Установка для дезактивации жидких радиоактивных отходов

 

Изобретение относится к устройствам для обработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО). Устройство для дезактивации содержит камеру обработки ЖРО, помещенную в защитный корпус. Камера для обработки имеет перфорированные стенки и заполнена полимерным полиэлектролитным гидрогелем, в среде которого размещена перфорированная емкость-фильтр. Емкость-фильтр соединена магистралью с емкостью для слива очищенной воды. Камера обработки дополнительно снабжена электродами для создания электрического поля, излучателями акустических и инфракрасных волн, а также теплообменником. В качестве излучателей акустических волн преимущественно используют излучатели ультразвуковых волн, а в качестве электродов используют стенку камеры и стенку перфорированной емкости-фильтра. В верхней части корпуса расположен патрубок с перфорированными насадками для распыления ЖРО на камеру обработки ЖРО. Полость камеры обработки и полость корпуса соединены с вакуум-установкой. Технический результат заключается в повышении производительности процесса, снижении энергопотребления, упрощении процесса обработки в целом. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к физико-технологическим процессам переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и касается конструкцией установок для дезактивации этих технологических отходов.

Известны направления развития технических средств для дезактивации ЖРО, наиболее представительным из которых является установка, содержащая камеру для обработки ЖРО, оснащенную фильтром и емкостью для сбора очищенной жидкости [1].

Существенным и очевидным недостатком этой установки является высокое энергопотребление при низкой удельной производительности ввиду принципиально непроизводительной схемы взаимодействия рабочих узлов, не имеющих средств для точной селективной обработки ЖРО, что не позволяет направлять воздействие только на концентрируемый объем ЖРО в общем объеме жидкости и требует повторения циклов для постепенного снижения концентрации радиоактивных материалов, что не позволяет использовать установку в промышленном объеме и обработке различных по концентрации ЖРО.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является установка для дезактивации ЖРО, содержащая корпус, в котором расположена камера для обработки ЖРО, имеющая перфорированные стенки, в камере размещены электроды для создания электрического поля, имеется магистраль, соединяющая камеру с емкостью для очищенной жидкости [2].

При определенных положительных характеристиках данная установка обладает и существенным недостатком, который заключается в низкой удельной производительности электрического поля в организации процесса коагуляции радиоактивных веществ, при значительном расходе материала электродов, при низком КПД использования рабочего объема камеры обработки ЖРО и требовании применения дополнительных камер обработки отработанных электродов и ЖРО флоккулянтами и сорбентами, что повышает стоимость процесса дезактивации ЖРО и снижает технологическую культуру производства обработки отходов.

Технический результат изобретения заключается в повышении производительности процесса дезактивации ЖРО, снижении удельного энергопотребления при одновременном повышении удельной производительности, упрощении всего процесса обработки ЖРО и повышении технологической культуры дезактивации отходов.

Указанный результат достигается в установке для дезактивации ЖРО, содержащей корпус, в котором расположена камера для обработки ЖРО, имеющая перфорированные стенки, в камере размещены электроды для создания электрического поля, а емкость камеры соединена магистралью с емкостью для сбора очищенной жидкости, при этом установка снабжена перфорированной емкостью-фильтром, излучателями акустических волн, излучателями инфракрасных световых волн и теплообменником, камера для обработки ЖРО заполнена полимерным полиэлектролитным гидрогелем, емкость-фильтр расположена в среде этого гидрогеля и соединена магистралью с емкостью сбора очищенной жидкости, а полость камеры обработки ЖРО соединена с вакуум-установкой.

При этом в качестве излучателей акустических волн используют излучатели ультразвуковых волн, а в качестве электродов для излучения электрического поля используют стенку камеры обработки ЖРО и стенку перфорированной емкости-фильтра.

На чертеже изображена установка для дезактивации ЖРО в общем виде с сечением по вертикальной плоскости по оси симметрии.

