ГАЗОГЕНЕРАТОР ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1997 года по МПК G21F9/32 

Изобретение относится к области техники 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 Е.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 имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что дымовые газы требуют очистки от оставшихся радионуклидов до 10% от содержащихся в отходах, а большой объем газов, получаемых при сжигании, увеличивает габариты и затраты на систему газоочистки.

Газификацию 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 недымовые 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.

Известны различные газогенераторы для переработки горючих отходов Например, в статье Саламова А.А. "Установки для сжигания и газификации древесных отходов", журнал "Промышленная энергетика" 2, 1985, с.52 54.

Однако, в известных газогенераторах не предусмотрена переработка радиоактивных отходов, велик процент недожига, что увеличивает объем подлежащих захоронению радиоактивных веществ и увеличивает расходы на кондиционирование и захоронение зольного остатка.

Известны также газогенераторы с вращающимися фрезерными (или другого типа) решетками, которые обеспечивают непрерывное удаление золы и шлака и тем самым повышают показатели по качеству газа, производительности и выжигу остатков, например, газогенераторы, описанные в книге Гинзбурга Д. Б. "Газификация твердого топлива". М. Госстройиздат, 1958, с.24 30, рис.2.4.

Однако, и в этих конструкциях недожег составляет 5.12% (см. там же, с. 97), что ведет как к энергетическим потерям, так и к увеличению расходов на захоронение РАО.

Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому является "Газогенератор для переработки горючих радиоактивных отходов", описанный в "Пояснительной записке к техническому предложению по технологии газификации органических (древесных) радиоактивных остатков РАО и выбору конструкции газогенератора" АНК ИТМО А.В. Лыкова, г.Минск, 1991 г. с. 54 - 63, рис.21, и принятый авторами за прототип.

Принятый за прототип газогенератор предназначен для переработки древесных радиоактивных отходов, содержит основной газогенератор и газогенератор дожига, при этом основной газогенератор снабжен шахтой переработки отходов, колосниковой решеткой, патрубками для отвода генераторного газа, для подачи воздуха на окисление, для подачи сверху отходов и для отвода снизу твердого остатка, при этом патрубок для отвода твердого остатка соединен с газогенератором дожига, снабженным устройством для удаления золы.

Принятый за прототип газогенератор обеспечивает высокую полноту сгорания при переработке различных древесных отходов, что в случае наличия радиоактивных отходов обеспечивает минимум затрат на захоронение золы, в которую переходит основное количество радионуклидов.

Однако, при переработке порубочных остатков и загрязненной лесной подстилки, которые имеют высокую влажность, проявляется существенный недостаток прототипа, который заключается в нестабильности режимов работы газогенератора при колебаниях влагосодержания исходного топлива, ухудшающей качество генераторного газа, а также к проблемам во время розжига, что приводит к повышенной опасности при переработке радиоактивно загрязненной древесины, т.к. избыток влаги и смолистых веществ приводят к быстрой забивке фильтров газоочистки, к проскоку радиоактивных аэрозолей в топливный тракт двигателя и в окружающую среду. Кроме того, при высокой влажности исходного материала может нарушиться режим горения в основном газогенераторе с прекращением всего процесса.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение безопасности при переработке радиоактивных отходов, что может быть достигнуто путем повышения стабильности режимов работы газогенератора.

Поставленная задача решается тем, что в газогенераторе для переработки древесных радиоактивных отходов, содержащем основной газогенератор и газогенератор дожига, при этом основной газогенератор снабжен шахтой переработки отходов, колосниковой решеткой, патрубками для отвода генераторного газа, для подачи воздуха на окисление, для подачи сверху отходов и для отвода снизу твердого остатка, при этом патрубок для отвода твердого остатка соединен с газогенератором дожига, снабженным устройством для удаления золы, согласно изобретению основной газогенератор снабжен системой влагоудаления, включающей конденсатор и вентилятор, расположенные последовательно по газовому потоку, при этом вход системы подключен через дроссельное устройство к верхней зоне шахты, выход к патрубку для подачи воздуха на окисление, а выход конденсатора по конденсату и шламам соединен с выпаривателем, подключенным по греющей стороне к патрубку для отвода газа от основного газогенератора, выход выпаривателя по нагреваемой стороне по газу соединен с входом в вентилятор, а выход по шламам с устройством для удаления золы.

Отличительной особенностью заявляемого изобретения является наличие у основного газогенератора дополнительного замкнутого контура осушки исходного материала. Эта система влагоудаления оборудована конденсатором и вентилятором, расположенными последовательно по газовому потоку, при этом вход системы подключен через дроссельное устройство к верхней зоне шахты, выход к патрубку для подачи воздуха на окисление, а выход конденсатора по конденсату и шламам соединен с выпаривателем, подключенным по греющей стороне к патрубку для отвода газа от основного газогенератора, выход выпаривателя по нагреваемой стороне по газу соединен с входом в вентилятор, а выход по шламам с устройством для удаления золы.

