"Утилизация отходов"

Источник: www.carec.kz/english/2.Programmes/1.IP/publication/disk_for_Expert/Disk4/Dat ..  

Создание комплекса по переработке металлических радиоактивных отходов
Описание: В области переработки металлических радиоактивных отходов (МРО) превалирующей тенденцией является переплав под шлаком. Ранее считалось, что переплав позволяет только компактировать отходы в слитки для захоронения в могильниках. Исследования в этой области показали однако, что при переплавке наряду с задачей по компактированию металлических отходов, решаются вопросы глубокой очистки металлических слитков от радионуклидов, находящихся не только на поверхности, но и в объёме переплавляемого металла.
Следует отметить, что большинство исследований в области переплавки МРО так или иначе базируются на широко известных из металлургической практики методах (индукционный, электрошлаковый и др.), уделяя при этом большое внимание подбору шлаков, окислительно-восстановительному потенциалу при проведении процесса плавки и другим физико-химическим параметрам.
Известные методы переплавки металлического лома во многом не учитывают специфики работы с радиоактивными материалами, в особой мере, среднего уровня активности.
В силу этого эффективность и значимость процесса дезактивации МРО методом переплава снижается из-за:
· необходимости относительно мелкой фрагментации изделий;
· снижения эффективности дезактивации, в ряде случаев, в процессах разделения системы шлак-металл;
· ограничения по соотношению металл-шлак в процессах плавки, что сказывается как на степени уменьшения объема радиоактивных отходов, так и на степени дезактивации металлов;
· периодичности процесса, что наряду со снижением производительности, увеличения энергозатрат и уменьшения времени компании футеровочных материалов печи, приводит к значительньм трудностям по герметизации печного пространства печи, а, следовательно, приводит к усложнению экологической обстановки;
· слабой проработки процессов вывода печей в ремонт и снятие с эксплуатации;
· необходимости проведения предварительной глубокой дезактивации МРО и, как следствие, создание дополнительной проблемы по утилизации жидких радиоактивных отходов на участке переплава.
Предлагаемый к созданию экспериментальный комплекс базируется на использовании в качестве плавильного агрегата принципиально новой печи (печь циркулирующего жидкого шлака), главной отличительной особенностью которой является организация непрерывного процесса плавления МРО путем обработки их перегретым циркулирующим шлаком.
Печь на основе электродугового нагрева может одновременно или по отдельности решать ряд задач по обработке различного рода веществ, в том числе радиационно-загрязненных, циркулирующим шлаковым расплавом, а именно:
· высокотемпературную химическую обработку реакционными агентами (газами, жидкостями) в шлаковом расплаве в условиях пеножидкостного слоя;
· расплавление различного рода изделий под слоем шлака с одновременным разделением металла и шлакующихся компонентов;
· включение вредных компонентов в шлак с последующим переводом его в формы, пригодные для длительного экологически безопасного хранения
Печь для обработки циркулирующим шлаковым расплавом в представленном исполнении позволяет проводить непрерывную обработку жидких, пульпообразных, шламовых, твердых веществ (в том числе металлов) и может служить универсальным оборудованием для переработки радиоактивных отходов различного вида. Оборудование не требует глубокой разделки переплавляемых МРО и в ряде случаев предполагает переплавку изделий без их фрагментации.
Обработка радиоактивных отходов (в частности МРО) в печах подобного типа позволяет:
· значительно увеличить размеры переплавляемых фрагментов с учетом как размера плавильной зоны, так и дозирующих устройств;
· максимально тонкое разделение фаз (металл-шлак);
· обработку МРО при регулировании соотношения шлак-металл, при этом вывод шлака определяется, как правило, только накоплением в нем радионуклидов;
· максимально возможно герметизировать весь комплекс печного оборудования;
· увеличить производительность, снизить габариты оборудования (при этом габариты определяются в общем случае скоростью передачи энергии от источника к шлаку, а также от шлака к металлу);
· переработать в одном агрегате не только МРО, но и РАО других типов;
· проводить блочную замену отдельных составляющих печи;
· упростить подходы к ремонту печи и снятию её с эксплуатации.
В настоящее время разработан экспериментальный образец описанной выше печи, испытания которой позволит сделать существенный прорыв в развитии печей подобного типа. Способ и устройство по переработке МРО запатентованы в России.
Экспериментальный образец нового плавильного агрегата предполагается установить на производственных площадях одного из предприятий Приморского края. Выполненный проект учитывает специфичность выбранной площадки и наличие большого комплекса имеющихся технологий, обеспечивающих вспомогательные операции. Оценочный размер инвестиционных вложений в технологический комплекс составляет ~ 3 млн долларов США. При производительности комплекса до 10 тысяч тонн МРО в год, продолжительности строительства - 14 месяцев срок окупаемости 1,5 года при рентабельности – 200 %.

