熱解氣化處理中低放射性廢物的工藝方法

張召文

摘 要：本文提出了一種處理中低放射性廢物的工藝方法，采用氣化的手段將核電子在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的部分中低放廢物減容減量處理，使放射性廢物最大限度地減少儲存空間，實現(xiàn)尾氣的無害化處理。

關(guān)鍵詞：中低放射性廢物；氣化；焚燒技術(shù)

Abstract： This paper puts forward a kind of low and medium radioactive wastes treatment process， and mainly studies the method of nuclear electronic gasification in the process of running some low-level waste volume reduction processing， the radioactive waste to minimize storage space， realize the harmless treatment of exhaust gas.

Keywords： low and medium radioactive wastes； gasification； incineration technology

中圖分類號：X799 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.引言

核能和核技術(shù)在給人類帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的同時，也極大地危害著人類的健康和環(huán)境的安全。核電廠在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的放射性固體廢物的處理與處置是核電站發(fā)展中必須解決的重要問題。在國家大力發(fā)展核電站的背景下，產(chǎn)生的放射性固體廢物量也將成倍增加，如不嚴(yán)加控制和采取減容措施，勢必造成放射性廢物暫存壓力、增加最終處置費用和電廠運(yùn)行成本等。在核電廠內(nèi)采用合理的廢物處理工藝，滿足廢物最小化已經(jīng)迫在眉睫。

目前，我國在運(yùn)核電機(jī)組22臺，總裝機(jī)容量2010萬kW；在建機(jī)組26臺，規(guī)模2800萬kW，我國成為世界核電在建規(guī)模最大的國家。按規(guī)劃到2020年在運(yùn)機(jī)組5800萬kW，在建3000萬kW，包括紅沿河二期、CAP1400示范工程、“華龍一號”國內(nèi)示范工程迎來重啟后的首個高峰。以此計算，從2015年～2020年6年時間要新建4000萬kW，即每年平均開工6臺左右核電機(jī)組。“十二五”期間在建規(guī)模保持著世界第一。

田灣核電站1、2號機(jī)組運(yùn)行期間產(chǎn)生的固體廢物主要有兩種，一種為工藝廢物（蒸殘液和廢樹脂），這些廢物被水泥固化在混凝土桶內(nèi)；另一種為技術(shù)廢物，絕大部分為人員防護(hù)用品、抹布、吸水紙、塑料布等。技術(shù)廢物經(jīng)初級壓縮處理后裝入200L鋼桶。截至2013年底，田灣核電站兩臺機(jī)組在運(yùn)行均不足7個燃料循環(huán)的情況下，產(chǎn)生的放射性固體廢物總量己高達(dá)1800m3，其中技術(shù)廢物約為450m3，占固體廢物總量的25%。

焚燒技術(shù)是固體廢物最簡單、最有效的熱化學(xué)處理工藝，并具有良好的減量化效果，使用廣泛。熱解氣化屬于焚燒技術(shù)，但是熱解氣化產(chǎn)生的尾氣更易于處理，因此熱解氣化法日益引起重視。

熱解是指在無氧或缺氧的惰性氣氛下，利用高溫使固體廢物有機(jī)成分裂解。氣化則是在熱解的基礎(chǔ)上，加入功能氣化劑，一方面促進(jìn)長鏈揮發(fā)性產(chǎn)物向小分子烴類轉(zhuǎn)變，另一方面也通過焦炭和氣化劑反應(yīng)使固體產(chǎn)物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成氣體產(chǎn)物。熱解氣化過程產(chǎn)生的煙氣量小，氣流速度慢，夾帶的粉塵少，且熱解氣化法在還原性氣氛下進(jìn)行，硫化物和氮化物的生成受到一定的抑制，因而熱解氣化，對環(huán)境更加友好。

核電站運(yùn)行產(chǎn)生時產(chǎn)生的放射性固體廢物按來源分為工藝廢物和技術(shù)廢物兩大類。技術(shù)廢物是檢修過程中產(chǎn)生的各種檢修廢物，主要是控制區(qū)檢修活動產(chǎn)生的固體廢物，包括塑料布、吸水紙、手套、抹布、報廢的工作服、氣衣和報廢的設(shè)備、零部件、保溫材料、建筑材料等。對控制區(qū)收集的檢修廢物進(jìn)行仔細(xì)分類，然后進(jìn)行壓縮、打包。據(jù)統(tǒng)計，檢修廢物中約87%為可燃廢物，其中塑料制品占了很大比例；13%為不可燃廢物，主要是廢金屬和建筑垃圾。目前廣東核電集團(tuán)有4臺機(jī)組在運(yùn)行，每年約產(chǎn)生技術(shù)廢物100m3左右（整備后的體積）。 采用熱解氣化方法處理可燃廢物是比較先進(jìn)的解決方案。

1.熱解氣化處理中低放廢物的工藝路線

采用熱解氣化技術(shù)處理中低放廢物的工藝路線為：

（1）預(yù)處理：進(jìn)行分揀和＼或破碎和＼或打包。

（2）熱解氣化處理：采用熱解氣化的方式將可降解廢物轉(zhuǎn)化為小分子可燃?xì)怏w和固體殘渣。

（3）熱氧化處理：將初級處理產(chǎn)生的可燃?xì)怏w通過通入過量氧氣的方法，將氣體中的可燃?xì)怏w完全氧化為二氧化碳、氮氧化物、硫化物和小部分殘渣等。

（4）尾氣凈化處理：將熱氧化處理過程產(chǎn)生的尾氣，經(jīng)過一系列洗滌、吸附、過濾、分離等工藝過程去除灰塵、放射性核素、酸性氣體和有害氣體。

（5）固化處理：將灰渣熔融灌入固化系統(tǒng)，與配料處理系統(tǒng)提供的礦物質(zhì)結(jié)合，對灰渣進(jìn)行固化，固化后的殘渣交核電站統(tǒng)一管理。

