автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.02, диссертация на тему:Технология термической переработки радиоактивных отходов в шахтной печи с плазменным источником нагрева

CAH^-IiaTSPKyprCCT-й. ТЖЮХ^ЩЖрйСМШУА?. г■.'',. ■■

Уч..^13 Jifjij? служебного.полъзовшшя:.

гг.еглэяз *

Зяз.& 3 Ч

IIa правах р.гксяися

■ У*

даИГРИЕВ Сергеи Алзкоаздр^ет

шномш термической ягрвррощ •

, • РАДЮАКТИВНЫ1 ОТХОДОВ В ШАШСЙ гшчи'1 /

С ПЛАЗШЙШ ИСТОЧНИКОМ' ПАГРЕЗД 05,17.02 ~ технология рвк«к я расоэгпггпк элементов

Автореферат диссертация па соисканио учвпоД с топ они кандидата та^яячоаЕНХ nays:

■ M : fr ¿f/S&l-

Работе виполяеяа в Московском научно-производственной объединении "Радон.".

Научш! руководитель - дочтор технических наук, член, *. , < корреспондент РАН

с. ОЗДОВ Вячеслав Михайлова

НаучнкЯ яонсудьгаит -г- кавдедаг технических наук, ; ' , . старший. научный согрудняк

... СОБОЛЕВ Игорь Андреевич

Официальное оппонента:. доктор технических яэук, про* * ■ фзссор, стерший научный сотр.

НЖО-ПЬСЖЙ". Михаил Алексеевич

кандидат: хдаичесхях наук ■ ,■ САШШН Сергей Юрьевич , :

Ведущая органиеадкяг ' • Воеросокйокое проектнскконст-

рукторское научнэ-исследовать льскоа я технологическое объединение "ВНИЛИЭТ"»г.Саягг-• •■ Петербург.

Заадта соотоигся " " марта 1993 г. в_££_ на заседании специализированного совета Д.063.25,10 в Санкх^ Петербургском технологическом институте ДЭЗОГЗ^Санкт^-Петербург1, Московский проспект. 26/.

С диосертявде! можно ознакомиться в библиотека Санкт-Петербургского технологического гшотитута.

Отеывы г эамэчаняя в 1-м экз. просвд-ь^правлять по адресу: 19801Э, г.Сапкр-Петарбург, Московский просп. ,26.Санв Пегербургски£ технологический институт. Учений Совет..

Автореферат разослан " февраля 1993 тода.

Ученый. секретарь

специализированного совета /(¿¿&<ил{/Ь- й^А.Иванов

Актуальность работы. 'Яяегсдио во зс?:.! мире ка АЭС, предприятиях ядерного топливного цикла, при ^сполъ^оьанда радионуклидов ь исследовательских центрах» медаак«*а. лру- ' гпх отраслях народного хозьйстаа обрсзукп'сл досяш*. тысяч кубометров твердых радиоактивных отходов /ТРО/. Создание новых хранилищ ТРО требует болымх аконогдлчесапх затрат* хранение ТРО в нзкондщко.'прованном згда представляет по-теяциальяуг опасность для оотужаглчей средк. Поэтом/ необходимым требованием при обрацеикя с ТРО является умэзыге-ние их объема а надежная фиксация радионуклидов перед захоронением.

Среди ТРО особое место нанимают органические отводы, т.к. их хранение представляет повышенную опасность з связи с возмокностыо биологического разложения и самовозгорания. Для кондицяояяроваячя таких отходов наиболее игроков применение напел метод сжигания, яоторнй позволяет в 20-100 раз уменьшать их объем и а 10-15 раз массу перара-бпгываэмого материала. При эток получается зольный остаток, требующий дополнительной обработки для перевода ет'о в формуг пригодную для захоронения»

В настоящее время в напей стране я за рубежом еупост-вует значительное многообразие конструкций пач&й я технологий: сжигания ТРО» Однако,, отсутствуют в достаточной степени систематизироЕЭлянй данные, позволяющие опрэде— лягь наиболее оптимальное конструктивное ;? ■эахяо.логичэе-яоэ решэние процесс:?:, Наиболее игроков применение за рубежом няплз печи сяигайяя иахтяого '¿же» достаточно конструктива© отработанные я дозволяющие значительно упрости гь нроцесс и обеспечить его управляемость»

В последние годы проявляется значительный интерес к ¡процессам высокотемпературного сжигания» а также я использование низкотемпературной плазма ь качеств« источника теплоснабжения. При этом псвмпается интенсивность процесса горения в образуется'плавлаякЛ шлак* рассмгтсрИЕавмый как возможный материал длл последующего захоронения. В сяязя с &тим. разработка ооотрвтетвувщзй технологии к оп-яаратуры представляется чрезвычайно актуальней*.

Основеь'з теоретические и эксперт энталыше результаты работа получены з ходе выполнения планов НШ3 Министерства атслной энергетики и прсмкилеяности по теме: "Разработка. комплексной техчологяя и оборудования для .обезвреживания TF0" тем.* 13-0Г-ч)4.80-С613Р/ и ПосНГСО"Радон" по теме 06-011-01 "Исследование и разработка способов утилизации ТРО, образуг-дихся при денонтазйннх работах на блоке АЭС" на IS8S-IS92 гг.

I* Разработка технологии и аппаратуры Д^ высокотемпературной. переработки TPQ в печи шахтного тика с плазменными источниками наг-рева.

2. Создание методик расчета основных параметров й геометрии дахтной. печи к термодинамического расчета процесса конверсия тяжела* углеводородных тошшв в плазменной струе* 3» Изучение поведения радионуклидов в процессе высокотемпературной переработки ТРО и их локализации в шлаковом ра-сплано. Определение основных свойств шлака в связи с предполагаемой возможностью его захоронения лак окончательной формы РАО.

