Устройство для высокотемпературной переработки радиоактивных отходов

 

Устройство содержит снабженный охлаждаемой крышкой и сливным узлом охлаждаемый металлический корпус с плоским охлаждаемым днищем, изготовленный из металлических трубок, размещенный внутри индукционного нагревателя. Корпус состоит из охлаждаемой верхней цилиндрической секции высотой Н и внутренним поперечным сечением S, подсоединенной своей охлаждаемой нижней торцевой частью, в которой выполнено отверстие, к верхней торцевой части охлаждаемой нижней цилиндрической секции корпуса высотой h и внутренним поперечным сечением s. Индукционный нагреватель состоит из индуктора с радиусом R_инд., внутри которого размещена охлаждаемая верхняя цилиндрическая секция корпуса, и индуктора с радиусом r_инд., внутри которого размещена охлаждаемая нижняя цилиндрическая секция корпуса. Преимуществами заявленного устройства являются повышение безопасности его работы, качества получаемого конечного продукта, а также снижение его энергоемкости. 1 ил.

Заявляемое устройство относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки радиоактивных отходов (РАО). Наиболее эффективно заявляемое устройство может быть реализовано при высокотемпературной переработке радиоактивных отходов путем их плавления и перевода в стеклообразные материалы.

Известно устройство для высокотемпературной переработки радиоактивных отходов [1] , включающее керамический корпус устройства, размещенный внутри индукционного нагревателя.

Недостатками известного устройства являются: - ненадежность работы, связанная с опасностью коррозионного разрушения керамического корпуса устройства в результате повышенной химической активности стеклообразных расплавов; - повышенная опасность работы, связанная с повышенным содержанием в отходящих газах летучих форм радионуклидов: - пониженное качество получаемого конечного продукта, обусловленное его пониженной гомогенностью; - повышенная энергоемкость, связанная с повышенными тепловыми затратами на плавление и перевод РАО в стеклообразные материалы.

Известно устройство для высокотемпературной переработки радиоактивных отходов [1], включающее металлический корпус устройства, размещенный внутри индукционного нагревателя.

Недостатками известного устройства являются: - ненадежность работы, связанная с опасностью коррозионного разрушения металлического корпуса устройства в результате воздействия на него повышенных термических нагрузок; - повышенная опасность работы, связанная с повышенным содержанием в отходящих газах летучих форм радионуклидов; - пониженное качество получаемого конечного продукта, обусловленное его пониженной гомогенностью; - повышенная энергоемкость, связанная с повышенными тепловыми потерями в окружающую среду.

Наиболее близким по технической сущности к завляемому устройству является устройство для высокотемпературной переработки радиоактивных отходов [2] , включающее снабженный охлаждаемой крышкой и сливным узлом охлаждаемый металлический корпус устройства с плоским охлаждаемым днищем, изготовленный из металлических трубок и размещенный внутри индукционного нагревателя, причем охлаждаемая крышка снабжена загрузочным и газоотводным патрубками.

Недостатками известного устройства являются: - повышенная опасность работы, связанная с повышенным содержанием в отходящих газах летучих форм радионуклидов;
- пониженное качество получаемого конечного продукта, обусловленное его пониженной гомогенностью;
- повышенная энергоемкость, связанная с повышенными тепловыми затратами на плавление и перевод РАО в стеклообразные материалы.

Преимуществами заявляемого устройства являются повышение безопасности его работы, качества получаемого конечного продукта, а также снижение его энергоемкости.

