Устройство для переработки твердых радиоактивных отходов

 

Изобретение относится к атомной технике. Целью изобретения является обеспечение безопасности процесса за счет снижения степени уноса радионуклидов.повышение производительности процесса и ресурса работы. Цель достигается использованием устройства, которое позволяет подвергнуть отходы термическому разложению в шахте, где слой перерабатываемых отходов под действием силы тяжести двигается навстречу потоку отходящих газов. Для снижения степени'коррозии материала тигля при плавлении зольного остатка в. месте соединения шихты и тигля расположены не менее чем четыре канала, установленнь1е равномерно по периметру устройства для подачи окислителя в основание шахты, а сам тигель выполнен водоохлаждаемым. Изобретение позволяет снизить унос радионуклидов в 4-5 раз, временной ресурс увеличивается с 60 до 110ч. 1 ил.Изобретение относится к атомной технике, а именно к устройствам для переработки твердых радиоактивных отходов среднего и низкого уровня активности, и может быть использовано для термической переработки твердых радиоактивных отходов с переводом продуктов переработки в монолитное, пригодное для дли.тельнош ' хранения состояние..Известна шахтная плазменная печь для термической переработки радиоактивных отходов, содержащая вертикально и последовательно установленные узлы загрузки отходов, tuaxTy с зонами сушки, пиролиза, сжигания, узел шлакообразования и расположенные в зоне сжигания устройства подвода окислителя и плазменный генератор,Недостатком данной шахтной печи яв^ ляется высокий унос радионуклидов в газообразнст и аэрозольном состоянии.Указанный недостаток обусловлен тем, что в с'уществующей конструкции печи для плавления зольного остатка применяется плазменный генератор, использование которого приводит к плавлению негорючей составляющей отходов на поверхности перерабатываемого материала, с которой происходит интенсивный унос радионуклидов.Известно также устройство, включающее печь, имеющую стенки, изготовленные из неметаллического материала, верхний конец которых закрыт газонепроницаемой крышкой, снабженной загрузочным устройством. Газонепроницаемая крышка имеет п{зоходки для подвода окислителя и отвода отходящих газов. Нижний конец стенок опирается на донную плиту, имеющую разгрузочную проходку. Внутрь печи помещен тигель из электропроводной керамики, име-слс1СЛаVI

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ч)5 G 21 F 9/30

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ, «4 ъ (Л ! ъ О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4812574/25 (22) 12.03.90 (46) 07,06.93. Бюл. N 21 (71) Московское научно-производственное объединение "Радон" (72) С.А.Дмитриев, И.А.Князев, Ф.А.Лифанов и О.Н.Цвешко (56) Заявка ЕПВ 0142264. кл, G 21 F 9/32, 1985, Заявка ЕПВ 0196809, кл, G 21 F 9/30, 1986.. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ

ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ (57) Изобретение относится к атомной технике. Целью изобретения является обеспечение безопасности процесса за счет снижения степени уноса радионуклидов, Изобретение относится к атомной технике, а именно к устройствам для переработки твердых радиоактивных отходов среднего и низкого уровня активности, и может быть использовано для термической переработки твердых радиоактивных отхо-. дов с переводом продуктов переработки в монолитное, пригодное для длительного

- хранения состояние.

Известна шахтная плазменная печь для термической переработки радиоактивных отходов, содержащая вертикально и после- довательно установленные узлы загрузки отходов, шахту с зонами сушки, пиролиэа, сжигания, узел шлакообразования и расположенные в зоне сжигания устройства подвода окислителя и плазменный генератор;

Недостатком данной шахтной печи является высокий унос радионуклидов в газообразном и аэрозольном состоянии.

