我國(guó)低放廢物熱解焚燒技術(shù)的應(yīng)用及改進(jìn)

徐 衛(wèi)，褚浩然，鄭博文，唐 燦，禹恩發(fā)，薛 鵬，盛 潔，李曉海

(1.中國(guó)輻射防護(hù)研究院，太原 030006；2.中國(guó)工程物理研究院材料所，四川 綿陽(yáng) 621000；3.中核四川環(huán)保工程有限公司，四川 廣元 628000；4.中核四○四有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

焚燒是實(shí)現(xiàn)大幅減容的放射性廢物處理手段，自20世紀(jì)60年代開始在世界范圍內(nèi)研究并廣泛應(yīng)用。首先被開發(fā)并應(yīng)用的是過量空氣焚燒方法，如德國(guó)Nukem公司、德國(guó)Karlsruhe核研究中心HDB過量空氣焚燒爐、法國(guó)SGN焚燒爐、日本JARI焚燒爐等，該技術(shù)源自化石燃料的焚燒，原理是在過量空氣下廢物與空氣充分接觸實(shí)現(xiàn)焚燒。但由于實(shí)際的放射性廢物不同于燃料，焚燒時(shí)普遍存在燃燒不完全、尾氣凈化難度大等問題，后來通過增加燃燒室和通入純氧助燃等方式改善燃燒效果。為從根本上解決過量空氣焚燒存在的固有缺陷，20世紀(jì)80年代開發(fā)出控制空氣焚燒技術(shù)，其原理是廢物先在接近理論空氣量的條件下，在初燃室600～800 ℃溫度下進(jìn)行燃燒，生成熱解和半氧化產(chǎn)物；隨后這些產(chǎn)物在后燃室800～1 200 ℃高溫、空氣過量的有利環(huán)境下，很快完成燃燒，從而一定程度上抑制了焦油、煙怠的生成，減少飛灰的挾帶。采用這種燃燒方式的焚燒爐其爐型結(jié)構(gòu)各不相同，包括有立式、臥式及回轉(zhuǎn)爐等等，最具代表性的是比利時(shí)CILVA焚燒爐、美國(guó)Los Alamos焚燒爐和ENVIKRAFT公司開發(fā)的焚燒爐等。其中ENVIKRAFT控制空氣焚燒爐應(yīng)用較廣，在法國(guó)、瑞典、比利時(shí)、美國(guó)、我國(guó)臺(tái)灣等地相繼建成了多套焚燒爐。

隨著全球工業(yè)化的發(fā)展，聚乙烯等塑料制品在核工業(yè)領(lǐng)域大量使用，放射性可燃廢物中塑料和橡膠的含量逐步增多。為了更好地實(shí)現(xiàn)廢物的完全燃燒，中國(guó)輻射防護(hù)研究院(以下簡(jiǎn)稱中輻院)通過分析焚燒技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，選擇熱解焚燒的技術(shù)路線，最終于20世紀(jì)90年代末成功開發(fā)出多用途放射性廢物熱解焚燒技術(shù)[1]。該技術(shù)的熱解-焚燒過程，是從燃燒機(jī)理入手，人為地把物料的熱解與熱解產(chǎn)物的燃燒分開來進(jìn)行，即首先使得物料在中溫缺氧的環(huán)境中受熱裂解，生成小分子的揮發(fā)產(chǎn)物(熱解氣)和熱解焦，然后熱解焦進(jìn)一步燃燒形成焚燒灰，熱解氣引出熱解爐并與足夠的空氣充分混合之后，在高溫燃燒室進(jìn)行充分燃燒。熱解-焚燒過程能夠有效抑制焦油、煙炱等不完全燃燒產(chǎn)物的生成，提高燃燒效率；另外由于反應(yīng)平緩，氣流夾帶的飛灰量少，有利于后續(xù)的煙氣凈化。該技術(shù)已經(jīng)獲得了多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)與專利，于2000年開始進(jìn)入工程化應(yīng)用階段。熱解焚燒技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用主要有德國(guó)于利希、加拿大OPG、法國(guó)Valduc IRIS等公司[2-3]。

