RU2833940C1 - Complex plant for processing organic radioactive wastes by thermal method - Google Patents
Complex plant for processing organic radioactive wastes by thermal method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2833940C1 RU2833940C1 RU2024117365A RU2024117365A RU2833940C1 RU 2833940 C1 RU2833940 C1 RU 2833940C1 RU 2024117365 A RU2024117365 A RU 2024117365A RU 2024117365 A RU2024117365 A RU 2024117365A RU 2833940 C1 RU2833940 C1 RU 2833940C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pyrolysis
- waste
- radioactive waste
- heat exchanger
- thermal decomposition
- Prior art date
Links
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 64
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 22
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 14
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 14
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 11
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 15
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 5
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 4
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 3
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 1
- 101150076749 C10L gene Proteins 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 1
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012500 ion exchange media Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 102200118166 rs16951438 Human genes 0.000 description 1
- 239000002900 solid radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000006163 transport media Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при переработке радиоактивных отходов термическими методами. Наиболее эффективно заявляемое устройство может быть использовано при переработке органических радиоактивных отходов.The invention relates to nuclear power engineering and can be used in the processing of radioactive waste by thermal methods. The claimed device can be used most effectively in the processing of organic radioactive waste.
Особый приоритет представляет разработка технологий переработки отработанных ионообменных смол (ОИОС) и жидких органических радиоактивных отходов.Of particular priority is the development of technologies for the processing of spent ion-exchange resins (SIER) and liquid organic radioactive waste.
Наиболее значимой проблемой при переработке радиоактивных отходов, образующихся при эксплуатации ОИАЭ, является обращение с отработанными ионообменными смолами (ОИОС). Смолы на ОИАЭ применяются для очистки теплоносителей и других водных сред. При эксплуатации, например, каждого энергоблока АЭС ежегодно образуются десятки тонн ОИОС, которые необходимо утилизировать, как радиоактивные отходы. Среднегодовое образование ОИОС в РФ составляет до 500 м3. При этом в настоящее время только на АЭС РФ накоплено - свыше 30 тыс. м3 радиоактивных смол. Смолы являются органическими материалами, и их переработка традиционными способами приводит к значительным материальным затратам и росту объемов, кондиционированных РАО, направляемых на захоронение. Или существующие способы переработки смол не позволяют привести конечные продукты к критериям приемлемости для их захоронения.The most significant problem in processing radioactive waste generated during the operation of nuclear power plants is the handling of spent ion-exchange resins (SIER). Resins are used at NIPPs to purify coolants and other aqueous media. For example, during the operation of each power unit of a nuclear power plant, tens of tons of SIER are generated annually, which must be disposed of as radioactive waste. The average annual formation of SIER in the Russian Federation is up to 500 m 3 . At the same time, at present, over 30 thousand m 3 of radioactive resins have been accumulated at Russian nuclear power plants alone. Resins are organic materials, and their processing by traditional methods leads to significant material costs and an increase in the volumes of conditioned RW sent for disposal. Or the existing methods of resin processing do not allow the final products to meet the acceptance criteria for their disposal.
Эффективным способом переработки ОИОС является термическое разложение с получением в качестве конечного продукта коксового остатка, который характеризуется высокой химической стойкостью и пригоден для кондиционирования стандартными способами. При этом значительно снижаются объемы вторичных РАО, направляемых на захоронение.An effective method for processing waste is thermal decomposition, producing coke residue as the final product, which is characterized by high chemical resistance and is suitable for conditioning by standard methods. This significantly reduces the volumes of secondary radioactive waste sent for disposal.
Известно устройство для термической переработки радиоактивных ионообменных сред (патент RU 2168227 (Россия)//МПК G 21 F 9/32, 27.05.2001), включающее термореактор, содержащий корпус съемного контейнера термореактора и днище съемного контейнера термореактора, систему газоотвода от съемного контейнера, соединенную с системой газоочистки, защитную камеру контейнера, патрубок в верхней части защитной камеры для подвода газообразного окислителя и узел загрузки внизу боковой части защитной камеры.A device is known for thermal processing of radioactive ion exchange media (patent RU 2168227 (Russia)//IPC G 21 F 9/32, 27.05.2001), including a thermal reactor containing a body of a removable container of the thermal reactor and a bottom of a removable container of the thermal reactor, a gas exhaust system from the removable container connected to a gas cleaning system, a protective chamber of the container, a branch pipe in the upper part of the protective chamber for supplying a gaseous oxidizer and a loading unit at the bottom of the side part of the protective chamber.
Недостатками известной конструкции являются:The disadvantages of the known design are:
- повышенная сложность конструкции устройства;- increased complexity of the device design;
- высокая технологическая сложность выгрузки получаемых продуктов от термического разложения ОИОС через боковой узел разгрузки.- high technological complexity of unloading the products obtained from the thermal decomposition of waste organic matter through a side unloading unit.
