放射性廢物處理

1、 AP1000核電廠與二代壓水堆核電廠 放射性廢物處理的比較 學(xué)生姓名： X X X 班 級: 09021X 學(xué) 號： 0902XXXX 指導(dǎo)教師： 李 然 日 期： 2012 . 10 . 24 AP1000核電廠與二代壓水堆核電廠 放射性廢物處理的比較1放射性廢物的形成與分類 核電廠發(fā)電的動力來源是核裂變產(chǎn)生的裂變能，在裂變釋放能量的過程中，會產(chǎn)生大量的裂變產(chǎn)物及活化產(chǎn)物。根據(jù)粗略估算，象大亞灣核電站這樣的百萬千瓦大型商用堆運(yùn)行1 a產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物總量在10211022Bq，加上一回路結(jié)構(gòu)材料的活化產(chǎn)生的活化產(chǎn)物就構(gòu)成了反應(yīng)堆放射性基本來源。雖然反應(yīng)堆的安全設(shè)計(jì)中，有燃料包殼及一回路邊界及

2、安全殼的縱深防御屏蔽措施，但是由于燃料包殼特殊情況下的少量破損，一回路的正常泄漏以及與一回路相連的堆安全設(shè)施和核輔助設(shè)施的少量泄漏，控制區(qū)的檢修活動等都會產(chǎn)生放射性廢物。1.1放射性廢氣的來源與分類燃料包殼在正常運(yùn)行期間由于在熱應(yīng)力，侵蝕或腐蝕作用下出現(xiàn)破損或由于加工過程中的缺陷出現(xiàn)破損，擴(kuò)散到芯塊之間的放射性裂變產(chǎn)物便會通過破損的包殼進(jìn)入反應(yīng)堆冷卻劑。包括一些惰性氣體（如Xe，Kr等），鹵素氣體（如I?131）以及氣溶膠等，這些構(gòu)成放射性氣體的基本來源。一回路補(bǔ)給水中有溶解氧，冷卻劑在堆芯經(jīng)過輻照也分解氧，而氧是一種很活潑的腐蝕元素，且還是其它元素侵蝕反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的催化劑，因此除了在機(jī)組啟

3、動過程中向一回路添加聯(lián)氨除氧，正常功率運(yùn)行時還有意向一回路添加過量的氫氣抑制水的輻照分解有利于氫氣和氧氣朝重新化合的方向反應(yīng)。這樣一回路冷卻劑中除了含有放射性氣體，還含有大量H2，在吹掃過程及一回路廢水的脫氣過程中就會產(chǎn)生放射性含氫廢氣。放射性廢氣除含氫廢氣外，還有含氧廢氣，這是因?yàn)楹穗姀S當(dāng)有若干在空氣環(huán)境中運(yùn)行的輔助系統(tǒng)及安全設(shè)施，其儲存箱及系統(tǒng)的排氣僅是一些含有氧氣的低水平放射性廢氣?？刂茀^(qū)內(nèi)各廠房的通風(fēng)排氣，核島廠房的定期泄壓排氣及一回路停堆氧化之后或每次反應(yīng)堆啟動除氧之前的排氣。以上這些放射性廢氣統(tǒng)稱之為含氧廢氣。1.2放射性廢液來源及分類壓水堆冷卻劑和乏燃料儲存池的水是廢液的主要來源

4、。廢液來源中還包括疏水，如地板沖洗水，洗滌廢水等，一般而言，將其分為2類：(1)可回收的廢液是化學(xué)和容積控制系統(tǒng)下泄管線（RCV）及核島排氣和疏水系統(tǒng)（RPE）的可復(fù)用堆冷卻劑；(2)不可回收的廢液包括工藝廢水、地板廢水、化學(xué)廢水等，這些廢水的成分和放射性活度變化很大，無法回收復(fù)用，因而需經(jīng)廢水處理系統(tǒng)處理。1.3放射性固體廢物的來源及分類核電站固體廢物依其來源分為工藝廢物和技術(shù)廢物2大類。工藝廢物包括：水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的廢樹脂，水處理系統(tǒng)的過濾芯子，廢液處理系統(tǒng)（TEU）和硼回收系統(tǒng)（TEP）的濃縮液，核島疏水和排氣系統(tǒng)（RPE）廢水收集坑和TEU廢水中的淤積物，控制區(qū)廠房通風(fēng)系統(tǒng)的過濾器芯子

