УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЖИГАНИЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ СЖИГАНИИ РАДИОАКТИВНЫХ И ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2000 года по МПК G21F9/02 F23G5/16 

Заявляемое устройство относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки твердых радиоактивных отходов (ТРО) и твердых токсичных отходов (ТТО). Наиболее эффективно заявляемое устройство может быть использовано при дожигании отходящих газов, образующихся при сжигании ТРО и ТТО, содержащих целлюлозу, полимеры, резину, а также поливинилхлорид.

Известно устройство для дожигания отходящих газов [1], содержащее корпус, являющийся частью корпуса печи для сжигания ТРО и имеющий в качестве горелочного устройства топливную форсунку, а также газоход для отвода отходящих газов.

Недостатками известного устройства для дожигания отходящих газов являются:
- ненадежность работы, связанная с вероятностью прекращения горения топлива ("срыва" пламени), подаваемого в топливную форсунку, характерного для всех конструкций топливных форсунок;
- пониженная степень дожигания отходящих газов, обусловленная использованием в качестве горелочного устройства топливной форсунки.

Известно устройство для дожигания отходящих газов [2], цилиндрический корпус которого содержит в качестве горелочного устройства топливную форсунку, а также газоход для отвода отходящих газов.

Недостатками известного устройства для дожигания отходящих газов являются:
- ненадежность работы, связанная с вероятностью прекращения горения топлива ("срыва" пламени), подаваемого в топливную форсунку, характерного для всех конструкций топливных форсунок;
- пониженная степень дожигания отходящих газов, обусловленная использованием в качестве горелочного устройства топливной форсунки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству для дожигания отходящих газов, образующихся при сжигании ТРО и ТТО, является устройство для дожигания отходящих газов [3], состоящее из циклона, содержащего корпус, крышку, днище, плазменную горелку, патрубок для ввода дожигаемых газов, газоотводную трубу, патрубок для вывода газообразных продуктов дожига и выгрузочный патрубок. Плазменная горелка и патрубок для ввода дожигаемых газов размещены друг над другом на корпусе циклона, выгрузочный патрубок - на днище циклона, газоотводная труба - внутри корпуса циклона, а патрубок для вывода газообразных продуктов дожига - на крышке циклона.

Недостатками известного устройства для дожигания отходящих газов являются:
- ненадежность его работы, связанная с вероятностью прогара под действием плазменного факела газоотводной трубы, из-за неудачного расположения плазменной горелки;
- пониженная степень дожигания отходящих газов, связанная с неудачным взаиморасположением патрубка для ввода дожигаемых газов и плазменной горелки;
- повышенная опасность работы, обусловленная повышенной скоростью уноса радиоактивных и токсичных аэрозолей, связанная с использованием в качестве средства для вывода из циклона продуктов дожига - газоотводной трубы, а также с ее расположением внутри корпуса циклона;
- неэкономичность работы, обусловленная пониженным коэффициентом полезного использования тепла, вследствие повышенных потерь известным устройством тепла в окружающую среду.

Преимуществами устройства для дожигания отходящих газов, образующихся при сжигании ТРО и ТТО, являются повышение надежности, степени дожигания отходящих газов, безопасности и экономичности работы.

Указанные преимущества обеспечиваются за счет того, что устройство для дожигания отходящих газов, образующихся при сжигании ТРО и ТТО, состоит из циклона, камеры выдержки и охлаждающей рубашки.

Циклон содержит корпус, крышку, днище, плазменную горелку, патрубок для ввода дожигаемых газов, а также выгрузочный патрубок с выполненными в нем сквозными каналами, причем плазменная горелка размещена на крышке циклона, патрубок для ввода дожигаемых газов - на корпусе циклона, а выгрузочный патрубок - на днище циклона.

Камера выдержки содержит цилиндрический корпус, цилиндрическую перегородку с выполненными в ее нижней части сквозными каналами, крышку с входным отверстием, днище, патрубок для вывода газообразных продуктов дожига, патрубки для ввода окисляющего газа, а также патрубок для вывода твердых продуктов дожига, причем патрубок для вывода газообразных продуктов дожига расположен на верхней части цилиндрического корпуса камеры выдержки, патрубки для ввода окисляющего газа - на нижней части цилиндрического корпуса камеры выдержки, патрубок для вывода твердых продуктов дожига - на днище камеры выдержки, а цилиндрическая перегородка расположена коаксиально с цилиндрическим корпусом камеры выдержки внутри него и образует с ним кольцеобразный зазор.

