Устройство для переработки твердых радиоактивных отходов Советский патент 1993 года по МПК G21F9/30 

ющий разгрузочную летку, размещенную в днище для слива расплава. Установка оснащена индуктором, размещенным вдоль внешней поверхности стенок печи, и устройством для обеспечения слива.

Недостатками известного устройства является повышенная опасность работы устройства из-за высокой интенсивности уноса радионуклидов с отходящими газами в аэрозольном и летучем состоянии, периодический режим работы устройства, низкий временной ресурс работы тигля.

Указанные недостатки обусловлены тем, что проходка для подвода окислителя расположена в верхней части устройства, в результате чаго подача окислителя осуществляется сверху вниз на поверхность обрабатываемых отходов, находящихся в объеме тигля, что приводит к образованию зоны горения на поверхности слоя в перерабатываемых радиоактивных отходов с интенсивным выносом в газовую фазу радионуклидов как в аэрозольном, так и в летучем состоя НИИ. Кроме того, размещение проходки для подвода окислителя над поверхностыо перерабатываемого материала приводит к тому, что окисление остаточного углерода в нижних слоях загруженных радиоактивных отходов происходит лишь при выгорании вышележащих слоев, что увеличивает время переработки радиоактивных отходов и приводит к периодичности процесса, так как загрузка следующей партии отходов будет возможна только после полной переработки предыдущей партии. Низкий ресурс времени работы тигля обусловлен интенсивностью коррозии материала тигля (электропроводной керамики типа C-Si С, G - А120з) при взаимодействии с высокотемпературным расплавом зольного остатка твердых радиоактивных отходов.

Целью изобретения является обеспечение безопасности работы устройства, повышение его производительности и экономичности.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для сжигания и плавления радиоактивных отходов дополнительно снабжено огнеупорной вертикальной шахТой, установленной между узлом загрузки и тиглем с индукционным нагревом таким образом, что в месте соединения шахты, и тигля отсутствуют зазору, причем подача окислителя осуществляется через проходки, расположенные в месте соединения огнеупорной шахты и тигля, а сам тигель выполнен водоохлаждаемым и состоит из набора вертикальных металлических немагнитных секций, изолированных другот друfS, и имеет сливную летку, расположенную

в боковой стенке тигля ниже плоскости индуктора.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Предлагаемое устройство для переработки твердых радиоактивных отходов включает в себя вертикально и последовательно установленные узел загрузки 1, шахту 2 с газоходом 3 в верхней части, проходки

0 4 и водоохлаждаемый тигель 5. Проходки 4 расположены в месте соединения шахты 2 и водоохлаждаемого тигля 5. Водоохлаждаемый тигель 5, состоящий из изолированных друг от друга немагнитных металлических

5 секций, охватывается индуктором 6 и имеет сливную летку 7, расположенную ниже уровня индуктора 6. Сливная летка 7 снабжена стопором 8 летки. Позицией 9 обозначены твердые радиоактивные отходы.

0 Устройство для переработкитвердых радиоактивных отходов работает следующим образом.

Перед началом проведения процесса переработки твердых радиоактивных отхо5 ДОС в водоохлаждаемый тигель 5 для его запуска подают предварительно подготовленный зольный остаток, включающий в себя окислы кремния, кальция и натрия, и металлическую стружку. К индуктору 6 подводят охлаждающую воду и подают напряжение от генератора частотой 1,76 мГц (на чертеже не показан). Производят стартовый нагрев зольного остатка до снижения его удельного электрического сопротивления и

5 образования ванны расплава. Через узел загрузки 1 в шахту 2 непрерывно загружают твердые радиоактивные отходы 9. С помощью вытяжного вентилятора или дымососа (на чертеже не показаны),

0 установленного вне устройства, в шахте 2 создают разрежение примерно 200 Па. В проходки 4 подают воздух, предварительно нагретый в воздухоподогревателе (на чертеже не показан). При выходе печи настацио5 нарный режим работы твердые радиоактивные отходы 9 через узел загрузки 1 поступают в верхнюю часть шахты 2. В ходе термической переработки твердые радиоактивные отходы 9 под действием силы

0 тяжести двигаются навстречу потоку отходящих газов, удаляемых из шахты 2 через газохо,3 на дожигание и очистку. В верхней части шахты 2 происходит удаление сврбодной влаги из твердых радиоактивных отхо5 доа 9 под действием продуктов разложения и горения, поступающих из нижней зоны шахты 2. Далее высушенные твердые радиоактивные отходы 9 поступают в средние зоны шахты 2, где при 400-800С происходит их термическое и химическое разложение

