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试析核电厂放射性液态可燃废物的处理方法

2021-07-30 251 上传者：管理员

摘要：随着我国核电厂运行堆年和装机容量的增加，核电厂内暂存了较大量的放射性液态可燃废物，即放射性废油和废有机溶剂。由于核电厂没有处理放射性液态可燃废物的能力，长期暂存使得电厂面临暂存库容量不足、泄漏、燃爆等安全因素。基于此，本文提出建设全国或区域性的放射性液态可燃废物处理设施。第一，放射性液态可燃废物进行吸附固化预处理以便于运输；第二，处理设施采用以焚烧为核心的减容处理工艺；第三，焚烧产生的烟气进行无害化处理后达标排放至环境；第四，焚烧产生的焚烧灰采用压缩后水泥固化工艺长期处置。该方案以期为我国核电厂放射性液态可燃废物的处理提供参考。

关键词：
废有机溶剂
废油焚烧
放射性液态可燃废物
核燃料
核电厂
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核能是一种安全、经济、高效的清洁低碳能源，是人类应对气候变化的一种重要能源选择，是我国实现碳达峰、碳中和目标的一种重要选择。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确指出“建设华龙一号、国和一号、高温气冷堆示范工程，积极有序推动沿海三代核电建设。”核电厂机组每年在正常运行和大修期间会产生放射性废油和废有机溶剂，伴随核电机组运行堆年的增长和不断新增的装机容量[1],日积月累产生了大量的放射性废油和废有机溶剂，即放射性液态可燃废物。由于目前国内尚无对放射性废油和废有机溶剂进行处理的工艺，核电厂一般设置暂存库对其进行收集和暂存，长期暂存使得电厂面临其火灾和爆炸的风险，同时其腐蚀性、化学毒性等也增加安全风险。随着运行堆年的增加，暂存库容量也趋于饱和。综上，确有必要对核电厂放射性液态可燃废物进行减容处理及处置。

一、核电厂放射性液态可燃废物的产生

(一) 核电厂运行现状

自20世纪90年代始，我国大陆第一座核电机组建成发电，截至2021年3月，我国大陆共计建成49台核电机组，总装机容量超过5‚100万千瓦[2]。核电机组运行堆年分布如图1所示。

(二) 放射性液态可燃废物的产生

核电厂在日常生产和大修期间，辐射控制区内设备检修和维护会产生放射性液态可燃废物[3]。在液态可燃废物的产生点，由运行人员用临时桶或其他容器将产生的液态可燃废物进行收集。由检测人员对收集的液态可燃废物进行放射性分析，并对检测的液态可燃废物进行相关信息的记录。根据放射性检测结果，放射性水平低的液态可燃废物作为一般工业废物处理；若放射性水平较高，需作为放射性废物处理的，由检测人员倒入收集桶，然后再集中运输至暂存库，倾倒入储存罐进行储存[4]。

根据部分核电机组运行经验[4],我国核电厂放射性液态可燃废物产生量详见表1。

通过分析表1,可以发现单台核电机组放射性废油和废有机溶剂分别最大不超过300L,面对如此少量的放射性液态可燃废物，核电厂需要考虑放射性液态可燃废物处理设施电厂单独设置的经济性。但是，全国核电厂目前放射性液态可燃废物保有量超过200m3,且每年的增量接近30m3,随着装机容量的增加，每年增量也将会持续增加。因此，本文提出设置全国或者区域性群堆放射性液态可燃废物处理设施，用于放射性液态可燃废物减容处理，并最终满足处置要求。

二、核电厂放射性液态可燃废物的处理

(一) 核电厂放射性液态可燃废物的处理方法

目前核电厂放射性液态可燃废物的处理方法主要有：焚烧法、湿法氧化法、水泥固化法、吸收法等[5,6]。

1. 焚烧法

焚烧法将放射性液态可燃废物进行焚烧，产生的废气进行无害化处理并达标排放。焚烧法减容倍数约100左右，减容效果非常理想。我国放射性废物焚烧设施已有运行经验，焚烧技术可靠性和稳定性也已经得到验证[7]。焚烧产生的焚烧灰可进行水泥固化[8]。核电厂由于放射性液态可燃废物产生量较少，单独建设焚烧处理设施经济性较差，集中建设焚烧处理设施必须考虑放射性液态可燃废物运输安全问题[5]。

