УСТАНОВКА ГЛУБОКОГО УПАРИВАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ СОЛЕВЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 1999 года по МПК G21F9/08 B01D1/02 

Изобретение относится к переработке химических отходов и может быть использовано преимущественно для переработки солевых жидких радиоактивных отходов (ЖРО) в твердый солевой продукт путем их глубокого упаривания.

Известен прямоточный испаритель по А.С. N 1643029 (от 18.01.89), который был предложен для использования в установке глубокого упаривания солевых растворов (прототип).

Указанный испаритель имеет U - образную форму и патрубки для входа исходного солевого раствора и выхода смеси пара и упаренного солевого раствора.

Недостаток указанного прототипа в том, что производительность установки ограничена диаметром трубки прямоточного испарительного канала, т.е. верхним пределом допустимой скорости парорастворной смеси на выходе из испарителя. Так, например, при использовании трубки на выходе из прямоточного испарителя максимального диаметра 32 мм максимальная производительность одного испарителя по выпариваемой воде не может быть более 125 кг/ч.

При увеличении диаметра трубки более 30-40 мм эффективность процесса топливопередачи в прямоточной трубке падает, температура стенки трубки растет и увеличивается скорость процесса образования отложений на теплопередающей поверхности.

Недостаток прототипа также в ограниченной по тем же причинам производительности установки. Кроме того, дополнительные штуцера, имеющиеся на входном патрубке циклона-сепаратора для подвода вторичного пара дополнительно снижают полезную производительность установки по исходному раствору.

Таким образом, для увеличения производительности установки в целом необходимо увеличить количество испарителей и циклонов, что усложняет как саму установку, так и управление процессом глубокого упаривания на ней.

Целью настоящего изобретения является увеличение производительности установки, ее упрощение и повышение одновременно надежности управления процессом упаривания.

Указанная цель достигается тем, что установка снабжена дополнительными прямоточными испарителями, количество которых четное, например четыре, а патрубки их симметрично соединены с патрубком одного общего циклона по касательной и под одинаковым углом таким образом, что точки врезки каждой пары указанных патрубков лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси патрубка циклона, при этом в торце патрубка циклона выполнено отверстие, в котором расположен стержень датчика температуры, а его чувствительный элемент размещен между корпусом циклона и ближайшими к циклону патрубками входа смеси пара и упаренного солевого раствора. Места подключения патрубков смеси пара и упаренного солевого раствора к патрубку циклона могут быть также расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси стержня датчика температуры.

Использование в установке нескольких прямоточных испарительных элементов, объединенных в один испарительный узел, работающий как единое целое на один общий циклон, позволяет, сохраняя высокую эффективность работы каждого испарительного элемента в отдельности, увеличить производительность установки по выпариваемой воде, одновременно повысив надежность управления процессом глубокого упаривания за счет того, что узел циклона-сепаратора остается общим, а датчик температуры размещается в ядре потока смеси пара и упаренного солевого раствора, равномерно смешиваемой за счет симметричного подсоединения выходных патрубков испарителей к общему входному патрубку циклона. Такое решение позволяет надежно контролировать среднюю температуру смеси пара и упаренного солевого раствора, точность измерения которой имеет первостепенное значение для управления процессом глубокого упаривания раствора, т. к. эта температура характеризует степень упаривания раствора и прямопропорциональна его солесодержанию.

При нарушении симметрии подключения патрубков подвода смеси пара и упаренного солевого раствора к циклону и изменения места установки датчика температуры эффективность и точность измерения температуры смеси пара и упаренного солевого раствора снижается, что понижает надежность работы установки в целом, т. к. качество конечного упаренного солевого концентрата, затвердеваемого при остывании, не может быть гарантировано.

Испытания разных способов подвода смеси пара и упаренного солевого раствора к циклону и размещения датчиков температуры, а также их сравнение с предложенным конструктивным решением показали, что предложенное решение позволяет надежно контролировать температуру смеси пара и упаренного солевого раствора с точностью ±1^oC, а также динамику их изменения. В то же время при размещении датчиков температуры на каждой подводящей линии либо одного датчика непосредственно на наружной поверхности входного патрубка либо на корпусе циклона точность измерения температуры снижается до значения ±2 - 5^oC, а динамические характеристики процесса регулирования ухудшаются при возникновении возмущений настолько, что период этих возмущений качество упаренного солевого концентрата после циклона отклоняется от установленных норм.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана установка, состоящая из групп прямоточных испарителей, соединенных с циклоном-сепаратором, на фиг. 2 показан вид сверху на узел циклона-сепаратора с входным патрубком для подвода смеси пара и упаренного солевого раствора.

Установка глубокого упаривания солевых растворов состоит в данном случае из четырех прямоточных испарителей IU-образной формы. Эти испарители имеют исходные патрубки 2 для подвода исходного раствора и выходные патрубки 3 для выхода смеси пара и упаренного раствора, которые связаны с патрубками 4 для подвода смеси пара и упаренного солевого раствора к сепаратору. В торце патрубка 4 имеется отверстие 5 для ввода датчика температуры T, выполненного в виде стержня 6 с чувствительным элементом 7 на конце.