под действием газообразных продуктов окисления, поступающих из нижних зон шахты 2, с образованием смеси зольного остатка, коксового остатка и газообразных продуктов химического разложения. Радионуклиды и аэрозоли, содержащиеся а газообразных продуктах окисления, поступают из нижних слоев шахты 2 и поглощаются слоем перерабатываемых тэтходов за счет Новерхностной молекулярной адсорбции и хемосорбции на окислах кремния, алюминия и коксовом остатке и в химически связанном виде вновь поступают в нижние слои шахты 2. Коксовый остаток смеси, поступая к основанию шахты 2. сгорает при взаимодействии с предварительно нагретым воздухом, поступающим через проходки А. За счет регулирования расхода и температуры воздуха в слое отходов нижней зоны шахты 2 поддерживается температура ниже температуры оплавления зольного остатка- 1000°С. что препятствует шлакованию зольного остатка выше уровня ввода подогретого воздуха через проходки 4 и способствует сохранению газонепроницаемости в слое отходов и непрерывному поступлению негорючего компонента на поверхность расплава, находящегося в тигле 5. Зольный остаток, попадая ча яоверхность расплава в тигле 5. нагревается до температуры плавления, при этом его удельное электрическое сопротивление уменьшается и он сам начинает нагреваться за счет взаимодействия с электромагнитным полем индуктора б до 1400-1 , при котором происходит его полное расплавление. Радионуклиды, улетучивающиеся с поверхности расплава при плавлении зольного остатка, вступают в реакцию минералообра зования при твердофазных реакциях с образованием тугоплавких соединений в нагретом слое зольного остатка, непрерывно поступающего из зоны горения шахты 2, В результате взаимодействия радионуклидов, содержащихся в отходящих газах, достигается снижение уноса радионуклидов и их концентрирование в получаемом расплаве, находящемся в обьеметигляб и выпускаемом через летку 7 при открывании стопора 8 в приемный контейнер. Изготовленные из немагнитного материала (нержавеющая сталь, медь) водоохлаждаемые элементы тигля 5 защищены от коррозионно-активного высокотемпературного расплава постоянно возобновляющимся защитным гарнисажным слоем, образующимся на поверхности элементов тигля из материала золы и ее расплава, что обеспечивает повышенный ресурс работы тигля за счет его защиты этим слоем от коррозии.

В случае использования тигля, выполненного из электропроводной керамики (СSI С. С-А120з), образование указанного защитного слоя не происходит, следствием чего является повышенная коррозия материалов тигля. Кроме того, расположение проходок для подвода окислителя в месте соединения шахты 2 с водоохлаждаемым тиглем 5 увеличивает дополнительное время ресурса работы тигля 5 за счет того, что, обеспечивая полное озоление перераоатываемых твердых радиоактивных отходов 9, не допускает попадания в объем тигля 5 недоозоленной их части.

5 Наличие в объеме водоохлаждаемсго тигля 5 недоозоленной части радиоактивных отходов 9 вместе с золой и расплавом препятствует процессу образования защитного гарнисажного слоя.

0 Таким образом, предлагаемое расположение проходок для подвода окислителя повышает ресурс работы водоохлаждаемого тигля 5 по сравнению с тем. если бы указанные проходки в случае использования водо5 охлаждаемо го тигля 5 были бы расположены так. как в прототипу. Наличие равномерно расположенных проходок 4 для подвода окислителя вызвано необходимостью обеспечения полного озоления горючей части

0 радиоактивных отходов 9 и их равномерного перемещения сверху вниз, из шахты 2 в объем водоохлаждаемого тигля 5 по всему сечению шахты 2.

В качестве тигля использовался водоох5 лаждаемый тигель с изолированными секциями, выполненными из стали 12Х18Н10Т. мощность генератора 60 кВт при частоте 1.76мГц.

Обработке подвергались твердые радиоактивные отходы, содержащие в качестве горючих компонентов смесь бумаги, резины и древесины с исходной влажностью 20%, и негорючих компонентов - стекло, строительный мусор.

5 При переработке отходов проводился отбор проб аэрозолей в отходящих газах методом внешней фильтрации для определения удельной активности аэрозолей. Процент уноса радионуклидов в известном

О устройстве 5-10%. в устройстве 1-2%. Таким образом, применение изобретения для переработки твердых радиоактивных отходов позволяет уменьшить унос радионуклидов в 4-5 раз.

5 Временной ресурс работы известного устройства 60 ч. после чего тигель из карбидокремния приходит в негодность.

Временной ресурс работы предлагаемого устройства, но с водоохлаждаемым тиглем из немагнитного материала (сталь

Изобретение относится к атомной технике. Целью изобретения является обеспечение безопасности процесса за счет снижения степени уноса радионуклидов.повышение производительности процесса и ресурса работы. Цель достигается использованием устройства, которое позволяет подвергнуть отходы термическому разложению в шахте, где слой перерабатываемых отходов под действием силы тяжести двигается навстречу потоку отходящих газов. Для снижения степени'коррозии материала тигля при плавлении зольного остатка в. месте соединения шихты и тигля расположены не менее чем четыре канала, установленнь1е равномерно по периметру устройства для подачи окислителя в основание шахты, а сам тигель выполнен водоохлаждаемым. Изобретение позволяет снизить унос радионуклидов в 4-5 раз, временной ресурс увеличивается с 60 до 110ч. 1 ил.Изобретение относится к атомной технике, а именно к устройствам для переработки твердых радиоактивных отходов среднего и низкого уровня активности, и может быть использовано для термической переработки твердых радиоактивных отходов с переводом продуктов переработки в монолитное, пригодное для дли.тельнош ' хранения состояние..Известна шахтная плазменная печь для термической переработки радиоактивных отходов, содержащая вертикально и последовательно установленные узлы загрузки отходов, tuaxTy с зонами сушки, пиролиза, сжигания, узел шлакообразования и расположенные в зоне сжигания устройства подвода окислителя и плазменный генератор,Недостатком данной шахтной печи яв^ ляется высокий унос радионуклидов в газо- образнст и аэрозольном состоянии.Указанный недостаток обусловлен тем, что в с'уществующей конструкции печи для плавления зольного остатка применяется плазменный генератор, использование которого приводит к плавлению негорючей составляющей отходов на поверхности перерабатываемого материала, с которой происходит интенсивный унос радионуклидов.Известно также устройство, включающее печь, имеющую стенки, изготовленные из неметаллического материала, верхний конец которых закрыт газонепроницаемой крышкой, снабженной загрузочным устройством. Газонепроницаемая крышка имеет п{зоходки для подвода окислителя и отвода отходящих газов. Нижний конец стенок опирается на донную плиту, имеющую разгрузочную проходку. Внутрь печи помещен тигель из электропроводной керамики, име-слс1СЛаVI