法国放射性废物焚烧技术

1、法国放射性废物焚烧技术第28卷第6期(总第168期)辐射防护通讯2008年l2月?介绍?法国放射性废物焚烧技术杨丽莉王培义张晓斌(中国辐射防护研究院,太原,030006)摘要针对法国在放射性废物焚烧领域的研究成果,详细介绍了过量空气焚烧技术,固体废物焚烧技术,冷坩埚高温熔融技术的工艺流程及具体应用.关键词:放射性废物焚烧技术冷坩埚高温熔融中图分类号:TL941.32文献标识码:A文章编号:1004-6356(2008)06-1P_6-03l引言焚烧技术作为一种有效的放射性废物减容方法,深受各国重视.早在20世纪50年代初,国外就开发了放射性废物焚烧技术.1965年,法国在格勒诺布尔建立了第一座

2、焚烧试验厂,确立了法国圣戈班新技术公司(SGN)在放射性废物焚烧领域的核心地位.为了适应废物管理的具体需要,SGN开发了低放J3,7放射性废物焚烧技术以及钚污染废物处理技术等多项技术,过量空气焚烧技术则属于SGN开发的首批焚烧技术之一.法国原子能委员会(CEA)在多年的实践过程中,也开发了许多新技术,如固体废物焚烧(IRIS)技术和冷坩埚(CCM)高温熔融技术,并在IRIS工艺的基础上建立了a废物焚烧炉,从而为放射性废物焚烧领域开创了新的前景.2过量空气焚烧技术SGN长期致力于工业放射性固体,液体废物焚烧系统结构设计方面的研究,已有长达35年的历史,过量空气焚烧技术是SGN开发的首批技术之一,

3、主要用于处理B,了放射性废物.2.1工艺流程过量空气焚烧流程包括废物前处理,焚烧和尾气处理.2.2.1废物前处理该过程包括分拣,破碎,自动打包和称重计量.称重计量主要是为了控制进人焚烧炉中的物料量,并确定最佳燃烧参数.2.2.2焚烧废物包经一个上下两道活门联锁的密封装置进料.运行过程中下活门及装载槽处于绝热状态,当下活门打开时,废物通过装载槽进入燃烧炉.炉内共设有两炉排,一个呈阶梯状,另一个呈水平状,进入燃烧炉的废物直接落到阶梯炉排上,整个炉排向下倾斜并存在阶段性落差,可动炉排片与固定炉排片以阶梯式纵向交互配置,并以水平方向前后摆动,以松动,搅拌并推动废物前进.炉排分段的落差,可使废物翻滚,破

4、碎及松散,以达到良好的燃烧效果.水平炉排主要用于软化塑料的最终燃烧.一次风由炉排下方送入以实现废物的彻底分解并防止炉排过热.灰冷却后通过密闭的排灰系统卸入灰桶.烟气则从燃烧室上方直接进入Y型后燃室,该燃烧室内装有SiC颗粒,这些高温的SiC颗粒以及后燃室的结构设计有利于气体的混合以及颗粒物中残余炭的完全燃烧.2.2.3尾气处理烟气通过冷风稀释和喷水急冷进行冷却,冷却后的烟气首先进入由高温过滤器,袋滤器,静电除尘器组成的预过滤设备和高效过滤器,滤除其中的飞灰.再通过吸收塔,去除烟气中的酸性气体,最后由碳床吸附器除去其中的有毒有害物质.2.2技术特点(1)废物适应性强.与其它焚烧技术相比,收稿日期

5、:200812.04作者简介:杨丽莉(1982.),女,2004年毕业于山西大学材料化学专业,实习研究员.一26法国放射性废物焚烧技术杨丽莉无须进行严格的前处理.(2)工艺简单灵活,便于维修.2.3工程应用1992年,在西班牙建立了一座处理能力约50kg/h的固液,7废物焚烧炉;1992年,日本建立了一座处理能力为2050kg/h的a,B,7固体废物的焚烧炉.3IRIS技术IRIS技术是CEA研发的一种新型的可以处理PVC含量高达50%的放射性废物焚烧技术.3.1工艺流程IRIS流程主要包括废物前处理,焚烧和尾气处理.3.1.1废物前处理废物前处理主要包括废物的金属探测,分拣,破碎,暂存和来料

6、连续计量.废物先经输送设备实现加料输送,输送过程中通过x射线探测器进行金属探测并由人工分拣;分拣后的废物经破碎进入缓冲存储室,最后由定量加料器送入焚烧炉.3.1.2焚烧废物焚烧主要包括废物热解,残渣焚烧以及尾气焚烧.该过程有两个电加热回转窑,第一个回转窑用于废物的热解,叫做热解炉;第二个回转窑用于残渣的焚烧,叫做煅烧炉.废物先在热解炉中进行加热分解,温度约550,为了防止焦油的形成,炉内只需喷入少量空气.热解后的产物主要有残渣,热解气及燃烧尾气.残渣直接进人煅烧炉,在约900oC下进行过量空气焚烧.经过约2h的焚烧,残渣变为含碳量小于1%的焚烧灰.最后从热解炉出来的热解气与煅烧炉出来的燃烧尾气

7、被送人温度约1100oC的后燃室再进行过量空气焚烧.3.1.3尾气处理后燃室出来的烟气经空气冷却和冷风稀释,从约1000oC冷却到200oC左右,再经一个管状的静电除尘器和两级高效过滤器除去其中的飞灰和颗粒物.过滤后的烟气经碱液吸收处理,最后经烟囱排人大气.3.2技术特点CEA专家在多年的实践探索过程中,不断进行技术改进与创新,主要体现在以下几个方面.(1)工艺中采用了化学方法.通过在废物中添加磷(TBP,1TAP),使氯盐转化为磷酸盐,从而减缓了易挥发的氯盐对设备的高温熔融腐蚀.(2)工艺灵活.改变废物进料方式和系统参数值(炉温等),可提高焚烧废物中不同组分所占的比例.(3)所得的焚烧灰性质

