热解气化处理中低放射性废物的工艺方法

张召文

摘 要：本文提出了一种处理中低放射性废物的工艺方法，采用气化的手段将核电子在运行过程中产生的部分中低放废物减容减量处理，使放射性废物最大限度地减少储存空间，实现尾气的无害化处理。

关键词：中低放射性废物；气化；焚烧技术

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

中图分类号：X799 文献标识码：A

0.引言

核能和核技術在给人类带来巨大经济效益和社会效益的同时，也极大地危害着人类的健康和环境的安全。核电厂在运行过程中产生的放射性固体废物的处理与处置是核电站发展中必须解决的重要问题。在国家大力发展核电站的背景下，产生的放射性固体废物量也将成倍增加，如不严加控制和采取减容措施，势必造成放射性废物暂存压力、增加最终处置费用和电厂运行成本等。在核电厂内采用合理的废物处理工艺，满足废物最小化已经迫在眉睫。

目前，我国在运核电机组22台，总装机容量2010万kW；在建机组26台，规模2800万kW，我国成为世界核电在建规模最大的国家。按规划到2020年在运机组5800万kW，在建3000万kW，包括红沿河二期、CAP1400示范工程、“华龙一号”国内示范工程迎来重启后的首个高峰。以此计算，从2015年～2020年6年时间要新建4000万kW，即每年平均开工6台左右核电机组。“十二五”期间在建规模保持着世界第一。

田湾核电站1、2号机组运行期间产生的固体废物主要有两种，一种为工艺废物（蒸残液和废树脂），这些废物被水泥固化在混凝土桶内；另一种为技术废物，绝大部分为人员防护用品、抹布、吸水纸、塑料布等。技术废物经初级压缩处理后装入200L钢桶。截至2013年底，田湾核电站两台机组在运行均不足7个燃料循环的情况下，产生的放射性固体废物总量己高达1800m3，其中技术废物约为450m3，占固体废物总量的25%。

焚烧技术是固体废物最简单、最有效的热化学处理工艺，并具有良好的减量化效果，使用广泛。热解气化属于焚烧技术，但是热解气化产生的尾气更易于处理，因此热解气化法日益引起重视。

热解是指在无氧或缺氧的惰性气氛下，利用高温使固体废物有机成分裂解。气化则是在热解的基础上，加入功能气化剂，一方面促进长链挥发性产物向小分子烃类转变，另一方面也通过焦炭和气化剂反应使固体产物进一步转化成气体产物。热解气化过程产生的烟气量小，气流速度慢，夹带的粉尘少，且热解气化法在还原性气氛下进行，硫化物和氮化物的生成受到一定的抑制，因而热解气化，对环境更加友好。

核电站运行产生时产生的放射性固体废物按来源分为工艺废物和技术废物两大类。技术废物是检修过程中产生的各种检修废物，主要是控制区检修活动产生的固体废物，包括塑料布、吸水纸、手套、抹布、报废的工作服、气衣和报废的设备、零部件、保温材料、建筑材料等。对控制区收集的检修废物进行仔细分类，然后进行压缩、打包。据统计，检修废物中约87%为可燃废物，其中塑料制品占了很大比例；13%为不可燃废物，主要是废金属和建筑垃圾。目前广东核电集团有4台机组在运行，每年约产生技术废物100m3左右（整备后的体积）。 采用热解气化方法处理可燃废物是比较先进的解决方案。