1. Разработана методика термодинамического расчета процесса конрлрсия тяжелых углеводородных топлив в плазменной струэ я определены основные параметра процесса конверсия»

2. Изучеья физико-химические процессы в шахтной печи с плазменянм обогревом и механлзм образования шлака.

3» Изучено доведение радионуклидов а. процессе высокоте»* пературной переработки ТРО в плазменной шахтной печи«

4. Изучен механизм локализации и иммоошшзации радионуклидов в шдакоЕок расп ав<* и отьерждекном шлаке. Определе— ян. основные свойства шлака.

ПРадТЯЧескэ*? чецпоап работа.

1. Разработана технология и оборудование для внсокотемле^-ратурной переработки TFO в шахтной печи с плазменным обогревом. Приведена экспериментальная проверка t полупромышленном масштабе на пилотной установке,

2. Разработаны методики расчета основных параметров и reo-

ытрни шахтной пегпг.

3». Продемонстрчро.зая,ч возг„ожюсть ьгреработки яосормро-ча.шых IPC вхли^овдах. наряду с оргё.япесккмн латэриала-fл, л ьлоргая:пе кяб составляющие /стояло, кералмку, таля. костные остслкй и т.п./.

-1. КолазаяЕ. псагатглостъ получена плавленого шлака,, который. посла отсеркденш образует материал, ппягодый для окончательного зг хоронен»*,

Виодрание результатов работа.

Разработанная технология "нсо: отеипературнок перьрабс -тки ТРО в иахтло.': печи с д-га8ме:"Шл. обогреве, i внедрена в МосНПО Tabof" „ля утг'чнзлуш "есг^тгова жх ТРОу содер-•г.ацпх да органические вкл^ния. Производительность уста-ног'Ш 50-CJ кг/ч, Разработано и /тве"ядз!Ю техническое з„-даяи" яа промьгалепяую установку яа базе '".ахлюп пзчл с плазменкйж я^оччпкамя ьагрет произЕогите.-ьно^тью 200 . иг/'* для порог- дско^еняя АЗС В ГЭ83 г. заканчиваемая 4 зрабо^ка техытеисогпроекта, 0сяовн_о результата работе отражена т отчета*: !,!ос1Ш0"Радоп" по тема 06 и с-'элес'лл'.а ' отчетах ИооНПО"Радон" и ¡ЯШ. а 1;!о^1ШОпрадон" я ВНШШЗ по w I3-Or-U4.8f:-C6I3P.

1. Гьхкологда те^/ктстой п^рсработтн ТРО в шахтной чечп с плазменным обострено?,i.

2. Конструкция тгтгяой печк с нлаамонгчм обогревом.

3. Мв'. эдики расчета параметров к гаошъргш сахтко1! печя я процесса чоггрзрел углвподоропшзх топлив з плаэ*-менной струе.

4. Механизм локадякацяп радионуклидов ъ шлаке,

5. Сосив я свойства яг."ша как окончательной форми РАО.

Аптобачия рабоун я публикации.

По тема дяссертагаз опубликована 21 работе, включая 8 авторских сенд-j ^ельста иа изобретения.

Материалы- диссертационно;! рчботн долозявнч яа Меэдуна» родном симпозиуме по теоротпчогчон. и прикладной плазмохи-.лая /Рлга, Латвп., 1991/, Ежепднсй. научной конференция ядерного общества ОСТР "Радиоактивные отхода: проблемы л

ponairv:'' Д'о^км, 1931/. ряде двусторонних мегдународнь": сэмпнаров' ло япоб^ег-э обезврэгчючия ра^та^-тких с?хо-до„ /Гакзда, 1990; Белый«, Градация, 1991; Франция, С'зв-ция8 I992/.

¡ЗЙНГ'.....fi структура ляссе^трлн-г;!.

Диссерташэ; ооотойт на введения, пяти глап, заключения ч cm* -"?з т 'ературы.

£ первой гЛо!"! /Введение/ показана актуальность,, сформулированы цел: и задачи работч, ее практикезкая ценность я рчэдщас-мы«. положения.

Ей г диво /литорчтуряиЙ обзор/ систематизирова-

на информация о cysi£GToj:DL^x Ь шгоэ уотацо2ЕЕис скиггчйя ТРО и да,г *\наш.з современного состояния проблема кондиционирования ТРО.

В третьей глш.3 проведен шита тепло- и ыйссообг'он-нг\' aponíaos я пахт ной йэчй с игадмзгош обогчозом. про-дотавлеюд рааульидоа рйсчо основных параметров процесса к гаомезрдя вйхтяой. почк, оииаа.ш шсперямввталышо иоола-ДОВШ1ИЯ тешговч>: й гг^родкназмео««? процессов d шахте,

В читвортой главе; приводятся" результата изуч. здия про-яоооа- .Koííso^oíiii жидах з^теэводор^доа в хтшотоК струе, Валолйо..и тормодишмичоокле расчеты зос«ша щюдуктов конверсии ладаг у"лаводор-дои» описала адоаоршектвльиая установка и приведет! адсьорха'.онтслыаш дшишз,.

Пягтг мала посвящена ясодод'чшж процесса „•вряичв"-koíí переработок Ш5 яа наложной установка с плззмеяно-то~ плгишча йодашшл нгорова* Описана методика экспериментов, приведши ошкша дштне, в ífuH чиоло каааэдиэся по» ведения радиоку^ашдо» в г;а:сто л шлака. Опродолощ саков-ше свойства шака* подучоияого в лдоорагоршх условиях и на пилотной ¿отаноа^й для: переработок -роалыш: ТРО,

В глава £ дана тсх'шко-охохтагюская *гыка эффективности переработки ТГО б сах.тлэй вочц.

Подтай объем patíoiu cooi-авхпат 178 стрг мэшшеписного текста, в.т.ч, 19 таблиц а 48 рисунков.

•краткое зошталнив РАБОТЕ

I».-Срзтшйяиое состояние тйУологй^ тэрмпчэокой переработ-

icjsiffiseii дашшдас.

