Спосіб переробки горючих твердих та негорючих рідких радіоактивних відходів

Винахід належить до переробки радіоактивних відходів низького та середнього рівня активності, а саме - горючих твердих та негорючих рідких. Найбільш доцільно використання на кінцевих стадіях те хнологічних процесів, компонентами яких є радіоактивні речовини, зокрема, на атомних електростанціях (АЕС). Може також бути використано для переробки побутових та промислових відходів, наприклад, токсичних. Широке використання в різних галузях промисловості радіоактивних речовин та технологічні цикли АЕС призводять до накопичення та зростаючих темпів надходження радіоактивних відходів різноманітного рівня активності. Все більше жорсткі умови екологічної безпеки спричиняють повне виключення захоронения радіоактивних відходів (далі РАВ), без їх попередньої переробки, суть якої містить в собі зменшення об'єму підготовлених для захоронения речовин переробки РАВ та їх ізоляції від біосфери. З відомих способів переробки найбільше розповсюдження отримали способи, в яких РАВ підлягають тепловій обробці зі спалюванням горючих (твердих та рідких), осклінням твердих негорючих та сушінням (випаровуванням) рідких негорючих радіоактивних відходів. Отримані після теплової обробки тверді продукти (шлаки, зола, мінеральні рештки) вміщують у контейнери та захоронюють. Горючі радіоактивні відходи спалюють в різноманітних печах з підвищеною ефективністю термопереробки (зменшення недожигу і т.д.) радіаційною та екологічною безпекою, зокрема по викидам радіоактивних та токсичних речовин в атмосферу. Наприклад, в способі [1] тверді горючі РАВ спалюють у печі з камерою дожигу золи разом з сажою, а потім очищують гази, що відходять, в системі газоочищення. В [2] описаний спосіб спалювання горючих рідких РАВ у киплячому шарі. Необхідно відмітити, що використання киплячого шару, як показує світова практика, є найбільш ефективним при спалюванні та сушінні радіоактивних відходів. Технологічні способи переробки сортованих РАВ різноманітні і, в основному, вже упроваджені в практику. Проте, при переробці РАВ звичайна вихідна сировина - тверді, рідкі, горючі та негорючі радіоактивні відходи, є несортованою сумішшю, розділеною тільки за фазовим станом та рівнем активності (тверді, рідкі РАВ), яка надходить із технологічних циклів, зокрема АЕС. Сортування (первинна підготовка РАВ до переробки), як правило, експлуатаційне небажане, так як підвищує до витрати персоналу. Тому проблема комплексної (із мінімізацією вторинних відходів РАВ) переробки несортованих РАВ є актуальною і за нашого часу. Відомі окремі технічні рішення проблеми. Так, в способі [3] одночасно спалюються тверді радіоактивні відходи (ТРАВ) та рідкі горючі радіоактивні відходи (РРАВ). Проте переробка негорючих РРАВ не передбачена. По технічній суті найбільш близьким способом [4] до технічного рішення, що заявляється, є спосіб спалювання подрібненого твердого палива погіршеної якості шляхом подачі останнього та розпилювання води з домішками над киплячим шаром інертного теплоносія, псевдорозрідженого повітрям. Описаний спосіб може бути використаний при переробці горючих твердих відходів (паливо погіршеної якості) та негорючих рідких відходів (вода з домішками). Перевагою вказаного прототипу у порівнянні з іншими відомими способами переробки змішаних (горючих та негорючих) відходів є можливість проведення процесу в режимі без споживання зовнішньої енергії (саморозжиг). Недоліком прототипу є та обставина, що із зони горіння разом з димовими газами виноситься значна частина неспалених речовин, що зумовлене сумісною подачею твердого, рідкого та газоподібного матеріалу в зону горіння. Така подача практично виключає дожиг часток, які не попали в конгломерат. Вони не долітають до зони горіння а відходять з газами, так як зона сепарації в цьому способі відсутня. Цей недолік зумовлює необхідність в додаткових стадіях дожигу, тобто в додатковому обладнанні та енергетичних витратах. Задачею винаходу є розробка способу переробки радіоактивних відходів, який дозволяє одночасно з процесами спалювання та сушіння проводити процес дожигу неспалених речовин шляхом розтягування зони горіння. Задача досягається тим, що в способі, що пропонується для переробки горючих твердих та негорючих рідких РАВ шляхом подавання подрібнених твердих та розпилених рідких відходів, а також вторинного повітря на киплячий шар інертного теплоносія, псевдодопалюваного повітря з наступним вилученням газоподібних та зольних продуктів переробки, згідно винаходу, перед подаванням РАВ теплоносій нагрівають до температури 600 - 800°C, потім подають ТРАВ на верхню межу киплячого шару. Після запалювання твердих відходів подають рідкі відходи в зону горіння ТРАВ. В цю ж зону подають попередньо нагріте вторинне повітря та ведуть переробку при