Спосіб переробки рідких радіоактивних відходів аес

1. Спосіб переробки рідких радіоактивних відходів АЕС, що включає їх попереднє упарювання, кальцинацію і виплавку боросилікатного скла, який відрізняється тим, що кальцинацію відходів реакторів ВВЕР розподіляють на два етапи: низькотемпературний в діапазоні 200-280°С, який прово 38077 портування рідких РАВ децентралізованого пункту переробки, де такі споруди були б економічно доцільними, пов'язано з великим екологічний ризиком і досі є технічно не розв'язаною проблемою. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу переробки рідких РАВ АЕС шляхом постадійного низькотемпературного зневоднення рідких РАВ до одержання гранульованих сольових залишків з наступною їх високотемпературною кальцинацією з одночасною виплавкою боросилікатного скла, чим забезпечується надійне твердіння РАВ і за рахунок цього зменшуються витрати на транспортування і поховання відходів при мінімальних екологічних ризиках. Поставлена задача вирішується тим, що в способі переробки рідких радіоактивних відходів АЕС, що включає їх попереднє упарювання, кальцинацію і виплавку боросилікатного скла, згідно з винаходом кальцинацію відходів реакторів ВВЕР розподіляють на два етапи: низькотемпературний в діапазоні 200-280°С, який проводять на АЕС і високотемпературний в діапазоні 280-750°С, який проводять в електропечі одночасно з виплавкою боросилікатного скла разом з відходами реакторів РБМК домішками кварцового піску, глини або шлаків, з застосуванням триступінчатої очистки газових відходів, де на першій ступені видаляють оксид сірки, на другій - оксиди азоту, на третій - діоксид вуглецю з виведенням їх у вигляді кислот або затверділих продуктів їх нейтралізації гідроокисом кальцію у вигляді гіпсу, селітри, крейди. Крім того, використовують боромісткі відходи реакторів ВВЕР в якості флюсуючої присадки при виплавлянні боросилікатного скла з відходів реакторів РБМК. В запропонованому способі стадія кальцинації РАВ розподіляється в часі і просторі на два етапи. На першому етапі проводиться низькотемпературна кальцинація при t=200-280°С за допомогою шнекових кальцинаторів з паровим обігрівом. Цей етап проводиться на кожній АЕС з реакторами ВВЕР за рахунок паровідбору з проміжних ступенів турбін. В результаті отримують "напівкальцинат" сухі гранульовані солеві залишки, з яких видалена волога і кристалічна вода, але солі термічно не розкладені, а через те у газових викидах немає шкідливих домішок оксидів азоту, сірки, вуглецю. Такий напівкальцинат має об'єм в 4-5 разів менший, ніж рідкий солевий концентрат РАВ. Він не придатний до безпосереднього поховання в могильниках через водорозчинність солей, але може без великих ризиків транспортуватись в контейнерах до центрального пункту для кінцевої переробки. На другому етапі проводиться високотемпературна кальцинація при t=280-750°С для термічного розкладу нітратів, сульфатів і інших солей в присутності органічних відновників /меляси, вуглеводних відходів і т. п./, а також для переводу сульфатів і карбонатів в металосилікати в присутності оксиду кремнію, тобто утворенню сполук, які являють основу для виплавки скла. Цей етап проводиться на централізованому пункті /заводі/, обладнаному електричними скловарними печами, багатоступінчатою системою газоочистки з уловлюванням як шкідливих, так і корисних речовин. Другий етап кальцинації і ви плавки боросилікатного скла проводиться одночасно в скловарній пзчі. Напівкальцинат з необхідними домішками кварцового піску /SiO2/, глини SiO2+Al2O3, органічних відновлювачів подають в електропіч на поверхню розплаву скла. Між розплавом і свіжими порціями шихти утворюється шар кальцинату, де проходять вищезгадані реакції з виділенням газів NO2, SO2, CO2, які розпушують цей шар, що поступово знизу розплавляється при t=800-1100°С і утворює склоподібну масу. Вона періодично випускається з печі, перетворюючись у зливки радіоактивного скла, що йдуть на поховання. Вони забезпечують найбільш стійку фіксацію радіонуклідів навіть при доступі грунтових вод. Таким способом можуть отвердівати в боросилікатне скло і рідкі РАВ від реакторів РБМК