1 我國(guó)低放廢物焚燒技術(shù)工程應(yīng)用及特點(diǎn)

中輻院開發(fā)的多用途低放廢物熱解焚燒技術(shù)于2000年開始進(jìn)入工程化應(yīng)用階段，截止2018年，在國(guó)內(nèi)已建成多座放射性廢物焚燒設(shè)施。下文選擇最近的三座設(shè)施進(jìn)行介紹分析，分別簡(jiǎn)稱1#、2#、3#焚燒設(shè)施。2016年11月與巴基斯坦恰西瑪核電站簽署合同，為其新建低放廢物焚燒設(shè)施，成為響應(yīng)“一帶一路”倡議，是實(shí)現(xiàn)出口的核環(huán)保工程技術(shù)項(xiàng)目，目前該項(xiàng)目已正式進(jìn)入設(shè)計(jì)建造階段。

1.1 三座已建設(shè)施及運(yùn)行概況

1#焚燒設(shè)施于2003年建成并投入運(yùn)行，處理對(duì)象分三類：第一類為低放固體廢物(質(zhì)量組成設(shè)計(jì)值：棉、化纖織物75%，塑料、橡膠20%，紙、木材5%)，第二類為放射性廢石墨，第三類為放射性廢油。固體廢物平均處理能力15 kg/h，廢油處理能力7.5 L/h；廢石墨處理能力5 kg/h。主要污染核素: U和Pu的同位素，焚燒設(shè)施處理能力滿足設(shè)計(jì)要求[4]。

2#焚燒設(shè)施于2008年完成冷態(tài)試車，后受到汶川大地震的影響，于2010年完成了熱態(tài)試車。處理對(duì)象有兩類：第一類為低放固體廢物(質(zhì)量組成設(shè)計(jì)值：棉、化纖織物、紙張、木材類88%，塑料、橡膠類12%)，第二類為放射性廢油。低放固體廢物處理能力20～25 kg/h，廢油處理能力7～10 L/h。主要廢物污染核素：60Co、90Sr、137Cs、U和Pu同位素，放射性比活度為104～105Bq/kg。該設(shè)施目前已運(yùn)行4年，由于廢物庫(kù)配套回取設(shè)施尚未建成，僅處理每年新產(chǎn)生的少量廢物(約120 m3/a)。

3#焚燒設(shè)施2013年建成，2014年正式投入運(yùn)行。處理對(duì)象為低放固體廢物(質(zhì)量組成設(shè)計(jì)值：棉織物類86%，塑料、橡膠、木材類14%)，平均處理能力25 kg/h。廢物主要污染核素為60Co、90Sr、137Cs、U和Pu同位素。該設(shè)施近年的實(shí)際年處理量超過120 t，焚燒設(shè)施采用連續(xù)運(yùn)行方式(每天24 h運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)行達(dá)50 d以上)。

三座焚燒設(shè)施的處理能力均能滿足設(shè)計(jì)要求，焚燒廢物實(shí)際減容比大于80，煙氣排放能夠滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 18484—2001《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》[5]要求。

1.2 熱解焚燒法處理放射性廢物的技術(shù)特點(diǎn)

目前國(guó)內(nèi)在役運(yùn)行的放射性廢物焚燒設(shè)施均采用中輻院自主開發(fā)的熱解焚燒處理技術(shù)。根據(jù)這些設(shè)施多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)熱解焚燒法的技術(shù)特點(diǎn)如下。

