ПЕРЕДВИЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ И ОПАСНЫХ БИООБЪЕКТОВ Российский патент 2001 года по МПК F23G1/00 G21F9/32 

Заявляемый объект относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки твердых горючих радиоактивных и опасных отходов, и представляет собой передвижное устройство, которое по мере необходимости, с помощью обычных транспортных средств, может быть перевезено из одного пункта назначения в другой. Наиболее эффективно заявляемое устройство может быть использовано при сжигании радиоактивных и опасных биообъектов (трупов, скелетов животных), погибших в результате каких-либо бедствий (от радиоактивных и токсичных веществ, инфекционных заболеваний или в результате радиоактивного облучения).

Известно устройство для сжигания опасных биообъектов (трупов животных) [1] , включающее камеру сжигания, имеющую торцевые и противолежащие боковые стенки, а также расположенную в торцевой стенке основную топливную форсунку. С верхней частью одной из торцевых стенок камеры сжигания шарнирно соединена первая крышка с выполненным в ней отверстием, к которому подсоединена вертикальная дымовая труба с встроенной в нее камерой дожигания отходящих газов, снабженной вспомогательной топливной форсункой, которая соединена топливным трубопроводом с основной топливной форсункой камеры сжигания. К верхним частям противолежащих боковых стенок шарнирно прикреплены две вторые крышки, причем в закрытом положении все три крышки плотно перекрывают верхнюю часть камеры сжигания.

Недостатками известного устройства являются:
- ненадежность работы, обусловленная возможностью его остановки, вследствие "срыва" пламени (самопроизвольного прекращения горения топлива), характерного для всех типов топливных горелок, к которым относятся и топливные форсунки;
- пониженный коэффициент сокращения объема сжигаемого биообъекта, обусловленный боковым расположением в торцевой стенке камеры сжигания основной топливной форсунки, не обеспечивающим равномерного распределения тепла от сжигаемого топлива по всему объему камеры сжигания, а также отсутствием в составе устройства узла для подвода газообразного окислителя.

Известно передвижное устройство для сжигания опасных биообъектов (трупов заразных животных) [2], включающее камеру сжигания с наклонным подом, имеющим отверстия для подачи воздуха. Над наклонным подом установлена колосниковая решетка с топливной (вертикально-кольцевой) горелкой, снабженной рассекателем пламени, над которой, в свою очередь, расположена решетка для укладки сжигаемых биообъектов. В крышке камеры сжигания расположены загрузочный люк и дымовая труба.

Недостатком известного устройства является пониженная надежность его работы, обусловленная возможностью остановки устройства, вследствие прекращения поступления в камеру сжигания воздуха и/или прекращения горения топлива в топливной горелке из-за забивки твердыми продуктами сжигания биообъекта отверстий для поступления воздуха и/или канала топливной горелки. Указанный недостаток обусловлен расположением отверстий для подачи воздуха и топливной горелки под решеткой для укладки сжигаемых биообъектов. Кроме того, ненадежность работы известного устройства обусловлена возможностью "срыва" пламени в топливной горелке.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является передвижное устройство для сжигания опасных биообъектов (останков животных), погибших в результате каких-либо бедствий [3], включающее камеру сжигания, состоящую из двух торцевых, четырех боковых стенок, крышки и днища, размещенную своей нижней половиной в кожухе камеры сжигания (опорном коробе).

Часть крышки камеры сжигания с прилежащей к ней одной из верхних боковых стенок камеры сжигания выполнены откидными и представляют собой откидную крышку загрузочного отверстия камеры сжигания. В верхней части торцевых стенок выполнены газоотводные отверстия, соединенные между собой газоотводной магистралью, подсоединенной к газосбросному узлу (дымоходу).

Внутри камеры сжигания над ее днищем расположена колосниковая решетка (или под), под которой (которым) расположены трубопровод с встроенными в него топливными горелками и узел подачи газообразного окислителя, представляющий собой воздухоподводящие трубопроводы.

Помимо сжигания в известном устройстве опасных биообъектов, принципиально возможно его использование и для сжигания радиоактивных биообъектов низкого уровня активности (I группы твердых радиоактивных отходов (ТРО) [4], т. к. степень уноса в газовую фазу Sr⁹⁰ и Cs¹³⁷ (основной количественной составляющей всех радионуклидов, присутствующих в твердых радиоактивных отходах) для Sr⁹⁰ не превышает 0,5%, а для Cs¹³⁷ - 1,4-4% от их исходного количества в ТРО [5].

Известное устройство работает следующим образом.

