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(huán)保產(chǎn)業(yè)有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

熱解氣化屬于焚燒技術(shù)的一種，熱解指在沒有氧氣或者是缺乏氧氣的惰性環(huán)境下，高溫讓固體廢物有機(jī)成分分解。其中，氣化主要指的是在熱解的基礎(chǔ)上，通過特定功能氣化劑的融入，把長(zhǎng)鏈揮發(fā)性的產(chǎn)物轉(zhuǎn)變成小分子烴類，然后通過焦炭與氣化劑的反應(yīng)，最終將固體轉(zhuǎn)變成氣體產(chǎn)物。通過對(duì)熱解氣化的過程分析可知，該過程將產(chǎn)生少量的煙氣，并且煙氣當(dāng)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(jìn)行，所以不管是硫化物的生成，還是氮化物的生成都會(huì)就此受到阻礙。由此可見，熱解氣化技術(shù)更有利于保證環(huán)境安全。從廢物來源角度分析，工藝與技術(shù)廢物是核電站運(yùn)行時(shí)產(chǎn)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(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的廢物，而技術(shù)廢物主要指的是檢修過程中產(chǎn)生的各種檢修廢物。通常情況下，控制區(qū)的檢修活動(dòng)是大部分檢修廢物的來源。根據(jù)核電廠廢物實(shí)際，采用熱解氣化方法處理可燃物可獲得較大的減容比，對(duì)實(shí)現(xiàn)廢物最小化和降低核電廠廢物指標(biāo)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(jī)組正常運(yùn)行年度換料大修以及預(yù)期運(yùn)行事件中產(chǎn)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(jù)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(shù)廢物。其中工藝廢物是指系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的廢物，這些工藝廢物和核電站的運(yùn)行狀況通常有著密切的聯(lián)系，主要為濃縮液、廢樹脂、過濾器芯子；而技術(shù)廢物則是檢修過程中產(chǎn)生的各檢修廢物，大都來源于控制區(qū)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(dāng)前，通過對(duì)熱解氣化的分析可知，技術(shù)處理路線主要為：

(1)預(yù)處理。對(duì)低中放射性廢物進(jìn)行分揀、計(jì)量和打包。

(2)熱解氣化。將廢物轉(zhuǎn)換成小分子可燃?xì)怏w和固體殘?jiān)?/p>

(3)熱氧化[3]。采用通入氧氣的方式，讓氣體當(dāng)中的可燃?xì)怏w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(duì)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(tǒng)，與固化基料連接在一起，實(shí)現(xiàn)灰渣固化，然后將固化后的固化體拿給核電站負(fù)責(zé)人員進(jìn)行管理[4]。

熱解氣化爐如圖1所示。

圖1 熱解氣化爐

2.1 預(yù)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(gè)過程中需注意不能讓閃點(diǎn)溶劑進(jìn)入到焚燒爐中；

(2)破碎。通過對(duì)大塊可燃廢物的適當(dāng)破碎，使其滿足焚燒加料要求；

(3)包裝計(jì)量。對(duì)破碎之后的物料進(jìn)行包裝和計(jì)量，將其以標(biāo)準(zhǔn)料貨包的形式進(jìn)行輸送或者投料。

2.2 熱解氣化處理

在低中放射性廢物轉(zhuǎn)化的過程中，若想讓其轉(zhuǎn)化成小分子可燃?xì)怏w或者是殘?jiān)捅仨毻渲屑尤脒m量的氣化劑。當(dāng)前，可應(yīng)用于核電行業(yè)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(shí)常用到的氣化劑。熱解溫度控制在300～500 ℃之間，加熱時(shí)間約為1 h[5]。

2.3 熱氧化處理

在處理產(chǎn)生的可燃?xì)怏w中通入一定的氧氣，讓這些可燃?xì)怏w全部轉(zhuǎn)變成二氧化碳。在這個(gè)過程中，可應(yīng)用霧化噴嘴燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)階段，應(yīng)用起來更為穩(wěn)當(dāng)?shù)姆椒槎嗫捉橘|(zhì)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(duì)進(jìn)入到燃燒氣當(dāng)中的氣體進(jìn)行燃燒，進(jìn)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(wěn)定性與持續(xù)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(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，然后經(jīng)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(dá)到中國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)[6]，實(shí)現(xiàn)尾氣達(dá)標(biāo)排放。

2.5 固化處理

玻璃與水泥固化是當(dāng)前中國(guó)經(jīng)常用到的固化處理技術(shù)，最終形成類玻璃體或水泥固化體。目前應(yīng)用最多的固化方式為水泥固化。水泥固化不僅操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，而且包容性和強(qiáng)度較好。雖然水泥固化有著一定的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)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(shí)候，由于樹脂有溶脹的特征，經(jīng)過一段時(shí)間的溶脹，可能會(huì)造成固化體強(qiáng)度降低或浸出率不滿足要求，導(dǎo)致放射性物質(zhì)逸散，對(duì)環(huán)境安全造成影響。因此，熱解氣化處理的固化方案應(yīng)用玻璃固化技術(shù)，這類技術(shù)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(guó)焚燒技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

早在上世紀(jì)八十年代，中國(guó)輻射防護(hù)研究院就開展了有關(guān)廢物焚燒技術(shù)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(shí)驗(yàn)裝置。目前該技術(shù)已在多個(gè)核設(shè)施進(jìn)行了應(yīng)用，如八二一廠的55#廠房，技術(shù)已非常成熟。

等離子體高溫焚燒熔融處理技術(shù)是利用等離子體弧溫度高、能量集中的特性，對(duì)固體放射性廢物進(jìn)行處理，有著較大的減容量，設(shè)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(shù)現(xiàn)階段已相對(duì)成熟，目前在危廢行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，在涉核領(lǐng)域正在積極推廣。為減少核電廠的運(yùn)行成本，讓核電廠運(yùn)行的環(huán)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(jìn)行處理，對(duì)有效降低廢物暫存設(shè)施容量、減少?gòu)U物運(yùn)輸成本、改善廢物處置場(chǎng)壓力、保障環(huán)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(shù)現(xiàn)階段已經(jīng)取得了很大的成功，但在今后仍有著很大的進(jìn)步空間，新技術(shù)和新方法的研究仍任重而道遠(yuǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在多元化發(fā)展的今天，隨著核技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，勢(shì)必會(huì)造成廢物量的進(jìn)一步加大，廢物處置庫(kù)容的壓力會(huì)日趨嚴(yán)重。熱解氣化處理工藝方法可實(shí)現(xiàn)廢物的有效減容，對(duì)實(shí)現(xiàn)廢物最小化的目標(biāo)、降低環(huán)境安全都是非常有效的技術(shù)，應(yīng)予以推廣和應(yīng)用。