放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座

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试验室放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第1页放射性废物处理与处置内容提要5、废物减容处理——焚烧和压实（p80~102）5.1焚烧工艺过程和设备5.2焚烧炉类型5.3湿法氧化5.4焚烧处理安全问题5.5废物压实减容5.6超级压实机减容放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第2页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实焚烧或压实：降低固体废物体积和降低废物包装、贮存、运输和处置费用主要处理方法。可燃性废物惯用焚烧法减容，多达40～80％废物是可燃和可压缩。焚烧是将可燃性废物氧化处理成灰烬或残渣。主要优点：高度减容（20～100倍）和减重（10～80倍）。废物向无机化转变（更安全）。可回收239Pu和235U。放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第3页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——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。放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第4页经典焚烧炉及其废气净化系统放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第5页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实分拣：挑出有害物质，使物料含有尽可能均匀组成和相近热值。手工分拣普通在手套箱中进行。破碎：方便进料和充分燃烧。普通在手套箱中，加保护气氛（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。放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第6页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——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基本要求：完全燃烧燃烧不完全问题：①堵塞炉排或尾气净化系统；②产生含碳量较高灰渣，降低减容效果。放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第7页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实排灰：70%～90%放射性物质在灰中。在手套箱中进行，预防气溶胶逸出。焚烧α废物：临界安全，回收钚和铀。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主要问题：炉排堵塞放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第8页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——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取各种设备串联使用。监测控制：①异常排放、火灾和爆炸；②装备事故电源；③对烟气净化要求很高。放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第9页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实5.2焚烧炉类型过量空气焚烧炉一个燃烧室，过量空气30%～100%，炉温800～1100℃。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50～60kg/h；系统去污因子＞1×105放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第10页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——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试验室：上、下两个水平燃烧室。下室供理论空气量，温度650～870℃；上室供过量空气，温度870～1100℃；处理能力45kg/h。烟气净化用湿法除尘放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第11页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实热解焚烧炉第一燃烧室热解：在不足氧，中温600～800℃下，将可燃物裂解成低碳链物质，生成甲烷、乙烷、丙烷、CO和CO2。第二燃烧室燃烧：在过量空气和高温1000～1500℃下转化为气态成份完全燃烧。优点：①可烧塑料、橡胶物含量高废物；②释热速度不随废物热值不一样而有较大波动，易于控制；③一次空气流量小，带出飞灰量低，烟气净化负担降低。放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第12页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——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900～1000℃，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废物。放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第13页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实高温熔渣炉炉温1400～1600℃，产生岩状物，可直接处置。莫斯科RADON：等离子体加热，熔融区温度超出1600℃，可燃废物与不可燃废物之比为3∶2，处理能力200～250kg/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。放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第14页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——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。放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第15页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实有机物碳化碳化物氧化和SO2氧化放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第16页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——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：固化放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第17页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实酸煮解优缺点减容比大（70～100）能处理高氯废物处理含钚量高废物二次废液少轻易控制和调整α废物：临界安全腐蚀性：设备材料要求高放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第18页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实过氧化氢催化氧化自由基链式反应自由基HO·含有极强氧化性，它对有机物氧化作用可表示为：放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第19页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实离子交换树脂被HO·自由基逐步分解：（1）离子交换树脂＋HO·→线性可溶苯乙烯聚合物＋CO2＋SO42－/NH4＋＋H2O（2）线性可溶苯乙烯聚合物＋HO·→小分子有机物＋CO2＋H2O清华大学：阳树脂Fe2＋，阴树脂Cu2＋，混合树脂H2O2＋Fe2＋/Cu2＋分解效果最好。放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第20页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实5.4焚烧处理安全问题运行安全：①腐蚀；②燃烧不平稳；③燃烧不完全；④着火尾气净化问题：两个标准辐射防护问题：≤100mSv/h低放废物临界安全问题：物料衡算环境影响评价放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第21页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实5.5废物压实减容压实：依靠机械力作用使废物密实化，提升废物整体密度，降低废物体积。主要优点：费用低设备简单二次废物极少放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第22页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实减容因子废物减容因子（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；放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第23页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——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，减容效果快速增大；连续减容段：压力增大继续减容，但减容效果迟缓增加；饱和段：压力增加，几乎不再减容，废物靠近或到达理论密度。压缩过程首先是降低物体中空隙，第二步降低物质内部间隙和致密化。放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第24页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实压实过程回弹问题回弹现象：压头直径与桶直径相差较大回弹率：不一样物料、施加压力、施力连续时间。压实机分类：低压几百～1000KN、中压1000～5000KN，高压5000～10000KN，超高压＞10000KN。桶内压实法：分几次加入废物，几次压实，VRF2～6，设备和操作简单，中小型核设施普遍采取。桶外压实法：以高压和超高压压实后装桶，VRF5～10。放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第25页圆筒式压缩机工作示意图200升金属桶放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第26页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实5.6超级压实机减容1978年，退伍废物减容；＞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“饼块”送到辊道上；自动抓具抓起“饼块”进行称重和测厚；选配适当厚度“饼块”装桶，封盖。超级机组成：主机；供料和出料输送、封装系统；液压系统；控制和电气设备；废气和废液搜集系统。放射性废物的处置和处置焚烧和压实专家讲座第27页放射性废物处理与处置

第五章废物减容处理——焚烧和压实废物压实需要注意