CS199309B1

CS199309B1 - Process for sealing radioactive waste into glass and device for making this way

Info

Publication number: CS199309B1
Application number: CS873178A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Pacovsky; Frantisek Konarek; Otakar Vojtech
Original assignee: Vladimir Pacovsky; Frantisek Konarek; Otakar Vojtech
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1978-12-21
Publication date: 1980-07-31

Description

Vynález se týká způsobu zatavování radioaktivního odpgdu do skloviny, při kterém se radioaktivní odpad a sklotvorné suřoviny zahřívají na taviči teplotu elektrickým indukčnám ohřevem a získaná tavenina se vypouětí do nádoby určené k trvalému uložení. Vynález se týká také zařízení k provádění způsobu sestávajícího z válcovité nádoby, jejíž plášť je obklopen induktorem, opatřené v horní čésti víkem s násypkami a v dolní čésti dutým zvýšeným středovým výtokem, pod kterým je jímací nádoba.The present invention relates to a process for sealing a radioactive effluent into a molten glass, in which the radioactive waste and glass-forming raw materials are heated to the melting temperature by electric induction heating and the melt obtained is discharged into a container for permanent storage. The invention also relates to an apparatus for carrying out a method consisting of a cylindrical vessel, the shell of which is surrounded by an inductor, provided with a lid with hoppers in the upper part and a hollow raised central outflow below the receiving vessel.

Fixace radioaktivního odpadu jejich zatavování do sklotvornýeh látek nebo hornin vyžaduje specifické podmínky určované především aktivitou prostředí. Z důvodů .prostorových, manipulačních, hermetizačních a exhalačních se způsob otopu zužuje na oblast vytápění elektrickou energiío Z uvedených důvodů se však nehodí ani způsoby, a hlavně elektrické pece, kterých se používá ve sklářském průmyslu k tavení skel.The fixation of radioactive waste and its sealing into glass-forming substances or rocks requires specific conditions determined primarily by environmental activity. For reasons of space, handling, hermetization and exhalation, the method of heating is narrowed to the area of electric heating. However, neither the methods and especially the electric furnaces used in the glass industry for melting glass are suitable.

Ve francouzském patentovém spise č. 2,054.464 je popsán způsob zatavování produktů štěpení do skloviny, jehož podstata spočívá v tom, že kalcinované produkty štěpení a látky, s nimiž vytvoří sklovinu,<se zahřívají indukcí elektrického proudu o vysoké frek věnci, tj. 10 kHz až 10 MHZ a utavené sklo se vypouští po indukčním ohřevu ztuhlé hmoty ve výtoku do jímací nádoby určené k trvalému akládovéní. Tavení se začíná pomocí kovových třísek, např. z hliníku nebo ze železa, nebo použitím skla jiného složení, s nižší tavící teplotou, než má potom použité zátavové sklo. Obsahují-li kalcinované produkty molyb^ den, používá se k zatavování fosforečného skla, obsahují-li kalcinované produkty hliník, používá ae k zatavování křemičitého skla. K provádění způsobu slouží válcovitá taviči nádoba z elektricky izolačního žáruvzdorného materiálu, jejíž plášť je obklopen induktorem napojeným na zdroj vysokofrekvenčního proudu a chladícími trubkami. V horní čésti je nádoba Opatřena víkem s násypkou pro radioaktivní kalcinát s násypkou pro sklotvorné látky, uprostřed dna je zvýšený výtok vybavený topným induktorem. Zařízení jako celek je uFrench Patent Specification No. 2,054,464 discloses a process for sealing fusion products into glass, which comprises heating calcined fission products and glass-forming substances by inducing a high-frequency electric current, i.e., 10 kHz to 10 MHZ and melted glass are discharged after induction heating of the solidified mass in the outlet into a collecting vessel intended for permanent agglomeration. The melting is initiated by means of metal chips, for example aluminum or iron, or by using glass of a different composition, with a lower melting temperature than the used sealing glass. If the calcined products contain molybdenum, it is used to melt the phosphor glass, and if the calcined products contain aluminum, it is used to melt the silica glass. A cylindrical melting vessel made of an electrically insulating refractory material is used to carry out the method, the shell of which is surrounded by an inductor connected to a source of high-frequency current and cooling tubes. In the upper part, the vessel is provided with a lid with a hopper for radioactive calcinate with a hopper for glass-forming substances, in the middle of the bottom there is an increased discharge equipped with a heating inductor. The device as a whole is u

199509 umístěno v uzavřeném prostoru, který je silně odizolován od okolí»199509 located in an enclosed space that is heavily insulated from the surroundings »