Установка для дезактивации ЖРО содержит корпус 1 с размещенной в нем камерой 2 обработки ЖРО. Установка оснащена контейнером 3 для приема и упаковки РАО, емкостью 4 для слива очищенной жидкости и емкостью 5 для приема выделяющегося газа при ведении процесса. Камера 2 снабжена емкостью-фильтром 6, расположенной в ее полости и соединенной магистралью 7 с емкостью 4. Емкость-фильтр 6 размещена в среде полимерного полиэлектролитного гидрогеля 8, которым заполняют пространство между стенками камеры 2 и стенками емкости-фильтра 6. Это вещество (ППГ) участвует активно в работе агрегатов установки, определяя ее эффективность и производительность. Для этих же целей предназначены расположенные в полости корпуса и направленные на камеру 2 излучатели 9 акустических колебаний в ультразвуковом диапазоне волн, излучатели света в инфракрасном диапазоне волн 10. Установка имеет токоподвод 11 для подачи энергии на излучатели электрического поля, в качестве которых использована стенка камеры 2 и стенка емкости-фильтра 6. Между стенками в обрабатываемом объеме (полости) камеры 2 создают электрическое поле напряженностью 0,001-0,0001 А/м².

Установка снабжена теплообменником 12 в виде циркуляционной трубы для подачи текучего хладагента (например, продукта испарения твердой углекислоты, продуваемой воздухом).

Полость камеры и корпуса соединена отводным патрубком 13 с вакуум-установкой (на чертеже не показана) и емкостью 5 газа.

Нижний бункер установки, соединенный с контейнером 3 и предназначенный для накопления твердого остатка (осадка), имеет нагревательный элемента 14 на своем днище для подсушки осадка и его сброса в контейнер 3 за счет оснащения днища бункера обкладками акустического излучателя 9 указанного выше типа (УЗК).

Для мобильности загрузки и выгрузки вещества (ППГ) 8 в камеру 2 корпус 1 имеет откидную стенку 15 с замком 16, при этом камера 2 размещена на рельсовом ходу 17.

Верхняя часть корпуса оснащена патрубками 18 с перфорированными насадками типа душевного распылителя для дождевания поверхности перфорированной камеры 2 и подачи к емкости-фильтру очищенной жидкости.

Описанная установка для дезактивации ЖРО работает следующим образом.

В полость камеры обработки 2 загружают полимерный полиэлектролитный гидрогель (ППГ) 8 так, чтобы емкость-фильтр 6 была размещена в среде этого ППГ 8. Для технологического удобства ППГ 8 может быть засыпан в коаксиальный рукав и рукав надет на корпус емкости-фильтра 6 (вариант заправки камеры ППГелем). Для удобства заполнения камеры 2 емкостью-фильтром 6 и ППГ 8 одна стенка (со стороны стенки 15) камеры 2 выполнена откидной на шарнире.

После закрытия и уплотнения стенки 15 и проверки вытяжной системы емкости 5 включают подачу ЖРО по патрубкам 18 и световое излучение источников ИК 10; дождеванием равномерно подают ЖРО на перфорированную стенку камеры 2, что обеспечивает равномерную подачу этой жидкости в ее полость на материал ППГ 8, при насыщении ППГ 8 (что отслеживают по весу поданного ЖРО и известному весу загрузки ППГ 8, насыщение при 1:50-1:100, где 1 - вес ППГ 8) включают излучатели 9 акустических колебаний и теплообменник 12. Колебания накладывают на обрабатываемый объем ЖРО в диапазоне 25-45 кГц, а температуру в полости корпуса и камеры 2 поддерживают от 0 до 10^oC, что интенсифицирует процесс разделения ЖРО на воду и радиоактивные отходы, при этом взвешивание частицы РАО оседают в бункер, где подвергаются локальному площадному нагреву для снижения содержания влаги в осадке и отводятся при подаче на стенку бункера колебаний от излучателей 9 в контейнер 3 для дальнейшей обработки, например, методом остеклования и захоронения в могильнике.

