Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: переработка твердых радиоактивных отходов и их компактирование в химически устойчивый, монолитный и пригодный для длительного захоронения материал. Сущность изобретения: при переработке отходов в шахте зола и стеклообразователь поступают через сужающуюся часть конфузора в контейнер, установленный в сквозной водоохлаждаемый тигель, состоящий из двух разъемных частей, которые выполнены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости. Заполненный расплавом контейнер перемещают из тигля в герметичную камеру, где расплав окончательно охлаждают, а затем после герметизации контейнеров последние направляют на захоронение. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2012080
Класс(ы) патента: G21F9/32
Номер заявки: 5043543/25
Дата подачи заявки: 26.05.1992
Дата публикации: 30.04.1994
Заявитель(и): Морозов А.П.; Князев И.А.; Макс П.Шлингер[US]
Автор(ы): Морозов А.П.; Князев И.А.; Макс П.Шлингер[US]
Патентообладатель(и): Морозов Александр Прокопьевич
Описание изобретения: Изобретение относится к атомной энергетике и технологии, а именно к устройствам для переработки твердых радиоактивных отходов среднего и низкого уровня активности, и может быть использовано для термического преобразования и компактирования отходов в химически устойчивый, монолитный и пригодный для длительного захоронения материал.
Известна печь для ликвидации радиоактивных отходов, содержащая шахту с загрузочным устройством, патрубком подачи окислителя и электрическим нагревателем в верхней части, а в нижней части - с газоотводом и устройством для вывода шлака [1] .
Недостатком данной печи является низкая радиационная безопасность, обусловленная высоким уносом радионуклидов в газообразном, аэрозольном и пылевидном состоянии. Это связано с подачей окислителя в верхнюю часть слоя отходов, что приводит к образованию зоны окисления на поверхности слоя с интенсивным выносом радионуклидов с отходящими газами, а также экранированию нижележащих слоев отходов с увеличением продолжительности обработки и удельного выноса радионуклидов. Кроме того, для переработки в данной печи крупногабаритных упаковок отходов необходимо их прессование или дробление с последующей загрузкой в шахту. Это повышает число радиационноопасных операций, снижает полноту выгорания горючих компонентов и способствует повышенному уносу радионуклидов, что снижает мониторинг процесса переработки отходов и понижает радиационную безопасность. Наличие устройства для вывода шлака способствует активной десорбции, газификации и выносу радионуклидов при сливе шлака. Сливное устройство контактирует с агрессивными шлаками, подвергается зашлаковыванию с нарушением работоспособности, что требует дополнительных радиационнопасных операций.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является устройство для переработки твердых радиоактивных отходов, содержащее загрузочное устройство, шахту с газоотводом и патрубками для подачи окислителя и тигль, охваченный индуктором [2] .
Недостатком известного устройства является низкая радиационная безопасность, связанная с высоким уносом радионуклидов в газообразном, аэрозольном и пылевидном состоянии при переработке крупногабаритных отходов в шахте и тигле, а также при выводе шлака из тигля и сборе его в контейнеры. Конструктивное выполнение в данном устройстве шахты и тигля ограничивает возможность переработки крупногабаритных упаковок отходов. Так как электромагнитные свойства шлака требуют применения высоких рабочих частот, размеры индуктора и тигля лимитируются оптимальной глубиной проникновения. Для переработки в данном устройстве крупногабаритных упаковок отходов необходимо их прессование или дробление с последующей загрузкой в шахту. Это повышает число радиационноопасных операций, снижает полноту выгорания горючих компонентов из прессованных отходов и способствует повышенному уносу золы и радионуклидов из дробленых отходов, что снижает мониторинг процесса переработки отходов и понижает радиационную безопасность. Наличие стопорного сливного устройства в стенке тигля, применяемого для вывода и сбора шлака в контейнеры, понижает радиационную безопасность устройства. В сливном устройстве струи шлака имеют высокоразвитую межфазную поверхность, поэтому происходит интенсивное испарение и распыление радионуклидов с радиационным загрязнением оборудования