RU1810391C

RU1810391C - Plasma shaft furnace for processing radioactive wastes of low and middle level activity

Info

Publication number: RU1810391C
Application number: SU904858777A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Дмитриев; Владимир Кузьмич Литвинов; Игорь Анатольевич Князев; Александр Прокопьевич Морозов; Олег Анатольевич Князев
Original assignee: Магнитогорский горно-металлургический институт им.Г.И.Носова; Московское научно-производственное объединение "Радон"
Priority date: 1990-08-13
Filing date: 1990-08-13
Publication date: 1993-04-23

Abstract

Использование; компактировамие и преобразование твердых и жидких отходов в химически устойчивый подлежащий захоронению материал. Сущность: после плазменной переработки отходов 30 в шахте 2 шлакометаллический расплав 31 поступает в камеру гомогенизации 6 и подвергаетс плазменно-электрошлаковой обработке разр дом 32 от источника 26, подключенноUsing; compaction and conversion of solid and liquid waste into a chemically resistant material to be disposed of. SUBSTANCE: after plasma processing of waste 30 in mine 2, slag-metal melt 31 enters the homogenization chamber 6 and is subjected to plasma-electroslag treatment of discharge 32 from source 26, connected

Description

го к аноду 15 плазменного реактора 12 и кристаллизатора /К/ 20. Вывод и сброс расплава 31 осуществл етс при выт гивании слитка 33 из К 20 и резке пилой 24 на отливки 35. Вторичные отходы, образующиес в печи, поступают в растворный узел 23 с образованием,цементного раствора , который через кольцевой питатель 22to the anode 15 of the plasma reactor 12 and the crystallizer / K / 20. The melt 31 is removed and discharged by drawing the ingot 33 from K 20 and cutting it with a saw 24 into castings 35. Secondary waste generated in the furnace enters the solution unit for 23 s the formation of cement mortar, which through the annular feeder 22

формирует футеровочную оболочку 36 вокруг отливки 35, помещенной в контейнер 28. Печь позвол ет снизить уровень радиационной безопасности путем уменьшени выноса радионуклидов при выводе и сборе шлака и утилизации вторичных радиоактивных отходов, образующихс в печи . 1 ил., 1 табл,forms a lining shell 36 around the casting 35 placed in the container 28. The furnace can reduce radiation safety by reducing the removal of radionuclides during the removal and collection of slag and the disposal of secondary radioactive waste generated in the furnace. 1 ill., 1 tablet,

Изобретение относитс к атомной энергетике, а именно к устройствам дл переработки неидентифицированных радиоактивных отходов среднего и низкого уровн активности, и может быть использована дл компактировани и преобразовани твердых и жидких отходов в химически устойчивый, подлежащий захоронению материал,Цель изобретени -повышение радиационной безопасности путем уменьшени выноса радионуклидов при выводе и сборе шлака и утилизации вторичных радиоактивных отходов образующихс в печи.The invention relates to nuclear energy, in particular to devices for processing unidentified medium and low level radioactive waste, and can be used to compact and convert solid and liquid waste into chemically resistant material to be disposed of. The purpose of the invention is to increase radiation safety by reducing waste radionuclides in the removal and collection of slag and the disposal of secondary radioactive waste generated in the furnace.

Дл достижени данной цели в известной плазменной шахтной печи -дл перера- ботки радиоактивных отходов; низкого и среднего уровн активности, содержащей вертикально и последовательно установленные узел загрузки отходов, шахту, сообщающуюс в верхней части с камерой дожигани газов, соединенной i через систему охлаждени с фильтром, а в нижней части с устройством подвода окислител , плазменными генераторами и горизонтальной камерой гомогенизации шлака с плазменными реактором дл ввода жидких горючих радиоактивных отходов , включающем последовательно и еоосно установленные катод, диэлектрическое газовое кольцо, анод и изолированную камеру смешени , сообщающуюс с камерой гомоге- ниэации шлака, подовый электрод, устройство дл вывода и сбора шлака и источник посто нного тока, подключенный отрицательным полюсом к подовому электроду, а положительным - к аноду плазменного реак- тора, она снабжена растворным узлом, сообщающимс через патрубок подачи смеси золы и вод ного шлама с камерой дожигани , фильтром и системой охлаждени , подовый электрод выполнен в виде кристаллизатора сообщающегос с камерой гомогенизации, а устройство вывода и сбора шлака выполнено в виде еоосно и последовательно установленных с кристаллизатором и охваченных герметичным кожухом устройства выт жки слитка, кольцевого питател цементного раствора, подключенного к растворному узлу, и дисковой пилы,To achieve this goal in a known plasma shaft furnace, for the processing of radioactive waste; low and medium level of activity, containing vertically and sequentially installed waste loading unit, a shaft communicating in the upper part with a gas afterburner connected i through a cooling system to the filter, and in the lower part with an oxidizer supply device, plasma generators and a horizontal slag homogenization chamber with a plasma reactor for introducing liquid combustible radioactive waste, which includes a cathode sequentially and e-axially mounted, a dielectric gas ring, an anode and an isolated cable a measure of mixing, which is connected to the slag homogenization chamber, a hearth electrode, a device for outputting and collecting slag, and a constant current source connected by a negative pole to the hearth electrode and positive to the anode of the plasma reactor; it is equipped with a solution unit communicating via a nozzle for supplying a mixture of ash and water sludge with a afterburner, a filter and a cooling system, a hearth electrode is made in the form of a mold communicating with a homogenization chamber, and the slag output and collection device is made in the form of o and sequentially installed with the mold and covered by a sealed casing of the device for drawing an ingot, an annular feeder of cement mortar connected to the mortar unit, and a circular saw,

