Способ регенерации зернистых насыпных фильтров

 

Изобретение относится к приготовлению топлива для ядерных реакторов с использованием солевых расплавов и решает ' задачу очистки газов, содержащих солевые возгоны. Целью изобретения является повышение степени очистки отходящих газовИзобретение относится к ядерной энер^ гетике. преимущественно к приготовлению ядерного топлива с использованием солевых расплавов хлоридов металлов, и может быть исп'|^ь:зовано при очистке отходящих газов от солевых возгонов.Цепыо;^ изобретения яоляется повышение CTeneHv» очистки отходящих газов и сокращение количества радиоактивных отходов с одновременным сохранением большой длительности фильтроцикла. путем сохранения автофильтрационных СВ011СТВ отложений солевцх возгонов в. зернистой насадке..Для получения требуемого эффекта увеличения длительности фильтроцикла с одновременным сохранением высокой степении сокращение количества радиоактивных отходов с одновременным сохранением большой длительности фильтроцикла путем сохранения автофильтрационных свойств отложений возгонов в зернистой насадке. Цель достигается тем. что производят оди- HOMHbie встряхивания зернистой насадки с отложениями солевых возгонов с амплитудой, не превышающей диаметра наибольших зерен, и с определенной длительностью активной части встряхивания, вызывающей соответствующее механическое напряжение 6 фильтре. Способ регенерации обеспечивает сочетание требуемой высокой степени очи-; стки больше УУ% с необходимой длительностью фильтроцикла Юсуток и более, при зтом количество образующихся радиоактивных отходов уменьшено по сравнению С известным способом. 5 табл.. 3 ил.очистки отходящих газов (выполнение этих двух условий ведет к сокращению количества радиоактивных отходов) важно правильно подобрать параметры механического встряхивания. Само наличие операции одиночного встряхивания позволяет разрушить за счет сил. возникающих при ускорении^ спекшиеся куски (кусок) в объеме фильтрующего элемента насыпного фильтра^ которые формируются в процессе фильтрации аэрозолей с частично спекающимися солевыми возгонами и представляют собой конгломерат, в котором зерна насадки сцеплены между собой отложениями солевь1х возгонов, ia пространства между зернами насадки заполнены солевыми возгонами. Отложение солевых возгонов между эер>&1ами на-S •fe^^Lел о^эJ^

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э G 21 F 9/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,. (46) 30.0>.91. Бюл. V 20 (21) 4683399/25 (22) 25.04.89 (72) Р.К. Газизов, В.Ф. Быстрых, А.Ф. Сирот,.: кин и!О.Ф. Овсянников ,/ (53) 621.039.7(088.8) (56) Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. M.: Химия, 1973, с. 236.

Ужов В.Н., Мягков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами. M.: Химия, .1970, с. 269-271. (54) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ЗЕРНИСТЫХ

НАСЫПНЫХ ФИЛЬТРОВ (57) Изобретение относится к приготовлению топлива для ядерных реакторов с использованием солевых расплавов и решает задачу очистки газов, содержащих солевыв воэгоны. Целью изобретения является повышение степени очистки отходящих газов

Изобретение относится к ядерной энергетике, преимущественно к приготовлению ядерного топлива с использованием солевых расилавов хлоридов металлов, и может быть использовано при очистке отходящих газов от СОлевых воэгонов.

Целью, изобретения является повыше- ние степей очистки отходящих газов и сокращение количества радиоактивных отходов с одновременным сохранением большой длительности фильтроцикла, путем сохранения автофильтрационных свойств отложений солевых возгонов в зернистой насадке.

Для получения требуемого эффекта увеличения длительности фильтроцикла с одновременным сохранением высокой степени Ж 1597003 А1 и сокращение количества радиоактивных отходов с одновременным сохранением большой длительности фильтроцикла путем сохранения автофильтрационных свойств отложений возгонов в зернистой насадке.

Цель достигается тем, что производят одиночные встряхивания зернистой насадки с отложениями солевых возгонов с амплитудой, не превышающей диаметра маибольших зерен, и с определенной длительностью активной части встряхивания, вызывающей соответствующее механическое напряжение в фильтре. Способ регенерации обеспечивает сочетание требуемой высокой степени очи- стки больше 994 с необходимой длительно- стью фильтроцикла 10суток и более, при этом 3 . количество образующихся радиоактивных отходов уменьшено по сравнению с известным

cfloc06oM. 5 табл., 3 ил.