(1)焚燒效率高——廢物焚燒完全，尾氣凈化效果好

熱解焚燒技術(shù)采用的是熱分解和氣體燃燒機(jī)理，廢物在缺氧環(huán)境下實(shí)現(xiàn)熱分解，高分子材料變?yōu)樾》肿拥耐闊N類氣體和熱解焦。熱解焦在熱解爐內(nèi)燃燒后成為焚燒灰，熱解焦的燃燒過程在合理參數(shù)控制條件下穩(wěn)定進(jìn)行，通?？梢缘玫饺紵^為完全的焚燒灰，殘?zhí)剂枯^低。低殘?zhí)剂坑兄谔岣呋业姆€(wěn)定性，利于焚燒灰的下一步整備和處置。表1為2#焚燒設(shè)施冷態(tài)試車時(shí)對(duì)焚燒灰取樣測(cè)得的殘?zhí)剂拷Y(jié)果。

表1 2#焚燒設(shè)施可燃廢物經(jīng)焚燒后的焚燒灰殘?zhí)剂?/p>

熱解產(chǎn)生的烷烴類氣體與加熱后的空氣充分混合后進(jìn)入850 ℃燃燒爐內(nèi)，進(jìn)行完全的燃燒。預(yù)混燃燒的方式可以將熱解氣體完全燃燒，燃燒后的尾氣經(jīng)凈化后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。表2為2#焚燒設(shè)施高效過濾器出口處的排放氣體化合物含量。

表2 2#焚燒設(shè)施氣體排放濃度值(mg/m3)

高溫焚燒和噴水急冷的冷卻方式，可有效抑制二噁英的產(chǎn)生和再生成，尾氣排放的二噁英含量極低。表3為2#焚燒設(shè)施尾氣排放的二噁英類檢測(cè)結(jié)果。

表3 2#設(shè)施排放尾氣二噁英類檢測(cè)結(jié)果

(2)低溫?zé)峤狻獜脑搭^上控制放射性核素分布

從輻射安全的角度出發(fā)，焚燒系統(tǒng)內(nèi)部的放射性核素集中，可以對(duì)核素集中部位進(jìn)行專門密封和防護(hù)，從而簡(jiǎn)化其它部位的輻射防護(hù)要求，便于維護(hù)和檢修。因此，希望焚燒系統(tǒng)的放射性核素盡可能多的集中到焚燒灰中，減少尾氣系統(tǒng)的核素分布。放射性核素通常有兩種途徑進(jìn)入尾氣系統(tǒng)：氣化和飛灰載帶。法國(guó)IRIS設(shè)施焚燒流程中，由于前端爐內(nèi)溫度較高，部分核素氣化進(jìn)入尾氣系統(tǒng)后再凝結(jié)于飛灰上，造成捕集的飛灰放射性活度濃度遠(yuǎn)高于焚燒爐內(nèi)焚燒灰(約高200～1 000倍)。控制空氣或過量空氣焚燒工藝流程中，由于焚燒爐內(nèi)氣流擾動(dòng)劇烈，煙氣中載帶有大量飛灰，煙塵含量一般達(dá)到6 000～12 000 mg/m3，這些飛灰給后續(xù)的凈化工藝造成很大負(fù)擔(dān)，使吸收單元的吸收液成為放射性廢液，極大地增加了二次廢物量。

熱解焚燒工藝中，廢物熱解生成的熱解氣溫度僅為200 ℃～400 ℃。在此溫度下，核素基本不會(huì)氣化，尾氣處理系統(tǒng)收集的飛灰放射性水平與焚燒灰相當(dāng)。

熱解焚燒后廢物會(huì)根據(jù)不同反應(yīng)階段形成穩(wěn)定的成梯次的反應(yīng)料層，焚燒灰處于最低層，不存在物料的翻動(dòng)和氣流的強(qiáng)烈擾動(dòng)，飛灰不易進(jìn)入煙氣，尾氣中煙塵含量一般不超過600 mg/m3。