5、和碘吸附器（活性炭吸附器）等。技術(shù)廢物指控制區(qū)檢修活動產(chǎn)生的固體廢物包括：塑料布、吸水紙、手套、抹布、報(bào)廢的工作服、氣衣、報(bào)廢的設(shè)備、零部件、保溫材料，建筑材料等。這些廢物通?；疃容^低，但不易管理。2 二代壓水堆核電廠放射性廢物處理2.1放射性廢氣的處理對放射性廢氣的控制、收集、處理、輸送、暫存和排放由廢氣系統(tǒng)承擔(dān)。廢氣系統(tǒng)包括：廢氣處理系統(tǒng)（TEG）和廠房通風(fēng)系統(tǒng)（反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)、核輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)、燃料廠房通風(fēng)系統(tǒng)）。2.1.1含氫廢氣的排放含氫廢氣通過緩沖罐經(jīng)壓縮機(jī)送入衰變槽，每只衰變槽可升壓至0.65 MPa，容量為18 m3，當(dāng)一個槽在接收廢氣時，其他槽有的裝滿廢氣，正在貯存衰變

6、，有的則取樣排放或排空備用。2.1.2含氧廢氣的排放含氧廢氣系統(tǒng)包括：廢氣處理系統(tǒng)中的含氧廢氣子系統(tǒng)，廠房通風(fēng)系統(tǒng)，二回路凝汽器抽氣系統(tǒng)（CVI）。核廠房通風(fēng)系統(tǒng)作為廢氣系統(tǒng)的一個組成部分，其主要作用有：(1)控制空氣氣流從污染較少的區(qū)域流向污染逐漸增大的區(qū)域流通，并使各廠房可能被污染區(qū)域的全部通風(fēng)空氣經(jīng)過濾后，通過煙囪排放；(2)保持整個廠房或廠房某些區(qū)域的壓力略低于大氣壓，使電站在多種運(yùn)行方式下由廠房泄漏的放射性最小或使放射性限制在某個區(qū)域內(nèi)；(3)通過通風(fēng)系統(tǒng)中安裝的過濾器和碘吸附器對空氣的過濾，使工作人員能進(jìn)入廠房工作，同時也盡量減少氣載放射性向環(huán)境排放。2.2放射性廢液的處理2.2.

7、1可回收廢液的處理可回收廢液的處理是由硼回收系統(tǒng)（TEP）完成的，它由凈化，硼水分離，除硼3部分組成。設(shè)置2條完全相同的序列各用于1臺機(jī)組，必要時又可相互備用。2.2.2不可回收廢液的處理與排放不可回收的廢液的處理由廢液處理系統(tǒng)（TEU）承擔(dān)，它包括4個組成部分：前置貯存、除鹽、蒸發(fā)、過濾。2.3放射性固體廢物的處理二代壓水堆核電站對放射性固體廢物（中低放）的處理方法主要是依據(jù)廢物的特性采用水泥固化，混凝土固定，壓縮減容，暫存等4種方法。采用的包裝容器為4種型號的混凝土桶和208 L鋼桶。3. AP1000放射性廢物處理3.1 放射性廢液處理 設(shè)備與管道的腐蝕活化產(chǎn)物、中子活化產(chǎn)物及裂變產(chǎn)物(

8、燃料包殼缺陷引入)等使反應(yīng)堆冷卻劑流出液帶有放射性，其中的放射性顆粒、離子雜質(zhì)和碘可在化容系統(tǒng)凈化單元除去，而APl000化容系統(tǒng)取消了容積控制箱，因此氙、氪等放射性氣體將在冷卻劑中不斷累積。為降低工作人員職業(yè)照射，減少反應(yīng)堆冷卻劑流出液向環(huán)境的放射性釋放，WLS設(shè)置了真空脫氣單元，使反應(yīng)堆冷卻劑流出液在真空狀態(tài)下閃蒸，釋放出溶解其中的氫氣、氮?dú)夂头派湫詺怏w，釋放出的含氧放射性廢氣將送往WGS處理，脫氣后的反應(yīng)堆冷卻劑流出液儲存于流出液暫存箱以待進(jìn)一步處理。 APl000對反應(yīng)堆冷卻劑流出液、地面和設(shè)備疏水均采用高效、經(jīng)濟(jì)的過濾和離子交換處理工藝，且共用1套設(shè)備，后者通常放射性水平較低，處理時

