核電站固體廢物處理系統(tǒng)水泥固化線的設(shè)計(jì)

核電站固體廢物處理系統(tǒng)水泥固化線的設(shè)計(jì)劉兆陽;孫剛;谷繼品【摘要】介紹了核電站放射性廢物的種類,水泥固化方法的現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹了桶內(nèi)固化工藝以及水泥固化線設(shè)計(jì)過程中的要點(diǎn).【期刊名稱】《起重運(yùn)輸機(jī)械》【年(卷)，期】2013(000)005【總頁數(shù)】3頁(P39-41)【關(guān)鍵詞】固體廢物;水泥固化;輥道;設(shè)計(jì)【作者】劉兆陽;孫剛;谷繼品【作者單位】中國原子能科學(xué)研究院北京102413;中國原子能科學(xué)研究院北京102413;中國原子能科學(xué)研究院北京102413【正文語種】中文【中圖分類】TL941+.111核電站液體和固體放射性廢物，主要來源于本電站機(jī)組正常運(yùn)行年度換料大修及預(yù)期運(yùn)行事件中產(chǎn)生的放射性液體廢物和固體廢物。它主要由濃縮液、廢樹脂、廢過濾器芯、檢修廢物(木材、金屬、污土)、通風(fēng)過濾器等組成，所有這些放射性廢物均由固體廢物處理系統(tǒng)(TES)及其附屬設(shè)施進(jìn)行處理，通過對固體放射性廢物進(jìn)行收集、分類、暫存、壓縮裝桶、裝桶固化和裝桶固定，達(dá)到對固體放射性廢物進(jìn)行有效包容處理的目的，形成標(biāo)準(zhǔn)固體廢物貨包，滿足國家對固體放射性廢物處理的要求。水泥固化技術(shù)是開發(fā)最早的放射性廢物固化處理技術(shù)，水泥固化中低放射性廢物是一種成熟的技術(shù)，被很多國家的核電站廣泛采用。我國的秦山核電站、大亞灣核電站等都采用了水泥固化工藝來處理中低放射性廢物。目前水泥固化的廢物主要是壓水堆電站的廢濃縮液、廢樹脂和廢過濾芯［1］。1水泥固化工藝的設(shè)計(jì)水泥固化操作主要有常規(guī)水泥固化處理工藝、貯桶內(nèi)混合、夕卜部混合后裝桶、水泥壓裂、冷壓水泥、熱壓水泥等方法。［2］貯桶內(nèi)混合法特別適合于處理廢液。該工藝可分為兩種:一種是將可升降的攪拌器下降到貯桶中攪拌，德國卡爾斯魯厄核研究中心水泥固化車間采用此方法;另一種是在貯桶中加入水泥及起搗動(dòng)作用的重物，泵入要處理的廢液，然后加蓋封嚴(yán)送到滾翻或震動(dòng)臺架上翻滾或震動(dòng)，使廢物和水泥混合。前者混合均勻，但要清洗攪拌器，容易污染;后者操作簡單，但混合均勻程度較差。外部混合后裝桶法是水泥和廢物在混合器里混合好后再裝入貯桶。水泥壓裂法是一種處置放射性廢液的方法，它是利用石油開采技術(shù)，把由中低放射性廢液、水泥和添加劑形成的灰漿注入到200~300m深、不滲透的頁巖層中，再把頁巖層壓出裂縫，使灰漿滲入到頁巖層中去，并固結(jié)在其中，美國橡樹嶺國家研究所(ORNL)曾用此法處理了含有60萬Ci以上放射性廢物的灰漿。冷壓水泥法是把焚燒灰和水泥的混合物壓成小圓柱體，得到含水量低、廢物包容量高達(dá)65%的固化體，美國蒙特實(shí)驗(yàn)室曾用此法來處理含超鈾元素的焚燒灰。熱壓水泥法是在較高的溫度(100°C~400°C)和壓力(170-7000MPa)下，獲得高強(qiáng)度、高密度、低含水量、低孔隙率和透氣性的固化體，但這種工藝的設(shè)備要求本文介紹的水泥固化操作采用的是桶內(nèi)固化工藝，通過一套遠(yuǎn)程控制的整備生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)放射性固體廢物的計(jì)量、輸送、裝桶、固化、暫存養(yǎng)護(hù)等操作，將廢物裝入廢物金屬桶內(nèi)，為廢物的進(jìn)一步處置做準(zhǔn)備。主要工藝流程包括廢物桶的傳輸、廢物桶的開蓋和封蓋、廢物的計(jì)量和預(yù)處理、廢物的裝桶、廢物的固化或固定、廢物桶的養(yǎng)護(hù)等。