температурі 600 - 800°C. Новими в порівнянні з прототипом у способі, що заявляється, є наступні характерні ознаки: попередній нагрів теплоносія киплячого шару до температури 600 - 800°C; подача твердих відходів на верхню межу киплячого шару; подача рідких відходів в зону горіння твердих відходів після запалювання останніх; попередній нагрів вторинного повітря; (до 300 400°C); подача вторинного повітря в зону горіння твердих відходів; проведення процесу термообробки при температурі 600 - 800°C. Перелічені ознаки дають можливість розтягнути зону горіння над киплячим шаром за рахунок роздільної подачі у трьох різних рівнях: твердих відхода х (нижній рівень); вторинного повітря (середній рівень); рідких відходів (верхній рівень). При цьому верхній рівень зони горіння твердих відходів буде, одночасно і зоною дожигу неспалених твердих часток. Відмітимо, що у прототипі відходи та вторинне повітря подаються сумісно на одному рівні, що виключає можливість створення необхідної конфігурації та характеристик зони дожигу. Розтягування зони горіння чиниться без пониження загальної ефективності процесу горіння за рахунок попереднього нагріву теплоносія та вторинного повітря. Вказані відзнаки способу, що заявляється, забезпечують більш повне згоряння відходів, ніж у прототипі, що дозволяє зменшити затрати на подальший дожиг та зменшити вартість переробки в цілому. Спосіб, що заявляється, може бути реалізований в пристрої, зображеному на кресленні (фіг.). Пристрій містить корпус 1, в якому розташовується робоча камера 2 для розміщення киплячого шару 3 з газорозподільною решіткою 4, електронагрівачем 5, патрубком 6 для подачі первинного повітря та патрубком 7 для вилучення зольних залишків. В корпусі 1 є сепараційна камера 8 з патрубком 9 для подачі твердих відходів (ТРАВ), форсункою 10 для подачі рідких відходів (РРАВ), патрубком 11 для подачі вторинного повітря та патрубком 12 для вилучення димових газів. Спосіб реалізується таким чином. Через патрубок 6 і решітку 4 подають первинне повітря у робочу камеру 2, створюючи тим самим киплячий шар 3. Електропідігрівачем 5 нагрівають киплячий шар до температури 600 800°C. Потім через патрубок 9 подають на верхню межу киплячого шару 3 подрібнені ТРАВ, які перемішуючись з нагрітим теплоносієм, швидко запалюються, утворюючи зону горіння у робочій камері 2 та сепараційній камері 8. Далі в вер хній зоні горіння через форсунку 10 розпилюють РРАВ і подають вторинне повітря через патрубок 11 в середній рівень зони горіння. Спалені у нижньому рівні зони горіння тверді відходи утворюють зольні продукти, які вилучаються через патрубок 12, а також неспалені легкі частки та гази, які підіймаються в сепараційну камеру, в суміші зі вторинним повітрям, яке подається через патрубок 11. При цьому частина летючих горючих продуктів догорає, а частина, що залишилася, зрошується у протитоці рідкими відходами з утворенням вологих конгломератів, які опускаються назустріч висхідним газопиловим потокам. При зпіканні конгломератів вигорають горючі частки і випаровується вода РРАВ з утворенням газоподібних продуктів, які вилучаються через патрубок 12. Подача вторинного повітря в сепараційну зону 8 сприяє інтенсивному перемішуванню та циркуляції відходів в зоні горіння, що сприяє їх найбільш повному згоранню. Цьому сприяє також зрошення спалюваних ТРАВ розпилюваними РРАВ, що знижує винос аерозольних часток в атмосферу. В таблиці приведені приклади, здійснення способу переробки імітаторів РАВ при різних умовах, а також по способу - прототипу. Як видно з приведених прикладів дослідних даних спосіб переробки РАВ значно перевершує прототип щодо ефективності спалювання відходів та екологічної безпеки зольного залишку та пиловиносу. Оптимальний діапазон температур киплячого шару 600 - 800°C. В прикладах 3 і 4 вторинне повітря попередньо нагрівалось до 300 - 400°C. Проведення термообробки при температурі 500°C утруднювалось інтенсивним виділенням диму та смолових відкладень. При цьому для стабілізації температури киплячого шару споживання електронагрівачем енергії підвищувалось у 2 - 2,5 рази в порівнянні з іншими температурними режимами. При температурах більше 900°C значно зростало сажоутворення та вміст контрасних аерозолей у вихідних газах. У киплячому шарі інтенсивно зпікався теплоносій з утворенням кірки, через яку не продувалося повітря. В діапазоні 600 - 800°C після виходу на стабільний температурний режим електронагрівач відключався і процес йшов в автотермічному режимі. При цьому досягалась максимальна ефективність спалювання відходів при мінімальному вмісті вуглецю в аерозольному виносі та зольному залишку. Підогрів вторинного повітря до 300 - 400°C (див. прикл.3, 4) дозволив значно підвищити повноту згорання горючих відходів та підвищити продуктивність по рідким відходам без зміни ефективності.