CS239889B1 - Pec k zatavování radioaktivního odpadu do skloviny - Google Patents

Abstract

Řešení ae týká oboru tavení skla středofrekvenčním indukčním otopem a řeší problém likvidace radioaktivních odpadů. Pec zahrnuje válcovitou nádobu (1) obklo ­ penou induktorem (6), uvnitř které je vertikální trubice (16) většího průměru než zvýšený dutý středový výtok (12) s přetokovým otvorem (14), tvořící s vál ­ covitou nádobou (1) prstencový stavovací prostor (21). Vertikální trubice (16) má větší tlouštku stěny než plást (2) a je ve soodní okrajové časti (17) opatřena výřezy (20). Stavovací prostor (21) je ve dně (3) opatřen uzavíratelným vypouštěcím otvorem (22) a ná přetokový otvor (14) je připojena vyměnitelná výtokové hubice (15). Vrchní část (19) vertikální trubice (16) je s výhodou užší než spodní část (17).

Description

Vynález se týká pece k zatavovéní radioaktivního odpadu do skloviny, zahrnující válcovitou nádobu, jejíž plášť je obklopen topným induktorem, opatřenou víkem s násypkami a odtahem a ve dně zvýšeným dutým středovým výtokem s přetokovým otvorem, přičemž uvnitř válcovité nádoby je k víku připojena vertikální trubice většího průměru než dutý středový výtok, jejíž vnější plocha tvoří s vnitřní plochou válcovité nádoby prstencový stavovací prostor.

Do nedávné doby se radioaktivní odpady ukládaly jako roztoky do zvláštních nádrží, ve kterých docházelo jednak k postupnému zvyšování koncentrace solí odpařováním přítomné vody v důsledku uvolňovaného tepla radioaktivními látkami, jednak k postupnému rozpadu krátkodobých izotopů některých prvků. Vzhledem k nespolehlivosti tohoto způsobu uložení a navíc k neustále rostoucímu množství těchto odpadů se ukázal tento způsob pro konečnou likvidaci odpadů jako nevhodný. Postupně se dospělo k tomu, že je nutno odpady solidifikací převést na pevnou formu, která ovšem musí splňovat určitá kriteria. Jde především o kompaktnost produktu solidifikace, jeho vysokou hydrolytickou odolnost, radiační a tepelnou stálost, potřebnou tepelnou vodivost a ještě o některé další podmiňující vlastnosti ve vztahu k druhu a původu odpadu.

Tyto podmínky velmi dobře splňuje zatavování radioaktivních odpadů se sklotvornými látkami za vzniku látky skelného charakteru. Zásadně je možno říci, že všechny radioaktivní odpady, nezávisle na jejich chemickém složení, lze přeměnit v produkt solidifikace typu skla.

Proces zatavování radioaktivních odpadů do skla zahrnu je denitraci odpadního silně kyselého roztoku kyseliny du323S 889 sičné, odpaření vody a kalcinaci, tavení kalcinátu, chlazení a úpravu produktu, jeho transport a uložení.

Z hlediska druhů procesu se tyto dělí v zásadě na dva, a to na proces jednostupňový a dvoustupňový. V případě jednostupňového procesu denitrace, kalcinace a tavení odpadů se sklotvornými přísadami probíhá v jedné nádobě. Dvoustupňový proces představuje oddělenou denitraci a kalcinaci od vlastního tavení vzniklého kalcinátu.

Je-li denitrace a kalcinace do značné míry technicky zvládnuta, je tavení spojeno se specifickými podmínkami, ovlivňujícími technologický proces a provedení zatavovacího zařízení. Jak praxe prokázala, pro kontinuitní provoz jeví se jako velmi výhodné zařízení se středofrekvenčním elektrickým indukčním otopem, jehož provedení se v detailech od případu k případu navzájem liší především ve vztahu k objemovým a provozním požadavkům a kvalitě získaného produktu.

V čs. autorském osvědčeni č. 200 939 je popsán způsob a zařízení k zatavování radioaktivního odpadu do skloviny. Pec sestává z válcovité nádoby, jejíž pláší je obklopen topným induktorem. Nádoba je opatřena víkem s násypkami a odtahem a má na dně zvýšený dutý středový výtok s přetokovým otvorem. Uvnitř válcovité nádoby je k víku připojena vertikální trubice většího průměru než dutý středový výtok, která tvoří s válcovitou nádobou prstencový stavovací prostor. Vertikální trubice nedosahuje dna a pod její spodní okrajovou částí je tedy prstencová štěrbina, kterou teče tavenina ze stavovacího prostoru do prostoru zvýšeného dutého výtoku a vrchem přetéká do přetokového otvoru.

Tato pec má některé nevýhody. Při stejné tlouštce stěny válcovité nádoby a vertikální trubice se indukuje elektrický proud více na vnější straně stavovacího prostoru, takže tavení není rovnoměrné. Tavenina proudí směrem ze stavovacího prostoru do prostoru dutého středového výtoku nestejnoměrně a často vzniká jednostranný proud. Tavenina vytékající přetokovým otvorem se často vychyluje k vnitřní stěně dutého středového výtoku a zaplňuje jeho

-4239 889 spodní část. Mimoto po skončení tavby zůstává na dně až do výše přetokového otvoru zbytek, který ztuhne a musí se prac ně odstraňovat.

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí u pece v provedení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vertikální trubice má větší tloušíku stěny než pláší válcovité nádoby a je ve spodní okrajové části opatřena výřezy. Ve stavovacím prostoru je na dně vytvořen nejméně jeden uzavíratelný vypouštěcí otvor a na-přetokový otvor dutého středového výtoku je připojena vyměnitelná hubice. S výhodou je spodní část vertikální trubice přes redukci ve střední části spojena s vrchní částí menšího průměru.