2關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)完成上述功能，水泥固化線需要包含以下設(shè)備:輸送裝置、加注裝置、攪拌裝置、傳輸輥道（振動(dòng)密實(shí)裝置和傳輸輥道集成在一起）。2.1輸送裝置固化所需的干水泥通過輸送裝置添加到金屬桶內(nèi)進(jìn)行固化，輸送裝置包括水平螺旋輸送裝置、垂直螺旋輸送裝置、移動(dòng)式料斗等。先將干水泥裝入移動(dòng)式水泥料斗，將料斗運(yùn)輸至水平螺旋輸送機(jī)上，水平螺旋輸送機(jī)將料斗內(nèi)的干水泥送入垂直螺旋輸送機(jī)，垂直螺旋輸送機(jī)與干粉加注罩相連，可將水泥輸送到金屬桶內(nèi)。2.2加注裝置加注裝置由攪拌器、鋼平臺、干料加注罩、濕料加注罩、接液盤、清洗液回收裝置等組成，在濃縮液和廢樹脂固化時(shí)，輥道傳輸線將金屬桶送到濕料加注工位，向金屬桶中加入濃縮液或廢樹脂;在攪拌工位，加入固化劑水泥、添加劑等干料，利用攪拌槳攪拌均勻，固化后形成滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的水泥固化體。對廢過濾芯進(jìn)行固定時(shí)，輥道傳輸線將裝有廢濾芯的金屬桶送到濕料加注工位，加入已制備好的水泥漿，將濾芯灌漿固定在金屬桶內(nèi)，固定后形成水泥固化體。在加注、攪拌完成后，會(huì)進(jìn)行加注站位的清洗工作，清洗之后進(jìn)行清洗液回收，清洗液回收裝置檢測清洗桶內(nèi)液位，將澄清后的清洗水抽到指定容器中。接液盤分別固定在干料加注罩和濕料加注罩下方，當(dāng)金屬桶離開加料和攪拌工位時(shí)，用于接收加料口或攪拌槳上滴落的廢液、水泥漿或清洗水，防止對設(shè)備及環(huán)境造成污染。攪拌裝置是行星式雙攪拌槳，攪拌過程中廢液飛濺小，廢液的裝桶率可以提高到90%~95%。2.3傳輸輥道傳輸輥道包括固定傳輸輥道、頂升輥道、振動(dòng)輥道、移動(dòng)輥道。通過輥道在開封蓋裝置、廢濾芯裝桶裝置以及加注、攪拌站之間往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)流程需要，實(shí)現(xiàn)對金屬桶的定位、固定、頂升及振動(dòng)等輔助功能。輥道傳輸線還用于金屬桶盛裝廢物前的空桶暫存和廢物裝桶封蓋后的養(yǎng)護(hù)。2.3.1固定輥道1） 變頻器驅(qū)動(dòng)下的減速電機(jī)的選擇由于水泥固化線是間斷工作制輥道，減速電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于計(jì)算靜轉(zhuǎn)矩和動(dòng)轉(zhuǎn)矩之和:M>Mj+Mdo最大靜力矩Mjmax為金屬桶遇到障礙物突然停止時(shí)，輥?zhàn)舆€在轉(zhuǎn)動(dòng)，金屬桶停止時(shí)產(chǎn)生的最大打滑力矩最大動(dòng)力矩Mdmax為啟動(dòng)時(shí)金屬桶與輥道間可能產(chǎn)生打滑時(shí)的最大動(dòng)力矩式中:Q為作用在一個(gè)輥?zhàn)由系闹亓Γ琋;G為1個(gè)輥?zhàn)拥闹亓?，N;p為輥?zhàn)虞S承中的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)軸承M=0.005;f為金屬桶在輥?zhàn)由系臐L動(dòng)摩擦因數(shù)矛1為輥?zhàn)优c金屬桶間的滑動(dòng)摩擦因數(shù);D為輥?zhàn)又睆?，m;GD12為輥?zhàn)拥娘w輪轉(zhuǎn)矩，N?m2。服務(wù)系數(shù)是指減速器額定輸出轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的比值，設(shè)計(jì)要求減速電機(jī)的服務(wù)系數(shù)FB>2。2） 輥?zhàn)娱g距為了保證運(yùn)輸?shù)钠椒€(wěn)性，輥?zhàn)娱g距的選擇要保證在任何情況下至少有4根輥?zhàn)优c廢物桶接觸。