УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ОТРАБОТАННЫХ ИОНООБМЕННЫХ СМОЛ
APPARATUS FOR DRYING SPENT ION-EXCHANGE RESINS

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности, к сушке отработанных ионообменных смол (ОИОС), и может быть использовано на атомных станциях или спецкомбинатах по переработке радиоактивных отходов.
Ионообменные смолы широко используются на АЭС для обеспечения водно-химического режима первого и второго контуров, доочистки конденсата выпарных установок и в других вспомогательных водных системах, а также при выводе энергоблоков АЭС из эксплуатации. В процессе использования накапливается значительное количество ОИОС, которые необходимо обрабатывать для их последующего хранения. При этом долговременное безопасное хранение ОИОС в герметичном защитном контейнере возможно при условии остаточной влажности ОИОС не более 5 массовых %. Данный предел обусловлен возможным радиолизом остаточной влаги при хранении/захоронении герметичного защитного контейнера.
Известна установка для термической переработки радиоактивных ионообменных смол (патент РФ на полезную модель №121396), содержащая термореактор, снабженный загрузочным и выгрузочным узлами и нагревателем. Установка также содержит конденсатор паров воды, соединенный магистралью с термореактором, конденсатоприемник, соединенный магистралью с конденсатором паров воды, и вакуумный насос, вход которого соединен с конденсатоприемником, а выход соединен с магистралью для отвода воздуха.
Недостатком вышеописанного метода сушки ОИОС является низкая энергоэффективность процесса.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является установка для сушки отработанных ионообменных смол (патент РФ на полезную модель №161811), содержащая цилиндрический корпус, в верхней части которого выполнен штуцер отвода паров и газов и патрубок для подачи внутрь корпуса отработанных ионообменных смол, а в нижней части выполнен патрубок для извлечения осушенных ионообменных смол, снабженный запорным устройством. Цилиндрический корпус снабжен внешним подогревателем корпуса и установленным соосно в корпусе с возможностью вращения приводным валом, оснащенным ворошителем.
Недостатком ближайшего аналога является низкая удельная производительность процесса, длительное время сушки и, в связи с этим, повышенная энергоемкость.
Задачей заявляемого изобретения является интенсификация и снижение энергоемкости процесса сушки ОИОС и ускорение выгрузки ОИОС после сушки.
Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является сокращение времени и энергоемкости процесса сушки ОИОС, а также ускорение выгрузки ОИОС после сушки.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в установке для сушки отработанных ионообменных смол, содержащей герметичный цилиндрический корпус, в верхней части которого выполнен штуцер сдувки и патрубок для подачи отработанных ионообменных смол внутрь корпуса, а в нижней части выполнен патрубок для извлечения осушенных ионообменных смол, снабженный запорным устройством, внешний подогреватель корпуса, а также установленный соосно в корпусе с возможностью вращения приводной вал, оснащенный ворошителем, предложено ворошитель выполнить в виде жестко закрепленной на приводном валу якорной мешалки, лопасти которой по конфигурации повторяют внутреннюю поверхность нижней и боковой части корпуса, и расположенных на приводном валу выше и ниже места крепления якорной мешалки верхней и нижней однонаправленных шнековых навивок, при этом нижнюю часть приводного вала с нижней шнековой навивкой разместить соосно внутри патрубка для извлечения осушенных ионообменных смол, а патрубок для извлечения осушенных ионообменных смол снабдить приспособлением для слива воды.
Лопасти якорной мешалки и расположенную на приводном валу верхнюю шнековую навивку преимущественно выполняются по высоте больше высоты зоны подогрева внешнего подогревателя корпуса.
Приспособление для слива воды может быть выполнено в виде установленного коаксиально снаружи на нижнем конце патрубка для извлечения осушенных ионообменных смол цилиндрического сборника воды со штуцером для ее слива, а по периметру нижней цилиндрической части патрубка для извлечения осушенных ионообменных смол выполнены отверстия, соединяющие внутреннюю полость патрубка с полостью сборника воды.
На чертеже представлена схема установки для сушки отработанных ионообменных смол в одном из вариантов выполнения.
Установка для сушки отработанных ионообменных смол содержит герметичный цилиндрический корпус 1, в верхней части которого выполнен штуцер 2 сдувки и патрубок 3 для подачи отработанных ионообменных смол внутрь корпуса 1, а в нижней части выполнен патрубок 4 для извлечения осушенных ионообменных смол, снабженный запорным устройством (на чертеже не показано) и приспособлением для слива воды. Герметичный цилиндрический корпус 1 снабжен внешним подогревателем 5.