На чертеже изображен общий вид предлагаемой плазменной шахтной печи дл переработки радиоактивных отходов в разрезе.The drawing shows a General view of the proposed plasma shaft furnace for processing radioactive waste in section.

Предлагаема печь включает вертикально и последовательно установленные узел загрузки отходов 1 и шахта 2, снабженную в нижней части 3 устройством подвода окислител 4 и плазменными генераторами 5, В нижней части 3 шахта 2 сообщаетс с горизонтальной камерой гомогенизации шлака 6, а в верхней части 7 - через патрубок 8 с камерой дожигани газов 9, соединенной через систему охлаждени 10с фильтром 11. Камера гомогенизации 6 имеет плазменный реактор 12, содержащий последовательно и еоосно установленные катод 13, диэлектрическое газовое кольцо 14, анод 15 и камеру смешени 16, сообщающуюс с камерой гомогенизации 6 и изолированную от нее Изол тором 17. Устройство дл вывода и сбора шлака 18 выполнено в виде еоосно и последовательно установленных и охваченных герметичным кожухом 19, кристаллизатораThe proposed furnace includes a vertically and sequentially installed waste loading unit 1 and a mine 2, equipped in the lower part 3 with an oxidizer supply device 4 and plasma generators 5, in the lower part 3, the mine 2 communicates with a horizontal slag homogenization chamber 6, and in the upper part 7 through a pipe 8 with a gas afterburner 9 connected through a cooling system 10 to a filter 11. The homogenization chamber 6 has a plasma reactor 12 containing a cathode 13, a dielectric gas ring 14, ano 15 and mixing chamber 16 communicating with homogenization chamber 6 Isolation and isolated from it torus 17. An apparatus for the withdrawal and collection of the slag 18 is in the form eoosno and sequentially installed and covered by a sealed jacket 19, the mold

20. который сообщен с камерой гомогенизации шлака 6, устройства дл выт жки слитка20. which is in communication with the slag homogenization chamber 6, ingot drawing apparatus

21. кольцевого питател цементного раствора 22, подключенного к растворному узлу 23, и дисковой пилы 24 с приводом 25. Источник посто нного тока 26 подключен отрицательным полюсом к кристаллизатору 20, а положительным полюсом - к аноду 16 плазменного реактора 12. Растворный узел 23 снабжен патрубком 27 подачи смеси золы от камеры дожигани газов 9 и фильтра 11с вод ным шламом из системы охлаждени 10. Контейнеры 28 установлены под устройством дл вывода и сбора шлака 19 на контейнере 20 с возможностью перемещени . Под позицией 30 показаны отходы, расположенные в узле загрузки 1 и шахте 2, Под позицией 31 изображен расплав шлака и металла в камере гомогенизации 6. Под позицией 32 показан плазменный разр д гор щий между анодом 15 плазменного реактора 12 и поверхностью расплава шлака и металла 31 в камере гомогенизации 6. Под позицией33 показан непрерывный слиток формирующийс в кристаллизаторе 20;21. An annular cement mortar feeder 22 connected to the mortar unit 23, and a circular saw 24 with a drive 25. A constant current source 26 is connected by a negative pole to the mold 20, and a positive pole is connected to the anode 16 of the plasma reactor 12. The solution unit 23 is equipped with a nozzle 27, feeding the ash mixture from the gas afterburning chamber 9 and the filter 11 with water slurry from the cooling system 10. Containers 28 are mounted below the device for discharging and collecting slag 19 on the container 20. Under position 30, the waste located in the loading unit 1 and shaft 2 is shown. Under position 31, the molten slag and metal in the homogenization chamber 6 are shown. Under position 32, a plasma discharge is shown between the anode 15 of the plasma reactor 12 and the surface of the molten slag and metal 31 in the homogenization chamber 6. Under 33, a continuous ingot forming in the mold 20 is shown;

Под позицией 32 изображен фронт кристаллизации в слитке 33. Под позицией 35 показана отливка, отрезаема от непрерывного слитка 33. Под позицией 36 изображен цементный раствор в контейнере 28, Под позицией 37 показана крышка/ерметизирующа контейнер 28.At 32, the crystallization front of the ingot 33 is shown. At 35, a casting is cut off from the continuous ingot 33. At 36, cement mortar in the container 28 is shown. At 37, the lid / sealing container 28 is shown.