Vysokou frekvencí se zahřívají i dielektrika, takže se nežádoucím způsobem zahřívají i ostatní části pece, které nejsou v přímé souvislosti s tavícím procesem, Protože tavení se provádí přímo indukčním ohřevem, je nutno při netavení používat kovových třísek nebo nízkotavitelnýeh sklovin. Výtok musí být rovněž vyhříván. Řízení tavícího procesu je obtížně regulovatelné, protože schází údaje o teplotě v různých rovinách, zejména údaje o ukončení tavby při přetržitém tavícím procesu.Dielectrics are also heated at a high frequency so that other parts of the furnace that are not directly related to the melting process are also undesirably heated. Because melting is done directly by induction heating, it is necessary to use metal chips or low-melting glass melts. The outlet must also be heated. The control of the melting process is difficult to control because the temperature data at different planes are missing, in particular the termination of the melting process during the intermittent melting process.

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí způsobem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tavení se provádí elektrickou indukcí střední frekvence, během tavení se měří a reguluje teplota povrchu pláště taviči nádoby a tavenina se v oblasti výtoku zachlazuje, načež po ukončení tavby se chlazení přeruší za účelem vypuštění taveniny.Said disadvantages are eliminated or substantially reduced by the method according to the invention, which consists in that the melting is carried out by electric induction of the middle frequency, during the melting the surface temperature of the melting vessel is measured and controlled and the melt is cooled in the discharge area. interrupts the cooling process to discharge the melt.

K tomu slouží zařízení, jehož podstata spočívá v tom, že induktor je napojen na zdroj středofrekvenčního proudu, v izolační vrstvě je nejméně jeden otvor pro měření teploty pláště taviči nádoby a mezu výpustním otvorem a jímací nádobou je chladící zařízení.To this end, a device is provided in which the inductor is connected to a medium-frequency current source, in the insulating layer there is at least one opening for measuring the jacket temperature of the melting vessel and the limit of the outlet and collecting vessel is a cooling device.

Středofrekvenční proud stačí k přímému nebo nepřímému utavení surovin, aniž by se nadměrně zahřívaly součásti zařízení vyrobené z dielektrik. Plášť není nutno chladit a výtok není nutné vyhřívat, při začátku tavení není nutné používat kovových třísek ani skel jiného složení. Měření teploty pláště umožňuje sledovat postup tavení a na základě zjištěných hodnot optimalizovat průběh tavícího procesu a zjistit dobu ukončení tavby. Vypouštění taveniny se děje přerušením chlazení, které technologicky, konstrukčně i energeticky jé méně náročné než zahřívání výtoku.The medium-frequency current is sufficient to directly or indirectly melt the raw materials without overheating the parts of the device made of dielectrics. The jacket does not need to be cooled and the outlet does not need to be heated, at the beginning of melting it is not necessary to use metal chips or glasses of different composition. The measurement of the jacket temperature allows the progress of the melting to be monitored and, on the basis of the values determined, to optimize the progress of the melting process and to determine the melting end time. The melt discharge takes place by interruption of cooling, which is less demanding in terms of technology, construction and energy than heating the outlet.

Příkladné provedení vynálezu je popsáno dále a schematicky znázorněná na připojených výkresech, z nichž představuje obr. .1 nárysný osový řez zařízením obr. 2 detailní osový řez výtokovou částí s další variantou provedení chladicího zařízení.An exemplary embodiment of the invention is described below and schematically illustrated in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a front axial section of the device of FIG.

