CS9100761A2 - Method of meltable waste material treatment and fuse incineration furnace for this method realization - Google Patents

Description

7 ú.

rc ο

Způsob zpracování tavitelného odpadového materiálu a spalova-cí pec k provádění tohoto způsobu '.· Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zpracování tavitelného od-padového materiálu (neboli spékavého materiálu), zejménatoxických odpadových materiálů nebo mírně radioaktivníchodpadových materiálů, které jsou tvořeny hlavně kontaminova-nými oxidy nebo tavitelnými (neboli spíkavými) solemi, zej-ména které jsou tvořeny křemičitými látkami. Mezi tyto odpa-dové materiály je možno zařadit zejména různé hlíny a jíly,křemelina, kontaminované laboratorní nádobí a výrobky zeskla, dále skleněná vlákna nebo různé druhy skleněná vlny,jako jso.u například materiály používané pro zhotovováníohnivzdorných systémů v budovách nebo' odtokové potrubnísystémy používané v laboratořích, závodech a v jadernýchelektrárnách, nebo jsou to materiály', které pochází z údržbář-ských prácí nebo při výměnách, kdy se jako odpad vyskytnou.filtrační materiály používané'u ventilačních systémů v-jader-'ných zařízeních nebo v chemických závodech.

Dosavadní stav techniky

Podle dosavadního stavu techniky se až dosud považujeza nejlepší metodu jak uskutečnit bezpečné zhutnění do formyvhodné k uložení, při kterém se změní geometrický vzhledtohoto odpadového materiálu a při kterém se převede tentomateriál do skelného stavu a tím se zcela zneutralizu.jípevné látky a plynné, toxické'snečištující složky, roztavení ·neboli spečení za vysokých teplot tohoto odpadového materiálu.Ovšem v tomto ohledu jsou dosavadní metody a zařízení' . i. neuspokojivé a nevýhodné, nebot roztavení odpadového materiáluv těchto zařízeních podle dosavadního stavu techniky vyžadujepoužití velmi vysokých teplot (asi 1700 °C v případě hlíno-vých a jílových materiálů), což znamená, že jsou tato zaří-zení jednak drahá a kromě toho je velmi nákladný jejichprovoz-. Kromě toho .je riútno. uvés.t, ,žé v těchto zařízeních .nepříznivě ovlivňují čistící proces vzniklé aerosoly. Vneposlední řadě dochází v těchto zařízeních k připečenížhavé škváry ke spodní části těchto zařízení a tato připe-čená žhavá škvára se z této spalovací pece velmi obtížněodstraňuje a zhutňuje do uložítelné formy.

Podstata vynálezu

Vynález poskytuje postup zpracovávání kontamino-vaného tavitelného odpadového materiálu a zařízení k pro-vádění tohoto postupu, které odstraňují výše uvedené nevýho-dy systémů podle dosavadního stavu techniky7. Prováděnípostupu podle vynálezu nevyžaduje použití nákladného zaří-zení a rovněž ani provoz v tomto zařízení není nákladný,přičemž zpracovaný odpadový materiál je- kompaktní- a má...dobrou mechanickou pevnost. Proces čištění -odpadových plynů,které vznikají při .tomto procesu, není nepříznivým způsobemovlivňován tvorbou aerosolů.

Podstata postupu zpracovávání c-dpadcvého materiálupodle uvedeného vynálezu spočívá v postupném provádění v následujících kroků, při kterém se odpadový materiál rozmělňujina velikost částic menších než 2 milimetry, potom se přidátavící přísada, přičemž se dosahuje u této směsi eutektic-kého bodu tavení odpovídající teplotě nižší než 1100 °C,směs rozmělněného materiálu a tavící přísady se převede dospodní části lázně, kde je teplota nižší než 1100 °C, pomocinosného plynu za účelem zkoncentrování odpadového materiálu -3- v uvedené lázni, přičemž se potem tato lázeň ve zkoncentro- vané formě převede do kontejneru, kde se ochladí a ponechá se ztuhnout. 4 Při provádění postupu podle uvedeného vynálezu Bení nutnona.rozdíl"oď postupůpodle dosavadního-stavu -techniky Ϊzpracovávat odpadový materiál při vysokých teplotách. Tentoodpadový materiál se roztaví a rozpustí v eutektické láznipři nižší teplotě a takto získaná lázeň se potom snadno v další _fázi_ odlévá,... čím z _se. .o_d.str.ani.. yšeohny problémy, souvisící.. _______ s čištěním spodní části této spalovací pece.

