解析热解气化处理低中放射性废物的工艺方法

2021-03-24邢建锋中广核环保产业有限公司广东深圳518000

化工管理 2021年6期

邢建锋(中广核环保产业有限公司，广东深圳 518000)

0 引言

热解气化属于焚烧技术的一种，热解指在没有氧气或者是缺乏氧气的惰性环境下，高温让固体废物有机成分分解。其中，气化主要指的是在热解的基础上，通过特定功能气化剂的融入，把长链挥发性的产物转变成小分子烃类，然后通过焦炭与气化剂的反应，最终将固体转变成气体产物。通过对热解气化的过程分析可知，该过程将产生少量的烟气，并且烟气当中将带有一定的粉尘，加上热解气化不能在还原性气氛下进行，所以不管是硫化物的生成，还是氮化物的生成都会就此受到阻碍。由此可见，热解气化技术更有利于保证环境安全。从废物来源角度分析，工艺与技术废物是核电站运行时产生的两类主要的放射性固体废物。其中，工艺废物主要指的是系统运行中产生的废物，而技术废物主要指的是检修过程中产生的各种检修废物。通常情况下，控制区的检修活动是大部分检修废物的来源。根据核电厂废物实际，采用热解气化方法处理可燃物可获得较大的减容比，对实现废物最小化和降低核电厂废物指标压力都是非常有效的。因此，深入分析热解气化处理低中放射性废物的工艺方法十分重要。

1 核电站固体放射性废物来源与分类

(1)固体放射性废物来源。核电站固体放射性废物主要来源于电站机组正常运行年度换料大修以及预期运行事件中产生的放射性固体废物。主要由浓缩液、废树脂以及检修废物等组成[1]。

(2)放射性废物分类。根据废物来源，我们可大致将其分为两类，分别是：工艺废物与技术废物。其中工艺废物是指系统运行时产生的废物，这些工艺废物和核电站的运行状况通常有着密切的联系，主要为浓缩液、废树脂、过滤器芯子；而技术废物则是检修过程中产生的各检修废物，大都来源于控制区检修，比如塑料布以及手套等[2]。

2 热解气化处理低中放射性废物的工艺路线

当前，通过对热解气化的分析可知，技术处理路线主要为：

(1)预处理。对低中放射性废物进行分拣、计量和打包。

(2)热解气化。将废物转换成小分子可燃气体和固体残渣。

(3)热氧化[3]。采用通入氧气的方式，让气体当中的可燃气体全部氧化成为二氧化碳以及硫化物等。

(4)净化尾气。通过洗涤等完成对热氧化过程中的尾气处理，彻底清除尾气中存在的灰尘以及放射性有害气体。

(5)固化。将熔渣送入固化系统，与固化基料连接在一起，实现灰渣固化，然后将固化后的固化体拿给核电站负责人员进行管理[4]。

热解气化炉如图1所示。

图1 热解气化炉

2.1 预处理

(1)分拣。分拣主要指的是将固体废物中混合的不可燃物体分拣出来，例如金属物体等。在这个过程中需注意不能让闪点溶剂进入到焚烧炉中；

(2)破碎。通过对大块可燃废物的适当破碎，使其满足焚烧加料要求；

(3)包装计量。对破碎之后的物料进行包装和计量，将其以标准料货包的形式进行输送或者投料。

2.2 热解气化处理

在低中放射性废物转化的过程中，若想让其转化成小分子可燃气体或者是残渣就必须往其中加入适量的气化剂。当前，可应用于核电行业的热解气化物品包括：污染的工作服、手套、脚套、口罩、塑料以及橡胶用品等。氧气、空气、水蒸气是热解气化处理中时常用到的气化剂。热解温度控制在300～500 ℃之间，加热时间约为1 h[5]。

2.3 热氧化处理

在处理产生的可燃气体中通入一定的氧气，让这些可燃气体全部转变成二氧化碳。在这个过程中，可应用雾化喷嘴燃烧技术实现。现阶段，应用起来更为稳当的方法为多孔介质燃烧，这种燃烧方式主要以具有催化功能的蜂窝状陶瓷形体为媒介，对进入到燃烧气当中的气体进行燃烧，进而形成均匀的燃烧体。因其存在蓄热功能，所以能让燃烧的稳定性与持续性得到保证。

2.4 尾气净化处理

因氧化处理过程中的气体温度较高，所以需要先急冷，待尾气温度降低到规定的标准时，然后经过洗涤以及过滤的方式，把尾气中存在的灰尘、颗粒以及放射性元素等去除掉，最终让尾气排放达到中国规定的标准[6]，实现尾气达标排放。

2.5 固化处理

玻璃与水泥固化是当前中国经常用到的固化处理技术，最终形成类玻璃体或水泥固化体。目前应用最多的固化方式为水泥固化。水泥固化不仅操作简单、价格低廉，而且包容性和强度较好。虽然水泥固化有着一定的优势，但同时也存在着一些不足。例如：利用水泥固化固化离子交换树脂的时候，由于树脂有溶胀的特征，经过一段时间的溶胀，可能会造成固化体强度降低或浸出率不满足要求，导致放射性物质逸散，对环境安全造成影响。因此，热解气化处理的固化方案应用玻璃固化技术，这类技术的工作原来主要为高温熔融灰渣，然后灌入核电废物类玻璃体矿物里面，最终形成玻璃固化体。热解气化焚烧如图2所示。

图2 热解气化焚烧

3 我国焚烧技术的应用现状

早在上世纪八十年代，中国辐射防护研究院就开展了有关废物焚烧技术方面的研究，并在九五期间研制出了一套以固体废物热解焚烧为主的放射性废物燃烧工程实验装置。目前该技术已在多个核设施进行了应用，如八二一厂的55#厂房，技术已非常成熟。

等离子体高温焚烧熔融处理技术是利用等离子体弧温度高、能量集中的特性，对固体放射性废物进行处理，有着较大的减容量，设备适合具有一定要求的污染物处理，例如低中放射性固体废物以及石棉废物等等。该技术现阶段已相对成熟，目前在危废行业得到广泛应用，在涉核领域正在积极推广。为减少核电厂的运行成本，让核电厂运行的环境安全得到保障，就必须选择最佳的放射性废物处理工艺。安全有效的将低中放废物进行处理，对有效降低废物暂存设施容量、减少废物运输成本、改善废物处置场压力、保障环境安全都是非常重要的。

总之，虽然低中放射性固体废物焚烧技术现阶段已经取得了很大的成功，但在今后仍有着很大的进步空间，新技术和新方法的研究仍任重而道远。