2. 湿法氧化法

湿法氧化是在一定温度下，一般是100℃,利用催化剂与过氧化氢进行化学反应，将放射性液态可燃废物这种有机物分解成二氧化碳和水。但是，目前湿法氧化法工艺和设备比较复杂，需要处理的二次废物也较多，因此限制了其在核电厂中的应用。

3. 水泥固化法

水泥固化法是核电厂传统固体废物处理工艺，即将放射性液态可燃废物与水泥按照一定比例掺混，最终养护成水泥固化体。该工艺成熟可靠，是核电厂应用比较广泛的一种工艺。但是，该工艺增容效果明显，一般增容至原体积的1.5～2倍左右[6],并且水泥固化放射性液态可燃废物容易造成有机物的浸出。

4. 吸收法

吸收法是利用吸收剂产品将放射性液态可燃废物吸收固定于吸收剂分子内部，从而形成吸收固化体，吸收固化体可以是颗粒状，可焚烧，但需要进一步处理才能最终处置。有研究表明，吸收法固化后，废物增容约1.3～1.5倍，吸收固化体焚烧后减容至少于0.02%的焚烧灰[9]。

(二) 我国核电厂放射性液态可燃废物的处理工艺

通过分析焚烧法、湿法氧化法、水泥固化法、吸收法可知，目前减容效果明显的是焚烧法。考虑核电厂单独设置焚烧装置的经济性较差，因此本文提出设置全国或者区域性的焚烧处理设施。同时考虑到我国核电厂分布较广，长途运输放射性液态可燃废物容易存在滴、漏等安全因素，因此需要利用吸收法将放射性液态可燃废物转化为可燃烧的固体颗粒物。参考相关标准[10,11],我国核电厂放射性液态可燃废物的处理工艺流程图如图3所示。

三、结语

由于核电厂放射性液态可燃废物产生量较少，未引起足够的重视，且核电厂也没有有效的处理工艺，造成放射性液态可燃废物累积量越来越多。本文从经济性和废物最小化以及工艺成熟角度提出了以焚烧工艺为核心的全国或者区域性的焚烧处理设施。同时，考虑到运输中的安全因素，采用了吸收法将液态废物转化为固态废物的运输工艺路线。

本文放射性液态可燃废物处理工艺的实施可有效解决核电厂放射性液态可燃废物的暂存问题，取消其暂存库，综合减容比较高，能够有效减少最终待处置固体废物量，节约处置成本。

参考文献:

[1]王岳巍,李凌杰.华龙─号放射性固体废物处理的优化设计[J].产业与科技论坛,2019,18(16):66~67

[2]刘新华.核电厂—回路源项和排放源项[M].北京:科学出版社,2019:1

[3]李玉鑫,陈洪春.核电站辐射控制区放射性废油收集容器优化改进探索[J].辐射防护通讯,2020,40(3):41~48

[4]王博,蔡晓丹.某核电站放射性废油暂存库工艺设计研究[J].科技风,2017,4:273

[5]方祥洪.模拟放射性有机废液的吸收法处理与作用机制研究[D].成都理工大学,2017

[6]方祥洪,杨彬,马若霞.放射性废油处理技术研究[J.山东化工,2017,46(7):203~204

[7]徐卫,褚浩然,郑博文,等.我国低放废物热解焚烧技术的应用及改进[J].辐射防护,2020,40(5):387~393

[8]华正韬,刘自强,侯辉娟.放射性焚烧灰处理工艺研究[J].产业与科技论坛,2020,19(21):.45~47

[9]方祥洪,杨彬,马若霞,等.放射性废油吸收法处理技术研究[J].广州化工,2014,42(24):19~21

[10]HAD401/03-1997放射性废物焚烧设施的设计与运行[S].