и контейнеров. Переработка неидентифицированных отходов сложного морфологического состава приводит к образованию шлаковых расплавов с нестабильными реологическими свойствами, что способствует зашлаковыванию сливных каналов, леток и стопоров сливного устройства, поэтому необходима постоянная или периодическая прочистка и дезактивация в условиях радиационной загрязненности. Вывод расплава из тигля в жидком состоянии способствует деиммобилизации радионуклидов в виде аэрозолей и пылей. Разливка расплава непосредственно в контейнеры требует для предотвращения прогара их стенок либо применения специальных футеровочных работ по нанесению огнеупорных обмазок на внутреннюю поверхность контейнеров, что снижает полезный объем и коэффициент заполнения могильников, либо охлаждения контейнеров. В данном устройстве наблюдается ошлаковывание несгоревших компонентов отходов, захватывание их расплавом в тигле с последующим забиванием летки и нарушением работы сливного устройства. При наличии в перерабатываемых отходах металлических компонентов происходит разрушение гарниссажного слоя на поверхности тигля, повышенный эрозионный и химический износ материала тигля. Трудности пераработки отходов с выпуском расплава из тигля связаны с высокой температурой расплава и узким температурным интервалом его кристаллизации, что требует значительного перегрева расплава перед выпуском. При этом высока вероятность электрических пробоев в индукторе и плавильном пространстве, так как при выпуске расплава из летки нагрев не выключают.
Кроме того, струйная разливка шлака в холодные контейнеры не позволяет получить плотные химически стойкие и механически прочные отливки за счет частичного охлаждения струй расплава, прерывистого характера их истечения, а также нерегулируемого охлаждения отливок, что также понижает радиационную безопасность при дальнейшем захоронении.
В основу изобретения положена задача разработки конструкции устройства для переработки твердых радиоактивных отходов, которая обеспечила бы эффективное сжигание горючих компонентов и внутриконтейнерное остекловывание золы, уменьшая тем самым вынос радионуклидов при переработке отходов и контейнеризации шлака и повышая радиационную безопасность.
Цель достигается тем, что в устройстве для переработки твердых радиоактивных отходов, содержащем загрузочное устройство, шахту с газоотводом и патрубками для подачи окислителя, и тигль, охваченный индуктором, тигель выполнен водоохлаждаемым сквозным, состоящим из двух разъемных частей, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, индуктор относительно тигля установлен с зазором, равным величине горизонтального перемещения тигля, и охвачен герметичным корпусом с крышкой, а нижняя часть шахты выполнена в виде конфузора, сужающаяся часть которого закреплена соосно тиглю в отверстии крышки корпуса и снабжена дополнительными патрубками для подачи окислителя, размещенными над крышкой, при этом нижняя часть корпуса жестко соединена с герметичной камерой, в стенке которой соосно тиглю выполнено отверстие, а внутри камеры установлены устройства для вертикального и горизонтального перемещения контейнеров.
Известно выполнение сквозного водоохлаждаемого тигля в устройстве для непрерывной плавки огнеупорных окислов (см. а. с. N 1230269, кл. F 27 D 11/06). Сквозной тигель предназначен для формирования и непрерывного вытягивания слитков непосредственно в полости тигля.
В предлагаемом устройстве сквозной тигель предназначен для обеспечения возможности введения в полость тигля и выведения из него контейнера, в котором осуществляют высокочастотное внутриконтейнерное остекловывание золы отходов. Это позволяет предохранить внутреннюю поверхность тигля от разрушения ввиду отсутствия контакта тигля с высокоагрессивным расплавом золы отходов и стеклообразователей, что повышает радиационную безопасность и снижает количество вторичных радиоактивных отходов.
Известна в индукционных плавильных устройствах установка секций тигля с возможностью возвратно-поступательного перемещения нижних его частей с горизонтальной плоскости и размещения индуктора относительно тигля с зазором, равным величине горизонтального перемещения тигля (см. а. с. N 957612, кл. F 27 D 11/06). В известном устройстве такое конструктивное выполнение предназначено для отделения слитка от поверхности тигля и эвакуации его без разрушения секций тигля.
