Устройство для плавления радиоактивного зольного остатка

 

Изобретение относится к области переработки твердых радиоактивных отходов и предназначено для перевода радиоактивных зольных остатков в монолитное состояние. Устройство содержит кожух печи, снабженный крышкой, состоящей из горизонтальной и наклонной частей с внутренним углом между ними 140 - 170^o. Внутри кожуха печи расположен опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы. В боковой стенке кожуха печи выполнено загрузочное отверстие, расположенное выше верхнего уровня опрокидывающегося пода. В наклонной части крышки кожуха печи вблизи боковой стенки кожуха печи расположен газоход для отвода отходящих газов. На горизонтальной и наклонной частях крышки кожуха печи перпендикулярно их плоскостям расположены плазменные горелки. В донной части кожуха печи расположен канал для слива расплава. Технический результат - упрощение конструкции, снижение энергоемкости, повышение безопасности работы устройства. 1 ил.

Заявляемое устройство относится к области переработки твердых радиоактивных отходов (ТРО). Наиболее эффективно заявляемое устройство может быть использовано при переработке золы сожженных ТРО с целью ее перевода в монолитное состояние, пригодное для долгосрочного хранения.

Известно устройство для плавления радиоактивных отходов, включающее камеру сложной конфигурации, в которой установлены две плазменные горелки, а также контейнер для сбора расплавленного материала. Одна из горелок предназначена для плавления самих отходов, а другая для обеспечения беспрепятственного слива образующегося расплава в контейнер.

Недостатками известного устройства являются повышенная сложность конструкции, связанная с размещением контейнера для приема расплава отходов внутри герметично закрытой камеры, а также невысокая производительность из-за периодического режима работы устройства.

Известна также печь для плавления радиоактивных отходов, включающая направляющую цилиндрическую шахту, через которую происходит загрузка радиоактивных отходов, корпус печи с водоохлаждаемым подом, покрытым теплоизолирующим материалом, поднимаемые или опускаемые плазменные горелки для плавления отходов, размещенные перпендикулярно поверхности расплава, две плазменные горелки, обеспечивающие слив расплава в приемное устройство, само приемное устройство, а также газоход для отвода отходящих газов.

Недостатками известного устройства являются повышенная сложность конструкции, повышенная энергоемкость, связанная с наличием дополнительных плазменных горелок, обеспечивающих слив расплава радиоактивных отходов, а также пониженная надежность и безопасность работы печи, связанная с наличием подвижных плазменных горелок, предназначенных для плавления радиоактивных отходов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для плавления радиоактивных отходов, включающее кожух печи с каналом для слива расплава, направляющую цилиндрическую шахту для загрузки радиоактивных отходов, нижняя расширенная часть которой стыкуется с кожухом печи, плазменные горелки, вмонтированные в стенку расширенной части печи под углом к горизонтальной плоскости, опрокидывающийся водоохлаждаемый под V-образной несимметричной формы, а также газоотводной канал.

Недостатками известного устройства являются: повышенная сложность устройства, связанная с тем, что опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы имеет в своем составе водоохлаждающую рубашку; повышенная энергоемкость устройства, обусловленная наличием у опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы водоохлаждаемой рубашки, а также близким взаиморасположением плазменных горелок, газоотводного канала и вертикальной загрузочной шахты, в результате чего будут иметь место заметные тепловые потери, связанные с нагревом воды и теплоуносом через газоотводной канал и вертикальную загрузочную шахту; повышенная опасность работы устройства для обслуживающего персонала, связанная с тем, что под V-образной несимметричной формы, выполнен водоохлаждаемым, вследствие чего в нем постоянно будет присутствовать некоторое количество отходов в виде гарнисажного слоя, чья самопроизвольная выгрузка из-за застывания расплава будет невозможна. Опасность работы устройства в этом случае будет выражаться в повышенном радиационном фоне, создаваемом неразгружаемой частью радиоактивных отходов; повышенная опасность работы устройства, связанная с наличием водоохлаждаемой рубашки у опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы, так как любая разгерметизация водоохлаждаемой рубашки приведет к тепловому взрыву и выбросу расплава в вертикальную загрузочную шахту и газоотводной канал; повышенная опасность работы устройства для обслуживающего персонала и окружающей среды, связанная с близким взаиморасположением плазменных горелок, газоотводного канала и вертикальной загрузочной шахты, в результате чего будет иметь место повышенный унос радиоактивных механических и аэрозольных частиц вместе с отходящими газами из зоны плавления через газоотводной канал и вертикальную загрузочную шахту.