В герметичном цилиндрическом корпусе 1 установлен соосно с ним с возможностью вращения приводной вал 6, оснащенный ворошителем. Ворошитель выполнен в виде жестко закрепленной на приводном валу 6 якорной мешалки 7, лопасти которой по конфигурации повторяют внутреннюю поверхность нижней и боковой части герметичного цилиндрического корпуса 1, и расположенных на приводном валу 6 выше и ниже места крепления якорной мешалки 7 однонаправленных верхней шнековой навивки 8 и нижней шнековой навивки 9. Нижняя часть приводного вала 6 с нижней шнековой навивкой 9 размещена соосно внутри патрубка 4 для извлечения осушенных ионообменных смол.
На чертеже представлен вариант выполнения установки для сушки отработанных ионообменных смол, в котором лопасти якорной мешалки 7 и расположенная на приводном валу 6 верхняя шнековая навивка 9 выполнены по высоте больше высоты зоны подогрева внешнего подогревателя 5, а приспособление для слива воды выполнено в виде установленного коаксиально снаружи на нижнем конце патрубка 4 для извлечения осушенных ионообменных смол цилиндрического сборника 10 воды со штуцером 11 для ее слива, а по периметру нижней цилиндрической части патрубка 4 для извлечения осушенных ионообменных смол выполнены отверстия 12, соединяющие внутреннюю полость патрубка 4 с полостью сборника 10 воды.
Установка для сушки отработанных ионообменных смол работает следующим образом. Патрубок 4 для извлечения осушенных ионообменных смол закрывают запорным устройством. В герметичный цилиндрический корпус 1 через патрубок 3 для подачи отработанных ионообменных смол подают частично обезвоженные ОИОС с массовым соотношением «твердая фаза : жидкость» (Т:Ж) от 1:1 до 1:3. Лишняя жидкость при этом самотеком сливается из герметичного цилиндрического корпуса 1 через отверстия 12, выполненные в нижней цилиндрической части патрубка 4 для извлечения осушенных ионообменных смол, в цилиндрический сборник 10 воды и затем по штуцеру 11 для слива воды в спецканализацию. После заполнения герметичного цилиндрического корпуса 1 подачу ОИОС прекращают и внутри герметичного цилиндрического корпуса 1 создают разрежение через штуцер 2 сдувки. Включают внешний подогреватель 5 (электрический или паровой) и запускают вращение приводного вала 6 с жестко закрепленными на нем якорной мешалкой 7 и однонаправленными верхней шнековой навивкой 8 и нижней шнековой навивкой 9. При этом однонаправленные верхняя шнековая навивка 8 и нижняя шнековая навивка 9 вместе с приводным валом 6 вращаются в таком направлении, при котором ОИОС из патрубка 4 для извлечения осушенных ионообменных смол и нижней части герметичного цилиндрического корпуса 1 выталкиваются вверх, начинают движение внутри корпуса 1 и дополнительно интенсивно перемешиваются лопастями якорной мешалки. В процессе сушки температуру ОИОС за счет внешнего подогревателя 5 поддерживают не выше 90°С с целью воспрепятствования термическому разложению ОИОС. После окончания процесса сушки ОИОС внешний подогреватель 5 отключают и останавливают вращение приводного вала 6. Перед выгрузкой из установки ОИОС охлаждают до температуры, не превышающей 50°С.
Для выгрузки осушенных ОИОС под патрубок 4 для извлечения осушенных ионообменных смол помещают герметичный защитный контейнер. Открывают запорное устройство, расположенное в нижней части патрубка 4 для извлечения осушенных ионообменных смол, и осушенные ОИОС выгружаются в контейнер. Для улучшения и ускорения процесса выгрузки осушенных ОИОС запускают обратное вращение приводного вала 6. При этом верхняя шнековая навивка 8 и нижняя шнековая навивка 9 вместе с приводным валом 6 вращаются в таком направлении, при котором ОИОС из герметичного цилиндрического корпуса 1 и патрубка 4 для извлечения осушенных ионообменных смол выталкиваются вниз и выгружаются в герметичный защитный контейнер.
Заявленное изобретение обеспечивает снижение энергоемкости, интенсификацию процесса и существенное сокращение времени сушки за счет обеспечения эффективного перемешивания ОИОС во время сушки, а также ускорение выгрузки ОИОС после окончания сушки.