Циклон соединен своим выгрузочным патрубком с входным отверстием крышки камеры выдержки, причем выгрузочный патрубок циклона, цилиндрический корпус камеры выдержки и крышка камеры выдержки окружены охлаждающей рубашкой, снабженной патрубком для подвода воздуха.

Отличительными признаками заявляемого устройства являются: расположение плазменной горелки на крышке циклона, наличие сквозных каналов в выгрузочном патрубке циклона, наличие в составе устройства камеры выдержки, состоящей из цилиндрического корпуса с расположенными на его нижней части патрубками для ввода окисляющего газа, цилиндрической перегородки с выполненными в ее нижней части сквозными каналами, расположенной внутри цилиндрического корпуса камеры выдержки коаксиально с ним и образующей с цилиндрическим корпусом камеры выдержки кольцеобразный зазор, крышки с входным отверстием и днища с патрубком для вывода твердых продуктов дожига, а также то, что циклон своим выгрузочным патрубком соединен с входным отверстием, расположенным на крышке камеры выдержки, патрубок для вывода дожигаемых газов расположен на верхней части цилиндрического корпуса камеры выдержки, а цилиндрический корпус камеры выдержки, крышка камеры выдержки и выгрузочный патрубок циклона окружены охлаждающей рубашкой, снабженной патрубком для подвода воздуха.

Заявляемое устройство для дожигания отходящих газов, образующихся при сжигании ТРО и ТТО, обладает:
- более высокой надежностью, чем устройство-прототип, вследствие изменения месторасположения в циклоне плазменной горелки;
- более высокой степенью дожигания отходящих газов, вследствие наличия выполненных в выгрузочном патрубке циклона отверстий, обеспечивающих предварительное смешение нагретых в циклоне отходящих газов с окислителем (воздухом из охлаждающей рубашки), а также наличия камеры выдержки, увеличивающей время дожига;
- более высокой безопасностью работы, вследствие того, что цилиндрическая перегородка камеры выдержки обеспечивает более полную очистку дожигаемых газов (за счет инерционной и гравитационной сепарации) от радиоактивных и токсичных аэрозолей, по сравнению с устройством-прототипом;
- более высокой экономичностью, вследствие утилизации охлаждающей рубашкой выделяемого в окружающую среду тепла с его повторным использованием в камере выдержки.

Устройство для дожигания отходящих газов, образующихся при сжигании ТРО и ТТО, иллюстрируется чертежом, представленным на фиг. 1.

Устройство для дожигания отходящих газов, образующихся при сжигании ТРО и ТТО, состоит из циклона 1, камеры выдержки 2 и охлаждающей рубашки 3. Циклон 1 содержит корпус 4, крышку 5, днище 6, плазменную горелку 7, патрубок 8 для ввода дожигаемых газов и выгрузочный патрубок 9.

Камера выдержки 2 содержит цилиндрический корпус 10, цилиндрическую перегородку 11, крышку 12, днище 13, входное отверстие 14 крышки, патрубок 15 для вывода газообразных продуктов дожига, патрубки 16 для ввода окисляющего газа, патрубок 17 для вывода твердых продуктов дожига.

Входные патрубки для ввода окисляющего газа могут быть установлены под различными углами к цилиндрическому корпусу камеры выдержки. Аналогичным образом могут быть выполнены каналы в выгрузочном патрубке циклона, причем наивысшая степень дожига отходящих газов обеспечивается в случае тангенциального расположения патрубков для ввода окисляющего газа относительно цилиндрического корпуса камеры выдержки, а также тангенциального расположения сквозных каналов относительно выгрузочного патрубка циклона.

Устройство для дожигания отходящих газов, образующихся при сжигании ТРО и ТТО, работает следующим образом.

Образующиеся при сжигании ТРО и ТТО газы через входной патрубок 8 для ввода дожигаемых газов подают в циклон 1, где их нагревают плазменной струей плазменной горелки 7. Из циклона 1 через выгрузочный патрубок 9 поток нагретых дожигаемых газов поступает в камеру выдержки 2, причем в выгрузочном патрубке 9 происходит его перемешивание с воздухом, поступающим из охлаждающей рубашки 3 и нагреваемым в ней теплом камеры выдержки 2. Образующаяся в выгрузочном патрубке 9 газо-воздушная смесь воспламеняется в нем и практически полностью сгорает в камере выдержки 2, в пространстве, ограниченном цилиндрической перегородкой 11. Продукты сгорания через сквозные каналы цилиндрической перегородки 11 поступают в кольцеобразный зазор между цилиндрической перегородкой 11 и цилиндрическим корпусом 10 камеры выдержки, где смешиваются с окисляющим газом, подаваемым через патрубки 16 для ввода окисляющего газа, окончательно дожигаются и удаляются через патрубок 15 для вывода газообразных продуктов дожига. При этом радиоактивные и токсичные аэрозоли отделяются от газообразных продуктов дожига в сквозных каналах цилиндрической перегородки 11 за счет инерционной сепарации, а в кольцеобразном зазоре - за счет гравитационной сепарации и выгружаются через патрубок 17 для вывода твердых продуктов дожига.

