RU2119201C1 - Apparatus for melting radioactive ash residue - Google Patents
Apparatus for melting radioactive ash residue Download PDFInfo
- Publication number
- RU2119201C1 RU2119201C1 RU97104439A RU97104439A RU2119201C1 RU 2119201 C1 RU2119201 C1 RU 2119201C1 RU 97104439 A RU97104439 A RU 97104439A RU 97104439 A RU97104439 A RU 97104439A RU 2119201 C1 RU2119201 C1 RU 2119201C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- furnace
- casing
- horizontal
- furnace casing
- side wall
- Prior art date
Links
Landscapes
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое устройство относится к области переработки твердых радиоактивных отходов (ТРО). Наиболее эффективно заявляемое устройство может быть использовано при переработке золы сожженных ТРО с целью ее перевода в монолитное состояние, пригодное для долгосрочного хранения. The inventive device relates to the field of processing of solid radioactive waste (SRW). The most effectively claimed device can be used in the processing of ash from burnt SRW in order to transfer it to a monolithic state suitable for long-term storage.
Известно устройство для плавления радиоактивных отходов, включающее камеру сложной конфигурации, в которой установлены две плазменные горелки, а также контейнер для сбора расплавленного материала. Одна из горелок предназначена для плавления самих отходов, а другая для обеспечения беспрепятственного слива образующегося расплава в контейнер. A device for melting radioactive waste is known, including a chamber of complex configuration in which two plasma torches are installed, as well as a container for collecting molten material. One of the burners is designed to melt the waste itself, and the other to ensure unhindered discharge of the resulting melt into the container.
Недостатками известного устройства являются повышенная сложность конструкции, связанная с размещением контейнера для приема расплава отходов внутри герметично закрытой камеры, а также невысокая производительность из-за периодического режима работы устройства. The disadvantages of the known device are the increased design complexity associated with the placement of the container for receiving the molten waste inside a hermetically sealed chamber, as well as low productivity due to the periodic mode of operation of the device.
Известна также печь для плавления радиоактивных отходов, включающая направляющую цилиндрическую шахту, через которую происходит загрузка радиоактивных отходов, корпус печи с водоохлаждаемым подом, покрытым теплоизолирующим материалом, поднимаемые или опускаемые плазменные горелки для плавления отходов, размещенные перпендикулярно поверхности расплава, две плазменные горелки, обеспечивающие слив расплава в приемное устройство, само приемное устройство, а также газоход для отвода отходящих газов. Also known is a furnace for melting radioactive waste, including a guide cylindrical shaft through which radioactive waste is loaded, a furnace body with a water-cooled hearth covered with heat-insulating material, raised or lowered plasma torches for melting waste placed perpendicular to the surface of the melt, two plasma torches that allow draining melt into the receiving device, the receiving device itself, as well as the flue for exhaust gas.
Недостатками известного устройства являются повышенная сложность конструкции, повышенная энергоемкость, связанная с наличием дополнительных плазменных горелок, обеспечивающих слив расплава радиоактивных отходов, а также пониженная надежность и безопасность работы печи, связанная с наличием подвижных плазменных горелок, предназначенных для плавления радиоактивных отходов. The disadvantages of the known device are the increased complexity of the design, increased energy consumption associated with the presence of additional plasma torches, providing a drain of the melt of radioactive waste, as well as reduced reliability and safety of the furnace associated with the presence of movable plasma torches designed for melting radioactive waste.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для плавления радиоактивных отходов, включающее кожух печи с каналом для слива расплава, направляющую цилиндрическую шахту для загрузки радиоактивных отходов, нижняя расширенная часть которой стыкуется с кожухом печи, плазменные горелки, вмонтированные в стенку расширенной части печи под углом к горизонтальной плоскости, опрокидывающийся водоохлаждаемый под V-образной несимметричной формы, а также газоотводной канал. The closest in technical essence to the claimed device is a device for melting radioactive waste, including a casing of the furnace with a channel for draining the melt, a guide shaft for loading radioactive waste, the lower expanded part of which is joined to the casing of the furnace, plasma torches mounted in the wall of the expanded part of the furnace at an angle to the horizontal plane, tilting water-cooled under a V-shaped asymmetric shape, as well as a gas outlet channel.
