ГАЗОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1994 года по МПК G21C19/44 C10J3/08 

Изобретение относится к технике для обращения с радиоактивными отходами (РАО), а именно - с горючими РАО, компактирование которых осуществляют за счет их термической переработки.

В настоящее время наиболее распространенным методом термической переработки горючих РАО является сжигание - см., например, Соболев И.А. Хомчик Л. М. Обеззараживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.19-35. При этом свыше 90% радионуклидов остается в зольном остатке, который известными способами: цементированием, стеклованием и др., - кондиционируют и отправляют на захоронение.

Однако известные способы сжигания установки имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что дымовые газы требуют очистки от радионуклидов от остальных - до 10% от содержащихся в отходах, а большой объем газов, получаемых при сжигании, увеличивает габариты и затраты на систему газоочистки.

Газофикацию можно рассматривать как один из методов компактирования твердых горючих отходов, который в сравнении с сжиганием позволяет значительно сократить объемы газоочистки. В этом случае очистке подлежат не дымовые газы со значительным избытком воздуха, а генераторный газ, получаемый с недостатком воздуха, объемный выход которого примерно в 2 раза меньше объема дымовых газов от одинакового количества исходного материала.

Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому является "Комплексная установка газификации древесных РАО", описанная в Пояснительной записке КУГ. 00.00.000ПЗ, с. 47, рис. 7, инв. N 100592 от 30.03.92. СКБ С ОП ИЯЭ АН РБ, Минск, принятая авторами за прототип.

Принятая за прототип газогенераторная установка предназначена для работы на топливе из древесины, загрязненной радионуклидами в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС, и содержит сушилку топлива, снабженную системой подачи осушающего воздуха с вентиляторами, теплообменниками, обогреваемыми генераторным газом, и аппаратами очистки выходящего из сушилки воздуха, газогенератор, снабженный системами золоудаления и подачи дутьевого воздуха, а также систему очистки генераторного газа.

Вырабатываемый установкой газ может быть использован для работы двигателя внутреннего сгорания или для бытовых нужд.

Однако качество вырабатываемого на установке, принятой за прототип, газа недостаточно из-за увеличенного количества конденсирующихся компонентов, что затрудняет транспортирование полученного газа на большие расстояния, в особенности зимой.

Техническим результатом изобретения является повышение качества генераторного газа путем улучшения степени его очистки от конденсируемых компонентов.

Техническим преимуществом также является обеспечение безопасности при работе на топливе, загрязненном радиоактивными элементами.

Для достижения технического результата в газогенераторной установке, содержащей сушилку топлива, снабженную системой подачи осушающего воздуха с вентиляторами, теплообменниками, обогреваемыми генераторным газом, и аппаратами очистки выходящего из сушилки воздуха, снабженный системами золоулавливания и подачи дутьевого воздуха, а также систему очистки генераторного газа между сушилкой и газогенератором установлен ряд колонн, снабженных устройством с приводом для поочередного подключения каждой из них к выходу топлива из сушилки и к входу топлива в газогенератор, а также к трубопроводу генераторного газа, при этом вход в устройство подключения колонн к трубопроводу генераторного газа соединен с выходом газа из теплообменника, а выход из этого устройства подключен к входу в систему очистки генераторного газа, кроме того в системе подачи осушающего воздуха перед теплообменниками, обогреваемыми генераторным газом, установлен осушитель.

Отличительной особенностью изобретения является использование топлива в качестве материала для очистки получаемого в установке генераторного газа. Такой прием оказывается возможным благодаря тому, что при переработке леса, загрязненного радиоактивными отходами, в качестве топлива для газогенератора используют измельченную древесину - щепу и опилки, в связи с чем появляется возможность получить из этого материала хороший сорбент и использовать последний для очистки товарного газа от конденсирующихся компонентов, аэрозолей и других загрязнений.

Для этого исходное топливо: щепу и опилки - подвергают глубокой осушке в сушилке топлива, куда подают вентиляторами осушающий воздух, нагретый в теплообменниках, обогреваемых генераторным газом. При этом один из отличительных признаков заявляемой установки, а именно то, что в системе подачи осушающего воздуха перед теплообменниками, обогреваемыми генераторным газом, установлен осушитель, что позволяет получить очень высокую степень осушки топливного материала и обеспечить тем самым его высокую сорбционную активность, а также увеличить теплотворную способность получаемого из этого топлива генераторного газа.

Использование осушенного топлива в качестве сорбента для очистки получаемого газа обеспечивается в настоящей установке между сушилкой и газогенератором ряда колонн, снабженных устройством с приводом для поочередного подключения каждой из них к выходу топлива из сушилки, к входу топлива в газогенератор, а также к трубопроводу генераторного газа.

