Способ переработки радиоактивных отходов и печь для его осуществления

Изобретение относится к области переработки отходов атомной промышленности, преимущественно твердых металлических и горючих. Переработку твердых металлических и горючих радиоактивных отходов осуществляют в рециркулирующем шлаковом расплаве печи по двум раздельным рециркуляционным контурам. Горючие радиоактивные отходы загружают на переработку в виде твердого коксового остатка после пиролитической обработки. Способ осуществляется в печи для переработки радиоактивных отходов, содержащей дополнительный рециркуляционный контур, в котором плавильная камера совмещена с камерами предварительного нагрева и отстоя и соединена с газлифтной камерой L-образным теплогонерирующим каналом. Изобретение позволяет повысить удельную производительность и снизить энергоемкость технологии переработки радиоактивных отходов за счет одновременной переработки двух различных видов отходов в одном агрегате. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов атомной промышленности, преимущественно твердых металлических и горючих.

Известен способ переработки металлического лома, включающий загрузку металлического лома в нисходящий поток расплава, циркулирующего через плавильную и теплогенерирующую зоны с определенным массовым соотношением лома и расплава (Патент РФ №2154116, кл. 7 G 22 В 7/00, 9/16, 1998).

Недостатком данного способа является то, что у него ограничен диапазон применения, так как в технологическом цикле может участвовать только один вид отходов.

Известен способ обработки радиоактивных металлических отходов, включающий загрузку перерабатываемого материала в нисходящий поток расплава с последующей плавкой материала за счет тепла расплава, рециркулирующего над ним.

Способ осуществляется в печи, содержащей рециркуляционный контур, нисходящую, газлифтную, отстойную и газоотделительную камеры, разделенные перегородками, и устройство для удаления продуктов плавки (Патент РФ №2148865, кл. 7 G 21 F 9/30, 1998) - прототип.

Недостатком способа и устройства является то, что он малоэффективен из-за низкой удельной производительности и высокой энергоемкости, поскольку единовременно перерабатывается только один вид отходов.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении удельной производительности и снижении энергоемкости технологии переработки радиоактивных отходов, в частности твердых металлических и горючих отходов. Достигаемый при этом технический результат состоит в возможности одновременной переработки двух различных видов отходов в одном устройстве.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе переработки радиоактивных отходов, включающем их загрузку, переработку в рециркулирующем шлаковом расплаве с последующим разделением продуктов плавки на жидкую и газообразную фракции, согласно изобретению твердые металлические и горючие радиоактивные отходы перерабатывают одновременно в объеме шлакового расплава, рециркулирующего по двум раздельным контурам, при этом твердые горючие радиоактивные отходы загружают в виде твердого коксового остатка после пиролитической обработки.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что в известной печи для переработки радиоактивных отходов, содержащей рециркуляционный контур в составе загрузочно-нисходящей и газлифтной камер, плавильную и газоотделительную камеры и устройства для удаления жидких продуктов плавки, согласно изобретению газлифтная камера снабжена дополнительным рециркуляционным контуром, в котором плавильная камера совмещена с камерами предварительного нагрева и отстоя и соединена с газлифтной камерой L-образным теплогенерирующим каналом.

Печь для переработки радиоактивных отходов поясняется чертежом. На чертеже представлен продольный разрез печи.

Печь содержит газлифтную камеру 1 с дутьевым устройством (фурмой) 2 и газоотделительной камерой 3, нисходящую камеру 4 с загрузочной течкой 5, переточные каналы 6 с регулирующим шибером 7, плавильную камеру 8 со встроенной в нее камерой предварительного нагрева металла 9 и отстойной камерой 10 с ложной подиной 11 и донными каналами 12, верхний проточный канал 13, камеру-копильник 14 с сифоном выдачи металла 15, нижний проточный канал 16, устройство для приема пускового шлака 17, L-образный теплогенерирующий канал 18, шлаковый сифон 19, шпур 20 и теплогенерирующие устройства 21.

Способ осуществляется в указанной печи следующим образом.

В разогретую печь при включенном дутье на фурме 2 через устройство для приема пускового шлака 17 заливается определенное количество шлака. После заливки шлака до заданного уровня за счет дутья, подаваемого в газлифтную камеру 1 через фурму 2, уровень его в газлифтной камере 1 поднимается до переточных каналов 6 и начинается двусторонняя рециркуляция расплава через нисходящую камеру 4 и через плавильную камеру 8. После полного прогрева всех каналов и камер с помощью холостой рециркуляции расплава приступают к технологическому процессу. При переработке металлических отходов загрузка отходов ведется через камеру предварительного нагрева металла 9, начинается строго дозированная подача металла в плавильную камеру 8 под нисходящий поток расплава из переточного канала 6. Расплавленный под струей шлака металл и рециркулирующий шлак в камере 10 предварительно разделяются: металл по каналам 12 в ложной подине 11 стекает в камеру-копильник 14, а шлак удаляется через верхний проточный канал 13 и L-образный канал 18, нижний проточный канал 16 и возвращается в газлифтную камеру 1.