В предлагаемом устройстве отличительный признак, характеризующий форму выполнения тигля и установку его относительно индуктора, проявляет новое техническое свойство, заключающееся в обеспечении жесткой фиксации контейнера с расплавом в тигле, что позволяет осуществить остекловывание золы отходов непосредственно в контейнере с одновременным созданием охлаждающего экрана между стенкой контейнера и расплавом. Кроме того, компоновка тигля и индуктора позволяет проводить регулируемый процесс плавления и охлаждения расплава в контейнере с получением в нем плотных механически прочных и химически стойких отливок.
Известно выполнение тигля и индуктора охваченными герметичным корпусом с крышкой (см. а. с. N 1077417, кл. F 27 D 11/06). Герметичный корпус предназначен для создания разрежения в тигле и поддержания безокислительной атмосферы в зоне плавления.
В предлагаемом устройстве данный отличительный признак наравне с известным проявляет новое техническое свойство, заключающееся в создании герметичных автономно функционирующих зон плавления, как в шахтной печи для сжигания отходов, так и в индукционной печи для внутриконтейнерного остекловывания золы.
Отличительные признаки, характеризующие выполнение нижней части шахты в виде конфузора, сужающаяся часть которого закреплена в отверстии крышки герметичного корпуса и снабжена дополнительными патрубками для подачи окислителя, размещенными над крышкой корпуса, в известных технических решениях не обнаружены. Такое конструктивное выполнение шахты обеспечивает эффективное профилирование полости шахты и распределенный ввод в нее окислителя, что позволяет осуществлять коксование крупногабаритных отходов без их дополнительной обработки в верхней части шахты, озоление с дожиганием кокса и предварительным расплавлением золы и негорючих компонентов непосредственно в конфузоре шахты, а витрификацию золы - в тигле. Кроме того, выполнение шахты и тигля с разным диаметром, а также соединение их полостей посредством сужающегося конфузора, обеспечивающего распределенный ввод окислителя, позволяет исключить попадание недогоревших компонентов отходов в остеклованную отливку в контейнере.
Отличительные признаки, характеризующие герметичное соединение полости тигля с камерой, в которой размещены устройства для вертикального и горизонтального перемещения контейнеров, в известных технических решениях не обнаружены. Такое конструктивное выполнение позволяет безопасно перемещать контейнеры с расплавом из тигля в камеру при внутриконтейнерном остекловывании, а также осуществлять смену контейнеров, окончательное охлаждение отливок и подготовку контейнеров для захоронения непосредственно в герметичной камере.
На основаниии вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что заявляемое устройство для переработки твердых радиоактивных отходов соответствует условию "изобретательского уровня".
На чертеже изображено устройство для переработки твердых радиоактивных отходов, общий вид в разрезе.
Устройство для переработки твердых радиоактивных отходов включает в себя соосно установленные загрузочное устройство 1, шахту 2, полость которой в верхней части 3 соединена с газоотводом 4, а в нижней 5 - с патрубками 6 для подачи окислителя. Нижняя часть 5 шахты 2 выполнена в виде конфузора 7, сужающаяся часть которого закреплена в отверстии 8 крышки 9 герметичного корпуса 10 и снабжена дополнительными патрубками 11 для подачи окислителя. Стенки шахты 2 и конфузора 7 выполнены огнеупорными или водоохлаждаемыми. При этом патрубки 11 размещены над крышкой 9. В герметичном корпусе 10 соосно конфузору 7 шахты 2 размещен водоохлаждаемый тигель 12, выполненный сквозным и состоящим из двух равных разъемных частей 13 и 14, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости. При этом внутренняя поверхность частей 13 и 14 тигля 12 может быть выполнена без покрытия, либо с покрытием из диэлектрического огнеупорного материала, например Аl2О3 или ZrО2, нанесенного плазменным напылением, толщиной 0,5-1 мм. Каждая разъемная часть 13 и 14 тигля 12 снабжена пропущенными через корпус 10 патрубком 15 для подвода охлаждающей воды и патрубком 16 для отвода охлаждающей воды. Причем посредством патрубков 15 и 16 осуществляют возвратно-поступательное перемещение частей 13 и 14 тигля 12 в горизонтальной плоскости. Индуктор 17 размещен в герметичном корпусе 10 и установлен относительно тигля 12 с зазором, равным величине горизонтального перемещения частей 13 и 14 тигля 12. Размещение индуктора 17 относительно тигля 12 обеспечивает возможность безаварийного ввода в полость тигля 12 контейнера и вывода его из полости, а также обеспечивает достижение эффективного индукционного нагрева золы отходов.