Недостатками известного устройства являются:
повышенная сложность устройства, связанная с тем, что опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы имеет в своем составе водоохлаждающую рубашку;
повышенная энергоемкость устройства, обусловленная наличием у опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы водоохлаждаемой рубашки, а также близким взаиморасположением плазменных горелок, газоотводного канала и вертикальной загрузочной шахты, в результате чего будут иметь место заметные тепловые потери, связанные с нагревом воды и теплоуносом через газоотводной канал и вертикальную загрузочную шахту;
повышенная опасность работы устройства для обслуживающего персонала, связанная с тем, что под V-образной несимметричной формы, выполнен водоохлаждаемым, вследствие чего в нем постоянно будет присутствовать некоторое количество отходов в виде гарнисажного слоя, чья самопроизвольная выгрузка из-за застывания расплава будет невозможна. Опасность работы устройства в этом случае будет выражаться в повышенном радиационном фоне, создаваемом неразгружаемой частью радиоактивных отходов;
повышенная опасность работы устройства, связанная с наличием водоохлаждаемой рубашки у опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы, так как любая разгерметизация водоохлаждаемой рубашки приведет к тепловому взрыву и выбросу расплава в вертикальную загрузочную шахту и газоотводной канал;
повышенная опасность работы устройства для обслуживающего персонала и окружающей среды, связанная с близким взаиморасположением плазменных горелок, газоотводного канала и вертикальной загрузочной шахты, в результате чего будет иметь место повышенный унос радиоактивных механических и аэрозольных частиц вместе с отходящими газами из зоны плавления через газоотводной канал и вертикальную загрузочную шахту.The disadvantages of the known device are:
the increased complexity of the device due to the fact that it capsizes under a V-shaped asymmetric shape and incorporates a water-cooling shirt;
increased energy consumption of the device due to the presence of a V-shaped asymmetric shape of a water-cooled jacket in the tipping hearth, as well as the close relative position of the plasma torches, gas outlet and vertical loading shaft, as a result of which noticeable heat losses will occur due to heating of the water and heat transfer through the gas outlet and vertical loading shaft;
the increased danger of the device’s operation for maintenance personnel, due to the fact that under the V-shaped asymmetric shape, it is water-cooled, as a result of which there will always be a certain amount of waste in the form of a skull layer, whose spontaneous unloading due to solidification of the melt will be impossible. The danger of the device in this case will be expressed in the increased radiation background created by the non-loading part of the radioactive waste;
increased danger of the device due to the presence of a water-cooled jacket at the V-shaped asymmetric tipping hearth, since any depressurization of the water-cooled jacket will lead to thermal explosion and the melt to be ejected into the vertical loading shaft and gas outlet channel;
increased danger of operation of the device for service personnel and the environment associated with the close relative position of the plasma torches, gas outlet channel and vertical loading shaft, as a result of which there will be increased entrainment of radioactive mechanical and aerosol particles together with the exhaust gases from the melting zone through the gas outlet channel and vertical loading shaft.
Преимуществами заявляемого устройства для плавления радиоактивного зольного остатка являются упрощение его конструкции, понижение энергоемкости, а также повышение безопасности его работы для обслуживающего персонала и окружающей среды. The advantages of the inventive device for melting a radioactive ash residue are the simplification of its design, lower energy consumption, as well as improving the safety of its operation for staff and the environment.
Указанные преимущества обеспечиваются за счет того, что заявляемое устройство содержит кожух печи с каналом для слива расплава, расположенным в донной части кожуха печи, опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы, размещенный внутри кожуха печи, загрузочное отверстие, расположенное в верхней части правой боковой стенки кожуха печи выше верхнего уровня опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы, отверстие для подачи окислителя, расположенное в нижней части левой боковой стенки кожуха печи ниже нижнего уровня опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы, крышку кожуха печи, состоящую из горизонтальной и наклонной частей, причем внутренний угол между горизонтальной и наклонной частями составляет не менее 140o и не более 170o, не менее двух плазменных горелок, размещенных на горизонтальной и наклонной частях крышки кожуха печи перпендикулярно их плоскостям по продольной оси опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы, и газоход для отвода отходящих газов, расположенный в наклонной части крышки кожуха печи вплотную с правой боковой стенкой кожуха печи.These advantages are provided due to the fact that the claimed device comprises a furnace casing with a melt drain channel located in the bottom of the furnace casing, tipping under a V-shaped asymmetric shape, located inside the furnace casing, a loading hole located in the upper part of the right side wall of the casing the furnace above the upper level of the tipping hearth of a V-shaped asymmetric shape, the hole for the supply of oxidizing agent located in the lower part of the left side wall of the furnace casing below the lower level of idyvayuschegosya hearth V-shaped asymmetrical shape, the cover of the furnace casing, consisting of horizontal and inclined portions, wherein the internal angle between the horizontal and inclined portions is not less than 140 o and not more than 170 o, at least two plasma burners arranged on horizontal and inclined parts the furnace cover of the furnace perpendicular to their planes along the longitudinal axis of the tilting hearth of a V-shaped asymmetric shape, and a flue gas duct located in the inclined part of the furnace cover close to the right side the wall of the oven casing.