Чорнобильської АЕС. Добавки напівкальцинату від РАВ реакторів ВВЕР з великою концентрацією борних сполук замінюють природні боромісткі домішки. А оскільки централізований пункт переробки РАВ БО "Вектор" знаходиться в безпосередній близькості від ЧАЕС, то її рідкі РАВ можуть доставлятись на переробку без попередньої низькотемпературної кальцинації. Приклад технічної реалізації даного способу приведено на фіг 1, де показана технологічна схема переробки рідких РАВ АЕС України. На кожній АЕС, що обладнані реакторами типу ВВЕР /Ровенська, Запорізька, Хмельницька, ПівденноУкраїнська/, рідкі РАВ з тимчасових сховищ /1/ через випарні концентратори /2/ подаються на шнекові низькотемпературні кальцинатори /3/, в яких вони перетворюються в "напівкальцинат" зневоднені сольові залишки у вигляді гранульованих порошків, придатних до безпечного транспортування на центральний завод переробки рідких РАВ. Температурний рівень кальцинаторів на АЕС /200-280°С/ є недостатнім для термічного розкладу нітратів та сульфатів, тому газові відходи складаються, в основному, з водяних парів без домішок оксидів азоту і сірки, а газоочистка обмежується їх конденсацією з поверненням конденсату для потреб АЕС. При великому вмісті борних сполук в РАВ ВВЕР в газових відходах може знаходитись метаборна кислота, що частково відганяється з водяною парою. За допомогою фракційної конденсації вона теж може бути повернута на АЕС для повторного використання. На центральному заводі перевезений напівкальцинат від реактора ВВЕР разом з рідкими РАВ від реакторів РБМК та необхідними домішками через змішувач /4/ і дозатор /5/ подається в електропіч, де в зоні /6/ проходить кінцеве зневоднення, в зоні /7/ - термічний розклад солей і зоні /8/ - виплавляється боросилікатне скло, зливки якого /9/ транспортуються для захоронення в могильник /РАВ/. Газові відходи печі /8/, до складу яких входять SiO2, NO2, NO, CO2, подаються до триступінчатої системи газоочистки через електрофільтр /10/. На першій ступені /11/ видаляється SiO2 з газової суміші з утворенням сірчаної кислоти за допомогою відомого нітрозного методу, коли після розчину SiO2 у воді з утворенням сірчистої кислоти SiO2+H2O=H2SO3, остання доокислюється до нітрозілсірчаної кислоти NOHSO4, яка утворюється 2 38077 при розчині оксидів азоту в розчині сірчаної кислоти: NO2+NO+H2SO4=2NOHSO4+H2O NOHSO4+H2O=H2SO4+HNO2 H2SO3+2HNO2=H2SO4+H2O+NO↑ На другій ступені /12/ з газових відходів видаляються оксиди азоту. Монооксид азоту NO легко доокислюється киснем повітря до діоксиду NO2, який в розчині з водою дає азотну кислоту: 2NO+O2=2NO2↑; NO2+H2O=HNO3↓ На третій ступені /13/ видаляється діоксид вуглецю за допомогою сатурації газів через розчин гідроокису кальцію з утворенням крейди: CO2+H2O=H2SO3; H2SO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O Після цього газові відходи звільнені від оксидів сірки, азоту, і вуглецю через фільтри грубої і тонкої очистки /14/ видаляються в атмосферу. Одержані сірчана і азотна кислоти можуть після доочистки використовуватись за прямим призначенням, або можуть бути нейтралізовані в змішувачах /15/ за допомогою гідрооксидів кальцію для створення твердих корисних речовин: гіпсу, селітри та крейди. H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4+H2O 2HNO3+Ca(OH)2=Ca(NO3)2+2H2O Таким чином, комбінований спосіб знешкодження рідких РАВ АЕС України, що заявляється, який поєднує місцеве зневоднення з централізованою виплавкою боросилікатного скла, дозволяє: - при мінімальних затратах скорочувати об’єм РАВ на АЕС в 4-5 разів, перетворюючи рідкі РАВ в придатний для транспортування гранульований напівкальцинат, що значно знижує екологічні ризики перевозок і вирішує транспортну проблему рідких РАВ; - звести до мінімуму газоочисні споруди на територіях AEС; - забезпечити безперервний процес варіння скла на центральному заводі, поєднуючи високотемпературну кальцинацію з варінням скла; - забезпечити екологічну чистоту процесу за допомогою багатоступінчатої системи газоочистки на центральному пункті з видаленням шкідливих і корисних речовин. 3 38077 Фіг. 1 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4