1.热解气化处理中低放废物的工艺路线

采用热解气化技术处理中低放废物的工艺路线为：

（1）预处理：进行分拣和＼或破碎和＼或打包。

（2）热解气化处理：采用热解气化的方式将可降解废物转化为小分子可燃气体和固体残渣。

（3）热氧化处理：将初级处理产生的可燃气体通过通入过量氧气的方法，将气体中的可燃气体完全氧化为二氧化碳、氮氧化物、硫化物和小部分残渣等。

（4）尾气净化处理：将热氧化处理过程产生的尾气，经过一系列洗涤、吸附、过滤、分离等工艺过程去除灰尘、放射性核素、酸性气体和有害气体。

（5）固化处理：将灰渣熔融灌入固化系统，与配料处理系统提供的矿物质结合，对灰渣进行固化，固化后的残渣交核电站统一管理。

1.1 预处理

（1）分拣

将固体废物中可能混杂的少量不可燃物（如金属、玻璃、砖头等），同时可防止闪点溶剂或气雾剂瓶等危险物质进入焚烧炉。

（2）破碎

为达到加料和焚烧的要求，对大块可燃废物需进行适当地破碎。

（3）包装计量

破碎后的物料较难控制加料量且增加输送困难，为此，破碎后物料应经适当的再包装、以料包的形式进行输送和加料。

将计量后的料包输送至热解气化炉。

1.2 热解气化处理

热解气化处理中低放废物的主要目的是将中低放废物通过热解或通入适量气化剂的方式，转化为尽可能多的小分子可燃气体和小部分残渣。对于核电行业可以热解气化的物品主要是：纯棉防尘服、防尘服饰、塑料布、塑料防尘服饰、橡胶用品等。其中主要采用的气化剂为氧气、空气、水蒸气等。热解温度为300℃～500℃之间，加热时间1小时左右。

1.3 热氧化处理

将初级处理产生的可燃气体通过通入过量氧气的方法，将气体中的可燃气体完全氧化为二氧化碳、氮氧化物、硫化物和小部分残渣等。一般采用雾化喷嘴燃烧技术。但是在核電行业为了确保绝对安全可以采用更加安全稳妥的办法——多孔介质燃烧。该技术主要通过有催化功能的蜂窝状陶瓷型体为媒介，将进入该燃烧器的气体或液体充分分散燃烧，形成均匀燃烧体，并且可以将蜂窝状陶瓷体蓄热，使燃烧持续稳定地进行，确保燃烧的安全、稳定性。

1.4 尾气净化处理

通过热氧化处理的气体，温度较高，一般先通过急冷将尾气温度迅速降低到250℃以下，防止二噁英的生成。然后经过洗涤、过滤、吸附、分离等方式将尾气中的灰尘颗粒，放射性核素、凝胶等物质去除掉，达到国家排放标准。

1.5 固化处理

现在的固化处理技术主要为：玻璃固化、水泥固化、混凝土固化、类矿石固化和类玻璃固化等。采用最广泛，并且操作较简单的还是水泥固化。但是水泥固化的缺点是：用来固化离子交换树脂时，由于树脂有溶胀性，经过一定时间的溶胀，会将用于固化的水泥粉化，造成放射性物质的逸散，造成一定的危害。本工艺采用类玻璃固化技术，将灰渣高温熔融，灌入核电废物类玻璃体矿物质内部形成类玻璃体固化。其中，采用的类玻璃体矿物也是有核电站运行期间产生的废物。空气滤芯器和保温棉内含有很多玻璃纤维，可以经过处理产生类玻璃体物质，用于类玻璃体固化，大大提高了核电废物处理的减容系数。实现核电行业最大程度的清洁运行，产生良好的社会效益、环保效益和经济效益。

2.焚烧技术在我国的应用现状

中国辐射防护研究院（以下简称中辐院）从20世纪80年代开始进行废物焚烧技术的研究，在前期试验的基础上，于“九五”期间研制了一套以固体废物热解焚烧为主的“多用途放射性废物焚烧工程试验装置”。已建成和在建的放射性废物焚烧设施共有3座。这3座焚烧设施均采用中国辐射防护研究院自主研发的焚烧主工艺系统。其烟气净化系统是焚烧主工艺系统3个组成部分之一。

为了减少核电厂的操作成本，树立核电工业对环境友好的形象，期望研发单位企业、高校和国家研发部门开发更加环保、清洁、高效的中的放射性废物的处理工艺或方法。安全有效地将中低放可降解废物处理成对环境无危害的气体和液体等物质，从而达到实现核电的清洁能源的目标。

参考文献

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