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    AP1000核电机组离堆废物处理方案探讨

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    第31卷第6期
    2010年12月
    文章编号：0258-0926(201006-0123-04
    核动力工程
    NuclearPowerEngineering
    Vol.31.No.6Dec.2010
    AP1000核电机组离堆废物处理方案探讨

    吕军

    （中国核电工程有限公司河北分公司，石家庄，050021）

    摘要：根据废物最小化原则和我国核电国产化的总体政策，分析了AP1000核电机组离堆废物的整备处理形式。通过对不同废物处理工艺进行比较并优化组合，提出了AP1000核电机组离堆废物处理的初步工艺方案。该方案可将单堆废物货包体积控制在50m3/a以下，符合废物最小化原则。
    关键词：AP1000核电机组；放射性废物；核电站；废物处理中图分类号：TL941文献标识码：A

    1引言
    海阳核电厂和三门核电厂已相继引进了百万千瓦级的AP1000型核电机组。该机组在放射性废物的产生与处理上与一般压水堆存在较大差异[1,2]
    ，离堆废物的处理工艺上也有自己的特点。本文针对AP1000核电机组的离堆废物源项，综合目前较为成熟的放射性废物处理工艺，在技术上和经济上探讨合理可行的离堆废物处理方案，将AP1000型核电机组离堆废物单堆整备货包体积控制在50m3/a以下（符合废物最小化的国际原则）。

    表1AP1000核电机组单堆离堆废物概况Table1VolumeofRadioactiveWastefor
    SingleAP1000Reactor
    废物类型
    异常工况一回路废液
    湿废物
    废树脂化学废液可压缩干废物
    干废物
    不可压缩废物通风系统废过滤器芯液体废过滤器芯总废物
    注：①控制区；②监督区，洗涤复用
    预计废物产量/m3·a
    1
    100.320.814.2133.3①133.3②9.28.80.24286.8
    －
    2AP1000型核电机组离堆废物源项
    本文根据三门核电厂和德国汉莎公司的AP1000离堆废物源项资料，AP1000堆型的离堆废物源项见表1。
    经过分析可知，AP1000核电机组产生的放射性废物主要是化学废液、异常工况一回路废液、废树脂、废液体过滤器芯、通风系统废过滤器芯、可压缩干固体废物、不可压缩干固体废物等。与一般压水堆比较，AP1000核电机组在废物产生及处理上的最大特点是：除化学废液和异常工况一回路废液之外，其他液体废物均采用离子交换法进行处理，几乎没有浓缩液，大大减少了水泥固化废物，从而减小了最终废物货包的体积。

    3AP1000核电机组离堆废物处理形式
    目前，我国核电厂建设以核电基地的形式发

    收稿日期：2009-05-18；修回日期：2010-08-24
    展，适于建立一个离堆废物整备处理中心，对周围核电机组的离堆废物进行集中处理。这将大大减少核电厂建设初期的投资。
    建立整备处理中心后，对固体废物采用放射性固体废物运输车辆进行运输，对废树脂则有管线运输和槽车运输2种方法。经比较，槽车运输是比较合理的方案，主要原因如下：
    （1）核电厂内管线复杂，采用管线输运方式可能会与原有管线发生较大冲突。
    （2）核电基地内各个机组与整备处理中心之间有一定距离，采用管线输运容易产生树脂沉积，并极有可能出现堵塞输送管道的现象，同时管道冲洗会产生较多二次废物。
    （3）AP1000核电机组单堆废树脂产量不大，比较适宜于槽车运输。


    124核动力工程Vol.31.No.6.2010
    4AP1000核电机组离堆废物处理工艺的
    比较和选择
    废物最小化原则是核废物处理和处置的国际化原则[3]。在离堆废物处理工艺的选择上，减容比是最为关键的一个参数。根据大亚湾核电站废物处理和处置情况及其相关资料的数据，初步确定AP1000核电机组中各种废物处理工艺的减容比以及不同工艺组合处理后的最终废物货包体积（表2）[4,5]。
    由于AP1000核电机组主要采用离子交换法处理废水，湿废物中废树脂所占比例较大，而废树脂的处理一般是增容过程，所以废树脂处理工艺的选择是控制最终废物量的关键（表2）。采用热压法能够对废树脂进行有效减容处理，即将脱水废树脂加热到一定温度后装桶进行超级压缩（超压），然后将压缩饼进行水泥固定。
    对于化学废液和异常工况下一回路废液，目前较为成熟的处理工艺如表2所示。结合废树脂的处理方式，考虑采用干燥成盐后装桶进行超压，再将压缩饼进行水泥固定；对于干废物，仍采用预压、超压后水泥固定，这是目前最为成熟且应用最为广泛的处理方法。