Устанавливать индуктор 17 относительно тигля 12 с зазором меньшим, чем величина горизонтального перемещения частей 13 и 14 тигля 12, нецелесообразно ввиду того, что при вводе и выводе контейнера из полости тигля 12 будет нарушаться целостность как внутренней поверхности тигля 12, так и наружной поверхности контейнера, что может привести к проливу радиоактивного расплава, разгерметизации водоохлаждающего контура, а следовательно, к возникновению аварийной ситуации.
Устанавливать индуктор 17 относительно тигля 12 с зазором большим, чем величина горизонтального перемещения частей 13 и 14 тигля 12, также нецелесообразно из-за резкого снижения КПД индукционного нагрева расплава. Индуктор 17 электрически изолирован от тигля 12. Нижняя часть корпуса 10 жестко соединена с герметичной камерой 18, в стенке 19 которой соосно тиглю 12 выполнено отверстие 20, а внутри камеры 18 размещены устройства 21 для вертикального и горизонтального перемещения контейнеров 22, состоящие из тележки 23 с телескопическим подъемником 24. Телескопические подъемники 24, установленные на тележках 23, предназначены для вертикального перемещения контейнера 23 из камеры 18 в полость тигля 12 и обратно. Горизонтальное перемещение каждого контейнера 22 в камере 18 осуществляется посредством тележки 23. В устройстве в качестве материала для изготовления контейнеров 22 может использоваться металл, огнеупоры, керамика.
На чертеже позицией 25 обозначены отходы, загружаемые в шахту 2; позицией 26 - расплав в контейнере 22 в момент нахождения последнего в тигле 12; позицией 27 - слиток остеклованных отходов в контейнере 22, находящемся в камере 18 после опускания его из тигля 12.
Выполнение тигля 12 сквозным, состоящим из двух разъемных частей 13 и 14, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, а также установка индуктора 17 относительно тигля 12 с зазором, равным величине горизонтального перемещения тигля 12, и охват тигля 12 и индуктора 17 герметичным корпусом 10 с крышкой 9, позволяет повысить радиационную безопасность переработки отходов 25 за счет уменьшения выноса радионуклидов путем разделения зоны сжигания и остекловывания, а также при внутриконтейнерной витрификации зоны отходов. Это исключает необходимость слива расплава 26 из тигля 12 в перегретом состоянии, как это выполняется в прототипе, снижает уровень и границы распространения вторичного радиационного загрязнения. Данная компоновка тигля 12 и индуктора 17 позволяет проводить регулируемый процесс плавления и охлаждения расплава 26 в контейнере 22 с получением плотных механически прочных и химически стойких отливок 27. При этом исключается эрозия внутренней поверхности тигля 12 от высокоагрессивного расплава 26 золы отходов и стеклообразователей, так как контакт поверхности тигля 12 с расплавом 26 отсутствует. Устраняется вероятность электрических пробоев в индукторе 17 и тигле 12 из-за отсутсвия жидкого удаления расплава 26.