Указанные преимущества обеспечиваются за счет того, что заявляемое устройство включает снабженный охлаждаемой крышкой и сливным узлом охлаждаемый металлический корпус с плоским охлаждаемым днищем, изготовленный из металлических трубок, размещенный внутри индукционного нагревателя, состоящий из охлаждаемой верхней цилиндрической секции корпуса, высотой H и внутренним поперечным сечением S, расположенной внутри индуктора с радиусом R_инд. охлаждаемой верхней цилиндрической секции корпуса, подсоединенной своей охлаждаемой нижней торцевой частью, в которой выполнено отверстие, к верхней торцевой части охлаждаемой нижней цилиндрической секции корпуса высотой h и внутренним поперечным сечением s, расположенной внутри индуктора с радиусом r_инд. охлаждаемой нижней цилиндрической секции корпуса, причем диаметр отверстия, выполненного в охлаждаемой нижней торцевой части охлаждаемой верхней цилиндрической секции корпуса равен внутреннему диаметру охлаждаемой нижней цилиндрической секции корпуса, обе секции корпуса расположены соосно, соотношение S/s составляет 1,5-3,0, H составляет 2-2,5 R_инд., h составляет 2 - 2,5 r_инд., а охлаждаемая крышка снабжена загрузочным и газоотводным патрубками.

Отличительными признаками заявляемого устройства являются:
- то, что охлаждаемый металлический корпус устройства с охлаждаемым плоским днищем состоит из охлаждаемой верхней цилиндрической секции корпуса высотой H и внутренним поперечным сечением S, подсоединенной своей охлаждаемой нижней торцевой частью, в которой выполнено отверстие, к верхней торцевой части охлаждаемой нижней цилиндрической секции корпуса высотой h и внутренним поперечным сечением s:
- то, что индукционный нагреватель состоит из индуктора с радиусом R_инд., внутри которого размещена охлаждаемая верхняя цилиндрическая секция корпуса, и индуктора с радиусом r_инд., внутри которого размещена охлаждаемая нижняя цилиндрическая секция корпуса;
- то, что диаметр отверстия, выполненного в охлаждаемой нижней торцевой части охлаждаемой верхней цилиндрической секции корпуса, равен внутреннему диаметру охлаждаемой нижней цилиндрической секции корпуса, обе охлаждаемые секции корпуса расположены соосно, соотношение S/s составляет 1,5-3,0, H составляет 2-2,5 R_инд., a h составляет 2-2,5 r_инд..

Заявляемое устройство иллюстрируется чертежом.

Устройство для высокотемпературной переработки радиоактивных отходов содержит: охлаждаемую крышку 1, загрузочный патрубок 2, газоотводный патрубок 3, охлаждаемую верхнюю цилиндрическую секцию корпуса 4, охлаждаемую нижнюю торцевую часть 5 охлаждаемой верхней цилиндрической секции корпуса, индуктор 6 охлаждаемой верхней цилиндрической секции корпуса, охлаждаемую нижнюю цилиндрическую секцию корпуса 7, индуктор 8 охлаждаемой нижней цилиндрической секции корпуса, охлаждаемое плоское днище 9, сливной узел 10.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

В охлаждаемую крышку 1, охлаждаемую верхнюю цилиндрическую секцию корпуса 4, охлаждаемую нижнюю торцевую часть 5 охлаждаемой верхней цилиндрической секции корпуса, охлаждаемую нижнюю цилиндрическую секцию корпуса 7 и охлаждаемое плоское днище 9 подают охлаждающую жидкость, затем на индуктор 6 охлаждаемой верхней цилиндрической секции корпуса и индуктор 8 охлаждаемой нижней цилиндрической секции корпуса подают ток высокой частоты, после чего через загрузочный патрубок 2 в охлаждаемую нижнюю цилиндрическую секцию корпуса 7 осуществляют загрузку исходной порции стеклообразователей, из которой с помощью индуктора 8 охлаждаемой нижней цилиндрической секции корпуса создают стартовый расплав. После создания стартового расплава на его поверхность через загрузочный патрубок 2 порциями подают РАО вместе со стеклообразователями до заполнения образующимся расплавом всего рабочего объема охлаждаемого металлического корпуса устройства. Расплав выдерживают, а образующиеся при этом отходящие газы отводят в систему газоочистки через газоотводной патрубок 3. В процессе выдержки расплава в нем в обеих секциях корпуса устройства возникают периферийные конвективные циркуляционные перемешивающие потоки, гомогенизирующие получаемый конечный продукт, причем температура в центральной части расплава ниже, чем температура в его пристеночных зонах. В том случае, если бы форма корпуса устройства была бы односекционной (стандартной), то потребовались бы дополнительные энергетические затраты на полное выравнивание температур по всему объему расплава (гомогенизацию) или же конечный продукт (при экономии энергозатрат) получился бы неполностью гомогенизированным. В заявляемом устройстве этот недостаток отсутствует вследствие того, что конвективные циркуляционные перемешивающие потоки, возникающие в части расплава, находящегося в охлаждаемой нижней цилиндрической секции корпуса 7, располагаются вдоль оси устройства (см. фиг.1) и для охлаждаемой верхней цилиндрической секции корпуса 4 являются центральными. Следствием этого является интенсификация перемешивания центральной захоложенной зоны расплава в охлаждаемой верхней цилиндрической секции корпуса 4 с одновременной гомогенизацией расплава в охлаждаемой нижней цилиндрической секции корпуса 7, сопровождающиеся экономией энергозатрат с одновременным получением гарантированно гомогенизированного конечного продукта, сопровождающиеся снижением суммарного количества переходящих в газовую фазу летучих форм радионуклидов. Гомогенизированный конечный продукт выгружают через сливной узел 10, который открывают по мере необходимости, причем слив стеклорасплава прекращают в тот момент, когда его количество в заявляемом устройстве становится равным количеству исходного стартового расплава.

