УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО УНИЧТОЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ РАДИОАКТИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Изобретение относится к области утилизации твердых отходов, загрязненных радиоактивными компонентами (спецодежда, фильтры, респираторы, резиновые перчатки, фартуки, пластикат, ткань ПХВ и т.д.).
Установка для термического уничтожения твердых отходов загрязненных радиоактивными компонентами содержит термореактор, включающий обогревательную камеру с автономным горелочным устройством, камеру термического разложения, снабженную устройством для загрузки отходов с системой подачи в него инертного газа, средством выгрузки коксозольного остатка, перемешивающим устройством, каналом для вывода газообразных продуктов термического разложения и обогревательным кожухом. Термореактор снабжен каталитическим дожигателем, газораспределителем, вертикальной циклонной топкой с камерой дожига, снабженной горелкой и воздуховодом с напорным вентилятором с регулируемой производительностью, теплообменником, системой газоочистки, дьмососом и дымовой трубой. Обогревательная камера снабжена колосниковой решеткой, системой вывода зольного остатка и воздухоподводом. Система газоочистки содержит скруббер, емкость для свежей рабочей жидкости, емкость для очищенной жидкости, фильтр, насосы, трубопроводы и регулирующую арматуру. Загрузочное устройство и системы вывода зольного и шламового остатков снабжены перчаточными боксами.
Известна установка для переработки радиоактивных отходов, содержащая устройство для подвода окислителя, шахтную печь, узел плавления и систему газоочистки [1]. Недостатком установки является то, что, поскольку сжигание отходов производится за счет работы горелочного устройства с избытком воздуха и подачей дымовых газов на слой материала, весь технологический процесс проходит под избыточным давлением и существует возможность неконтролируемого выхода радиоактивных материалов в атмосферу. Другим недостатком является то, что, поскольку орошаемый скруббер, емкость для жидкости и теплообменник соединены в замкнутый циркуляционный контур, где теплообменник используется в качестве узла нагрева, очистка рабочей жидкости не может производиться непосредственно во время работы установки.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по конструкции основного оборудования, принципу работы и достигаемому результату является установка для утилизации отходов, загрязненных радиоактивными компонентами [2], содержащая
камеру термического разложения, снабженную загрузочным устройством, средством для выгрузки коксозольного остатка и перемешивающим устройством, вертикальную циклонную топку с дожигателем, снабженную в верхней части горелкой, газораспределительное устройство, обогревательную камеру с размещенными в ней колосниковой решеткой и системой вывода зольного остатка, каталитический дожигатель, теплообменник, систему газоочистки и дымосос. Система газоочистки снабжена средствами для сбора и подготовки уловленного шлама к повторному пиролизу. Системы вывода зольного остатка и шлама снабжены перчаточными боксами.
Недостатком данной установки является большая затрата времени на ее разогрев из холодного состояния до рабочей температуры, который осуществляется только теплом дымовых газов, получаемых от сжигания внешнего топлива в относительно маломощном горелочном устройстве циклонной топки, основное технологическое назначение которого - поддержание дежурного факела. Недостатком установки является трудность поддержания необходимого для качественного сжигания парогазовой смеси (ПГС) оптимального соотношения воздух / ПГС, поступающих в горелочное устройство циклонной топки, поскольку количество ПГС периодически изменяется, соответственно циклам загрузки отходов, а количество поступающего на горение воздуха обеспечивается только разрежением в воздухозаборном канале горелочного устройства, создаваемым дымососом, работающим в постоянном режиме. Однако при увеличении объема дымовых газов за счет сгорания газообразных продуктов после начала пиролиза очередной порции отходов, разрежение уменьшается и, соответственно, уменьшается поступление воздуха в горелочное устройство именно тогда, когда наоборот необходимо его увеличение.
Недостатком устройства является также возможность подсоса воздуха в камеру термического разложения (КТР) через неплотности загрузочного устройства, что может привести к резкому возгоранию (хлопку) ПГС в КТР.
Недостатком устройства является также невозможность очистки загрязненной жидкости в системе мокрой газоочистки непосредственно в ходе работы установки.
Целью данного изобретения является увеличение сменной производительности установки за счет сокращения времени ее разогрева, обеспечение оптимальных условий для качественного сжигания парогазовой смеси, исключение возможности попадания воздуха в камеру термического разложения через загрузочное устройство и обеспечение возможности очистки загрязненной рабочей жидкости в системе газоочистки непосредственно в ходе работы установки.