8、稳定,含碳量低(小于1%),便于特殊金属的回收.(4)实现了废物的热解与煅烧再焚烧,这样焚烧产生的烟气比传统焚烧方式要少的多,给尾气的处理和系统的安全性都带来很大的好处.3.3工程应用在IRIS技术的基础上,SGN在Valduc建造了一座最大处理能力为7kg/h的(实际处理能力为34kg/h)a废物焚烧处理设施,结合实际运行经验,SGN专家对设备与工艺作了一些改进,主要包括以下几个方面.(1)破碎后的废物由阿基米德螺旋输送改为圆盘输送器.(2)尾气冷却由混风稀释改为喷水急冷+空气热交换器.(3)尾气净化过程中,最初选用的酸性气体中和试剂为研磨过的NC03试剂,温度控制在160左右,试验结果表明

9、:尾气净化系数较低,且反应进行不充分,中和后的尾气中含有大量的HC1气体,不仅容易造成下游管道腐蚀,而且HC1的排放值不符合标准.经研究分析,改用干氢氧化钙作中和试剂,并保持一定的粒度,袋滤器上游设计一个反应器,并对反应器的试剂加入系统作了一些改进,最终的结果尾气净化系数较高,排放值合乎标准.(4)考虑到a废物焚烧的特殊性,废物的前处理,焚烧,净化过程中采用了一些具体的措施,如严格控制设备中Pu的加入量,以防止发生临界;设备采用了二次屏蔽,在每个单元设备的外部设置类似手套箱结构的屏蔽设备(共11个屏蔽手套箱);在各流程设备内部设置清洁装置,以定期清除设备中的沉积物.该设施现已运行了5年,处理了

10、约6t的a废物,效果较好.一27辐射防护通讯2OO8年l2月第28卷第6期4CCM高温熔融技术1980年,CEA和SGN开始CCM高温熔融技术的开发,并不断发展和完善.目前,法国已成功应用冷坩埚技术处理了不同放射性水平的无机废物和有机废物,并用这一成熟技术与意大利,韩国合作建立冷坩埚玻璃固化厂l2J.4.1工艺流程冷坩埚玻璃固化装置由进料系统,冷坩埚熔炉(CCM),等离子体焰炬熔炉(删)和尾气处理系统(OGTS)组成.4.1.1废物前处理废物前处理进料系统包括一个玻璃进料器和两个废物进料器.废物经干燥,破碎后进人储存料斗,然后通过传送系统进入冷坩埚.4.1.2焚烧冷坩埚为水冷熔炉,由外部高频发

11、生器直接激发感应电流,使玻璃熔体的内部产生高热,进行玻璃熔化,可燃废物则通过氧弧等离子体高温火炬熔融,产生的残渣及核素进入玻璃熔融体形成玻璃体.燃烧后的烟气先冷却,然后进入高温陶瓷过滤器过滤,之后进入后燃室再次燃烧.4.1.3尾气处理从后燃室出来的烟气先冷却,然后进入吸收塔除去其中的酸性气体,之后经高效过滤器过滤后,进入后续的除氮氧化物系统,最后排人大气.4.2技术特点【4(1)废物适应性强.等离子体火炬温度可达(23)104cI=,火炬边缘温度也可达3103oC左右,可处理一些传统焚烧方法不能处理的废物,如废树脂,石棉废物,PCBs污染物,化学武器等.(2)炉体内壁为冷态,炉体采用了水冷金属

12、结构.(3)该冷坩埚主要采用的是凝壳熔炼技术,水冷坩埚与玻璃熔体之间存在一层由玻璃熔体重新凝固而产生的固体壳层,从而使坩埚内壁与玻璃熔体不接触,这样一方面减少了坩埚被高温熔融物腐蚀的危险,进而也减少了二次废物,另一方面也减少了高温玻璃熔体的污染.4.3工程应用1999年,SGN与韩国电力公司(PCO)共同出资,在汉城大田建成一座冷坩埚玻璃固化中间试验装置,原计划2005年投入核电站实际使用.5结语法国开发的IRIS技术以及CCM高温熔融技术,克服了传统技术的局限性,对我国放射性废物焚烧技术的改进提了供参考.6参考文献1LemonF,CharvillatJP.ImpvememoftheIrisP

13、iocessforIncinerationofVariousRadioactiveWasteCompositions.WM,03Conference,2003.2胡唐华,冯孝贵,鲍卫民,等.冷坩埚技术在核物理中的应用.核技术,2001,24(6):521.3SongMJ.韩国放射性废物玻璃固化方案.放射性废物管理与核设施退役,2003,4:27.4FlamentT,QuangRD.ColdCrucibleMelterVitriilcationProjectsforLowandHighLevelActiveWaste.Global2003NewOrleans,2003:1097.Developm

14、entofFrenchRadioactiveWasteIncinerationTechnologyYangLiliWangPeZhangXiaobin(ChinaInstituteforRadiationProtection,Taiyuan,030006)AbstractAccordingtothedevelopmentofFrenchradioactivewasteincinerationtechnology,thepaperintroducesexcessairincinerationtechnologyandIRIS,ColdCrucibleMelterVitrificationtechnologyindeta