Поочередное подключение колонн позволяет набрать в каждую из них подготовленный в сушилке материал, затем пропустить через этот материал генераторный газ, задерживая в материале загрязнения и конденсирующиеся компоненты, и сбросить, наконец, материал с уловленными загрязнениями в газогенератор, где материал используют как топливо. То, что вход в устройство подключения колонн к трубопроводу генераторного газа соединен с выходом газа из теплообменников, повышает безопасность, позволяя снизить температуру газа, поступающего в момент переключения колонн в колонну, заполненную свежим осушенным материалом, ниже температуры вспышки. Подключение выхода из упомянутого устройства к входу в систему очистки генераторного газа повышает надежность защитных барьеров, предотвращающих попадание радиоактивных нуклидов в окружающую среду, т.к. пониженная температура генераторного газа, подаваемого в его систему очистки, отсутствие большинства загрязнений и активных конденсирующихся компонентов, позволяет использовать в системе очистки генераторного газа такие материалы, как например, ткань Петрянова, которые обеспечивают повышенную надежность улавливания радионуклидов.

Улучшение качества генераторного газа позволит транспортировать его на большие расстояния в любое время года, не опасаясь выпадения конденсата. Высокая степень очистки позволит использовать газ на "чистых" территориях, исключит возможность загрязнения их радионуклидами в любых, в т.ч. и аварийных ситуациях. Все этого позволит организовать стационарное производство генераторного газа на территории, лесные массивы которой заряжены радионуклидами. Кроме того, отличительные признаки позволяют получить дополнительный положительный эффект, заключающийся в решении проблемы утилизации сорбентов, т. к. в качестве сорбента для очистки от основного количества загрязнений используется перерабатываемое затем топливо.

На чертеже изображена принципиальная схема заявляемой газогенераторной установки.

Установка содержит сушилку 1 топлива, оборудованную загрузочным бункером 2 и приводом 3. Сушилку снабжена системой подачи осушающего воздуха, которая включает в свой состав вентиляторы: подачи воздуха 4 и отвода сдувки 5, теплообменник 6, обогреваемый генераторным газом, аппараты очистки 7 выходящего из сушилки 1 воздуха, а также осушитель 8, установленный перед теплообменником 6. Установка оборудована газогенератором 9, снабженным системой золоудаления, включающей питатель 10, накопительную емкость 11 и транспортный контейнер 12, и системой подачи дутьевого воздуха, включающей дутьевой вентилятор 13 и теплообменник 14, регенерирующий тепловыходящий из газогенератора 9 газ.

Установка снабжена системой 15 очистки генераторного газа, включающей набор колонн, выполняющих функцию фильтров.

В заявляемой установке между сушилкой 1 и газогенератором 9 установлен ряд колонн 16 (на чертеже изображено 4 шт.), снабженных устройством с приводом 17 для поочередного подключения каждой из них к выходу топлива из сушилки, который выполнен в виде нории 18 и бункера 19, к входу топлива в газогенератор 9, а также к трубопроводу генераторного газа между выходом газа из теплообменника 6 и входом в систему 15 очистки генераторного газа, как это показано на чертеже. При этом количество колонн 16 может быть увеличено для получения необходимой из условия очистки генераторного газа высоты слоя сорбирующего материала. Колонны могут быть установлены на круговой платформе, вращаемой приводом 17, две соседние позиции платформы соединяют с бункером 19 и с газогенератором 9, а остальные с помощью трубопроводов обвязывают последовательно, как это показано на чертеже для четырех колонн 16.

Заявляемая установка работает следующим образом.

Измельченную древесину, полученную в виде щепы и опилок при переработке заряженного радионуклидами леса, загружают в бункер 2. Из бункера 2 топливо поступает в барабанную сушилку 1, вращаемую с помощью привода 3. Для сушки топлива используют воздух, который подают с помощью вентилятора 4 через осушитель 8 и теплообменник 6, обогреваемый генераторным газом, вырабатываемым в газогенераторе 9. В сушилке 1 топливо и осушающий воздух движутся противотоком, а так как осушающий воздух нагрет в теплообменнике 6 и в осушителе 8 из него удалена влага, выходящий из сушилки 1 материал достигает очень высокой степени осушки (около 10% влажности), что позволяет использовать его в качестве сорбента.