Плазменна шахтна печь дл переработки радиоактивных отходов работает следующим образом. Через узел загрузки 1 в шахту 2 непрерывноили периодический загружаютс твердые радиоактивные отходы 30. На водоохлаждаемые элементы плазменных генераторов 5 и плазменного реактора 12, а также на кристаллизатор 20 подаетс охлаждающа вода.-С помощью выт жного вентил тора или дымососа -(на чертеже не показанных), установленных после фильтраA plasma shaft furnace for processing radioactive waste operates as follows. Solid radioactive waste 30 is continuously or intermittently charged through the loading unit 1 to the shaft 2. Cooling water is supplied to the water-cooled elements of the plasma generators 5 and the plasma reactor 12, as well as to the crystallizer 20. — Using an exhaust fan or smoke exhauster (not shown in the drawing ) installed after the filter

11, в шахте 2 через патрубок 8 создаетс разр жение на уровне 200 Па. При помощи устройства 4 дл подачи окислител через плазменные генераторы 5, установленные в нижней части 3 шахты 2 подаетс окислитель или окислитель в смеси с необходимым количеством топлива. Плазменные генераторы 5 известными методами.генерируют высокотемпературные потоки, истекающие в шахту 2, Твердые отходы 30, проход по шахте 2, последовательно подвергают сушке , пиролизу, газификации и горению горючих компонентов и плавлению залы и негорючих компонентов с образованием расплава 3.1, который стекает в камеру гомогенизации б. Образующиес в шахте 2 газообразные продукты по патрубку 8, установленному в верхней части шахты 2, поступает в камеру дожиганий 9 известной конструкции, например, вертикальную пр моточную или циклонную, где осуществл етс дожигание и термическое разложение горючих составл ющих и химически агрессивных веществ с частичным отделением крупной золы. Далее газы поступают в систему охлаждени 10. например в кожухот- рубчатый или скрубберный теплообменник, где понижаетс температура до 200-300° С.11, in the shaft 2, a vacuum of about 200 Pa is created through the pipe 8. Using the oxidizer supply device 4 through the plasma generators 5 installed in the lower part 3 of the shaft 2, an oxidizing agent or an oxidizing agent is supplied in a mixture with the required amount of fuel. Plasma generators 5 by known methods generate high-temperature flows flowing into mine 2, solid waste 30, passage through mine 2, sequentially drying, pyrolyzing, gasifying and burning combustible components and melting the hall and non-combustible components with the formation of melt 3.1, which flows into the chamber 3.1 homogenization b. Gaseous products formed in the shaft 2 through the pipe 8 installed in the upper part of the shaft 2 enter the afterburning chamber 9 of a known design, for example, a vertical flow-through or cyclone, where the afterburning and thermal decomposition of combustible components and chemically aggressive substances with partial separation are carried out coarse ash. Then the gases enter the cooling system 10. for example, into a shell-and-tube or scrubber heat exchanger, where the temperature drops to 200-300 ° С.

Затем газы очищаютс в фильтре 11, например в металлокерамическом фильтре тонкой очистки, с полным отделением золы и аэрозолей и сбрасываютс в атмосферу. На плазменный реактор 12 через газовое кольцо 14 подаетс окислитель, а на катод 13 и анод 15 прикладываетс напр жение от источника посто нного тока и зажигаетс плазменна дуга. Жидкие, горючие отходы конвертируютс с заданным коэффициентом избытка воздуха в камере смешени 16, изолированной от камеры гомогенизации 6 изол тором 17. В момент запуска печи и при накоплении расплава 31 в камере гомогенизации б, в устройстве дл вывода и сбора шлака 18, заключенного в герметичный кожух 19, дно кристаллизатора 20 закрываетс плотно установленной металлической 5 затравкой (на чертеже не показана), заправленной в устройство дл выт жки 21. По мере накоплени расплава 31 происходит кристаллизаци , на поверхности затравки и образование непрерывного слитка 33, перемещаемого устройством выт жки 21 и далее охваченного кольцевым питателем цементного раствора 22, подключенного к раствору узла 23, Затем непрерывный слиток 33 режетс дисковой пилой 24, запитываемойThe gases are then cleaned in a filter 11, for example in a fine-sintered metal filter, with complete separation of ash and aerosols and discharged into the atmosphere. An oxidizing agent is supplied to the plasma reactor 12 through the gas ring 14, and voltage is applied to the cathode 13 and anode 15 from the direct current source and the plasma arc is ignited. Liquid, combustible waste is converted with a given coefficient of excess air in the mixing chamber 16, isolated from the homogenization chamber 6 by the insulator 17. At the time of starting the furnace and when the melt 31 accumulates in the homogenization chamber b, in a device for removing and collecting slag 18 enclosed in sealed the casing 19, the bottom of the mold 20 is closed by a densely mounted metal 5 seed (not shown), tucked into the drawing device 21. As the melt 31 accumulates, crystallization occurs on the surface of the seed and sc continuous ingot 33, the movable drawing device 21 and further covered by annular cement slurry feeder 22 connected to node 23, a solution, then a continuous ingot 33 is cut with a circular saw 24, fed with