Известны способ и установка для термической переработки радиоактивных ионообменных смол (патент RU 2153718 (Россия)//МПК G21F 9/32, 27.07.2000), включающие смешение радиоактивных ионообменных смол с порошкообразным топливом и порообразователем, размещение на поверхности смеси слоя зажигательной композиции, продувку через зажигательную композицию и слой смеси воздуха, поджог зажигательной композиции смеси, отделение отходящих газов от шлака, их смешение с воздухом, пропуск полученной газовой смеси через шлак и направление ее на газоочистку; и установка, состоящая из смесителя, последовательно соединенного с термореактором, содержащим колосниковую решетку, доокислителем, имеющим в своем составе перфорированную емкость, и узлом газоочистки.A method and installation for thermal processing of radioactive ion-exchange resins are known (patent RU 2153718 (Russia)//IPC G21F 9/32, 27.07.2000), including mixing radioactive ion-exchange resins with powdered fuel and a blowing agent, placing a layer of incendiary composition on the surface of the mixture, blowing air through the incendiary composition and the layer of mixture, igniting the incendiary composition of the mixture, separating exhaust gases from slag, mixing them with air, passing the resulting gas mixture through the slag and directing it to gas cleaning; and an installation consisting of a mixer connected in series with a thermal reactor containing a grate, an additional oxidizer having a perforated container in its composition, and a gas cleaning unit.
Недостатками известного способа и установки являются:The disadvantages of the known method and installation are:
- повышенная сложность процесса переработки ОИОС;- increased complexity of the waste processing process;
- снижение качества и эффективности переработки ОИОС в результате не полного перемешивания зажигательной композиции и смолы;- reduction in the quality and efficiency of processing of waste irradiated petroleum products as a result of incomplete mixing of the incendiary composition and resin;
- повышенная длительность процесса переработки.- increased duration of the processing process.
Известен Способ и устройство для переработки отработанных радиоактивных смол (Заявка Японии N 4-59600 В, МПК G 21 F 9/30, 12.12.1984), включающий реактор для терморазложения отработанных РИОС, снабженный крышкой с газоотводным патрубком, электронагреватель реактора и фильтр для очистки отходящих газов, причем днище реактора представляет собой пресс для последующего прессования продуктов терморазложения отработанных РИОС.A method and device for processing spent radioactive resins are known (Japanese Application No. 4-59600 B, IPC G 21 F 9/30, 12.12.1984), including a reactor for thermal decomposition of spent RIOS, equipped with a lid with a gas outlet pipe, an electric heater for the reactor and a filter for cleaning exhaust gases, wherein the bottom of the reactor is a press for subsequent pressing of the products of thermal decomposition of spent RIOS.
Недостатками известной конструкции являются:The disadvantages of the known design are:
- повышенная сложность процесса переработки ОИОС;- increased complexity of the waste processing process;
- пониженная надежность работы, обусловленная наличием в ее составе в качестве днища подвижного пресса;- reduced reliability of operation due to the presence of a movable press as the bottom;
- повышенная опасность работы, обусловленная отсутствием гарантии в полной герметичности реактора для терморазложения отработанных ОИОС, вследствие использования в нем, в качестве днища, подвижного пресса.- increased danger of work, caused by the lack of a guarantee of complete tightness of the reactor for thermal decomposition of spent waste organic matter, due to the use of a movable press in it as a bottom.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является способ термической переработки твердых органических отходов и установка для его осуществления (патент RU 2393200 (Россия)//МПК C10G 1/10, C10L 5/48, С 10 В 49/02, C08J 11/00, F23G 5/027,27.06.2010), включающий низкотемпературный пиролиз отходов в реакторе в противотоке с газообразным теплоносителем, полученным от сжигания технологического топлива, вводимым в нижнюю часть реактора, загрузке отходов и выгрузке твердого углеродистого остатка с последующим его охлаждением, конденсацией получаемой парогазовой смеси с разделением ее на несколько фракций топливной жидкости и пиролизный газ, и установку, состоящую из реакционной камеры, топку с горелкой для получения газообразного теплоносителя, конденсаторы получаемой в реакторе парогазовой смеси, а также устройства для загрузки отходов и выгрузки твердых углеродистых остатков с приспособлением для их охлаждения, при этом реакционная камера выполнена в виде смонтированных на колосниковой решетке концентрично установленных перфорированных стаканов.The closest analogue (prototype) of the claimed invention is a method for thermal processing of solid organic waste and an installation for its implementation (patent RU 2393200 (Russia) // IPC C10G 1/10, C10L 5/48, C 10 B 49/02, C08J 11/00, F23G 5/027, 27.06.2010), including low-temperature pyrolysis of waste in a reactor in countercurrent with a gaseous coolant obtained from the combustion of process fuel, introduced into the lower part of the reactor, loading of waste and unloading of solid carbonaceous residue with its subsequent cooling, condensation of the resulting steam-gas mixture with its separation into several fractions of fuel liquid and pyrolysis gas, and an installation consisting of a reaction chamber, a furnace with a burner for obtaining a gaseous coolant, condensers of the steam-gas mixture obtained in the reactor, and also devices for loading waste and unloading solid carbonaceous residues with a device for cooling them, wherein the reaction chamber is made in the form of concentrically installed perforated glasses mounted on a grate.