Ve výhodném provedení tohoto postupu podle vynálezuje transportní tlak nosného plynu větší než tlak odpovídajícívýšce sloupce lázně vytvořené roztavenou hmotou. Tímto způ-sobem se sníží množství vypouštěného plynu. Těkavé -látky setakte- neusazují v odváděcím systému. 2a účelem udržení teploty ve spalovací peci podlevynálezu je výhodné, jestliže se do kontejneru odlévá pouzečást lázně._:_:_

Ve výhodném provedení podle uvedeného vynálezu jevýška lázně přinejmenším 30 centimetrů nad místem zaváděníodpadového materiálu do této lázně, což platí pro lázeň oteplotě pohybující se v rozmezí od 1000 do 1100 °C . Tatovzdálenost je dostačující k tomu, aby se přiváděný odpadovýmateriál rozpustil v této lázni a aby došlo kpyrolýze veške-rých přítomných organických látek obsažených v tomto přiváděnémodpadovém materiálu. ' r l

Dobrých výsledků je možno při provádění postupu * podle' uvedeného vynálezu dosáhnout jestliže' hmotnost lázněpředstavuje dvojnásobek až šestinásobek hodinového hmotnostníhoprůtočného množství přiváděného odpadového-materiálu. - 4 -

Ve výhodném provedení postupu podle vynálezu se nad lázeň přivádí plyn za účelem odstranění toxických aero- solů.

Ve výhodném provedení postupu podle uvedeného vy-nálezu ,jé lázeň,·, která je-.na-bázi oxidu křemičitého, tvořena ? .v podstatě stejnými chemickými prvky jako jsou prvky·’ obsaže-né ve zpracovávaném materiálu, které jsou určeny ke zpra-covávání, a rovněž jejich podíly jsou v lázni a v.odpadovémmateriálu stejné. Do této lázně se vzhledem k výše uvedenémupřidávají tavící přísady nebo struskotvorné přísady, jakoje například oxid boritý > oxid sodný Na20 a borax , přičemž účelem přídavku těchto tavících přísad je snížitteplotu tavení uvedené lázně a modifikovat eutektický bod tétosměsi. K odpadovému materiálu se přidává stejný podíl tavitel-ných přísad tak, aby složení tohoto odpadového materiálubylo změněno na složení, které je v podstatě identické se slože-ním lázně.

Do rozsahu uvedeného vynálezu, rovněž náleží spalo-vací pec na zpracovávání tohoto.odpadového materiálu, jejížpodstata .spočívá v tem,·.-že je tvořena.spodní nístejovou částí, <která je opatřena ohřívacími prostředky·, potrubím pro pří-vod odpadového materiálu ústící do spodní části nístějovéčásti, dále potrubím pro odvádění taveninyz lázně, přičemžtoto potrubí ústí do nístějové části v úrovni nad vyústěnímpotrubí pro přívod zpracovávaného odpadového materiálu, přičemžhorní část nístějové části je napojena na evakuační komoru,která je zhotovena ze žáruvzdorného materiálu, k jejímuž horní-mu konci je připojeno.evakuační potrubí, a do evakuační komoxyústí potrubí pro.přívod plynu. Přehled obrázků na v.ýkrese - 5 -