9、可根據(jù)需要投入離子交換設(shè)備。該設(shè)備由前置過濾器、離子交換器和后置過濾器組成，分別除去廢液中的不溶性顆粒雜質(zhì)、放射性離子雜質(zhì)和夾帶碎樹脂。其中，4臺串聯(lián)的離子交換器能充分保證凈化的效果，第1臺離子交換器頂部裝填有活性炭，起到深床過濾器的作用，用以除去廢液中夾帶的油脂；另外3臺離子交換器可根據(jù)廢液的特性、電廠的實(shí)際情況選擇不同類型的樹脂，增強(qiáng)了廢液處理的靈活度。處理后的廢液進(jìn)入檢測箱，取樣檢測結(jié)果符合排放要求后，由電廠循環(huán)水稀釋排放。 洗滌劑廢液和化學(xué)廢液通常不宜采用過濾器和離子交換處理，其化學(xué)成分可能導(dǎo)致活性炭和樹脂過早失效。因此，將化學(xué)廢液與放射性水平較低的洗滌劑廢液充分稀釋，并添加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)

10、藥劑調(diào)節(jié)廢液的pH值或其他參數(shù)，一般町不經(jīng)處理直接輸往檢測箱，取樣檢測結(jié)果符合排放要求后稀釋排放。WLS在設(shè)計(jì)上也設(shè)置了化學(xué)廢液箱至廢液暫存箱的管線，可使此2類廢液亦能采用過濾器、離子交換設(shè)備對廢液進(jìn)行處理。針對特殊情況，WLS還可通過預(yù)留的SRTF移動式處理設(shè)備接口，對不宜采用過濾離子交換方式處理的高放廢液進(jìn)行處理。移動式設(shè)備主要采用反滲透f藝，處理后廢液低于370BqL，送回監(jiān)測箱取樣檢測合格即可稀釋排放，反滲透濃縮液則通過廢物轉(zhuǎn)運(yùn)容器運(yùn)輸至SRTF灌漿固化處理。 APl000放射性廢液處理流程見圖1。 3.2 APl000放射廢氣處理 APl000氣體廢物系統(tǒng)WGS只收集、處理和排放電廠

11、運(yùn)行、檢修期間產(chǎn)生的含氫放射性廢氣，以保證向廠外的放射性廢氣釋放量低于國家法規(guī)限值。其他非含氫放射性廢氣直接稀釋排放或通過排風(fēng)過濾單元過濾后排放。3.2.1 含氫放射性廢氣處理工藝 APl000對含氫放射性廢氣的處理采用單流程、非能動、常溫活性炭延遲工藝，該工藝的應(yīng)用在國內(nèi)尚屬首次?；钚蕴垦舆t床使放射性核素吸附于活性炭表面，并保證滯留足夠時間充分衰變，從而降低廢氣的放射性活度。WGS不含能動設(shè)備，廢氣借助輸入源的壓力依次通過如下設(shè)備： (1)氣體冷卻器和氣水分離器：使用冷凍水降低廢氣溫度，將其中水汽凝結(jié)分離，防止延遲床中的活性炭受潮失效； (2)活性炭保護(hù)床：除去碘等放射性污染物及過剩水汽；

12、(3)2臺串聯(lián)的活性炭延遲床：動態(tài)吸附氙和氪等放射性核素，并使之滯留足夠的時間衰變。 經(jīng)過充分滯留、衰變后的含氫放射性廢氣，放射性活度大大降低，由核島各通風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)稀釋后最終通過電廠煙囪排向環(huán)境，APl000含氫放射性廢氣處理具體流程如圖2所示。 3.2.2 非含氫放射性廢氣處理 非含氫放射性廢氣主要源自于核島放射性區(qū)域的通風(fēng)，包括安全殼、核島輔助和附屬廠房等。安全殼凈化掃氣由安全殼空氣過濾系統(tǒng)的排氣過濾單元處理，經(jīng)過高效過濾器、活性炭過濾器等設(shè)備高效凈化，由電廠煙囪經(jīng)其他通風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)稀釋后排放。在正常運(yùn)行期間，輔助和附屬廠房排風(fēng)的放射性活度非常低，APl000簡化的系統(tǒng)、緊湊的核島布置及

