Установка для подготовки гетерогенной составляющей жидких радиоактивных отходов к захоронению

Полезная модель относится к атомной энергетике, в частности к области переработки гетерогенной составляющей жидких радиоактивных отходов (ЖРО), а именно к их подготовке к захоронению.
В процессе эксплуатации установок очистки радиоактивных технологических сред АЭС образуются ЖРО, состоящие из жидкой и твердой (гетерогенной) составляющих.
К гетерогенной составляющей относятся, в частности, отработанные ионообменные смолы, перлит, сульфоуголь, а также взвешенные продукты коррозии.
Известны устройства, предназначенные для подготовки гетерогенной составляющей ЖРО к захоронению различными способами. Например, известно устройство для остекловывания радиоактивных отходов, содержащих ионообменные смолы (патент РФ №2115182), которое содержит емкость гомогенных жидких радиоактивных отходов, аппарат обезвоживания, металлический тигель с индуктором, имеющий сливное устройство, емкость со стеклообразователями, снабженную дозатором, а также узел обезвреживания отходящих газов, содержащий систему фильтрации, соединенную с конденсатором системы фильтрации, который своим выходом соединен с емкостью конденсатора системы фильтрации. При этом узел обезвреживания отходящих газов выполнен раздельным и состоит из узла обезвреживания отходящих газов аппарата обезвоживания, включающего последовательно подсоединенные к газовому выходу аппарата обезвоживания сепаратор и конденсатор аппарата обезвоживания, и узла обезвреживания отходящих газов холодного тигля, который дополнительно содержит абсорбционную установку, последовательно соединенную с подогревателем, каталитическим реактором и конденсатором каталитического реактора, причем холодный тигель своим газовым выходом соединен с входом системы фильтрации, которая своим газовым выходом соединена с входом конденсатора системы фильтрации, а выходом фильтрата - с входом холодного тигля, емкость конденсатора системы фильтрации своим газовым выходом соединена с газовым входом абсорбционной установки, а выходом конденсата - с системой циркуляции промывной жидкости абсорбционной установки.
К недостатку указанного устройства можно отнести необходимость использования сложной системы очистки отходящих газов, что приводит к усложнению конструкции устройства и его удорожанию.  Указанный недостаток обусловлен тем, что при высокотемпературной обработке веществ, содержащих нитратные  соединения в виде солей азотной кислоты, входящих в состав ЖРО, образуются токсичные оксиды азота, выброс которых в атмосферу лимитирован действующим законодательством. То же самое происходит при разложении ионообменных смол, однако при этом образуются аминосодержащие соединения, выброс которых в атмосферу также ограничен.
В состав известного устройства также, как и в состав заявляемой установки входит аппарат, предназначенный для отдеделения транспортной жидкости.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является установка для термической переработки радиоактивной ионообменной смолы, содержащая термореактор, снабженный нагревателем, с загрузочным и выгрузочным узлами, конденсатор паров воды, соединенный магистралью с термореактором, конденсатоприемник, соединенный магистралью с конденсатором паров воды, и вакуумный насос, вход которого соединен с конденсатоприемником, а его выход соединен с магистралью для отвода воздуха. (патент РФ № 121396).
К недостаткам известной установки можно отнести отделение значительного объема жидкости за счет термической обработки, что требует существенных энергозатрат, а также низкую надежность установки, что связано со сложным составом перерабатываемого продукта включающего в себя, помимо ионообменных смол, такие мелкодисперсные вещества, как перлит, продукты коррозии и т.п., а также некоторое количество нефтепродуктов. В результате внутри термореактора образуются агломераты с  низкой теплопровдностью, что затрудняет теплопередачу от поверхности нагрева к массе обрабатываемого продукта. При этом возникает необходимость перемешивания продукта внутри термореактора.
Учитывая низкую подвижность частично обезвоженной массы внутри термореактора возникает необходимость применения перемешивающего устройства с большим пусковым моментом.
Кроме того, представляется затруднительным высушивание продукта в выходном патрубке термореатора, так как проведение перемешивания внутри патрубка до отсечной арматуры представляет определенные технические сложности, а отсутствие перемешивания может привести к образованию «пробки», препятствующей разгрузке аппарата.
В состав известной описанной выше установки также, как и в состав заявляемой полезной модели входят обогреваемый аппарат для сушки и вакуумный насос.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании эффективной и надежной установки для подготовки гетерогенной составляющей ЖРО к захоронению с получением продукта пригодного для долгосрочного хранения.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в повышении надежности.
Указанные задача и технический результат достигаются за счет того, что установка для подготовки гетерогенной  составляющей ЖРО к захоронению, включающая по крайней мере один бункер и вакуумный насос, содержит сепаратор для отделения твердой фазы, смеситель сыпучих веществ, по крайней мере один объемный дозатор, стыковочное устройство и аэрозольный фильтр, при этом бункер выполняет функцию бункера-осушителя и функцию бункера-накопителя, сепаратор соединен со смесителем сыпучих веществ, выход смесителя соединен с по крайней мере одним бункером, снабженным патрубками подачи исходного продукта и сдувки, расположенными на верхней крышке бункера и патрубком разгрузки, расположенным в нижней части бункера, патрубок разгрузки соединен с объемным дозатором, соединенным с устройством стыковочным, обеспечивающим его герметичное соединение с упаковкой радиоактивных отходов, бункер и устройство стыковочное соединены трубопроводами с аэрозольным фильтром и вакуумным насосом.