Основная у.ссл ррдкоактявгаяс оводов, иерерабатывао-т.: з почг". а«илвчш - "v0; содо^т^ глифа, бета и гам-I.".I—Ti3jryнатоли., П^а снятии с экси^г>тэддг блоков ASC ог-'па-субтсл болкпос кол явство различиях ТРО — с pre ипесымс, неорганических и загрязненного металла, щпчеи гх 50 д^ £Q;i объема ТРО состав ля-тг ^орк из матор.ччл11., При их спи-гапии необходимо збеспечить i туалаяьиэ по&ю::люо ;тШ5Ь-;üo;«äQ объема» мшнмалтнгао потери р.-даои^кл^щ л надеглую кммбилцзщцяэ радаонукладо» и колсшоы нродухго. В настоящее врзия кеполюуэтея од~дую::и-'-> юхнологла oiarüiUtt ТРО: саиганио ь тб,.гкз sc зду~а прг CCJ-F00°C; гглгаяво при контролируемой подачо воэд;-;-а при Ш0-1Г00°С.; ыкиганяв в Kticrw« «лав nna I00Q°Ci пиролиз при ^OQ-SOO0!"; высоко перагуряое сжигание с оишакошванием при Каи-

болнпе« р'асг^итр-.п0н?о приобрел метод айеышй о избытке^ воздуха зз че.мертк. art кяхтше пегих. Ездосгатксм ог ого j метод." являеас:. зк'ачительньч. унос рэдкогг^дадов и наличие в отхоляце" газах "горячих" чютвд /аятивпостьз до "kb/fv и раеморгми яснее 1 мrw/, га" таз yjiansui^crinx слсте-uoff газоочистки'. Тб.яв недостатки характерна; н для ne-ieil циклонного Tijia и печей о аямцим сяош, Чоншая' летучз--' cvb радионуклидов :гч э^ косо J врог.оссо штолиза /6~8«Д Установки с оюлакойнвалггем харзктооизузотоя высокой удельной производительность«. и вэнмояноотьв получения радисш,-?таиого шлака» пригодного для захоропоиия. Однако они ко-пстпуктивго счокга, трэоуьт предварительного иилелхленпл IVO и, вследствие высоких температур и турбулентности га«-•зового "ото.та, унос из них весьма волк«. Указанных недостатков мояно избежать при использовании шахтних печ^й^гд^ прочессл термического разложения ПРО пропекают под слоем гоходннх ТРО больной -зысота, обогреваемое пиздот"ипорату-» риой. плазмой, что позволяет интенсифицировать nponocj ы-реработкя ТРО, повысить эятальп"» плазменного потока лра использования восстановительного плазмообразувдрго газа, ибеспочигь енпучесть проплавляемых материалов в шахте печи.

2 ^уО-'в^О^Р.пМР П;-ОТ'>?ОСЯ ТвТМНТРСНО*? у сто-

льких мат .ри?"оч на экоперг'днтэ-^ь..ог; угоне шв с пмгу.вп-нн : шгочнигоч нагрева»

Услоено высокотемпературную шахтную печь ыо~но отнести к печам ш. хгло-огратательь.'^о тигсг, где Швет место слоевой режим теплогбмена конвекцией в ^.ахте к теплообмен излучением ^ отргчательной части печи, Лрк анашие теплообмен- в шахте необходимо разлагать две стадии в :;роц<зссо передачи тепла обрабатываемы.« материалам: вгэшшы теплообмен при передаче тепла ог продуктов горэяия к поверхности кусков материала и влугрегчий теплообмен в материала слоя. Вгшюй. величиной длк гчц.р-дшамическй! характернстигч насыпного ^лоя является порозность» влияющая на скорость теплопередачи я рлвномэряезть схода столба материала /ТРИ/, Схема • роцессов в шахтной печи педставлыа на ркс.Г

РисД., Схема процэссев в шахтной глаз* генной печк.

При чровэдьнет расчетов текло- к массообменяык процессов в шахте было но стуллровано, что для противотока в ш-

место по высоте слоя разность Р.чталыы£ потоков rasa и материала равн;.. ^нтальп^и газа нвыходе кз слоп с опрэ-детонной ""емпературои, если потери в экружащу!- среду рав-•11 нули» Было пстазано, что }.а" рь^ вдет по высоте неравномерно: вначалт чь<*тицы греются очень быстро, затем ::рогрев замел-шетег во все большей ст^п.ня. Полученная формула для определения вис.га соя имеет вид:

п_ ~ /) = ар у час

"" r^v(l-Wr/W.) otv(í-\7M/Wr)

где: Qjy/^AÍÍ- напрял. jp4e. сечен"я шахты/^/(м2. ч) ; 6 м -пуоизьоди-элы: ютъ шахть\ кг/ч; V - об'г<зм шахты на единицу ма^сн шихты, m^/ktj £ - сечете шахт, - удель-яа" теплоемкость материала, Дк/'jtr.^; у1;лс - насыпной вет материала, кг/м^;'0^у - обишшй коэффи^ле: т .еллогэредачи Вт/(м3.К); 4 - горознос'лз олоч;\г/м и SЧг - водяной эквивалент материал*. ТРО с. гьза.

Ит>и раса'отрчнш* реального случат игрека массивных kyckol шигтн в шрхтэ необходимо учитывать величину и" вну-• тренпего теплового соиротив."зния. При этом время нагрева

материала увеличивается. Найденная закономерности ъьгеаа— ■ ется формуле*!: ~

íiA = uA.°!±!L

где: - время carpera слгя с заданной теплопроводностью, ч;<С - время нагр'ва слоя с бесконечной теплопроводностью, ч; X - коэффициент теплопроводности материала, Вт/ /(i\K) ;о(р~ коэффициент теглопрово^истл, отнесенный к единице обт-ема, Вт, "К; й - эквивалентный радиус кусков, м» В гримеяении к и^хтной печи для переработки ТРО коэффициент теплопередачи от газа к кускам ТРО определяли по

Формуле: ^ /4f т s и '

&V ~ о.гт

где: C¿\j- коэффициент теплопередачи, Вт/^.к); СО0 -скорости

в свободное сечении пахтч при температуре 0°С, м/ч; Ц' — коэффициент, зависящий от содержания мелко'к фра-

ьдаи а шихта; /V- козф&лциент, гтлактеризухтй материи мхти; I - соедня^ температура га<*ов, К; CÍ - средний диаметр куска материала, м.

