压水堆核电厂废液蒸发单元的优化.pdf

核辅助厂房含有化学物质的贮槽和设备的琉水 其特点是化学成 分复杂 放射性一般不符合排放标准 硼含量较工艺水低 需经 蒸发处理后监测排放 地面废液 主要来自 不能复用的设备泄漏水 核岛厂房地面清洗水 热洗衣 房和淋浴水 这类废液的放射性水平一般低于排放标准 只需过 滤后排放 当放射性较高时进行蒸发处理 表 1给出了我国各压 水堆核电站运行初期所处理的化学废液的特性 表 1 核电站化学废液的 特性IM 扁 恻气 大亚湾秦山一期秦山二期 放射性M B q M 3 1 05 01 5 0 硼浓度 P P m4 5 0 4 3 25 3 9 注 一表中数据来自 大亚湾三废周报 一期运行记录和二期试运行记录 蒸发单元用来处理上述化学废液 处理后的燕馏液满足排放标准后排放 而 硼含量在2 5 0 0 0 4 0 0 0 0 P P M的 浓缩液需进一步转型或超级浓缩 三 各电站废液蒸发单元的运行状况 蒸发单元的主要功能是净化放射性废物 使其达到国家允许的放射性废液排 放标准 经过十年的 运行证明 不管是自 然循环燕发器还是强制循环燕发器 都 能达到所要求的净化系数 秦山 一期大于 I X 1 0 E 4 大亚湾和秦山二期为 I X 1 0 E 6 运行中存在的问题主要涉及浓翻酸管道的结晶堵塞 蒸发器循环泵密封 泄漏和废液供料管线的堵塞 1 大亚湾核电 站 该电站废液蒸发系统采用外加热式强制循环燕发器 其优点在于 1 可避免悬浮固 体在换热表面的 沉积 2 蒸发和沸腾都在蒸发室闪蒸完成 从而减少了 加热回路表面的结垢 3 传热系数高 所需换热面积小 设备占 据的空间小 强制循环蒸发单元的缺点在于 由 于增加了燕发回路循环泵和蒸馏液排出泵 而带来维修停运和维修时的放射性危害 且嗓音较大 2 秦山一期 秦山 一期采用自 然循环外加热式蒸发器处理T I 和T 2 废液 废液经砂滤 器处理后进入预热器 再进入燕发器进行燕发 蒸馏液冷却后自 流到燕馏液 w NCE S 一 0 2 贮槽 浓缩液自 流到残液扬液器 再用压缩空气输送到固化系统 由于废液 杂质含量较多 而砂滤器对细小微粒的去除能力较低 所以容易引起下游预 热器的堵塞 另外蒸馏液回路上没有在线监测设施 不能及时反映蒸馏液水 质 3 秦山二期 秦山二期的蒸发器也是自 然循环外加热式蒸发器 所不同的是 废液经 过滤器过滤后进入预热器 从旋风分离 器出来的二次燕汽进入泡罩塔进一步 得到分离 蒸发浓缩液自 流到浓缩液贮槽 再用泵输送到固化系统 在运行 中发现 蒸馏液自 流管线上的电导仪不能真实反映蒸馏液水质 加热器底部 的浓缩液排放管线和浓缩液输送泵发生硼酸晶体堵塞现象 综上所述 各个电站的燕发单元都能实现废液净化和浓缩的目 的 秦山 一期的浓缩液硼浓度可达 2 5 0 0 0 3 0 0 0 0 P P m 秦山二期和大亚湾则达 4 0 0 0 0 P P m 但各单元在运行中不可避免地的出 现上述故障 因 此 在蒸发单 元的设计中应选择合理的工艺或设备 尽可能降低运行成本 减少设备维修 时的放射性污染 防止可预见事件的发生 四 蒸发单元的优化 蒸发单元的标准化借鉴了上述三个电站蒸发单元的设计优点 采用自 然 循环蒸发器 废液用过滤器预处理 二次燕汽经泡罩塔进一步分离 燕馏液 小流量回流管线上装一电导仪 