1.1 預(yù)處理

（1）分揀

將固體廢物中可能混雜的少量不可燃物（如金屬、玻璃、磚頭等），同時可防止閃點溶劑或氣霧劑瓶等危險物質(zhì)進(jìn)入焚燒爐。

（2）破碎

為達(dá)到加料和焚燒的要求，對大塊可燃廢物需進(jìn)行適當(dāng)?shù)仄扑椤?/p>

（3）包裝計量

破碎后的物料較難控制加料量且增加輸送困難，為此，破碎后物料應(yīng)經(jīng)適當(dāng)?shù)脑侔b、以料包的形式進(jìn)行輸送和加料。

將計量后的料包輸送至熱解氣化爐。

1.2 熱解氣化處理

熱解氣化處理中低放廢物的主要目的是將中低放廢物通過熱解或通入適量氣化劑的方式，轉(zhuǎn)化為盡可能多的小分子可燃?xì)怏w和小部分殘渣。對于核電行業(yè)可以熱解氣化的物品主要是：純棉防塵服、防塵服飾、塑料布、塑料防塵服飾、橡膠用品等。其中主要采用的氣化劑為氧氣、空氣、水蒸氣等。熱解溫度為300℃～500℃之間，加熱時間1小時左右。

1.3 熱氧化處理

將初級處理產(chǎn)生的可燃?xì)怏w通過通入過量氧氣的方法，將氣體中的可燃?xì)怏w完全氧化為二氧化碳、氮氧化物、硫化物和小部分殘渣等。一般采用霧化噴嘴燃燒技術(shù)。但是在核電行業(yè)為了確保絕對安全可以采用更加安全穩(wěn)妥的辦法——多孔介質(zhì)燃燒。該技術(shù)主要通過有催化功能的蜂窩狀陶瓷型體為媒介，將進(jìn)入該燃燒器的氣體或液體充分分散燃燒，形成均勻燃燒體，并且可以將蜂窩狀陶瓷體蓄熱，使燃燒持續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行，確保燃燒的安全、穩(wěn)定性。

1.4 尾氣凈化處理

通過熱氧化處理的氣體，溫度較高，一般先通過急冷將尾氣溫度迅速降低到250℃以下，防止二噁英的生成。然后經(jīng)過洗滌、過濾、吸附、分離等方式將尾氣中的灰塵顆粒，放射性核素、凝膠等物質(zhì)去除掉，達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 固化處理

現(xiàn)在的固化處理技術(shù)主要為：玻璃固化、水泥固化、混凝土固化、類礦石固化和類玻璃固化等。采用最廣泛，并且操作較簡單的還是水泥固化。但是水泥固化的缺點是：用來固化離子交換樹脂時，由于樹脂有溶脹性，經(jīng)過一定時間的溶脹，會將用于固化的水泥粉化，造成放射性物質(zhì)的逸散，造成一定的危害。本工藝采用類玻璃固化技術(shù)，將灰渣高溫熔融，灌入核電廢物類玻璃體礦物質(zhì)內(nèi)部形成類玻璃體固化。其中，采用的類玻璃體礦物也是有核電站運(yùn)行期間產(chǎn)生的廢物?？諝鉃V芯器和保溫棉內(nèi)含有很多玻璃纖維，可以經(jīng)過處理產(chǎn)生類玻璃體物質(zhì)，用于類玻璃體固化，大大提高了核電廢物處理的減容系數(shù)。實現(xiàn)核電行業(yè)最大程度的清潔運(yùn)行，產(chǎn)生良好的社會效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2.焚燒技術(shù)在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀

中國輻射防護(hù)研究院（以下簡稱中輻院）從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行廢物焚燒技術(shù)的研究，在前期試驗的基礎(chǔ)上，于“九五”期間研制了一套以固體廢物熱解焚燒為主的“多用途放射性廢物焚燒工程試驗裝置”。已建成和在建的放射性廢物焚燒設(shè)施共有3座。這3座焚燒設(shè)施均采用中國輻射防護(hù)研究院自主研發(fā)的焚燒主工藝系統(tǒng)。其煙氣凈化系統(tǒng)是焚燒主工藝系統(tǒng)3個組成部分之一。

為了減少核電廠的操作成本，樹立核電工業(yè)對環(huán)境友好的形象，期望研發(fā)單位企業(yè)、高校和國家研發(fā)部門開發(fā)更加環(huán)保、清潔、高效的中的放射性廢物的處理工藝或方法。安全有效地將中低放可降解廢物處理成對環(huán)境無危害的氣體和液體等物質(zhì)，從而達(dá)到實現(xiàn)核電的清潔能源的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]《中國軍轉(zhuǎn)民》編輯部.努力建設(shè)核工業(yè)強(qiáng)國——國防科技工業(yè)“十二五”成就系列報道之三[J].中國軍轉(zhuǎn)民，2016（3）：22-17.

[2]賈曉鴻.可降解技術(shù)在田灣核電站的應(yīng)用[J].科技傳播，2014（9）：181-182.

[3]祝紅梅.醫(yī)療廢物中典型組分的熱解焚燒特性及回轉(zhuǎn)式流化冷渣三段焚燒系統(tǒng)的數(shù)值模擬[D].杭州：浙江大學(xué).

[4] GB9133-1955，放射性廢物的分類[S].

[5]王培義，周連泉，馬明燮，等.多用途放射性廢物焚燒系統(tǒng)的工藝流程[J].輻射防護(hù)，2002，22（6）：321.