1、放射性废物处理与处置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放射性废物处理与处置内容提要内容提要n5、废物的减容处理、废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实（p80102）n5.1焚烧工艺过程和设备n5.2焚烧炉的类型n5.3湿法氧化n5.4焚烧处理的安全问题n5.5废物的压实减容n5.6超级压实机减容放射性废物处理与处置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n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
2、方法。n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。n焚烧是将可燃性废物氧化处理成灰烬或残渣。n主要优点：n高度的减容（20100倍）和减重（1080倍）。n废物向无机化转变（更安全）。n可回收239Pu和235U。放射性废物处理与处置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n5.15.1焚烧工艺过程和设备焚烧工艺过程和设备n焚烧：化学过程，图5-1 焚烧工艺流程示意图n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n减容比：废物的初始体积与焚烧灰和二次废物总体积之比n焚烧工艺：分拣、破碎、进料、焚烧、排灰、烟气冷却、烟气净
3、化等过程。典型的焚烧炉及其废气净化系统典型的焚烧炉及其废气净化系统桶装灰漏斗过滤器处理废气冷却器后燃室焚烧炉易然废物放射性废物处理与处置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n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。n手工分拣一般在手套箱中进行。n破碎：方便进料和充分燃烧。n一般在手套箱中，加保护气氛（N2）。n进料：批式和连续进料。n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。n液体废物设喷料进口。放射性废物处理与处置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n焚烧：燃
4、烧室钢体外壳，内衬绝热和耐火陶瓷材料。n空气加热器助燃气体：空气和氧气n助燃器助燃燃料：丙烷、天然气、柴油n焚烧炉需要保持一定负压n焚烧炉设计的基本要求：完全燃烧n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放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n排灰：70%90%放射性物质在灰中。n在手套箱中进行，防止气溶胶逸出。n焚烧废物：临界安全，回收钚和铀。n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。n固化方法：水泥固化，熔融或超级压实n卸灰的主要问题：炉排堵塞放射性废物处
5、理与处置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n烟气冷却：冷空气稀释、喷水急冷、热交换n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。n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。n尾气净化系统通常采用多种设备串联使用。n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放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n5.2焚烧炉的类型焚烧炉的类型n过量空气焚烧炉n一个燃烧室，过量空气30%100%，炉温8001100
6、。n优点：结构和操作简单。n缺点：燃烧不完全，烟气净化难。n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放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n控制空气焚烧炉n两个或多个燃烧室n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。n烟气净化用湿法除尘放射性废物处理与处置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n热解焚烧炉n第一燃烧室热解：在不足氧，中温600800下，将可燃
7、物裂解成低碳链物质，生成甲烷、乙烷、丙烷、CO和CO2。n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。n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放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n旋风炉n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。n燃烧温度9001000，燃烧炉上方设后燃烧室温度1000。n优点：炉体结构简单，操
8、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放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n高温熔渣炉n炉温14001600，产生岩状物，可直接处置。n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3 2，处理能力200250 kg/h。设置旋风后燃烧室。 n流化床炉n熔盐炉n焚烧炉研究：原子能院、中辐院n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放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n5.35.3湿法氧化湿法氧
9、化n湿燃烧法：酸煮解、过氧化氢催化氧化n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。n有机物化学分解：有机物碳化和碳化物氧化。 放射性废物处理与处置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n有机物碳化n碳化物氧化和SO2氧化2422C/2/2mnHnH SOnH OnSOmC32234423CHNONOH OCO2232432232SOH OHNOH SONO放射性废物处理与处置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n酸煮解工艺过程
10、（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放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n酸煮解优缺点n减容比大（70100）n能处理高氯废物n处理含钚量高的废物n二次废液少n容易控制和调节n废物：临界安全n腐蚀性：设备材料要求高放射性废物处理与处置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n过氧化氢催化氧化n自由基链式反应n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
11、为：2322FeH OFeOHHO2RHHOH OR放射性废物处理与处置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n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CO2H2On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放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n5.45.4焚烧处理的安全问题焚烧处理的安全问题n运行安全：腐蚀；燃烧不平稳；燃烧不完全；着火n尾
12、气净化问题：两个标准n辐射防护问题：100mSv/h的低放废物n临界安全问题：物料衡算n环境影响评价放射性废物处理与处置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n5.55.5废物的压实减容废物的压实减容n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。n主要优点：n费用低n设备简单n二次废物极少放射性废物处理与处置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n减容因子n废物的减容因子（VRF）为废物压缩前后体积之比：n式中，VA废物压缩前体积，m3；nVF废物压缩后体积，m3；afVVRFV放射性
13、废物处理与处置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n压实曲线（图5-8，图5-9）n起始段：减容效果差；n显著减容段：压力增大，减容效果迅速增大；n持续减容段：压力增大继续减容，但减容效果缓慢增加；n饱和段：压力增加，几乎不再减容，废物接近或达到理论密度。n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放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n压实过程的回弹问题n回弹现象：压头直径与桶直径相差较大n回弹率：不同的物料、施加的压力、施力持续时间。n压实机分类：低压几百1
14、000KN、中压10005000KN，高压500010000KN，超高压10000KN。n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。n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置放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n5.65.6超级压实机减容超级压实机减容n1978年，退役废物减容；10000KN。n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
15、行称重和测厚；选配合适厚度的“饼块”装桶，封盖。n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放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n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n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放射性废物处理与处置第五章第五章 废物的减容处理废物的减容处理焚烧和压实焚烧和压实n作业：n1、写出热解焚烧炉两个主要工作步骤和条件。n2、一废物桶体积0.22m3,经压实后体积减小为40L，求VRF。第五章完