Выполнение нижней части 5 шахты 2 в виде конфузора 7, сужающаяся часть которого закреплена в отверстии 8 крышки 9 и снабжена дополнительными патрубками 11 для подачи окислителя, размещенными над крышкой 9 корпуса 10, позволяет повысить радиационную безопасноть переработки отходов 25 за счет уменьшения выноса радионуклидов. Это достигается путем эффективного профилирования полости шахты 2 и распределенного ввода окислителя, обеспечивающих коксование крупногабаритных упаковок отходов 25, озоление с дожиганием кокса и предварительное расплавление золы и негорючих компонентов непосредственно в полости конфузора 7 без зашлаковывания его узкой части и эрозионного разрушения колошниковой зоны тигля 12. Форма конфузора 7 позволяет исключить попадание недогоревших компонентов в контейнер 22, а также выполнять шахту 2 диаметром, обеспечивающим переработку крупногабаритных радиоактивных отходов 25 без их дополнительной обработки прессованием или дроблением, что также повышает радиационную безопасность устройства. Кроме того, использование конфузора 7 позволяет снизить загрязнение тигля 12 радиационным расплавом 26 и согласовать производительность устройства по сжиганию горючих отходов 25 в шахте 2 и плавлению золы, стеклообразователей и негорючих компонентов в тигле 12.
Соединение нижней части корпуса 10 с герметичной камерой 18, в стенке 19 которой соосно тиглю 12 выполнено отверстие 20, а внутри камеры 18 размещены устройства 21 для вертикального и горизонтального перемещения контейнеров 22, позволяет повысить радиационную безопасность за счет уменьшения выноса радионуклидов путем безопасной смены контейнеров 22 при внутриконтейнерном остекловывании.
Устройство для переработки твердых радиоактивных отходов работает следующим образом. Первоначально к разъемным частям 13 и 14 тигля 2 и к индуктору 17 подают циркулирующую по патрубкам 15 и 16 охлаждающую воду. Из герметичной камеры 18 через отверстие 20 с помощью телескопического подъемника 24 устройства 21 перемещения в тигель 12 вводят контейнер 22. Затем части 13 и 14 тигля 12 перемещают в горизонтальной плоскости посредством патрубков 15 и 16 и привода, например, механического или гидравлического (на чертеже не показан) и обеспечивают плотный обхват и фиксацию контейнера 22, установленного в тигле 12. Через загрузочное устройство 1 и шахту 2 в контейнер 22, находящийся в тигле 12, загружают пусковую смесь, например смесь порошков стекла и графита, которую расплавляют с получением расплава 26 при подаче на индуктор 17 напряжения высокой частоты, например 1,76 МГц. Далее через загрузочное устройство 1 в шахту 2 подают отходы 25, а также абсорбенты (кокс и др. ) и стеклообразователи (песок, известь и др. ). С помощью газоотвода 4, установленного в верхней части 3 шахты 2 и соединенного с дымососом (на чертеже не показан), в шахте 2 создается разрежение на уровне 100-150 Па. Через патрубки 6 и дополнительные патрубки 11 в полость шахты 2 подают окислитель (воздух, кислород, углекислый газ, водяной пар и др. ), а в случае переработки негорючих отходов - нейтральный или восстановительный газ, предварительно нагретые, например, в плазмотронах. В зависимости от вида перерабатываемых отходов 25 стенки шахты 2 и конфузора 7 выполняют огнеупорными или металлическими водоохлаждаемыми. Для обеспечения равномерного схода слоя отходов 25 вниз по шахте 2 и конфузору 7 соотношение расходов газов на патрубки 6 и 11 принимают равным 3: 1. В ходе термической переработки отходы 25 под действием силы тяжести, двигаясь вниз по шахте 2 и конфузору 7, подвергаются в последних последовательной сушке, пиролизу, сжиганию и предварительному нагреву и/или расплавлению золы, негорючих компонентов и стеклообразователей, которые через сужающуюся часть конфузора 7, закрепленную в отверстии 8 крышки 9 корпуса 10, поступают в контейнер 22, установленный в тигле 12. Образующиеся при этом в шахте 2, конфузоре 7 и тигле 12 газы, выводятся через газоотвод 4 на дожигание, охлаждение и очистку. На данном этапе переработки отходов 25 конструктивное выполнение шахты 2 с сужающимся конфузором 7 позволяет повысить радиационную безопасность и снизить вынос радионуклидов за счет эффективного профилирования полости шахты 2 и распределенного ввода в нее окислителя через патрубки 6 и 11. Это обеспечивает компактирование при коксовании крупногабаритных упаковок отходов 25 в шахте 2 и озоление с дожиганием кокса и предварительным расплавлением золы и негорючих компонентов в конфузоре 7 без зашлаковывания его сужающейся части и эрозионного разрушения колошниковой зоны тигля 12. При этом дополнительная подача окислителя в конфузор 7 шахты 2 через патрубки 11 позволяет исключить попадание недогоревших компонентов в контейнер 22. Кроме того, сужающийся конфузор 7 позволяет выполнять шахту 2 диаметром, обеспечивающим переработку крупногабаритных радиоактивных отходов без их дополнительного прессования или дробления, что также повышает радиационную безопасность. Угол раскрытия и профиль конфузора 7, а также соотношение диаметров шахты 2 и конфузора 7 определяются составом отходов 25, температурой и расходом окислителя. Для типичных горючих радиоактивных отходов соотношение диаметра шахты 2 к диаметру сужающейся части конфузора 7 может изменяться в диапазоне 2/1-4/1.