0 использованием указа,тнкх формул били построены номограммы Для расчета пгхт-.ой лечи. Б этих расчетах учитывали наличие металла и кер.шжй в ТРО пут^м введение поправки i величину средчеи теплое, .костя и водного эквивалента 1Л), плавление металла v шлака путем уме"мпния численного значения количества теплоты в■зоы плавления на величину сдельной теп.лт* "лввлеягч металла и шлака и чвклоше. аффекты йопарен'*я влаги, горения, коксообразогалия и А"р.

1 помощью вышеприведенных форму.« и номограмм были оп-

Iэделеш основные геокетпкческиэ размеры печного пространства для печей производительностью 10, 100 и 2Du кг/ч по IP0.

Экспериментальные исследс занял тепловых и х'ядродинаш-чзских. рекшов в шахта проводились ка стенде, соответств7-вдем расчетной пр^изв^дателт о та шахтной печи ро ТРО IQ :т/ч в окислит¿яьно£ атмосфере. Установлено, что динамика о^сда столба ТГО зависит от "елширатуры зоны горения. Максимальная скорость - около 0,1 м/мин. Производительность стхте по ТРО также растет о увеличением температуры а лрп 1200°0 достигает 12-13 ít/ч, *:то примерно соотвэтствулт расчетной, величине. Расход газа на выходе из печи наиболее быстро стабилизируется'при темпе!атуре йутеровк*. в зоне горения. J2QD°C - в течение 1-2 мин,, что крайне важно дтя достижения быстрой стабилизации нггрузок на камеру дожигания и сисгему газоочистки.

Испытания :лодели гахтной печи, поведенные на экспериментальном стенде, позволял." подучить результаты, близкие к расчетным и подтвердили правильность выбора теоретический модели и методики расчета процессов в шахтной печи.

"о.-учен ряд исходных данных для проектирования плазменных шахтных печэй большой производительности,

. Исследование процесса к^нвьрсил жидких ттлеводого-дов в плчзменном пото::е.

Процесс термической конвьроии углеводородных отходов

IQ

в плазменной струз описывается реахдют/л мпооцгация и ;о-ляконденсащш. Е< „арамэтро'т для прогч-

сеа. в иахтной п^ча яаляется коэ£*лидгчт кзбиткг воздуха в ^нбраклгад интервала температур чр-^ мг-кс-чмальнсй энт&яьппя ' газового ьоточа. ¿ рззультате козшерсгл: гидких углеводородов i OKüc.-iTi'ibHoií amocij^pe с'ра-унтся СОо, СО» Н^ и Ск - конденсирован.ай углерод /са?а/.

Для рипчега состава дродг.стов конверсии ora углви<--дородоо в плазменной сад-а был использовал метод опреде ; аглп экстремума гори.одмамичо екого потенциала, пред::ола~ гайэдй поиск .¿гиоюлума г :ттзопяя S 3 при заданных значена -f. : маге Х".м;г?гоких элементов MJ и некоторые значениях поляс '1 внутренней эяерггл U" и объема Л/ счетами.

Ч::сло."ешй метод репеяая сис-емы уравнений суммарной энтропия сястыэ,' явизл!0нн1 зга полно;1Е. .,гт_"9я :J: з-аргии и в равновесием зостояяки, материального балрчеа, сохранения электрического .-атзяда i уравнения состояния для смеси газов иыл реал-?ов"н р виде ^яяверсальной программ "AJTPA--2'- с чепользеваялем J3M Ео-1020. Для расчета в качестве - эталона было принято ...о ¿орн-м масло с условной формулой ^22^33' ® качьотвэ окислителей расматрьлалиеь ьоздуг и . паровоздушная смесь. Коэффициент расхода окиелдгчля: определи-л по формул?:

ос - L/L

где: L - рс-альвчй расход окислителя пря конверсии,кг/гт| Lc - теоретический расход окислителя, кг/кг.

Результаты, расчета пгчазали, что при oL =0,2 в lacera темчератур нюго 1000 К образуйте : лоьдаиоированннй ух/.а» род, С0£ и EjO /^о/уьжой пар/. Дальнейшее Пивыягнае темпе-» рятуры приводит к уз_личеь.т дола СО и Т>2000 К

* происходит диссодиац 'л молекулярного водорода и сбразова-i-ie HCW и Czi.g. Чри Т> 500D К буд8\ происходить распад цианистых соединений я диссоциация молекулярлого азот". Т.к. наиболее вероятная температурная область существовалчя газовой фазы в иах^яой пэчя - 1000-2000 К, особое внимание в дтльпцЗчем уделялось именно этой области» Было доказано,, что огтималъннм являотая значение <у.=0,4. При данном ре-

и

х\!ме поиверсил достигав! ^я максимальное содержание СО в равновесной ск ая с ¿одородоа /74 моль/к^/ и минимальное содержание и и.с&-..и, а образования _иаяиетых соединений. не ,-рс исходит.

Введение еодяяогг» пгра обусловливает харак-

тер изменений состава термодинамической системы в диапазоне -импе! агур 1^00-2000 ^ аналогичный воздушной конверсии. Однако, при паровиздуганой конверсии снижается содержаще сажистого углерода и повышаете - содержанке Со. Связь между 0( 0„т и М иллюстраруе^я рис.2. Паровоздуш 1я конверсия позволяет обеспечить увеличение выхода восстановительных газоч в диапазона к^эф^ицие.та ррехеда окислителя О,

Ф- ОПТ

0,3 0,2

О ОД 0,2 0„3 0,4 яг/кг

Ряс«2. Зависимость оптимального коэффициента расхода окислителя, обеспечиваадэА-о максимальный выход восста-яовите.л>них газав в пргпуяг-ах. паровоздушной конверсии, от расхода водяного пара.

