Имя изобретателя: Колчанов Григорий Григорьевич[BY]; Наганов Александр Валерианович[BY]; Савушкин Игорь Александрович[BY]
Имя патентообладателя: Институт заморочек энергетики Академии Беларуси (BY)
Адресок для переписки:
Дата начала деяния патента: 1992.03.26

Внедрение: средства тепловой переработки горючих радиоактивных
отходов. Суть изобретения: для понижения количества жестких отходов, поступающих
после переработки на захоронение, под вращающейся фрезерной решеткой, размещенной в
нижней части корпуса газогенератора с зазором, установлена недвижная решетка, на
которую слоями засыпаны шары из жаропрочного износоустойчивого материала при числе слоев
от 3 до 6, и на которой расположены круговые профильные планки, высота которых
составляет более поперечника шаров. Поперечник шаров составляет менее величины зазора
меж фрезерной решеткой и корпусом газогенератора и более 1/30 этой величины.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к технике для воззвания с радиоактивными отходами (РАО),
а конкретно с горючими РАО, компактирование которых производят за счет их тепловой
переработки.

В текущее время более всераспространенным способом тепловой переработки
горючих РАО является сжигание (см. к примеру, Соболев И. А. Хомчик Л. М. «Обеззараживание
радиоактивных отходов на централизованных пт». М. Энергоатомиздат. 1983, с. 19 35).

При всем этом выше 90 радионуклидов остается в зольном остатке, который известными
методами: цементированием, стеклованием и др. кондиционируют и посылают на
захоронение.

Но известные методы сжигания имеют значимый недочет, заключающийся в том,
что дымовые газы требуют чистки от радионуклидов (других до 10 от содержащихся в
отходах), а большой объем газов, получаемых при сжигании, наращивает габариты и
издержки на систему газоочистки.

Газификацию можно рассматривать как один из способов компактирования жестких горючих
отходов, который в сопоставлении с сжиганием позволяет существенно уменьшить объемы
газоочистки. В данном случае чистке подлежат не дымовые газы со значимым излишком
воздуха, а генераторный газ, получаемый с недочетом воздуха, большой выход которого
приблизительно в 2 раза меньше объема дымовых газов от схожего количества начального
материала.

Известны разные газогенераторы для переработки горючих отходов. К примеру, в статье
Саламова А. А. «Установка для сжигания и газификации древесных отходов», журнальчик «Промышленная
энергетика».N 2, 1985, с. 52 54.

Но в узнаваемых газогенераторах не предусмотрена переработка радиоактивных
отходов, велик процент недожега, что наращивает объем подлежащих захоронению
радиоактивных веществ и наращивает расходы на кондиционирование и захоронение
зольного остатка.

Известны также газогенераторы с вращающимися фрезерными (либо другого типа) решетками,
которые обеспечивают непрерывное удаление золы и шлака и тем увеличивают
характеристики по качеству газа, производительности и выжигу остатков, к примеру
газогенераторы, описанные в книжке Гинзбург Д.Б. «Газификация твердого горючего». М.
Госстройиздат. 1958, с. 24 30, рис. 2, 4.

Но и в этих конструкциях недожег составляет 5 12 (см. там же, с. 97), что ведет как к
потерям энергетическим, так и к повышению расходов на захоронение РАО.

Из узнаваемых технических решений более близким объектом к изобретению является
газогенератор, приведенный в объяснительной записке к «Техническому предложению по
технологии газификации органических (древесных) радиоактивных остатков РАО и выбору
конструкции газогенератора», АНК ИТМО им. А. В. Лыкова. Минск. 1991, с. 61, рис. 24, принятый
за макет.

Принятый за макет газогенератор для переработки горючих радиоактивных отходов
содержит загрузочное устройство, шахту, форсунку розжига, крутящуюся фрезерную
решетку, установленную с зазором в корпусе и при помощи вала соединенную с приводом,
патрубки подачи воздуха и отвода генераторного газа, устройство золоудаления и
устройства обеспечения газовой плотности.