5 от привода 25 на отливки 35 определенных размеров, покрытых цементной футеровкой 36. Затем на кристаллизатор 20, выполн ющий функцию подового электродах подаетс отрицательный потенциал от источника то0 ка 26, а положительный полюс- к аноду 15 плазменного реактора 12, причем камера смешени 16 изолирована от камеры гомогенизации с помощью изол тора 17. При этом между анодом 15 и расплавом 31 зажи5 гаетс несамосто тельный дуговой разр д 32, гор щий в плазменном потоке продуктов конверсии жидких горючих отходов. Далее электрический ток замыкаетс через расплав 31, осуществл его высокоэффек0 тивный комбинированный плазменно-злек- трошлаковый нагрев, на кристаллизатор 20 и жидкую фазу слитка 33 по фронту кристал-. лизации 34. Пропускание тока в месте формировани корочки слитка 33 обеспечивает5 from the drive 25 to castings 35 of certain sizes, coated with cement lining 36. Then, the negative potential from the current source 26 is supplied to the mold 20, which acts as a hearth electrode, and the positive pole to the anode 15 of the plasma reactor 12, and the mixing chamber 16 is isolated from the homogenization chamber by means of an insulator 17. In this case, between the anode 15 and the melt 31 a non-self-contained arc discharge 32 is ignited, burning in the plasma stream of the products of the conversion of liquid combustible waste. Next, the electric current is closed through the melt 31, by performing its highly efficient combined plasma-electroslag heating, to the crystallizer 20 and the liquid phase of the ingot 33 along the crystal front. lizatsii 34. The passage of current at the place of formation of the crust of the ingot 33 provides

5 возникновение термоэлектрического эффекта за счет разности температур по толщине корочки при разогревающем эффекте Пельтье, при этом увеличиваетс теплопроводность затвердевающей корочки,- тепло0 отвод от жидкого расплава 31 и быстрого формировани корочки слитка 33 в кристаллизаторе 20. Поэтому облегчаетс формирование слитка 33 из шлакометаллического расплава 31 и происходит подавление выно5 са активности с поверхности расплава 31, а также электрокинетическэ иммобилизаци радионуклидов на фронте кристаллизации 34. Услови формировани слитка 33 регулируютс изменением расхода охлаждаю0 щей воды на кристаллизатор 20. По мере накоплени посто нно или периодически зола из камеры дожигани 9 и фильтра 11с помощью гидротранспортировани вод ным шламом из системы охлаждени W,5, the appearance of the thermoelectric effect due to the temperature difference across the thickness of the crust during the heating Peltier effect, while the thermal conductivity of the hardening crust increases, the heat removal from the liquid melt 31 and the rapid formation of the crust of the ingot 33 in the mold 20. Therefore, the formation of the ingot 33 from the slag metal melt 31 is facilitated. there is a suppression of the activity carried out from the surface of melt 31, as well as the electrokinetic immobilization of radionuclides at the crystallization front 34. The conditions of formation Ani ingot 33 are controlled change ohlazhdayu0 flow boiling of water in the mold 20. As accumulating continuously or intermittently from the ash postcombustion chamber 9 and via the filter 11c Hydrotransportation a water slurry W from the cooling system,

5 подаетс через патрубок 27 в растворный узел 23. Приготовленный цементный раствор посто нно или периодически подаетс в кольцевой питатель 22, охватывающий с заданным зазором слиток 33, формиру на его поверхности цементную футеровку 36. Образующиес 5 is supplied through the nozzle 27 to the mortar assembly 23. The prepared cement mortar is constantly or periodically supplied to the annular feeder 22, covering the ingot 33 with a given clearance, forming a cement lining 36 on its surface.