Na připojeném obrázku je schematicky znázorněnozařízení ke zpracovávání odpadového materiálu podle uvede-ného vynálezu, ze kterého je rovněž patrný i způsobpodlevynálezu, přičemž toto provedení je pouze ilustrativní a nijakneomezuje rozsah' uvedeného vynálezu. Ventily a ostatníregulační'prostředky·· nejsou·'ha tomto'obrázku znázorněny - Příklady provedení vynálezu _______________.. 'foto. z.aří z.ení,_p_o_dle_. uvedeného , vynálezu,^znázorněné..... na připojeném obrázku, je tvořeno kryogenní rozmělňovaníjednotkou, která sestává z drtícího a trhacího stroje 1 a z granulatoru 2 , kde se pracuje při teplotách v okolí-120 °C . Takto získaný rozdrcený materiál se potom vedeprostřednictvím potrubí 3 do prvního dávkovacího zařízení4 . Druhé dávkovači zařízení 5 je napojeno prostřednictvím,potrubí 6 na zásobník aditiva. Tato dvě dávkovači zařízení4 a 5. ústí do potrubí 7 , do kterého je z jedné strany zaústěno potrubí napojené na zdroj vzduchu a druhá stranatohoto potrubí je připojena na směšovací cyklon 8 . 2 tohoto’směsO-v-ac-ího—cykl.onu_pO-tnm_p.o.s_tupu.je materiál do tyčové trubice9 ·,'která prochází boční stěnou spalovací pece a úšií-v' blízkosti dna 10 uvedeného spalovacího zařízení. Totospalovací zařízení, které je zhotoveno ze-žáruvzdornéhomateriálu, má dvě oddělené části. Jednak nístějovou část 11zhotovenou ze žáruvzdorné oceli, která tvoří spodní část v níž je roztavená křemičitanová lázeň, přičemž tato nístějováčást je opatřena ohřívacími prostředky 12 , a jednak horníčást 13 spalovací pece, která je rovněž zhotovena ze žáruvzdor- ného materiálu. spod

Tyčová trubkaí částí 10 spalov 14 pro odvádění lázně procházící pece' a ústí do nístějové.'části ve výšce 400 milimetrů.

Horní část 13 spalovací pece vytváří nad lázní •\ evakuační komoru 15 , která je napojena prostřednictvím # evakuačního potrubí 16 na chladič 17 typu vzduch/vaduch, - dc něhož se přivádí chladící vzduch prostřednictvím potru- bí 18. Evakuační komora 15 je opatřena ohřívacími prostřed-ky 19 a přívodní rampou 20 pro přívod proplachovacíhoplynu, který slouží jako hnací plyn pro odvádění plynovýchproduktu do potrubí' 16 .

Chladič 17na vysoceúČinný filtraerosolů. Tento filtr23 na ventilátor 24 je napojen prostřednictvím potrubí 2122 , který je určen k odstraňování22 je napojen prostřednictvím potrubía na komín 25 . Příklad Při provádění, postupu podle tohoto příkladu bylopoužito zařízení, které je znázorněno na přiloženém obrázku,přičemž v tomto postupu byly zpracovávány náplně do vysoko-účinných filtrů používané ve ventilátorech, přičemž tytofiltry jsou tvořeny kovovou kostrou, která je. pokryta filtrač-ním mediem· vytvořeným- ze skleněných vláken' spojených akry l.o-vou pryskyřicí. Tato kovová kostra byla nejdříve odstraněnaa zbytek filtru byl rozmělňován za kryogenních podmínek přiteplotě -120 °C v drtícím zařízení 1 , které- je součástígranulátoru 2 , Takto získaný prášek, jehož částice mělyrozměr menší než 1 milimetr, byl potom veden do prvníhodávkovači ho zařízení 4 , ze. kterého se do potrubí 7 odvá-děl tento prášek v množství 500 gramů za minutu, To tohotopotrubí 7 bylo rovněž dávkováno prostřednictvím druhéhodávkovači ho zařízení 5 390 gramů tavitelných přísad za minutu.

