含氚廢水大氣載帶排放過(guò)程中濕度與溫度的控制

趙青

中核四0四有限公司第三分公司 甘肅蘭州 735100

氚是氫的最重同位素，也是它唯一的放射性同位素。它以99%的氚化水（HTO）和1%的氚化氫氣體（HT）形式存在。而氚化水又和普通水的物化性質(zhì)極為相似。因此，把它和水進(jìn)行分離是十分困難的[1]。現(xiàn)行的含氚廢水處理方法主要有分離回收氚、氧化揮發(fā)、高溫化學(xué)處理、大氣載帶排放等[2]，綜合考慮西北地區(qū)的氣候條件、地理環(huán)境、環(huán)境稀釋等因素，采用大氣載帶排放對(duì)含氚廢水進(jìn)行處理[3]。

含氚廢水處理系統(tǒng)在4-10月運(yùn)行，考慮到對(duì)環(huán)境的影響，運(yùn)行的重點(diǎn)是要控制出口濕度和溫度。為確保含氚廢水排放環(huán)境的安全性，對(duì)出口濕度、出口溫度的控制研究是很有必要的。

1 高壓微霧大氣載帶工藝原理及工藝過(guò)程

高壓微霧是將含氚廢水加壓至一定壓力，然后通過(guò)特制的微霧噴嘴，在微霧室將廢液以微米級(jí)的云霧狀噴射到空氣中，熱空氣在微霧室與水霧充分混合，水霧在空氣中吸收熱量，從液態(tài)變成汽態(tài)，空氣被吸熱后降溫，控制增濕后的空氣相對(duì)濕度最大不超過(guò)70%，出口溫度比室外空氣低2℃左右。然后將其送往排風(fēng)塔進(jìn)行高架排放。

高壓微霧處理過(guò)程為由輸送泵從廢水接收槽輸送含氚廢水至高壓微霧機(jī)組，在高壓微霧機(jī)組經(jīng)過(guò)高壓柱塞泵加壓，再通過(guò)噴嘴將含氚廢水以8-16μm的霧滴噴出，噴嘴開(kāi)啟數(shù)量與主控室顯示排放濕度高限連鎖。

加熱空氣過(guò)程為先通過(guò)板式換熱器用蒸汽對(duì)翅片式換熱器的生產(chǎn)上水回路進(jìn)行加熱，蒸汽回路為板換的一回路，生產(chǎn)升水為二回路。生產(chǎn)上水溫度與蒸汽量連鎖，達(dá)到所需溫度的生產(chǎn)上水對(duì)進(jìn)風(fēng)進(jìn)行加熱。

含氚廢水處理系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示。

2 溫度的控制

在本工藝流程中涉及到三種溫度，一是環(huán)境的溫度，二是經(jīng)過(guò)翅片式換熱器后空氣的溫度即加熱溫度，三是離心風(fēng)機(jī)后排風(fēng)的溫度即出口溫度為了滿足排放的含氚廢水的溫度比環(huán)境溫度低2℃左右的要求，首先要滿足含氚廢水充分載帶汽化的要求，加熱需滿足將廢水汽化的溫度，再實(shí)現(xiàn)加熱溫度的控制和出口溫度的控制。

2.1 加熱溫度的控制

（1）加熱溫度的確定。在運(yùn)行過(guò)程中，若不開(kāi)加熱系統(tǒng)，載帶量比處理量（微霧噴嘴噴出的氚水量）小50-200Kg/h，其中排風(fēng)中載帶的氚水量=風(fēng)量×干空氣密度（排風(fēng)絕對(duì)濕度-進(jìn)風(fēng)絕對(duì)濕度），處理量為噴嘴噴出的廢水量。載帶的不完全，會(huì)導(dǎo)致大量的含氚廢水冷凝下來(lái)，污染廠房環(huán)境，為此我們進(jìn)行加熱，加熱得到的效果如下。

加熱開(kāi)啟后，含氚廢水的處理量和載帶量只相差10-30Kg/h。雖然載帶量和處理量匹配，從上表可以看出都將加熱溫度調(diào)至比環(huán)境溫度高8-10℃的方式，會(huì)使出口溫度高于環(huán)境溫度，此情況仍會(huì)造成噴出微霧的冷凝，由以上結(jié)果可說(shuō)明要根據(jù)不同情況探索不同的加熱溫度，汽化的同時(shí)滿足出口溫度的要求。

要得到加熱的溫度，就要知道風(fēng)加熱的狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的焓和絕對(duì)濕度，再通過(guò)焓濕圖得出對(duì)應(yīng)的加熱溫度。由于從外部環(huán)境的狀態(tài)到加熱的狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程中雖然相對(duì)濕度變小了，但絕對(duì)濕度沒(méi)變，所以可根據(jù)環(huán)境狀態(tài)得到的絕對(duì)濕度作為加熱狀態(tài)的絕對(duì)濕度。從加熱的狀態(tài)到排風(fēng)的狀態(tài)，過(guò)程中是等焓加濕的過(guò)程，可以將排風(fēng)狀態(tài)的焓作為加熱狀態(tài)的焓，排風(fēng)的溫度可由環(huán)境溫度低于2℃來(lái)得出，排風(fēng)的濕度可由載帶量和處理量匹配而得出，溫度、濕度確定即可獲得焓值即加熱狀態(tài)的焓值。確定的方法主要如下：