13、可靠的設(shè)備足以保證輔助和附屬廠房的排風(fēng)。此類廢氣的產(chǎn)生量亦較常規(guī)核電廠大有減少，因此無需設(shè)置專門的系統(tǒng)收集、處理，一般無需處理即可直接稀釋排放。在某些異常事件下，APl000在保證通風(fēng)區(qū)域隔離的同時，借助安全殼空氣過濾系統(tǒng)排風(fēng)過濾單元對輔助和附屬廠房的排風(fēng)進(jìn)行高效過濾，并維持此區(qū)域微負(fù)壓，最終過濾后的排風(fēng)亦通過電廠煙囪稀釋排放。3.3 APl000放射固體廢物處理3.3.1 放射性廢樹脂的收集與處理 核島各離子交換器的失效樹脂利用除鹽水沖排至廢樹脂箱暫存衰變，然后由樹脂輸送泵分批向廢物容器填裝并初步脫水，裝滿的廢物容器再由屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器運(yùn)送至SRTF，經(jīng)過深度脫水干燥、裝桶封蓋、超級壓縮、壓餅裝

14、桶、灌漿固化等工藝進(jìn)一步處理。3.3.2 放射性廢物過濾器濾芯收集與處理 化容系統(tǒng)和乏燃料池冷卻系統(tǒng)等具有較高的放射性水平，其失效過濾器濾芯由過濾器運(yùn)輸罐吊裝、更換和運(yùn)輸，隨后在核輔助廠房直接裝入廢物容器或暫存于儲存管取樣分析后再裝入廢物容器，最后廢物容器由屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器運(yùn)送至SRTF灌漿固化處理。 電廠的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)過濾器帶有潛在放射性，其失效濾芯由人工更換后裝袋，根據(jù)放射性水平分區(qū)暫存于核島廢物廠房內(nèi)，利用屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器或轉(zhuǎn)運(yùn)箱分批將其運(yùn)送至SRTF，通過四周壓縮、裝桶封蓋、預(yù)壓縮、超級壓縮、壓餅裝桶、灌漿固化等下藝處理。 3.3.3 放射性干固體廢物的收集與處理 放射性控制區(qū)內(nèi)產(chǎn)牛的固體廢物

15、在其產(chǎn)生地點(diǎn)標(biāo)注相應(yīng)信息，打包裝袋運(yùn)輸至廢物廠房，并根據(jù)放射性水平分區(qū)暫存，再利用大型轉(zhuǎn)運(yùn)箱分批運(yùn)送車SRTF。SRTF分揀系統(tǒng)分揀出可復(fù)用、可就地處置的非放射性物項(xiàng)、有害廢物和大型不可壓縮的放射性廢物。對非放射性廢物可就地處置，對大件不可壓縮的放射性固體廢物采用切割、裝桶、灌漿固化等工藝處理；其余放射性廢物通過干燥、裝桶封蓋、預(yù)壓縮、超級壓縮、壓餅裝桶、灌漿固化等工藝處理。3.3.4 混合放射性廢物的收集與處理 放射性控制區(qū)產(chǎn)生的固液混合廢物，采用獨(dú)立的廢物收集桶收集并暫存于廢物廠房，然后利用屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器運(yùn)送至SRTF。對于不可壓縮廢物，直接裝桶灌漿固化處理；對于可壓縮廢物，則通過裝桶、預(yù)壓

16、縮、干燥、超級壓縮、壓餅裝桶、灌漿固化等工藝處理。4 AP1000與二代核電廠放射性廢物處理比較4.1 APl000放射性廢液處理特點(diǎn)4.1.1 反應(yīng)堆冷卻劑流出液不予回收。傳統(tǒng)核電廠的反應(yīng)堆冷卻劑流出液均由硼問收系統(tǒng)采用蒸餾的方式回收濃硼酸，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)復(fù)用。但APl000采用大體積的穩(wěn)壓器，增強(qiáng)了電廠應(yīng)對瞬態(tài)的能力，減少了化容上充和下泄。同時，APl000先進(jìn)的堆芯裝載方式、燃料組件及功調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，尤其足軸向功率偏移控制棒組的設(shè)計(jì)，使APl000核電廠的功率調(diào)節(jié)、負(fù)荷跟蹤僅依靠反應(yīng)堆棒控系統(tǒng)即可完成，硼濃度調(diào)節(jié)僅用于補(bǔ)償堆芯燃耗，極大地減少了化容下泄。因此，權(quán)衡投資、維護(hù)等各方面因素，