Непосредственно перед загрузкой открывают откидную крышку загрузочного отверстия камеры сжигания и размещают на ней сжигаемые биообъекты. Затем откидную крышку загрузочного отверстия камеры сжигания возвращают в исходное положение. При этом сжигаемые биообъекты размещаются на колосниковой решетке или поде. В камеру сжигания через узел подачи газообразного окислителя подают воздух и одновременно с подачей воздуха запускают топливные горелки. Отходящие газы из камеры сжигания удаляются через газоотводные отверстия, газоотводную магистраль и сбрасываются в атмосферу через газосбросной узел. Образующаяся зола от сжигания биообъектов собирается в камере сжигания под колосниковой решеткой или на поде.

Недостатками известного устройства являются:
- ограниченная область применения вследствие невозможности его использования для сжигания радиоактивных биообъектов, относящихся ко II группе ТРО [4];
- пониженная производительность за один цикл сжигания, обусловленная тем, что рабочий объем камеры сжигания меньше ее полного объема, вследствие расположения колосниковой решетки или пода внутри камеры сжигания над ее днищем;
- пониженный коэффициент сокращения объема сжигаемых биообъектов, обусловленный тем, что колосниковая решетка или под обеспечивают подвод газообразного окислителя только к внешней поверхности сжигаемых биообъектов;
- пониженная надежность работы из-за возможности остановки устройства вследствие прекращения поступления в камеру сжигания газообразного окислителя и/или прекращения горения топлива в топливных горелках, которые могут быть вызваны забивкой твердыми продуктами сжигания биообъектов отверстий узла подачи газообразного окислителя и/или каналов топливных горелок. Указанный недостаток обусловлен расположением узла подачи газообразного окислителя и топливных горелок под колосниковой решеткой или подом;
- пониженная надежность работы, обусловленная возможностью "срыва" пламени в топливных горелках.

Преимуществами заявляемого устройства являются расширение области его применения, повышение коэффициента сокращения объема сжигаемых биообъектов, повышение производительности за один цикл сжигания, а также повышение надежности работы устройства.

Указанные преимущества обеспечиваются за счет того, что заявляемое устройство состоит из содержащей стенки, крышку и днище камеры сжигания, расположенной на опорах в состоящем из стенок и днища кожухе камеры сжигания. В крышке камеры сжигания выполнены загрузочное отверстие камеры сжигания, закрываемое откидной крышкой, а также газоотводное отверстие, которое через газоотводной патрубок соединено с газоотводной магистралью, подсоединенной к газосбросному узлу с вытяжным устройством (вытяжным вентилятором), причем на газоотводной магистрали расположен фильтр тонкой очистки.

Кожух камеры сжигания расположен в опорном узле, причем стенки и днище кожуха камеры сжигания образуют со стенками и днищем камеры сжигания воздухозаборный коробообразный канал, представляющий собой узел подачи газообразного окислителя, а внутри камеры сжигания расположен фильтр грубой очистки, перекрывающий ее газоотводное отверстие.

Днище камеры сжигания представляет собой металлическую плиту с выполненными в ней и расположенными поперек нее параллельными рядами сквозными цилиндрическими каналами и сквозными щелевидными сужающимися снизу вверх каналами. В сквозных цилиндрических каналах установлены также расположенные параллельными рядами и выступающие над поверхностью металлической плиты заостренные штыри, в каждом из которых выполнен воздухоподводящий канал, имеющий нижнее входное отверстие и верхние выходные отверстия. Расстояния L между каждыми двумя соседними параллельными рядами заостренных штырей равны между собой. Расстояния между каждыми двумя соседними заостренными штырями в ряду также равны между собой. Расстояние L составляет (5 - 15)H, где H - толщина металлической плиты. Высота выступающей над поверхностью металлической плиты части каждого заостренного штыря М составляет не менее 3H, а высота расположения над поверхностью металлической плиты верхних выходных отверстий воздухоподводящего канала каждого заостренного штыря К составляет не менее 0,2М.

Выполнение сквозных щелевидных каналов сужающимися снизу вверх предотвращает (за счет повышения скорости, при движении по ним, поступающего в камеру сжигания воздуха) опасность их забивки твердыми продуктами сжигания биообъектов, а наличие в металлической плите установленных и выполненных указанным образом заостренных штырей обеспечивает повышение коэффициента сокращения объема сжигаемых биообъектов за счет:
- обеспечения подвода газообразного окислителя ко всей поверхности сжигаемых биообъектов вследствие создания зазора между размещенными на заостренных штырях биообъектами и поверхностью металлической плиты;
- обеспечения подачи газообразного окислителя внутрь биологических объектов через воздухоподводящие каналы заостренных штырей, заглубляющихся в биологические объекты под действием их веса.