(3)二次廢物少，減容比高

從三座焚燒設(shè)施的運(yùn)行情況看，由于尾氣中較少的飛灰量和較低的放射性活度，尾氣經(jīng)袋濾器過濾后再利用堿液中和吸收所含酸性氣體，產(chǎn)生的廢吸收液活度濃度很低，一般為10 Bq/L左右，一般可作非放廢水排放和處理。在實(shí)際操作中，對(duì)廢吸收液通過檢測(cè)實(shí)行槽式排放，極大的降低了二次廢物產(chǎn)生量。

國(guó)外同類設(shè)施，由于尾氣中飛灰量大且活度濃度高，在對(duì)尾氣中酸氣吸收處理時(shí)，大量的核素在水洗過程冷凝，產(chǎn)生的廢液活度濃度很高(104～107Bq/L)[6-7]，無(wú)法按非放廢液對(duì)待。廢液經(jīng)干燥后的殘?jiān)疃葷舛雀?，而這些殘?jiān)闹饕煞质撬釟馕者^程加入的堿中和反應(yīng)后產(chǎn)生的鹽分，數(shù)量基本和焚燒灰相當(dāng)，一并作為焚燒灰對(duì)待使得整體減容效果降低一半。

(4)主要焚燒設(shè)備壽命得到有效考驗(yàn)、易維護(hù)

過量空氣焚燒或控制空氣焚燒過程中，廢物直接投入直桶爐中，在強(qiáng)烈翻動(dòng)和氣流擾動(dòng)下燃燒，物料和氣流對(duì)處于高溫狀態(tài)下的耐火材料的沖刷和磨損嚴(yán)重，通常需設(shè)置多層耐火材料，在運(yùn)行中每隔1～3年就需要對(duì)爐膛進(jìn)行檢查、修補(bǔ)，維護(hù)成本和工作量較大。

熱解焚燒主要設(shè)備為熱解爐和燃燒爐，由于熱解反應(yīng)溫度低，反應(yīng)過程平穩(wěn)，熱解爐不需要設(shè)置耐火材料，爐體采用金屬材料制造。1#焚燒設(shè)施熱解爐雖然采用普通不銹鋼制作，但爐體至今(累計(jì)運(yùn)行超過15年)較為完好，未見明顯腐蝕，期間也沒有更換耐火層等維護(hù)工作。2#、3#焚燒設(shè)施的熱解爐運(yùn)行中僅對(duì)爐排等易損件進(jìn)行例行維護(hù)與更換，設(shè)備主體也未見腐蝕。

燃燒爐雖工作溫度在850 ℃～1 000 ℃，但屬于燃?xì)馊紵?，且飛灰量低，磨損遠(yuǎn)低于過量空氣焚燒或控制空氣焚燒爐中的物料磨損，因此，耐火材料一般僅設(shè)置1層。1#焚燒設(shè)施耐火層曾由于設(shè)計(jì)原因更換過一次，在改進(jìn)后已正常運(yùn)轉(zhuǎn)超過10年。2#、3#焚燒設(shè)施運(yùn)行至今，經(jīng)檢查，耐火層仍滿足使用要求，無(wú)需修補(bǔ)或更換。

放射性熱解焚燒設(shè)施的易維護(hù)性大大降低了人員在維護(hù)、檢修過程中的受照風(fēng)險(xiǎn)；主要設(shè)備的長(zhǎng)壽命不但降低了經(jīng)濟(jì)支出，更重要的是極大的減少了設(shè)備修補(bǔ)、更換造成的二次廢物產(chǎn)生量以及由此帶來的去污工作。

(5)對(duì)高塑料橡膠含量的廢物適應(yīng)性強(qiáng)

傳統(tǒng)的過量空氣或控制空氣焚燒爐，由于高分子廢物在此環(huán)境下較難燃燒完全，通常要求塑料占比小于30%。熱解焚燒是將高分子的廢物裂解后，再對(duì)裂解產(chǎn)物進(jìn)行焚燒，因此在機(jī)理上更加適合處理高塑料橡膠含量的廢物。