Válcovitá taviči nádoba 1 sestává z pláště 2 dna 2 a navrchu je uzavřena víkem 4.· Plášť 2 dno 2 i víko 4 josu z auetenitické oceli nebo platiny, v případě silně korozivníeh sklovin jsou opatřeny uvnitř ještě vrstvou ze žáruvzdorného materiálu odolného vůči korozivním účinkům těchto sklovin. Plášť 2, dno 2 i víko £ jsou obaleny izolační vrstvou 2 ze žáruvzdorných vláken a plášť 2 je obklopen induktorem 6 napojeným na zdroj £ středofrekvenčního proudu. Ve dně 2 je dutý středový zvýšený výtek 8 s výpustním otvorem 2 na vrchní části. Do víka 4 ústí dvojice nésypek_10 a ll_a do víka 4 je zasazen odtah 12 plynných splodin fixace. V izolační vrstvě £ pláště 2 jsou otvory 12» 14 pro měření teploty pláště 2. Na výkresech jsou znázorněny dva otvory, je možná však i provedení s více otvory 12, 1$ v různých rovinách. Pod výtokem 8 je jímací nádoba 15 a mezi výpustním otvorem 2 a jímací nádobou ljj je umístěno chladicí zařízení 16. Může je tvořit např. foukací tryska ( obr. 1 ) napojené na neznázorněný zdroj tlakového chladicího media, např. vzduchu, nebo ( obr.2) odsávací trubice zasazené do dutiny výtoku 8 a napojená na neznázorněné odsávací zařízení. Celé zařízení je umístěno v uzavřeném prostorní lj tvořeném stěnaná 18, které důkladně izolují zařízení od okolí, v němž jsou neznázorněné manipulační a regulační mechanismy.The cylindrical melting vessel 1 consists of a jacket 2 of the bottom 2 and is closed by a lid 4 at the top. enamel. The housing 2, the base 2 and the lid 6 are wrapped with an insulating layer 2 of refractory fibers and the housing 2 is surrounded by an inductor 6 connected to a medium-frequency current source 6. In the bottom 2 there is a hollow central raised plug 8 with an outlet opening 2 on the top. In the lid 4 a pair of nypypeks 10 and 11a flows into the lid 4 and a flue gas 12 of fixation products is inserted. In the insulating layer 6 of the housing 2 there are openings 12, 14 for measuring the temperature of the housing 2. Two openings are shown in the drawings, but it is also possible to design with several openings 12, 14 in different planes. Below the outlet 8 is a collecting vessel 15 and a cooling device 16 is disposed between the outlet opening 2 and the collecting vessel 11j. It may consist, for example, of a blowing nozzle (Fig. 1) connected to a not shown source of pressurized coolant, e.g. 2) a suction tube fitted into the outlet cavity 8 and connected to a suction device (not shown). The entire device is housed in a closed space 11 formed by a wall 18 which thoroughly isolates the device from the environment in which the manipulation and control mechanisms are not shown.

Zařízení funguje následovně:The device works as follows:

Směs radioaktivního odpadu a sklotvorných látek ve formě frity, kalciovaného prášku nebo roztoku se dodává dvojicí násypek 10 do taviči nádoby 1. Středofrekvenčním proudem 50 Hz až 10 kHz se zahřívá plášť 2 z kovu a od něho směs určená k tavení, v případě silně agresivních sklovin přes korozivzdornou vrstvu, až na taviči teplotu. Během tavení se chladicím zařízením 16 zachlazuje oblast výtoku 8 a plynné zplodiny fixace se odstraňují odtahem 12. Otvory 12, 14 a® měří teplota pláště 2 a podle naměřených hodnot se regulují topné proudy do induktoru 6. Když naměřené teploty signalizují ukončení tavby, přeruší se činnost chladicího zařízení 16 a tavenina vyteče do jímací nádoby 1£A mixture of radioactive waste and vitreous matter in the form of frit, calcined powder or solution is supplied by a pair of hoppers 10 to the melting vessel 1. With a 50 Hz to 10 kHz medium current, the metal jacket 2 is heated. through the corrosion-resistant layer to the melting temperature. During melting, the outlet area 8 cools down by the cooling device 16 and the flue gas is removed by exhaust 12. The openings 12, 14 and 6 measure the temperature of the jacket 2 and the heating currents to the inductor 6 are controlled according to the measured values. the operation of the cooling device 16 and the melt flows into the collecting vessel 16

199 309199 309

Po vytečení se začne výtok 8 chladit a celý postup se opakuje. Při odstaveni zařízení nebo při přechodu na jiný druh zatavovací skloviny se zařízení několikrát propláchne taveninou prostou radioaktivních látek.After leakage, the outlet 8 begins to cool and the process is repeated. When the machine is shut down or switched to another type of sealant, the machine is flushed several times with a radioactive-free melt.

Způsob a zařízení jsou určeny k přetržitému procesu zatavování radioaktivního odpadu do skloviny, je možno jich však použít i k tavení jiných materiálů, které vyžadují obdobné zvláštní podmínky, např. hornin a pod.The method and apparatus are intended for the continuous process of sealing the radioactive waste into the glass, but they can also be used for melting other materials requiring similar special conditions, such as rocks and the like.

Claims

A method for sealing a radioactive waste into a glass melt, wherein the radioactive waste and glass-forming raw materials are heated to a melting temperature by electric induction heating and the melt obtained is discharged into a container for permanent storage, characterized in that the melting is carried out The melting is measured and controlled by the surface temperature of the melting vessel shell, the melt is cooled in the outlet area, then interrupted after the melting and cooling is complete and the melt is discharged.

2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, comprising a cylindrical vessel, the sheath of which is surrounded by an inductor, provided with a lid with hoppers at the top and a hollow raised central outlet below which is a collecting vessel, characterized in that the inductor (6). ) is connected to a source of medium-frequency current, in the insulating layer (5) there is at least one opening (13) for measuring the temperature of the jacket (2) of the melting vessel (1) and between the outlet opening (9) and the collecting vessel (15) cooling equipment (16).