Trůtočné množství vzduchu, přiváděného do potrubí 7 odpoví-dalo. 3 normálním mJ"ža hodinu stlačeného, vzduchu.

Spalovací zařízení bylo zhotoveno ze žáruvzdorné i oceli. Průměr nístějové části 11', ve které byla obsaženaroztavená lázeň, byl 500 milimetrů a výška této nístějové 4 časti byla 1000 milimetrů (kapacita ; 296 litrů). Na počátku * procesu zpracovávání byla výška -lázně 400 milimetrů (76 litrů, což odpovídá v podstatě 195 kilogramům). Tentopodílktvořil. permanentní. kapalný;zbýt.sk,'který 'zůstávalkvnístějové části, přičemž tato tavenina byla udržována přiteplotě 1000 °G . Tyčová trubice' 14 ústila do nístějovéčásti ve výšce 400' milimetrů nad dnem 10 .spalovací pece. '^Tyčová 'trubka- ‘9p'pro-při-vádění- odpadového-materiálu „vyús.tovala... 100 milimetrů nad dnem 10 .

Ivairuační komora 15 . měla průměr 900 milimetrů ajejí výška byla 700 milimetrů, což odpovídalo objemu téhoto ' prostoru 450 litrů. Prostřednictvím rampy 20'bylo dozařízení přiváděno 100 mJ vzduchu za hodinu za účelemzředění a odvedení plynů .pocházejících z tepelného zpracovává-ní, které jsou tvořeny hlavně oxidem uhličitým 0θ£ a vodníparou,........._.......

Na-výstupu-z—ebi-ad-i-ě-e—1-7—ty-pu—y-zd.u.ch.Zy_zíi.u_ch__ měl plyn teplotu pod .'100 °0',. přičemž, před tímto' chladičemměl tento plyn teplotu asi 1100 °C a snížení teploty bylo dosa-ženo zředěním vzduchem. Za tímto účelem bylo prostřednictvímpotrubí 18 přiváděno 560 noríaslňích vzduchu za hodinu.

Tento vzduch měl teplotu asi 20 °C . Teplota vzduchu opouštějí-cího chladič 17 byla 60 °C . Lázeň v nístějové Částí obsahovala 60 % hmotnostníchoxidu křemičitého SiO^ a 40 % hmotnostních směsi oxiduboritého a oxidu sodného Bo0~. a Nao0 . Teplota tavení < odpovídala 900 - 20 C . Provozní teplota se pohybovala v rozmezí od 1000 - 50 °C. .. V případě přiváděného množství odpadového materiálu '’’·:···.<·· ' '·ΐ··7,Λ<·'' ' ·;...·> :.Ο,-ϊ.ϊ.·:

JO kilogramů za-hodinu činila směna objemu lázně 14 litrůza hodinuj přičemž parciální odváděné této lázně bylo pro-váděno· každých 8 hodin a odváděné množství odpovídalo ·· 110 litrům. '

Chemické složení takto odlévaného skla se měnilov závislosti na Čase. Po 8 hodinovém zpracovávání bylaprovedena analýza takto získaného skla, která odpovídala : .53 % hmotnostních oxidu křemičitého SiC^ a 42 % hmotnost-ních oxidu sodného-..· Na^O* a oxidu boritého So0-. . á 2 j lato lázeň byla regenerována úplně přidáváním 3,5kilogramu oxidu křemičitého θΐθ2 každých 8 hodin.

Odpadní plyny byly tvořeny oxidem uhličitým CC^ ,který pocházel z přidávaného uhličitanu jako složkou tavitel-ných přísad a z pyrolýzi organických látek, vody a vzduchu.Složení tohoto plynu bylo následující : oxid uhličitý CO,ή ·' '5 normálních'm”5 za hodinu · C ... ··· β vodík' : 6 normálních m za hodinu vzduch : 50 .normálních m 2a hodinu.