Заявляемое устройство для дожигания отходящих газов, образующихся при сжигании ТРО и ТТО, обладает:
- более высокой надежностью, чем устройство-прототип, вследствие изменения расположения плазменной горелки в циклоне, что предотвращает опасность разрушения устройства для дожигания отходящих газов под действием плазменного факела;
- в 2 - 3 раза более высокой степенью дожигания отходящих газов по сравнению с устройством-прототипом;
- более высокой безопасностью работы, чем устройство-прототип, вследствие того, что содержание радиоактивных и токсичных аэрозолей в газообразных продуктах дожига в 1,3-1,5 раза меньше, чем у устройства-прототипа;
- более высокой экономичностью работы, чем работа устройства-прототипа, вследствие того, что коэффициент полезного использования тепла у заявляемого устройства на 20 - 40% выше, чем у устройства-прототипа.

ЛИТЕРАТУРА
1. И. А. Соболев, Л. М. Хомчик, "ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ПУНКТАХ", Москва, Энергоатомиздат, 1983, стр. 30 - 31.

2. И. А. Соболев, Л. М. Хомчик, "ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ПУНКТАХ", Москва, Энергоатомиздат, 1983, стр. 27-28.

3. Патент РФ N 1810911, МКИ⁵: G 21 F 9/32, F 27 В 1/00, оп. в Бюл. N 15, 1993.

Использование: изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для дожигания отходящих газов, образующихся при сжигании твердых радиоактивных и токсичных отходов. Техническим результатом является повышение надежности, экономичности и безопасности работы устройства, а также повышение степени дожигания отходящих газов. Сущность изобретения: устройство состоит из циклона, содержащего корпус, крышку, днище, плазменную горелку, патрубок для ввода дожигаемых газов, а также выгрузочный патрубок, камеры выдержки, содержащей цилиндрический корпус, цилиндрическую перегородку, крышку с входным отверстием, днище, патрубок для вывода газообразных продуктов дожига, патрубки для ввода окисляющего газа, а также патрубок для вывода твердых продуктов дожига и охлаждающей рубашки с патрубком для подвода воздуха, причем циклон соединен с камерой выдержки, а выгрузочный патрубок циклона и цилиндрический корпус камеры выдержки окружены охлаждающей рубашкой. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для дожигания отходящих газов, образующихся при сжигании твердых радиоактивных и токсичных отходов, включающее циклон, содержащий корпус, крышку, днище с выгрузочным патрубком, плазменную горелку и патрубок для ввода дожигаемых газов, расположенный на корпусе циклона, а также включающее патрубок для вывода дожигаемых газов, отличающееся тем, что в выгрузочном патрубке циклона выполнены сквозные каналы, плазменная горелка расположена на крышке циклона, само устройство дополнительно содержит камеру выдержки, состоящую из цилиндрического корпуса с расположенными на его нижней части патрубками для ввода окисляющего газа, цилиндрической перегородки с выполненными в ее нижней части сквозными каналами, расположенной внутри цилиндрического корпуса камеры выдержки коаксиально с ним и образующей с цилиндрическим корпусом камеры выдержки кольцеобразный зазор, крышки с входным отверстием и днища с патрубком для вывода твердых продуктов дожига, причем циклон своим выгрузочным патрубком соединен с входным отверстием, расположенным на крышке камеры выдержки, патрубок для вывода дожигаемых газов расположен на верхней части цилиндрического корпуса камеры выдержки, а цилиндрический корпус камеры выдержки, крышка камеры выдержки и выгрузочный патрубок циклона окружены охлаждающей рубашкой, снабженной патрубком для подвода воздуха. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубки для ввода окисляющего газа относительно цилиндрического корпуса камеры выдержки, а также сквозные каналы в выгрузочном патрубке циклона относительно выгрузочного патрубка циклона расположены тангенциально.