Недостатком известного способа и установки являются:The disadvantages of the known method and installation are:
- повышенная сложность конструкции и реализации процесса пиролиза при подаче теплоносителя в противоток с перерабатываемыми отходами;- increased complexity of the design and implementation of the pyrolysis process when the coolant is supplied counter-currently with the waste being processed;
- высокие энергетические затраты за счет потерь тепла при подаче теплоносителя;- high energy costs due to heat losses during the supply of coolant;
- повышенная длительность процесса переработки в результате увеличения времени нагрева и термического разложения;- increased duration of the processing process as a result of increased heating time and thermal decomposition;
- снижение эффективности процесса пиролиза в результате неполного нагрева и термического разложения отходов.- reduction in the efficiency of the pyrolysis process as a result of incomplete heating and thermal decomposition of waste.
Целью изобретения является комплексная установка, которая позволяет повысить эффективность и полноту термического разложения ОИОС с достижением максимального снижения объемов отходов и получение конечных продуктов переработки, отвечающих критериям приемлемости для их захоронения.The aim of the invention is a complex installation that allows increasing the efficiency and completeness of thermal decomposition of waste organic matter with the achievement of maximum reduction in waste volumes and obtaining final processing products that meet the acceptance criteria for their disposal.
Изобретение относится к атомной промышленности, а именно к устройствам для переработки органических радиоактивных отходов. Наиболее эффективно использование установки для переработки ОИОС.The invention relates to the nuclear industry, namely to devices for processing organic radioactive waste. The most effective use of the installation for processing IRW.
Комплексная установка переработки органических радиоактивных отходов термическим способом должна обеспечивать максимальную степень снижения объемов перерабатываемых радиоактивных отходов и получение конечных продуктов, пригодных по своим характеристикам для окончательного захоронения. Таким требованиям отвечает комплексная установка, включающая транспортную систему РАО; емкость накопления отходов; узел разделения, оборудованный системой разделения радиоактивных отходов на отдельные фазы; систему транспортирования РАО в узел сушки с косвенным термообогревом; вертикальный пиролизный реактор с внешним нагревателем, совмещенным с бункером накопителем и узлом разгрузки коксового остатка в контейнер; при этом пиролизный реактор оснащен винтовым шнеком и имеет патрубки для подачи РАО, нагнетания инертного газа, создания разряжения в реакторе, размещения датчиков КИП и системы управления; пиролизный реактор оснащен отводом пиролизных газов; отходящие пиролизные газы поступают на термическое разложение в камеру дожигания; образующиеся при этом дымовые газы направляются в систему газоочистки, состоящую из холодильника, теплообменника и скрубберов. Для повышения эффективности переработки РАО установка может быть дополнительно оснащена системой кондиционирования коксового остатка. Для снижения энергопотерь в составе установки узел осушения оборудован внешнем теплообменником. При этом для повышения энергоэффективности отходящие пиролизные газы направляются в теплообменник узла осушения установки для нагрева или осушения РАО. Для снижения затрат энергии на переработку РАО в установке обеспечивается направление отходящие дымовые газы из камеры дожигания в теплообменник узла осушения для нагрева или осушения РАО. Для повышения эффективности процесса переработки и экономии энергетических затрат в установке пиролизный реактор дополнительно оснащен теплообменниками для подачи в них отходящих дымовых газов из камеры дожигания. Для повышения энергоэффективности процесса отходящие дымовые газы из камеры дожигания направляются в теплообменник пиролизного реактора для нагрева РАО. Для снижения энергопотерь установка дополнительно оборудована системой подачи отходящих пиролизных или дымовых газов на выпарные аппараты для концентрирования жидкой фазы или для выработки электроэнергии в термоэлектрических генераторах.An integrated plant for thermal processing of organic radioactive waste must ensure the maximum reduction in the volume of processed radioactive waste and production of end products suitable in their characteristics for final disposal. Such requirements are met by an integrated plant, including a RW transport system; a waste accumulation tank; a separation unit equipped with a system for separating radioactive waste into individual phases; a system for transporting RW to a drying unit with indirect thermal heating; a vertical pyrolysis reactor with an external heater combined with a storage bin and a unit for unloading coke residue into a container; in this case, the pyrolysis reactor is equipped with a screw auger and has branches for feeding RW, pumping inert gas, creating a vacuum in the reactor, placing instrumentation and control sensors and a control system; the pyrolysis reactor is equipped with a pyrolysis gas outlet; the outgoing pyrolysis gases are fed to the afterburning chamber for thermal decomposition; The flue gases generated in this process are directed to the gas cleaning system consisting of a cooler, a heat exchanger and scrubbers. To increase the efficiency of radioactive waste processing, the unit can be additionally equipped with a coke residue conditioning system. To reduce energy losses in the unit, the drying unit is equipped with an external heat exchanger. At the same time, to increase energy efficiency, the exhaust pyrolysis gases are directed to the heat exchanger of the drying unit of the unit for heating or drying the radioactive waste. To reduce energy costs for radioactive waste processing, the unit provides for the direction of the exhaust flue gases from the afterburner to the heat exchanger of the drying unit for heating or drying the radioactive waste. To increase the efficiency of the processing process and save energy costs in the unit, the pyrolysis reactor is additionally equipped with heat exchangers for feeding the exhaust flue gases from the afterburner chamber to them. To increase the energy efficiency of the process, the exhaust flue gases from the afterburner chamber are directed to the heat exchanger of the pyrolysis reactor for heating the radioactive waste. To reduce energy losses, the plant is additionally equipped with a system for feeding waste pyrolysis or flue gases to evaporators for concentrating the liquid phase or for generating electricity in thermoelectric generators.