Указанное соотношение позволяет согласовать производительность устройства по сжиганию горючих отходов 25 в шахте 2 и по плавлению золы и негорючих компонентов отходов 25, их гомогенизация со стеклообразователями происходят в контейнере 22, охваченном тиглем 12, при помощи индуктора 17, с образованием расплава 26, фиксирующего радионуклиды при затвердевании. В случае использования электропроводного контейнера 22, например стального, для проникновения магнитного потока от индуктора 17 в расплав 26 контейнер 22 должен быть снабжен продольными зазорами-щелями (на чертеже не показаны), исключающими образование короткозамкнутых электрических контуров, пересекающих магнитный поток индуктора 17 и обеспечивающими механическую целостность контейнера 22. При этом мощность индуктора 17 не расходуется на электрические потери в материале контейнера 22, а внутренняя поверхность тигля 12 покрыта диэлектрическим материалом. При использовании неэлектроприводного контейнера 22, например из огнеупорного или керамического материала, последний выполняет функцию гарнисажа, прозрачного для магнитного потока. Для повышения при захоронении механической прочности неэлектропроводного контейнера 22, заполненного отливкой 27, последний герметизируют в дополнительный стальной корпус. Эту операцию осуществляют в камере 18.
Высокочастотное внутриконтейнерное остекловывание золы от сжигания отходов 25 позволяет перерабатывать металлосодержащие неидентифицированные отходы 25 без нарушения целостности частей 13 и 14 тигля 12 и выбросов расплава 26, так как боковая поверхность отливки 27 экранирована контейнером 22, что не препятствует выгрузке отливки 27 после кристаллизации расплава 26 из тигля 12. При этом исключается эрозия внутренней поверхности тигля 12 по периметру зеркала расплава 26. Устраняется спекание золы отходов 25 в колошниковой зоне тигля 12, что облегчает сход шихты по шахте 2 в контейнер 22, установленный в тигле 12. Внутриконтейнерное остекловывание и вывод отливки 27 в контейнере 22 исключают необходимость перегрева расплава 26, что снижает вынос радионуклидов. Конструкция устройства исключает вероятность электрических пробоев в индукторе 17 и тигле 12, так как удаление контейнера 22 сопровождается отключением индуктора 17.
