MDS設施TBP精餾殘液熱解焚燒處理技術(shù)工程應用

吉頭杰 魏亞妮 高振 楊松濤 李晶

中核四0四有限公司 甘肅蘭州 732850

由于水解、輻射降解等原因，從PUREX流程輸出的TBP也可能夾帶放射性核素，形成界面污物，從而影響萃取設備的運行性能，進而降低PUREX流程的凈化能力，因此需定期從PUREX流程的各個循環(huán)輸出用過的TBP，并進行溶劑再生后才能重復利用。溶劑精餾是TBP再生的有效手段，但精餾殘液的處理非常關(guān)鍵，熱解焚燒技術(shù)是目前采用的最廣泛[1]。

1 精餾殘液熱解焚燒處理工藝介紹

（1）工藝流程概述。阿格廠MDS設施熱解焚燒工藝流程分為熱解準備、熱解、熱解氣燃燒、尾氣處理和焚燒灰水泥固化等五個部分。

（2）熱解準備。精餾殘在接收槽攪拌均勻后送到備料槽，同時將一定量的水、鎂石灰（MgO）、乳化劑添加到備料槽中，攪拌均勻并形成乳濁液，過濾后輸送到供料槽攪拌后，經(jīng)計量，噴射到熱解爐熱解。

（3）熱解。熱解爐預熱至300℃～500℃，并在氮氣保護下，將從供料槽供給的料液在缺氧的狀態(tài)下進行熱解，TBP熱解形成P2O5迅速與MgO反應生成焦磷酸鎂等灰渣。熱解爐中設置有螺旋攪拌器和不銹鋼研磨球，螺旋攪拌器的攪拌槳在電機的驅(qū)動下在熱解爐中旋轉(zhuǎn)，帶動熱解器中的研磨球轉(zhuǎn)動，一方面通過不銹鋼研磨球?qū)崃總鬟f到噴入的乳濁液上，促使有機廢液完成熱分解，另一方面將形成的灰渣進行研磨，防止出現(xiàn)沉積和結(jié)皮。熱解產(chǎn)生的氣體通過熱解爐上設置的燭型過濾器過濾后輸送到燃燒爐[2]。

（4）熱解氣焚燒。熱解氣輸送到燃燒爐之前，通過向燃燒爐內(nèi)噴入助燃劑（柴油、煤油）和過量空氣燃燒，將燃燒爐預熱至1000℃左右后，再將過濾燭過濾的熱解氣輸送到燃燒爐燃燒，形成CO2和水蒸氣。

（5）尾氣處理。熱解氣燃燒形成的CO2和水蒸氣、NOx、SOx，以及伴隨部分揮發(fā)性氣體從熱解爐輸出后，先通過空氣浸取器，使溫度冷卻到600℃～800℃的范圍內(nèi)，以防止水蒸氣凝結(jié)形成液體。從浸取器出來的氣體再通過文丘里洗滌器，將尾氣快速從800℃淋洗到78℃左右，以破壞二噁英氣體的形成。洗滌后尾氣通過填料塔二次洗滌后，經(jīng)排風機和煙囪排出。

（6）焚燒灰水泥固化處理。焚燒灰采用桶外攪拌裝置，熱解產(chǎn)生的焚燒灰通過氣閥輸送到料斗內(nèi)，料斗內(nèi)設置有攪拌裝置，通過攪拌將焚燒灰進一步攪碎、攪均勻，攪拌的同時往料斗內(nèi)輸送氮氣，以防止隨焚燒灰排出的熱解氣發(fā)生爆炸。料斗內(nèi)攪拌均勻的焚燒灰輸送到攪拌機內(nèi)，同時加入水、添加劑、水泥攪拌，再將攪拌機中的水泥漿澆注到廢物桶，進行養(yǎng)護后貯存[3]。

2 MDS設施運行結(jié)果

2.1 MDS設施運行處理廢TBP量說明

MDS設施能夠處理TBP含量在85%～90%的有機殘液，第一年處理了約10m3，以后每年的處理量見表1。

表1 阿格后處理廠MDS設施有機殘液熱解焚燒處理情況

表1可以看出，MDS設施運行平穩(wěn)。2015年由于熱解爐攪拌器電機出現(xiàn)卡滯，螺旋攪拌器出現(xiàn)變形，形成沉積物，更換螺旋攪拌器和電機，致使處理量有所下降。

殘液的β/γ放射性濃度約為1．5×105Bq/L，α放射性濃度約為2×105Bq/L，小于允許貯存的標準濃度（βγ放射性濃度約為7．4×106Bq/L，α放射性濃度約為3．2×105Bq/L）。

2.2 設施運行中出現(xiàn)的問題和解決措施說明

MDS設施運行過程中也出現(xiàn)了一些工藝問題，經(jīng)阿格廠針對性的研究和工藝改進，各種問題得到了解決，具體如下：

（1）關(guān)于熱解爐的密封性，研究并設計了專門的密封圈，改進了加熱和冷卻程序；熱解爐增加了氬氣分析裝置，借以分析空氣滲入量，并判斷熱解爐的是否出現(xiàn)泄漏。

（2）對于熱解爐反應器改進，進行了熱解爐筒體和攪拌器和幾何參數(shù)優(yōu)化，并定期對攪拌器進行預防性更換。

（3）關(guān)于熱解沉積物的消除，通過調(diào)整運行程序，根據(jù)熱解狀態(tài)，實時調(diào)整熱解條件，解決了沉積物的問題。

（4）通過技術(shù)改進，將燭型過濾燭的濾材材質(zhì)由金屬更換為陶瓷，使過濾器的壽命由3～6個月增加到4年。

（5）改進供料裝置，優(yōu)化了廢TBP乳濁液配方，將鈣基配方改變?yōu)殒V基配方；

（6）采用改進水泥固化的組成和運行條件研究，實現(xiàn)了最終產(chǎn)物的封裝。

3 結(jié)語

通過多年對熱解焚燒技術(shù)的研究改進，阿格廠MDS設施形成了自身的熱解焚燒工藝。采用鎂石灰（MgO）作為添加劑形成的乳濁液在熱解的過程中與P2O5形成焦磷酸鎂的礦化鹽，有效的避免了熱解氣與水蒸汽形成磷酸對熱解爐的腐蝕。殘液少量夾帶的揮發(fā)性放射性核素，如Ru和Cs等在熱解和焚燒過程中進入尾氣，工藝流程中設置浸取器（或濕法除塵器）對于洗滌進入尾氣的揮發(fā)性核素具有明顯效果，能極大程度減輕尾氣處理單元的負擔，保證向環(huán)境排放的量低于國家管控水平。阿格廠熱解焚燒處理技術(shù)日趨完善，MDS設施年處理能力較穩(wěn)定，保證了阿格廠后處理生產(chǎn)線對廢TBP的處理需求。