處理與處置-5焚燒和壓實(shí)ppt課件

1、放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置李全偉西南科技大學(xué)國(guó)防科技學(xué)院核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置內(nèi)容提要內(nèi)容提要5、廢物的減容處理、廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)p80102）5.1焚燒工藝過(guò)程和設(shè)備焚燒工藝過(guò)程和設(shè)備5.2焚燒爐的類型焚燒爐的類型5.3濕法氧化濕法氧化5.4焚燒處理的安全問(wèn)題焚燒處理的安全問(wèn)題5.5廢物的壓實(shí)減容廢物的壓實(shí)減容5.6超級(jí)壓實(shí)機(jī)減容超級(jí)壓實(shí)機(jī)減容放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n焚燒或壓實(shí)：減少固體廢物體積和降低廢物包裝、貯存、運(yùn)輸和處置費(fèi)用

2、的主要處理方法。n可燃性廢物常用焚燒法減容，多達(dá)4080的廢物是可燃和可壓縮的。n焚燒是將可燃性廢物氧化處理成灰燼或殘?jiān)?。n主要優(yōu)點(diǎn)：n高度的減容20100倍和減重1080倍）。n廢物向無(wú)機(jī)化轉(zhuǎn)變更安全）。n可回收239Pu和235U。放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n5.15.1焚燒工藝過(guò)程和設(shè)備焚燒工藝過(guò)程和設(shè)備n燃燒：化學(xué)過(guò)程，圖燃燒：化學(xué)過(guò)程，圖5-1 5-1 焚燒工藝流程示意圖焚燒工藝流程示意圖n去污因子：廢物原始放射性活度與排入環(huán)境煙去污因子：廢物原始放射性活度與排入環(huán)境煙氣放射性活度之比氣放射性活度之比n減容比

3、：廢物的初始體積與焚燒灰和二次廢物減容比：廢物的初始體積與焚燒灰和二次廢物總體積之比總體積之比n焚燒工藝：分揀、破碎、進(jìn)料、燃燒、排灰、焚燒工藝：分揀、破碎、進(jìn)料、燃燒、排灰、煙氣冷卻、煙氣凈化等過(guò)程。煙氣冷卻、煙氣凈化等過(guò)程。典型的焚燒爐及其廢氣凈化系統(tǒng)典型的焚燒爐及其廢氣凈化系統(tǒng)桶裝灰漏斗過(guò)濾器處理廢氣冷卻器后燃室焚燒爐易然廢物放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n分揀：挑出有害的物質(zhì)，使物料具有盡可能均勻的組成和相近的熱值。n手工分揀一般在手套箱中進(jìn)行。n破碎：方便進(jìn)料和充分燃燒。n一般在手套箱中，加保護(hù)氣氛N2）。n進(jìn)料

4、：批式和連續(xù)進(jìn)料。n進(jìn)料口設(shè)置雙重門(mén)聯(lián)鎖裝置、水冷裝置、清掃裝置和CO2滅火裝置。n液體廢物設(shè)噴料進(jìn)口。放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n燃燒：燃燒室鋼體外殼，內(nèi)襯絕熱和耐火陶瓷材料。n空氣加熱器助燃?xì)怏w：空氣和氧氣n助燃器助燃燃料：丙烷、天然氣、柴油n焚燒爐需要保持一定負(fù)壓n焚燒爐設(shè)計(jì)的基本要求：完全燃燒n燃燒不完全的問(wèn)題：堵塞爐排或尾氣凈化系統(tǒng)；產(chǎn)生含碳量較高的灰渣，降低減容效果。放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n排灰：70%90%放射性物質(zhì)在灰中。n

5、在手套箱中進(jìn)行，防止氣溶膠逸出。n焚燒廢物：臨界安全，回收钚和鈾。n焚燒灰是彌散性物質(zhì)，不允許直接處置，必須固化處理后裝入密封容器作最終處置。n固化方法：水泥固化，熔融或超級(jí)壓實(shí)n卸灰的主要問(wèn)題：爐排堵塞放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n煙氣冷卻：冷空氣稀釋、噴水急冷、熱交換n煙氣凈化：組分復(fù)雜。含有CO2、水蒸氣、煙灰、焦油、酸性氣體、二惡英和放射性核素等。n煙氣中放射性核素的存在方式：氣態(tài)、氣溶膠、粉塵飛灰和高溫?fù)]發(fā)物。n尾氣凈化系統(tǒng)通常采用多種設(shè)備串聯(lián)使用。n監(jiān)測(cè)控制：異常排放、火災(zāi)和爆炸；裝備事故電源；對(duì)煙氣凈化要求