Прошедший сушилку 1 воздух направляют в аппараты очистки 7, в которых от него отделяют захваченные с поверхностей обрабатываемых материалов различные загрязнения, которые в виде шламов направляют в накопительную емкость 11. Очистку воздуха ведут известным способом. Влагу в виде пара и отработанный в сушилке вентилятором отвода сдувки 5 подают в поток дутьевого воздуха, нагнетаемого вентилятором 13 в газогенератор 9. Замкнутость системы подачи осушающего воздуха в газогенератор 9 и накопительную емкость 11 предотвращает вынос в окружающую среду радионуклидов, существующих в исходном топливе в различных легкоподвижных формах, что повышает безопасность при работе установки на загрязненной радионуклидами древесине.

Высушенную измельченную древесину с помощью нории 18 подают в бункер 19, откуда она поочередно в зависимости от положения привода 17 засыпается в колонны 16. На чертеже схематично изображено положение, когда засыпка высушенной древесины происходит в крайнюю правую колонну 16, в это время из крайней левой колонны 16 ведут выгрузку древесины в газогенератор 9, а две средние колонны 16 включены последовательно и подсоединены к трубопроводу генераторного газа таким образом, что вход в колонны соединен с выходом газа из теплообменника 6, а выход из колонн подключен к входу в систему 15 очистки генераторного газа.

Генераторный газ на выходе из теплообменника 6 имеет температуру порядка 100^оС и ниже, что обеспечивает безопасную работу колонн 16, в т.ч. и в момент переключения, когда газ поступает в колонну, еще заполненную смесью топлива с воздухом. Проходя через колонны 16, генераторный газ очищается от большинства загрязнений благодаря высокой сорбционной активности пересушенной измельченной древесины, в т.ч. древесина задерживает все смолы и легкоконденсирующиеся компоненты генераторного газа, что позволяет использовать в фильтрах системы 15 для окончательной очистки газа практически любые материалы в т.ч. и такие, как ткань Петрянова, которые обеспечивают высокую надежность улавливания радионуклидов.

Выгружаемая из колонны 16 в газогенератор 9 измельченная древесина вместе с уловленными загрязнениями и смолами перерабатывается известным способом. Воздух для газогенераторного процесса подают дутьевым вентилятором 13, подмешивая к нему сдувку из аппаратов 7 с помощью вентилятора 5. Дутьевой воздух подогревают в теплообменнике 14, используя тепло генераторного газа.

Полученную в результате переработки древесины золу с помощью питателя 10 направляют в накопительную емкость 11, куда поступают также шламы из аппарата очистки воздуха 7 и уловленные загрязнения из фильтров системы очистки 15 генераторного газа.

По мере накопления твердых отходов в емкости 11 их выгружают в транспортный контейнер 12, в котором отходы направляют на кондиционирование (стеклование или цементацию) и захоронение.

Таким образом, заявляемая установка обеспечивает замкнутый технологический цикл по переработке древесины, пораженной радиоактивными элементами, что обеспечивает безопасность и позволяет получить повышенное качество генераторного газа, отсутствие в нем конденсируемых компонентов, что позволяет транспортировать газ на большие расстояния и за этот счет организовать стационарное производство генераторного газа.

Использование: при термической переработке древесины, загрязненной радионуклидами. Сущность изобретения: в газогенераторной установке, содержащей сушилку топлива, снабженную системой подачи осушающего воздуха с вентиляторами, теплообменниками, обогреваемыми генераторным газом, и аппаратами очистки выходящего из сушилки воздуха, газогенератор, снабженный системами золоудаления и подачи дутьевого воздуха, а также систему очистки генераторного газа и трубопроводы, между сушилкой и газогенератором установлен ряд колонн, снабженных устройством с приводом для поочередного подключения каждой из них к выходу топлива из сушилки и к входу топлива в газогенератор, а также к трубопроводу генераторного газа, при этом вход в устройство подключения колонн к трубопроводу генераторного газа соединен с выходом газа из теплообменников, а выход из этого устройства подключен к входу в систему очистки генераторного газа для повышения качества генераторного газа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ГАЗОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА, содержащая сушилку топлива, снабженную системой подачи осушающего воздуха с вентиляторами, теплообменниками, обогреваемыми генераторным газом, и аппаратами очистки выходящего из сушилки воздуха, газогенератор, снабженный системами золоудаления и подачи дутьевого воздуха, а также систему очистки генераторного газа и трубопроводы, отличающаяся тем, что между сушилкой и газогенератором установлен ряд колонн, снабженных устройством с приводом для поочередного подключения каждой из них к выходу топлива из сушилки, к входу топлива в газогенератор и к трубопроводу генераторного газа, при этом вход в устройстве подключения колонн к трубопроводу генераторного газа соединен с выходом газа из теплообменников, а выход из этого устройства подключен к входу в систему очистки газогенераторного газа. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в системе подачи осушающего воздуха перед теплообменником, обогреваемым генераторным газом, установлен осушитель.