Преимуществами заявляемого устройства для плавления радиоактивного зольного остатка являются упрощение его конструкции, понижение энергоемкости, а также повышение безопасности его работы для обслуживающего персонала и окружающей среды.

Указанные преимущества обеспечиваются за счет того, что заявляемое устройство содержит кожух печи с каналом для слива расплава, расположенным в донной части кожуха печи, опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы, размещенный внутри кожуха печи, загрузочное отверстие, расположенное в верхней части правой боковой стенки кожуха печи выше верхнего уровня опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы, отверстие для подачи окислителя, расположенное в нижней части левой боковой стенки кожуха печи ниже нижнего уровня опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы, крышку кожуха печи, состоящую из горизонтальной и наклонной частей, причем внутренний угол между горизонтальной и наклонной частями составляет не менее 140^o и не более 170^o, не менее двух плазменных горелок, размещенных на горизонтальной и наклонной частях крышки кожуха печи перпендикулярно их плоскостям по продольной оси опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы, и газоход для отвода отходящих газов, расположенный в наклонной части крышки кожуха печи вплотную с правой боковой стенкой кожуха печи.

Сущность устройства для плавления радиоактивного зольного остатка иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства в разрезе в варианте с двумя плазменными горелками.

Устройство для плавления радиоактивного зольного остатка состоит из кожуха печи 1, горизонтальной части крышки кожуха печи 2, наклонной части крышки кожуха печи 3, плазменной горелки 4, плазменной горелки 5, топливных вставок 6, газохода для отвода отходящих газов 7, левой боковой стенки кожуха печи 8, загрузочного отверстия 9, загрузочного механизма 10, отверстия для подачи окислителя 11, правой боковой стенки кожуха печи 12, опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13, донной части кожуха печи 14 и канала для слива расплава 15.

Устройство работает следующим образом.

Непосредственно перед загрузкой радиоактивного зольного остатка включают плазменную горелку 4 и плазменную горелку 5 и разогревают все устройство до температуры 650-700^oC. Затем в топливные вставки 6 подают окислитель (воздух или кислород) и топливо таким образом, чтобы соблюдалось стехиометрическое соотношение топлива и окислителя, (учитывая также кислород, содержащийся в плазмообразующем воздухе), и разогревают устройство до температуры 1550-1600^oC, при которой и осуществляют процесс переработки радиоактивного зольного остатка. После достижения этой температуры подачу окислителя в топливные вставки 6 уменьшают на некоторую величину, и равное этой величине количество окислителя подают в отверстие для подачи окислителя 11. Окислитель, проходя путь от отверстия для подачи окислителя 11 до зоны горения над опрокидывающимся подом V-образной несимметричной формы 13 и далее до газохода для отвода отходящих газов 7 выполняет дополнительно еще две функции: во-первых, охлаждая металлический кожух опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы, 13 предохраняет его от разрушения под воздействием высокой температуры; во-вторых, переносит тепло из нижней части устройства в зону плавления, что способствует уменьшению тепловых потерь.

Кроме того, взаиморасположение плазменной горелки 4, плазменной горелки 5, газохода для отвода отходящих газов 7 и загрузочного отверстия 9 также обеспечивают снижение тепловых потерь за счет уменьшения теплоуноса.

Все вышеуказанное упрощает конструкцию и понижает энергоемкость устройства.

Опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы 13 имеет два рабочих положения - крайнее верхнее (горизонтальное) или исходное положение для плавления радиоактивного зольного остатка и крайнее нижнее положение для проведения слива расплава.

