Способ отверждения в контейнере зольного остатка от сжигания органических радиоактивных отходов и устройство для его осуществления

Способ отверждения в контейнере зольного остатка от сжигания органических радиоактивных отходов и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технологии переработки радиоактивных отходов и может быть .применено для отверждения мелкодисперсных радиоактивных и токсичных отходов в присутствии загрязненной воды или радиоактивной жидкости. Целью изобетения является повышение механической прочноаи и. химической стойкости отвержденного блока с одновременным уменьшением его объема в контейнере. Сущность изобретения заключается в смешении сухих компонентов с цементом и затвердевании смеси жидкостью посредством аэродинамического удара создаваемого избыточным давлением с одновременным ее уплотнением и уменьшением объема примерно в 2 раза. Полученный блок обладает повышенными механическими и химическими свойствами по фавнению с блоками, изготовленными по известным решениям. Изобретение позволяет снизить затраты на строительство хранилищ для радиоактивных отходов и повысить надежность защиты офужакнцей среды от проникновения в нее радиоактивных веществ. 2 с и 2 з.а ф-пы, 2ия

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО11ИАЛНСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ",К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4167053/25 (22) 22.12.86 (46) 30.10.93 Бюл. Ма 39 — 40 (72) Сыромятников В.Н.; Гусельцов Ю.Н„Флит В.Ю„

Мыслинский АЭ. (54) СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ В КОНТЕЙНЕРЕ

ЗОЛЬНОГО ОСТАТКА ОТ СЖИГАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технологии переработки радиоактивных отходов и может быть применено для отверждения мелкодисперсных радиоактивных и токсичных отходов в присутствии загрязненной воды или радиоактивной жидкости. Целью изобетения является повышение механической прочности и химической стойкости отвержденного п9) Я (iц 1435057 Al (51) 5 021 Г9 16 блока с одновременным уменьшением его объема в контейнере. Сущность изобретения заключается в смешении сухих компонентов с цементом и затвердевании смеси жидкостью посредством аэродинамического удара, создаваемого избыточным давлением с одновременным ее уплотнением и уменьшением объема примерно в 2 раза. Полученный блок обладает повышенными механическими и химическими свойствами по сравнению с блоками, изготовленными по известным решениям. Изобретение позволяет снизить затраты на строительство хранилищ для радиоактивных отходов и повысить надежность защиты окружающей среды от проникновения в нее радиоактивных веществ. 2 с и 2 зл. ф-пы,2 ил.

1435057

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к технологии переработки радиоактивных отходов. Наиболее эффективна изобретение может быть использовано для отверждения зольного остатка, образующегося при сжигании органических радиоактивных отходов, Целью изобретения является повышение мехaíè÷åñêoé прочности и химической стойкости отвержденнаго блока с одновременным уменьшением ега объема по сраанению с суммарным объемам исходных компонентов путем организации более однородной и плотной структуры блока, Новым в способе являются особенности осуществления операций в процессе отверждения отходов.

Смешение компонентов в сухом виде вибрацией в два этапа с использованием вибратранспортера и вибростола обеспечивает прлучение более гомогенизированной смеси, чем в известных способах смешения, при этом на первом этапе смешение осуществляют одновременно с транспортировкой смеси в контейнер, а на втором — в контейнере путем колебаний вибростала с эаданн ым ускорением, что обесяечивает одновременное уплотнение смеси в контейнере и формирование разветвленной равномерно ва всем объеме пористой структурыдля последующего эффективного затворения, чта отсутствует в известных способах.