Do okolního prostředí byl při provádění tohotozprac.ovávacího postupu vypouštěn odpadový plyn, který obsahoval59 % vzduchu a jehož teplota byla 20 °C . Veškeré zneči stu jící.látky byly zachyceny v odlitém skle nebo byly zachyceny na filtru 22 v , j až dosud nebyly známa žádná uspokojivá metoda v - zhutnovaní a zpracování 'těchto náplní do filtrů pro ventilač-ní zařízení do formy vhodné pro ukládání. i’yto materiálybyly až dosud zhutnovány ve své původní formě a potom bylyzalévány’ do betonu ve formo specifických kontejnerů. Prolife-rační koeficient produktu tohoto druhu byl velmi vysoký.

- 9 -

Betonový blok obsahující tento zpracovaný filtrační materiál

» “S o objemu 1 m"5 obsahoval podle těchto metod podle dosavadníhostavu techniky pouze 50 kilogramů skleněných vláken.

Postupem podle uvedeného vynálezu -je možnosnížittyto objemy o koeficient asi 45 , přičemž se současně vytvoříkompaktní balení vhodné pro uložení, přičemž toto balení jeneloužitelné a má dobré mechanické vlastnosti, zejména pevnost. Příklad 2

Podle tohoto příkladu byl zpracováván chrysotil,který se používá jako materiál pro konstrukci ohnivzdorných v budov a jako nápln do vypouštěcích systémů v laboratořích av jaderných elektrárnách. Zpracování bylo prováděné v zařízenízobrazeném na přiloženém obrázků, přičemž se postupovalo stejnýmzpůsobem jako je uvedeno, v příkladu 1, s tím rozdílem, žez prvního dávkovacího zařízení ‘4 je dávkováno 330 gramů -rozmělněnéh.o-odpadn-i-hp-mat.er-i-á-lu-za-minuiu-dO-pjoiru.bJ._7_a_;_ z dávkovacího zařízení· 5. bylo. dávkováno' 215. gramů tavitel-ných přísad za minutu do potrubí 7 . Průtočné množstvívzduchu v tomto potrubí 7 odpovídalo 3 normálním nr zahodinu, lento vzduch byl natlakován.

Prostřednictvím rampy 20 bylo přiváděno do tohoto-zařízení 100 normálních mJ za hodinu zředěného vzduchu.

Prostřednictvím potrubí 23 bylo při provádění to-hoto postupu přiváděno do komína 650 normálních mJ vzduchuza hodinu o teplotě asi 20 °C . Na výstupu z chladiče 23byla. teplota tohoto plynu asi 60 °C .

Složení lázně bylo 52 % hmotnostních oxidu křemi-čitého SiO^ , 18 % hmotnostních oxidu horečnatého MgO a - 10 1 30 % hmotnostních oxidu horitého a ox^^u sodného Na?0 , -j- Π

Teplota tání této směsi byla 950-20 C , Provozní teplotabyla ' 1000 - 30 °C .

Zrněná 'objemu lázně při množství ..přiváděného odpado-.vého materiálu odpovídajícímu 20 kilogramům za hodinubyla 10 litrů za hodinu, přičemž každých 8 hodin bylaodváděno 80 litrů . Složení takto odlévaného produktuse s Časem neměnilo.. Analýzou takto vzniklého odlitéhoskla bylo po osmihodinovém zpracovávání zjištěno, že totosložení je identické s chemickým složením původní lázně.

