Способ переработки радиоактивных отходов

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Моссэ Альфред Львович Ложечник Александр Васильевич Савчин Василий Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ переработки радиоактивных отходов, включающий подачу их в камеру сжигания плазменной шахтной печи, сжигание отходов, вывод из камеры шлакового расплава, зольного остатка и газообразных продуктов горения и дожигание отходящих газов,отличающийся тем, что при подаче в камеру сжигания к радиоактивным отходам добавляют стеклообразующий материал в количестве 150-300 г на 1 кг отходов, сжигание осуществляют при температуре плазменного потока на выходе из сопла плазмотрона 45005500 К, температуру в зоне контакта отходов с плазменной струей поддерживают 20002800 К, а дожигание отходящих газов осуществляют при 1350-1550 К. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве стеклообразующего используют датолитовый борсодержащий материал. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно в камеру подают воздух. 12933 1 2010.02.28 Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов среднего и низкого уровня активности, образующихся при эксплуатации атомных электрических станций, объектов ядерной промышленности, с использованием плазменных шахтных печей и может найти применение при переработке радиоактивных отходов экологически чистыми методами. Известно, что при эксплуатации предприятий атомной энергетики, при ликвидации последствий аварий, при проведении научно-исследовательских работ образуются большие объемы твердых и жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности. Радиоактивные отходы наряду с другими вредными веществами представляют наибольшую опасность, когда они рассеяны в окружающей среде или попадают в живые организмы. Степень вреда зависит от уровня радиоактивности. Среди твердых радиоактивных отходов особое место занимают органические отходы, т.к. их хранение представляет повышенную опасность в связи с возможностью биологического разложения и самовозгорания. При сжигании таких отходов обычными методами получается зольный остаток, требующий дополнительной обработки для перевода его в форму, пригодную для захоронения. При наличии большого пылеуноса вместе с отходящими газами в атмосферу поступает большое количество радиоактивных элементов в виде радиоактивных аэрозолей. Основными промышленными методами уменьшения объемов твердых горючих и негорючих радиоактивных отходов являются соответственно сжигание и прессование, а жидких неорганических радиоактивных отходов - выпаривание. Получаемые в результате этих процессов продукты - зола, брикеты, соли - не гарантируют надежной локализации радионуклидов из-за неудовлетворительных физико-химических характеристик. Известен способ переработки радиоактивных отходов в термической плазме 1. Известный способ включает сушку и кальцинирование диспергируемых отходов в потоке газа теплоносителя, смешение их со стеклообразующими материалами, нагрев, оплавление и последующее введение полученной смеси в контейнеры, предназначенные для последующего захоронения. Операцию нагрева и оплавления стеклообразующего материала ведут в потоке низкотемпературной плазмы, организованном в плазмохимическом реакторе, в который в зоне оплавления стеклообразующего материала вводят кальцинированный осадок в количестве 0,2-1,0 кг на 1 кг стеклообразующего материала. Недостатком этого способа является необходимость предварительной подготовки отходов - их диспергирование (размол). Для этого требуется дополнительное оборудование дробилка. Кроме того, предварительный размол отходов необходимо проводить до определенного размера, обеспечивающего необходимую обработку отходов в плазменном реакторе. Наиболее близким аналогом по технической сущности является способ переработки радиоактивных отходов по заявке на изобретение РФ 2. В указанном способе предварительно упакованные отходы с автоматизированного склада подают в плазменную шахтную печь с помощью герметичного конвейера с обеспечением регулирования процесса загрузки, производят сжигание отходов с окислением коксового остатка, вывод из печи шлакового расплава, зольного остатка и пирогаза (отходящих дымовых газов). Дожигание отходящих дымовых газов осуществляют при температуре 1200-1350 С в камере сжигания при подаче воздуха, далее в испарительном теплообменнике происходит резкое охлаждение отходящих газов до температуры 200-250 С, с последующей механической и абсорбционной очисткой. Недостатками этого способа являются необходимость предварительной сортировки и пакетирования перерабатываемых отходов необходимость поддержания высокой температуры для плавления зольного остатка. Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса переработки радиоактивных отходов, в том числе несортированных, твердых кусковых и 2 12933 1 2010.02.28 непакетируемых отходов, а также обеспечение экологически необходимой степени очистки отходящих газов. Задача решается следующим образом. Известный способ переработки радиоактивных отходов включает подачу их в камеру сжигания плазменной шахтной печи, сжигание отходов, вывод из камеры шлакового расплава, зольного остатка и газообразных продуктов горения и дожигание отходящих газов. Согласно предлагаемому способу, в состав радиоактивных отходов предварительно добавляют стеклообразующий материал в количестве 150-300 г на 1 кг отходов, что обеспечивает получение остеклованного шлака. Переработку отходов осуществляют при температуре плазменного потока на выходе из сопла плазмотрона 4500-5500 К, температуру в зоне контакта перерабатываемых отходов с плазменной струей поддерживают равной 2000-2800 К, а дожигание отходящих дымовых газов осуществляют при температуре 1350-1550 К. Кроме того, в качестве стеклообразующего материала используют датолитовый борсодержащий материал. В случае большой загруженности печи для более полного сжигания отходов осуществляют подачу дополнительного воздуха в камеру. На фигуре показан общий вид устройства для реализации предлагаемого способа. Способ переработки радиоактивных отходов осуществляется следующим образом. Отходы в виде кусков или упакованные в пакеты, без предварительной подготовки, из герметично закрывающейся после загрузки шлюзовой камеры 4 через шахту 5 поступают в камеру сжигания 1, где происходит процесс нагрева и сжигания отходов. При загрузке отходов добавляют стеклообразующий материал в количестве, рассчитанном на массу отходов. При застревании отходов и необходимости их лучшего продвижения внизу шахты 5 подвижно установлена наклонная колосниковая решетка 6, совершающая поступательно-колебательные движения с помощью электродвигателя 7, подключенного к решетке 6 посредством кулачкового передаточного механизма (на фигуре не показан). Также через колосниковую решетку 6, в случае большой загруженности печи, с помощью компрессора(на фигуре не показан) для более полного сжигания отходов подается дополнительный воздух. В камере сжигания 1 установлена дверь 2 с встроенными электродуговыми плазмотронами 3 постоянного тока. Характеристики плазмотронов 3 следующие мощность 50 кВт каждый, суммарная мощность 100 кВт, расход плазмообразующего газа - воздуха 10-12 м 3/ч, при среднемассовой температуре плазменного потока на выходе из сопла 45005500 К, создается температура в зоне контакта перерабатываемых отходов с плазменной струей 2000-2800 К. Это обеспечивает их полное термическое уничтожение, а также получение газообразных и конденсированных продуктов полного разложения. Образующиеся зола или шлаковый расплав периодически удаляются из печи с помощью поворотной решетки 8. Поворот решетки 8 производится с помощью электродвигателя (на фигуре не показан) для выгрузки смеси шлакового расплава, зольного остатка и стеклообразующей смеси в контейнер 9. Отходящие газы, образующиеся в камере сжигания 1, поступают через шахту 5 и газоход 12 в камеру дожигания 10, где дожигаются с помощью дополнительного плазмотрона 11, и дожигание отходящих дымовых газов происходит при температуре 1350-1550 К. Далее, проходя рукавный фильтр 13, в котором улавливаются мелкие частицы сажи и других соединений, отходящие газы поступают в скруббер 14, в котором происходит очистка от кислотных газов, после чего отходящие газы поступают в ионообменный фильтр 15,который предназначен для очистки воздуха от токсичных газов и паров, щелочей и солей. Способ переработки радиоактивных отходов реализуется по двум режимам в зависимости от состава отходов - соотношения органической и неорганической части - и требований к технико-экономическим показателям технологического процесса режим сжигания при превалирующей доле органической составляющей отходов и недостатке кислорода в подаваемом воздухе для стабилизации горения электрической дуги в 3 12933 1 2010.02.28 плазмотроне в этом случае для полного сжигания газа пиролиза в камеру дожигания подают дополнительный воздух режим сжигания при превалирующей доле неорганической составляющей отходов и достаточном количестве кислорода в воздухе, подаваемом для стабилизации горения электрической дуги в плазмотроне в этом случае тепловой режим в камере печи обеспечивает плавление зольного остатка. При всех режимах работы установки, после выхода из камеры сжигания и шахты печи, отходящие газы поступают в камеру дожигания и затем в систему очистки мелкие частицы сажи и других соединений улавливаются в циклоне и рукавном фильтре, а кислотные газы отмываются в скруббере. Финишная очистка - экологическая очистка газов выполняется в ионообменном фильтре. Таким образом, предлагаемый способ переработки радиоактивных отходов, которые могут образовываться в процессе работы с радиоактивными веществами, например на атомных электростанциях, на заводах по обогащению уранового топлива, обеспечивает высокую эффективность процесса и обеспечение экологически необходимой степени очистки отходящих газов из шахтной печи и камеры дожигания. Источники информации 1. А.с. СССР 782568, МПК 21 9/16, 1980. 2. Заявка РФ на изобретение 2005135826, МПК 21 9/00, 2007 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4