3 января 2011

Плазменная установка «Плутон»

Плазменная шахтная печь для переработки твердых РАО

Плазменно-химический метод переработки радиоактивных отходов, применяемый на ГУП МосНПО «Радон», обеспечивает получение химически- и радиационно стойкого шлакового компаунда с максимальной степенью включения радионуклидов.

Разработкой плазменных технологий ученые предприятия занимаются свыше 30 лет. Они провели множество исследований и экспериментов по переработке отходов в различных условиях, с использованием плазменных источников нагрева (плазмотронов) различных типов. На основе плазменных технологий действуют пилотные и опытно-промышленные установки «Пиролиз», «Плавление зольного остатка», «Плутон», «Плазмохимический реактор».

Плазменная установка «Плутон» позволяет перерабатывать смешанные твердые отходы, содержащие не только горючие компоненты (древесину, бумагу, ветошь, пластики), но и негорючие (металл, стекло, грунтовые и изоляционные материалы). Ее производительность может достигать 250 кг/ч.

Основным узлом установки является шахтная печь для переработки РАО. Здесь отходы последовательно проходят стадии сушки, пиролиза, окисления, сжигания и плавления.

Через узел загрузки упаковки с РАО попадают в верхние слои шахты и, опускаясь под действием силы тяжести, нагреваются за счет тепла отходящих газов, движущихся вверх им навстречу. В верхней части печи отходы проходят стадии сушки и пиролиза, сопровождающиеся интенсивным газовыделением. Ниже происходит выжигание коксового остатка. Оставшиеся неорганические компоненты (шлак) плавятся и поступают в зону накопления и гомогенизации расплава. Здесь шлак усредняется, перегревается до температуры 1500–1700°С и через узел слива направляется в бокс приемки расплава. После охлаждения расплава в приемных контейнерах образуется шлак, по структуре и свойствам подобный вулканическому стеклу, а по химической стойкости — в десятки раз превосходящий боросиликатные стекла. Таким образом, за один этап производственного процесса получается продукт, пригодный для безопасного длительного хранения сразу после охлаждения.

Источником нагрева печи служат дуговые плазмотроны, установленные в подовой части печи над ванной; в качестве плазмообразующего газа используется воздух. Применение воздушных плазмотронов достаточной мощности позволило отказаться от дополнительного топлива, что существенно упростило управление процессом. Энергия, подаваемая в печь, используется с максимальной эффективностью — в том числе и на пиролиз отходов. За счет высокой теплотворной способности полученного пирогаза, после начального разогрева, камеру дожигания можно эксплуатировать только за счет тепла его сгорания, в автотермическом режиме.

В высокотемпературной зоне шахтной печи, в нижних слоях отходов, происходит возгонка летучих соединений. В то же время в среднем и верхнем уровнях шахты печи, в зоне относительно низких температур, эти соединения конденсируются и сорбируются в слое отходов. Система очистки отходящих газов позволяет эффективно улавливать радиоактивную пыль, которую вновь направляют на переработку в шахтную печь вместе с другими РАО. В результате, резко снижается унос из печи радиоактивных изотопов и тяжелых металлов. Например, унос цезия-137  из плазменной печи «Радона» составляет не более 10%, кобальта-60 — не более 2,5%, урана и плутония — менее 1%.  (Для сравнения, в других вариантах плазменного сжигания РАО унос радионуклидов цезия достигает 70-98%). В итоге, существенно увеличивается коэффициент включения радиоактивных изотопов и тяжелых металлов в шлак.

Пиролизные газы из шахты печи направляются в комплексную систему газоочистки. Она включает узлы высокотемпературного дожигания твердых и газообразных горючих компонентов, химической и каталитической нейтрализации агрессивных и токсичных веществ, двухступенчатой системой улавливания радиоактивных аэрозольных частиц. Газы, поступающие в атмосферу после очистки, полностью удовлетворяют санитарным требованиям.