Výřezy usměrňují proudy taveniny rovnoměrně po celém obvodu do prostoru dutého středového výtoku k přetokovému otvoru, z něhož vytéká tavenina rovnoměrně, aniž by se proud vychyloval do strany. Ohřev ve stavovacím prostoru je rovnoměrný a po skončení tavby se zbytek taveniny vypustí snadno z pece, aniž by bylo nutno ho pracně odstraňovat. Zúžením vertikální trubice ve vrchní části se zvětší stavovací prostor pece_za tím její kapacita a taviči výkon.

Příkladné provedení vynálezu je popsáno dále a schematicky znázorněno na připojených výkresech, z nichž představ vuje obr. 1 osový řez pecí a obr. 2 osový řez pecí se zúženou vertikální trubicí ve vrchní Části

Válcovitá nádoba 1 sestává z pláště 2, dna 3 a je uzavřena navrchu víkem 4 (obr. 1). Pláší 2, víko 4 i dno J jsou obaleny vláknitou tepelnou izolací a pláší 2 je obklopen topným induktorem 6 připojeným na zdroj 2 středofrekvenčního elektrického proudu. Nad víkem 4. jsou umístěny do válcovité nádoby 1 ústící násypky 8 a ve víku 4 jsou vytvořeny dva otvory 2 P^ro zasunutí čidel měřicích přístrojů a otvor 10 pro odtah 11 plynných reakčních zplodin. Ke dnu 2 J^e připojen zvýšený dutý středový výtok 12 opatřený přetokovým otvorem 14 s přetokovou hranou 13, k němuž je

-5239 889 připojena vyměnitelná výtokové hubice 15. Uvnitř válcovité nádoby 1 je k víku 4 připevněna vertikální trubice 16 sestávající ze spodní části 17, střední části 18 a vrchní části 19. Ve spodní části 17 u dna J je opatřena výřezy 20. Vertikální trubice 16 má větší tloušíku stěny než plást 2 a tvoří s ním prstencový stavovací prostor 21 opatřený ve dně χ vypouštěcím otvorem 22 uzavíratelným zátkou 23« Pod dutým středovým výtokem 12 je ke dnu 2 připojen prstenec 24 sloužící k vystředění válcovité nádoby 1 v základní desce 25 a vespod se nachází jímací nádoba 26. Válcovitá nádoba 1 s příslušenstvím je umístěna v uzavřeném prostoru 27. který je izolován od okolí, v němž jsou neznázorněné manipulační a regulační mechanismy.

Další varianta provedení (obr. 2) je obdobná jako na obr. 1 s tím rozdílem, že spodní část 17 vertikální trubice 16 je přes redukci 28 ve střední části 18 spojena s vrchní částí 19 menšího průměru, takže stavovací prostor 21 se směrem vzhůru rozšiřuje a má tedy ve vrchní části větší objem.

Zatavování probíhá následovně:

Radioaktivní odpad ve směsi se sklotvornými látkami ve formě frity, kalcinátu, kmene, pasty nebo roztoku se vnáší násypkami 8 do stavovacího prostoru 21 válcovité nádoby 1. Středofrekvenčním elektrickým proudem indukujícím se v plášti 2 a vertikální trubici 16, částečně též ve dně J, víku 4 a dutém středovém výtoku 12 se stejnoměrně zahřívá až na taviči teplotu, přičemž reakční plynné zplodiny se odvádějí odtahem 11. Vzniklá tavenina proudí vertikálně směrem ke dnu 3 a výřezy 20 se rozděluje na prameny, které se v prostoru mezi spodní částí 17 vertikální trubice 16 a dutým středovým výtokem 12 slévají a po celém obvodu proudí vzhůru. Přes přetokovou hranu 13 teče tavenina do přetokového otvoru 14 a je usměrňována výtokovou hubicí do jímací nádoby 26. Po ukončení tavícího cyklu se vytažením zátky 23 otevře vypouštěcí otvor 22 a zbylá tavenina ze stavovacího prostoru 21 i prostoru kolem dutého středového výtoku 12 se vypustí.

-6239 889

Celý zatavovací proces je řízen dálkově a zařízení je vybaveno všemi potřebnými měřicími přístroji a při jeho provozu je využívána v plném rozsahu mechanizace a automatizace.

Zařízení je určeno především ke kontinuitnímu zatavování radioaktivních odpadů do sklovin, je možno ho však použít i k tavení jiných látek a materiálů, na_př. skleněných pájek, smaltů a pod.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   239 889

   1. Pec k zatavování radioaktivního odpadu do skloviny, zahrnující válcovitou nádobu, jejíž plášť je obklopen topným induktorem, opatřenou víkem s násypkami a odtahem a ve dně zvýšeným dutým středovým výtokem s přetokovým otvorem, přičemž uvnitř válcovité nádoby je k víku připojena vertikální trubice většího průměru než dutý středový výtok, jejíž vnější plocha tvoří s vnitřní plochou válcovité nádoby prstencový stavovací prostor, vyznačená tím, že vertikální trubice (16) má větší tloušťku stěny než plášť (2) válcovité nádoby (1) a je ve spodní okrajové části (17) opatřena výřezy (20), ve stavovacím prostoru (21) je na dně (3) vytvořen nejméně jeden uzavíratelný vypouštěcí otvor (22) a na přetokový otvor (14) dutého středového výtoku (12) je připojena vyměnitelná výtoková hubice (15).
2. 2. Pec podle bodu 1, vyznačená tím, že spodní část (17) vertikální trubice (16) je přes redukci (28) ve střední části (18) spojena s vrchní částí (19) menšího průměru.