Так как благодаря дутью в шахте создается избыточное давление, дроссель задает расход газа на подсушку топлива. Отбор газа выполнен в верхней зоне шахты, благодаря чему отбираемый газ, нагретый в зоне окисления газогенератора, проходит через весь слой топлива и уносит в систему влагоудаления основное количество влаги и часть смолистых веществ. Однако, отбираемый газ захватывает также мелкодисперсные твердые частицы и аэрозоли, содержащие радиоактивные вещества, в связи с чем именно замкнутость контура системы влагоудаления и обеспечивает безопасность при переработке радиоактивных древесных отходов.

Особенности подключения оборудования системы влагоудаления (подключение выхода из системы очищенного от влаги и смолистых веществ воздуха к зоне подачи воздуха на окисление основного газогенератора, подача конденсата и шлаков из конденсатора в выпариватель, разделение их там за счет тепла генераторного газа на испаряемую легколетучую газовую фракцию и на неиспарившиеся шлаки, соединение выхода из выпаривателя по газу со входом в вентилятор системы влагоудаления, а выхода по шлакам с устройством для удаления золы) позволяет оптимально распределить отобранную влагу для дутья по ступеням газогенератора, а неиспарившийся остаток, содержащий радиоактивные загрязнения, направить сразу на переработку, уменьшая тем самым возможность попадания загрязнений в генераторный газ.

С увеличением подачи воды в газогенератор до величины 0,4 кг пара на 7 кг топлива растет количество прореагировавшего водяного пара, в силу чего количество водорода в газе увеличивается, а процент содержания окиси углерода уменьшается. При этом теплотворность газа достигает наиболее оптимальных показателей (см. П. Т. Токарев. "Газогенераторные автомобили". М. Машгаз, 1955, с.35).

Таким образом, приведенные отличительные особенности, несмотря на некоторое усложнение конструкции, давая возможность регулировать распределение влаги по зонам переработки топлива, повышают надежность регулирования газогенераторного процесса и повышают тем самым степень переработки топлива, что снижает количество твердых радиоактивных отходов, получаемых на установке, и тем самым повышают безопасность ее работы.

На чертеже изображена принципиальная схема заявляемого газогенератора для переработки древесных радиоактивных отходов.

Установка содержит основной газогенератор 1, оборудованный загрузочным бункером 2, и размещенный под ним газогенератор дожига 3, оборудованный устройством для удаления золы, например, сменным контейнером 4. Газогенератор снабжен шахтой 5 переработки топлива, колосниковой решеткой 6, патрубками отвода генерального газа 7, подачи воздуха на окисление 8, подачи сверху топлива 9 и снизу твердого остатка 10. Патрубок отвода остатка из основного газогенератора соединен с газогенератором дожига.

Основной газогенератор снабжен системой влагоудаления, оборудованной вентилятором 11 и конденсатором 12, при этом вход в систему подключен через дроссель 13 к верхней зоне шахты 5, выход к патрубку 8 подачи воздуха на окисление основного газогенератора.

Выход конденсата и шламов из конденсатора 12 соединен с выпаривателем 14, подключенным по греющей стороне к патрубку 7 отвода газа от основного газогенератора. При этом выход из выпаривателя 14 с нагреваемой стороны по газу подключен к входу в вентилятор 11 системы влагоудаления и по шламам к устройству для удаления золы, к контейнеру 4.

Для подачи воздуха на окисление установка оборудована вентилятором 15, на нагнетании которого установлен теплообменник 16, обогреваемый газом, вырабатываемым в газогенераторах 1 и 3. Установка оборудована также системой газоочистки 17, которая может быть выполнена по известным техническим решениям, например, как в АЭС с ВВЭР (см. Чечеткин Ю.В. и др. "Очистка радиоактивных газообразных отходов АЭС". М. Энергоатомиздат, 1986, с.56, рис.2.1).

Заявляемый газогенератор работает следующим образом.

Древесные радиоактивные отходы любой влажности, в том числе порубочные остатки и лесную подстилку, загружают в бункер 2 и через патрубок 9 подают в шахту 5 основного газогенератора 1. Перед этим основной газогенератор 1 выводят на номинальный режим, разжигая его подготовленным топливом и подавая воздушное дутье с помощью вентилятора 15.

При загрузке отходов с повышенной влажностью включают вентилятор 11 и через дроссель 13 отбирают часть расхода газа через шахту 5. В зависимости от влажности отходов дросселем 13 задается необходимый расход горячего воздуха и обеспечивается стабильное качество генераторного газа.