1 очистки отходящих газов (выполнейие этих двух условий ведет к сокращению количества радиоактивных отходов) важно правильно подобрать параметры механического встряхивания. Само наличке операции одиночного встряхивания позволяет разрушить за счет сил, возникающих при ускорении, спекшиеся куски (кусок) в обьеме фильтрующего элемента насыпного фильтра, которые формируются в процессе фильтрации аЭро- }

-волей с частично спекающимися солевыми возгонами и представляют собой конгломерат, в котором зерна насадки сцеплены между собой отложениями солевых воэгонов, а пространства между зернами насадки. заполнены солевыми воэгонами. Отложеwe солевых.возгонов между зернами ма1597003 садки существенно улучшает качество очи- стки отходящих газов, так как через эти осевшие солевые возгоны (оновь сформировавшиеся зерна отложений солевых оозгоноо) газ дополнительно фильтруется (тэк называемый автофильтрационный эффект).

По мере фильтрации и заполнения пространства между зернами возгонами возрастает степень очистки газа и при этом увеличивается сопротивление насыпного фильтра.

Разрушение спекшихся кусков должно быть таким, чтобы ликвидировать сцепление между значительным большинством зе- рен насадки, и при этом из взаимное пространсгвенное расположение после разрушения должно быть изменено очень незначительно. Такое встряхивание исключает перемешивание слоев зерен, перетирание зерен насадки и зерен, вновь сформированных из отложений солевых возгонов, и, таким образом, сохраняет автофильтрационные свойства отложений солевых возгонов.

Требуемый эффект получают, когда производятт одиночные встряхивания зернистой насадки с отложениями солеоых воэгонов с амплитудой, не превышающей диаметра наибольших зерен насадки. Дело в том, что с ростом амплитуды встряхивания возрастает перемешивание разрушаемого спека, и при амплитудах, превышающих диаметр наибольших зерен насадки. это перемешиоание начинает заметно ухудшать качество очистки отходящих газов.

Вторым важным параметром встряхивания является длительность активной части встряхивания (далее просто длительность встряхивания), Длительность встряхивания при заданной ее амплитуде определяет ускорение и, таким образом, силы(равные произведению массы спекшегося куска на его ускорение) инерции, возникающие при встряхивании.

Длительность встряхивания должна быть достаточной для создания требуемой величины ускорения, но не преоыша»ощей значений, при которых в регенерируемой зернистой. насадке начинают перетираться зерна насадки,.а также раэрфоаться и перетиратьса вновь сформированные зерна отложений солевых возгоноо. Излишнее разрушение и перетирание зерен, сопровождающееся образованием мелкой пыли, несущей радионуклиды, уничтожает автофильтрационный эффект и ухудшает степень очистки газа. Требуемый эффект получают, когда при заданной амплитуде подбирают такую длительность встряхивания (а следовательно и ускорения), при которой механические напряжения в зернистой насадке превышают предел механической прочности на сжатие спекэ солевых отложений с зернистой насадкой, но не более чем в 3 раза.

Достижение сочетания высокой степени очистки отходящих газов и требуемой длительности фильтроциклэ ведет к сокращению количества радиоактивных отходов, 10 так как по сравнению с прототипом резко падает нагрузка по солевым возгонам на последующую. степень очистки, продлевая ее длительность фильтроцикла до замены, и следовательно уменьшая количество рэдиоактивных отходов

Способ реализуется с помощью встряхиваемого насыпного фильтра.

На графиках фиг, 1 — 3 изображены заСн

20 висимости коэффициентов очистки К= —, Сь .

1 Сн

К = — отходящих газов от параметров

Ск встряхивания (где К вЂ” значение коэффициента очистки в любой момент времени филь25.трации; К вЂ” значение коэффициента очистки в момент времени после встряхивания; С»» — концентрация солевых воэгонов в газах перед фильтрацией, гlм ; C» — концен3. трааия солевых оозгонов в газах после фильтрации, г/мз). 1 ,",ависимость К от амплитуды встряхис ванил А (А=, где с — абсолютное значе 1э ние амплитуды встряхивания, м; Og

35. диаметр наибольших зерен насадки, м) показана на фиг. 1.

График изменения К в условиях, когда

А=0,5, а длительность встряхивания обеспечивает механическое напряжение в насадке

Рн (1 5 3) 0сж$пл (где Рн — механическое напряжение, создаваемое в насадке, н; осжпредел механической прочности спека на сжатие, H/ì; $лл — суммарная площадь вза2, имодействия стержней фильтрующего элемента с зернистой насадкой, м ) показан на фиг. 2.

