Способ утилизации органосодержащих твердых отходов, загрязненных радиоактивными компонентами

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов. Способ утилизации органосодержащих твердых отходов, загрязненных радиоактивными компонентами, включает термическое разложение без доступа кислорода органических компонентов отходов в камере термического разложения, сжигание образующихся запыленных газов пиролиза с образованием дымовых газов, снижение температуры газов в теплообменнике и очистку дымовых газов в системе пылеочистки. Кроме того, он включает очистку от пыли и промывку образующихся дымовых газов жидкостью. При этом образующийся в камере термического разложения при пиролизе отходов коксовый остаток сжигают с использованием воздуха на колосниковой решетке, расположенной под камерой термического разложения, образовавшуюся золу выгружают в герметичную емкость. Технический результат заключается в возможности получения тепловой энергии при сжигании радиоактивных отходов. 1 ил.

 

Изобретение относится к области утилизации органосодержащих отходов, загрязненных радиоактивными компонентами (спецодежда, фильтры и т.д.), образующихся в ходе технологических процессов.

Известен способ утилизации твердых отходов, загрязненных радиоактивными компонентами, включающий сжигание отходов в шахтной печи, содержащей горелочное устройство с подводом избыточного количества воздуха [1].

Недостатком данного способа является то, что, поскольку сжигание отходов производится за счет работы горелочного устройства с избытком воздуха и подачей дымовых газов на слой материала, весь технологический процесс проходит под избыточным давлением, в результате чего существует возможность неконтролируемого выхода радиоактивных материалов в атмосферу.

Другим недостатком данного способа является отсутствие устройств, предотвращающих возможность попадания в атмосферу радиоактивных компонентов при загрузочно-разгрузочных операциях, а также несоответствие конструктивного исполнения отдельных узлов требованиям ядерной безопасности.

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, является способ утилизации органосодержащих твердых радиоактивных отходов, загрязненных радиоактивными компонентами, включающий термическое разложение без доступа кислорода - пиролиз органических компонентов отходов в камере термического разложения, сжигание образующихся запыленных газов пиролиза с образованием дымовых газов, снижение температуры дымовых газов в теплообменнике и очистку дымовых газов в системе пылеочистки, включающей очистку от пыли и промывку образующихся дымовых газов жидкостью [2].

Данный способ предусматривает швелевание (пиролиз) при температуре 450-600°С, сжигание при температуре 1000-1200°С образующихся швельгазов с недостатком воздуха, пропускание образовавшихся дымовых газов через реакционную зону, заполненную угольной засыпкой, охлаждение швельгаза в теплообменнике, очистку его от пыли и использование его в качестве источника энергии для поддержания процесса, объединение выделенной из швельгаза радиоактивной пыли и коксового остатка из реактора пиролиза и их сбор в специальную емкость для последующего хранения. Этот способ обеспечивает уменьшение объема отходов в 10 раз.

В результате анализа данного способа можно отметить ряд его недостатков, один из которых заключается в том, что он не предотвращает попадания в атмосферу радиоактивных компонентов при загрузочно-разгрузочных операциях и при нештатном повышении давления в системе, осуществляющей этот способ. В последнем случае это связано с тем, что вся система постоянно находится под разрежением, создаваемым вентилятором, и поэтому существует возможность засасывания в систему (в частности, в реактор-пиролизер) воздуха, который в смеси с швельгазом образует взрывоопасную смесь. Возгорание такой смеси (хлопок) приводит к кратковременному повышению давления в системе, вследствие чего возможем выброс в окружающую среду радиоактивных компонентов через воздухозаборные каналы, поскольку они не оснащены соответствующими средствами защиты.

Другим недостатком данного способа является отсутствие операции и соответствующих устройств для дожига до золы органической составляющей коксозольного остатка, выводимого из реактора-пиролизера. Количество коксозольного остатка при пиролизе отходов указанного состава (древесина, текстиль, резина и т.п.) составляет примерно 30% от исходной массы отходов. При этом масса зольного остатка, в котором сосредотачивается основное количество радиоактивных компонентов, составляет только 8-10%.

Недостатком способа является также то, что сжигание швельгаза с недостатком воздуха приводит к образованию повышенного количества сажи, которая в виде шлама улавливается в газопромывателе и далее выводится на захоронение, что также увеличивает объем отходов, подлежащих цементации.

К недостатку способа можно также отнести отсутствие устройств для докисления обязательно присутствующих в дымовых газах остатков горючих компонентов, например СО и сажи.

Задачей данного изобретения является такая утилизация отходов, загрязненных радиоактивными компонентами, которая исключает возможность попадания этих компонентов в атмосферу, позволяет использовать с пользой энергию, полученную в результате утилизации теплового потенциала органической части отходов, а также позволяет снизить объем отходов, подлежащих захоронению.