при резке дисковой пилой 24 слитка 33 пыль и осколки захватываютс и сорбируютс цементным раствором 36. Отрезанна отливка 35,футерованна цементным раствором 36, погружаетс в контейнер 28, перемещаю- щийс по конвейеру 29 известной конструкции . Далее контейнер 28 перемещаетс по контейнеру 29 из-под устройства дл вывода и сбора шлака 18 и выдерживаетс в герметизируемой шлюзовой камере (на чертеже не показана) дл сушки и термической обрабочжи цементной футеровки 36 за счет внутреннего тепла отливки 35. Затем контейнер 28 герметизируетс с помощью крышки 37 известными методами, напри- мер сваркой, а под устройство дл вывода и сбора шлака 18 подводитс по конвейеру следующий контейнер 28. Из-за гравитационной сегрегации расплава 31 в камере гомогенизации 6 возможно, селективное выт гивание слитка 33, из металла или из шлака, что позвол ет рафинировать металлы от радионуклидов, перевод их в шлак с получением рециклинга металлов. Возможно выполнение камеры смешени 16 плазменного реактора 12 из графита или металлических труб, например, радиационно загр зненных , с возможностью вертикального перемещени и погружени в расплав 31, с проведением электрошлаковой обработки от источника 26. При этом реализуетс плазмен- но-электрощлаковое рафинирование радиационно загр зненных металлов с использованием шлака, полученного в шахтной печи с подфлюсовкой и монокапельного переноса нагретого в плазменной струе металла через слой шлака. Рафинирующий эффект по удалению из расплава металла соединений, несущих активность при плаз- менно-электрошлаковой обработке, основан на повышении химической активности шлака в области высоких температур, а также на эффекте электрического раскислени расплава и шлака за счет электрического и магнитного пол плазменной дуги. Подбира определенную основность шлака, реализуетс глубока деактиваци расплава, например , при введении в состав шлаков- (с твердыми отходами или непосредственно в камеру гомогенизации б) специальных флю- сов, состо щих из хлористых и фтористых солей щелочно-земельных металлов, повышающих их рафинирующее воздействие на неметаллические включени , несущие активность . При переработке стали с гомоген- ным распределением радионуклидов, например железо 55, кобальт 60, в расплаве возможно уменьшение их массовой доли путем разбавлени с уменьшением удельной активности и повторным использованием. Вwhen cutting an ingot 24 with a circular saw 24, dust and debris are captured and sorbed with cement mortar 36. The cut cast 35, lined with cement mortar 36, is immersed in a container 28 moving along a conveyor 29 of known construction. Then, the container 28 is moved through the container 29 from under the device for removing and collecting slag 18 and is kept in a sealed lock chamber (not shown) for drying and thermal treatment of the cement lining 36 due to the internal heat of the casting 35. Then, the container 28 is sealed with lids 37 by known methods, for example, by welding, and the following container 28 is conveyed through the conveyor under the device for withdrawing and collecting slag 18. Due to gravitational segregation of the melt 31 in the homogenization chamber 6, selective drawing is possible of the ingot 33, of metal or slag, which permits to refine metals by radionuclides their transfer into the slag to obtain recycling metals. It is possible to make the mixing chamber 16 of the plasma reactor 12 from graphite or metal pipes, for example, radiation-contaminated, with the possibility of vertical movement and immersion in the melt 31, with electroslag processing from the source 26. In this case, plasma-electroslag refining of radiation-contaminated is realized metals using slag obtained in a shaft furnace with bumbling and mono-drop transfer of metal heated in a plasma jet through a layer of slag. The refining effect of removing compounds that are active in plasma-electroslag treatment from a metal melt is based on an increase in the chemical activity of slag at high temperatures, as well as on the effect of electric deoxidation of the melt and slag due to the electric and magnetic fields of the plasma arc. Selecting a certain basicity of slag, a deep deactivation of the melt is realized, for example, when special fluxes consisting of chloride and fluoride salts of alkaline-earth metals are added to the composition of slag- (with solid waste or directly into the homogenization chamber b), increasing their refining effect on non-metallic inclusions bearing activity. When processing steel with a homogeneous distribution of radionuclides, for example iron 55, cobalt 60, in the melt it is possible to decrease their mass fraction by dilution with a decrease in specific activity and reuse. AT

