钟航 崔鑫
福建福清核电有限公司 福建省福清市 350318
摘要：随着我国核工业的迅速发展，各类不同功能的核设施大规模建设。在核设施运行的过程中，会产生很多不同类型的放射性废物，为了防止对环境的危害，这些放射性废物须经过必要的处理后，才能够送到放射性废物处置场进行最终处置。放射性废物按照放射性水平可分为低放废物、中放废物和高放废物。对于不同废物，其处理处置手段也不尽相同。在核设施运行、退役期间会产生大量可燃固体废物，包括纤维类物质(如纸、木材、衣物等棉织物)、塑料、橡胶类物质等，针对这些可燃放射性固体废物，通常处理方法是焚烧，最终产品为均质的灰烬。而对于有机废液，由于其很容易燃烧且可达到较高的减容系数，所以焚烧法成为处理此类废物的主要工艺，有减容效果显著、转型后废物的稳定性高等优点。但作为主要二次废物的焚烧灰属于弥散性物质且富集了绝大部分放射性，必须经过一定的处理使其处于稳定状态，才能送至处置场进行最终处置。如何安全处理焚烧灰成为世界各国工程设计人员致力研究的问题。
关键词：放射性;焚烧灰;水泥固化;超压处理
引言
核工业在运行和退役期间产生一定数量的放射性废物，其中包括很大比例的有机材料(纸板、注册纸、塑料袋、木板等)。在放射性工作场所、用于包装和修理安装设备和场地的塑料棒、棉线和擦过的棉线、手套、防护服、工作人员的帽子和面具以及核设施退役后产生的管道、塑料和橡胶地板；以及这些有机物质对安全构成威胁，如潮湿和火灾，如果直接处置的长期稳定得不到保证，则必须加以稳定。由于位置困难、建筑成本高、储存能力有限以及最终处置放射性废物的费用高，有必要尽可能减少处置量，以降低处置成本和储存容量。考虑到这些有机物质的易燃性，焚化是废物的主要处理手段，因为大多数焚化的放射性核素集中在焚化的灰中，而灰的大小仅为原废物的十分之一，从而大大降低了储存、运输和处置成本此外，有机材料通过焚烧和惰性灰转化为无机材料，从而提高了其稳定性、安全性和处置能力。因此，焚化已成为处理放射性废物的主要手段之一，并在全世界得到广泛应用。
1焚烧灰物性及特征
放射性废物处理中心处理的焚烧灰主要来自于可燃废物焚烧设施以及有机废液焚烧设施。可燃废物焚烧设施主要处理可燃固体废物，包括工作服、纸制品、木制品等易燃品及橡胶、塑料等难燃品。该灰为较为松散的颗粒物，由于焚烧对象不同焚烧灰的颗粒度分布范围较大，几十微米至几十毫米不等，其放射性水平为低放废物水平。有机废液焚烧设施主要处理放射性有机溶剂、煤油的辐解和化学降解产物，该灰为松散、均匀的细颗粒物，颗粒度主要分布范围在2～10微米，其放射性水平为中放废物水平。
2焚烧灰处理工艺
2.1热解及焚烧设备的优化
热解炉是焚化设施的基本设备。在作业过程中，发现废物分类不能充分保证金属等非易燃物品不会进入窑炉。在设施#中，热解炉具有交叉结构，在以下设计中，任何金属进入窑炉时，都会造成堵塞甚至紧急停车，因此，炉的结构得到优化，以便当金属进入炉内时，炉内可消除这些金属，而不会损坏炉内——或运行8年后#号设施焚烧炉发现焚烧炉折射层有裂缝，在汶川地震后未影响其有效使用，地震后进行修复时更换了防火涂料。裂缝的原因是在设计初期没有考虑到折射材料的热膨胀应力的影响，整个折射层流过，没有预留膨胀空间，最后在多年运行后出现裂缝。2#和3#焚烧炉的设计有所改进，防火层结构已改为花瓣结构，从而有效地解决了热膨胀压力和燃烧问题。