Перерабатываемый радиоактивный зольный остаток загружают непосредственно в опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы 13, находящийся в исходном положении, загрузочным механизмом 10 через загрузочное отверстие 9.

Для проведения слива опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы 13 поворачивают в крайнее нижнее положение и расплав зольного остатка через канал для слива расплава 15 сливают в контейнер для приема радиоактивных отходов.

После опорожнения опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы 13 возвращают в исходное горизонтальное положение.

Газы, образующиеся в процессе переработки радиоактивного зольного остатка, через газоход для отвода отходящих газов 7 поступают в систему газоочистки и далее на выброс в атмосферу.

Плазменная горелки 4 и плазменная горелка 5 установлены на крышке кожуха печи 1 таким образом, что факел плазменной горелки 4 перпендикулярен верхнему уровню опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13, находящегося в исходном положении, а факел плазменной горелки 5 перпендикулярен верхнему уровню опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13, находящегося в крайнем нижнем положении, причем обе плазменные горелки расположены в плоскости, продольной оси опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13.

Если внутренний угол между горизонтальной частью крышки кожуха печи 2 и наклонной частью крышки кожуха печи 3 будет выходить за пределы интервала 140^o - 170^o или же размещение плазменной горелки 4 или плазменной горелки 5 будет иное, то эффекта полного опорожнения опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13 достичь будет невозможно, т.к. в первом случае прогрев опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13 будет недостаточным, а во втором - неравномерным.

Отходящие газы от плазменной горелки 4 по пути до газохода для отвода отходящих газов 7 проходят зону действия плазменной горелки 5, где происходит их дожигание, что дополнительно понижает энергоемкость устройства за счет использования дополнительного тепла, выделяющегося при их сгорании. Механические и аэрозольные частицы, увлекаемые отходящими газами, также проходят зону действия плазменной горелки 5, где происходит их дожигание, оплавление и, вследствие увеличившейся плотности, оседание в опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы 13, что повышает безопасность работы устройства за счет снижения уноса в систему газоочистки.

Кроме того, указанное расположение плазменной горелки 4 и плазменной горелки 5 обеспечивает максимальную теплоотдачу от плазменных факелов к расплаву, а следовательно, и более эффективный его обогрев в обоих рабочих положениях опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13 и, как следствие этого, максимально полный слив расплава радиоактивного зольного остатка. Тем самым повышается безопасность работы устройства за счет предотвращения накопления неразгружаемой части расплава радиоактивного зольного остатка.

В вариантах конструкции заявляемого устройства с количеством плазменных горелок более двух обеспечивается достижение всех вышеуказанных преимуществ без опасности возникновения аварийных ситуаций.

Испытания подтвердили наличие вышеназванных преимуществ заявляемого устройства по сравнению с прототипом, а также показали, что его производительность выше, чем у устройства согласно прототипу в 1,5-2,0 раза.

Формула изобретения

Устройство для плавления радиоактивного зольного остатка, включающее кожух печи, имеющий в своем составе загрузочное отверстие, газоход для отвода отходящих газов, канал для слива расплава, расположенный в донной части кожуха печи, и имеющее в своем составе не менее двух плазменных горелок с топливными вставками и опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы, расположенный внутри кожуха печи, отличающееся тем, что кожух печи дополнительно имеет крышку, состоящую из горизонтальной и наклонной частей, причем внутренний угол между горизонтальной и наклонной частями крышки составляет не менее 140^o и не более 170^o, и отверстие для подачи окислителя, расположенное в нижней части левой боковой стенки кожуха печи ниже нижнего уровня опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы, загрузочное отверстие расположено в левой боковой стенке кожуха печи выше верхнего уровня опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы, газоход для отвода отходящих газов расположен в наклонной части крышки кожуха печи вплотную с правой боковой стенкой кожуха печи, а плазменные горелки расположены на горизонтальной и наклонной частях крышки кожуха печи перпендикулярно их плоскостям.

РИСУНКИ

Рисунок 1