3）輥?zhàn)觽鲃?dòng)的選擇輥?zhàn)觽鲃?dòng)有齒輪傳動(dòng)和鏈輪傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)有單鏈傳動(dòng)與雙鏈傳動(dòng)，單鏈傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置布置在輥道的端部，為了保證鏈條、鏈輪正常嚙合和補(bǔ)償鏈條因磨損等原因引起的伸長，傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有張緊裝置和導(dǎo)軌。雙鏈傳動(dòng)的輥道，驅(qū)動(dòng)裝置一般布置在中間，可改善鏈條和鏈輪受力情況，提高傳動(dòng)效率。鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，但制造與安裝精度較低。在一般應(yīng)用場合下，鏈傳動(dòng)是輥?zhàn)觽鲃?dòng)中廣泛采用的傳動(dòng)方式。齒輪傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長，傳動(dòng)比穩(wěn)定，而且制造和安裝精度高，應(yīng)用于高可靠性的水泥固化傳輸線中。驅(qū)動(dòng)裝置一般布置在中間，提高工作效率，改善齒輪的受力情況。TES系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)采用的是齒輪傳動(dòng)。2.3.2頂升輥道頂升輥道可實(shí)現(xiàn)金屬桶與加注站位的對接，頂升輥道可采用整個(gè)輥道頂升和頂升金屬桶兩種頂升方式，輥道整體頂升的結(jié)構(gòu)鞍鋼設(shè)計(jì)研究院曾做過介紹。［3］本文采用的頂升方式是設(shè)置一個(gè)頂升裝置，只將金屬桶進(jìn)行頂升。頂升裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是采用幾個(gè)升降機(jī)構(gòu)，這些升降機(jī)構(gòu)應(yīng)保持同步，使頂升過程平穩(wěn)。通過對比研究，采用4個(gè)螺旋升降機(jī)相連的方式進(jìn)行頂升，由導(dǎo)軌導(dǎo)向，可實(shí)現(xiàn)頂升的同步、準(zhǔn)確、平穩(wěn)。同時(shí)，帶自鎖功能的螺旋升降機(jī)，在失去動(dòng)力后，可維持頂升狀態(tài)不變，確保安全可靠。2.3.3振動(dòng)輥道振動(dòng)輥道是為了使金屬桶內(nèi)的水泥密實(shí)，結(jié)構(gòu)包括振動(dòng)電機(jī)和空氣彈簧，空氣彈簧起提升和減震的作用。2.3.4移動(dòng)輥道移動(dòng)輥道實(shí)現(xiàn)廢物桶進(jìn)入車間以及在車間輥道之間的對接。移動(dòng)輥道在軌道上移動(dòng)，在移動(dòng)過程中要防止脫軌，結(jié)構(gòu)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)輥道沿著軌道移動(dòng)。輥道在移動(dòng)到位后設(shè)有定位、鎖定裝置。3總結(jié)在水泥固化線設(shè)計(jì)中，桶內(nèi)固化運(yùn)行靈活方便，根據(jù)需要可隨時(shí)開停，是目前核電站水泥固化普遍采用的固化方式。在水泥固化設(shè)備關(guān)鍵設(shè)備選型過程中，對于輸送裝置、攪拌裝置、自動(dòng)開封蓋裝置等復(fù)雜的工藝設(shè)備，目前主要采用成熟的進(jìn)口設(shè)備，國內(nèi)有待進(jìn)一步研發(fā)。對于輥道傳輸線以及加注裝置等，經(jīng)過自主研發(fā)，技術(shù)基本成熟，設(shè)計(jì)、加工產(chǎn)品可投入核電站水泥固化線中應(yīng)用。參考文獻(xiàn)[1]陳良，陳莉