В конденсаторе 12 влага, конденсируемые смолистые вещества и захваченные потоком мелкодисперсные частицы отделяют от газа и направляют в выпариватель 14, а газ с несконденсированной влагой и летучими органическими веществами направляют с помощью вентилятора 11 в зону окисления, подмешивая его к потоку воздуха от дутьевого вентилятора 15.

В выпаривателе 14, обогреваемом выходящим через патрубок 7 основной ступени генераторным газом, разделяют отведенную из конденсатора жидкость на испаряемую часть, которую подмешивают к потоку, направляемому в патрубок подачи воздуха на окисление, и на остаток в виде шлама. Чтобы уменьшить унос радиоактивных загрязнений, уловленных в конденсаторе 12, опять в зону производства генераторного газа, выпариватель 14 выполняют объемного типа, а для повышения эффективности выпаривания выход по газу с нагреваемой стороны подключают на вход в вентилятор 11.

Таким образом, при повышенной влажности исходного топлива в конденсаторе 12 получают увеличенное количество жидкости, которая захватывает и выносит в выпариватель 14 основное количество радиоактивных загрязнений, прошедших через дроссель 13 с отобранным на осушку потоком, а за счет тепла, выработанного генератором газа, большая часть жидкости в виде пара, очищенного от загрязнений, попадает в рабочую зону газогенератора, повышая качество генераторного газа. Шламы же вместе с радиоактивными загрязнениями подают непосредственно в контейнер 4, где они смешиваются с золой.

Особенностью загрязнения древесины в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС является преобладание радионуклидов цезия и стронция, относящихся к веществам, которые при температурах в рабочей зоне газогенератора возгоняются и уносятся с генераторным газом в систему газоочистки 17. В то же время эти загрязнения в различных формах существования сконцентрированы в поверхностных слоях древесины и при ее повышенной влажности легко переходят в поток осушающего газа, отводимого через дроссель 13. Наличие системы влагоудаления и отвод шламов из ее выпаривателя 14 в контейнер 4, минуя зоны газогенераторов 1 и 3 с температурой выше 800^oC позволяет уменьшить нагрузку на систему газоочистки 17, являющуюся критической при обеспечении безопасности работ.

Таким образом, заявляемый газогенератор, в отличие от прототипа, позволяет уменьшить возможность загрязнения генераторного газа радиоактивными веществами при переработке древесины в районах, загрязненных при аварии на ЧАЭС, что при большом объеме подлежащих переработке древесных отходов значительно повысит безопасность проведения таких работ.

Использование: термическая обработка горючих радиоактивных отходов, а именно древесных отходов. Сущность: газогенератор для переработки древесных радиоактивных отходов содержит основной газогенератор и газогенератор дожига. Основной газогенератор снабжен шахтой переработки отходов, колосниковой решеткой, патрубками для отвода генераторного газа, для подачи воздуха на окисление, для подачи сверху отходов и для отвода снизу твердого остатка. Патрубок для отвода твердого остатка соединен с газогенератором дожига, который снабжен устройством для удаления золы. Для повышения безопасности процесса переработки древесных отходов основной газогенератор снабжен системой влагоудаления, которая содержит конденсатор и вентилятор, расположенные последовательно по газовому потоку. Вход системы влагоудаления подключен через дроссельное устройство к верхней зоне шахты, выход - к патрубку для подачи воздуха на окисление. Выход конденсатора по конденсату и шламам соединен с выпаривателем, подключенным по греющей стороне к патрубку для отвода газа от основного газогенератора, выход выпаривателя по нагреваемой стороне по газу соединен с входом в вентилятор, а выход по шламам - с устройством для удаления золы. 1 ил.

Газогенератор для переработки древесных радиоактивных отходов, содержащий основной газогенератор и газогенератор дожига, при этом основной газогенератор снабжен шахтой переработки отходов, колосниковой решеткой, патрубками для отвода генераторного газа, для подачи воздуха на окисление, для подачи сверху отходов и для отвода снизу твердого остатка, при этом патрубок для отвода твердого остатка соединен с газогенератором дожига, снабженным устройством для удаления золы, отличающийся тем, что основной газогенератор снабжен системой влагоудаления, включающей конденсатор и вентилятор, расположенные последовательно по газовому потоку, при этом вход системы подключен через дроссельное устройство к верхней зоне шахты, выход к патрубку для подачи воздуха на окисление, а выход конденсатора по конденсату и шламам соединен с выпаривателем, подключенным по греющей стороне к патрубку для отвода газа от основного газогенератора, выход выпаривателя по нагреваемой стороне по газу соединен с входом в вентилятор, а выход по шламам с устройством для удаления золы.