„м. Ж„„1715107 А1 повышение производительности процесса и ресурса работы, Цель достигается использованием устройства, которое позволяет подвергнуть отходы термическому разложению в шахте, где слой перерабатываемых отходов под действием силы тяжести двигается навстречу потоку отходящих газов, Для снижения степени коррозии материала тигля при плавлении зольного остатка B месте соединения шихты и тигля расположены не менее чем четыре канала, установленные равномерно по периметру устройства для подачи. окислителя в основание шахты, а сам тигель выполнен водоохлаждаемым, Изобретение позволяет снизить унос радионуклидов в 4-5 раз, временной ресурс увеличивается с 60 до 110 ч. 1 ил.

Указанный недостаток обусловлен тем, что в существующей конструкции печи для плавления зольного остатка применяется плазменный генератор, использование которого приводит к плавлению негорючей составляющей отходов на поверхности перерабатываемого материала. с которой происходит интенсивный унос радионуклидов.

Известно также устройство, включающее печь, имеющую стенки. изготовленные из неметаллического материала, верхний конец которых закрыт газонепроницаемой крышкой; снабженной загрузочным устройСтВОМ. ГаЗОНЕПРОНИЦаЕМаЯ КРыШКа ИМЕЕТ проходки для подвода окислителя и отвода отходящих газов. Нижний конец стенок опирается на донную плиту, имеющую разгрузочную проходку. Внутрь печи помещен трель из электропроводной керамики, имеФ

1715107 ющий разгрузочную летку, размещенную в днище для слива расплава. Установка оснащена индуктором, размещенным вдоль внешней поверхности стенок печи, и устройством для обеспечения слива, Недостатками известного устройства является повышенная опасность работы устройства из-за высокой интенсивности уноса радионуклидов с отходящими газами в аэрозольном и летучем состоянии, периодический режим работы устройства, низкий временной ресурс работы тигля.

Указанные недостатки обусловлены тем, что проходка для подвода окислителя расположена в верхней части устройства, в результате чего подача окислителя"осуществляется сверху вниз на поверхность обрабатываемых отходов. находящихся в объеме тигля. что приводит к образованию эоны горения на поверхности слоя в перерабатываемых радиоактивных отходов с интенсивным выносом в газовую фазу радионуклидов как в азрозольном, так и в летучем состоянии. Кроме того, размещение проходки для подвода окислителя над поверхностью перерабатываемого материала приводит к тому, что окисление остаточного . углерода в нижних слоях загруженных радиоактивных отходов происходит лишь при выгорании вышележащих слоев, что увеличивает время переработки радиоактивных отходов и приводит к периодичности процесса. так как загрузка следующей партии отходов будет возможна только после полной переработки предыдущей партии. Низкий ресурс времени работы тигля обусловлен интенсивностью коррозии материала тигля (электропроводной керамики типа С-S) С, С - А!20э) при взаимодействии с высокотемпературным расплавом эольного остатка твердых радиоактивных отходов.

Целью изобретения является обеспечение безопасности работы устройства, повышение его производительности и экономичности.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для сжигания и плав.ления радиоактивных отходов дополнительно снабжено огнеупорной вертикальной шахтой, установленной между узлом загрузки и тиглем с индукционным нагревом таким образом. что в месте соединения шахты и тигля отсутствуют зазоры, причем подача окислителя осуществляется через прОходки, расположенные в месте соединения огнеупорной шахты и тигля, а сам тигель выполнен водоохлаждаемым и состоит из набора вертикальных металлических немагнитных секций, изолированных друг от друга, и имеет сливную летку, расположенную в боковой стенке тигля ниже плоскости индуктора.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Предлагаемое устройство для переработки твердых радиоактивных отходов включает в себя вертикально.и последовательно установленные узел загрузки 1, шахту 2 с гаэоходом 3 в верхней части, проходки

10 4 и водоохлаждаемый тигель 5. Проходки 4 расположены в месте соединения шахты 2 и водоохлаждаемого тигля 5. Водоохлаждаемый тигель 5, состоящий из изолированных друг от друга немагнитных металлических

15 секций. охватывается индуктором 6 и имеет сливную летку 7, расположенную ниже уровня индуктора 6. Сливная летка 7 снабжена стопором 8 летки. Позицией 9 обозначены твердые радиоактивные отходы.

