УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
DEVICE FOR COMBUSTION OF LIQUID ORGANIC RADIOACTIVE WASTE

Изобретение относится к устройствам для сжигания жидких органических радиоактивных отходов, образующихся в результате эксплуатации различных механизмов в радиохимическом производстве, например, загрязненных вакуумного и других масел.
Известна установка для сжигания опасных отходов и текучих сред, имеющая удлиненную цилиндрическую камеру сгорания, трубопровод для впрыскивания отходов в камеру сгорания и воздухоподводящее приспособление, предназначенное для подачи большего расхода воздуха в камеру сгорания. В камеру сгорания введена одна или несколько форсунок, создающих стехиометрическую концентрацию топлива, воспламеняемого с помощью снабжаемого топливом электрического запального устройства (Заявка ЕПВ №0304879, опубл. 01.03.1989). Недостатком известного устройства является необходимость использования дополнительного топлива для электрического запального устройства.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для обработки жидких радиоактивных отходов, содержащее корпус, камеру сгорания с нагревателем, каталитическую насадку, узел подготовки жидких отходов и первичного воздуха, представляющий собой окруженную подогревателем испарительную ячейку, в которую вставлен цилиндрический смеситель с отверстиями в боковой стенке. Внутрь смесителя введены труба для подачи обрабатываемых отходов и труба, подающая воздух, барботирующий сквозь отходы. (Заявка Японии №61-27720, опубл. 26.06.1986).
Недостатками данного устройства являются следующие.
1. Технологическая неэффективность получения паров жидких радиоактивных отходов путем барботирования воздухом обрабатываемых отходов.
2. Экономическая неэффективность из-за наличия двух нагревателей: нагревателя испарительной ячейки и нагревателя камеры сгорания.
3. Сложность конструкции из-за наличия раздельных узлов испарения и сжигания смеси отходов и воздуха.
4. Отсутствие дожигательной камеры ведет к неэффективности утилизации отходящих газов и вероятности образования сажи и ее накопления на поверхности катализатора.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке конструкции устройства, обеспечивающей повышение эффективности сжигания за счет наиболее полного сгорания жидких органических радиоактивных отходов, снижение энергозатрат и упрощение конструкции устройства при условии выполнения требований промышленной ядерной безопасности.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство для сжигания жидких органических радиоактивных отходов, содержащее корпус, узел подготовки жидких органических радиоактивных отходов и первичного воздуха, камеру сгорания, каталитическую насадку. Причем узел подготовки отходов и первичного воздуха включает установленную в днище корпуса коаксиально камере сгорания форсунку и теплообменник, расположенный между стенкой корпуса и камерой сгорания. В нижней части корпуса расположен улиткообразный канал для подачи вторичного воздуха с тангенциальными выходами в корпусе, при этом нижний торец камеры сгорания расположен в зоне между нижней и верхней границами улиткообразного канала, а дожигательная камера находится между камерой сгорания и каталитической насадкой.
На фиг.1 показан продольный разрез устройства для сжигания жидких органических радиоактивных отходов, на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - продольное сечение Б-Б на фиг.1.