Технологическая схема предлагаемой комплексной установки переработки органических радиоактивных отходов термическим способом представлена на фигуре 1.The technological scheme of the proposed complex installation for the thermal processing of organic radioactive waste is presented in Figure 1.
Установка представляет собой комплексное оборудование в том числе основные технологические узлы: транспортная система РАО (1); емкость накопления отходов (2); узел разделения (3), оборудованный системой разделения радиоактивных отходов на отдельные фазы; узел сушки (4); вертикальный пиролизный реактор (5), совмещенный с бункером накопителем (6) и узлом разгрузки (6) коксового остатка в контейнер (11); отходящие пиролизные газы поступают на термическое разложение в камеру дожигания (7); образующиеся при этом дымовые газы направляются в систему газоочистки, состоящую из холодильника (8), теплообменника (9) и скрубберов (10).The plant is a complex of equipment, including the main process units: RAW transport system (1); waste accumulation tank (2); separation unit (3), equipped with a system for separating radioactive waste into individual phases; drying unit (4); vertical pyrolysis reactor (5), combined with a storage bin (6) and a unit for unloading (6) coke residue into a container (11); the outgoing pyrolysis gases are fed for thermal decomposition to the afterburning chamber (7); the resulting flue gases are sent to the gas cleaning system, consisting of a refrigerator (8), heat exchanger (9) and scrubbers (10).
Комплексная установка используется следующим образом -органические радиоактивные отходы, например, ОИОС в потоке транспортной воды по транспортной системе (1) за счет насосов поступают в емкость накопления отходов (2). Затем смола с транспортной водой насосами или самотеком направляется узел разделения (3), оборудованный системой разделения радиоактивных отходов на отдельные фазы, при этом происходит отделение транспортной воды от ОИОС.Система разделения может представлять собой, например, емкость с «ложным днищем», при этом смола остается на «ложе» днища, а транспортная вода проходит через него. Транспортная вода за счет транспортной системы (1) возвращается для использования в качестве транспортной среды к месту хранения ОИОС.The integrated installation is used as follows: organic radioactive waste, for example, IREE, in the flow of transport water through the transport system (1) is fed to the waste accumulation tank (2) by means of pumps. Then the resin with the transport water is sent by pumps or by gravity to the separation unit (3), equipped with a system for separating radioactive waste into separate phases, in which case the transport water is separated from the IREE. The separation system can be, for example, a tank with a "false bottom", in which case the resin remains on the "bed" of the bottom, and the transport water passes through it. The transport water is returned to the IREE storage site for use as a transport medium by means of the transport system (1).
Отделенная от транспортной воды смола поступает в узел сушки (4), где происходит ее нагрев и сушка за счет использования косвенного термообогрева, например, за счет использования электронагревателей. В узле сушке поддерживается температура не более 100-120°С для предотвращения термической деградации смолы. ОИОС осушаются до влажности не более 3%. После этого смолы через патрубок загрузки направляются в вертикальный пиролизный реактор (5) для термического разложения смолы за счет использования внешнего нагревателя, например, электрических нагревателей. Температура ведения процесса пиролиза может составлять до 550°С. Время ведения процесса пиролиза определяется исходя из свойств и параметров перерабатываемых органических отходов. Вертикальное расположение пиролизного реактора обеспечивает естественное (за счет сил гравитации) перемещение перерабатываемых отходов в реакторе. Оснащение реактора винтовым шнеком и задание определенной частоты его вращения позволяет обеспечить оптимальное время нахождение отходов в зоне нагрева, необходимого для полного их термического разложения. При необходимости для увеличения времени нахождения отходов в зоне нагрева внутри пиролизного реактора может быть размещен сыпучий термостойкий материал. Гранулометрический состав и геометрические размеры размещаемого сыпучего термостойкого материала может быть определены на основе предварительных исследований для определения времени нахождения отходов в зоне нагревания. Для снижения уноса радионуклидов в процессе термического разложения отходов и образования значительных количеств вредных и токсичных газообразных продуктов разложения органики пиролизный реактор оснащен патрубками для подачи в зону нагрева инертных газов, например, азота. Для эффективного отвода пиролизных газов реактор оборудован патрубками для создания разрежения внутри реактора. Пиролизный реактор оснащен датчиками и системами КИП и управления для контроля за технологическими параметрами пиролиза и управления процессом. Образующийся в процессе термического разложения конечный продукт (коксовый остаток) за счет сил гравитации собирается в бункере накопителе (6) и посредством узла разгрузки (6) (которые совмещены с пиролизным реактором в одно целое) поступает в контейнер (11) РАО, который направляется на окончательное кондиционирование, например, включение в цементную или полимерную матрицу. Коксовый остаток представляет собой тонкодисперсное вещество, инертное по своим химическим свойствам. Образующиеся в процессе термического разложения отходов пиролизные газы за счет патрубков отвода газов направляются на термическое разложение в камеру