При этом частоту и амплитуду выбирают из расчета по формуле

-pe а — ускорение; А —; v — частота вертикальных колебаний частицы смеси; ш- угловая скорость, Таким образом, надо, чтобы ускорения частиц смешиваемых компонентов не превышали ускорения свободного падения, рэвнога 9,8 м/с, поскольку превышение

2 приведет к состоянию кипящего (псевдоожиженного) слоя из частиц и к разрыхлению cvi8cM. Этому случаю соответствует коэффициент сокращения объема смеси Кс, равный отношению начального и конечного объемов смеси V,>

2 смесь уплотняется настолько, что в ней отсутствует развитая пористая структура и с-.ановится невозможным последующее затворение жидкостью. В этом случае Кс существенна больше единицы, Если же силы инерции превышают вибрационные силы, 50

Время воздействия перепада давления в пределах 0,5-3,0 с выбрано из расчета, чтобы скорость перепада давления, создающего аэродинамический удар, не была менее 0,3 кгс/см с, так как при меньших скоростях не достигаются эффективная пропитка и прессавание смеси, а скорость более 20 кгс/см с вызывает деформацию оборудования.

На фиг, 1 представлена принципиальная схема устройства-линии для осуществления способа; на фиг.2 — зависимость коэффициента сокращения объема смеси от вибрацианнога ускорения, смесь остается неподвижной и объем ее не изменяется, при этом Кс = 1.

Кроме того, вакуумирование контейнера, а не всей герметичной камеры большей по абьему, позволяет производить процесс откачки значительно быстрее, достигать более глубокого разрежения и проводить смену вакуума избыточным-давлением более интенсивно, что характерно для меньших

"0 объемов (при равных условиях герметичности) и отличает предлагаемый способ ат известного. Величина остаточного давления не менее 0,05 кгс/см обусловлена тем, что

2 ниже нее начинается интенсивное кипение и испарение затворигеля (при Т = 20 С вода закипает при давлении P = 0,04 кгс/clued), а не более 0,1 кгс/см тем, что не достигается эффективной пропитки смеси ввиду большого количества остаточного воздуха в ее

20 порах, Затворение смеси в контейнере жидкостью или ЖРО, а не цементным тестом приводит к более эффективной пропитке смеси, поскольку жидкость обладает большей текучестью, чем тесто. Резкая смена вакуума избыточным давлением от 0,1 до

10,0 кгс/см в контейнере со смесью и порцией затворяющей жидкости приводит не только к улучшению пропитки смеси загоня30 емой в ее поры жидкостью, но и одновременно к созданию аэродинамического удара, превращающего порцию жидкости над смесью в гидравлический поршень, пропитывающий и прессующий смесь. При этом

35 величина избыточного давления 0,1 кгс/см приводит к уменьшению объема отверждаемого блока по сравнению с суммарным объемом компонентов на 10%, а избыточное давление 10,0 кгс/см ограничено сверху прочностными характеристиками оборудования и уменьшает объем отверждаемога блока по сравнению с суммарным объемом составляющих блок компонентов более чем на 10% (т.е, более чем в 2 раза).

1435057

Устройство содержит герметическую камеру 1, в которой размещены бокс 2, выгрузки эолы из печи сжигания снабженный дозатором 3 золы, лоток 4 вибротранспортера с размещенным под ним выходным отверстием шнекового питателя 5, контейнер

6, вибростол 7, крышка 8 контейнера с пневмоприводом 9, снабженная штуцерами подвода эатворителя 10 и 11, сжатого воздуха

12 и создания вакуума 13, захватный механизм 14, Вне герметичной камеры размещены емкости для цемента 15 и затворителя 16 и 17, регулятор 18 шнекового пит ателя, расходомерные устройства 19 и 20 затворителя, вакуумный насос 21, фильтры грубой 22 и тонкой 23 очистки, вакуумметр 24, компрессор 25 с ресивером 26, регулятором 30 давления (вентилем) и манометром 27, вентили 28, 29 и 31, блок 32 управления процессом, Способ отверждения эольного остатка реализуется следующим образом. Цемент из емкости 15 шнековым питателем 5 и зола из бокса 2 выгрузки попадают на лоток 4 вибротранспортера. Дозатор 3 золы и регулятор 18 шнековаго питателя обеспечивают требуемую рецептуру смеси соотношений зола:цемент от 0,3 до 0,7 по массе. Затем приводят в действие вибротранспортер, на лотке 4 которого цемент и зола перемешиваются и транспортируются в контейнер 6 уже в виде смеси, После требуемого наполнения контейнера 6 смесью вибротранспортер и шнековый питатель 5 отключают, контейнер 6 перемещают захватным механизмом 14 на вибростол 7 и герметизируют крышкой 8 с помощью пневмопривода 9.