6、很高。放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n5.2焚燒爐的類型焚燒爐的類型n過(guò)量空氣焚燒爐過(guò)量空氣焚燒爐n一個(gè)燃燒室，過(guò)量空氣一個(gè)燃燒室，過(guò)量空氣30%100%，爐，爐溫溫8001100。n優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)和操作簡(jiǎn)單。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)和操作簡(jiǎn)單。n缺點(diǎn)：燃燒不完全，煙氣凈化難。缺點(diǎn)：燃燒不完全，煙氣凈化難。n德國(guó)卡爾斯魯厄研究中心：處理能力德國(guó)卡爾斯魯厄研究中心：處理能力5060kg/h；系統(tǒng)去污因子；系統(tǒng)去污因子1105放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n控制空氣焚燒爐n

7、兩個(gè)或多個(gè)燃燒室n美國(guó)洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室：上、下兩個(gè)水平的燃燒室。下室供理論空氣量，溫度650870；上室供過(guò)量空氣，溫度8701100；處理能力45 kg/h。n煙氣凈化用濕法除塵放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n熱解焚燒爐n第一燃燒室熱解：在不足氧，中溫600800下，將可燃物裂解成低碳鏈物質(zhì)，生成甲烷、乙烷、丙烷、CO和CO2。n第二燃燒室燃燒：在過(guò)量空氣和高溫10001500下轉(zhuǎn)化為氣態(tài)成分完全燃燒。n優(yōu)點(diǎn)：可燒塑料、橡膠物含量高的廢物； 釋熱速度不隨廢物熱值不同而有較大的波動(dòng)，易于控制； 一次空氣流量小，帶出的飛灰

8、量低，煙氣凈化負(fù)擔(dān)減少。放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n旋風(fēng)爐n懸浮燃燒：高速氣流載帶廢物碎塊切向送入爐中，在高速旋轉(zhuǎn)氣流的強(qiáng)烈湍動(dòng)中燃燒，強(qiáng)化了傳質(zhì)和傳熱過(guò)程，燃燒在較短時(shí)間和較小空間內(nèi)完成。n燃燒溫度9001000，燃燒爐上方設(shè)后燃燒室溫度1000。n優(yōu)點(diǎn)：爐體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便、適用性強(qiáng)，允許燒含較多塑料和橡膠的廢物。放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n高溫熔渣爐n爐溫14001600，產(chǎn)生巖狀物，可直接處置。n莫斯科RADON：等離子體加熱，熔融區(qū)

9、溫度超過(guò)1600，可燃廢物與不可燃廢物之比為3 2，處理能力200250 kg/h。設(shè)置旋風(fēng)后燃燒室。 n流化床爐n熔鹽爐n焚燒爐研究：原子能院、中輻院n焚燒爐使用：上海放射性三廢處理站、812廠、404廠、821廠等。放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n5.35.3濕法氧化濕法氧化n濕燃燒法：酸煮解、過(guò)氧化氫催化氧化濕燃燒法：酸煮解、過(guò)氧化氫催化氧化n酸煮解機(jī)理：用熱濃硫酸和硝酸酸煮解機(jī)理：用熱濃硫酸和硝酸250250）浸煮可燃固體廢物，將有機(jī)物分解成簡(jiǎn)浸煮可燃固體廢物，將有機(jī)物分解成簡(jiǎn)單的氣體組分，把大部分無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)閱蔚?/p>

10、氣體組分，把大部分無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}和氧化物。硫酸鹽和氧化物。n有機(jī)物化學(xué)分解：有機(jī)物碳化和碳化物有機(jī)物化學(xué)分解：有機(jī)物碳化和碳化物氧化。氧化。 放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n有機(jī)物碳化n碳化物氧化和SO2氧化2422C/2/2mnHnH SOnH OnSOmC32234423CHNONOH OCO2232432232SOH OHNOH SONO放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n酸煮解工藝過(guò)程n（1預(yù)處理：進(jìn)料準(zhǔn)備n（2酸浸煮：碳化氧化燃燒）n（3尾氣

11、處理：霧沫分離器回收硫酸；堿洗滌塔氧化和吸收SO2、NOx和HCI；HEPA過(guò)濾器n（4殘?jiān)幚恚汗袒派湫詮U物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n酸煮解優(yōu)缺點(diǎn)n減容比大70100）n能處理高氯廢物n處理含钚量高的廢物n二次廢液少n容易控制和調(diào)節(jié)n廢物：臨界安全n腐蝕性：設(shè)備材料要求高放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n過(guò)氧化氫催化氧化n自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)n自由基HO具有極強(qiáng)的氧化性，它對(duì)有機(jī)物的氧化作用可表示為：2322FeH OFeOHHO2RHHOH OR放射性廢物處