    5AP1000核电机组离堆废物处理工艺
    综合前文讨论，在对各种处理工艺进行比较并优化组合后，初步确定了一套AP1000核电机组离堆废物处理工艺方案[6~10]。
    5.1废树脂
    AP1000核电机组废树脂单堆产量约为20.8
    m3/a。通过对国内外多种处理工艺的综合比较，初步确定废树脂的处理工艺如下：
    首先采用树脂运输槽车将废树脂运至处理整备中心的废树脂贮罐中；利用压缩空气将贮罐中废树脂导入废树脂转运桶；然后通过运输辊道将转运桶送至树脂加热装置提升机；将桶中的废树脂装填到树脂加热装置内进行脱水干燥和加热，待达到一定温度后，将热废树脂装入200L标准桶中；封盖后运往超压工段进行超压，再将压缩饼装入400L标准桶内进行水泥固定，最后测量货包表面剂量率和表面污染水平，并利用废物测量系统（SGS）进行分析测量。对于外表面剂量率超过相关辐射防护标准的货包，外加屏蔽容器后利用成品运输车运入暂存库；未超标的废物桶则可直接运入暂存库。
    超压过程中产生的废液经超压机废液收集系统收集后，作为化学废水处理；产生的废气经超压机废气处理系统高效过滤器过滤后，送至控制区排风系统作后续处理。压缩饼装桶过程中应根据其放射性水平和高度进行合理搭配，以提高钢桶的利用率。该工艺过程中，槽车、废树脂脱水干燥和加热设备需要进口；处理后废物减容1.5倍；单堆废物货包（400L钢桶）体积约为13.867m3/a。
    5.2化学废液和一回路废液
    AP1000核电机组单堆化学废液产量约为14.2m3/a，事故工况下一回路产生废液约为100.3m3/a，同样选择槽车运输方案。主要处理工艺如下：
    表2不同处理工艺减容比及最终废物量估计
    Table2ReducedFactorforDifferentTechniquesandEstimationforLastVolumeofRadioactiveWastePackage
    废物类型化学废液一回路废液
    废物产量/m3·a1
    －
    处理工艺减容比
    估计值/m3·a1
    －
    蒸发+水泥固定192×（1/5.26）
    14.2、100.3
    蒸发+干燥成盐+高整体性容器750×（1/1.5）蒸发+干燥成盐+超压+水泥固定750×1.05×（1/2）水泥固定
    脱水干燥+高整体性容器脱水干燥+装桶+水泥固定
    3.1370.2290.291
    1/6.04125.6321/1.531.21/241.6
    13.867
    废树脂20.8
    加热+超压+装桶+水泥固定3×（1/1.3）
    通风系统过滤器芯液体过滤器芯可压缩废物不可压缩废物）
    8.80.24133.39.2
    水泥固定
    切割+超压+水泥固定6×（1/2）2.933
    1/20.48
    0.120.1617.773
    贮存衰变+超压+高整体性容器3×（1/1.5）贮存衰变+超压+水泥固定3×（1/2）预压+超压+水泥固定切割+装桶+水泥固定
    3×5×（1/2）
    1.25×1/214.72