浓缩液用压缩空气输送到固化系统 考虑到 国 外浓缩液新型技术的开发和应用 我国应尽早引进国 外技术 对燕发浓缩 液进一步转型处理 以 达到高度减容的目的 1 系统组成 燕发单元主要有以下设备组成 1 蒸发器供料泵和废液过滤器 废液过池器安装在供料泵的下游 用来除去废液中的泥沙等悬浮 颗粒 以防浓翻酸的异常结晶 2 预热器 自 然循环燕发器 旋风分离器 废液经预热器加热到 9 5 后进入燕发器底部循环管 蒸发过程在 加热室进行 为保证传热效率 燕发器液位控制在上循环管中心 线附近 从蒸发器出来的燕汽进入旋风分离器进行汽液分离 3 泡罩塔和冷凝器 为了使汽水分离彻底 从旋风分离器出来的蒸汽经过泡罩塔 泡 罩塔可以使蒸发器环路硼浓度较高时气相中夹带的硼得到有效分 离 4 蒸馏液冷却器和监测槽 从冷凝器出来的蒸馏液经冷却器冷却到 5 0 左右后自 流到蒸馏液 监测槽 5 浓缩液 贮槽 接收硼浓度为 4 0 0 0 0 P P m 的含硼废液 为防止硼酸结晶 除调节 废液的钠硼比 外 还必须安装电 加热器和搅拌装置 贮槽顶部接 有用来输送浓缩液的 压缩空气管线 蒸发单元的工艺流程见图t o s 燕切浓 一 燕发器 旋风分离器 泡翠塔 冷凝器 冷却器 燕馏液相 废液贮相 过滤器 浓缩液棺 预热餐 冷却签 毅结水平衡班 加热器 图1 蒸发单元流程图 2 系统 控制 蒸发单元的系统控制采用目 前较先进的 程序化逻辑控制系统 P L C 所 有的操作和管理完全实现计算机化 这一系统应用于秦山二期三废系统的工 艺控制 并在调试和运行中 得到验证 与常规的继电器回路控制相比 这一 控制模式最显著的 特点是占 用空间小 运行稳定可靠 维修率低且维修方便 由于所有功能通过屏幕执行 所以 操作简便易行 容易进行工艺系统和控制 系统的更改 蒸发单元的 控制调节环路包括下列几个环节 1 蒸发器液位调节 由于燕发器的废液密度随硼浓度的升高而增大 粗 产产 从日 当 浓度增大到 4 0 0 0 0 P P m时 密度对液位的影响不能忽略 因此液位 测量中必须引 入密 度校正因子 2 加热蒸汽流量调节 加热器的传热面积和燕发速率决定了加热蒸 汽的流量 因此可通过所要求的燕馏液流量或蒸发器气相压力来调节蒸 汽流量 3 蒸馏液回流量和冷凝器液位控制 为了保证泡罩塔良 好的分离效 果 必须有少量的蒸馏液回流到泡罩塔 因此冷凝器要保持一定的液位 4 加热器凝结水液位控制 通过控制凝结水管线出口调节阀 来控制 凝结水槽液位 除上述自 动调节环路外 其它设备是手动操作的 蒸馏液监测槽的选择 燕发器放料和浓缩液槽的操作均是手动操作 蒸发单元的设备 泵和阀门均 在控制室通过电 脑屏幕远距离操作 当蒸发单元手动进入连续生产状态后 蒸发过程便完全自 动化 若出现保护信号时 该单元执行保护状态的 程序 使蒸发器自 动返回到安全状态 五 燕发单元的应用 核电 站废液处理系统的 运行和管理独立于主系统和核辅助系统 尽管主系统 及相关系统的设计不得不采用国外标准 但三废系统 特别是废液燕发单元的设 汁 应从实际出发 在达到所要求的净化系数的前提下 尽可能 使系统运行稳定 安全和可靠 国际上各个核电 站对低放废液的处理均采用燕发浓缩 部分国家对蒸发浓缩 液进一步浓缩或蒸干处理 以 便最大限 度地降 低放射性废物的体积 在中国 各 个核电厂在蒸发单元的运行上已积累