12、理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n離子交換樹(shù)脂被HO自由基逐漸分解：n（1離子交換樹(shù)脂HO線性可溶苯乙烯聚合物CO2SO42/NH4H2On（2線性可溶苯乙烯聚合物HO小分子有機(jī)物CO2H2On清華大學(xué)：陽(yáng)樹(shù)脂F(xiàn)e2，陰樹(shù)脂Cu2，混合樹(shù)脂H2O2Fe2/Cu2分解效果最好。放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n5.45.4焚燒處理的安全問(wèn)題焚燒處理的安全問(wèn)題n運(yùn)行安全：運(yùn)行安全：腐蝕；腐蝕；燃燒不平穩(wěn)；燃燒不平穩(wěn)；燃燒不完全；燃燒不完全；著火著火n尾氣凈化問(wèn)題：兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

13、尾氣凈化問(wèn)題：兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)n輻射防護(hù)問(wèn)題：輻射防護(hù)問(wèn)題：100mSv/h100mSv/h的低放廢物的低放廢物n臨界安全問(wèn)題：物料衡算臨界安全問(wèn)題：物料衡算n環(huán)境影響評(píng)價(jià)環(huán)境影響評(píng)價(jià)放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n5.55.5廢物的壓實(shí)減容廢物的壓實(shí)減容n壓實(shí)：依靠機(jī)械力作用使廢物密實(shí)化，壓實(shí)：依靠機(jī)械力作用使廢物密實(shí)化，提高廢物整體密度，減少?gòu)U物體積。提高廢物整體密度，減少?gòu)U物體積。n主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)：n費(fèi)用低費(fèi)用低n設(shè)備簡(jiǎn)單設(shè)備簡(jiǎn)單n二次廢物極少二次廢物極少放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處

14、理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n減容因子n廢物的減容因子VRF為廢物壓縮前后體積之比：n式中，VA廢物壓縮前體積，m3；nVF廢物壓縮后體積，m3；afVVRFV放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n壓實(shí)曲線圖5-8，圖5-9）n起始段：減容效果差；n顯著減容段：壓力增大，減容效果迅速增大；n持續(xù)減容段：壓力增大繼續(xù)減容，但減容效果緩慢增加；n飽和段：壓力增加，幾乎不再減容，廢物接近或達(dá)到理論密度。n壓縮過(guò)程首先是減少物體中的空隙，第二步減少物質(zhì)內(nèi)部的間隙和致密化。放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物

15、的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n壓實(shí)過(guò)程的回彈問(wèn)題n回彈現(xiàn)象：壓頭直徑與桶直徑相差較大n回彈率：不同的物料、施加的壓力、施力持續(xù)時(shí)間。n壓實(shí)機(jī)分類：低壓幾百1000KN、中壓10005000KN，高壓500010000KN，超高壓10000KN。n桶內(nèi)壓實(shí)法：分幾次加入廢物，幾次壓實(shí)，VRF 26，設(shè)備和操作簡(jiǎn)單，中小型核設(shè)施普遍采用。n桶外壓實(shí)法：以高壓和超高壓壓實(shí)后裝桶， VRF 510。圓筒式壓縮機(jī)工作示意圖圓筒式壓縮機(jī)工作示意圖200升金屬桶放射性廢物處理與處置放射性廢物處理與處置第五章第五章 廢物的減容處理廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)焚燒和壓實(shí)n5.65.6超級(jí)壓實(shí)機(jī)減容超級(jí)壓實(shí)機(jī)減容n19781978年，退役廢物減容；年，退役廢物減容；10000KN10000KN。n壓實(shí)作業(yè)：廢物桶進(jìn)入供料軌道；在廢物桶兩壓實(shí)作業(yè)：廢物桶進(jìn)入供料軌道；在廢物桶兩底面上打孔；廢物桶壓實(shí)；壓實(shí)后的底面上打孔；廢物桶壓實(shí)；壓實(shí)后的“餅塊餅塊送到輥道上；自動(dòng)抓具抓起送到輥道上；自動(dòng)抓具抓起“餅塊進(jìn)行稱重餅塊進(jìn)行稱重和測(cè)厚；選配合適厚度的和測(cè)厚；選配合適厚度的“餅塊裝桶，封蓋。餅塊裝桶，封蓋。n超級(jí)機(jī)構(gòu)成：主機(jī)；供料和出料輸送、封裝系超級(jí)機(jī)構(gòu)成：主機(jī)；供料和出料輸送、封裝系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)；控制和電氣設(shè)備；廢氣和廢液統(tǒng)；液壓系統(tǒng)；控制和電氣設(shè)備；廢氣和廢液收集系統(tǒng)。收集系統(tǒng)。放射性廢物處