При этом сепаратор может быть выполнен в виде осадительной центрифуги, либо в виде фильтрующей центрифуги или в виде вакуумного нутч-фильтра с механической выгрузкой осадка.
Сепаратор и смеситель могут быть соединены между собой вертикальным трубопроводом минимальной протяженности, не имеющим поворотов и сужений. Подобное соединение позволяет избежать задержку отсепарированной твердой фазы.
Каждый бункер может быть снабжен встроенным ворошителем и обогревателем, предназначенными для достижения оптимальных условий для сушки.
Объемный дозатор может быть выполнен в виде многооборотного шлюзового затвора с регулируемой скоростью вращения. Данная конструкция дозатора позволяет обеспечить заданную скорость дозирования продукта.
Повышение эффективности установки достигается за счет снижения энергозатрат, что обусловлено использованием сепаратора, в котором происходит отжим ЖКО перед поступлением в бункер.
Повышение надежности достигается за счет использования смесителя сыпучих веществ, который обеспечивает прием отделенной влажной твердой фазы ЖРО и связующих и их перемешивание с непрерывно-периодической выгрузкой сыпучей смеси.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема установки.
В состав установки входит: сепаратор 1, смеситель сыпучих веществ 2, бункеры 3 со встроенным ворошителем и обогревателем ( на фиг. не показаны), дозатор объемный 4, устройство дозирования связующих 5, устройство стыковочное 6, фильтр аэрозольный 7, вакуумный насос 8.
В сепараторе 1 происходит отделение твердой фазы гетерогенных ЖРО от жидкой фазы, при этом жидкая фаза направляется на дальнейшую переработку, твердая фаза сбрасывается в смеситель 2. Использование сепаратора 1 позволяет снизить энергозатраты, т.к. он обеспечивает отжим ЖРО перед поступлением в бункер.
Смеситель 2 сыпучих веществ обеспечивает прием отделенной твердой фазы ЖРО и связующих и их перемешивание с непрерывно-периодической выгрузкой смеси.
Смеситель 2 связан с сепаратором 1 трубопроводом минимально возможной протяженности, не имеющим поворотов и сужений для избежания задержки отсепарированной твердой фазы при перемещении из сепаратора 1 в смеситель 2.
Бункер 3 накопитель снабжен встроенным ворошителем, и обогревателем в виде паровой рубашки для обогрева внутреннего объема. Возможно применение электрического обогрева бункера 3.
Бункер 3 выполнен в виде сосуда с цилиндрическим корпусом, плоским нижнем и эллиптическим верхним днищем и штуцером для выгрузки продукта в нижней части сосуда.
В верхнем днище расположены штуцеры загрузки исходной смеси и сдувки, привод ворошителя.
Дозатор объемный 4 выполнен в виде многооборотного шлюзового затвора, регулирование частоты оборотов которого обеспечивают заданную скорость дозирования продукта.
Устройство дозирования связующих 5 обеспечивает дозированную подачу связующих из бункера 3 запаса в смеситель 2 и выполнено в виде шнека с регулированием скорости вращения.
Устройство стыковочное 6 обеспечивает стыковку дозатора объемного 4 с упаковкой для радиоактивных отходов исключая, при этом, выход аэрозолей за пределы упаковки и повышение давления внутри упаковки.
Установка работает следующим образом.
Исходные ЖРО в виде суспензии, состоящей из жидкой и твердой фазы, поступают в сепаратор 1, где происходит разделение жидкой и твердой фаз.
Жидкая фаза направляется на повторную переработку, отделенная твердая фаза сбрасывается в смеситель 2, куда подаются связующие.
При смешении отделенной в сепараторе 1 твердой фазы со связующими происходит связывание оставшейся в твердой фазе жидкости со связующими, при этом продукт становится сыпучим и легко транспортируемым.
В качестве связующих материалов применяется, например, мелкодисперсный гидрофильный порошок.
Из смесителя 2 полученная смесь сбрасывается в один из бункеров 3, в котором он прогревается при перемешивании для испарения оставшейся влаги.
После заполнения первого бункера 3 сброс осуществляется во второй бункер 3, в первом бункере 3 при этом создается вакуум для интенсификации процесса испарения оставшейся влаги.
Вакуум создается вакуумным насосом 8, испаренная влага пропускается через аэрозольный фильтр 7 для исключения попадания аэрозолей, содержащих радионуклиды, в вакуумный насос 8.
В процессе сушки происходит уменьшение объема высушиваемой смеси за счет уменьшения объема входящей в твердую фазу ионообменной смолы.
После прекращения сушки открывается затвор на штуцере выгрузки в бункере 3, высушенная твердая фаза самотеком через дозатор объемный 4 и стыковочной устройство 6 сбрасывается в упаковку (в состав установки не входит).
В процессе заполнения упаковки стыковочное устройство соединяется с вакуумной линией, для избежания повышения давления в упаковке и исключения попадания аэрозолей в помещение.