Сущность устройства для плавления радиоактивного зольного остатка иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1. The essence of the device for melting the radioactive ash residue is illustrated by the drawings, presented in figure 1.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства в разрезе в варианте с двумя плазменными горелками. In FIG. 1 shows a General view of the device in section in the embodiment with two plasma torches.
Устройство для плавления радиоактивного зольного остатка состоит из кожуха печи 1, горизонтальной части крышки кожуха печи 2, наклонной части крышки кожуха печи 3, плазменной горелки 4, плазменной горелки 5, топливных вставок 6, газохода для отвода отходящих газов 7, левой боковой стенки кожуха печи 8, загрузочного отверстия 9, загрузочного механизма 10, отверстия для подачи окислителя 11, правой боковой стенки кожуха печи 12, опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13, донной части кожуха печи 14 и канала для слива расплава 15. A device for melting a radioactive ash residue consists of a furnace casing 1, a horizontal part of the furnace casing cover 2, an inclined part of the furnace casing cover 3, a plasma torch 4, a plasma torch 5, fuel inserts 6, a flue for exhaust gas 7, the left side wall of the furnace casing 8, the loading hole 9, the loading mechanism 10, the feeding hole for the oxidizing agent 11, the right side wall of the furnace shell 12, the tilting hearth of a V-shaped asymmetric shape 13, the bottom of the furnace shell 14 and the channel for draining the melt 15.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Непосредственно перед загрузкой радиоактивного зольного остатка включают плазменную горелку 4 и плазменную горелку 5 и разогревают все устройство до температуры 650-700oC. Затем в топливные вставки 6 подают окислитель (воздух или кислород) и топливо таким образом, чтобы соблюдалось стехиометрическое соотношение топлива и окислителя, (учитывая также кислород, содержащийся в плазмообразующем воздухе), и разогревают устройство до температуры 1550-1600oC, при которой и осуществляют процесс переработки радиоактивного зольного остатка. После достижения этой температуры подачу окислителя в топливные вставки 6 уменьшают на некоторую величину, и равное этой величине количество окислителя подают в отверстие для подачи окислителя 11. Окислитель, проходя путь от отверстия для подачи окислителя 11 до зоны горения над опрокидывающимся подом V-образной несимметричной формы 13 и далее до газохода для отвода отходящих газов 7 выполняет дополнительно еще две функции:
во-первых, охлаждая металлический кожух опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы, 13 предохраняет его от разрушения под воздействием высокой температуры;
во-вторых, переносит тепло из нижней части устройства в зону плавления, что способствует уменьшению тепловых потерь.Immediately before loading the radioactive ash residue, turn on the plasma torch 4 and plasma torch 5 and heat the entire device to a temperature of 650-700 o C. Then, oxidizer (air or oxygen) and fuel are fed into the fuel inserts 6 so that the stoichiometric ratio of fuel to oxidizer is observed , (also taking into account the oxygen contained in the plasma-forming air), and the device is heated to a temperature of 1550-1600 o C, at which the process of processing the radioactive ash residue is carried out. After reaching this temperature, the supply of oxidizing agent to the fuel inserts 6 is reduced by a certain amount, and an amount of oxidizing agent equal to this quantity is fed into the opening for supplying oxidizer 11. The oxidizing agent, passing from the opening for supplying oxidizer 11 to the combustion zone above the tipping hearth of a V-shaped asymmetric 13 and further to the flue for exhaust gas 7 performs an additional two more functions:
firstly, by cooling the metal casing of the tipping hearth of a V-shaped asymmetric shape, 13 protects it from destruction under the influence of high temperature;
secondly, it transfers heat from the bottom of the device to the melting zone, which helps to reduce heat loss.
Кроме того, взаиморасположение плазменной горелки 4, плазменной горелки 5, газохода для отвода отходящих газов 7 и загрузочного отверстия 9 также обеспечивают снижение тепловых потерь за счет уменьшения теплоуноса. In addition, the relative position of the plasma torch 4, the plasma torch 5, the flue for exhaust gas 7 and the feed opening 9 also provide a reduction in heat loss by reducing heat loss.