Растворенные РАО накапливаются на поверхности ППГ 8 при обработке ЖРО акустическими колебаниями и электрическим полем напряженностью 0,001-0,0001 А/м² при поддержании температуры в кольцевом зазоре между корпусом 1 и стенкой камеры 2 в пределах 0-10^oC (за счет работы теплообменника 12, расположенного у стенки корпуса 1, в виде магистрали для циркуляции хладагента).

При протекании процесса дезактивации за счет использования электрического поля и использования тепловой обработки осадка и градиента температур от днища до вытяжного патрубка 13 в верхней части полости (под куполом) образуется аэрозольная взвесь, содержащая в себе пары и аэрозольные частицы РАО. Для дезактивации этих восходящих возгонок используют излучение ИК 10, которым активно конденсируют аэрозоль и направляют мелкокапельную фазу вниз на корпус камеры обработки 2 ЖРО, замыкая все фазы на обработку (жидкую фазу, пары от возгонки, аэрозольную фазу).

По мере дождевания камеры и ее загрузки ППГ 8 последний заполняет весь объем камеры 2, накапливая на своей периферии ( и только на своей периферии, ввиду существующего и вновь открытого заявителем свойства ППГ и ЖРО при наложении на них всего комплекса указанных физических факторов-воздействий процесса дезактивации) растворенные РАО, и при полном заполнении набухающим от очищаемой жидкости ППГ 8 объема камеры 2 за процессом насыщения поверхностью ППГ 8 радионуклидами следят по прибором КИП (на чертеже, как очевидное приборное оснащение, не показаны). Во время всего процесса из полости емкости-фильтра 6 по магистрали 7 отводят очищенную воду в емкость ее приема 4, из которой очищенную воду используют для охлаждения в контуре ЯППУ, или сливают, как экологически безопасную, контролируя содержание радионуклидов до норм ПДК.

При насыщении оболочки ППГ 8 и сетки стенки камеры 2, выполняющей совместно с оболочкой ППГ 8 функции накапливающего электрода, после сброса осадка и отвода воды из емкости-фильтра производят выгрузку камеры 2 откаткой по рельсам 17 камеры 2 с загрузкой и емкостью-фильтром, торцевую стенку камеры открывают и производят выгрузку ППГ 8, его периферийную часть удаляют (роботом-манипулятором) для упаковки, отстеклования и захоронения (слой около 1 см), остальную часть ППГ отправляют в камеру 2 и используют повторно.

Таким образом, разработанная конструкция установки является прогрессивной, мобильной и перспективной для технологического использования в процессах дезактивации, как сокращающая время процесса не менее чем на порядок, снижающая энергозатраты в 4-6 раз при полной автономности и автоматизации процесса дезактивации ЖРО, что позволяет использовать установку на транспортном средстве и как штатное оборудование регионов накопления жидких РАО.

Формула изобретения

1. Установка для дезактивации жидких радиоактивных отходов, содержащая корпус, в котором расположена камера для обработки, имеющая перфорированные стенки, электроды для создания электрического поля, полость камеры соединена с емкостью для слива очищенной воды, отличающаяся тем, что она снабжена перфорированной емкостью-фильтром, размещенной в камере, снабжена также излучателями акустических волн, излучателями инфракрасных световых волн и теплообменником, при этом камера для обработки жидких радиоактивных отходов заполнена полимерным полиэлектролитным гидрогелем, а перфорированная емкость-фильтр расположена в среде этого гидрогеля, а также соединена магистралью с емкостью для слива очищенной воды, в верхней части корпуса расположен патрубок, оснащенный перфорированными насадками для распыления жидких радиоактивных отходов на поверхность камеры обработки, а полость камеры обработки и полость корпуса соединены с вакуум-установкой посредством патрубка.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве излучателей акустических волн используют излучатели ультразвуковых волн, а в качестве электродов для излучения электрического поля используют стенку камеры и стенку перфорированной емкости-фильтра.

РИСУНКИ

Рисунок 1