隨著聚乙烯等塑料材料在核工業(yè)的大量應(yīng)用，廢物中塑料橡膠含量大幅度增加(歷史留存廢物中占比<20%，目前新產(chǎn)生及核電廢物中占比>70%)。三座焚燒設(shè)施按照當(dāng)時(shí)的廢物源項(xiàng)，以30%的最高塑料橡膠含量比設(shè)計(jì)。但在實(shí)際運(yùn)行中，該限值無(wú)法保證，實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常需要對(duì)塑料橡膠組成超過50%的廢物進(jìn)行處理。在對(duì)工藝參數(shù)和操作條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整后，這些廢物也得到了有效的處理，體現(xiàn)出本工藝對(duì)高塑料橡膠含量廢物的焚燒處理強(qiáng)適應(yīng)性。1#設(shè)施主要處理本單位留存的和新產(chǎn)生的廢物，2#、3#設(shè)施除了處理本單位廢物外，還嘗試過核電及其它設(shè)施產(chǎn)生的廢物，熱解焚燒設(shè)施對(duì)這些高塑料含量的廢物處理表現(xiàn)出很好的適應(yīng)性。

2 問題及改進(jìn)

從國(guó)內(nèi)第一座放射性廢物焚燒設(shè)施投入運(yùn)行至今已有15年。中輻院根據(jù)焚燒設(shè)施實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和出現(xiàn)的問題進(jìn)行了多方面大量的改進(jìn)，使得焚燒設(shè)施的運(yùn)行可靠性和工藝先進(jìn)性逐漸提高。

2.1 設(shè)備腐蝕問題及改進(jìn)

焚燒系統(tǒng)腐蝕一直是困擾廢物焚燒領(lǐng)域的一個(gè)世界性難題，國(guó)外放射性廢物焚燒設(shè)施同樣存在該問題[8-9]，國(guó)內(nèi)的生活垃圾焚燒設(shè)施也常常因?yàn)楦g而受到嚴(yán)重?fù)p壞。在1#設(shè)施的設(shè)計(jì)建造階段，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力還相對(duì)薄弱，因此該項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)受限，所有主要設(shè)備均采用了不銹鋼材質(zhì)。經(jīng)過了多年運(yùn)行和大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，核心設(shè)備熱解爐的耐腐蝕程度較好，運(yùn)行至今主設(shè)備仍未進(jìn)行更換。但多個(gè)尾氣處理設(shè)備受到較為嚴(yán)重的腐蝕，其中以急冷器和袋濾器最為突出。表4列出了1#設(shè)施部分設(shè)備的腐蝕及更換情況。

表4 1#設(shè)施部分尾氣處理設(shè)備因腐蝕的更換情況

造成焚燒系統(tǒng)設(shè)備腐蝕的原因包括高溫氧化、硫化等氧化性腐蝕，含氯介質(zhì)引起的氯化腐蝕等。對(duì)于熱解焚燒系統(tǒng)，造成腐蝕的最主要原因是氯引起的氯化腐蝕。廢物中的氯經(jīng)焚燒后，會(huì)生成HCl等酸性氣體。氯的高活性在高溫條件下與金屬反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)且高蒸汽壓的氯化物，破壞保護(hù)性氧化膜，在有液體存在情況下，還能發(fā)生氧化膜或金屬基體的溶解。在低溫下，煙氣中水冷凝后與酸性氣體或鹽結(jié)合，進(jìn)一步加速腐蝕過程。

目前的幾套焚燒設(shè)施均為處理歷史留存廢物而設(shè)計(jì)，當(dāng)時(shí)對(duì)PVC(聚氯乙烯Polyvinyl chloride)等含氯塑料的使用并無(wú)限制，因此廢物中有較高含量的PVC，這些并未在設(shè)計(jì)輸入時(shí)明確，且鑒于1#焚燒設(shè)施的投資規(guī)模，1#焚燒設(shè)施尾氣系統(tǒng)的主要材質(zhì)選用了0Cr18Ni9普通不銹鋼，因此投入運(yùn)行后，產(chǎn)生了一系列的腐蝕問題。