Экспериментальная проверка указанных по.южений показала, что при ОС =0,4. концентрация СО и ^ колеблется в интервале соответственно 62-70 в 52-CL коль/кг, что лоатю-чно хорошо согласуется с расчетными даяныш. Ковдентредж твердой фазы за факеле« конвертировалась топлива. нгнш*&» льна при ос =С,4-0,4.С. Полученные экспериментальные тзчйш подтвердили правильность выбранной методики расчетов конверсии кид-:их углеводородов, имитирующих жидкие горшие отхода АЭС, и позволит сделать вывод о возможности йсш>=-льзоваяия.тоиливно-плаамэяной горелки в шахтной, печи, ■1. Исследование протеса тешической обработки радио»

агшвду оташв та иямвой мтш? с мртанв дстр-

SHHffOT.j нагрева, - ...

С учэтом рерультатоь, полученных на экспсриментальпх установках и на основании проведенных расчетов геометрии печного пространств.0,, в '¿осНПО'Тадон'* была спрое -.тирована и лостроена пилотная установка на базе чахтной гечя с плазменным источником нагр-ва. ТРО.загружаются в líxtj высотой 2 и /общая исота печя 3 м/. 'Пахта имеет "ид усэ-ен-. ной пирамиды квадтатн^го сеч^ая. Никняя. часть, шахти снабжена наклонным подом, сообщающимся с зон ой лфабот^и. Подгвая.часть .течи обогревается. двумя, тоялквно-плазмонны-мя горелкам?, состоящими из плазмотронов R'C-ОД я форка-мер о устройством ввода жидких углеводородов, \>тходтдио газн. двЕийущиесл чвр^з слой СО» поступа-т в камеру дожигания циклонного Tjüia» а затсл в систему гагючистки. vc-тановрч оборутована системами экерго-, зодо- я газоснабжения и кэдачя топлива. Управление процессом ведется да>* таннионно с птльта управленгч.; Схема установи я яррчедепа яг рис.З.

¿gg» '—i—-—

Рис.3. Тежшшичетесяая сайт устиювка едгкюго тега*

IPO ппедставлязде ^'.г°сь - загрязненных радионуклида® древесины, резины, пластмассы, металла, оте.сла, керамика, загружали в предварите; ..ко разогрело печь. В печи лодаер-гчв°ли разрешение 20-40 ш.вод.ст. Сзкигание проводили при т( .шературе в подсчой части печи I4LJ-I500°C. ¿сего в ходе испытаний печь проработала догчв ТОО ч.. я было пепера-ботано зколо 25 т TF0. В «трсцс^се обработки ТРО определяли технологические ларшетры /распределение ^гиперагт? в иечя, скоростей газового потока, концентрацию и состав аэрозолей, массовые концентрация твердых ;астиц .. смо../,пт)о • водили хим: 1ескнЁ. ана'чз ТРО я клаксл /мето~зл:к атс.мно-а*сорбци~нной спектрофогометряи и гмисоио!. юто спегтраль-ногс анализа/, определяли удельну / ак*явцость проб ТР^ ьлака /счетчик уй-ВБ с пере летним прибором ПСО-Ь-4/, измеряли вязкость шлаков /вискозиметр ГОИ - ВРТ-3/, температуры перехода шлаков ж истинно жвдчогс г> структурированное joc'iv-time л нормального хидкого илако^далечия, плс>-ность шлаьоВ, j~\зовьй состав /дьфракиометр ЛРОВ-Зй/ и ско-посчя вчщзлач:.вания из ; лака j здону'«ладов ''по методике МАГАТЭ/. Распределение радюнукл::тов оценивали методом . сканирующей ravwta-cbSMKii чолокон, вятянутых из расплава.

П.ж иагпнаи распределения те'тратуры- по высоте' • ты било установлено, '.то гэл^ максимальных температур незначите п±л? по. высот-' / <. 0,3-0Г5 м/. На вь"киге 1,2 i пего проявляется иерехс? к зоне супи.я.'ЛЭ, '.то согласуется j результатами расчетов. Тешеиатура на граница зоны внхода Газе j и'г» печи около 450°С являете: оптимально", т. к га-рантир.-е? у' конденсации смол и шнмивлруег коррозию в г£заходе и камере

На рис, i и 5 представле«к зависимости производительности печи.от теиперагурь галового потока и среднего диаметра шахта. Повышение температуры более 1400°С интенелфиця-руеч процессы шлакообразования и улучшает характеристики шлака, но-при данной геогзтша печи не позволяет увеличить ее прсизводительность. В значгтельно большей степвнт производительность п.чи зависит от чиаметра /се«°шл/ пахты /рас.5/. Радиальное распредслегче температур по гчеоте

ад

150

20

40

100

ГЭ

0

600 1000 I4C01 „°С О

0-э Ъср. м

Рис.4. Зависимость фопзводи- Рис.5. Зависимость произьо-

Егхы пата поз~оля^г считать, что в подовой **астя температурное полз достаточно равномерное и резко нзменг.Л'ся на границе к^н'.акта газовоЧ и твердой фаз. Распределение температур неравномерное в зона горения я газ№?лкации и да~ ле^ выравнивается по всей высоте зон пиролиза и сушки TTU. Объем отходящих газов в 3-4 раза гл^нг ;э1 чем у пече! с ülj-бытком во?духа. Колебания газового объема ire превышают 10в отливке от 25-33? 5 печах с язйта-.ел воздуха.