Поставленная задача решается тем, что в способе утилизации органосодержащих твердых отходов, загрязненных радиоактивными компонентами, включающем термическое разложение без доступа воздуха (пиролиз) органических компонентов отходов в камере термического разложения, сжигание образующихся запыленных газов пиролиза с образованием дымовых газов, снижение температуры дымовых газов в теплообменнике и очистку дымовых газов в системе пылеочистки, включающей сухую очистку от пыли и промывку образующихся дымовых газов и их промывку жидкостью; коксовый остаток, образующийся в камере термического разложения при пиролизе, сжигают с использованием воздуха на колосниковой решетке, расположенной под камерой термического разложения, образовавшуюся золу выгружают в герметичную емкость, газы пиролиза смешивают с воздухом и сжигают в топке, дымовые газы пропускают через картридж каталитического дожигателя, а затем направляют в теплообменник, далее дымовые газы направляют в систему пылеочистки, где очищают в циклоне, а затем промывают жидкостью в скруббере, уловленный в скруббере шлам направляют на повторный пиролиз в камеру термического разложения, очищенные дымовые газы через дымосос выбрасывают в атмосферу, все операции, включая загрузку отходов и выгрузку промежуточных продуктов через боксы, осуществляют под разрежением, создаваемым дымососом, расположенным на выходе из установки, воздухозабор осуществляют через воздухозаборные каналы, оснащенные фильтрами с обратными клапанами.

Перечисленные выше признаки в данном способе являются существенными, так как они достаточны для того, чтобы отличить данный способ утилизации органосодержащих твердых отходов, загрязненных радиоактивными отходами от всех известных аналогичных способов утилизации органосодержащих твердых отходов, и при наличии указанных признаков добиваемся получения положительного эффекта, а именно: исключение попадания загрязненных радиоактивных компонентов в атмосферу при их утилизации, использование с пользой энергии, полученной в результате утилизации теплового потенциала органической части отходов, а также снижение объема отходов, подлежащих захоронению.

Термическое разложение (пиролиз) отходов в бескислородной атмосфере позволяет перевести основную массу содержащей в отходах органики в газообразное состояние, концентрируя тем самым основное количество радиоактивных компонентов в твердом остатке. Дожигание коксового остатка позволяет сконцентрировать в золе более 80% исходных радиоактивных отходов и уменьшает объем золы, подлежащей захоронению.

Комплексная пылеочистка позволяет обеспечить остаточную радиоактивность дымовых газов в пределах диапазона допустимых значений, а повторный пиролиз шлама также позволяет сконцентрировать основную часть радиоактивности в золе.

Исключается возможность выхода радиоактивных компонентов в ходе технологического процесса за счет работы всей технологической цепочки под разрежением, создаваемым дымососом, расположенным на выходе из установки, а также за счет применения во всех воздухозаборных каналах фильтров с обратными клапанами. Снижение температуры дымовых газов в теплообменнике позволяет получить тепловую энергию в виде горячей воды или воздуха, и тем самым использовать тепловой потенциал органических отходов.

На чертеже представлена схема установки, реализующей данный способ.

Установка содержит термореактор 1, состоящий из обогревательной камеры 2 с размещенной в ней камерой 3 термического разложения, которая снабжена загрузочным устройством 4, устройством 5 для выгрузки коксозольного остатка и каналом 6 для вывода газообразных продуктов термического разложения, каталитический дожигатель 7, теплообменник 8, систему 9 газоочистки, дымосос 10, дымовую трубу 11. В обогревательную камеру 2 также входит газораспределительное устройство 12, вертикальная циклонная топка 13, имеющая горелку 14, и колосниковая решетка 15. Узлы загрузки отходов и выгрузки золы и шлама снабжены боксами 16, 17 и 18. Все воздухозаборные каналы установки оснащены фильтрами 19 с обратными клапанами. В конструкции установки соблюдены требования ядерной безопасности в части объемов и размеров ее элементов.

Установка, реализующая данный способ, работает следующим образом.

Твердые отходы сначала размещают в боксе 16, находящемся под разрежением, а затем перемещают в загрузочное устройство 4. Далее их направляют в камеру 3 термического разложения, представляющую собой металлическую реторту, обогреваемую снаружи дымовыми газами, образующимися от сжигания внешнего топлива в горелке 14. Отходы нагревают до конечной температуры 650-700°С без доступа кислорода. В процессе нагрева происходит их термическое разложение (пиролиз), в результате которого образуется примерно 60-70% газообразных горючих газов и 30-40% коксозольного остатка.