данной печи возможно использование вместо неподвижного кристаллизатора 20, установленного в поду камеры гомогенизации 6, кристаллизаторов скольжени , винтовых и изогнутых кристаллизаторов, а также кристаллизаторов с горизонтальным выт гиванием или верхним выт гиванием с намораживанием. Возможна установка двух кристаллизаторов.20 на разных уровн х в камере гомогенизации 6 дл раздельного вывода шлака и металла при использовании шлакоотделитёлей (на чертеже не показано). Исключение аварийных ситуаций, снижающих радиационную безопасность, св занных с вытеканием расплава из камеры гомогенизации 6 через прогревшую корочку формирующегос слитка 33, достигаетс , например, регулированием длины кристаллизатора и его охлаждени . Возможна установка двух последовательно расположенных кристаллизаторов, причём первый кристаллизатор формирует шлаковую радиационно-загр зненную отливку, а второй кристаллизатор большего диаметра, охватывающий шлаковую отливку, формирует кольцевую отливку из металла, подаваемого по отдельному металлопроводу из камеры гомогенизации (на чертеже не показано), при этом шлакова отливка охвачена кожухом , предотвращающим разрушение отливки под действием термической усадки и уменьшаетс выщелачиваемость шлака с повышением радиационной безопасности, Проводились сравнительные исследовани по определению радиационной безопасности при переработке радиоактивных отходов в шахтной печи по прототипу и в предложенной плазменной шахтной печи, Переработке подвергались твердые отходы в виде смеси древесины с влажностью 20% и зольностью 5%, а также стального лома в количестве 30%. В качестве вещества, имитирующего радионуклиды, использовалась неактивна соль хлорида цези , раствором которой насыщались брикеты моделиру отходы низкого уровн активности. Производительность обоих печей по твердым отходам составл ла - 60 кг/ч, Суммарна электрическа мощность, подводима к плазменным генераторам 5 и плазменному реактору 12, составл ет 70 кВт. Расход жидких горючих отходов в виде машинного масла составл л - 2 г/с. В качестве окислител использовалс воздух с общим расходом 15 г/с, Общее врем работы каждой печи 200 ч. В печи по прототипу шлакометаллический расплав с расходом 26 кг/ч сливаетс непрерывно из камеры гомогенизации 6 через летку в боковой стенке в виде струи. В предложенной плазменной шахтной печи использовалс медный кристаллизатор 20 с толщиной стенки 5 мм, диаметром 0,25 м. Устройство дл выт жки 21 слитка 33 выполн лось из двух пар роликов с общим приводом через редуктор (на чертеже не показаны). Скорость выт жки 7 см/мин при удельном расходе охлаждающей воды на кристаллизатор 20 0,9-5 л/кг. В качестве дисковой пилы 24 с приводом 25 использовалась фреза-пила с алмазно-напыленной режущей кромкой, приводимой в движение двигателем переменного тока. Резательна машина имеет электронное устройство (на чертеже не показано ), обеспечивающее синхронизацию ее собственной скорости со скоростью выт жки слитка 33, возможна резка и при остановке устройства дл выт жки 21. Резка длитс от 8 до 11 с.в зависимости от диаметра и прочности слитка 33, а отливка 35 подает в контейнер 28. В качестве растворного узла 23 использовалс турбулентный бетоносмеси- тельтипа СБ-43Б с поршневым растворным насосом типа СБ-9А с производительностью 65 л/ч раствора и с гофрированным металлическим бетоноводрм, соедин ющим растворный узел 23 с кольцевым питателем 22 цементного раствора. В качестве в жущего е цементном растворе использовалс портландцемент марки 600. Заполнителем вл етс зола из камеры дожигани газов 9 и фильтра 11 с соотношением между золой и цементом 1:0,7. причем раствор затвор лс на вод ном шламе из системы охлаждени газов 10 с соотношением к воде 1:3.This furnace can be used instead of a stationary mold 20 installed in the bottom of the homogenization chamber 6, sliding molds, screw and curved molds, as well as molds with horizontal extrusion or top extrusion with freezing. It is possible to install two crystallizers. 20 at different levels in the homogenization chamber 6 for separate withdrawal of slag and metal using slag separators (not shown in the drawing). The elimination of radiation safety emergencies associated with leakage of the melt from the homogenization chamber 6 through the heated crust of the forming ingot 33 is achieved, for example, by controlling the length of the mold and its cooling. It is possible to install two consecutive molds, the first mold forming a slag radiation-contaminated casting, and the second mold of a larger diameter covering the slag casting, forming an annular casting of metal supplied through a separate metal wire from the homogenization chamber (not shown in the drawing), while the slag casting is covered by a casing preventing the destruction of the casting under the influence of thermal shrinkage and the leachability of the slag decreases with an increase in radiation safety, Comparative studies were conducted to determine the radiation safety during the processing of radioactive waste in a shaft furnace according to the prototype and in the proposed plasma shaft furnace. Solid waste was processed in the form of a mixture of wood with a moisture content of 20% and an ash content of 5%, as well as steel scrap in an amount of 30 % As a substance imitating radionuclides, an inactive cesium chloride salt was used, with a solution of which briquettes were saturated with the simulator of low-level waste. The productivity of both solid waste furnaces was 60 kg / h. The total electric power supplied to the plasma generators 5 and the plasma reactor 12 was 70 kW. The consumption of liquid combustible waste in the form of engine oil was 2 g / s. Air with a total flow rate of 15 g / s was used as an oxidizing agent. The total operating time of each furnace was 200 hours. In the prototype furnace, a slag-metal melt with a flow rate of 26 kg / h was continuously discharged from homogenization chamber 6 through a notch in the side wall in a jet. The proposed plasma shaft furnace used a copper crystallizer 20 with a wall thickness of 5 mm and a diameter of 0.25 m. The device for drawing 21 of the ingot 33 was made of two pairs of rollers with a common drive through a reducer (not shown in the drawing). The drawing speed is 7 cm / min with a specific flow rate of cooling water to the crystallizer of 20 0.9-5 l / kg. As a circular saw 24 with drive 25, a milling saw with a diamond-sprayed cutting edge, driven by an AC motor, was used. The cutting machine has an electronic device (not shown in the drawing) that synchronizes its own speed with the speed of the ingot draw 33, it is possible to cut when the device for drawing 21 is stopped. Cutting lasts from 8 to 11 seconds, depending on the diameter and strength of the ingot 33, and the casting 35 feeds into the container 28. As a mortar assembly 23, a SB-43B turbulent concrete mixer with a SB-9A type piston mortar pump with a capacity of 65 l / h of mortar and a corrugated metal concrete worm connecting mortar unit 23 with an annular feeder 22 of cement. Grade 600 Portland cement was used as the cementitious mortar. The aggregate is ash from the gas afterburner 9 and filter 11 with a 1: 0.7 ratio between ash and cement. moreover, the solution was closed on water sludge from the gas cooling system 10 with a ratio of 1: 3 to water.