為減輕尾氣系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕，可采用以下三種途徑。

(1)限制處理廢物中含氯廢物的含量。由于腐蝕主要由氯引起，限制PVC等含氯廢物后，焚燒設(shè)施的腐蝕相應(yīng)減輕。國(guó)外焚燒設(shè)施(如德國(guó)NUKEM和HDB焚燒裝置、日本JRIA焚燒裝置)通常接收的廢物中最大含氯廢物(如PVC塑料)含量低于5%(wt)。國(guó)內(nèi)目前已經(jīng)開始在PVC等塑料的使用方面加以限制，但以前的廢物中仍有大量含氯廢物，基于目前的廢物管理現(xiàn)狀，難以從廢物源頭控制含氯廢物。

(2)在焚燒過程或煙氣產(chǎn)生初期通過加入生石灰等添加劑對(duì)HCl進(jìn)行初步中和吸收，然后再進(jìn)一步對(duì)煙氣凈化。但對(duì)于放射性廢物焚燒，加入的這些添加劑最終會(huì)成為產(chǎn)物的一部分，降低焚燒處理的減容比。

(3)通過工藝優(yōu)化和材質(zhì)改進(jìn)，解決腐蝕問題。由于煙氣中水冷凝后會(huì)明顯加速腐蝕，因此通過工藝優(yōu)化，控制煙氣濕度，減少有利于腐蝕發(fā)生的工藝單元。同時(shí)從設(shè)備材質(zhì)方面改進(jìn)，對(duì)使用環(huán)境惡劣的設(shè)備使用耐腐蝕材質(zhì)，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

基于國(guó)內(nèi)的廢物管理現(xiàn)狀，針對(duì)1#設(shè)施的運(yùn)行情況，在后續(xù)的2#、3#焚燒設(shè)施中，采用工藝優(yōu)化及材質(zhì)改進(jìn)方法，極大的增加了設(shè)備的耐腐蝕能力。尾氣處理工藝使用干法除塵和濕法吸收相結(jié)合的方式，去除酸性氣體前，對(duì)煙氣溫度進(jìn)行控制，使其始終處于露點(diǎn)之上，煙氣中的水主要以氣體方式存在，從而減輕由于冷凝水與酸性氣體結(jié)合造成的設(shè)備腐蝕。同時(shí)，對(duì)于急冷器、噴頭、袋濾器等設(shè)備，與煙氣接觸部分使用耐腐蝕性能更好的哈氏合金制造，可大大延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

目前這兩座設(shè)施主設(shè)備至今未發(fā)現(xiàn)腐蝕問題，急冷器噴頭等配件的使用壽命也由1個(gè)月提升到1～2年，設(shè)備腐蝕問題得到根本性改善。

2.2 熱解及焚燒設(shè)備的優(yōu)化

熱解爐是焚燒設(shè)施的最核心設(shè)備。在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，廢物分揀并不能完全保證無(wú)任何金屬等不可燃物進(jìn)入熱解爐。1#設(shè)施的熱解爐的爐排結(jié)構(gòu)為交叉型，當(dāng)有任何金屬等進(jìn)入爐內(nèi)后會(huì)造成爐排卡滯，甚至造成緊急停車。在后續(xù)的設(shè)計(jì)中，優(yōu)化爐排結(jié)構(gòu)，當(dāng)一些較小的金屬等進(jìn)入爐內(nèi)后能夠通過爐排排出，不致造成爐排損壞或緊急停車。