Переработка МРО включает следующие основные операции:
· подача флюса в плавильный агрегат и наведение высокотемпературного жидкого шлакового расплава;
· входной дозиметрический контроль;
· подача МРО в плавильный агрегат;
· оплавление поверхностей МРО с дезактивацией и последующим расплавлением циркулирующим шлаковым расплавом;
· непрерывный вывод расплава металла и кристаллизация слитков;
· периодический вывод радиоактивного шлака из плавильного агрегата;
· термообработка шлака;
· дозиметрический контроль шлака;
· очистка отходящих газов с последующей подачей уловленных пылей в шлаковую зону плавильного агрегата;
· дозиметрический контроль отходящих газов.
Уложенные в технологические контейнеры металлический скрап в специальных защитных транспортных контейнерах доставляется в здание на железнодорожных платформах, где мостовым краном подается в перегрузочную камеру. Манипулятором снимается крышка транспортного контейнера, извлекается технологической контейнер и устанавливается в приёмный герметичный питатель. Крышка питателя закрывается, открывается защитная задвижка «горячей» камеры и технологический контейнер при помощи рольганга питателя перемещается к приемному отверстию электродуговой газлифтной печи (ЭГП).
Плавление МРО производится при закрытой задвижке «горячей» камеры. Процесс плавления и дезактивации МРО осуществляется за счет смывания перегретым жидким шлаком при температуре 1700° С подаваемым в плавильную зону ЭГП. Подача МРО производится непрерывным потоком до насыщения шлака радионуклидами о чем извещают приборы измерения активности. В электродуговую шлаковую ЭГП подаётся флюс из бункера- дозатора шнеком. Расплавленный и отдезактивированный металл выводится из плавильной зоны ЭГП непрерывной струёй в литьевое копильное устройство, откуда 80*1000 мм сбрасываются на конвейер-накопитель. По мере накопленияЖотливки слитков подача металлического скрапа на переплав прекращается, открываются защитные ворота «горячей» камеры, слитки выгружаются в контейнер и производится их дозиметрический контроль.
Радиоактивный шлак периодически по мере насыщения радионуклидами (ориентировочно 1 раз в двое суток) сливается из шлаковой зоны ЭГП в бидон, подаваемый к месту слива тележкой. Остывший до определенной температуры шлак в зависимости от создаваемой структуры (остекловывание, ситаллизации, минерализация) передаётся на позицию электропечной термообработки или выводится из «горячей» камеры в перегрузочную камеру, где производится приварка крышки бидона, его укладка в транспортный контейнер и отправка на захоронение. Ёмкость бидона составляет 50 литров.
Для создания газлифтного эффекта газожидкостного перемещения жидкого шлака из шлаковой зоны в плавильную зону ЭГП используется сжатый воздух, предварительно подогретый до 400-500° С отходящими газами системы отсоса газов в рекуператоре. Расход сжатого воздуха до 3 мУмин, давление 0,6 МПа.
Первой ступенью очистки является газожидкостный скруббер с каплеуловителем, работающий в испарительном режиме, где происходит охлаждение газов и первичное улавливание аэрозолей. При накоплении шлама в специальном бункере производится его выгрузка шнеком (ориентировочно 1 раз в месяц) в шлаковую зону ЭГП. При этом подача металлического скрапа на переплав прекращается и, с целью снижения выноса аэрозолей в газовый тракт, снижается температура жидкого шлака до 1300°С.
· Второй ступенью газоочистки является фильтр «Фартос».
· Количество отходящих газов - 500 м3/ч.
· Предусмотрено аварийное опорожнение ванны ЭГП, при этом включается система местной аварийной вентиляции.
Технологические процессы переработки МРО в «горячей» камере полностью автоматизированы. Управление работой оборудования осуществляется с диспетчерского пункта.
· Технические характеристики.
· Мощность опытного участка, тонн/год до 10000
· Режим работы-непрерывный 7000 час/год
· Габаритные размеры «горячей» камеры 12000*7500
· Электродуговая газлифтная печь
· Производительность, т/ч до 1,5
· Температура расплава шлака, °С 1700
· Расход сжатого воздуха, м3/мин 3,0
· Давление сжатого воздуха, МПа 0,6
· Напряжение питающей сети электродугового нагрева, В 6000
· Установленная мощность печного трансформатора, Ква 800
· Напряжение сети подогрева, В 380
· Установленная мощность сети подогрева, КВт 100
· Расход охлажденной воды газлифтного устройства, м3/ч 12
· Давление охлаждающей воды, МПа 0,2-0,4
Особенностью процесса плавления и дезактивации металла газлифтным методом, а также отверждения радиоактивного шлака в устойчивые структуры открывает перспективы создания типовых модулей переработки металлических отходов на новых принципах, обеспечивающих экологическую безопасность, возможность организации дистанционного управления и автоматизацию технологических процессов.

 
Разработчик (владелец): НИИЦ «Кристалл», КГПИИ ВНИПИЭТ, Минатом РФ. С.Г.Бахвалов, А.И. Борзунов, М.Г. Васильев, В.Н.Коваленко, Б.М.Лапшин В.А. Лебедев, Н.И.Лысенко, ВА.Чернорот.