①通過(guò)進(jìn)風(fēng)參數(shù)，先確定絕對(duì)濕含量

含濕量是指濕空氣中與一千克干空氣同時(shí)并存的水蒸氣的質(zhì)量（克），常用d來(lái)表示，單位：g/kg干空氣。含濕量d幾乎同水蒸氣分壓力Ps成正比，而同空氣總壓力P成反比。

式中：P表示空氣壓力（Pa）；

Ps表示水蒸氣分壓力（Pa）；

②再通過(guò)排風(fēng)參數(shù)，確定焓值

空氣中的焓值是指空氣中所含有的絕熱量，通常以干空氣的單位質(zhì)量作為基準(zhǔn)，稱作比焓。符號(hào)用i表示，單位為kj/kg干空氣。濕空氣焓值等于1kg干空氣的焓值與dkg水蒸氣焓值之和。

式中：t-空氣溫度℃；

d-空氣中的含濕量kg/kg干空氣。

③通過(guò)絕對(duì)濕含量和焓值，通過(guò)濕焓圖（如下圖2），確定對(duì)應(yīng)的加熱溫度，根據(jù)確定的加熱溫度的運(yùn)行，得到結(jié)果如下表2：

在此種情況下即保證了處理量和載帶量只相差10-30Kg/h，保證載帶量和處理量匹配，而且控制了出口溫度比環(huán)境溫度低2℃左右。

（2）加熱溫度的自動(dòng)控制。在100000-140000m3/h的風(fēng)量下，風(fēng)要達(dá)到一定加熱溫度，板換供熱水的溫度一般比此加熱溫度大20-24℃，由此可倒退出板換供熱水的溫度。以此確定出熱水溫度，在板換一回路的蒸汽回路上設(shè)調(diào)節(jié)閥，與二回路熱水的溫度聯(lián)鎖，設(shè)定好已確定的熱水溫度，會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽流量已熱水的溫度穩(wěn)定。

2.2 出口溫度的自動(dòng)控制

調(diào)節(jié)好加熱溫度后，翅片式換熱器的水回路中設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)回路流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，會(huì)根據(jù)出口溫度與環(huán)境溫度的差值來(lái)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥，以使出口溫度比環(huán)境溫度低2℃左右，實(shí)際運(yùn)行中在1．5-3．5℃，滿足系統(tǒng)的運(yùn)行要求。

3 出口濕度的控制

表1 加熱系統(tǒng)開(kāi)啟后的運(yùn)行數(shù)據(jù)表

表2 加熱溫度調(diào)整后的運(yùn)行數(shù)據(jù)表

表3 環(huán)境溫度10℃下的運(yùn)行數(shù)據(jù)表

主要通過(guò)加熱降低出口濕度、風(fēng)量控制、確保微霧機(jī)組狀態(tài)、自動(dòng)控制出口濕度值來(lái)確保出口濕度滿足要求。

3.1 加熱使出口濕度降低

相對(duì)濕度會(huì)隨著溫度降低而升高，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)文件，含氚廢水大氣載帶的最低溫度為10℃，在10℃的最大相對(duì)濕度下仍能控制出口濕度滿足要求，即可說(shuō)明其他情況下出口濕度也是滿足要求的。加熱會(huì)明顯的降低濕度，在10℃濕度最大時(shí)，依靠加熱所帶來(lái)的降低濕度的作用，能保證出口的濕度在70%以下，防止冷凝，見(jiàn)表3。

3.2 風(fēng)量的控制

為了保證排風(fēng)量，不讓液滴在出口處聚集造成出口濕度高，運(yùn)行中對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行維護(hù)和檢修，保證其軸溫不超過(guò)70℃，兩臺(tái)排風(fēng)機(jī)的總風(fēng)量達(dá)到120000-140000m3/h。同時(shí)，為了防止過(guò)濾器的問(wèn)題導(dǎo)致風(fēng)量的降低，控制過(guò)濾器的差壓小于400Pa，大于此值時(shí)及時(shí)進(jìn)行過(guò)濾器的更換。

3.3 確保微霧機(jī)組的狀態(tài)

要實(shí)現(xiàn)液滴的微霧化，微霧機(jī)組出口壓力應(yīng)達(dá)到6．1MPa以上，進(jìn)口壓力應(yīng)達(dá)到0．1MPa-0．15MPa。微霧機(jī)組中設(shè)過(guò)濾器芯對(duì)供水進(jìn)行過(guò)濾，在運(yùn)行過(guò)程中，黨過(guò)濾壓力與進(jìn)口壓力相差0．05MPa以上時(shí)，及時(shí)進(jìn)行過(guò)濾器芯的更換。

3.4 出口濕度的自動(dòng)控制

在微霧機(jī)組自控程序中加入濕度高限70%的設(shè)置，當(dāng)出口濕度達(dá)到65%左右時(shí)，微霧機(jī)組會(huì)自動(dòng)減少噴嘴數(shù)量以降低出口濕度，此自動(dòng)控制引入后，可將最高的出口濕度降低到67%左右，滿足運(yùn)行的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

在含氚廢水系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，本文主要闡述了含氚廢水大氣載帶排放過(guò)程中出口溫度和出口濕度的控制方法，研究并驗(yàn)證了處理的廢水能夠充分載帶，為后續(xù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)合計(jì)技術(shù)支撐，為含氚廢水大氣載帶工藝的工程應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)參考。