УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ РАДИОАКТИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ «ЭЧУТО-ТРАО»

УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ РАДИОАКТИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ


Проблема утилизации отходов, образующихся в ходе технологических процессов, связанных с расщепляющимися материалами и содержащих радиоактивные компоненты (спецодежда, респираторы, ткань ПХВ, фильтры Петрянова, обтирочный материал, перчатки, пластикат, резина и т.п.) является весьма актуальной.
Дело в том, что утилизация таких отходов, возможна только на специализированных предприятиях. Но, даже на крупных производствах ядерной энергетики количество ежедневно образующихся опасных отходов не превышает нескольких сотен килограмм а, поскольку обращение с этими материалами требует соблюдения особых условий, их транспортировка малыми партиями нецелесообразна. Отходы приходится накапливать, что, в свою очередь требует оборудования и содержания специальных хранилищ. Все это, в совокупности с высокой стоимостью утилизации требует больших материальных затрат . В настоящее время, в качестве одного из перспективных направлений развития ядерной энергетики, рассматривается создание модульных реакторов с шаровыми ТВЭЛ, мощностью около 100 МВт. Очевидно, что при тиражировании таких модулей и их разрозненном размещении на обширных территориях проблема транспортировки отходов для утилизации к одному крупному специализированному предприятию только обострится. Поэтому, уже сейчас оптимальным решением проблемы должно стать наличие устройств, позволяющих экологически безопасно утилизировать подобные опасные материалы непосредственно в местах их образования.
На сегодняшний день наиболее распространенным методом утилизации твердых отходов является их термическое уничтожение. Но, термическое уничтожение даже обычных отходов требует особой организации процессов горения и последующей очистки дымовых газов, так как, в противном случае в атмосферу выбрасывается целая гамма вредных веществ, что совершенно недо- пустимо при обращении с радиоактивными материалами.
Как известно, простое сжигание резины, пластиката, оргстекла сопро- вождается выделением значительного количества сажи, оксидов азота, оксида серы и хлора. А пластикат и ПХВ ткани имеют в своём составе до 50 % (масс) хлора !!. В процессе горения, в присутствии кислорода сложные многоатомные молекулы реагируют одновременно по ряду параллельно протекающих первич- ных реакций, при которых разрываются различные по энергетической прочнос- ти межатомные связи и одновременно образуются различные продукты разло- жения в виде реакционноспособных молекул, различных радикалов, полицикли- ческих, полиароматических соединений, которые могут реагировать с активным хлором, образуя диоксины и фураны.
Для уменьшения или даже предотвращения возможности образования таких продуктов необходима соответствующая организация технологического процесса. В общем случае для достижения полноты сгорания основных вредных компонен¬тов необходимо обеспечить следующие основные условия:
- избыток окислителя (?> 1,2 );
- качественное смешение парогазовой смеси с горячим окислителем;
- высокую температуру процесса горения (Т>1200 С);
-достаточно продолжительное время нахождения продуктов в зоне высоких тем¬ператур (t>2c).
Проблема решается при использовании технологии ЭЧУТО, предусматривающей непрямое, 2-х ступенчатое сжигание, отходов, включающее их предварительное бескислородное термическое разложение (среднетемпературный пиролиз с максимально возможным переводом органической составляющей исходного материала в газообразное состояние), последующее квалифицированное сжи¬гание газообразных продуктов в оптимальных условиях (с использованием выделяюще¬гося тепла на поддержание процесса) и дожиг коксового остатка (КО).
Принципиальными положительными особенностями применения безкис- лородной пиролизной технологии ЭЧУТО для уничтожения органических мате- риалов в том числе и хлорсодержащих, обеспечивающими экологическую безо- пасность выбросов, являются:
- управляемое сжигание при высокой температуре концентрированной ной неразбавленной парогазовой смеси (теплота сгорания - 6680-10450 кДж/м3), что позволяет обеспечить высокую (1200-13000С) температуру факела;
- выделяющийся при пиролизе хлорсодержащих материалов активный ный хлор уже в камере термического разложения реагирует с обязательным про- дуктом пиролиза любой органики - водородом, образуя стойкое соединение HCl, которое далее легко нейтрализуется на стадии доочистки. Тем самым предотвра- щается образование диоксинов и фуранов;
-обеспечивается обязательное прохождение всех покидающих устройство продуктов через огневую зону, т. е. огневое обезвреживание, что, в сочетании с дополнительными очистными устройствами, гарантирует экологически чистое уничтожение отходов.

