СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2004 года по МПК G21F9/32 

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение при переработке твердых горючих радиоактивных отходов методом сжигания.

В процессе изготовления топливных таблеток из диоксида урана, снаряжения топливными таблетками тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) появляются отходы, содержащие уран в виде фильтровальных полотен, фильтров газоочистных систем, спецодежды, перчаток, обуви, ветоши и т.д., а также отходы сплава циркония в виде стружки после изготовления оболочек для ТВЭЛов, нижних решеток, дистанционирующих решеток и каналов направляющих для тепловыделяющих сборок (ТВС).

Известен способ сжигания твердых радиоактивных отходов, включающий загрузку твердых радиоактивных отходов в бумажных или полиэтиленовых мешках в печь сжигания (см. А.С. 1191685 по заявке 3715727/29-33 от 05.01.84 г. опубл. 15 июля 1985 г., МПК 4 F 23 G 5/18, “Установка для сжигания отходов”). Сжигание отходов по А.С. 1191685 осуществляют в предварительно разогретой печи после сжигания керосина в течение 1,0-1,5 часа. В зону сжигания непрерывно подается окислитель - сжатый воздух. Зола оседает на дно, а дымовые газы с продуктами разложения (смолистые вещества, окись углерода) по противотоку подачи топлива проходят дожигание в верхней части печи. Температура в печи поддерживается около 80°С, а на выходе из камеры за счет дожигания она поднимается до 900°С и с этой температурой дымовые газы поступают в теплообменник труба в трубе, где температура понижается до 350-300°С, в металлотканевый фильтр, кожухоотрубный теплообменник, в лавсановый фильтр, в абсорбционную колонну и с помощью вентилятора выбрасывается в атмосферу. Зола и сажа выводятся на затаривание.

Недостатком способа является затраты времени на подготовительные работы - разогрев печи в течение 1-1,5 часа.

Радиоактивные отходы могут быть влажными, что не способствует их возгоранию и дожиганию дымовых газов, которые, минуя зону дожигания, могут поступать в систему газоочистки и забивать очистные фильтры. При этом тяга из печи становится недостаточной, образуются дымовые газы, мешающие процессу горения, процесс сжигания становится неэффективным, а атмосфера у печи опасной для обслуживающего персонала из-за наличия в атмосфере воздуха продуктов неэффективного сжигания радиоактивных отходов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ сжигания твердых радиоактивных отходов, включающий пересыпку радиоактивных отходов экзотермическим материалом перед их сжиганием (см. Патент Российской Федерации 2086023 по заявке 95119468/25 от 16.11.1995 г., опубл.27.07.1997 г., МПК 6 G 21 F 9/32 “Способ сжигания твердых радиоактивных отходов, включающих хлорсодержащие полимерные материалы и биологические объекты).

Согласно способу-прототипу радиоактивные отходы предварительно измельчают и послойно пересыпают порошкообразной экзотермической смесью, которая состоит из порошка магния 50-80 мас.%, калия азотнокислого 1-5 мас.%, масла индустриального 1-2 мас.%, порошка алюминий-магниевого сплава остальное.

Недостатком способа является то, что измельчение радиоактивных отходов: фильтровальных полотен, фильтров газоочистных систем, спецодежды, перчаток, обуви, ветоши, загрязненных ураном, представляет известную трудность и опасность с точки зрения воздействия на обслуживающий персонал радиоактивной пыли, имеющейся в вышеперечисленных радиоактивных отходах из-за загрязнений воздушной среды.

Кроме того, требуются трудозатраты на приготовление экзотермической смеси, включающей порошок магния, калия азотнокислого, масла индустриального и порошок алюминий-магниевого сплава.

Технической задачей является повышение производительности, эффективности сжигания радиоактивных отходов, повышение безопасности работы персонала за счет исключения загрязнения воздушной среды и утилизации циркониевых отходов, образующихся в процессе изготовления ТВЭЛ и ТВС.

Эта техническая задача решается тем, что в способе сжигания твердых радиоактивных отходов, включающем пересыпку радиоактивных отходов экзотермическим материалом и сжигание, согласно изобретению в качестве экзотермического материала используют отходы производства тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок в виде стружки и опилок сплава циркония, полученных после резки трубок в размер оболочек тепловыделяющих элементов, изготовления нижних решеток, дистанционирующих решеток и каналов направляющих для тепловыделяющих сборок, а пересыпку циркониевой стружкой и опилками радиоактивных отходов осуществляют небольшими порциями непосредственно перед загрузкой их на сжигание.

Другим отличием является то, что отношение циркониевой стружки и опилок к твердым радиоактивным отходам в весовых единицах составляет 0,1:(80-100).

