РОТОРНЫЙ КАЛЬЦИНАТОР ДЛЯ СУШКИ И КАЛЬЦИНАЦИИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области охраны окружающей среды, а именно, к устройствам подготовки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) методом их сушки и кальцинации для хранения в промежуточных хранилищах или последующей переработки путем иммобилизации в стеклоподобные или стеклокристаллические матрицы.
Известна установка для остекловываниярадиоактивных отходов (патент RU №2115182, МПК: G21F 9/16, 1997 г.), содержащая узлы подготовки и смешивания исходных ЖРО и стеклообразователей, аппарат обезвоживания, индукционную печь со сливным устройством, систему фильтрации и газоочистки. Технологическая схема и аппаратурное оформление установки позволяют перерабатывать ЖРО различного состава, в которых, помимо радиоактивных ионообменных смол, могут присутствовать отработанные фильтр материалы, активированный уголь, грунт и так далее. Обезвоживание исходных продуктов осуществляют в выпарном аппарате (вертикальный пленочный испаритель или теплообменник типа «труба в трубе»), остекловывание полученных концентратов осуществляют в индукционном плавителе с водоохлаждаемым тиглем.
В аппарате обезвоживания ЖРО подвергают упариванию до нужной степени концентрации, причем упаривание происходит в процессе циркуляции ЖРО между емкостью аппарата обезвоживания и аппаратом обезвоживания. Остаточная влажность составляет величину 30-45%. Полученный продукт направляют в плавитель.
Недостатками выпарного аппарата (вертикальный пленочный испаритель или теплообменник типа «труба в трубе») являются:
- пониженное качество конечного продукта, связанное с невозможностью разложения солей компонентов ЖРО в выпарном аппарате;
- высокая остаточная влажность продукта - 30-45%;
- низкая производительность из-за необходимости осуществления циркуляции ЖРО между емкостью аппарата обезвоживания и аппаратом обезвоживания;
- повышенная опасность нестабильной работы устройства из-за возможности забивки выходного патрубка концентратами ЖРО;
- пониженная надежность из-за наличия электродвигателей, которые быстро разрушаются в полях излучения, создаваемых радиоактивными отходами.
Известна установка остекловывания жидких радиоактивных отходов (патент RU №27731, МПК: G21F 9/16, 2003 г.), в состав которой включен аппарат - прямоточный концентратор жидких радиоактивных отходов, выполненный из последовательно соединенных секций типа «труба в трубе». Выход последней секции по касательной введен в сепаратор, который представляет собой вертикальный цилиндрический корпус с полусферической крышкой и наружной рубашкой водяного охлаждения, внутри которого расположен кольцеобразный карман с патрубком для сбора конденсата. Возгоны непрерывно смываются со стенок сепаратора конденсирующейся влагой. Во внешнюю трубу подают водяной пар с температурой 110-160°С.
Недостатками прямоточного концентратора являются:
- сложность выбранной конструкции;
- проведение процесса при температуре 110-160°С не позволяет не только осуществить процесс разложения солей компонентов ЖРО, но и удалить из них кристаллизационную воду;
- смытые со стенок сепаратора возгоны совместно с конденсатом направляются в плавитель, ввиду чего происходит снижение производительности плавителя;
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство для отверждения ЖРО (патент RU №2216061, G21F 9/1 6, 2003 г.).
Устройство представляет собой барабан для насыщения и сушки сорбента. Жерло барабана закрыто неподвижной крышкой. На крышке размещен цоколь нагревателя, помещенного в колбу, чехол термопары, сборник парогазовой фазы, разгрузочное отверстие. В качестве нагревателя используется галогеновая лампа, помещенная в колбу и расположенная внутри барабана. Неподвижная крышка жерла барабана имеет патрубок для ввода сорбента или жидкой фазы, сборник парогазовой фазы (с отводом для соединения с вакуум-насосом). Вывод насыщенного сорбента осуществляется через разгрузочное окно в нижней части крышки.
Недостатком данного устройства является размещение системы нагрева (галогеновой лампы и термопары) внутри рабочего органа (барабана). При размещении галогеновой лампы и термопары внутри аппарата для отверждения жидких радиоактивных отходов галогеновая лампа и термопара находятся в прямом контакте с перерабатываемыми жидкими радиоактивными отходами, что создает условия для образования на поверхностях галогеновой лампы и термопары слоя твердых радиоактивных веществ, толщина которого постоянно возрастает. Наличие постоянно растущего слоя на поверхности галогеновой лампы и термопары приводит к снижению эффективности нагрева, что влечет за собой необходимость их замены. Замена галогеновой лампы или термопары невозможна без полного демонтажа аппарата.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы устройства и безопасности эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для сушки и кальцинации жидких радиоактивных отходов, включающем аппарат барабанного типа с возможностью вращения, систему нагрева, систему контроля температуры рабочих материалов, аппарат барабанного типа, выполнен в виде реторты и расположен внутри системы нагрева, представляющий собой печь с карбидкремниевыми нагревателями, при этом внутри реторты размещены подвижные элементы-активаторы, кроме того, реторта установлена с наклоном для создания направленного движения рабочих материалов. При этом, в частном случае, карбидкремниевые нагревательные элементы могут быть размещены в проходках корпуса печи, представляющие собой автономные конструкционные элементы, не связанные в единое целое с корпусом печи.
На фиг.1 представлен пример реализации предлагаемого устройства.
Роторный кальцинатор для сушки и кальцинации жидких радиоактивных отходов представляет собой реторту (барабан) 1, размещенную внутри печи 2 с карбидкремниевыми нагревателями 3, расположенную с незначительным наклоном к горизонту и приводимую во вращение с помощью мотора-редуктора 4. Внутри реторты размещены подвижные элементы - стальные стержни-активаторы 5, обеспечивающие теплопередачу и предотвращающие налипание кальцината на стенки реторты. Кальцинат собирается в сборник кальцината 6.
Устройство работает следующим образом. Печь 2 с расположенной внутри ретортой 1 устанавливается под незначительным углом к горизонту. Реторта 1 приводится во вращение с помощью мотора-редуктора 4. Включается система нагрева печи - на карбидкремниевые нагреватели 3 подается электрический ток. В реторту через трубопровод подается раствор жидких радиоактивных отходов. По мере прохождения по обогреваемой, вращающейся реторте 1 происходит последовательное испарение воды и азотной кислоты, сушка и кальцинация солей с отгонкой оксидов азота. Свободно размещенные внутри реторты 1 подвижные элементы - стальные стержни-активаторы 5, обеспечивают высокую теплопередачу и предотвращают налипание кальцината на стенки реторты. Полученный кальцинат поступает в сборник кальцината 6. Газовый поток поступает в систему газоочистки. Использование стержней активаторов предотвращает налипание кальцината на внутреннюю поверхность реторты. Благодаря использованию стержневых карбидкремниевых нагревателей обеспечивается максимально простая замена вышедших из строя нагревательных элементов.
Таким образом, данное устройство стабилизирует процесс сушки и кальцинации жидких радиоактивных отходов, является простым в изготовлении, обслуживании, что приводит к повышению надежности работы устройства и безопасности эксплуатации.