В качестве сепаратора смеси и пара и упаренного солевого раствора используется циклон 8, к патрубку 4 которого по касательной и под одинаковым углом подсоединены входные патрубки 3 смеси пара и упаренного солевого раствора таким образом, что точки врезки каждой пары указанных патрубков лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси входного патрубка 4.

Циклон-сепаратор 8 соединен с конденсатором 9 пара. Под циклоном-сепаратором размещен контейнер 10 для приема солевого концентрата.

Установка работает следующим образом. Соляной раствор, например солевой радиоактивный отход, подается одновременно на все четыре испарителя 1 через патрубки 2. При движении раствора в трубке испарителя, обогреваемого греющим паром, раствор упаривается до заданной степени контролируемой датчиком температуры T. Смесь пара и упаренного солевого раствора выводится через патрубки 3 и подается в патрубок 4, в торец которого через отверстие 5 введен стержень 6 датчика температуры T с чувствительным элементом 7 на конце. После отделения в циклоне 8 пара, который отводится в конденсатор 9, солевой концентрат сливается из нижнего патрубка циклона в контейнер 10, в котором затвердевают после остывания в твердый монолитный солевой плав.

Управление процессом глубокого упаривания исходного солевого раствора осуществляется путем измерения температуры смеси пара и упаренного солевого раствора с помощью датчика T, который через соответствующий регулятор управляет положением регулирующего вентиля на линии подвода греющего пара к испарителям.

Ниже приводится конкретный пример реализации установки глубокого упаривания типа УГУ-500, рабочая документация которой разработана СКБ ВТИ (проект ИС 1662), по которой установка была изготовлена на заводе "Атомэнергозапчасть", а затем внедрена на Запорожской АЭС, Хмельницкой АЭС, Нововоронежской АЭС.

Установка УГУ-500 эксплуатируется на действующих АЭС, имеет следующие технические характеристики:
- количество прямоточных испарителей - 4 шт.,
- производительность установки на выпариваемой воде - 500 кг/ч,
- давление греющего пара - 0,5 МПа,
- степень упаривания исходного щелочного солевого раствора (pH 10-11), содержащего соли борной кислоты: от 100 - 300 г/л до 1500:1600 г/л, что обеспечивает полное затвердевание конечного солевого продукта в контейнере,
- температура смеси пара и упаренного солевого раствора в входном патрубке циклона, измеряемой термопарой и поддерживаемой постоянно: 124^oС ± 1^oC с помощью регулятора, управляющего положением регулируемого клапана на линии греющего пара.

Эксплуатация установок УГУ 1-500 на действующих АЭС позволила перерабатывать жидкие радиоактивные отходы в твердый солевой плав, уменьшив объем хранящихся отходов в 5-10 раз и повысив безопасность их хранения.

Усовершенствованный проект установки УГУ-500 разрабатывается фирмой Нукем (ФРГ) и будет предложен для использования в других странах.

Использование: для переработки химических отходов, преимущественно жидких борсодержащих радиоактивных отходов, в твердый солевой продукт. Сущность изобретения: переработка отходов производится путем упаривания солевого раствора в четырех прямоточных U - образных испарителях, соединенных параллельно по исходному раствору и пару и работающих на общий циклон-сепаратор. Выходные патрубки испарителей симметрично соединены с входным патрубком циклона по касательной и под одинаковым углом так, что точки врезки каждой пары выходных патрубков лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси входного патрубка циклона. Управление процессом упаривания ведется с помощью датчика температуры, стержень которой размещен в торце входного патрубка циклона, а чувствительный элемент - между корпусом циклона и ближайшей к циклону паре выходных патрубков подвода смеси пара и упаренного солевого раствора. После отделения пара в циклоне упаренный солевой продукт сливается в контейнер, остывает и застывает с образованием твердого солевого продукта. Использование установки позволяет сократить объем жидких отходов в 5-10 раз. 2 ил.

Установка глубокого упаривания солевых растворов, преимущественно радиоактивных отходов, включающая подсоединенный к линии греющего пара прямоточный испаритель U-образной формы, имеющий патрубки для входа исходного раствора и выхода смеси пара и упаренного солевого раствора, циклон для разделения смеси пара и упаренного солевого раствора, имеющий входной патрубок, соединенный с патрубком выхода смеси пара и упаренного раствора из испарителя, и датчик температуры, выполненный в виде стержня с чувствительным элементом на конце, соединенный с регулирующим клапаном, установленным на линии греющего пара, отличающаяся тем, что установка снабжена дополнительными аналогичными прямоточными испарителями, причем общее количество испарителей соответствует четырем, их выходные патрубки симметрично соединены с входным патрубком циклона по касательной и под одинаковым углом так, что точки врезки каждой пары выходных патрубков лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси входного патрубка циклона, при этом в торце входного патрубка циклона выполнено отверстие, в котором расположен стержень датчика температуры, а его чувствительный элемент размещен между корпусом циклона и ближайшей к циклону паре выходных патрубков подвода смеси пара и упаренного солевого раствора.