Радиационна безопасность оценивалась по динамике выноса имитатора радионуклидов в газообразных продуктах, отход щих из печи, а также по выносу имитатора в устройстве дл вывода и сбора шлака 18. Дополнительно оценивалась степень выщелачиваемое™ шлака. В прототипе зола и шлам из камеры дожигани 9, фильтра 11 и системы охлаждени 10 подавалс на узел загрузки 1, а в предложенной печи в растворный узел 23 и далее через кольцевой питатель 22 в контейнер 28.Radiation safety was assessed by the dynamics of the removal of the simulator of radionuclides in the gaseous products leaving the furnace, as well as by the removal of the simulator in the device for the output and collection of slag 18. In addition, the degree of leachable slag ™ was evaluated. In the prototype, ash and sludge from the afterburner 9, filter 11 and cooling system 10 were supplied to the loading unit 1, and in the proposed furnace to the mortar unit 23 and then through the ring feeder 22 into the container 28.

Результаты сравнительных исследований представлены в таблице.The results of comparative studies are presented in the table.

Как видно из представленных в таблице параметров процесса переработки модельных отходов, применение предложенной плазменной шахтной печи позвол ет повысить уровень радиационной безопасности по сравнению с прототипом за счет уменьшени выноса радионуклидов с отход щими газами в режимах: без ввода вторичных отходов - на 47% путем более эффективной герметизации печи и устранени неконтролируемых подсосов воздуха через устройство дл вывода и сбора шлака; после вводаAs can be seen from the parameters of the process for processing model waste presented in the table, the use of the proposed plasma shaft furnace can increase the level of radiation safety compared to the prototype by reducing the removal of radionuclides with exhaust gases in the modes: without secondary waste input - by 47% by more efficient sealing the furnace and eliminating uncontrolled suction of air through a device for removing and collecting slag; after entering

золы и шлама в 2,9 раза путем исключени газификации легколетучих радионуклидов из вторичных отходов. Максимальное повышение радиационной безопасности достигаетс 5 при сокращении выноса радионуклидов в узле дл вывода и сбора шлака в 96 раз за счет устранени необходимости жидкостного перелива шлака и его вывода в виде твердой отливки при высокой термичности печи. До- 0 полнительным фактором, повышающим радиационную безопасность переработки отходов, вл етс уменьшение скорости вы- щелачиваемости шлака в 21 раз за счет скоростной кристаллизации и получени ash and sludge by 2.9 times by eliminating the gasification of volatile radionuclides from secondary waste. The maximum increase in radiation safety is achieved by 5 while reducing the removal of radionuclides in the unit for the output and collection of slag by 96 times due to the elimination of the need for liquid overflow of slag and its output in the form of a solid casting with high thermality of the furnace. An additional factor that increases the radiation safety of waste processing is a decrease in the rate of slag leachability by 21 times due to high-speed crystallization and

5 прочной и стойкой отливки с футеровочной оболочкой. 5 durable and resistant castings with lining shell.

Снабжение печи растворным узлом сообщающимс через патрубок подачи смеси золы и вод ного шлама с камерой дожигани ,Supplying the furnace with a solution unit in communication through a nozzle for supplying a mixture of ash and water sludge with a afterburner,

0 фильтром и системой охлаждени , позвол ет повысить радиационную безопасность за счет утилизации вторичных радиоактивных отходов , образующихс в системах дожигани , охлаждени и очистки отход щих газов, при0 filter and cooling system, allows to increase radiation safety due to the disposal of secondary radioactive waste generated in the systems of afterburning, cooling and purification of exhaust gases, when

5 производстве цементной футеровки внутренней поверхности контейнеров с использованием внутреннего остаточного тепла отливок на сушку и термоупрочнение футеровки. Покрытие бочек и контейнеров с внутренней5 production of cement lining of the inner surface of containers using the internal residual heat of the castings for drying and heat strengthening of the lining. Coating barrels and containers with inner

0 стороны футеровкой из бетона с цементным раствором и добавками смолы повышает радиационную безопасность при хранении низко и среднеактивных отходов.On the other hand, a concrete lining with cement mortar and resin additives increases radiation safety when storing low and medium level waste.

Выполнение подового электрода в видеThe implementation of the hearth electrode in the form

5 кристаллизатора, сообщающегос с камерой гомогенизации, позвол ет повысить уровень радиационной безопасности за счет подавлени выноса активности на межфазную поверхность расплав-плазменный факел и5 crystallizer, which communicates with the homogenization chamber, allows to increase the level of radiation safety by suppressing the transfer of activity to the interfacial surface of the melt-plasma torch and

0 электрокинетического транспортировани радионуклидов в расплаве к фронту кристаллизации . Этр позвол ет использовать эффект электропереноса дл рафинировани метал лов от радионуклидов. При электропереносе0 electrokinetic transport of radionuclides in the melt to the crystallization front. Etr allows the use of the electric transport effect to refine metals from radionuclides. When transporting

5 пропускание через жидкий металл посто нного тока приводит к перемещению определенных элементов - примесей к катоду или к аноду. Например, в металлургическом расплаве элемент, имеющий меньший атомный5 passing a direct current through a liquid metal leads to the displacement of certain elements — impurities — to the cathode or to the anode. For example, in a metallurgical melt, an element having a smaller atomic