В отходящих газах преобладав» Н2, лО ь С02- ТакоР сос -тчв отходящих газов требует их дожигаляя» Пгч г*з,гчепз2 зависимости концектрпии аэрозоле! от температуры вк .годящих :*.з печч г-чзов лбяарулел че^ко Бнраженгтй максимум 650--670°СГ связанный с реакциями тэрполкза. на ct,-"'ítcü поверхности ТРО. Минимальная «о.^цвнтпация азрозс.юй* в.т.ч. паров смол, наблюдается при температурах n.nso 5500Г. концентрация смолистых веществ составляет белее от общею уноса аэрозольной составляющей. При изучении распределения радионуклидов между твердыми частил?"'.-' и г.'розоктмн установлено, что практически весь унос обусловлен твердой, фазой. Но когщечтрацкя. твердых частиц в отходящих газах иа-xraoá печи в 70-15 раз нижа, чем у ns'zefi e::rv.дня о избытком воздуха.

Унос радионуклидов из шахты Ьависпг от высота слоя ТРО /рис.6/. Видно, что максимальный унос ciíjoh о пряблтогхяп-

•ильности печи от тем-йепат^ры' газа

дятельностл "зпчи от среднего диаметра иахты

___2t

I

0

0,5

•2,L

15 H, w

Рис.6. Зависимость /носа радионуклидов цезия-i37 от насош столба ТРО в шахте,

м открытий поверхноот» к зояе горения i» газификации. F-v. ^чная с высоты слия I, ai унос стабилизируете i и яе превы-

2% с. г введенной акточяоету. При оптимальной вгеоте слоя 2м унос ^адиод'^уклидов яе пре^ышагт 1%, что в 10 газ меньше, чем у веет известны« в мировой практике печей,, й в 20-3U раз менпе,че"! у камерных Почей с избытком воздуха

^ля долигания смолисты:. веществ бнл~ чепыгакч 2 гчпа камер: проточная и циклонная Kawepä цикл'.лноп типа oJec-печивала яа только полное выгорание горючих газов, но и ечижеюг в 2-й раза кон^антрагии смол и саж": при работе t пропан-Становой горе чкой. При ptJoTö о плизмеян^4 горелкой на выходе из камерн ллкиг-чия концентрация твер^дх ча-егтц счйза.г.^ь в 10-_Ю jna, а смолы практически отсутса-вовали. Средняя температура в камере достигала 1СЬ0°С.

По ¿(Hi} льтатам рьачота теплового баланс^ прчи было оп ределено, чг э теплхьой ЮЬ составил около CQ/S, что в 2-3 j аза бо._ьге, чем у .<:агерных гечеи о избытком зоздуха. Удельны« skjpro3atpara процесса составили 1,5 kB..ч/кг ТРО при приизводительности 60 кг/ч. Таки-: ооразом, резул>тата испытан и* пялотно> устш.оЕ.си подтвердили правильность выб~ ропн'тх конструктивных решений а методики расчета основных параметров печи «а основе предложенной модели процесс^.

В резу гь"ате сложных физико~:дайичдР"гах процессов, происходящих при т^рмсобреботке IPO, неорганические составляющие ярегбрпеьают глубокие структурные иревращвнчя и образуют шлак, который при высоких температурах плавится и поре ::о/ит в яадкотекучее состояние. Rim проведены лабораторные исследования свойств синтетических и реальных шлаков.

3 качество объектов исследования нспольаов£.лиоь шли. 2-х 'i.uioB. золышй остаток с установки сжигания IF0 "Факел", эксплуатируемой в .¡осКПСРадон" /на базе качсрпоЗ дечп о лабигадм воздуха/ и шла1* ТРО АЭС!. Шлака г ютитуг-'оъадьшог ТРО как вравало. являются тсысл, шлакг» АЭС - гг-йтральшъш «ля олаиокисллгл.. Жлак ••'осй.ОТедон" явж ;тся бэлое-'корот-изд.'' н г шкоте¡qrv,ry¡t а гго расялдв сильнес ст. уктурл'свал, чоп расплав шта ASC. благодаря присутствию большил кольче зтв фосфатов, ках ¿то ¡хокагачо с navoGibo р нлчэнсдг<зово~ го г.паякза /об.гаруглки дэлочиэасызлышо фосфат и сг'лшо-фосфатыг а. тагеко етшиолда/.

Кзучзшго кяггеттси выщелачивания какроког.ою..рчтп л радионуклид.» из 'ворд"2. шлаков доказало, наиболее лзг-ко далокалнзутс:аи ^адмдук.вдгл цозяя /1(ГС v c?.f ,су\~ п >локео/. Скорости вищвлачптакля остальных радионуклд^в на 1-5 порядчо:. мельио. С: 1билыисг& структуры илаков подт ■ Еэрадепа такяе могодом ПК спектроскопия.

В лабораторное условиях, гмитгтрущгсх условия нагрева 1Р0 в шахтной Д5Ч15, (Un изучен Taivze «тродеоо шткосЗразо-лпш/ü 'п ррспрвдмапяя радионуклидов s шлако. Ear« показ;'.-* но. ч/о npoitjcc агакообрааовамяя. прал'яясисл закагггизаь ся при I0CÜ°C» Установлено т де», что погрев »«.од^льнгго £. реального шшоэ от ГООО до Х400°С приводят- rt уноу «w i» Ir5-2,t радионуклидов деэш-137«, В то врргтя* novup? до™ чяя-13? sun кз-рвв« *омогечяого расплгча стекла, яр—с топленного ке жйдкях РАО в бсросялше-.гкызс доозгогг- «юсгавя®» юг 0-10?. Уменьшение потерг- радчонуклздез кз негоиогепг^ го расплат--. связано а локализацией их в узла£ др.»"' чллгпо-ской ретвтам минералов» присутствующих в расплава, /кефвлл-пG, лейците, ^илп.'гокарпогяте, • обнаруженных р&ятгенсфазоёзм £ !влышД Результат сяанируадей га"- -г'-.:.'лп показали» что радионуклида распределены а оброй--"- колокоа ¡злака дг-екрвтне, в то время как ч стеклянных волокнах о ля распределены равномерно,

