核电厂固体废物处理系统水泥固化线设备设计研究

摘要

水泥固化线属于核电厂固体废物处理系统的一部分，其功能是将废物处理后装入400L钢桶中，并封盖将其送到厂内放射性固体废物暂存库。水泥固化线主要处理核电机组产生的所有湿固体废物，主要有废树脂、浓缩液、废过滤器芯。 长期以来，水泥固化技术按搅拌方式的不同分为桶内水泥固化技术和桶外水泥固化技术。桶内技术具有工艺简单、技术成熟等特点，但由于搅拌桨叶本身占用一定体积，同时考虑到安全性，填充率一般控制在85%左右。相比而言，桶外技术由于搅拌容器与固化包装容器分离，搅拌过程在独立的容器内进行，具有搅拌效率高、填充率高、易于清洗去污等特点。桶外技术正在逐步取代桶内技术，成为放射性废物水泥固化新的发展方向。但桶外技术一直处于国外垄断状态，未实现国产化。 本课题首先对桶外水泥固化线设备进行设计和总体布置，分别结合各项目、各种类的固化配方在实验室、方家山核电和海南核电进行模拟实验，针对实验情况对可能影响桶外固化可靠运行的因素和拟应对的措施进行分析、设计优化和必要的试验验证，并对桶外固化技术较桶内技术进行对比，阐述各自具有的特点和本次研究的创新性。 本次研究的桶外水泥固化线是以秦山二期、方家山、福清、海南等8个核电机组固体废物处理系统水泥固化线科研和施工图设计为基础，同时针对几个重要设备的实验情况做了设计优化和改进，已经成功应用到华龙一号核电机组。具有如下创新性与先进性： 1)关键设备之一混合器：通过特殊形状的搅拌桨，并与搅拌桶体在底面和周向均采用小间隙设计，提高了混合器搅拌效率和固化效率，有助于混合器内物料的快速排空，同时可对搅拌过程中形成的结块进行挤压破碎，保证搅拌混合的均匀性和固化体的质量。混合器采用了双电机、手动装置及远程操作控制等先进设计理念，使其性能更先进、自动化水平更高，水泥固化线运行更加安全、可靠。 2)相对于桶内水泥固化技术，桶外水泥固化技术具有较高的固化效率、填充率（可达95%），减少了废物包的最终体积，同时避免了搅拌死区；桶外混合器具有相对密闭的搅拌容器，避免了搅拌过程中放射性物质对周围环境的污染，并可以采用高压冲洗水对混合器内部进行清洗去污，解决了桶内水泥固化技术混合器的清洗难题。 3)废物包装容器采用全新设计的螺栓连接的400L钢桶，有效解决了采用混凝土桶作为废物包装容器时，固化体的体积占比最大不超过50%的问题，减少了废物桶量和废物处置费用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究和应用现状

1.3 研究的目的和意义

1.4 研究内容

1.5 研究的特色和创新之处

第二章 水泥固化线系统及设备设计方案

2.1 功能描述

2.1.1第一工作站

2.1.2第二工作站

2.1.3第三工作站

2.1.4第四工作站

2.1.5第五工作站

2.1.6电气、仪控设备

2.2 总体布置

2.3.1 桶外混合器

2.3.2废液计量系统

2.3.3 干混料计量系统

2.3.4 电气仪控系统

第三章 冷试试验

3.1 海南项目水泥固化和固定配方试验

3.1.1 海南配方现状

3.1.2 海南配方冷试试验情况

3.2 方家山冷试试验

第四章 冷试试验出现的问题及原因分析

4.1 问题简述

4.2 原因分析

4.2.1 配方问题

4.2.2混合器排料口淤积水泥

4.2.3人员应急操作要求高

4.2.4 混合器搅拌桨下部积聚水泥

4.2.5干混料下料口在混合器运行一段时间后，会被水泥糊死，无法打开

4.2.6 筒体冲洗装置在混合器运行一段时间后，会被水泥糊死，造成冲洗装置无法升降，筒体无法冲洗

4.2.7 下料口冲洗水排至水泥浆上，造成上层固化体性能不合格

4.2.8 辊道电机处于辊道下方，检修空间十分狭小，电机若出现故障，可能需要对辊道进行拆除方检修

4.2.9 备用电机切换开关位于狭窄的人员通行廊道内，没有防护罩。

4.2.10 干混料计量槽001TJ加高500mm后通风管道无法连接

4.2.11 005BA满水时，水会走排气管道至接液盘，并洒到接液盘外，造成设备沾污

4.2.12 设备稳定性低

4.3 风险分析及应对措施

4.3.1 因配方对水泥与添加剂指定生产厂家，专一性高。

4.3.2 事故情况下无法排料

4.3.3 筒体冲洗装置被水泥糊死无法运行，筒体得不到有效冲洗，将淤积大量水泥

4.3.4 干混料螺旋输送机出现下料不畅问题

第五章 改进优化措施及验证试验

5.1 影响因素分析及优化措施

5.1.1 水泥固化和固定配方

5.1.2干料计量系统

5.1.3浓缩液和废树脂计量系统

5.1.4 SED除盐水计量系统

5.1.5 仪控系统

5.1.6 极端状况下的应急处理措施

5.1.7 供电故障

5.2 试验验证

5.2.1 水泥固化和固定配方改进优化试验

5.2.2 配方与设备的匹配性验证试验

5.2.3 极端情况下的应急拆除模拟试验验证

5.3.1 搅拌电机故障

5.3.2 排料故障设计优化改进

第六章 结 论

参考文献

作者攻读学位期间的科研成果

致谢