Принятый за макет газогенератор работает по комбинированному процессу с двойной
подачей воздуха и дожиганием горючего снизу, что позволяет обеспечить при сравнимо
маленьких габаритах переработку РАО, получение генераторного газа и маленькое количество
жестких радиоактивных отходов, поступающих на захоронение.

Но, как проявили выполненные исследования (см. приведенную в качестве макета
объяснительную записку АНК ИТМО, с. 50 52) в газогенераторах с жестким шлако-золоудалением
неискоренимый недожег углерода составляет 5 10 Это разъясняется неравномерностью дутья
по сечению шахты, ограниченностью процесса по времени, когда производительность
генератора задана, а высота шахты (в особенности при выполнении газогенераторной
установки транспортабельной из условия работы в зоне поражения катастрофой на
Чернобыльской АЭС) ограничена, не считая того, недожег вызван неравномерностью кусков
горючего, что типично для отходов.

Недожег наращивает объем жестких РАО, поступающих на захоронение, что наращивает эти
расходы, а лишнее вторичное дутье в зону дожигания, хотя и понижает недожег, но
приводит при всем этом к выжиганию генерируемого газа, что понижает экономические
характеристики газогенератора.

Техническим решением, достигаемым при реализации изобретения, является понижение
механического недожега газогенератора.

Для заслуги данного результата в газогенераторе для переработки горючих
радиоактивных отходов, содержащем загрузочное устройство, шахту, форсунку розжига,
крутящуюся фрезерную решетку, установленную с зазором в корпусе и при помощи вала
соединенную с приводом, патрубки подачи воздуха и отвода генераторного газа,
устройство золоудаления и устройства обеспечения газовой плотности, ниже вращающейся
решетки установлена недвижная решетка, на которую засыпаны шары из жаропрочного
износоустойчивого материала и над которой смонтированы соединенные с валом привода
круговые профильные планки, при всем этом поперечник шаров выполнен по величине равным от 1/30
до 1/1 величины зазора меж фрезерной решеткой и корпусом, высота засыпки выполнена
таковой, что шары укладываются в ней от 3 до 6 слоев, а высота профиля планки над уровнем
недвижной решетки выполнена более, чем поперечник шаров.

Отличительной особенностью заявляемой конструкции газогенератора является засыпка
на недвижную решетку шаров из жаропрочного износоустойчивого материала и установкой
над этой решеткой крутящихся профильных планок, при помощи которых засыпка из шаров
приводится в движение. При всем этом засыпка делает сразу функцию измельчителя
провалившихся через зазор больших кусков и функцию инертного слоя, в каком
происходит догорание недожега.

Из реализации этих функций вытекают предельные величина черт этой
дополнительной конструкции, а конкретно: поперечник шаров выполнен по величине равным от 1/30
до 1/1 величины зазора меж фрезерной решеткой и корпусом, высота засыпки выполнена
таковой, что шары укладываются в ней от 3 до 6 слоев, а высота профиля планки над уровнем
недвижной решетки выполнена более, чем поперечник шаров.

Выполнение поперечника шаров больше, чем величина зазора меж фрезерной решеткой и
корпусом, нецелесообразно в связи с тем, что упомянутый зазор обычно делают по
величине равным 1/3 радиуса корпуса, а с учетом того, что часть сечения под фрезерной
решеткой занято валом привода, при поперечнике шара больше, чем 1/3 радиуса, в сечении меж
валом и корпусом укладывается менее, чем 2 ряда шаров, что приводит к неплотному их
размещению, образованию увеличенных правильных размеров, резвому проскоку
несгоревших кусков горючего через засыпку. При всем этом повышение числа слоев в засыпке не
компенсирует этот недочет, а дополнительно наращивает габариты топочной части и
приводит к огромным энергопотерям привода на перемещение шаров.