    吕军：AP1000核电机组离堆废物处理方案探讨125
    首先采用废液运输槽车将化学废液或一回路产生废液分别运至处理整备中心的不同废液贮罐中；通过磁力泵或压空系统将贮罐中废液送入废液蒸发装置中进行蒸发；待浓缩液含盐量达到400mg/L左右时，利用真空系统将浓缩液导入蒸残液扬液器。将200L空桶通过运输辊道运至浓缩液干燥成盐装置；利用压空系统将蒸残液贮槽中的蒸残液输送至桶中，进行干燥成盐；干燥期间桶中不断加入浓缩液，直至整个桶全部为盐所盛满；然后将盛满盐的200L桶进行封盖，送至超压工段进行超压；压缩饼装入400L标准桶内进行水泥固定；最后测量货包表面剂量率和表面污染水平，并利用SGS进行分析测量。对于超过相关辐射防护标准的，外加屏蔽容器后利用成品运输车运入暂存库；符合辐射防护要求的废物桶可直接运入暂存库。
    该工艺过程中槽车和干燥成盐装置需要进口，处理后废物减容近400倍，单堆废物货包（400L钢桶）体积约为0.291m3/a。
    5.3固体干废物
    AP1000核电机组单堆固体干废物产量约为142.5m3/a，是离堆废物的主要组成部分。其中，
    不可压缩干废物约可压缩干废物约为133.3m3/a，
    为9.2m3/a，均采用固体废物运输车辆进行运输。主要处理工艺如下：
    首先利用固体废物运输车将固体干废物运至整备中心。通过分拣箱对废物进行放射性检测和分拣；可豁免废物重复使用或送填埋场就地埋藏；对于表面污染小于4Bq/cm2的工作服可送专用洗衣房进行洗涤后重复使用。其余废物中，对于可压缩废物，如棉织品、纸张等，首先装入200L废物桶中进行干燥，保证游离水含量小于1%，然后利用20t预压机进行桶内预压；桶压实装满后，封盖并通过运输辊道运送至超压工段进行超压；压饼装入钢箱后进行水泥固定。对于不可压缩废物，主要为钢铁、阀门等，需切割后装入200L废物桶中进行干燥除湿，保证游离水含量小于1%；然后封盖并送往超压工段进行超压；将压饼装入钢箱后进行水泥固定；最后测量货包表面剂量率和表面污染水平，并利用SGS进行分析测量。压饼装箱过程中应根据压缩饼的放射性强度和高度进行合理搭配，以提高钢桶的利用率。
    该工艺过程中超压机需要进口，处理后可压

    缩废物减容7.5倍，单堆废物货包（钢桶）体积约为17.773m3/a；不可压缩废物增容1.6倍，单堆废物货包（钢桶）体积约为14.72m3/a。5.4通风系统废过滤器芯
    AP1000型核电机组通风系统废过滤器芯单堆产量约为8.8m3/a，比活度较低，采用固体放射性废物运输车辆进行运输。主要处理工艺如下：
    利用固体废物运输车将通风系统过滤器芯运至整备中心后，首先采用切割机进行切割解体，装桶封盖后送往超压车间进行超压处理，然后将形成的压缩饼装桶进行水泥固定，最后测量货包表面剂量率和表面污染水平，并利用SGS进行分析测量。压缩饼装桶过程中应根据压缩饼的放射性强度和高度进行合理搭配，以提高钢桶的利用率。
    该工艺过程简单，处理后废物减容3倍左右，单堆废物货包体积约为2.933m3/a。
    5.5废液体过滤器芯
    AP1000核电机组废液体过滤器芯单堆产量约为0.24m3/a，比活度较高，采用固体放射性废物运输车辆进行运输。主要处理工艺如下：
    由于废液体过滤器芯比活度较高，因此首先对其包装容器进行表面剂量率测量。剂量率较高时可先送往暂存间，在屏蔽条件下进行贮存衰变。当其表面剂量率达到一定要求后，装入200L桶送往超压工段进行超压；再将压缩饼装入400L标准桶内进行水泥固定；最后测量货包表面剂量率和表面污染水平，并利用SGS进行分析测量。压缩饼装桶过程中应根据压缩饼的放射性强度和高度进行合理搭配，以提高钢桶的利用率。
    该工艺过程需要对废液体过滤器芯包装容器进行表面剂量率测量，并对表面剂量率较高的废物桶进行贮存衰变。处理后废物减容1.5倍左右，
    单堆废物货包（400L钢桶）体积约为0.16m3/a。
    采用上述工艺对AP1000核电机组的离堆废物进行整备处理后，AP1000核电机组每年单堆产
    可以满足生的废物整备货包体积约为49.744m3，
    设计要求。

    6结论和建议
    建立离堆废物整备处理中心，对AP1000核电机组离堆废物按照湿废物和干废物分别建立处理线，选择国内外已经成熟的先进处理工艺，能

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