После заполнения контейнера 22 расплавом 26 отключают напряжение на индукторе 17. Затем осуществляют раздвигание частей 13 и 14 тигля 12 в сторону индуктора 17. Освобожденный таким образом от тигля 12 контейнер 22 с расплавом 26 с помощью подъемника 24 опускают черзе отверстие 20 стенки 19 камеры 18 внутрь последней, после чего заполненный контейнер 22 перемещают посредством тележки 23 в сторону от отверстия 20, а к указанному отверстию 20 одновременно перемещают на второй тележке 23 пустой контейнер 22. Смена контейнеров 22 в тигле 12 происходит либо при незаполненной шахте 2, либо при заполненной, но с временным замораживанием расплава золы в сужающейся части конфузора 7, которое осуществляют, например, путем подачи холодного газа в патрубки 11 или путем ввода в патрубки 11 водоохлаждаемых штырей (на чертеже не показаны), выполненных в виде временного колосника, что обеспечивает удержание столба отходов 25 в шахте 2 на время замены контейнеров 22. Образование временной пробки в сужающейся части конфузора 7 также может быть осуществлено отключением индуктора 17. Образованная временная пробка во всех вышеуказанных случаях устраняется подачей нагретого газа через патрубки 11 или включением индуктора 17. Кристаллизация и охлаждение расплава 26, находящегося в контейнере 22, могут быть осуществлены либо непосредственно в тигле 12 с регулируемым охлаждением от индуктора 17, либо в результате естественного охлаждения в герметичной камере 18 с образованием в контейнере 22 слитка 27. Регулируемое охлаждение слитка 27 в тигле 12 предотвращает возникновение в нем механических напряжений и трещин, что повышает прочность слитка 27 и антивыщелачиваемость радионуклидов. Заключительной операцией в случае использования металлического контейнера 22 является заваривание пазов магнитной прозрачности и приваривание крышки к контейнеру 22, а в случае использования неэлектропроводных контейнеров 22 их дополнительно герметизируют в стальных бочках.
В лабораторных условиях проводили испытания предлагаемого устройства и устройства, взятого за прототип.
При сравнении радиационной безопасности во время переработки радиоактивных отходов в устройстве по прототипу и в заявляемом устройстве мощность на индукторе 17 составляла 60 кВт при частоте 1,76 МГц. Производительность устройства по отходам - 60 кг/ч, по шлаку - 15 кг/ч. Состав модельных отходов - древесина, бумага, резина, стекло, металл с теплотворной способностью 4000 кДж/кг. Диаметр индуктора 17 в обоих устройствах - 0,5 м. В предложенном устройстве внутренний диаметр шахты - 0,6 м; внутренний диаметр конфузора в сужающейся части - 0,16 м. Высота конфузора составляет 1/3 высоты шахты 2. Шлак в прототипе удалялся периодически через сливное стопорное устройство в стенке тигля. В качестве контейнеров использовали стальные 50-литровые бочки. Для предлагаемого устройства в стенках бочек выполняли шесть вертикальных пазов шириной 1 мм с последующей их сваркой.
Радиационная безопасность оценивалась по динамике выноса имитатора радионуклидов (цезия хлорид) в газообразных продуктах, отходящих от устройств, при отборе проб аэрозолей методом внешней фильтрации с определением удельной активности аэрозолей. Относительный унос в прототипе составил 1-2% , в предлагаемом устройстве - 0,15-0,25% . Это позволяет сделать вывод, что применение предлагаемого устройства обеспечит повышение уровня радиационной безопасности по сравнению с прототипом в 4-13,2 раза за счет уменьшения выноса радионуклидов с отходящими газами, что достигается в результате эффективного сжигания горючих компонентов в профилированной шахте, равномерного распределенного ввода окислителя в шахту и использования внутриконтейнерного остекловывания золы.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемое устройство для переработки твердых радиоактивных отходов работоспособно и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе, что подтверждается примером конкретного выполнения устройства. Устройство может быть применено в атомной энергетике для переработки твердых радиоактивных отходов среднего и низкого уровня активности, а также для термического преобразования и компактирования отходов в химически устойчивый монолитный и пригодный для длительного захоронения продукт, а следовательно, соответствует условию промышленной применимости.
Формула изобретения: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, содержащее загрузочное устройство, шахту с газоотводом и патрубками для подачи окислителя и тигель, охваченный индуктором, отличающееся тем, что тигель выполнен водоохлаждаемым со сквозным отверстием и состоящим из двух разъемных частей, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, индуктор относительно тигля установлен с зазором, равным величине горизонтального перемещения тигля, и охвачен герметичным корпусом с отверстием в крышке, а нижняя часть шахты ваполнена в виде конфузора, сужающаяся часть которого закреплена соосно с тиглем в отверстии крышки корпуса и снабжена дополнительными патрубками для подачи окислителя, размещенными над крышкой, при этом нижняя часть корпуса жестко соединена с герметичной камерой, в стенке которой соосно с тиглем выполнено отверстие, а внутри камеры установлены устройства для вертикального и горизонтального перемещений контейнеров.