Устройство содержит цилиндрический корпус 1 (см. фиг.1) с теплоизолирующим кожухом 2 и теплоизолированным днищем 3. В нижней части корпуса 1 расположен улиткообразный канал 4 с патрубком 5 для входа воздуха и тангенциальными выходами 6 (см. фиг.2). В корпусе 1 (см. фиг.1) коаксиально ему установлена на стойках 7 камера сгорания 8, состоящая из открытых электронагревательных спиралей 9, изолятора 10 и токоподводов 11 (см. фиг.3). Нижний торец 12 (см. фиг.1) камеры сгорания 8 расположен между верхней 13 и нижней 14 границами улиткообразного канала 4. Узел подготовки жидких органических радиоактивных отходов (ЖОРО) и первичного воздуха включает центробежную внешнего смешения форсунку 15 и теплообменник, выполненный в виде змеевиков 16 и 17. Форсунка 15 установлена в днище 3 коаксиально корпусу 1. Змеевик 16 снабжен патрубком 18, присоединенным к насосу-дозатору ЖОРО (не показан), и патрубком 19, присоединенным к патрубку 20 форсунки 15. Змеевик 17 снабжен патрубком 21, присоединенным к компрессору (не показан), и патрубком 22, присоединенным к патрубку 23 форсунки 15. Теплообменник расположен между стенкой корпуса 1 и камерой сгорания 8. Над камерой сгорания расположены дожигательная камера 24 и каталитическая насадка 25. Патрубок 26 в верхней части корпуса предназначен для выхода газообразных продуктов горения, а патрубок 27 вместе с взрывной мембраной 28 служит для сброса давления в аварийных ситуациях. Для контроля работы устройства установлены фотодатчик 29 и необходимые датчики температуры (не показаны).
Устройство для сжигания ЖОРО работает следующим образом.
Посредством электронагревательной спирали 9 камера сгорания 8 нагревается до температуры вспышки утилизируемых ЖОРО. Через патрубок 18 подают ЖОРО с заданным расходом, а через патрубок 21 подают первичный воздух в количестве достаточном для распыления отходов через форсунку 15. Проходя через змеевики 16 и 17, ЖОРО и воздух нагреваются от внешней поверхности камеры сгорания 8 за счет конвективного теплообмена, при этом у ЖОРО снижается вязкость. Смешивание ЖОРО пониженной вязкости с горячим воздухом создает наиболее благоприятные условия для мелкодисперсного распыления ЖОРО через форсунку 1 5 и частичного испарения и подачи его в камеру сгорания 8, где за счет высокой температуры электронагревательной спирали 9 происходит вспышка каплевоздушной смеси. Контроль наличия пламени производят посредством фотодатчика 29. Сгорание ЖОРО без образования сажи происходит при стехиометрическом избытке воздуха, поэтому в корпус дополнительно подают вторичный воздух через патрубок 5 и тангенциальные выходы 6. Вторичный воздух поступает в корпус 1, поднимаясь по спирали вдоль стенок. При этом поток вторичного воздуха не сбивает факел каплевоздушной смеси из форсунки 15. Часть поступающего вторичного воздуха эжектируется потоком смеси из форсунки 15 в камеру сгорания 8, что дополнительно увеличивает степень сгорания ЖОРО. Остальная часть вторичного воздуха проходит между стенкой корпуса 1 и внешней поверхностью камеры сгорания 8. Этот закрученный поток вторичного воздуха нагревается, обеспечивая равномерное обогревание змеевиков 16 и 17, предотвращая их перегрев со стороны камеры сгорания 8. В дожигательной камере 24 происходит смешивание нагретого вторичного воздуха с раскаленным потоком из камеры сгорания 8. В раскаленном потоке могут содержаться частицы образовавшейся сажи, которые полностью сгорают в дожигательной камере 24 при дополнительном избытке кислорода из потока вторичного воздуха. Далее образующиеся газы проходят через слой каталитической насадки 25. Вредные примеси окисляются до углекислого газа и воды и выходят из корпуса через патрубок 26 на очистку от радионуклидов.
Конструкция предлагаемого устройства позволяет более полно сжигать ЖОРО за счет их интенсивного распыления форсункой и частичного испарения в потоке первичного воздуха и обеспечивает гарантированный поджиг образующейся мелкодисперсной каплевоздушной смеси без использования дополнительного топлива. Наличие дожигательной камеры обеспечивает сжигание ЖОРО без образования сажи.
Предлагаемое конструктивное решение узла подготовки ЖОРО и первичного воздуха с использованием одного нагревателя и для подогрева ЖОРО и первичного воздуха, и для сжигания каплевоздушной смеси позволяет уменьшить энергозатраты и упростить конструкцию аппарата при условии выполнения требований промышленной ядерной безопасности.