Указанные технические результаты достигаются за счет того, что обогревательная камера установки снабжена автономным горелочным устройством, размещенным в
непосредственной близости от камеры термического разложения, воздуховод горелочного устройства циклонной топки снабжен напорным вентилятором с регулируемой производительностью, загрузочное устройство снабжено системой подачи в него инертного газа, а скруббер мокрой газоочистки снабжен гидравлической системой, содержащей емкости для свежего и очищенного растворов рабочей жидкости, фильтр, и трубопроводы с арматурой.
Снабжение обогревательной камеры автономным горелочным устройством, размещенным в непосредственной близости от камеры термического разложения позволяет значительно увеличить интенсивность ее разогрева, как за счет увеличения температуры дымовых газов, поступающих в дымоходы КТР практически непосредственно из горелки, так и за счет прямого радиационного излучения факела.
Снабжение воздуховода горелочного устройства циклонной топки напорным вентилятором с регулируемой производительностью позволяет обеспечить подачу воздуха в горелку, в оптимальном для качественного сжигания парогазовой смеси количестве, вне зависимости от общего гидравлического режима работы установки, определяемого работой дымососа. Автономная подача воздуха позволяет увеличить за счет эжекции разрежение в камере термического разложения и сжигать газообразные продукты пиролиза в оптимальных условиях за счет улучшения качества смешения и увеличения времени пребывания продуктов сгорания в топочном объеме при высоких температурах, что способствует процессу догорания вредных компонентов и обеспечивает экологически чистый состав газовых выбросов.
Снабжение загрузочного устройства системой подачи инертного газа (или водяного пара) позволяет создать в нем небольшое избыточное давление, препятствующее попаданию атмосферного воздуха через загрузочное устройство в камеру термического разложения, что недопустимо по технологическим условиям.
Снабжение скруббера мокрой газоочистки гидравлической системой, содержащей емкости для свежего и очищенного растворов рабочей жидкости, фильтр, перекачивающие насосы и трубопроводы с арматурой позволяет производить очистку загрязненной рабочей жидкости непосредственно в ходе работы установки без остановки, что способствует увеличению ее сменной производительности.
Полезная модель установки для термического уничтожения твердых отходов содержащих радиоактивные компоненты поясняется чертежами на рис.1 где на фиг.1 изображена схема продольного разреза установки, а на фиг.2 - схема гидравлической системы очистки рабочей жидкости.
Установка содержит термореактор-1, включающий обогревательную камеру-2 с автономным горелочным устройством-23, размещенной в ней камерой термического разложения-3 снабженной средством для загрузки отходов-4 с системой подачи в него инертного газа- 24 и средством выгрузки коксозольного остатка-5, каналом для вывода газообразных продуктов термического разложения-6 и обогревательным кожухом-7. Термореактор снабжен каталитическим дожигателем-8, газораспределителем-13, вертикальной циклонной топкой-14 с камерой дожига-17, снабженной горелкой-15 и воздуховодом-16 с напорным вентилятором-25, теплообменником-9, системой газоочистки-10, дымососом-11 и дымовой трубой-12. Газораспределитель соединен с каталитическим дожигателем-13, с выходным каналом верхней части камеры дожига и с выходным каналом-18 обогревательного кожуха-7. Нижняя часть циклонной топки соединена с нижней частью камеры дожига, снабженной воздухоподводом-19. Обогревательная камера снабжена колосниковой решеткой-20, системой вывода зольного остатка-21 и воздухоподводом-19. Установка снабжена перемешивающим устройством-22. Система газоочистки-26 состоит из скруббера-27, емкости для свежей рабочей жидкости-28, емкости для очищенной жидкости-29, фильтра-30, насосов-31, трубопроводов-32 и регулирующей арматуры-33. Загрузочное устройство и средства для выгрузки коксозольного остатка, пыли и шлама снабжены перчаточными боксами, находящимися под разрежением, все воздухозаборные каналы установки оснащены фильтрами с обратными клапанами, исключающими возможность попадания в атмосферу радиоактивных компонентов при нештатном повышении давления (хлопке), система газоочистки снабжена средствами для сбора и подготовки уловленного шлама к повторному пиролизу
Установка работает следующим образом:
Производят разогрев установки путем включения горелок-15 и 23. За счет радиационного излучения факела и теплоты дымовых газов камера термического разложения разогревается до рабочей температуры 700-800°С. Порцию отходов помещают в загрузочное устройство-4, которое постоянно промывается инертным газом, поступающим из системы-24. Посредством толкателя отходы перемещаются в камеру термического разложения (КТР)-З. Отходы нагреваются от стенок камеры до температуры 650-700°С и в процессе нагрева происходит их термическое разложение без доступа кислорода (пиролиз) в результате которого образуется примерно 60-70% газообразных горючих газов и 30-40% коксозольного остатка. Газообразные продукты пиролиза за счет тяги дымососа-11 поступают в циклонную топку-14, где смешиваются с воздухом, подаваемым напорным вентилятором-25. Газовоздушная смесь загорается от факела