20 Устройство для переработки твердых радиоактивных отходов работает следующим образом.

Перед началом проведения процесса переработки твердых радиоактивных отхо25 дов в водоохлаждаемый тигель 5 для его запуска подают предварительно подготовленный зольный остаток, включающий в себя окислы кремния, кальция и натрия, и металлическую стружку. К индуктору 6 под30 водят охлаждающую воду и подают напряжение .от генератора частотой 1.76 мГц (на чертеже не показан). Производят стартовый нагрев зольного остатка до снижения его удельного электрического сопротивления и

35 образования ванны расплава. Через узел загрузки 1 в шахту 2 непрерывно загружают твердые радиоактивные отходы 9. С помощью вытяжного вентилятора или дымососа (на чертеже не показаны), .40 установленного вне устройства, в шахте 2 создают разрежение примерно 200 Па. В проходки 4 подают воэдух, предварительно нагретый в воздухоподогревателе(на чертеже не показан). При выходе печи на стацио45 нарный режим работы твердые радиоактивные отходы 9 через узел загрузки 1 поступают в верхнюю часть шахты 2, 8 ходе термической переработки твердые радиоактивные отходы 9 под действием силы

50 тяжести двигаются навстречу потоку отходящих газов, удаляемых из шахты 2 через газохо,", 3 на дожигание и очистку. 8 верхней части шахты 2 происходит удалечие свободной влаги из твердых радиоактивных отха55 дов 9 под действием продуктов разложения и горения, поступающих из нижней эоны шахты 2. Далее высушенные твердые радиоактивные отходы 9 поступают в средние зоны шахты 2, где при 400-800 С происходит их термическое и химическое разложение

1715107 под действием газообразных продуктов окисления, поступающих из нижних зон шахты 2. с образованием смеси эольного остатка, коксового остатка и газообразных . продуктов химического разложения. Радионуклиды и аэрозоли, содержащиеся в газообразных продуктах окисления, поступают иэ нижних слоев шахты 2 и поглощаются слоем перерабатываемых отходов за счет поверхностной молекулярной адсорбции и хемосорбции на окислах кремния, алюминия и коксовом остатке и в химически связанном виде вновь поступают в нижние слои шахты 2. Коксовый остаток смеси, поступая к основанию шахты 2, сгорает при взаимодействии с предварительно нагретым воздухом. поступающим через проходки 4; За счет регулирования расхода и температуры воздуха в слое отходов нижней зоны шахты 2 поддерживается темпера10

20 тура ниже температуры оплавления эольного остатка-1000 С, что препятствует шлакованию эольного остатка выше уровня ввода подогретого воздуха через проходки

4 и способствует сохранению газонепрони- 25 цаемости в слое отходов и непрерывному поступлению негорючего компонента на поверхность расплава. находящегося в тигле

5. Зольный остаток, попадая на поверхность расплава в тигле 5, нагревается до 30 температуры плавления, лри этом его удельное электрическое сопротивление уменьшается и он сам начинает нагреваться эа счет взаимодействия с электромагнитным полем индуктора 6 до 1400-1500 С, при 35 котором происходит его полное расплавление. Радионуклиды, улетучивающиеся с по-. верхности расплава при плавлении эольного остатка, вступают в реакцию минералообраэования при твердофазных реакциях с обра- 40 зованием тугоплавких соединений s нагретом слое зольного остатка. непрерывно поступающего иэ эоны горения шахты 2, В результате взаимодействия радионуклидов, содержащихся в отходящих газах. достигает- 45 ся снижение уноса радионуклидов и их кон° центрирование в получаемом paeiinsse, находящемся в обьеме тигля 5 и выпускаемом через летку 7 при открывании стопора 8 в приамный контейнер; Изготовленные из не- 50 магнитного материала (нержавеющая сталь, медь) водоохлаждаемые элементы тигля 5 saщищены от корроэионно-активного высокотемпературного расплава постоянно возобновляющимся защитным гарнисажным 55 слоем, образующимся на поверхности элементов тигля из материала эолы и ев расплава, что обеспечивает повышенный ресурс . работы тигля эа счет его защиты этим слоем от коррозии.

