L型等离子体熔融炉预热升温数值模拟及优化研究

作     者：魏智刚 李箫波 王伟 陈思邈 丁泮 张帆 程昌明 叶欣楠 WEI Zhigang;LI Xiaobo;WANG Wei;CHEN Simiao;DING Pan;ZHANG Fan;CHENG Changming;YE Xinnan

作者机构：海南核电有限公司海口570100 核工业西南物理研究院成都610000 中核同创(成都)科技有限公司成都610207 中国核电工程有限公司北京100840 

出 版 物：《真空科学与技术学报》 (Chinese Journal of Vacuum Science and Technology)

年 卷 期：2024年第44卷第5期

页      面：417-427页

学科分类：082704[工学-辐射防护及环境保护] 08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 

基　　金：2021海南省重大科技计划项目(ZDKJ2021056) 中核集团华龙后续机型集中研发项目(JZHL-402-2) 核工业西南物理研究院西物创新项目(202301XWCX003) 

主　　题：热等离子体 危废处理 熔融炉 有限元模拟 

摘      要：L型等离子体熔融炉因其具有热解气化效率高、抑制核素挥发等特点,在低中放射性废物处理方面具有独特优势。由于炉内等离子体炬的高温特性,在预热阶段采用等离子体炬升温存在温度不可控的问题,从而可能造成炉内温度分布均匀性差,严重时甚至会造成炉内局部耐火材料的损伤甚至失效。文章针对L型等离子体熔融炉搭建了有限元数值模拟模型,探究了热风进口分布位置及等离子体炬安装位置对预热效果的影响。结果表明,对称式送风布置形成热风对冲区导致炉内热量传递受阻,而采用单侧热风进口布置可避免上部竖炉和下部炉膛的交界拐角处的低温区,使炉内温度梯度较小。通过试验对比,开启3个单侧送风口,进风总流量为200 m^(3)/h、热风温度为200℃、等离子体炬(76 kW)相对位置布置夹角为40°时,炉内整体温度分布均匀性较优。文章结论可为L型等离子体高温熔融炉的设计及运行提供实际指导,提升设备可靠性及安全性。