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1、放射性废物处理与处置,李全伟 西南科技大学国防科技学院 核废物与环境安全国防重点学科实验室,放射性废物处理与处置,内容提要 5、废物的减容处理焚烧和压实（p80102） 5.1焚烧工艺过程和设备 5.2焚烧炉的类型 5.3湿法氧化 5.4焚烧处理的安全问题 5.5废物的压实减容 5.6超级压实机减容,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,焚烧或压实：减少固体废物体积和降低废物包装、贮存、运输和处置费用的主要处理方法。 可燃性废物常用焚烧法减容，多达4080的废物是可燃和可压缩的。 焚烧是将可燃性废物氧化处理成灰烬或残渣。 主要优点： 高度的减容（20100倍）和减重（1080
2、倍）。 废物向无机化转变（更安全）。 可回收239Pu和235U。,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,5.1焚烧工艺过程和设备 焚烧：化学过程，图5-1 焚烧工艺流程示意图 去污因子：废物原始放射性活度与排入环境烟气放射性活度之比 减容比：废物的初始体积与焚烧灰和二次废物总体积之比 焚烧工艺：分拣、破碎、进料、焚烧、排灰、烟气冷却、烟气净化等过程。,典型的焚烧炉及其废气净化系统,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,分拣：挑出有害的物质，使物料具有尽可能均匀的组成和相近的热值。 手工分拣一般在手套箱中进行。 破碎：方便进料和充分燃烧。 一般在手套箱中，加
3、保护气氛（N2）。 进料：批式和连续进料。 进料口设置双重门联锁装置、水冷装置、清扫装置和CO2灭火装置。 液体废物设喷料进口。,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,焚烧：燃烧室钢体外壳，内衬绝热和耐火陶瓷材料。 空气加热器助燃气体：空气和氧气 助燃器助燃燃料：丙烷、天然气、柴油 焚烧炉需要保持一定负压 焚烧炉设计的基本要求：完全燃烧 燃烧不完全的问题：堵塞炉排或尾气净化系统；产生含碳量较高的灰渣，降低减容效果。,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,排灰：70%90%放射性物质在灰中。 在手套箱中进行，防止气溶胶逸出。 焚烧废物：临界安全，回收钚和铀。
4、焚烧灰是弥散性物质，不允许直接处置，必须固化处理后装入密封容器作最终处置。 固化方法：水泥固化，熔融或超级压实 卸灰的主要问题：炉排堵塞,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,烟气冷却：冷空气稀释、喷水急冷、热交换 烟气净化：组分复杂。含有CO2、水蒸气、烟灰、焦油、酸性气体、二恶英和放射性核素等。 烟气中放射性核素的存在方式：气态、气溶胶、粉尘（飞灰）和高温挥发物。 尾气净化系统通常采用多种设备串联使用。 监测控制：异常排放、火灾和爆炸；装备事故电源；对烟气净化要求很高。,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,5.2焚烧炉的类型 过量空气焚烧炉 一个燃烧室
5、，过量空气30%100%，炉温8001100。 优点：结构和操作简单。 缺点：燃烧不完全，烟气净化难。 德国卡尔斯鲁厄研究中心：处理能力5060kg/h；系统去污因子1105,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,控制空气焚烧炉 两个或多个燃烧室 美国洛斯阿拉莫斯实验室：上、下两个水平的燃烧室。下室供理论空气量，温度650870；上室供过量空气，温度8701100；处理能力45 kg/h。 烟气净化用湿法除尘,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,热解焚烧炉 第一燃烧室热解：在不足氧，中温600800下，将可燃物裂解成低碳链物质，生成甲烷、乙烷、丙烷、CO和
6、CO2。 第二燃烧室燃烧：在过量空气和高温10001500下转化为气态成分完全燃烧。 优点：可烧塑料、橡胶物含量高的废物； 释热速度不随废物热值不同而有较大的波动，易于控制； 一次空气流量小，带出的飞灰量低，烟气净化负担减少。,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,旋风炉 悬浮燃烧：高速气流载带废物碎块切向送入炉中，在高速旋转气流的强烈湍动中燃烧，强化了传质和传热过程，燃烧在较短时间和较小空间内完成。 燃烧温度9001000，燃烧炉上方设后燃烧室温度1000。 优点：炉体结构简单，操作方便、适用性强，允许烧含较多塑料和橡胶的废物。,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理