дожигания (7). Образующиеся в камере дожигания дымовые газы поступают в систему газоочистки, состоящую из холодильника (8), теплообменника (9) и скрубберов (10). После системы газоочистки газообразные продукты поступают в существующую вентиляционную систему для направления в окружающую среду.The resin separated from the transport water enters the drying unit (4), where it is heated and dried by indirect thermal heating, for example, by using electric heaters. The temperature in the drying unit is maintained at no more than 100-120°C to prevent thermal degradation of the resin. The IREE is dried to a moisture content of no more than 3%. After that, the resins are fed through the loading pipe to the vertical pyrolysis reactor (5) for thermal decomposition of the resin by using an external heater, for example, electric heaters. The temperature of the pyrolysis process can be up to 550°C. The pyrolysis process time is determined based on the properties and parameters of the processed organic waste. The vertical arrangement of the pyrolysis reactor ensures natural (due to gravity) movement of the processed waste in the reactor. Equipping the reactor with a screw auger and setting a certain rotation frequency allows for the optimal time of waste being in the heating zone, which is necessary for their complete thermal decomposition. If necessary, to increase the residence time of waste in the heating zone, bulk heat-resistant material can be placed inside the pyrolysis reactor. The granulometric composition and geometric dimensions of the bulk heat-resistant material to be placed can be determined based on preliminary studies to determine the residence time of waste in the heating zone. To reduce the carryover of radionuclides during the thermal decomposition of waste and the formation of significant amounts of harmful and toxic gaseous products of organic decomposition, the pyrolysis reactor is equipped with pipes for feeding inert gases, such as nitrogen, into the heating zone. To effectively remove pyrolysis gases, the reactor is equipped with pipes to create a vacuum inside the reactor. The pyrolysis reactor is equipped with sensors and instrumentation and control systems to monitor the process parameters of pyrolysis and control the process. The final product (coke residue) formed during the thermal decomposition process is collected in the storage bin (6) due to gravity and via the unloading unit (6) (which are combined with the pyrolysis reactor into a single unit) enters the RAW container (11), which is sent for final conditioning, for example, inclusion in a cement or polymer matrix. The coke residue is a finely dispersed substance, inert in its chemical properties. The pyrolysis gases formed during the thermal decomposition of waste are sent via gas outlet pipes for thermal decomposition in the afterburner chamber (7). The flue gases formed in the afterburner chamber enter the gas cleaning system, consisting of a refrigerator (8), heat exchanger (9) and scrubbers (10). After the gas cleaning system, the gaseous products enter the existing ventilation system for direction into the environment.
Для повышения эффективности переработки РАО установка может быть дополнительно оснащена системой кондиционирования коксового остатка.To increase the efficiency of radioactive waste processing, the plant can be additionally equipped with a coke residue conditioning system.
Для снижения энергопотерь в составе установки узел осушения оборудован внешнем теплообменником. Теплообменник может представлять собой змеевик или систему вертикально расположенных металлических труб, равномерно распределенных по поверхности узла осушения из расчета наиболее эффективного использования поступающего тепла.To reduce energy losses, the drying unit is equipped with an external heat exchanger. The heat exchanger can be a coil or a system of vertically located metal pipes, evenly distributed over the surface of the drying unit based on the most efficient use of incoming heat.
При этом для повышения энергоэффективности отходящие пиролизные газы направляются в теплообменник узла осушения установки для нагрева или осушения РАО.In order to increase energy efficiency, the exhaust pyrolysis gases are sent to the heat exchanger of the drying unit of the plant for heating or drying the radioactive waste.
Для снижения затрат энергии на переработку РАО в установке обеспечивается направление отходящих дымовых газов из камеры дожигания в теплообменник узла осушения для нагрева или осушения РАО.To reduce energy costs for processing radioactive waste, the installation ensures that exhaust flue gases are directed from the afterburning chamber to the heat exchanger of the drying unit for heating or drying the radioactive waste.
Для повышения эффективности процесса переработки и экономии энергетических затрат в установке пиролизный реактор дополнительно оснащен теплообменниками для подачи в них отходящих дымовых газов из камеры дожигания. Теплообменник пиролизного реактора представляет собой систему вертикально расположенных металлических труб, равномерно распределенных по поверхности узла осушения из расчета наиболее эффективного использования поступающего тепла.To increase the efficiency of the processing process and save energy costs in the installation, the pyrolysis reactor is additionally equipped with heat exchangers for feeding them with exhaust flue gases from the afterburning chamber. The heat exchanger of the pyrolysis reactor is a system of vertically located metal pipes, evenly distributed over the surface of the drying unit based on the most efficient use of incoming heat.