Odváděné plynné podíly obsahovaly 5 normálních.mJ oxidu uhličitého 00^ za hodinu, 5 mJ vodní páry a7-50 mJ vzduchu za hodinu. Vypouštěný plyn byl tvořen z 99 %vzduchem, přičemž teplota tohoto plynu při vypouštění dookolní atmosféry byla 20 C . Všechny znečištující látkybyly zachyceny do odlitého skla nebo byly zachyceny na speciál-ním filtru. Až dosud neexistovaly žádné uspokojivé metody,'pomocí kterých by bylo možno zpracovávat takto kontamino-vaný chrysotil a zpracovávat jej do formy vhodné pro ulože-ní. Podle dosavadního stavu techniky bylo toto zpracováváníaž dosud prováděno zpracováváním za velmi vysokých teplotza použití plasmového hořáku (t. zn. za použití teplot v oko-lí asi 2400 °C), přičemž pořizovací náklady na toto zařízeníjsou velmi vysoké a rovněž provozní náklady jsou velmi vysoké, f při současně dosahované sporné úrovni bezpečnosti tohoto( zpracovávání. Při použití zpracovávacího postupů-podle, vynálezuje možno 300 litrů tohoto ohnivzdorného činidla převést na150 kilogramů odlité "skelné" hmoty, t. zn. na objem asi70 litrů. 11

Postup podle uvedeného vynálezu umožňuje čtyřikrátsnížit počáteční objem zpracovávaného materiálu za současnéhopoužití nenákladného zařízení a za současné produkce kompaktníhonevyloužitelného balení zpracovávaného materiálu s dobroumechanickou"-pevností.· · .

Claims (6)

1. s - 12 - Patentové nároky 1» mpůsob zpracování tavitelného odpadového materiáluna bázi minerálních látek, které jsou tavitelné při teplotěvyšší než 1200 °G , vyznačující ae tím, že se postupně provádí drcení tohoto odpadovéhomateriálu na velikost částic menši než 2 milimetry, k tomutoodpadovému materiálu se potom přidává tavící přísada tak, abybyl eutektický bod taveni této směsi upraven na teplotunižší než 1100 °G , směs rozdrceného odpadového materiálu atavící přísady se potom odvádí do spodní Části lázně o teplotěmenší než 1100 °C za pomoci nosného plynu, přičemž ae v uve*děné lázni zkoncent.rují odpadní látky, potom se nalije taktozkoncentrovaná lázeň do kontejneru a ponechá se v něm ztuhnout.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačujícíse tím, Že uvedená lázeň má v podstatě stejné složeníjako směs odpadového materiálu a tavící přísady.
3. 3. Způsob podle bodu 1 j vyznačujícíse tím, že hnací tlak nosného plynu je větší nežtlak odpovídající výšce sloupce taveniny vytvořené lázně, 4. způsob podle bodu 1, vyznačujícíse tím, že se pouze část uvedené lázně odlévá dokontejneru,
4. 5. Způsob podle bodu 1 , vyznačující v se tím, že lázeň má výšku nladiny přinejmenším 30 - 13 - centimetrů nad přívodem odpadového materiálu pro teplotu lázněv rozmezí od 1000 do 1100 °C * —-.........6. . Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že hmotnost lázně představu j^dWjnáaobek-až-—šestinásobek hodinového hmotnostního průtočného množství odpa-dového materiálu.
5. 7. Způsob podle bodu 1, vyznačujícíse tím, že nad lázeň se přivádí nosný plyn,
6. 8, Spalovací pec na zpracování odpadového materiálu,vyznačující se tím, že je tvořena nístějovou částí (11), kterámá horní část a spodní část a tato nístějová část je opatřenaohřívacími prostředky , dále trubkou (9) pro přívod odpado-vého materiálu ústící do spodní části nistějové části (ll),trubkou (14) pro odvádění tsveniny z lázně, která vyúatuje v nistějové Části v úrovni vyšší, než je vyústění trubky propřívod odpadového materiálu, přičemž horní Část pece tvořikomora (15) napojená v horní části na potrubí (16) proodvádění odpadních plynů, a dále pec obsahuje přívodní rampu (20)pro přivádění proplachového plynu, která ústí do spalovacíkomory. Zastupuje í JULr, ing. Milan Hořejs