17、APl000設(shè)計(jì)取消了硼回收系統(tǒng)，采用反應(yīng)堆冷卻劑流出液不予回收的運(yùn)行方式，這樣更經(jīng)濟(jì)。這決定了WLS必須承擔(dān)此類廢液的處理，單堆設(shè)計(jì)年處理量約為6019立方米年。雖然APl000放射性廢液較傳統(tǒng)核電廠的產(chǎn)生量更大，但成熟、高效、可靠的脫氣、過濾、離子交換設(shè)備保證了放射性廢液處理的良好效果。從電廠長期運(yùn)行的角度，這種全新的運(yùn)行模式不僅能滿足國家法規(guī)對放射性釋放的要求，也凸顯出良好的經(jīng)濟(jì)價值。4.1.2 廢液處理工藝的改進(jìn)。 傳統(tǒng)核電廠對放射性廢液的處理通常采用蒸餾，蒸餾冷凝液直接排放，濃縮液灌漿固化處理。該方式凈化效率高，但系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，投資、運(yùn)行、維護(hù)成本高，設(shè)備利用率也較低。而APl000

18、核電廠大部分放射性廢液均采用過濾、離子交換工藝處理，極大簡化了系統(tǒng)，減少了固體廢物的產(chǎn)生量，在降低成本的同時，也保證了較高的凈化效率。此外，對化學(xué)成分復(fù)雜、放射性水平高的極小部分廢液采用SRTF移動式處理設(shè)備的方式，增強(qiáng)了廢液處理的靈活性。SRTF移動式設(shè)備多臺機(jī)組共用的方式，不但節(jié)省了投資，也提高了資源利用率。4.1.3 頂期液態(tài)流出物放射性釋放量小。 AP1000單機(jī)組預(yù)期液態(tài)流出物放射性釋放總量在滿足國家法規(guī)要求的基礎(chǔ)上仍具有一定裕量，由丁反應(yīng)堆冷卻劑流出液不回收，預(yù)期氚釋放總量較傳統(tǒng)壓水堆核電廠偏高，但計(jì)算采用保守算法，實(shí)際的放射性釋放量將大大低于此值。 綜合上述，AP1000放射性廢

19、液處理基于先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，兼顧了安全、經(jīng)濟(jì)、高效和各方面町達(dá)到的優(yōu)勢。4.2 APl00放射性廢氣處理特點(diǎn)4.2.1 WGS非能動運(yùn)行。 APl000放射性氣體廢物系統(tǒng)不含能動設(shè)備，廢氣借助輸入源壓力通過WGS，活性炭延遲床無需動力電源，實(shí)現(xiàn)了單流程、非能動的處理工藝。4.2.1 廢氣處理工藝的改進(jìn)。 傳統(tǒng)核電廠對放射性廢氣的處理通常采用壓縮、儲存、衰變的方式，由空壓機(jī)將放射性廢氣輸送罕廢氣罐儲存衰變，再經(jīng)高效過濾器過濾后排向環(huán)境大氣。對含氫放射性廢氣，APl000核電廠采用活性炭延遲處理工藝，使放射性核素充分滯留衰變后稀釋排放；對非含氫放射性廢氣，APl000核電廠利用直接排放或高效過濾后稀

20、釋排放。APl000較傳統(tǒng)核電廠設(shè)計(jì)理念更先進(jìn)，系統(tǒng)更加簡單，極大降低了投資、維護(hù)和運(yùn)行成本。4.2.3 多種防止氫燃、氫爆手段。 APl000含氫放射性廢氣的處理工藝采用了連續(xù)的氧氣濃度監(jiān)測、溫度監(jiān)測、氮?dú)獯祾叩仁侄?，防止由于空氣漏入而?dǎo)致的氫燃、氫爆危險。4.2.4 預(yù)期氣態(tài)流出物放射性釋放量小。 基于保守估算，APl000單機(jī)組預(yù)期氣態(tài)流出物放射性釋放量在滿足國家法規(guī)各項(xiàng)限值的基礎(chǔ)上仍具有較大裕量，APl000放射性廢氣處理兼顧了安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、高效的各方面優(yōu)勢。4.3 APl000放射性固體廢物處理特點(diǎn)4.3.1 先進(jìn)的處理工藝。 APl000放射性固體廢物的處理工藝與傳統(tǒng)核電廠大致相同，但其處理流程的自動化程度更高，設(shè)備更先進(jìn)，尤其是分揀、超級