При уменьшении поперечника шаров наименее, чем 1/30 зазора, величина этого поперечника при
имеющихся поперечниках газогенераторов примерно 1 м становится меньше 1 см, что
приводит к потере эффекта измельчения несгоревших кусков шарами и в то же время к
возникновению угрозы образования корки шлака поверх шаров из-за уменьшения величины их
подвижки. При всем этом, опять-таки, повышение числа слоев засыпки не дает результата, а
только ухудшает отрицательный эффект коркообразования. В связи с вышеизложенным
хорошим размером поперечника шаров для газогенератора с поперечником топочной части 1 м
будет размер 50 60 мм, который находится в обозначенных границах 1/30 1/1 5 160 мм.

Количество слоев шаров в засыпке по высоте от 3 до 6 и высота профиля планки над уровнем
недвижной решетки определены из оптимума издержек энергии привода на перемещение
шаров (при засыпке выше 6 слоев шевелить эту массу становится нерентабельно: издержки
огромные, а смещение верхнего слоя уже малоэффективно для процесса захвата и
измельчения больших кусков горючего, провалившихся в зазор меж фрезерной решеткой и
корпусом) и вероятного проскока несгоревших кусков через топку засыпки (при засыпке
наименее 3 слоев несгоревшие кусочки из слоя над шарами могут перескочить конкретно
под планку при перекатывании через нее шаров).

Из такого же расчета высота профиля планки более чем поперечник шаров приведет к
ненужному повышению утрат на приводе и к эффекту сгребания шаров с
возможностью проскока за планкой несгоревших остатков сходу на выход. При высоте
планки наименее поперечника шаров эффект шевеления недостаточен для захвата больших
несгоревших и провалившихся в зазор кусков, т. е. не употребляется возможность
измельчения несгоревших кусков шарами засыпки.

Таким макаром, благодаря отличительным особенностям, в данном газогенераторе топочная
часть, в отличие от макета, позволяет дополнительно размельчать недожег и задерживать
частички несгоревшего горючего в засыпке до их полного озоления, что исключает попадание
в зольный остаток дополнительного количества вещества, сводя таким макаром количество
жестких радиоактивных отходов к вероятному минимуму, что понижает расходы на
захоронение в сопоставлении с другими известными установками по переработке горючих
радиоактивных отходов.

На фиг. 1 изображен схематичный разрез заявляемого газогенератора; на фиг. 2 и фиг. 3 в
увеличенном масштабе засыпка из жаропрочных шаров. Зазор меж фрезерной решеткой и
корпусом обозначен , высота профиля
планки над уровнем недвижной решетки h, а поперечник шаров засыпки d. При всем этом на фиг. 2
кусочки горючего изображены в виде многоугольников, шары в виде окружностей, а профильная
планка приведена в виде пластинки; на фиг. 3 профильная планка приведена в виде клина.
Количество слоев шаров на фиг. 2 и фиг. 3 равно трем.

Описываемый газогенератор содержит загрузочное устройство 1, шахту 2, форсунку розжига
3, крутящуюся фрезерную решетку 4, установленную в корпусе 5 с зазором D, вал 6, при помощи
которого фрезерная решетка соединена с приводом и через который подают дополнительный
воздух на дожигание, патрубки подачи воздуха 7 и отвода генераторного газа 8. В состав
газогенератора входят также устройства золоудаления и обеспечения газовой плотности
в виде сборников золы 9 с шиберами 10, шибера 11 на патрубке подачи РАО и клапан 12,
обеспечивающие газовую плотность при подаче РАО, гидрозатвор 13, обеспечивающий
плотность вращающегося вала 6, и другие устройства на трубопроводах и разъемах
конструкций.

Ниже вращающейся фрезерной решетки 4 установлена недвижная решетка 14, на которую
засыпаны шары 15 из жаропрочного износоустойчивого материала, к примеру из чугуна либо
особых спекаемых материалов. Над недвижной решеткой 14 установлены и соединены
с валом 6 круговые профильные планки 16 (на фиг. 1 засыпка показана со снятой фронтальной
стеной корпуса, планки изображены пунктиром и видом в торец).