1#設(shè)施的焚燒爐運(yùn)行8年后發(fā)現(xiàn)燃燒爐內(nèi)耐火層存在一條裂縫，但并未影響實(shí)際使用?！?.12”汶川大地震后在震后整改時(shí)對(duì)耐火內(nèi)襯進(jìn)行了更換。出現(xiàn)裂縫的原因是設(shè)計(jì)之初對(duì)耐火材料的熱膨脹應(yīng)力影響考慮不足，耐火層為整體鑄造，未預(yù)留膨脹空隙，在多年運(yùn)行后最終產(chǎn)生裂縫。在2#焚燒站和3#焚燒站的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了改進(jìn)，耐火層結(jié)構(gòu)改為分瓣拼裝結(jié)構(gòu)，有效的解決了熱膨脹應(yīng)力問題，燃燒爐運(yùn)行良好。

2.3 煙氣冷卻及凈化工藝優(yōu)化

焚燒煙氣采用間接換熱方法替代混風(fēng)冷卻，使得后續(xù)的煙氣量降低為原有的50%，同時(shí)在急冷環(huán)節(jié)使用的冷卻水消耗量也降低約50%。由于噴水急冷消耗的水最終會(huì)在吸收環(huán)節(jié)冷凝變成廢液的一部分，因此最終的工藝廢水量也大大降低[10-11]。

袋濾器是焚燒系統(tǒng)煙氣凈化工藝的核心設(shè)備，一旦袋濾器發(fā)生故障，煙氣中大量顆粒物進(jìn)入后續(xù)設(shè)備會(huì)導(dǎo)致吸收塔吸收液比活度的急劇增加，高效過濾器濾芯快速飽和失效。增加應(yīng)急袋濾器系統(tǒng)后，故障時(shí)可立即切換至應(yīng)急袋濾器系統(tǒng)，在不停車的情況下對(duì)主袋濾器進(jìn)行檢修，從而提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率。

高效過濾器前增設(shè)中效過濾器和活性碳吸附床，在前端袋濾器出現(xiàn)失效的異常情況下，可以防止煙氣中顆粒物大量進(jìn)入高效過濾器導(dǎo)致的高效濾芯意外損壞；活性碳對(duì)二噁英等有害物質(zhì)有良好的吸附作用，可以防止非正常工況下煙氣中二噁英超標(biāo)排放。

2.4 安全及應(yīng)急優(yōu)化

急冷器是重要尾氣冷卻設(shè)備，在應(yīng)急情況下，為確保安全緊急停爐，需要持續(xù)噴入冷卻水保持冷卻能力。在2#、3#設(shè)施中，采用高位水箱重力供水的方式，在設(shè)施停電等情況下，仍能持續(xù)供水冷卻煙氣。

針對(duì)熱解爐建立了規(guī)格1∶1實(shí)際模型對(duì)泄壓情況進(jìn)行了研究，確定在熱解爐內(nèi)熱解氣發(fā)生爆燃情況時(shí)對(duì)設(shè)備的影響，并以實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化了泄壓和應(yīng)急系統(tǒng)。在試驗(yàn)研究中選擇爆炸特性與放射性廢物熱解氣相似的甲烷作為實(shí)驗(yàn)氣體，模擬焚燒爐爆燃條件，開展模擬泄爆實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明: 在泄爆口開啟壓力為0.5～2.0 kPa 范圍時(shí)，泄爆口開啟壓力對(duì)最大泄爆壓力的影響可以忽略；在不考慮泄爆管道影響的條件下，當(dāng)泄放壓力、氣體性質(zhì)和容器結(jié)構(gòu)特征確定時(shí)，最大泄爆壓力與泄爆口面積和內(nèi)表面積之比成冪函數(shù)關(guān)系；泄爆系統(tǒng)內(nèi)部空間的緩沖會(huì)對(duì)最大泄爆壓力產(chǎn)生較大影響[12]。

