某放射性废物焚烧装置主要用于处理低放可燃放射性废物。该装置采用热解焚烧技术对放射性废物进行无害化处理, 减容减量。该装置多年平稳运行, 说明装置整体设计是成功的, 达到了妥善处理的目的, 避免了放射性废物在暂存中可能出现的多种安全隐患[1]。但是鉴于当时设计的局限性及多年工作运行的积累, 该装置个别单元设备出现了动作部件卡滞、动作不畅及管道堵塞现象, 给焚烧装置的正常运行带来了诸多不利的影响, 同时也增加了操作人员的工作强度及难度, 甚至只有通过对设备进行必要的修缮及改造, 才能保证焚烧装置的正常运行。本文对该套焚烧装置的常见的运行问题进行了总结, 并提出了相应的整改建议。
该放射性废物焚烧装置采用热解焚烧原理, 整套装置分为主工艺系统, 辅助系统, 应急系统, 自动系统等几个部分[2]。主工艺流程见图1。
料包提升机将废物料包提升到热解炉加料口处并自动翻转, 将废物倒入热解炉内, 废物在热解炉内热解、烧焦, 废物热解产生的热解气通过预混器管与预热后的二次风混合, 进入燃烧炉进行燃烧, 燃烧产生的烟气通过混风稀释管, 急冷塔冷却后, 再经袋滤器, 碱液吸收塔, 高效过滤器进行净化, 最后通过烟囱排入大气。热解产生的焚烧灰通过排灰装置装入200L桶暂存。
放射性废物主要包括:棉织物、塑料、橡胶、木质、废油、有机溶剂等。
该装置主工艺系统能够在规定的操作参数下运行, 处理能力能达到规定的要求。但在运行过程中, 有个别单元设备会出现故障, 这些故障的发生会影响系统的正常运行, 增加操作人员的工作难度。本文重点就主工艺前端设备中的加料系统、热解炉排灰系统及混风稀释管出现的问题进行讨论。
加料系统包括料包提升机及热解炉上下插板。整个加料过程通过PLC控制以实现自动加料。具体过程为:料包位于提升机的料斗上时, 光电行程开关检测到有料包加入, 启动提升机, 将料包送到上插板, 计数器计数确认料包到达上插板, 上插板自动打开, 料包落到下插板上, 上插板关闭, 给出关闭信号, 下插板打开, 料包进入热解炉内, 之后下插板关闭, 完成一次加料过程。
料包提升机由电动滚筒、皮带及固定在皮带上的料斗组成。料包放到料斗上, 接近开关指示料斗上有料包, 启动提升机将料包提升至热解炉进料口处并自动翻转, 将料包加到热解炉加料的上插板上。提升机在加料过程中出现的问题:
a.料包在放到提升机的料斗上时, 光电行程开关没有检测到有料包加入, 提升机不能启动。原因分析一是料斗的距离超出了光电行程开关的探测距离;二是在加料过程中, 从热解炉内扩散出的烟气对光电行程开关产生了影响。运行过程中遇到这种情况, 需人为干扰光电行程开关, 提升机才能启动。
b.在提升机与热解炉对接的导料斜板上粘附有焦油、烟垢等, 导致料包下滑速度较慢不能及时落到上插板, 超出了PLC设定的时间, 程序认为没有料包, 加料程序停止。这时只能通过中控室操作人员手动加料, 继续完成加料过程。
c.料包架在提升机顶端不下落, 从而导致加料程序中断, 需要人工处理。
热解炉上下插板有关不严或开关不顺畅的现象。原因分析:
a.插板隔热保护盖板远端有加料过程中从废物包散落出的碎料, 在高温下软化并粘附到隔热保护盖板上, 导致插板无法关闭到正确位置;
b.由于长时间的运行, 下插板与热解炉炉膛直接接触面粘附了许多焦油等黏性物质, 导致插板开关不顺畅, 甚至有打不开的现象。遇到这些情况, 目前只能打开插板隔热保护盖板清理焦油、碎料渣等粘性物质。
a.在控制提升机启动的光电行程开关处增加一组接近开关, 与原有的光电行程开关并联, 确保在废物料包加入时能够检测到废物料包, 避免烟雾对其影响。
b.针对废物料包在导料斜板上不能及时落到上插板的问题有以下几点整改建议:
(1) 对原有加料控制程序进行适当修改。在上插板上约10cm处增设一组光电开关, 在废物料包落到上插板时, 这组光电开关检测到有废物料包后, 给出信号控制上插板打开, 取消原有的时间控制。这样, 可以避免了废物料包下落慢对加料程序的影响。
(2) 给提升机电动滚筒增设一个变频器, 适当增加滚筒的转动速度, 这样可以增加废物料包的惯性, 使废物料包更容易落到上插板, 同时, 也可以减少废物料包架在提升机顶端不下落的现象。
(3) 针对上下插板关闭不严和开关不顺畅的问题, 首先要确保废物料包在加料过程中不能有废物散落出来, 这样就要求在打包时更好地控制打包质量。其次, 运行过程中, 热解炉炉膛内一直有焦油的存在, 不可避免的会附着在插板上。焦油的附着仅会导致插板开关的不顺畅, 对设备不会造成损坏, 建议将驱动插板开关的气缸更换成更大的气缸, 增加驱动插板开关的力度。
(4) 对设备的定期维护是必要的。在需要定期清理维修的部位, 增设一些检修孔, 制作相应的检修工具, 可以减少维护的工作量。
在运行一段时间后, 需要将炉排上的焚烧灰排出。排灰过程如下:炉排正负30度活动后, 焚烧灰落到排灰翻板阀上, 打开翻板阀, 焚烧灰通过翻板阀下的管路进入储灰罐, 启动储灰罐下的螺旋排灰器将灰匀速排入手套箱中的塑料袋内, 装满封口, 放入手套箱下方的塑料袋内, 再封袋口装入200L桶内封存。
在排灰过程中, 会出现焚烧灰堵在翻板阀与其下方接管的连接部位, 运行过程中, 只能通过人工震打翻板阀下方的方式帮助焚烧灰落下。原因分析:
(1) 焚烧灰中有体积较大的结块;
(2) 翻板阀出口及下方的接管直径偏小;
(3) 在两次炉排的大翻时, 排出的灰较多而导致管道堵塞。
综合上述三点原因, 建议整改如下:在翻板阀出口处增设一个搅拌杆, 在出现架桥时, 转动搅拌杆破坏架桥。废物在焚烧过程中不可避免的要出现体积大小不一的结块。因此有必要将翻板阀出口及下方接管的直径改大。同时, 建议在大翻操作时, 依次增大炉排翻动角度, 尽量将炉排上剩余残渣挤碎落下, 防止由于一次性落下大量且结块较大的灰渣出现架桥现象。
混风稀释管是连接燃烧炉与喷水急冷塔的一段通道, 通过混入一定量的冷空气将燃烧炉出来的高温烟气急速降温。在长期运行过程中发现, 混风稀释管内有灰堆积, 长时间运行后灰堆积越来越多, 造成混风稀释管内径减小, 阻力变大, 严重影响了系统的正常运行。在运行操作中, 控制初始废物搭配比例, 依据装置设计要求搭配, 并对一次风量, 热解炉搅拌时间, 搅拌深度都加以控制, 尽可能地减少飞灰量。但这只能缓解灰在混风稀释管内的存积, 不能根本解决问题。
整改建议:减小混风稀释管的内径, 提高气流速度, 将灰带至急冷塔下端, 便于清理, 这样会导致混风稀释管的阻力增大, 但不会影响整个系统的运行。将冷空气由现在的单一平行进入方式改为平行进入与分段切向进入的方式, 增加气流的扰动, 将焚烧灰带至急冷塔下端。
随着运行时间的不断积累, 设备的缺陷逐渐暴露出来, 这些运行过程中产生的问题增加了不必要的操作, 给整套焚烧装置的运行带来了困难。依据运行经验及文献资料, 对各个单元设备出现的问题进行了总结及分析, 查找出了各个问题出现的原因, 并提出了相应的整改建议。
摘要：本文对某放射性废物焚烧装置运行过程中的常见问题进行了总结, 针对这些问题进行分析, 并提出了相应的整改建议。
关键词：放射性废物,焚烧装置,运行问题,整改建议
[1] 可燃放射性废物焚烧翻译组.可燃放射性废物的焚烧[M].北京:原子能出版社, 1984.
[2] 马明燮.放射性废物的焚烧处理[J].辐射防护, 1991, 11 (3) :161-173.
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