7、焚烧和压实,高温熔渣炉 炉温14001600，产生岩状物，可直接处置。 莫斯科RADON：等离子体加热，熔融区温度超过1600，可燃废物与不可燃废物之比为32，处理能力200250 kg/h。设置旋风后燃烧室。 流化床炉 熔盐炉 焚烧炉研究：原子能院、中辐院 焚烧炉使用：上海放射性三废处理站、812厂、404厂、821厂等。,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,5.3湿法氧化 湿燃烧法：酸煮解、过氧化氢催化氧化 酸煮解机理：用热浓硫酸和硝酸（250）浸煮可燃固体废物，将有机物分解成简单的气体组分，把大部分无机物转变为硫酸盐和氧化物。 有机物化学分解：有机物碳化和碳化物氧化。
8、,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,有机物碳化 碳化物氧化和SO2氧化,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,酸煮解工艺过程 （1）预处理：进料准备 （2）酸浸煮：碳化氧化（燃烧） （3）尾气处理：雾沫分离器回收硫酸；碱洗涤塔氧化和吸收SO2、NOx和HCI；HEPA过滤器 （4）残渣处理：固化,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,酸煮解优缺点 减容比大（70100） 能处理高氯废物 处理含钚量高的废物 二次废液少 容易控制和调节 废物：临界安全 腐蚀性：设备材料要求高,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,过氧化氢
9、催化氧化 自由基链式反应 自由基HO具有极强的氧化性，它对有机物的氧化作用可表示为：,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,离子交换树脂被HO自由基逐渐分解： （1）离子交换树脂HO线性可溶苯乙烯聚合物CO2SO42/NH4H2O （2）线性可溶苯乙烯聚合物HO小分子有机物CO2H2O 清华大学：阳树脂Fe2，阴树脂Cu2，混合树脂H2O2Fe2/Cu2分解效果最好。,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,5.4焚烧处理的安全问题 运行安全：腐蚀；燃烧不平稳；燃烧不完全；着火 尾气净化问题：两个标准 辐射防护问题：100mSv/h的低放废物 临界安全问题：物
10、料衡算 环境影响评价,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,5.5废物的压实减容 压实：依靠机械力作用使废物密实化，提高废物整体密度，减少废物体积。 主要优点： 费用低 设备简单 二次废物极少,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,减容因子 废物的减容因子（VRF）为废物压缩前后体积之比： 式中，VA废物压缩前体积，m3； VF废物压缩后体积，m3；,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,压实曲线（图5-8，图5-9） 起始段：减容效果差； 显著减容段：压力增大，减容效果迅速增大； 持续减容段：压力增大继续减容，但减容效果缓慢增加； 饱和段
11、：压力增加，几乎不再减容，废物接近或达到理论密度。 压缩过程首先是减少物体中的空隙，第二步减少物质内部的间隙和致密化。,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,压实过程的回弹问题 回弹现象：压头直径与桶直径相差较大 回弹率：不同的物料、施加的压力、施力持续时间。 压实机分类：低压几百1000KN、中压10005000KN，高压500010000KN，超高压10000KN。 桶内压实法：分几次加入废物，几次压实，VRF 26，设备和操作简单，中小型核设施普遍采用。 桶外压实法：以高压和超高压压实后装桶， VRF 510。,圆筒式压缩机工作示意图,200升金属桶,放射性废物处理与处
12、置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,5.6超级压实机减容 1978年，退役废物减容；10000KN。 压实作业：废物桶进入供料轨道；在废物桶两底面上打孔；废物桶压实；压实后的“饼块”送到辊道上；自动抓具抓起“饼块”进行称重和测厚；选配合适厚度的“饼块”装桶，封盖。 超级机构成：主机；供料和出料输送、封装系统；液压系统；控制和电气设备；废气和废液收集系统。,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,废物压实需要注意的问题 （1）控制废气和废液 （2）辐射屏蔽 （3）设置安全门和联锁装置 （4）压实机噪声消除 （5）防止爆炸性物质 （6）维修方便 可移动式压实机：可有效利用物力、人力和财力。,放射性废物处理与处置 第五章 废物的减容处理焚烧和压实,作业： 1、写出热解焚烧炉两个主要工作步骤和条件。 2、一废物桶体积0.22m3,经压实后体积减小为40L，求VRF。,第五章完,