Переработка горючих радиоактивных отходов в виде коксового остатка от предварительной пиролитической обработки осуществляется через второй контур через загрузочную течку 5 в нисходящий поток шлакового расплава в камеру 4. Расплав из этой камеры поступает непосредственно в газлифтную камеру 1, где с помощью кислорода дутья, подаваемого через фурму 2, углеродистый остаток от пиролиза сжигается до углекислого газа, который через газоотделительную камеру 3 удаляется на газоочистку. Минеральная часть коксового остатка удаляется со шлаком через шлаковый сифон 19.

Переработка отходов в основном осуществляется за счет тепла шлакового расплава, получаемого шлаковым расплавом при прохождении его через теплогенерирующие индукционные устройства 21. Выбор компактных индукционных теплогенерирующих устройств вызван необходимостью снижения объема радиоактивных газов и соответственно газоочистительных устройств.

Необходимость переработки радиоактивных отходов в двух независимых рециркуляционных контурах обусловлена тем, что эти отходы перерабатываются по различным несовместимым технологиям.

Одновременная переработка двух видов отходов позволяет осуществить оба этих процесса на одной печи ввиду того, что сама переработка коксовых остатков не требует дополнительных энергетических затрат, а используется только другой циркуляционный контур для подачи коксового остатка в газлифтную камеру на сжигание.

L-образный теплогенерирующий канал, соединяющий плавильную и газлифтную камеры, позволяет конструктивно совместить с плавильной камерой камеру предварительного нагрева и отстоя.

Пример 1.

В нисходящую камеру циркуляционного контура для переработки горючих радиоактивных отходов поступает коксовый остаток. Нисходящим потоком со скоростью >1 м/с коксовый остаток увлекается в газлифтную камеру, где за счет кислорода дутья окисляется до СО₂. На 1 м³ воздуха можно перерабатывать углеродистый остаток по реакции:

С+О+СО₂

составит 32-12

1,293×0,21-X

X=0,48 кг

При расходе дутья в газлифтной камере 100 нм³/мин в газлифтном агрегате в час можно переработать ориентировочно:

100×60×0,21×0,488=604,8 кг коксового остатка

где 1,293 - удельный вес воздуха;

0,21 - содержание кислорода в воздухе;

12 - молекулярный вес углерода;

32 - молекулярный вес кислорода

Данный расчет может быть основой для выбора размеров промышленного агрегата при условии соответствующей корректировки расчета на содержание минералогической части коксового остатка.

Пример 2.

При двухконтурной циркуляции расплава в печи переработка твердых металлических отходов осуществляется независимо от технологического режима другого контура циркуляции и будет определяться подводимой мощностью. При этом температура циркулирующего в контуре расплава при заданной производительности по проплаву будет влиять только на перепад температуры шлакового расплава до и после плавильной камеры. Она не должна превышать Δt=50°С из-за резкого увеличения вязкости шлакового расплава и нарушения при этом технологического режима плавки.

Встроенная в плавильную камеру камера предварительного нагрева при той же производительности по проплаву позволяет снизить Δt до минимальных пределов и оперативно регулировать в необходимых пределах.

Производительность печи по проплаву металла зависит от температуры предварительного нагрева металла и массового объема циркуляции теплоносителя (шлакового расплава).

Ниже приведена таблица зависимости перепада температуры до и после плавильной камеры от температуры предварительного нагрева металла и расхода шлакового расплава через плавильную зону при начальной температуре шлакового расплава 1500°С, часовом проплаве 1 т и расходе шлакового расплава 20, 40 и 60 т/ч.

Как видно из таблицы, наибольшее влияние на перепад температуры шлакового расплава в плавильной камере оказывает удельный объем циркулирующего шлака.

Данные таблицы позволяют выбрать оптимальные технологические показатели и по этим данным произвести расчет любой промышленной газлифтной установки.

Таким образом, очевидно, что предлагаемый способ и печь позволяют практически совместить два различных технологических процесса в одной печи, что позволяет значительно повысить универсальность процесса и печи и соответственно снизить капитальные и эксплуатационные затраты.

Из описания указанного выше способа и печи для его осуществления следует, что они предназначены для использования в промышленности. Приведенные материалы подтверждают возможность осуществления заявляемого решения и получения указанного технического результата, что позволяет судить о его промышленной применимости.

1. Способ переработки радиоактивных отходов, преимущественно твердых металлических и горючих, включающий их загрузку, переработку в рециркулирующем - шлаковом расплаве с последующим разделением продуктов плавки на жидкую и газообразную фракции, отличающийся тем, что твердые металлические и горючие радиоактивные отходы перерабатывают одновременно в объеме шлакового расплава, рециркулирующего по двум раздельным контурам, при этом твердые горючие радиоактивные отходы загружают в виде твердого коксового остатка после пиролитической обработки.

2. Печь для переработки радиоактивных отходов, преимущественно твердых металлических и горючих, содержащая рециркуляционный контур в составе загрузочно-нисходящей и газлифтной камер, плавильную и газоотделительную камеры и устройства для удаления жидких продуктов плавки, отличающаяся тем, что газлифтная камера снабжена дополнительным рециркуляционным контуром, в котором плавильная камера совмещена с камерами предварительного нагрева и отстоя и соединена с газлифтной камерой L-образным теплогенерирующим каналом.