?асярздзлэкк® радионуклидов отмечается и кзгду енлика-тг.'с;-: а кчталянчзской ссставдшащш: злака. В первой яояцок-тряруэтер радионуклиды цезия я стронция; во второй - кала-

о ч

ьа и ко 'злгта. Коо^фцциеги1 р?'5гпеде.,,вняя - 10-10 . Та-:ш обргчом, существований в на лей части иах.и и на доце не-гсмогенного расплава позволяет значительно уменьшить поте р.. рлдмонуклтдо." 1%/ Результаты лабораторных исследований полностью ио.лостью согласуются с данными по изучению поведения радионуклидов при офг^о^аяш реального тла-ка в шахтной печч к определении его свойств. Плс .чюсть шлака из шахтной печи - I800-50CG кт/гл3^ вязкость пр:, Г400 °С - ГО-6С Па.-!; степень локализации радионуклидов в шла. е - 9S-9Q^> скорость ^чтела^чвшшя цезвя-137 -.не ооле 1'Г^ (с:,г .сут); проч.;осгь на сжатие - 1-2 -На; коэффициент умслшения объема Т°0 - ю менее 100. Пон-тжеыие значения плотности шакоа в ряде екыкркментов обусло; латы тзепенштняем nro.itowo расплава при изменении окполяте-льно-восстановпт'льны:: условкЧ в печи.

Ьолучг.нкнй шлаковый продукт обладаем .хорошо? гидт^я»-ТЙТССЗКО*" УСТОЙЧИВОСТЬЮ Л Мвхгчическпй ПрО'П.ОСТМО JÍ ПВДГО*

дон для не ¡юсремо-твчшюгс захоронояая без дополнительной.

с габилк: гг^ив . ■ ■ • ■

. ■ • iL-JLí чякр—.....гЛ^е^.дностг певета-

б'чткяг>а.т|роа;;тапншс отууп^в в шахтной. печи«' ■ -

Было проьедеяо с^ачяиша двух, вариантов: переработки в кглеряоЙ'п^ч^ с избытке»! воздуха и в ряагчеяной шахтной пе-4s;„ ТоКсЗЬйо, что. экономгаоски mл* сообразнее кшользиват^ кахтную пе-и. Годо^сИ экономический эффект соствлызу в условиях К:лгШ10^Радон" ПБ5 тнс..руб.- в ценах-первого полугодия 1Э92 года...... .. .•'.'•

6. Ооковкме результат! п встодн. I. Влервы разработана юхлологип ч оборудование тормичес^ Kwl гэраработки TPQ в'пахтисЗ яечч с плазменными источнк,-icajHíi нагрева. Процесс пот чан в полупромншлвши'та масштабе на пило иго". установка.

О» Предложена теоретическая шделт и методика рпечеаа ос-пеших параметров я геометрии сахтной печи. Продемонстрирована хорошая сходимость расчетных я эксперимечтальнгх дшлшх.

3. Предложена иет^дш-а термодинамического расчета промосст.

конверсии тжшл/х углеводородных гоплив в йлтыонн-й ¿труо л определены. оптимальные параметры процесса конверсии,, подтвержденные экспериментально»

4.. чроцесло испытаний пилотной установиt опрех^лени осно-вте параметры процесса термгьеогсей переработки ТРО. Удельная производительность "ьчи составила БОС кг/./* поди, -что з Ь-10 раз больгэ, чем у печей с изоыяком во; уха. 0"нос радионуклидов из пзчн.го пространства не ¿слеп 1-2?,:. что а 10-20 раз меньше, чем у асе:-: известные в гарз печей. 5.. Рпервые ре&ллзован Lpoi.^co перср-чботкч исйоотироьг/псг* ТРО о вгелотешишн "вгорючях кеппонештов. [¡случен млеггу^ ■ гзлагс с ысокой химической устойчивость», гребовапьлм, пр-здгявтяеш"« к отвергданпкг* Р.'О среднего уровня ахтиБноста,-

G» Впервые щх^эдояо изелодопанпй «сведения, радионуклиде" з. гаахге гзч« и шлаково;.. расплава» установлен факт еншеечгл потерт» рздтпуклядоз за оче? их локализации i- минералах из-ггюгенного илакового расилт. • . ?.. Разработано и угаерддено техинчоспсо задание на щюмьф-.¡кипу» усм?новkj па ба«о вптяоД вочп с ггзг&юшозш источ-пп..£ш нагр'^п лрсяоводшчшшоотко ZC0 кг/ч дли нового яо-кологсиг АЬС» - В 1993 г, секаяшваотся т;азр-»4откй roanwi* '•ото гроекта. • •

ß« Огщас?.«ый бкояоцичео5ш2 одио8 уо^а-

:ювкм в узловых МосШО"Рочо!1".соо'га)\':яат 628а т.^ руб„ цонах первого полугодие I9S2 г.

* ЛитшиюСЙЛ^СЙ:^

ж. Улетучивши компонентов при яяаемрчтюп гзорхэ .стекла/

B.BJ&cjk, Н.д.Соболев,' с.з.огей'п^с^сгг'.?, 0Л.Т)\ттртв //"Плаэлеяньо процесса и аппарата. 1Ш0 АН БССР.

. 1934. С.60-66, '

2. Микроструктура п хпмячостя уогойчгюоо-гь е?окол, содер» гащих радиоактивные ■ отхода сроддег-з урезш активности/

C.В.СтефановскиЙ, И.А.Ссболоз, ^.А.^фиов, С.А.Дчктрг,-. ев// Радиохимия. 1988. T.3Q, Г5. С.820-824.

з. Синтез стекол различных составов в плэгт'охгаических рз-

акт par/ С.В.Сте&аноьл ü1, •'".А./читркев, И./,Князев, \.Л.Мосеэ// Тепло- л ма. зоперзнос.в г. аьмечных аппара-. тах. Шнек: ПЫО АН БССР .I9S0. С. 10-Г. . .