2.5 操作便利性及其他方面

熱解焚燒設(shè)施在多年的運(yùn)行中，操作人員的操作水平不斷上升，針對(duì)不同廢物組成調(diào)整工藝參數(shù)，適應(yīng)各種廢物的處理要求。在保證設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，在相關(guān)指標(biāo)上甚至超過了設(shè)計(jì)指標(biāo)。目前已在國(guó)內(nèi)建立了初步的專業(yè)化焚燒設(shè)施管理、運(yùn)行團(tuán)隊(duì)。

另外管道和儀表材料選用耐腐蝕性優(yōu)越的材料；采用更先進(jìn)的DCS集散控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的自控水平和可靠性大幅提升；采用全新的事故應(yīng)急及排放系統(tǒng)，進(jìn)一步確保系統(tǒng)的安全性。

3 持續(xù)改進(jìn)及下一步工作

3.1 降低廢物前處理過程操作強(qiáng)度

廢物前處理的作用是將廢物中的不可燃物和易燃、易爆物揀出，并根據(jù)焚燒爐的加料要求對(duì)廢物進(jìn)行整理。已建焚燒設(shè)施廢物接收要求為β/γ比活度≤4×106Bq/kg、α比活度≤2.0×105Bq/kg，廢物前處理過程主要通過人工操作。人員的輻射防護(hù)按照廢物的接收上限進(jìn)行設(shè)計(jì)，操作過程在密閉手套箱內(nèi)通過手套操作，工作強(qiáng)度大，操作效率低。近年來，對(duì)核燃料循環(huán)設(shè)施、核電廠實(shí)際產(chǎn)生的低放可燃固體廢物進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)廢物平均比活度低于104Bq/kg，90%以上不超過105Bq/kg，主要是β/γ污染。因此，按照廢物源項(xiàng)β/γ比活度≤4×106Bq/kg、α比活度≤2.0×105Bq/kg進(jìn)行輻射防護(hù)設(shè)計(jì)明顯過于保守，若適當(dāng)降低輻射防護(hù)設(shè)計(jì)要求，可大幅簡(jiǎn)化輻射防護(hù)措施，從而降低廢物預(yù)處理工藝和操作難度。

在設(shè)備自動(dòng)化方面，通過前處理操作工序的優(yōu)化和設(shè)備性能改進(jìn)，全面采用自動(dòng)化或半自動(dòng)化的操作方式，進(jìn)一步減輕人員操作強(qiáng)度，提高操作效率。

3.2 提高廢物中塑料橡膠的接收比例

隨著工業(yè)化的發(fā)展，核設(shè)施中棉織物的使用越來越少，取而代之的塑料和橡膠制品的用量逐漸增加。近年對(duì)實(shí)際產(chǎn)生廢物的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，廢物中塑料橡膠比例普遍大于50%，甚至高達(dá)90%。我國(guó)已建焚燒設(shè)施在設(shè)計(jì)之初，得到的設(shè)計(jì)輸入數(shù)據(jù)中塑料橡膠比例約為15%，與現(xiàn)在實(shí)際處理廢物數(shù)據(jù)嚴(yán)重偏離，目前運(yùn)行的焚燒設(shè)施經(jīng)過工藝調(diào)整可以處理70%的塑料橡膠，下一步需要在工藝和設(shè)備上進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高塑料橡膠的接收比例，以適應(yīng)未來廢物的新特征。

4 結(jié)語(yǔ)

從多座焚燒設(shè)施的運(yùn)行情況看，放射性廢物熱解焚燒技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)的廢物焚燒技術(shù)，解決了國(guó)內(nèi)低放廢物的處理問題，系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性得到驗(yàn)證。同時(shí)在運(yùn)行中，特別是早期設(shè)施，也存在一些問題，這些問題在運(yùn)行和后續(xù)設(shè)計(jì)中得到了改進(jìn)或優(yōu)化。在以后的應(yīng)用中，還將在前處理、廢物塑橡比等方面將持續(xù)改進(jìn)，進(jìn)一步提高技術(shù)先進(jìn)性和成熟度，滿足核電及其它設(shè)施的放射性廢物處理需求。