解析熱解氣化處理低中放射性廢物的工藝方法

邢建鋒(中廣核環保產業有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

熱解氣化屬于焚燒技術的一種，熱解指在沒有氧氣或者是缺乏氧氣的惰性環境下，高溫讓固體廢物有機成分分解。其中，氣化主要指的是在熱解的基礎上，通過特定功能氣化劑的融入，把長鏈揮發性的產物轉變成小分子烴類，然后通過焦炭與氣化劑的反應，最終將固體轉變成氣體產物。通過對熱解氣化的過程分析可知，該過程將產生少量的煙氣，并且煙氣當中將帶有一定的粉塵，加上熱解氣化不能在還原性氣氛下進行，所以不管是硫化物的生成，還是氮化物的生成都會就此受到阻礙。由此可見，熱解氣化技術更有利于保證環境安全。從廢物來源角度分析，工藝與技術廢物是核電站運行時產生的兩類主要的放射性固體廢物。其中，工藝廢物主要指的是系統運行中產生的廢物，而技術廢物主要指的是檢修過程中產生的各種檢修廢物。通常情況下，控制區的檢修活動是大部分檢修廢物的來源。根據核電廠廢物實際，采用熱解氣化方法處理可燃物可獲得較大的減容比，對實現廢物最小化和降低核電廠廢物指標壓力都是非常有效的。因此，深入分析熱解氣化處理低中放射性廢物的工藝方法十分重要。

1 核電站固體放射性廢物來源與分類

(1)固體放射性廢物來源。核電站固體放射性廢物主要來源于電站機組正常運行年度換料大修以及預期運行事件中產生的放射性固體廢物。主要由濃縮液、廢樹脂以及檢修廢物等組成[1]。

(2)放射性廢物分類。根據廢物來源，我們可大致將其分為兩類，分別是：工藝廢物與技術廢物。其中工藝廢物是指系統運行時產生的廢物，這些工藝廢物和核電站的運行狀況通常有著密切的聯系，主要為濃縮液、廢樹脂、過濾器芯子；而技術廢物則是檢修過程中產生的各檢修廢物，大都來源于控制區檢修，比如塑料布以及手套等[2]。

2 熱解氣化處理低中放射性廢物的工藝路線

當前，通過對熱解氣化的分析可知，技術處理路線主要為：

(1)預處理。對低中放射性廢物進行分揀、計量和打包。

(2)熱解氣化。將廢物轉換成小分子可燃氣體和固體殘渣。

(3)熱氧化[3]。采用通入氧氣的方式，讓氣體當中的可燃氣體全部氧化成為二氧化碳以及硫化物等。

(4)凈化尾氣。通過洗滌等完成對熱氧化過程中的尾氣處理，徹底清除尾氣中存在的灰塵以及放射性有害氣體。

(5)固化。將熔渣送入固化系統，與固化基料連接在一起，實現灰渣固化，然后將固化后的固化體拿給核電站負責人員進行管理[4]。

熱解氣化爐如圖1所示。

圖1 熱解氣化爐

2.1 預處理

(1)分揀。分揀主要指的是將固體廢物中混合的不可燃物體分揀出來，例如金屬物體等。在這個過程中需注意不能讓閃點溶劑進入到焚燒爐中；

(2)破碎。通過對大塊可燃廢物的適當破碎，使其滿足焚燒加料要求；

(3)包裝計量。對破碎之后的物料進行包裝和計量，將其以標準料貨包的形式進行輸送或者投料。

2.2 熱解氣化處理

在低中放射性廢物轉化的過程中，若想讓其轉化成小分子可燃氣體或者是殘渣就必須往其中加入適量的氣化劑。當前，可應用于核電行業的熱解氣化物品包括：污染的工作服、手套、腳套、口罩、塑料以及橡膠用品等。氧氣、空氣、水蒸氣是熱解氣化處理中時常用到的氣化劑。熱解溫度控制在300～500 ℃之間，加熱時間約為1 h[5]。

2.3 熱氧化處理

在處理產生的可燃氣體中通入一定的氧氣，讓這些可燃氣體全部轉變成二氧化碳。在這個過程中，可應用霧化噴嘴燃燒技術實現。現階段，應用起來更為穩當的方法為多孔介質燃燒，這種燃燒方式主要以具有催化功能的蜂窩狀陶瓷形體為媒介，對進入到燃燒氣當中的氣體進行燃燒，進而形成均勻的燃燒體。因其存在蓄熱功能，所以能讓燃燒的穩定性與持續性得到保證。

2.4 尾氣凈化處理

因氧化處理過程中的氣體溫度較高，所以需要先急冷，待尾氣溫度降低到規定的標準時，然后經過洗滌以及過濾的方式，把尾氣中存在的灰塵、顆粒以及放射性元素等去除掉，最終讓尾氣排放達到中國規定的標準[6]，實現尾氣達標排放。

2.5 固化處理

玻璃與水泥固化是當前中國經常用到的固化處理技術，最終形成類玻璃體或水泥固化體。目前應用最多的固化方式為水泥固化。水泥固化不僅操作簡單、價格低廉，而且包容性和強度較好。雖然水泥固化有著一定的優勢，但同時也存在著一些不足。例如：利用水泥固化固化離子交換樹脂的時候，由于樹脂有溶脹的特征，經過一段時間的溶脹，可能會造成固化體強度降低或浸出率不滿足要求，導致放射性物質逸散，對環境安全造成影響。因此，熱解氣化處理的固化方案應用玻璃固化技術，這類技術的工作原來主要為高溫熔融灰渣，然后灌入核電廢物類玻璃體礦物里面，最終形成玻璃固化體。熱解氣化焚燒如圖2所示。

圖2 熱解氣化焚燒

3 我國焚燒技術的應用現狀

早在上世紀八十年代，中國輻射防護研究院就開展了有關廢物焚燒技術方面的研究，并在九五期間研制出了一套以固體廢物熱解焚燒為主的放射性廢物燃燒工程實驗裝置。目前該技術已在多個核設施進行了應用，如八二一廠的55#廠房，技術已非常成熟。

等離子體高溫焚燒熔融處理技術是利用等離子體弧溫度高、能量集中的特性，對固體放射性廢物進行處理，有著較大的減容量，設備適合具有一定要求的污染物處理，例如低中放射性固體廢物以及石棉廢物等等。該技術現階段已相對成熟，目前在危廢行業得到廣泛應用，在涉核領域正在積極推廣。為減少核電廠的運行成本，讓核電廠運行的環境安全得到保障，就必須選擇最佳的放射性廢物處理工藝。安全有效的將低中放廢物進行處理，對有效降低廢物暫存設施容量、減少廢物運輸成本、改善廢物處置場壓力、保障環境安全都是非常重要的。

總之，雖然低中放射性固體廢物焚燒技術現階段已經取得了很大的成功，但在今后仍有著很大的進步空間，新技術和新方法的研究仍任重而道遠。

4 結語

總而言之，在多元化發展的今天，隨著核技術的進一步發展，勢必會造成廢物量的進一步加大，廢物處置庫容的壓力會日趨嚴重。熱解氣化處理工藝方法可實現廢物的有效減容，對實現廢物最小化的目標、降低環境安全都是非常有效的技術，應予以推廣和應用。