Вибростол 7 приводят в действие сускорением колебания от 0,98 до 9,8 м/см, смесь внутри контейнера 6 вибрируется в течение

2-4 мин, при этом осуществляется дальнейшая гомагенизация, уплотнение и создание разветвленной пористой структуры в смеси.

Вибростол 7 отключают, QTKpblBBloT вентиль

31, включают вакуумный насос 21 и через гибкий трубопровод. соединенный со штуцерам 13, вакуумируют объем контейнера 6 до остаточного давления от 0,05 до 0,1 кгс/см, контролируемого с помощью вакуумметра 24, При этом откачиваемый из контейнера воздух проходит последовательную очистку от радиоактивных аэрозолей в фильтрах грубой 22 и тонкой 23 очистки и через вакуумный насос 21 выбрасывается в линию технологической вентиляции (на схеме не показана). Затем вентиль

31 перекрывают, отключают вакуумный насос 21 и открывают один иэ вентилей 28 или

19, направляя в контейнер 6 через гибкие трубопроводы, соединенные со штуцерами

10 и 11, иэ емкости 16 или 17 парциса воды или жидких радиоактивных отходов, дозируя ее расходамерными устройствами 19 или 20 в отношении затваритоль:цемент QT

0.4 до 0,8 по массе. Одновременно со сливом затворителя включают компрессор 25 и создают в ресивере 26 избыточное давление от 0,1 до 10 кгс/см, контролируемое с помощью манометра 27, после чего перекрывают вентиль 28 или 29 и на времл 0,53,0 с открывают вентиль 30, направлял в контейнер 6 через гибкий трубопровод, соединенный со штуцером 12, сжатый воздух под Избыточным давлением от 0,1 да 10,0

15 кгс/см2.

Врываясь в полость контейнера 6, сжатый воздух производит аэродинамическ удар по зеркалу затворяющей жидкости (при этом скорость перепада давленил составляет 0,3-20,0 кгс/см с) и последнлл пропитывает смесь и одновременно, действуя как поршень, прессует ее, развивая над смесью при избыточном давлении ат 0,1 да

10,0 кгс/см усилие ат 7,6 до 80,0 т и уменьшал объем отверждаемого блока на 10100 4 соответственно (аналогичным образам возрастает и плотность блока).

После этого компрессор 25 выключают, крышку 8 с помощыа пневмапривада 9 возвращают в исходное положение и контейнер 6 захватным механизмом 14 перемещают с вибрастола 7 в бокс выдержки и отверждения или с целью более полного использования объема контейнер 6 перемещают под кромку лотка 4 вибратранспартера на повторный цикл отверждения, который может быть повторен неаднакрагна до полного запалненил контейнера 6.

На фиг.2 представлена кривая зависи40 мости Кс ат вибрацианнага ускорения, причем области I амплитуд соответствует Кс, примерна равный 1(силы инерции преобладают над силами вибрации), область II соответствует существенному уплотнени;а смеси (K< существенна превышает 1), область III соответствует некоторому уплотнению смеси, при котором палвллетсл развитая пористая структура и явллетсл рабочей областью (I = 1,0-1 3), область И соответствует разрыхлению смеси (с < 1)..

Таким образам, раба«ая область лежит в . пределах ускорений 0,98-9,8 мlс .

Примеры осуществления способа приведены в таблице.

Из таблицы видно, что при выходе за предельные значения ускорений колебаний вибростола, времени вибрираванил (пример5) отвержденный блок не удовлетворяет необходимым требованиям па химической стойкости. В примере 1 выход за предель1435057

Технический параметр

0,4

0,5

0,7

0,6

0,6

0,5

0,7

0,5

5,0

7,0

0.9

10,0

0,08

0,05 — 0,1

0,04

0,005-0,07

3-5

5 — 8

0,05

0.5

0,5 — 1,0 ные значения ускорений колебаний вибростола, избыточного давления и времени его воздействия приводит к неудовлетворительным результатам по пропитке смеси и, как следствие, по химической стойкости, механической прочности и коэффициенту уменьшения объема.