Газообразные продукты пиролиза за счет тяги дымососа 10 через канал 6 поступают в топку 13. В топке они смешиваются с необходимым количеством воздуха, в результате чего происходит их сжигание. Образовавшиеся дымовые газы за счет тяги дымососа 10 последовательно просасываются через картридж каталитического дожигателя 7, в котором происходит низкотемпературное доокисление остатков органических соединений, теплообменник 8, где осуществляется снижение температуры газов до уровня 150-120°С, и далее поступают в систему 9 пылеочистки. В системе пылеочистки осуществляется сначала очистка дымовых газов от пыли в «сухом» циклоне, а затем их промывают жидкостью в «мокром» скруббере.

Очищенные дымовые газы поступают в дымосос 10, через который они выбрасываются в атмосферу. Выгрузка уловленной пыли из циклона системы 9 производится по мере ее накопления в герметичную емкость через бокс 17, находящийся под разрежением. Утилизация этой пыли производится по специальной технологии. Сбор и выгрузка шлама из скруббера системы 9 производится через тот же бокс 17 в текстильные или пластиковые мешки. Загруженные в мешки шламы направляются снова в камеру 3 термического разложения. Образовавшийся в результате пиролиза коксозольный остаток по мере накопления в камере 3 выгружается через устройство выгрузки 5 на колосниковую решетку 15, под которую за счет тяги дымососа 10 поступает атмосферный воздух для сжигания этих остатков. Оставшаяся после сгорания неорганическая часть коксозольного остатка (зола) выводится из-под решетки 15 специальным транспортным устройством через бокс 18, находящийся под разрежением.

Выгрузка золы производится в герметичную емкость, а ее утилизация осуществляется по специальной технологии.

Пример конкретного выполнения.

Утилизирована партия отходов, содержащих радиоактивные компоненты следующего морфологического состава (мас.%): резина - 87%, ветошь - 10%, бумажные отходы+фильтры Петрянова+полиэтилен - 3%.

В качестве конечных продуктов процесса образовались дымовые газы, сухая зола и шлам.

Выход золы на исходное сырье - 4%, выход шлама - 0,5%.

Основные экологические показатели процесса.

Среднее содержание твердых взвешенных частиц в дымовых газах на выходе в атмосферу (после пылеочистки) - 6,34 мг/куб.м; среднесуточная α-активность - 0,08 Бк/куб.м, β-активность - 0,45 Бк/куб.м.

Среднее содержание радиоактивных компонентов в пыли из-под циклона «сухой» пылеочистки составляет 1,05-1,16 (мас.%), а в золе из-под колосниковой решетки - 15,9(мас.%).

Средняя радиоактивность загрязненной шламом жидкости в скруббере «мокрой» пылеочистки: α-активность - 900 Бк/куб.м, β-активность - 2350 Бк/куб.м.

По сравнению с запыленностью газа, α- и β-активности жидкости в скруббере значительно выше, что свидетельствует об эффективной очистке в нем газа от радиоактивных компонентов.

Таким образом, совокупность указанных выше существенных признаков в данном способе исключает попаданияе радиоактивных составляющих отходов в атмосферу за счет качественной их очистки, позволяет использовать с пользой энергию, полученную в результате утилизации теплового потенциала органической части отходов и позволяет снизить массу отходов, подлежащих захоронению.

Источники информации

1. Патент на полезную модель RU №22837 U1, F23G 5/08, 5/14, опубл. 20.12.2002.

2. Патент DE 3224054 A1, С21F 9/32, опубл. 29.12.1983.

Способ утилизации органосодержащих твердых отходов, загрязненных радиоактивными компонентами, включающий термическое разложение без доступа кислорода - пиролиз органических компонентов отходов в камере термического разложения, сжигание образующихся запыленных газов пиролиза с образованием дымовых газов, снижение температуры газов в теплообменнике и очистку дымовых газов в системе пылеочистки, включающей очистку от пыли и промывку образующихся дымовых газов жидкостью, отличающийся тем, что образующийся в камере термического разложения при пиролизе отходов коксовый остаток сжигают с использованием воздуха на колосниковой решетке, расположенной под камерой термического разложения, образовавшуюся золу выгружают в герметичную емкость, сжигают газы пиролиза в топке, где смешивают с воздухом, дымовые газы предварительно пропускают через картридж каталитического дожигателя, а затем направляют в теплообменник, далее, дымовые газы направляют в систему пылеочистки, где очищают в циклоне, а затем промывают жидкостью в скруббере, уловленный в скруббере шлам направляют на повторный пиролиз в камеру термического разложения, очищенные дымовые газы через дымосос выбрасывают в атмосферу, все операции, включая загрузку отходов и выгрузку промежуточных продуктов через боксы, осуществляют под разряжением, создаваемым дымососом, расположенным на выходе из установки, воздухозабор осуществляют через воздухозаборные каналы, оснащенные фильтрами с обратными клапанами.