MDS設施TBP精餾殘液熱解焚燒處理技術工程應用

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鍵，熱解焚燒技術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動下在熱解爐中旋轉，帶動熱解器中的研磨球轉動，一方面通過不銹鋼研磨球將熱量傳遞到噴入的乳濁液上，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，防止出現沉積和結皮。熱解產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，以防止水蒸氣凝結形成液體。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，熱解產生的焚燒灰通過氣閥輸送到料斗內，料斗內設置有攪拌裝置，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輸送氮氣，以防止隨焚燒灰排出的熱解氣發生爆炸。料斗內攪拌均勻的焚燒灰輸送到攪拌機內，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，進行養護后貯存[3]。

2 MDS設施運行結果

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。2015年由于熱解爐攪拌器電機出現卡滯，螺旋攪拌器出現變形，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 設施運行中出現的問題和解決措施說明

MDS設施運行過程中也出現了一些工藝問題，經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優化，并定期對攪拌器進行預防性更換。

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

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

（5）改進供料裝置，優化了廢TBP乳濁液配方，將鈣基配方改變為鎂基配方；

（6）采用改進水泥固化的組成和運行條件研究，實現了最終產物的封裝。

3 結語

通過多年對熱解焚燒技術的研究改進，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，保證向環境排放的量低于國家管控水平。阿格廠熱解焚燒處理技術日趨完善，MDS設施年處理能力較穩定，保證了阿格廠后處理生產線對廢TBP的處理需求。