2.2等离子焚烧
等离子焚烧通过燃烧的等离子体流向废物输送能量，在高温下分解燃烧气体中的有机物，如co、H2和CH4，并将无机材料和添加剂熔化成玻璃。提取烟气后送至焚烧炉焚烧，然后净化焚烧炉废气。
代表性的例子包括zviad等离子焚烧技术(瑞士)、SIARADON等离子焚烧技术(俄罗斯)和JAEA等离子体还原技术(日本)。中国西南物理研究所与中央辐射研究所和中国核能研究所合作，开展了相关技术研究，中广核工程公司也开展了低碳垃圾等离子焚烧技术研究。废物由等离子火炬产生的电弧炉加热，反应区的基本温度可达5 000 c，从而能够处理金属、混凝土、各种无机颗粒和有机废物。在处理过程中，通过在坩埚中添加玻璃培训剂，奶制品形成非常稳定的玻璃固化，适合最终处置，特别是对于难以处理的废物和具有特殊要求的废物，如多氯联苯、石棉废物等。
2.3放射性物质的净化
放射性废物焚烧后，绝大部分放射性物质以固态化合物的形态存在，最终残留在焚烧灰中，一少部分随烟尘等细小颗粒物进入烟气，在烟气净化系统中被捕集。本装置采取的净化工艺延用国内已建的常规放射性废物焚烧炉所采取的工艺:袋滤器+高效过滤器。袋滤器用于去除烟气中所含的较大颗粒物，过滤材料及袋滤器的过滤原理与常规焚烧炉完全相同。对于更细小的颗粒物，如放射性气溶胶采用高效过滤器过滤，对于0.3μm的粒子的过滤效率为99.97%。
2.4焚烧法
焚烧法就是通过燃烧、熔融或热分解等方式，使固体废物在高温环境下减量。通常情况下，固体废物的焚烧炉温度会达到９００℃左右，炉心最高温度会达到１ １００℃。化学成分中含有可燃性物质的固体废物在高温条件下剧烈氧化，会释放大量的热量，生成小体积的固体残渣。高温焚烧不仅可以杀灭固体废物中的病原体和病原微生物，避免对土壤和水体造成污染，还可以将燃烧产生的热量作为热能资源。与传统的填埋法相比，焚烧法具有占地面积小、减量效率快、污染程度轻等优势特征。目前，日本和西欧等发达国家多以焚烧法作为固体废物的主要处理方法。据相关社会调查研究报告显示，日本的固体废物焚烧处理量位居世界首位。
2.5排灰工艺
焚化灰主要储存在热解炉和袋式除尘器的底部，传统焚化装置必须有两套不同的除尘装置。本装置结合焚烧炉的灰渣与袋式除尘器的灰渣排放，在集中位置设置灰渣排放点，通过自动联锁控制确保灰渣排放过程的安全性和保密性。此外，在坑中安装一个除尘装置，可以降低房间高度，同时控制燃烧的灰烬的扩散。除灰装置由电动螺旋提升机构驱动，提升灰桶，将其绑在炉底密封垫片上除灰，在除灰完毕后关闭除灰转盘，留下灰桶，将灰桶移至 并在密封后启动吊架，吊起地面坑灰桶，从密封箱中取出，完成除灰作业。 同时，袋式除尘器捕获的飞灰也通过袋式除尘器的除尘装置布置在灰桶中。
结束语
根据建造和运行常规焚化设施的高成本、废物较少单位废物特性的技术设计和设备开发，开发低燃料固体废物的小型焚化技术可以更好地满足各种要求在处理能力可比的情况下，设施可大大减少占地面积、能耗、建筑成本和运营人员，提高运营灵活性，并减少建筑和运营支助条件。通过利用现有设施和排放点，可以减少建立和管理设施方面的困难，从而解决废物焚烧问题，因为该国产生的废物单元较少，并为在市场上实施提供了广泛的机会。
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