4. Длитризг С..Л.3 Ккяг^в H.A., Стефановскай C.B. Сравнение параметров работы печей с огневым и плазменным обогревом для высокотемпературна i ^ервргботкн твехщх радиоактивных отходов '! Твпло- и мае зоперек jo . ь плаз. мениых аппаратах. Минск: ИЖ> АН БССР. 19зР. С.З-Э.

5. Длчтрг'эв С А. Технология термический переработки твердых эактивнрх *ткодог низкого и среднего уровне" а"т;.тзяооти// ¿еплс. .тагнячвекие вопросы применения няч-коте-алературной плааг в.металлургии. Магнитогорск! тли. IS3n. С.„0-44. ДСП.

6. Дмитров С Л.,, Cîef яиовоки? C.B.,,Князев И. А» Иммобилизация рад1Гяукл"Дов в шчаке при высокотемпературной ьэртработке твердых радиоактивных отходов// Теплстех-ипч-сест вопросы примзкегия низкотемпературной пчаьш

в металлургии. Магнитогорск: ШЛИ. 1889. С,133~144.ДЖ.

7.. Разработка и исследование идаамэ^ой ш&' тнок чечи дда. перереботка стход^в/.А.Л.Мосоо,, С.А.Д«лриев, С.Б.Сте-фаы>вс.чий и ДО.// Про^лачг тепло- и массоп"рэаоса-91. MvriCK;' AÎ ГСЗСР"/ la:I. C.5fa-69.'

0. СтефаковсяиЙ G.B., Князев Ч. Лмчтр^еа 'C.A. Остекл~-чцб-'.илс радиоакткияьх отходов г плазменном реакторе // Физика z химий сЗработкд материалов. IS3I, £4. C.7Î.-80.

2j . СтЦокоесшЙ. C.B... Князев И.А., /Чштриев Z.k- С* улг-г-учпгдшш микрокошоквйтов из яегодагекгнй. расшаьов// . Раоялаьь.' IS3X, Лб. С.36--4L. •

ID. Некоирие аспекты совершенствования: технологии терли-» ученой переработку горючлх тздиоактившх отходов и кондиционирования золмгаго оотатка / С.А.Дмитриев, i.A. Лафаног^ й.А.Княьэв и др.// Атомкоя энергия. ISS^. Т. 70, т. 0.304-305.

.Л... Она? рабет по сжигане.., T^epw радиоактивных оту^/ов/ С.fi.Дмитриев, Ф.А.Ли^анев,И.А.Ккл:ев, А.П.К Сел«в// Гго^лгмы еСраиенля с гадис»,1 ïhpi^mh отходами и охр. я-окру*ающей ср°ды. К.: НП0"1"н-рг»«". I9°I. C.IQ0-II4.

12. Свойства плавленого, пиша при термической переработке радиоактивных отходов на баге шахтной сечи/ С.Л.Дмитриев С.В.Стэфановсгай,. Ф.А.Ляфанов, И.А.Князев//. Фп-

■ зика. и хамил бработ-кя материалов. 1992, И. С»6В-?(1„

13. Стефановский C.B., Князев И.А., Дмитр-эв .С.А„ Остекли внваииа среднеактивныт отходов в прямоточном плаэмохя-мическом реакторе// Maлщународннй сигагозяум по . теоретической и прикладной плазмохшии. Рига: 1атв.АК. Г991.

. С.395-397. . '

Г4. A.c. 782567 СССР, МХИ 32П?3/Г6- Установка.для переработки радиоактивных отходов/ BJB.Ekciuk, Б.А.Ваикэаич,.

. С.А.Дмитриев и др. СССР// Заявка 2778042 от 7.06.1979.

15. A.c.- 762568 СССР, МКИ 321?'5Д0. Способ переработки ра- ■ диоактивннх отходов/ В.В.Енсюк, С.А.Дтагряов, С.С.З&б-

. родскы и др.СССР//Заявка ¿778043 от 7.0G.IS79. ДСП.

16. A.c. 1387729 СССР, ЖИ 62Ш/30. Способ переработки радиоактивной голы/ З.А.Лп$алОЕ„ С.В.Стефановский, С.А. Дмитриев,СССР//Эатака 4112782-от 25.03.1986. ДЯ.

17.. A.c. 1487726 СССР, МКИ Ç2IP9/0Q. Плазменная шагтная . печь для сжигания горючих радиоактивных отходов/ O.A. Дмитриев, З.К.Литвинов,. Е.Б.Агапктов й др.ССС?//Заявка 4296820 от 8.G7.I9S7. ДЯГ.

13. А.о. 1484793 СССР, МКИ 52159/32.. Сггособ переработки го-, рючих радиоактивных отходов/ В.Н.СыромягяикоЕ, А.Ы.Бау-. лия, . С.А.Дмитриев я др,СССР//Заявка 4315224 31.03.

. 1987. ЖЯ7.

IS. A.c. 1535242 СССР, МКИ 62ГР9/32. Способ сетгагьад гало-генсодерярщиг органичвоких.отходов, в том чаола и радиоактивных/ А.Е.Сахкин, В.Н.Сыромятников, С.А.Дмитрзев

. и:др.СССР//Заявка 432630Г от 12.11,1987. ДСП.

20, A.c. 1552893 СССР, МКИ <?21Р9/Г6. Плазменная шахтная печь для переработки радиоактивных отходов/ С.А.Дмитриев, В.К.Литвинов, И.А.Князав и др.СССР// Заявка 4434281 от 1.06.1988. ДСП.

21. A.c. 17151.07 СССР, МКИ G2I29/30. Устройство для переработки твердых радиоактивных отходов/ С.А.Лмитриов, И.А. Кяязев.СССР//5аявка 4812574 от 12.03.1990. ДСП.