горелки и сгорает в режиме вращающегося газового потока, что, вследствие высокой турбулентности, больших относительных скоростей и времени пребывания, обеспечивает качественное сгорание горючих компонентов пиролизного газа и твердых частиц (пылеуноса). Образовавшиеся дымовые газы последовательно просасываются через картридж каталитического дожигателя-8, где происходит низкотемпературное доокисление остатков органических соединений, теплообменник-9, где осуществляется снижение температуры газов до уровня 150-120°С и поступают в систему газоочистки-10. В системе газоочистки производится сначала очистка дымовых газов от пыли в «сухом» циклоне, а затем их промывка жидкостью в «мокром» скруббере-27. Очищенные дымовые газы поступают в дымосос-11 и выбрасываются в атмосферу. Выгрузка пыли из циклона производится по мере накопления в герметичную емкость через перчаточный бокс находящийся под разрежением. Утилизация этой пыли производится по специальной технологии. Сбор и выгрузка шлама из скруббера производится через перчаточный бокс в текстильные или пластиковые мешки, вместе с которыми шлам снова пиролизуется в камере термического разложения. Образовавшийся в результате пиролиза коксозольный остаток (КЗО) по мере накопления выгружается из КТР-3 на колосниковую решетку-20 под которую за счет тяги дымососа поступает атмосферный воздух. Остающаяся после сгорания органической составляющей КЗО зола выводится из-под колосников специальным транспортным устройством-21 и через перчаточный бокс, находящийся под разрежением, выгружается в герметичную емкость. Утилизация золы производится по специальной технологии. В процессе непрерывной работы установки производится очистка загрязненного рабочего раствора, для чего он подается из скруббера-27 одним из насосов-31 в фильтр-30, откуда после очистки попадает в емкость-29 и затем другим насосом вновь подается в скруббер. При необходимости загрязненная рабочая жидкость может быть полностью выведена из системы и заменена свежей жидкостью, подаваемой насосом из емкости-28.
Работа всей технологической цепочки под разрежением, создаваемым дымососом расположенным на выходе из установки, обеспечивает невозможность выхода радиоактивных компонентов в атмосферу в ходе технологического процесса, а оборудование всех воздухозаборных каналов фильтрами с обратными клапанами исключает возможность попадания в атмосферу радиоактивных компонентов при нештатном повышении давления (хлопке) в установке. Загрузка отходов, выгрузка коксозольного остатка, вывод шлама из скруббера и пыли из системы газоочистки через находящиеся под разрежением перчаточные боксы исключает возможность попадания в атмосферу радиоактивных компонентов при загрузочно-разгрузочных операциях.
Повторный пиролиз шлама и дожиг коксового остатка позволяет сконцентрировать в золе основную часть исходной радиоактивности отходов.
Снабжение обогревательной камеры автономным горелочным устройством, размещенным в непосредственной близости от камеры термического разложения, позволяет значительно увеличить интенсивность ее разогрева, как за счет увеличения температуры дымовых газов, поступающих в дымоходы КТР практически непосредственно из горелки, так и за счет прямого радиационного излучения факела.
Автономная регулируемая подача воздуха позволяет сжигать газообразные продукты пиролиза в оптимальных условиях за счет улучшения качества смешения и увеличения времени пребывания продуктов сгорания в топочном объеме при высоких температурах, что способствует процессу догорания вредных компонентов и обеспечивает экологически чистый состав газовых выбросов.
Снабжение скруббера мокрой газоочистки автономной, гидравлической системой, содержащей емкости, для свежей и очищенной рабочей жидкости, фильтр, насосы и трубопроводы с арматурой позволяет производить очистку рабочей жидкости без остановки технологического процесса.
Таким образом, совокупность указанных существенных признаков обеспечивает возможность экологически чистого термического уничтожения органосодержащих твердых отходов, содержащих радиоактивные компоненты, и позволяет увеличить сменную производительность установки.
Источники информации:
1.http//www. sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/3320.html, 13.01.05. Номер патента: model-22837 от 09.07.2002 г. Маркелов Н.И. и др. Установка для переработки радиоактивных отходов.
2.Патент на полезную модель РФ №42289 "Установка для утилизации твердых отходов".