При L, меньшем 5H, снижается прочность металлической плиты, что в процессе работы устройства (под воздействием термических и механических нагрузок) может привести к ее разрушению. При L, большем 15Н, и М, меньшем 3H, а также при несоблюдении условий равенства расстояний между каждыми двумя соседними параллельными рядами заостренных штырей, а также расстояний между каждыми двумя соседними заостренными штырями в ряду не обеспечивается возможность создания зазора между размещенными на заостренных штырях биообъектами и поверхностью металлической плиты. При К, меньшем 0,2М, не достигается возможность подачи воздуха внутрь биологических объектов через воздухоподводящие каналы заостренных штырей.

Отличительными признаками заявляемого устройства, обеспечивающими достижение вышеуказанных преимуществ, являются:
- наличие фильтра тонкой очистки, расположенного на газоотводной магистрали между газоотводным отверстием камеры сжигания и газосбросным узлом;
- наличие вытяжного устройства в газосбросном узле, обеспечивающем движение отходящих газов через фильтры грубой и тонкой очистки;
- то, что узел подачи газообразного окислителя представляет собой воздухозаборный коробообразный канал, образованный кожухом камеры сжигания и камерой сжигания;
- то, что внутри камеры сжигания дополнительно расположен фильтр грубой очистки, перекрывающий ее газоотводное отверстие;
- использование в качестве днища камеры сжигания металлической плиты с выполненными в ней и расположенными поперек нее параллельными рядами сквозными щелевидными сужающимися снизу вверх каналами и сквозными цилиндрическими каналами, в которых установлены также располагающиеся параллельными рядами, выступающие над поверхностью металлической плиты заостренные штыри с выполненными в них воздухоподводящими каналами и имеющие нижние входные и верхние выходные отверстия;
- то, что расстояния между каждыми двумя соседними параллельными рядами заостренных штырей равны между собой и составляют (5 - 15)H;
- то, что расстояния между каждыми двумя соседними заостренными штырями в ряду равны между собой;
- то, что высота выступающей над поверхностью металлической плиты части каждого заостренного штыря М составляет не менее 3H, а высота расположения над поверхностью металлической плиты верхних выходных отверстий воздухоподводящего канала каждого заостренного штыря К составляет не менее 0,2М.

Заявляемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 - 3.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства.

На фиг. 2 изображено днище камеры сжигания в разрезе по А-А (вид сбоку).

На фиг. 3 изображено днище камеры сжигания (вид сверху).

Передвижное устройство для сжигания радиоактивных и опасных биообъектов содержит камеру сжигания 1, кожух 2 камеры сжигания, узел 3 подачи газообразного окислителя, опоры 4, опорный узел 5, газоотводную магистраль 6, фильтр тонкой очистки 7, газосбросной узел 8.

Камера сжигания 1 содержит стенки 9, крышку 10, загрузочное отверстие 11, откидную крышку 12 загрузочного отверстия, днище 13, газоотводной патрубок 14, фильтр грубой очистки 15.

Днище 13 камеры сжигания содержит металлическую плиту 16, заостренные штыри 17, сквозные щелевидные сужающиеся снизу вверх каналы 18, воздухоподводящие каналы 19 заостренных штырей, нижние входные отверстия 20 заостренных штырей, верхние выходные отверстия 21 заостренных штырей.

Передвижное устройство для сжигания радиоактивных и опасных биообъектов работает следующим образом.

Непосредственно перед загрузкой открывают откидную крышку 12 загрузочного отверстия камеры сжигания. На заостренных штырях 17 днища камеры сжигания размещают сжигаемые биообъекты вместе с порошкообразным металлизированным топливом (ПМТ) и коксом [6], после чего закрывают откидную крышку 12 загрузочного отверстия камеры сжигания, включают вытяжное устройство и осуществляют дистанционный поджег ПМТ и кокса. Воздух (газообразный окислитель), проходя через узел 3 подачи газообразного окислителя, поступает под днище 13 камеры сжигания, откуда через щелевидные сужающиеся снизу вверх каналы 18, а также через нижние входные отверстия 20 заостренных штырей, воздухоподводящие каналы 19 заостренных штырей и верхние выходные отверстия 21 заостренных штырей подается ко всей внешней поверхности, а также внутрь сжигаемых биообъектов. Образующиеся при этом газообразные продукты сжигания биообъектов последовательно проходят через фильтр грубой очистки 15, газоотводной патрубок 14, газоотводную магистраль 6, фильтр тонкой очистки 7 и через газосбросной узел 8 сбрасываются в атмосферу. Твердые продукты сжигания биообъектов собираются в кожухе 2 камеры сжигания под ее днищем.