Поперечник d шаров 15 выполнен при всем этом по величине равным от 1/30 до 1 величины D зазора меж
фрезерной решеткой 1 и корпусом 5.

Высота профиля планки 16 над уровнем h недвижной решетки 14 выполнена более, чем
поперечник d шаров 15

h d

А высота засыпки шарами выполнена таковой, что шары укладываются в ней от 3 до 6 слоев (на
фиг. 1, 2 и 3 показана засыпка в 3 слоя шаров).

ОПИСЫВАЕМЫЙ ГАЗОГЕНЕРАТОР РАБОТАЕТ Последующим ОБРАЗОМ

В загрузочное устройство 1, открыв шибер 11, загружают горючие радиоактивные отходы,
к примеру щепу от обработки стволов деревьев, пораженных радиоактивными выбросами во
время катастрофы на Чернобыльской АЭС. Подачу РАО в шахту 2 производят при закрытом
шибере 11, открывая клапан 12, и тем предупреждают вероятный выход газов,
содержащих радиоактивные аэрозоли через загрузочный лючок.

Розжиг газогенератора ведут известным методом, используя форсунку розжига 3 (см.
к примеру, упомянутую монографию Ганзбурга Д. Б. «Газификация твердого горючего». М.
Госстройиздат. 1958, с. 87 88), при всем этом может быть применено «незапятнанное» горючее. При
достижении данной высоты слоя пылающего горючего заполняют гидрозатвор 13, пускают
воздушное дутье в патрубки 7, включают привод, вал 6 начинает крутить фрезерную решетку 4
и газогенератор выходит на рабочий режим с отводом получаемого газа через патрубок 8 на
газоочистку.

При всем этом воздух, за ранее нагретый в рубахе корпуса 5 подают в шахту 2 сверху,
зона горения расположена в корпусе 5 и за счет выделяемого тепла в шахте 2 происходит
подсушка и сухая перегонка горючего при всем этом выделяющиеся из горючего смолистые
вещества вполне распадаются в зоне высочайшей температуры, что упрощает чистку
получаемого генераторного газа.

Генераторный газ появляется при содействии меж углеродом горючего и подаваемым в
газогенератор дутьем в раскаленном слое горючего, удерживаемом в корпусе 5, и отводится
на газоочистку из его высшей части через патрубок 8. При помощи вращающейся фрезерной
решетки 4 производят разрыхление спекшегося кокса и угля, смешивание и
рассредотачивание горючего, разрушение комьев шлака и удаление золы. При всем этом часть
подаваемого через вал 6 дополнительного воздуха поступает в центральную зону корпуса 5,
обеспечивая рассредотачивание дутья и стабильность режима газификации.

Несгоревшие кокс и уголь, большие кусочки обугленного горючего совместно с золой и шлаком
проваливаются под фрезерную решетку 4, наибольший размер кусков при всем этом
определяется зазором меж решеткой 4 и корпусом 5.

Весь провал попадает на слои засыпки из шаров 15, через который продувают остальную
часть подаваемого через вал 6 дополнительного дутья. Засыпка из шаров 15 повсевременно
шевелится профильными планками 16, которые укреплены на валу 6 над недвижной решеткой
14.

Зола и маленькие частички других жестких компонент пересыпаются по промежуткам меж
шарами, при всем этом углерод доокисляется и на недвижную решетку 14 поступают уже зольные
остатки без недожега. Зольные остатки беспрепятственно проходят через недвижную
решетку 14, т. к. находятся в размельченном состоянии и поступают в сборники золы 9,
которые временами опорожняют в транспортные контейнеры через шиберы 10.