На предприятии МСЗ «Элемаш» с августа 2003 г. находится в эксплуатации установка типовая установка ЭЧУТО-150.03, выпускаемая ООО «ВП-Сервис» и модернизированная под условия предприятия



Установка включает: термореактор, фильтр каталитического дожига, теплообменник, цик¬лон, скруббер, узел выгрузки коксозольного остатка. Работа установки начинается с ее разогрева дизельной горелкой до рабочей темпера¬туры. Утилизируемые отходы загружаются сверху через шлюзовое загрузочное устройство в камеру термического разложения термореактора, где происходит пиролиз. Пиролизные газы поджигаются пламенем дизельной горелки. Горючие компоненты пиролизных газов сгорают, а образующиеся дымовые газы проходят через фильтр каталитического дожига, где происходит низкотемпературное окисление остатков органических соединений дымо¬вых газов. Газы, охлажденные в теплообменнике, после очистки в циклоне и скруббере мокрой очистки выбрасываются в атмосферу. Полукокс (коксовый остаток после окончания выделения из отходов пиролизных газов), выгружается на расположенную под камерой термического разложения колосниковую решётку, где, в течение следующего цикла дожигается до коксозольного остатка. Выгрузка коксозольного остатка произво¬дится по мере накопления. Количество летучей золы, улавливаемой в циклоне системы пылеочистки существенно ( в 10-20 раз) меньше коксозольного остатка, выгружаемого из-под колосников, что подтверждает правильность конструктивных решений– после дожига на колосниках основная масса золы остается в подколосниковом пространстве и практически не выносится за пределы печи.
В среднем, при утилизации отходов образуется 10-12 % (масс) зольного остатка, состоящего, в основном, из соединений железа, кальция, цинка и углерода с общим содержанием урана общего и U235 от 15 до 22 % от общей массы. Зола такого состава является ценным сырьем и утилизируется по специальной технологии. Дымовые газы после циклонной топки через каталитический дожигатель поступают в систему сухой и мокрой пылеочистки и затем удаляются в общецеховую систему вентиляции.

Для доочистки дымовых газов используется скруббер, состоящий из циклонной, газо-промывной и двух ступеней ударной очистки. В качестве улавливающей жидкости используется СОЖ (смазывающая охлаждающая жидкость, т.е. смесь эмульсола и воды), обладающая щелочной реакцией и содержащая небольшое количество масла, что значительно увеличивает ее улавливающую способность. Уловленный шлам утилизируется вместе с отходами.
Во время работы установки проводился контроль состава дымовых газов на выходе из установки. Усредненное содержание вредных выбросов (мг/м3): NОх-10,0; CL-0,1; среднее содержание сажи- 0,03-20 мг/м3 . Все показатели находятся в пределах нормы. Содержание ?- и ?- активности не превышают ПДК в воздухе рабочей зоны. В результате эксплуатации установки были сделаны следующие выводы:
-Термическое разложение (пиролиз) отходов в безкислородной атмосфере позволяет перевести основную массу содержащейся в отходах органики в газообразное состояние, оставляя тем самым основное количество радиоактивных компонентов в коксозольном остатке.
-Работа всей технологической цепочки под разрежением, создаваемым дымососом расположенным на выходе из установки, обеспечивает невозможность выхода радиоактивных компонентов в атмосферу в ходе технологического процесса,.
-Повторный пиролиз шлама и дожиг коксового остатка позволяет сконцентрировать в коксозольном остатке основную часть исходной радиоактивности отходов.
Однако, одним из существенных эксплуатационных недостатков установки оказалась ее небольшая производительность (~ 5-12 кг/час). Это объясняется тем, что данная типовая установка ЭЧУТО рассчитана на переработку бытовых отходов с низкой калорийностью (~2500 ккал/кг), а вышеперечисленные отходы предприятия значительно более калорийны - ( 8 000-10 000 ккал/кг).
После того, как в ходе многолетней эксплуатации пилотной установки была подтверждена пригодность предложенной технологии для эффективной утилизации ТРАО и ее экологическая безопасность, проверена и подтверждена работоспособность основных узлов, исходя из потребностей предприятия, совместно ООО ВП-Сервис и ОАО Элемаш была осуществлена разработка, изготовление, пуско-наладочные работы и освоение аналогичной установки большей производительности. Установка, получившая название «ПИТОН» (Печь-Инсинератор для утилизации Твёрдых Отходов Непрерывного действия) предназначена для утилизации технологических оборотов уранового производства обогаще-нием менее 5% по урану U235.

Техническая характеристика установки:
Режим загрузки установки	- цикличный
Продолжительность цикла	- 15-20 минут
Производительность (в зависимости от калорийности отходов)	- 10 -20 кг в час
Разовая загрузка	- 3-8 кг оборотов
Выход коксозольного остатка	- 1-2 кг/час
Обслуживающий персонал, оператор	- 1 чел. в смену
Класс безопасности по ОПБ ОЯТЦ-НП-01620	- 4
Первичный источник тепловой энергии	- сжигание дизельного топлива
Расход дизельного топлива	- 2-5 кг/ч
Габаритные размеры установки:	- д.6,95; ш.4,35; в.7,00.,м.
Установленная мощность	- 5 кВт

При проектировании установки были учтены конструктивные и техно-логические недостатки, выявленные в ходе эксплуатации пилотной установки. В частности:
- предусмотрена непрерывная выгрузка шнеком зольного остатка из камеры дожига, что особенно важно при сжигании твердых радиоактивных отходов (ТРАО);
- в конструкции установки использованы коррозионно- и жаростойкие мате¬риалы (титан вместо обычной низкоуглеродистой стали), что увеличивает срок эксплуатации печи;
- предусмотрена принудительная подача воздуха в циклонную топку;
- установлена дополнительная горелка для сокращения времени разогре- ва при пуске из холодного состояния

В настоящее время установка находится в опытной эксплуатации.