В случае использования тигля. выполненного из злектропроводной керамики {CSi С, С вЂ” А!20з), образование указанного защитного слоя не происходит, следствием чего является повышенная коррозия материалов тигля. Кроме того, расположение проходок для подвода окислителя в месте соединения шахты 2 с водоохлаждаемым тиглем 5 увеличивает дополнительное время ресурса работы тигля 5 за счет того что, обеспечивая полное озоление перерабатываемых твердых радиоактивных отходов 9, не допускает попадания в объем тигля 5 недоозоленной их части.

Наличие в объеме водоохлаждаемого тигля 5 недоозоленной части радиоактивных отходов 9 вместе с золой и расплавом препятствует процессу образования защитного гарнисажного слоя.

Таким образом, предлагаемое расположение проходок для подвода окислителя повышает ресурс работы водоохлаждаемого тигля 5 по сравнению с тем, если бы указанные проходки в случае использования водо-, охлаждаемого тигля 5 были бы расположены так, как в прототипе. Наличие равномерно расположенных проходок 4 для подвода окислителя вызвано необходимостью обеспечения полного озоления горючей части радиоактивных отходов 9 и их равномерного перемещения сверху вниз, из шахты .2 в объем водоохлаждземого тигля 5 по всему .сечению шахты 2.

В качестве тигля использовался водоохлаждаемый тигель с изолированными секциями, выполненными иэ стали 12Х18Н10Т, мощность генератора 60 кВт при частоте

1,76 мГц.

Обработке подвергались твердые ра.диоактивные отходы, содержащие в «ачестве горючих компонентов смесь бумаги, резины и древесины с исходной влажностью 20, и негорючих компонентов — стекло. строительный мусор.

При переработке отходов проводился отбор проб аэрозолей в отходящих газах методом внешней фильтрации для определения удельной активности аэрозолей. Про-. цент уноса радионуклидов в известном устройстве 5-10$, в устройстве 1-27;. Таким образом. применение изобретения для переработки твердых радиоактивных отходов позволяет уменьшить унос радионуклидов в 4-5 раэ.

Временной ресурс работы известного устройства 60 ч. после чего тигель из карбидокремния приходит в негодность.

Временной ресурс.работы предлагаемого устррйствЬ, но с водоохлаждаемым тиглем из немагнитного материала (сталь

1715107 ный индуктором, и узел слива, о т л и ч а ющ е е с я тем, что. с целью обеспечения безопасности работы устройства, повышения его производительности и экономично5 сти, между узлом загрузки твердых радиоактивных отходов и тиглем расположена вертикальная шахта из огнеупорного материала, причем нижняя часть шахты непосредственно соединена без зазора с вер10 хней частью тигля, а каналы для подачи окислителя равномерно расположены по периметру устройства в месте соединения шахты из огнеупорного материала и тигля; а сам тигель выполнен водоохлаждаемым и

15 состоит из набора вертикальных немагнитных металлических секций изолированных друг от друга.

12Х18Н10Т) составил 110 ч из-за интенсивной коррозии водоохлаждаемых элементов в зоне горения слоя отходов.

Проведенные испытания показали, что после работы в непрерывном режиме (суммарное время работы 250 ч) следов коррозии на водоохлаждаемых элементах тигля иэ немагнитного материала (сталь

12X18H10T) не обнаружено.

Ф ор мула изобретения

Устройство для переработки твердых радиоактивных отходов, включающее узел загрузки, корпус печи с проходками для подвода окислителя и отвода отходящих ra308. тигель для плавления эольного остатка твердых радиоактивных отходов, снабжен9 у

Составитель И.Князев . г

Техред М.Моргентаn .Корректор Л.Ливринц

Редактор О.Стенина

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, улХагарина, 101

Заказ 1981 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при. ГКНТ СССР . 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5