Положительный эффект возникает в от. ношении механической прочности химической стойкости в примерах 2 и 3, но по коэффициенту уменьшения oN,ема он не является лучшим. Наилучший результат даст игается в примере 4.

Эффективность изобретения заключается в том, что при использовании предлагаемого способа повышается надежность защиты окружающей среды от проникновения в нее радиоактивных веществ, так как отвержденные блоки с радиоактивными отходами имеют повышенные механические и химические свойства (механическая

Соотношениезола: цемент

Соотношение затворитель/ цемент+ зола

Ускорение колебаний вибростола, м/с

Время вибрирования на вибростоле, . мин

Остаточное давление в контейнере при вакуумировании, кгс/см

Избыточное давление в контейнере, кгс/см

Время воздействия давления, с прочность на сжатие и стойкость по выщелачиванию радионуклиидов). Повышается также технико-экономическая эффективность процесса отверждения за счет ис5 пользования полуавтоматизированной линии, практически полностью исключающей ручные операции. Кроме того, эа счет сокращенигобъема отверждаемых блоков в один контейнер можно поместить вдвое

10 больше радиоактивных отходов, чем при отвеждении известными способами, что влечет за собой уменьшение затрат на строительство хранилищ радиоактивных отходов.

15 (56) Заявка Японии ¹ 57-178197, кл, 6 21 F 9/30, 1982, Заявка Японии ¹53-138976, кл, 6 21 F9/16,,1977.

20 Патент Великобритании ¹ 1529510, кл, 6 21 F9/30,,1981, 1435057

Продолжение таблицы

П р и м е ч а н и е: блоки ММ1 и 2 были затворены жидкими радиоактивными отходами; ММ 3, 4 и 5 — водой, Формула изобретения. 1. Способ отверждения в контейнере зольного остатка от сжигания органических радиоактивных отходов, заключающийся в смешении эольного остатка, цемента и затворителя, эатворении смеси путем изменения давления и выдержки смеси в контейнере до полного отвердения блока, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности и химической стойкости отвержденного блока и уменьшения его объема в контейнере. смешение зольного остатка с цементом осуществляют в сухом виде в процессе транспортировки зольного остатка в контейнер на вибротранспортере, а затем в контейнере на вибростоле при ускорениях колебаний частиц от 0,98 до 9,8 мlс, заг творитель подают в вакуумированный до остаточного давления 0,05 - О, t. кгс/см г контейнер и затворение смеси в контейнере осуществляют аэродинамическим ударом путем изменения давления в контейнере от вакуума до избыточного от

0,1 до 10,0 кгс/см в течение времени 0,5г

3,0 с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь зольного остатка и цемента затворяют в контейнере с жидкими радиоактивными отходами, 3. Устройство для отверждения зольного остатка от сжигания органических радиоактивных отходов, содержащее герметичную камеру, сообщающиеся с ней через дозаторы емкости для зольного ос10 татка, цемента и эатворителя, контейнер для отверждения и блок управления работой устройства, расположенный вне камеры, отличающееся тем, что в герметичной камере под выходом доэаторов зольного

15 остатка и цемента расположен вибротранспортер, под кромкой которого установлены контейнер, вибростол, захватный механизм для перемещения контейнера и крышка с пневмоприводом для герметиза20 ции контейнера, в корпусе которой установлены штуцера для присоединения трубопроводов от емкостей затворителя, систем подачи сжатого воздуха и создания вакуума, причем вне камеры в трубопроводе системы создания вакуума установлены фильтры грубой и тонкой очистки, а на системе подачи сжатого воздуха - регулятор давления.

4. Устройства по п,З, отличающееся тем, что дозатор для цемента выполнен в виде шнекового питателя.

1435057

Составитель Б.Рахманов

Редактор Т.Лошкарева Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M,Äåì÷èê

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3191

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101