Захват более больших кусков несгоревшего горючего в просвет меж шарами 15
происходит при прохождении под ними профильной планки 16 и образования ступени в
шаровой засыпке, как это показано на фиг. 2 и фиг. 3. Потому что высота профиля планки h
выполнена более поперечника d шаров, при прохождении планки 16 под еще одним рядом шаров
высота засыпки изменяется скачком на величину h, т. е. разрывается взаимодействие слоев
шаров по вертикали, шары 15 вроде бы раздвигаются и захватывают кусочки горючего, соизмеримые
с поперечником шаров, как это изображено на фиг. 2 и фиг. 3. При всем этом вероятны случаи, когда
более большие кусочки попадают меж шарами и в последующие за верхним промежутки меж
слоями, как это показано на фиг. 2. В любом случае, находясь в промежутке меж
нагретыми шарами, взаимодействуя с ними при их перемещениях и взаимодействуя с
поддуваемым в засыпку воздухом, кусочки недожега интенсивно окисляются. Образующаяся на
поверхности кусков зола интенсивно стирается шарами и уходит через решетку 14 в сборники
золы, размеры кусков уменьшаются до их полного сгорания.

При всем этом кусочки недожега, превосходящие по размерам поперечник шаров, остаются на
поверхности засыпки до того времени, пока не обгорят, начнут разрушаться и попадать в
место меж шарами, как это описано выше.

Уменьшение поперечника шаров засыпки приводит к понижению утрат на их шевеление
соответственной профильной планкой, но при всем этом возникает возможность
сводообразования зольных остатков над шаровой засыпкой с нарушением режима работы
газогенератора. Опыты проявили, что такое сводообразование может быть при высоте
профильной планки h, равной 5 мм и наименее, что составляет приблизительно 1/30 зазора D меж
фрезерной решеткой 4 и корпусом 5 имеющихся конструкций газогенераторов.

Повышение поперечника шаров d более, чем величина зазора D, который определяет размеры
несгоревших кусков горючего, нецелесообразно, так же как и повышение выше 6 слоев
толщины засыпки шарами, из-за роста издержек на шевеление засыпки. Как проявили
выполненные проверки и расчеты для газогенератора, работающего на древесных отходах
либо щепе с габаритами и чертами близкими к газогенератору, приведенному в
качестве макета, хорошей будет засыпка шарами поперечником 50 60 мм и 3 4 слоя над
недвижной решеткой. При всем этом обеспечивается фактически полное выгорание недожега,
что уменьшает соответственно объем зольного остатка.

Таким макаром, в сопоставлении с макетом, заявляемый газогенератор работает с более
полной переработкой поступающих горючих материалов за счет понижения механического
недожега от 5 10 до величины наименее 1 2 (по проведенным расчетам на основании модельных
тестов), что при большенном количестве радиоактивных отходов, образовавшихся в
итоге катастрофы на Чернобыльской АЭС и подлежащих переработке, приводит к
значительному понижению расходов на их захоронение.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Газогенератор для переработки горючих радиоактивных отходов, содержащий
шахту, расположенную в высшей части корпуса газогенератора, в нижней части которого
с зазором установлена крутящаяся фрезерная решетка, имеющая приводной вал,
являющийся сразу устройством подачи воздуха в центральную зону корпуса, при
этом над шахтой размещено загрузочное устройство, под которым в шахте расположена
форсунка розжига, а под фрезерной решеткой размещено устройство золоудаления,
отличающийся тем, что меж вращающейся фрезерной решеткой и устройством
золоудаления установлена недвижная решетка, на которую слоями засыпаны шары из
жаропрочного износоустойчивого материала, поперечник которых составляет менее
величины зазора меж фрезерной решеткой и корпусом газогенератора и более 1/30
этой величины при числе слоев 3 6, при всем этом на недвижной решетке расположены
соединенные с приводным валом круговые профильные планки, высота которых
составляет более поперечника шаров.

Версия для печати
Дата публикации 20.02.2007гг

ввысь