В том случае, если форма охлаждаемого корпуса заявляемого устройства будет иной, водоохладаемые секции корпуса устройства не будут расположены соосно, а величины S/s, H и h будут отличны от вышеуказанных, достичь повышения безопасности работы устройства за счет снижения суммарного количества переходящих в газовую фазу летучих форм радионуклидов, повышения качества получаемого продукта за счет обеспечения его гарантированной гомогенизации при одновременном снижении энергоемкости заявляемого устройства будет невозможно.

Испытания показали, что по сравнению с устройством наиболее близкого аналога в заявляемом устройстве при гарантированной гомогенизации конечного продукта обеспечивается общее снижение энергозатрат на 40% и снижение суммарного количества переходящих в газовую фазу летучих форм радионуклидов на 5%.

Литература
1. А. С. Никифоров, В.В. Куличенко, М.И. Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М.: Энергоатомиздат, 1985, стр. 92.

2. Соболев И.А., Лифанов Ф.А., Стефановский С.В., Кобелев А.П., Корнев В. Н. , Князев О.А., Дмитриев С.А., Цвешко О.Н. Остекловывание радиоактивных отходов методом индукционного плавления в холодном тигле. Физика и химия обработки материалов, N 4-5, 1994, с. 161-170.

Формула изобретения

Устройство для высокотемпературной переработки радиоактивных отходов, включающее снабженный охлаждаемой крышкой и сливным узлом охлаждаемый металлический корпус устройства с плоским охлаждаемым днищем, выполненный из металлических трубок и размещенный внутри индукционного нагревателя, причем охлаждаемая крышка снабжена загрузочным и газоотводным патрубками, отличающееся тем, что охлаждаемый металлический корпус устройства состоит из охлаждаемой верхней цилиндрической секции корпуса высотой H и внутренним поперечным сечением S, подсоединенной своей охлаждаемой нижней торцевой частью, в которой выполнено отверстие, к верхней торцевой части охлаждаемой нижней цилиндрической секции корпуса высотой h и внутренним поперечным сечением s, диаметр отверстия, выполненного в охлаждаемой нижней торцевой части охлаждаемой верхней цилиндрической секции корпуса, равен внутреннему диаметру охлаждаемой нижней цилиндрической секции корпуса, обе секции корпуса расположены соосно, индукционный нагреватель состоит из индуктора с радиусом R_ивд., внутри которого размещена охлаждаемая верхняя цилиндрическая секция корпуса, и индуктора с радиусом r_инд., внутри которого размещена охлаждаемая нижняя цилиндрическая секция корпуса, соотношение S/s составляет 1,5-3,0, H составляет 2-2,5 R_инд., а h составляет 2-2,5 r_инд..

РИСУНКИ

Рисунок 1