Все вышеуказанное упрощает конструкцию и понижает энергоемкость устройства. All of the above simplifies the design and reduces the energy consumption of the device.
Опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы 13 имеет два рабочих положения - крайнее верхнее (горизонтальное) или исходное положение для плавления радиоактивного зольного остатка и крайнее нижнее положение для проведения слива расплава. Tipping over under a V-shaped asymmetric shape 13 has two working positions - the extreme upper (horizontal) or initial position for melting the radioactive ash residue and the lowest position for conducting melt discharge.
Перерабатываемый радиоактивный зольный остаток загружают непосредственно в опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы 13, находящийся в исходном положении, загрузочным механизмом 10 через загрузочное отверстие 9. The processed radioactive ash residue is loaded directly into the tipping under the V-shaped asymmetric shape 13, which is in the initial position, by the loading mechanism 10 through the loading hole 9.
Для проведения слива опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы 13 поворачивают в крайнее нижнее положение и расплав зольного остатка через канал для слива расплава 15 сливают в контейнер для приема радиоактивных отходов. To drain, tipping under a V-shaped asymmetric shape 13 is turned to its lowest position and the ash residue melt through the channel for draining the melt 15 is poured into a container for receiving radioactive waste.
После опорожнения опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы 13 возвращают в исходное горизонтальное положение. After emptying, tipping under a V-shaped asymmetric shape 13 is returned to its original horizontal position.
Газы, образующиеся в процессе переработки радиоактивного зольного остатка, через газоход для отвода отходящих газов 7 поступают в систему газоочистки и далее на выброс в атмосферу. The gases generated during the processing of the radioactive ash residue, through a gas duct for exhaust gas 7 enter the gas purification system and then to the atmosphere.
Плазменная горелки 4 и плазменная горелка 5 установлены на крышке кожуха печи 1 таким образом, что факел плазменной горелки 4 перпендикулярен верхнему уровню опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13, находящегося в исходном положении, а факел плазменной горелки 5 перпендикулярен верхнему уровню опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13, находящегося в крайнем нижнем положении, причем обе плазменные горелки расположены в плоскости, продольной оси опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13. The plasma torch 4 and the plasma torch 5 are mounted on the cover of the furnace 1 so that the torch of the plasma torch 4 is perpendicular to the upper level of the tilting hearth of the V-shaped asymmetric shape 13, which is in the initial position, and the torch of the plasma torch 5 is perpendicular to the upper level of the tilting hearth V- shaped asymmetrical shape 13, located in the lowest position, and both plasma torches are located in the plane, the longitudinal axis of the tilting hearth of the V-shaped asymmetric shape 13.
Если внутренний угол между горизонтальной частью крышки кожуха печи 2 и наклонной частью крышки кожуха печи 3 будет выходить за пределы интервала 140o - 170o или же размещение плазменной горелки 4 или плазменной горелки 5 будет иное, то эффекта полного опорожнения опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13 достичь будет невозможно, т.к. в первом случае прогрев опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13 будет недостаточным, а во втором - неравномерным.If the internal angle between the horizontal part of the cover of the casing of the furnace 2 and the inclined part of the cover of the casing of the furnace 3 goes beyond the interval 140 o - 170 o or the placement of the plasma torch 4 or plasma torch 5 is different, then the effect of the complete emptying of the tilting hearth is V-asymmetric Form 13 will not be possible, because in the first case, the heating of the tilting hearth of the V-shaped asymmetric shape 13 will be insufficient, and in the second it will be uneven.
Отходящие газы от плазменной горелки 4 по пути до газохода для отвода отходящих газов 7 проходят зону действия плазменной горелки 5, где происходит их дожигание, что дополнительно понижает энергоемкость устройства за счет использования дополнительного тепла, выделяющегося при их сгорании. Механические и аэрозольные частицы, увлекаемые отходящими газами, также проходят зону действия плазменной горелки 5, где происходит их дожигание, оплавление и, вследствие увеличившейся плотности, оседание в опрокидывающийся под V-образной несимметричной формы 13, что повышает безопасность работы устройства за счет снижения уноса в систему газоочистки. The exhaust gases from the plasma torch 4 along the way to the flue for exhaust gas 7 pass the zone of action of the plasma torch 5, where they are burned, which further reduces the energy consumption of the device due to the use of additional heat generated during their combustion. Mechanical and aerosol particles carried away by the exhaust gases also pass through the zone of action of the plasma torch 5, where they are burned, melted, and, due to the increased density, deposited in a tilting under a V-shaped asymmetric shape 13, which increases the safety of the device by reducing entrainment in gas cleaning system.
