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摘要：介绍放射性废水桶内干燥原理及现状，并对三种主要的放射性废水桶内干燥技术电加热、热风、微波等桶内加热方式优劣进行对比。
关键词：桶内干燥
1引言
随着核技术应用的不断发展，产生的放射性废物也随之增加。根据粗略估算，百万千瓦的大型商用堆运行1 年产生的裂变产物总量在1021~1022 Bq[1]。水泥固化技术，因其操作简单、价格低廉以及安全可靠等优点，而被世界各国的核电站广泛采用，但是，水泥固化增容大，通常增容比在2~3之间，既不符合放射性废物最小化的原则，也使处置费用增加。
很多国家已经开始寻求一些能减容的处理手段，诸如焚烧、玻璃固化、热压、造粒和浓缩蒸发等。其中桶内干燥将废物处理的单元最大限度地简化，最大程度地减少了放射性核素的外扩散。同时，它减小了废物的体积，缓解核电产业中湿废物贮存的空间压力。
2 桶内干燥原理
桶内干燥的原理简单，就是湿物料在桶内受热升温，将其中含有的水分转化为蒸汽排放，干燥后的固体废物则留在桶内。
目前采用较多的工艺是将放射性废液装入桶内，然后将桶运入干燥室内进行加热，去除物料中的水分，以达到减小废物体积的目的。加热产生的水蒸气经冷凝后，通过监测确定排放或再处理；留在桶内的干燥产物与桶一起经过整备后贮存或处置。
就目前的研究进展而言，放射性废液桶内干燥采用的大部分都是成熟的技术，在技术上不存在问题。但是桶内干燥的传热特点决定了这种干燥方法的传热效率不会太高，虽然可以通过配备真空设备等方法提高其干燥速率，但是干燥时间还是会比较长。所以如何提高桶内干燥的干燥速率就成为目前研究的重点，而加热方式则是提高干燥速率的关键。桶内干燥的加热方式可以是循环的热空气、布置在桶外的电加热带或者是微波加热装置等。
3桶内干燥现状
20 世纪80 年代早期，一些国家就已经开始进行桶内干燥装置的研究。1996年，德国研究人员将放射性液体注入容器加热，然后利用排风系统将容器中的蒸发气体排出，以进行放射性废液的减容处理[2]。2003年，德国Gesellschaft für Nuklear Service mbH 公司继桶内真空干燥工艺之后又开发了一套小型桶内干燥装置。该装置采用最大功率为10 kW 的加热装置对废料桶加热，利用射流产生的负压将干燥过程中产生的水蒸气带走，并冷凝成液体。美国橡树岭国家实验室、德国Linn High Therm 公司进一步改进了装置，引入微波进行加热，并成功开展了多种模拟放射性废液和贮存罐中淤泥的桶内干燥试验，试验结果也取得了良好的效果。近十年来，国外已经发出几套工程装置，并进行了实践。
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4 桶内干燥技术
一般来讲，桶内干燥装置由进料系统、干燥系统和尾气处理系统三部分组成。其中进料系统和尾气处理系统都有成熟的技术及工业应用。目前比较成熟的桶内干燥装置，主要的不同点集中在加热方式和桶的布置方面。下面按照不同加热方式对桶内干燥实例的工艺过程和干燥效果进行介绍。
4.1 电加热干燥
电加热是通过布置在加热桶外侧的加热器，利用电流在电阻丝上产生的热量直接加热桶壁，然后经过热传导对桶内的放射性废液进行加热干燥，从而实现放射性废液的干燥处理
电加热方式作为一种传统的加热方式，其特点主要有：（1）技术成熟；（2）结构简单，投资小；（3）过程简单，控制方便；（4）能耗高，干燥不均匀，易产生粘壁。
废液在缓冲罐内混合均匀，泵入干燥桶内；在输入阶段采取旁路循环模式，保证少量的废液进入桶内；干燥后的蒸汽经过洗涤冷凝后排放。干燥产物放置在120 L 的桶内，再放在200 L 的桶内；两桶之间填充混凝土材料，满足贮存要求。
4.2热风干燥
热风加热的加热介质是通过外部的热交换器加热的热空气，其经循环风机带动通过干燥室产生对流将热量传给桶内的放射性废液，从而实现放射性废液的干燥处理。
对流加热的特点主要有：（1）加热强度大，处理量大；（2）结构简单，易于维护；（3）热效率较高，加热时间较短；（4）干燥不均匀，易粘壁。
空桶通过传送辊道进入干燥室，当进料至设定值后将热空气引入开始加热，排除的蒸汽经冷凝后被收集在贮液槽内，桶内干燥产物至预设体积后停止加热并冷却至50 ℃时，干燥过程停止，从加热室移出装有干燥产物的废物桶进行封装后再行贮存或处置。
4.3微波干燥
微波加热是利用波长0.001~1.0m，频率300~300000MHz，具有穿透性的电磁辐射波对放射性废液进行加热，当微波射入放射性废液内部时，使水等极性分子随微波的频率作同步高速旋转，这种旋转的结果就是使物料瞬时产生摩擦，导致物料表面和内部同时升温，使大量的水分子从物料逸出，达到物料干燥的目的。
由于微波干燥具有由内向外的干燥特点，且与蒸汽、电加热、导热油等传统热源相比具有：（1）干燥速度快，干燥时间短；（2）加热温度均匀，表里一致，不易粘壁；（3）热能利用率高，节省能源，没有公害，设备占地少；（4）过程控制迅速，无惯性热；（5）对人体有害，需要防护。
参考文献
[1]李靖.大亚湾核电站放射性废物管理［J］． 中国电力，1999，32（4）：39 － 43．
[2]ERBSE Dietmar，THIELE Reinhard，WALTER Helmut.Processand Filling Adapter for the In-drum Drying of LiquidRadioactive Waste：USP，5566727[P].1996-10-22.
论文作者:侯超,李国辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年13期
论文发表时间:2019/10/8
标签：干燥论文; 放射性论文; 废液论文; 废物论文; 微波论文; 装置论文; 物料论文; 《建筑学研究前沿》2019年13期论文;