0 вес, переноситс к катоду. Электроперенос в сочетании с плазменно-шлаковым нагревом позвол ет очищать металлы от радионуклидов осуществлением рециклинга металлов, что повышает радиационную безопасность0 weight transferred to the cathode. Electrotransfer in combination with plasma-slag heating makes it possible to purify metals from radionuclides by recycling metals, which increases radiation safety

5 при переработке отходов. Пропускание тока по расплаву через кристаллизатор подавл ет вынос активности на межфазную поверхность расплав-плазменный факел и обеспечивает электрокинетическое и электролитическое транспортирование радионуклидов в расплаве к фронту кристаллизации в слитке или в шлак, что дает возможность концентрировать изотопы в шлаке или металле и осуществл ть рециклинг металла с повышением радиационной без- опасности.5 in the processing of waste. Passing the current through the melt through the crystalline suppresses the transfer of activity to the interfacial surface of the melt-plasma torch and provides electrokinetic and electrolytic transportation of radionuclides in the melt to the crystallization front in the ingot or to slag, which makes it possible to concentrate isotopes in slag or metal and to recycle metal from increased radiation safety.

Выполнение устройства вывода и сбора шлака в виде соосно и последовательно установленных с кристаллизатором и охваченных герметичным .кожухом устройства выт жки слитка, кольцевого питани цементного раствора , подключенного к растворному узлу, и дисковой пилы позвол ет повысить радиационную безопасность при эксплуатации печи за счет уменьшени выноса радионуклидов при выводе и сборе расплава переработанных отходов путем организации непрерывного или периодического лить в слитки необходимых размеров,, их резки и сбора отливок в контейнеры Вывод шлака и ме- талла из печи в твердом виде обеспечивает минимизацию аэрозольных выбросов из-за отсутстви распылени и испарени активных компонентов. В печи достигаетс высока герметизаци печного пространства, наход щегос под разр жением, строго обеспечива необходимый состав и температуру атмосферы, что уменьшает вынос активности и повышает радиационную безопасность. Выполнение сливного отвер- сти в виде кристаллизатора обеспечивает безопасность при неравномерном сходе сло отходов в шахте и быстром повышенииThe implementation of the device for the output and collection of slag in the form of coaxially and sequentially installed with the mold and covered by a sealed. Housing devices for the extraction of the ingot, the ring feed of the cement mortar connected to the mortar unit, and the circular saw improves radiation safety during operation of the furnace by reducing the release of radionuclides during the withdrawal and collection of the molten processed waste by organizing continuous or periodic casting into ingots of the required sizes, their cutting and collection of castings in solid containers The removal of solid slag and metal from the furnace minimizes aerosol emissions due to the absence of atomization and evaporation of active components. In the furnace, a high sealing of the furnace space under vacuum is achieved, strictly ensuring the necessary composition and temperature of the atmosphere, which reduces the emission of activity and increases radiation safety. The execution of the drain hole in the form of a mold ensures safety in case of uneven descent of the waste layer in the mine and rapid increase

уровн расплава в камере гомогенизации за счет устранени неконтролируемых выбросов расплава.melt level in the homogenization chamber by eliminating uncontrolled melt emissions.

Ф о р м у лаизобретени Плазменна шахтна печь дл переработки радиоактивных отходов низкого и среднего уровн активности, содержаща узел загрузки, шахту и соединенные с ней систему дожигани и очистки газов, устройство подвода окислител и плазменные генераторы, горизонтальную камеру гомогенизации шлака с плазменным реактором дл ввода жидких горючих радиоактивных отходов и источник посто нного тока, соединенный своим положительным полюсом с плазменным реактором , отличающа с тем, что, с целью повышени радиационной безопасности путем уменьшени выноса радионуклидов при выводе и сборе шлака и утилизации вторичных радиоактивных отходов, она снабжена размещенным в нижней части камеры гомогенизации устройством формировани отливок в виде вертикально установленной герметичной камеры с размещенными в; ней кристаллизатором, механизмом выт жки слитка, кольцеёым питателем дл ввода цементного раствора и дисковой пилой, установленной на выходе камеры, причем кольцевой питатель дл ввода цементного раствора соединен с системой дожигани и очистки газом, а кристаллизатор соединен с отрицательным полюсом источника посто нного тока. .,...Form of the invention A plasma shaft furnace for processing low and medium level radioactive waste, comprising a loading unit, a shaft and associated afterburning and gas purification systems, an oxidizer supply device and plasma generators, a horizontal slag homogenization chamber with a plasma reactor for input liquid combustible radioactive waste and a direct current source connected by its positive pole to a plasma reactor, characterized in that, in order to increase radiation safety ty by reducing the removal of radionuclides in the derivation and the slag collection and disposal of secondary radioactive waste is placed is provided in the lower part of the homogenization chamber device forming castings in a vertically installed sealed chamber placed in; a crystallizer, an ingot drawing mechanism, an annular feeder for introducing cement mortar, and a circular saw mounted at the outlet of the chamber, the annular feeder for introducing cement mortar being connected to the afterburning and gas cleaning system, and the crystallizer being connected to the negative pole of the direct current source. ., ...