Кроме того, указанное расположение плазменной горелки 4 и плазменной горелки 5 обеспечивает максимальную теплоотдачу от плазменных факелов к расплаву, а следовательно, и более эффективный его обогрев в обоих рабочих положениях опрокидывающегося пода V-образной несимметричной формы 13 и, как следствие этого, максимально полный слив расплава радиоактивного зольного остатка. Тем самым повышается безопасность работы устройства за счет предотвращения накопления неразгружаемой части расплава радиоактивного зольного остатка. In addition, the indicated location of the plasma torch 4 and the plasma torch 5 provides maximum heat transfer from the plasma torches to the melt, and consequently its more efficient heating in both working positions of the tilting hearth of a V-shaped asymmetric shape 13 and, as a result, the most complete discharge melt of radioactive ash residue. This increases the safety of the device by preventing the accumulation of non-loading part of the melt of the radioactive ash residue.
В вариантах конструкции заявляемого устройства с количеством плазменных горелок более двух обеспечивается достижение всех вышеуказанных преимуществ без опасности возникновения аварийных ситуаций. In the design options of the claimed device with the number of plasma torches more than two, all of the above advantages are achieved without the risk of emergency situations.
Испытания подтвердили наличие вышеназванных преимуществ заявляемого устройства по сравнению с прототипом, а также показали, что его производительность выше, чем у устройства согласно прототипу в 1,5-2,0 раза. The tests confirmed the presence of the above advantages of the claimed device compared to the prototype, and also showed that its performance is 1.5-2.0 times higher than that of the device according to the prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97104439A RU2119201C1 (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Apparatus for melting radioactive ash residue |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97104439A RU2119201C1 (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Apparatus for melting radioactive ash residue |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2119201C1 true RU2119201C1 (en) | 1998-09-20 |
| RU97104439A RU97104439A (en) | 1999-03-10 |
Family
ID=20191050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97104439A RU2119201C1 (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Apparatus for melting radioactive ash residue |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2119201C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481659C2 (en) * | 2011-03-22 | 2013-05-10 | Юрий Иванович Сорокин | Complex processing method of solid radioactive waste using method of melting in direct-current electric furnace |
-
1997
- 1997-03-19 RU RU97104439A patent/RU2119201C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481659C2 (en) * | 2011-03-22 | 2013-05-10 | Юрий Иванович Сорокин | Complex processing method of solid radioactive waste using method of melting in direct-current electric furnace |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3459867A (en) | Direct arc furnace | |
| RU2235945C2 (en) | Small melting furnace with ion decomposition | |
| US4353532A (en) | Aluminum melting furnace | |
| JP2008082640A (en) | Valuable metal recovering device | |
| FI72750B (en) | TILLVARATAGANDE AV VAERME OCH SMAELTSYSTEM FOER SKROTMETALL. | |
| RU2119201C1 (en) | Apparatus for melting radioactive ash residue | |
| JP3580768B2 (en) | Furnace wall structure of electric melting furnace and furnace wall cooling method | |
| JP3390648B2 (en) | Furnace wall structure of electric melting furnace and furnace body cooling method | |
| US4466827A (en) | Method for melting metals | |
| US2339337A (en) | Furnace launder construction | |
| JP3173599B2 (en) | Incineration method of waste graphite containing radionuclides | |
| US5601427A (en) | Waste melting furnace and a method of melting wastes | |
| EP0805305B1 (en) | Cremators | |
| JP3236885B2 (en) | Waste treatment equipment | |
| US4455016A (en) | Convertible melting furnace | |
| JPH09145032A (en) | Rotary kiln | |
| RU2079788C1 (en) | Apparatus for melting radioactive waste | |
| TWI418260B (en) | An improved plasma torch for use in a waste processing chamber | |
| JPS6160261A (en) | Ladle heating device | |
| JP3584982B2 (en) | Water cooled wall | |
| US4121043A (en) | Preheating metallurgical enclosures | |
| JP2660633B2 (en) | Continuous scrap charging arc furnace | |
| GB1561786A (en) | Heating vessles for molten metal | |
| JPH07128498A (en) | Volume reduction processor for harmful waste | |
| JPH08312927A (en) | Heating method and device for slag unit in ash melting furnace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |