷第1 期，2015年1月
[2]杨晓计，微波负压干燥技术及应用研究，东华大学硕士学术论文，2014.5
论文作者:侯超,王本龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年13期
论文发表时间:2019/10/8
标签：微波论文; 干燥论文; 波导论文; 废水论文; 物料论文; 放射性论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2019年13期论文;