УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ СОЛЕВЫХ

Р.А. КРАСНОКУТСКИЙ
Научный руководитель – М.С. ДМИТРИЕВ, доцент, к.т.н.
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ СОЛЕВЫХ
ПЛАВОВ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ АЭС С
ПРИМЕНЕНИЕМ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
Создан макет установки по обезвоживанию радиоактивных солевых плавов,
получаемых на АЭС. Главными элементами установки являются: рабочая емкость
с имитатором плава; система индукционного нагрева мощностью 25 кВт и
рабочей частотой 22,5 кГц; конденсатор пара; водокольцевой вакуумный насос;
сепаратор капельной влаги. В ходе испытаний получена скорость испарения
свободной воды в 11,25 л/час при разрежении 0,92 бар.
Проведены эксперименты по обезвоживанию имитаторов плавов
радиоактивных отходов. Первый плав состоял из 𝐶𝑎(𝑁𝑂3 )2 ∗ 4𝐻2 𝑂. При
температуре (133 – 137) °С удалось уменьшить содержание воды в плаве с 30% до
20%. Второй образец - многокомпонентный состав солей, щелочей и кислот с
начальной влажностью 31,9%. При температуре (150 – 200) °С удалось достичь
влажности плава 0,1%.
В настоящее время на предприятиях и объектах атомной энергетики
РФ накоплено значительное количество жидких радиоактивных отходов
(ЖРО) различного состава [1]. На АЭС, как правило, используется
процесс
перевода
ЖРО
в
состояние
затвердевшего
плава
кристаллогидратов (солевого плава), который получают в результате
переработки кубовых остатков на установках глубокого упаривания
(УГУ) при температуре 125°С и заливается в металлические контейнеры.
Содержание воды в растворе составляет от 10 до 40% по весу.
Обезвоживание плавов уменьшает занимаемый ими объем и переводит их
в категорию твердых радиоактивных отходов, что позволяет предполагать
возможность их захоронения [2].
Разработанная установка для обезвоживания плавов включает в себя
следующие основные элементы: рабочая емкость с имитатором плава;
система индукционного нагрева, состоящая из двух генераторов
суммарной мощностью 25 кВт, рабочей частотой 22,5 кГц, индукторы для
нагрева боковой и нижней части емкости; конденсатор пара;
водокольцевой вакуумный насос; сепаратор капельной влаги [3].
Преимущества выбранного метода нагрева заключаются в следующем.
Нагревательная система является компактной, надежной и удобной в
управлении. Основная доля электромагнитной энергии выделяется
непосредственно в стенке рабочей камеры, коэффициент передачи
мощности высок и составляет 85-90%. Нагревательное устройство
располагается вне рабочей камеры, что обеспечивает чистоту индуктора в
процессе процедур обезвоживания ЖРО и долговременную работу, не
требующую специального обслуживания. Нагревательное устройство
обеспечивает простоту регулировки температуры стенки рабочей камеры
в процессе обезвоживания.
Проведено исследование процесса обезвоживания плавов солей,
близких по физико-химическим свойствам к реальным ЖРО. В первых
экспериментах в рабочую ёмкость (200л стальная бочка) загружалось
100 кг гранулированного Ca(NO3)2*4H2O. В результате нагрева при
атмосферном давлении был получен жидкий раствор Ca(NO3)2. В
процессе обезвоживания в осушаемой емкости поддерживалось давление
0,9 бар. В общей сложности за 2 часа работы массовая доля воды в плаве
уменьшилась примерно с 30% до 20%. Отмечено отверждение плава при
остывании в нормальных условиях. Второй состав представлял собой
многокомпонентный состав солей, щелочей и кислот. Начальное
содержание воды составило 31,9%. Обезвоживание происходило со
скоростью до 11,5 л/ч при мощности индукционного нагрева 15 кВт,
давлении 0,95 бар и диапазоне температур (150 – 200) °С. Содержание
воды в конечном продукте составило 0,1 % (по массе).
Разработанная установка приспособлена для обезвоживания
различных составов плавов. Принципы, заложенные в созданном макете
установки, позволяют использовать ее при переработке ЖРО в виде
плавов и кубовых остатков как в периодическом, так и в непрерывном
режиме. Результаты проведенной работы дают основания рекомендовать
к созданию и опытно-промышленному применению оборудования и
технологии обезвоживания ЖРО с использованием индукционных
методов нагрева на атомных станциях Российской Федерации.
1.
2.
3.
Список литературы
Петров Г.А., Боровинская И.П., Петров А.Г., Чадов Д.И., Баринова Т.В., Дмитриев М.С.
Инновационные энергосберегающие технологии переработки радиоактивных отходов.
Под ред. акад. РАН А.Г.Мержанова. М.: Книжный мир. 2012. – 304 с.
Никифоров А.С., Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких
радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985.
Дмитриев М.С., Лебедев В.В., Коляскин А.Д., Шатохин В.Л. Обезвоживание солевых
плавов радиоактивных отходов для обеспечения длительного хранения // Ядерная
физика и инжиниринг. М., 2013 Т. 4, № 4. С. 1-5.