Для повышения энергоэффективности отходящие дымовые газы из камеры дожигания направляются в теплообменник пиролизного реактора для нагрева РАО.To improve energy efficiency, exhaust flue gases from the afterburning chamber are sent to the heat exchanger of the pyrolysis reactor to heat the radioactive waste.
Для снижения энергопотерь установка дополнительно оборудована системой подачи отходящих пиролизных или дымовых газов на выпарные аппараты для концентрирования жидкой фазы или для выработки электроэнергии в термоэлектрических генераторах.To reduce energy losses, the plant is additionally equipped with a system for feeding waste pyrolysis or flue gases to evaporators for concentrating the liquid phase or for generating electricity in thermoelectric generators.
Изобретение относится к устройству для термического разложения органических радиоактивных отходов, например, органических ОИОС. В результате переработки происходит сокращение РАО до 10 раз и получается химически инертный и стойкий конечных продукт, который отвечает критериям приемлемости для захоронения. В процессе пиролиза все количество радионуклидов переходит в коксовый остаток, а унос радионуклидов с отходящими газами не превышает 0,1%.The invention relates to a device for thermal decomposition of organic radioactive waste, such as organic RW. As a result of processing, RAW is reduced by up to 10 times and a chemically inert and stable final product is obtained that meets the criteria for acceptability for disposal. During the pyrolysis process, the entire amount of radionuclides is converted into coke residue, and the removal of radionuclides with exhaust gases does not exceed 0.1%.
Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в повышении эффективности процесса термического разложения органических радиоактивных отходов, снижении энергозатрат на переработку РАО, повышении радиационной безопасности переработки отходов за счет максимального сокращения уноса радионуклидов с пиролизными газами, а также снижении объема отходов, направляемых на долговременное хранение/захоронение и их соответствия установленным критериям приемлемости.The problem solved by the claimed invention is to increase the efficiency of the process of thermal decomposition of organic radioactive waste, reduce energy costs for processing radioactive waste, increase radiation safety of waste processing due to the maximum reduction of the carryover of radionuclides with pyrolysis gases, as well as reduce the volume of waste sent for long-term storage/burial and their compliance with established acceptance criteria.
Главным отличительным инновационным признаком предлагаемой установки является использование совокупности различных физико-химических методов и технических средств для повышения эффективности и радиационной безопасности термического разложения органически радиоактивных отходов. Это позволит по сравнению с существующими технологиями значительно снизить унос радионуклидов с отходящими пиролизными газами, снизить энергопотребление и энергопотери, а также снизить количество образующихся при дезактивации вторичных твердых радиоактивных отходов и получить конечных продукт, отвечающий установленным критериям приемлемости.The main distinctive innovative feature of the proposed installation is the use of a combination of various physical and chemical methods and technical means to improve the efficiency and radiation safety of thermal decomposition of organic radioactive waste. This will allow, in comparison with existing technologies, to significantly reduce the removal of radionuclides with waste pyrolysis gases, reduce energy consumption and energy losses, and also reduce the amount of secondary solid radioactive waste formed during decontamination and obtain a final product that meets the established acceptance criteria.
Инновационными признаками предлагаемой установки являются:The innovative features of the proposed installation are:
- разделение органических отходов по их фазовому состоянию в узле разделения;- separation of organic waste according to their phase state in the separation unit;
- предварительная сушка или нагрев органических РАО в узле сушки за счет косвенного термообогрева;- preliminary drying or heating of organic radioactive waste in the drying unit due to indirect thermal heating;
- термическое разложение органических РАО в вертикальном пиролизном реакторе в среде инертного газа и при регулировании времени нахождения отходов в зоне нагрева за счет использования мешалки и установления частоты ее вращения;- thermal decomposition of organic radioactive waste in a vertical pyrolysis reactor in an inert gas environment and with regulation of the residence time of waste in the heating zone by using a stirrer and setting its rotation frequency;
- для увеличения времени нахождения РАО в зоне нагрева в пиролизный аппарат может быть размещен сыпучий термостойкий материал, гранулометрический состав и геометрическая форма определяется свойствами и параметрами перерабатываемых отходов;- to increase the time that radioactive waste remains in the heating zone, bulk heat-resistant material can be placed in the pyrolysis apparatus; its granulometric composition and geometric shape are determined by the properties and parameters of the waste being processed;
- пиролизный реактор оборудован патрубками для подачи инертного газа, отвода пиролизных газов, создания разряжения внутри и размещения датчиков контроля и управления в реакторе;- the pyrolysis reactor is equipped with pipes for supplying inert gas, removing pyrolysis gases, creating a vacuum inside and placing control and monitoring sensors in the reactor;
- очистка пиролизных газов выполняется с использованием камеры дожигания и системы очистки дымовых газов;- purification of pyrolysis gases is carried out using an afterburning chamber and a flue gas purification system;
- узел осушения и пиролизный реактор дополнительно оборудованы теплообменниками;- the drying unit and the pyrolysis reactor are additionally equipped with heat exchangers;
- высокотемпературные пиролизные газы из пиролизного реактора направляются в теплообменник узла сушки для нагрева или осушения органических РАО;- high-temperature pyrolysis gases from the pyrolysis reactor are sent to the heat exchanger of the drying unit for heating or drying organic radioactive waste;
- высокотемпературные дымовые газы из камеры дожигания поступают в теплообменник пиролизного реактора для термического разложения органических РАО.- high-temperature flue gases from the afterburning chamber enter the heat exchanger of the pyrolysis reactor for thermal decomposition of organic radioactive waste.