Предложенный способ сжигания твердых радиоактивных отходов обеспечивает повышение производительности сжигания, так как не требуется предварительный прогрев печи сжигания в связи с тем, что стружки и опилки из циркония легко загораются (см. “Металлургия циркония”, перевод с английского, под редакцией Г.А. Меерсона и Ю.В. Гагаринского. М.: Издательство иностранной литературы, 1959 г., стр.405). При горении развиваются исключительно высокие температуры (см. там же), позволяющие эффективно сжигать твердые радиоактивные отходы без их измельчения, что позволит исключить трудозатраты на измельчение, исключить пылящую операцию и соответственно исключить загрязнение воздушной среды радиоактивной пылью и повысить безопасность работы персонала.

При использовании влажных твердых радиоактивных отходов интенсивность их горения возрастает за счет разложения воды на кислород и водород, выделения и сгорания водорода при работающей вытяжной системе.

Выделяющийся при горении кислород будет поддерживать горение влажных твердых радиоактивных отходов даже при сильном задымлении, т.е. в среде двуокиси углерода, что способствует эффективности сжигания последних.

Способ позволяет утилизировать циркониевые отходы методом их сжигания совместно с твердыми радиоактивными отходами, что повысит безопасность работы персонала с хранением циркониевых отходов.

На чертеже представлена установка для осуществления способа сжигания твердых радиоактивных отходов.

Установка содержит корпус 1 печи шахтного типа с узлом загрузки 2 твердых радиоактивных отходов, узлом выгрузки 3 золы, полыми колосниковыми поворотными решетками 4, 5 на разных уровнях с подачей окислителя, соплами 6 подачи топлива и взрывным клапаном 7, теплообменник 8, металлотканевый фильтр 9, кожухотрубный теплообменник 10, лавсановый фильтр 11, абсорбционную колонну 12 и вентилятор 13.

Способ сжигания твердых радиоактивных отходов осуществляют следующим образом. Радиоактивные твердые отходы в виде фильтровального полотна, фильтров газоочистных систем, загрязненной ураном спецодежды, обуви, ветоши и т.д. в бумажных или пластикатовых мешках непосредственно перед сжиганием пересыпают экзотермическим материалом в виде отходов производства - циркониевой стружкой и опилками, полученными при изготовлении ТВЭЛ и ТВС из расчета в вес. ед. 0,1 циркониевая стружка опилки : (80-100) радиоактивные отходы, и через узел 2 загрузки загружают в печь 1 шахтного типа на колосниковую решетку 4. Через сопла 6 в печь подается факел от горения керосино-воздушной смеси, отходы циркониевой стружки и опилок возгораются и развивается высокая температура. При этом присутствующая в радиоактивных отходах влага разлагается на водород и кислород, где кислород поддерживает горение, а водород сгорает и способствует сгоранию твердых радиоактивных отходов до зольного остатка, который выводится из печи через узел 3 выгрузки, а отходящие газы проходят систему газоочистки в теплообменнике 8, металлотканевом фильтре 9, кожухотрубном теплообменнике 10, лавсановом фильтре 11, абсорбционной колонне 12 и через вентилятор 13 выбрасываются в атмосферу.

Колосниковые поворотные решетки 4, 5 периодически поворачиваются, и несгоревшие радиоактивные отходы падают с колосниковой поворотной решетки 4 на колосниковую поворотную решетку, 5 где дожигаются до зольного остатка, который с колосниковой поворотной решетки 5 падает на дно в узел 3 выгрузки. Для безопасности работы предусмотрен и аварийный сброс газов из печи 1 через взрывной клапан 7.

Изобретение относится к области переработки твердых радиоактивных отходов методом сжигания. Сущность изобретения: способ сжигания твердых радиоактивных отходов, включающий пересыпку радиоактивных отходов экзотермическим материалом и сжигание. В качестве экзотермического материала используют отходы производства тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок в виде стружки и опилок сплава циркония, полученных после резки трубок в размер оболочек тепловыделяющих элементов, изготовления нижних решеток, дистанционирующих решеток и каналов направляющих для тепловыделяющих сборок. Пересыпку циркониевой стружкой и опилками радиоактивных отходов осуществляют небольшими порциями непосредственно перед загрузкой их на сжигание. Преимущества способа заключаются в том, что он позволяет повысить производительность, эффективность сжигания и исключить загрязнение окружающей среды в процессе переработки. 1. з.п. ф-лы. 1 ил.

1. Способ сжигания твердых радиоактивных отходов, включающий пересыпку радиоактивных отходов экзотермическим материалом и сжигание, отличающийся тем, что в качестве экзотермического материала используют отходы производства тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок в виде стружки и опилок сплава циркония, полученных после резки трубок в размер оболочек тепловыделяющих элементов, изготовления нижних решеток, дистанционирующих решеток и каналов направляющих для тепловыделяющих сборок, а пересыпку циркониевой стружкой и опилками радиоактивных отходов осуществляют небольшими порциями непосредственно перед загрузкой их на сжигание.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение циркониевой стружки и опилок к твердым радиоактивным отходам в весовых единицах составляет 0,1:(80-100).