График изменения К в условиях, когда

А=0,5, а длительность встряхивания обес50 печивает механическое напряжение в зернистой насадке Рн осж $лл показан на фиг. З,а. График изменения К в условиях. когда

А=0,5. э длительность встряхивания обеспечивает механическое напряжение в насадке P„) Зсгсж$нл показан на фиг; З,б.

Способ реализуют с помощью встряхиваемого известного насыпного фильтра, Зернистая насадка представляет собой фарфоровую крошку со средним диаметром

159 у003 наибольших зерен 6 мм, Масса зернистой насадки в одной емкости равнялась 1 кг (всего 3 кг).

При забивании фильтра солевыми возгонами подают сигнал на исполнительный механизм от датчика перепада давления или от реле времени, и кратковременный импульс тока подают на обмотку электромагнита, якорь которого связан с фильтрующим элементом посредством подвески, Фильтрующему элементу придают ускоренное (ударное) движение вверх.

Процесс встряхивания можно условно расчленить на две стадии. На первой. активной, части встряхивания фильтрующий элемент ускоренно движется вверх — на этой стадии зернистая насадка с солевым осадком неподвижна относительно емкостей и закрепленных в ней стержней. Первая стадия встряхивания заканчивается резкой остановкой фильтрующего элемента в верхней положении (зернистая насадка в ней продолжает движения вверх по инерции). На второй стадии встряхивания зернистая насадка с солевым осадком продолжает по инерции движение вверх внутри емкостей (емкости заполнены на 8095 Д и имеют свободное пространство для движения) и при этом сталкиваются со стержнями. При сталкивании происходит разрушение спекшихся частично слоев зернистой насадки. В следующий момент фильтрующий элемент, зернистая насадка возвращаются вниз в начальное положение.

Длительность активной части встряхиввния при О< д S1 (А= —.) должно удовС бз летворять следующим соотношениям:

%x 3 л < Рн 30сж Знд (1) где сгсж — предел прочности на сжатие спека зернистой насадки с солевыми воэгонами, н/м;

Осж= (0.4-0,5) 10 н/м ;

Зпл — суммарная площадь взаимодействия стержней фильтрующего элемента с зернистой насадкой, м;

Япл =5 10 м (2)

Рн= mH (a-g), где. Рн — сила взаимодействия спека зернистой насадки со стержнями, Н;, . а — требуемое ускорение при встряхивам нии, - с

g — ускорение свободного падения; вн — масса зернистой насадки с возгонами, кг, ан=1 кг.

При условии па тояцной результирующей силы тяги подвески вверх длительность активной части встряхивания t определяется известной формулой

5 /2 с (3) а где с=А дз= 0.5 0,006- 3 .10 м.

Суммируя (1), (2), (3) получим требуемый интервал значений длительности активной части встряхивания

4 g т п1н П1н ()

Подставляя численные значения обоз20 наченных величин получим 0,009 t (с) <

< 0,015.

Испытания способа проведены при очистке хлорсодержащих отходящих газов, включающих 2-3 г/м хлоридов натрия. цезия, з

25 железа, алюминия, магния, кремния, нйкеля, хрома, альфа-радиоактивные нуклиды.

Расход отходящих газов составлял 0,3 — 0,4 м /ч, скорость отходящих газов в живом сечении составляла 0,015 м/с. Пропуск альфа30 радиоактивных нуклидов через фильтр фиксировали на контрольном фильтре, установленном за насыпным фильтром, с помощью рэдиометрической установки.

Результаты испытаний приведены в табл.

35 1 — 4 и на графиках.

Табл. 1 и график фиг. 1 показывают, как меняется коэффициент очистки в зависимости от величины амплитуды встряхивания А, причем длительность встряхивания для этих

40 данных удовлетворяла соотношению (4).

При значениях А > 1 коэффициент очистки К значительно ухудшается, В процессе фильтрации в зернистой насадке накапливаются солевые возгоны, об45 разуя частично спекэющиеся слои, которые, в свою очередь, также фильтруют аэрозоль (эффект эвтофильтрации). Это приводит к тому, что в процессе фильтрации происходит рост коэффициента очистки,.а также и

50 сопротивления фильтра. Двойные числа в табл. 2-4 показывают соответственно начальные (в момент времени. после встряхивания) и конечные (в момент времени перед встряхиванием) значения коэффициентов

55 очистки и сопротивлений в интервале времени, указанном в первом столбце таблиц.