Испытания показали, что:
- в заявляемом устройстве возможно осуществлять сжигание радиоактивных биообъектов, относящихся ко II категории ТРО, т.к. суммарная удельная активность газообразных продуктов сжигания не превышает предельно допустимого уровня;
- коэффициент сокращения объема сжигаемых биообъектов, обеспечиваемый работой заявляемого устройства, выше аналогичного в устройстве наиболее близкого аналога в среднем на 20 - 25%;
- заявляемое устройство обладает более высокой производительностью за один цикл сжигания за счет возможности сжигания в его процессе большего количества биообъектов, по сравнению с устройством наиболее близкого аналога, т. к. рабочий объем камеры сжигания возрастает (вследствие использования в качестве днища камеры сжигания металлической плиты с заостренными штырями и воздухоподводящими каналами) до величины ее полного объема;
- заявляемое устройство более надежно в работе за счет использования в качестве незабивающегося твердыми продуктами сжигания биообъектов узла подачи газообразного окислителя.

ЛИТЕРАТУРА
1. Патент США N 5339752 А, МПК⁵: F 23 G 1/00, НКИ: 110-194, on. 23.08.94.

2. Авторское свидетельство СССР N 631749, МПК²: F 23 G 1/00, оп. 05.11.78, БИ N 41/
3. Международная заявка WO 92/20965, МПК⁵: F 23 G 1/00, 5/40, F 23 М 5/00, оп. 26.11.92.

4. И. А.Соболев, Л. М. Хомчик, "Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах", Москва, Энергоатомиздат, 1983, стр. 7.

5. Там же, стр. 31 - 32.

6. Патент РФ N 2106706 C1, МПК⁶: G 21 F 9/32, F 23 G 7/00, оп. 10.03.98, Бюл. N 7.

Изобретение относится к охране окружающей среды и предназначено для сжигания твердых горючих радиоактивных и опасных биообъектов. Технический результат: расширение области его применения, повышение коэффициента сокращения объема сжигаемых биообъектов, повышение производительности за один цикл сжигания, а также повышение надежности работы устройства. Устройство содержит кожух камеры сжигания, камеру сжигания с расположенным в ней фильтром грубой очистки, воздухоподводящий узел, газоотводную магистраль, фильтр тонкой очистки, а также газосбросной узел с вытяжным устройством. Фильтр грубой очистки размещен внутри камеры сжигания таким образом, что перекрывает ее газоотводное отверстие, днище камеры сжигания представляет собой металлическую плиту с выполненными в ней и расположенными поперек нее параллельными рядами сквозными щелевидными сужающимися снизу вверх каналами, а также сквозными цилиндрическими каналами, в которых установлены также расположенные параллельными рядами выступающие над поверхностью металлической плиты заостренные штыри с выполненными в них воздухоподводящими каналами. 3 ил.

Передвижное устройство для сжигания радиоактивных и опасных биообъектов, включающее газосбросной узел, узел подачи газообразного окислителя, расположенную в кожухе камеры сжигания, камеру сжигания, содержащую крышку, стенки, днище, загрузочное отверстие, откидную крышку загрузочного отверстия и газоотводное отверстие, а также газоотводную магистраль, соединяющую газоотводное отверстие камеры сжигания с газосбросным узлом, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит фильтр тонкой очистки, расположенный на газоотводной магистрали между газоотводным отверстием камеры сжигания и газосбросным узлом, газосбросной узел дополнительно содержит вытяжное устройство, узел подачи газообразного окислителя представляет собой воздухозаборный коробообразный канал, образованный кожухом камеры сжигания и камерой сжигания, камера сжигания дополнительно содержит фильтр грубой очистки, расположенный внутри нее таким образом, что перекрывает ее газоотводное отверстие, днище камеры сжигания представляет собой металлическую плиту с выполненными в ней и расположенными поперек нее параллельными рядами сквозными щелевидными сужающимися снизу вверх каналами, а также сквозными цилиндрическими каналами, в которых установлены также расположенные параллельными рядами выступающие над поверхностью металлической плиты заостренные штыри с выполненными в них воздухоподводящими каналами и имеющие нижние входные и верхние выходные отверстия, причем расстояния между каждыми двумя соседними параллельными рядами заостренных штырей равны между собой и составляют (5-15)H, где H - толщина металлической плиты, расстояния между каждыми двумя соседними штырями в ряду равны между собой, высота выступающей над поверхностью металлической плиты части каждого заостренного штыря M составляет не менее 3H, а высота расположения над поверхностью металлической плиты верхних выходных отверстий каждого заостренного штыря составляет не менее 0,2 M.