Предлагаемая комплексная установка позволяет эффективно перерабатывать органические РАО, которые в настоящее время не могут быть переработаны существующими методами. Значительно снижать объемы образования вторичных РАО, предотвратить значимый унос радионуклидов с газообразными продуктами и получить химически инертный конечный продукт.The proposed complex plant allows for the efficient processing of organic RAW, which currently cannot be processed by existing methods. Significantly reduces the volumes of secondary RAW formation, prevents significant loss of radionuclides with gaseous products, and produces a chemically inert final product.
Техническим результатом является максимальное повышение эффективности термического разложения органических РАО и повышение энергообеспечения процесса.The technical result is the maximum increase in the efficiency of thermal decomposition of organic radioactive waste and an increase in the energy supply of the process.
Рабочие процессы в установке полностью автоматизированы, в результате чего повышается безопасность процесса термического разложения органических РАО.The working processes in the plant are fully automated, which increases the safety of the process of thermal decomposition of organic radioactive waste.
Сущность изобретения состоит в том, что установку термической переработки отходов предложено дополнительно оснастить узлом разделения, оборудованным системой разделения радиоактивных отходов на отдельные фазы; системой транспортирования РАО и узлом сушки, в котором органические радиоактивные отходы в зависимости от их фазового состояния нагреваются или подвергаются осушению за счет косвенного термообогрева; органические РАО направляются на термическое разложение в среде инертного газа за счет внешнего нагревателя в вертикальном пиролизном реакторе, совмещенном с бункером накопителем и узлом разгрузки коксового остатка в контейнер; пиролизный реактор оснащаете^ винтовым шнеком и имеет патрубки для подачи РАО, нагнетания инертного газа, создания разряжения в реакторе, размещения датчиков КИП и системы управления; в процессе пиролиза отвод пиролизных газов из зоны термического разложения смол осуществляется сонаправленно с удалением из пиролизного реактора коксового остатка через бункер накопления кокса посредством патрубка отвода пиролизных газов за счет потока инертного газа и разряжения; отходящие пиролизные газы поступают на термическое разложение в камеру дожигания; образующиеся при этом дымовые газы направляются в систему газоочистки, состоящую из холодильника, теплообменника и скрубберов.The essence of the invention is that it is proposed to additionally equip the waste thermal processing plant with a separation unit equipped with a system for separating radioactive waste into individual phases; a radioactive waste transportation system and a drying unit in which organic radioactive waste, depending on its phase state, is heated or dried by indirect thermal heating; organic radioactive waste is sent for thermal decomposition in an inert gas environment by means of an external heater in a vertical pyrolysis reactor combined with a storage bin and a unit for unloading coke residue into a container; the pyrolysis reactor is equipped with a screw auger and has pipes for feeding radioactive waste, pumping inert gas, creating a vacuum in the reactor, placing instrumentation and control system sensors; During the pyrolysis process, the removal of pyrolysis gases from the zone of thermal decomposition of resins is carried out in a co-directional manner with the removal of coke residue from the pyrolysis reactor through the coke accumulation bunker by means of a pyrolysis gas removal pipe due to the flow of inert gas and vacuum; the outgoing pyrolysis gases are fed for thermal decomposition into the afterburning chamber; the flue gases formed in this process are directed to the gas cleaning system, consisting of a refrigerator, heat exchanger and scrubbers.
Термическое разложение органических РАО происходит в вертикальном пиролизном аппарате в среде инертного газа и разряжении за счет внешнего нагревателя.Thermal decomposition of organic radioactive waste occurs in a vertical pyrolysis apparatus in an inert gas environment and under vacuum due to an external heater.
В результате получается инертный гранулированный коксовый остаток, который будет кондиционирован за счет включения в цементный компаунд или полимерную матрицу.The result is an inert granulated coke residue that will be conditioned by inclusion in a cement compound or polymer matrix.
Предлагаемая установка по сравнению с прототипами позволяет выполнять полный цикл переработки и кондиционирования органических РАО сложного химического состава.The proposed installation, in comparison with prototypes, allows for a full cycle of processing and conditioning of organic radioactive waste of complex chemical composition.
Преимуществами заявляемой установки являются:The advantages of the claimed installation are:
- повышение эффективности термической переработки органических РАО, включая отходы сложного химического состава за счет значительного сокращения объема отходов;- increasing the efficiency of thermal processing of organic radioactive waste, including waste of complex chemical composition, due to a significant reduction in the volume of waste;
- повышенная эксплуатационная и экономическая эффективность переработки за счет снижения образования объемов вторичных радиоактивных отходов;- increased operational and economic efficiency of processing due to a reduction in the formation of secondary radioactive waste;
техническая и технологическая простата установки, обеспечиваемые применением стандартизованного оборудования;technical and technological simplicity of the installation, ensured by the use of standardized equipment;
максимальное снижение образования вторичных РАО и их кондиционирование;maximum reduction of secondary radioactive waste formation and their conditioning;
- получение конечного продукта, отвечающего установленным критериям приемлемости.- obtaining a final product that meets the established acceptance criteria.
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2833940C1 true RU2833940C1 (en) | 2025-01-31 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3224054A1 (en) * | 1982-06-28 | 1983-12-29 | Kiener Pyrolyse Gesellschaft für thermische Abfallverwertung mbH, 7000 Stuttgart | Process and apparatus for volume reduction of organic waste of low radioactivity |
| RU2335700C2 (en) * | 2005-06-15 | 2008-10-10 | Александр Владимирович Авраменко | Method of recycling of organic-containing solid wastes contaminated with radioactive components |
| RU2393200C2 (en) * | 2008-09-12 | 2010-06-27 | Михаил Сергеевич Семенов | Method of thermal treatment of solid organic wastes and plant to this end |
| RU161811U1 (en) * | 2015-03-27 | 2016-05-10 | Открытое акционерное общество "Красная Звезда" | INSTALLATION FOR DRYING WASTE ION EXCHANGE RESINS |
| RU2666559C1 (en) * | 2017-10-27 | 2018-09-11 | Сергей Яковлевич Чернин | Installation for thermal processing of waste |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3224054A1 (en) * | 1982-06-28 | 1983-12-29 | Kiener Pyrolyse Gesellschaft für thermische Abfallverwertung mbH, 7000 Stuttgart | Process and apparatus for volume reduction of organic waste of low radioactivity |
| RU2335700C2 (en) * | 2005-06-15 | 2008-10-10 | Александр Владимирович Авраменко | Method of recycling of organic-containing solid wastes contaminated with radioactive components |
| RU2393200C2 (en) * | 2008-09-12 | 2010-06-27 | Михаил Сергеевич Семенов | Method of thermal treatment of solid organic wastes and plant to this end |
| RU161811U1 (en) * | 2015-03-27 | 2016-05-10 | Открытое акционерное общество "Красная Звезда" | INSTALLATION FOR DRYING WASTE ION EXCHANGE RESINS |
| RU2666559C1 (en) * | 2017-10-27 | 2018-09-11 | Сергей Яковлевич Чернин | Installation for thermal processing of waste |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4321150A (en) | Process for wastewater treatment and wastewater sludge conversion into energy | |
| US8671855B2 (en) | Apparatus for treating waste | |
| US20200002630A1 (en) | Pyrolysis processing of solid waste from a water treatment plant | |
| US20120096768A1 (en) | Process and System for Production of Synthesis Gas | |
| NL8600881A (en) | WASTE DESTRUCTION. | |
| JP2013189609A (en) | Pyrolytic gasifying method and pyrolytic gasifying apparatus of organic waste | |
| JP2015505862A (en) | Reactor for drying and roasting biomass, preferably lignocellulose biomass | |
| KR101734666B1 (en) | Smokeless Coal Production Device by Thermal Cracking from Flaming Coal | |
| US8354005B2 (en) | Microwave gasification, pyrolysis and recycling of waste and other organic materials | |
| CN114251668B (en) | Comprehensive recovery method and device for waste printed circuit board pyrolysis gasification | |
| CN108947157A (en) | A kind of processing method of oily sludge | |
| KR100679781B1 (en) | Waste treatment method and apparatus | |
| CN106433797A (en) | Skid-mounted oil sludge pyrolysis treatment system and application thereof | |
| CN206279174U (en) | Skid-mounted type greasy filth pyrolysis treatment systems | |
| RU2833940C1 (en) | Complex plant for processing organic radioactive wastes by thermal method | |
| CN113621391A (en) | System and method for treating organic pollution solid waste through rapid pyrolysis | |
| CN110546240A (en) | device for treating coal and domestic garbage | |
| CN220601517U (en) | Low-temperature pyrolysis system for dioxin in fly ash generated by incineration of typical household garbage | |
| CN215799322U (en) | Fast pyrolysis treatment organic pollution solid waste system | |
| RU104672U1 (en) | SOLID WASTE PROCESSING PLANT | |
| CN212640382U (en) | A pyrolysis process system for recycling waste plastics | |
| RU96572U1 (en) | INSTALLATION FOR THERMAL PROCESSING OF SOLID FUEL MATERIALS | |
| RU2851598C1 (en) | Method for recycling municipal solid waste and installation for its implementation | |
| RU2804427C1 (en) | Multi-stage thermal destruction method | |
| RU2832628C9 (en) | Device for implementing multi-stage thermal destruction |