Встряхивание производили по истечении каждых суток фильтрации. Таким образом, графики изменения коэффициента очистки

1597003

Таблица 1

Зависимость коэффициента очистки (К ) и сопротивления насыпного фильтра от амплитуды встряхивания А (и сопротивления фильтра) представляют собой пилообразные кривые.

В табл. 2 показано изменение коэффициента очистки и сопротивления фильтра с течением времени, а на графике фиг. 2— изменение коэффициента очистки при встряхивании с амплитудой А=0,5 и длитель-. ностью от 0,009 до 0,015 с, т.е. выполнялось соотношение сх З..<Р„азо, Я..

Из табл. 2 и графика фиг. 2 видно, что в данном интервале создаваемых механических напряжений в частично спекающихся слоях зернистой насадки при встряхивании сохраняются автофильтрационные свойства фильтрующих слоев насыпного фильтра и коэффициент очистки высокий.

В табл. 3 показано изменение-коэффициента очистки и сопротивления фильтра с течением времени, а. на графике фиг. 3,а-изменение коэффициента очистки при встряхивании с амплитудой А=0,5 и длительностью t > 0.015 с, т.е. при этом Рл< (7сжЗлл и условия {1) — (4) не выполняются. Для реге-. нерации фильтра таких механических напряжений недостаточно — фильтр забивается.

В табл. 4 показано изменение коэффициента очистки и сопротивления фильтра с течением времени, а на графике фиг. 3,6— изменение коэффициента очистки при встряхивании с амплитудой A=0,5 и длительностью активной части встряхивания t < 009 с, т.е.. при этом Рн > 3 cr,® Злд и условия (1) — {4) не выполнялись. Это приводило к ухудшению качества очистки отходящих газов.

В табл. 5 приведено сравнение основных показателей для известного и предло, женного способов.

Сравнительные данные получены путем испытаний и опытных проверок фильтров одинаковой производительности (м /ч) и скорости фильтрации {м /м ч) газов.

5 Из сравнения показателей видно, что предложенный способ регенерации зернистых насыпных фильтров обеспечивает сочетание требуемой высокой степени очистки больше 99 { с необходимой дли10 тельностью фильтроцикла (10 сут. и более), при этом количеством образующихся радиоактивных отходов уменьшено по сравнению с известным решением.

При регенерации встряхиванием в дру15 гих режимах длительности и амплитуды данного эффекта не наблюдается (см. табл. 1-4).

Формула изобретения

Способ регенерации зернистых насып20 ных фильтров после фильтрации аэрозолей с частично спекающимися солевыми Bosloнами, включающий встряхивание, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения степени очистки отходящих газов и сокра25 Щения количества радиоактивных отходов с одновременным сохранением большой длительности фильтроцикла путем сохранения автофильтрационных свойств отложений возгонов в зернистой насадке, производят

30 одиночные встряхивания зернистой насадки с отложениями солевых возгонов с амп. литудой, не превышающей диаметра наибольших зерен насадки и с такой длительностью активной части встряхивания, 35 при которой механические напряжения в зернистой насадке превышают, но не более чем в 3 раза, предел механической прочности на сжатие спека солевых отложений с зернистой насадкой.

1597003

Таблица 2

Коэффициент очистки (К) и сопротивление насыпного фильтра.

А = 0,5. 0.009 < t (с) < 0.0! 5

Таблица 3

Коэффициент очистки и сопротивления насыпного фильтра.

А-05, t>0015c

Таблица 4

Коэффициент очистки и сопротивления насыпного фильтра, А = 0,5. т < 0.009 с

Длительность. ак- К = Сн/С» т и в ной части вст яхивания, с

8ремя от начала фильтрации, сут

Сопротивление фильтра, Па

0-1

1-2

2-3

3-4

4-5, 5-6

6- 7

7 8

8-9

9-10

0,008

0,008

0,008

0,008

0,008

0.007

0.007

0,007

0,007

0,007

35-170

50-270

55-280

25-235

45-285

30-205

35 — 105

40-80

30 — 45

25-30

50 — 1910 . 65-2060

75-2080

85-2060

100-2080

115 †20

115-2050

120-2070

135-2080

145 †20

145

1597003

12

Таблица 5

0,5 ?,О Х5 2,0 2,5 ЛО

Апцлип7уУа, A = сиз

ФиеХ

1597003

Ю б 7 8 У Ю

t, qrm

ФигЗ

Редактор Н.Коляда

Заказ 2561 Тираж 276 Подписное

ВНИИПО Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 10 1

Ф ма гао

< e

<а

Ф .У б 7 8 У 10

Фиг.2 щ

Составитель С.Кондратенко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Ф.Обручар