Регистрация / Вход
Прислать материал

14.626.21.0002

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.626.21.0002
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И.Лейпунского"
Название доклада
Разработка технологии утилизации металлических радиоактивных отходов на основе плавильных агрегатов с жидкометаллическим отводом тепла
Докладчик
Мельников Валерий Петрович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка технологии переработки металлических радиоактивных отходов (МРО), использующей жидкометаллический теплоноситель для отвода тепла с рабочей поверхности корпуса плавильного агрегата.
Актуальность и новизна исследования
В России накопилось и продолжает увеличиваться огромное количество металлических радиоактивных отходов (МРО). В постоянных и временных пунктах захоронения находятся не менее 1,5 млн. т МРО и еще больше несортированных твердых радиоактивных отходов. Из-за низкой плотности МРО, объемы хранилищ используются неэффективно, сооружаются дорогостоящие новые хранилища. Применяющиеся в настоящее время в России и за рубежом технологии утилизации МРО (индукционные, дуговые, плазменные печи) не решают проблему эффективной экономической и экологической утилизации таких отходов в больших масштабах, поскольку обладают рядом существенных недостатков: низкой производительностью применяемых технологий; высокой энергоемкостью; низкой степенью извлечения полезных компонентов, находящихся в отходах; образованием значительного количества вторичных отходов, не находящих применения и нуждающихся в захоронении. Предлагаемое инновационное решение по охлаждению корпуса плавильного агрегата жидкометаллическими теплоносителями имеет принципиальные технико-экономические преимущества, в том числе: - отвод тепла происходит при низком давлении теплоносителя (до 5 атм), что обеспечивает безопасность, надежность системы и резко снижает металлоемкость и требования к прочности циркуляционного охладительного тракта; - жидкометаллические теплоносители имеют отличные теплофизические параметры (теплопроводность, теплоемкость, низкую вязкость и др.), что позволяет обеспечивать эффективную и экономическую теплопередачу в замкнутом циркуляционном контуре охлаждения плавильного агрегата.
Описание исследования

В рамках разработки технологии утилизации металлических радиоактивных отходов с использованием плавильных агрегатов с жидкометаллическим отводом тепла в настоящее время осуществляется поэтапное проведение всего комплекса работ по данной тематике. Предварительно выполнена работа по теплофизическому обоснованию инновационного технического решения – применение жидкометаллического охлаждения корпуса плавильного агрегата (гидродинамика, теплообмен, безопасность применения) с использованием кандидатных теплоносителей – натрия и эвтектического сплава свинец-висмут. Кроме того не менее актуально исследование химического и дисперсного состава аэрозолей и радионуклидов, образующихся при термической переработке МРО, а также разработка соответствующих элементов высокоэффективной газоочистки, устанавливаемой перед выбросом отходящих продуктов через трубу в атмосферу.  На предыдущих этапах были разработаны технические задания, подготовлены эскизные проекты и изготовлены модули: жидкометаллический контур, система газоочистки от радиоактивных аэрозолей и токсичных примесей, модуль термической переработки МРО. Задачи 4-го этапа включали проведение испытаний указанных выше модулей, разработку технологической документации на процесс переработки металлических радиоактивных отходов с применением плавильного агрегата; изготовление экспериментального образца плавильного агрегата и разработку программы и методики комплексных испытаний данного агрегата. 

Результаты исследования

Проведены испытания составных элементов экспериментального плавильного агрегата: модуля жидкометаллического контура двух типов с натриевым и свинцово-висмутовым охлаждением (СВТ), модуля термической переработки металлических радиоактивных отходов (МРО) и модуля системы очистки отходящих газов от радиоактивных аэрозолей и токсичных примесей. Основные результаты исследований:

1) Модуль жидкометаллического контура. В ходе эксперимента нагрев  корпуса  экспериментального плавильного агрегата осуществляли с помощью муфельной печи. В результате экспериментов проведены измерения температур на  корпусе плавильного агрегата при охлаждении натрием и свинец-висмутом. Установлено, что оба варианта охлаждения корпуса могут быть применимы в дальнейшем. Выполнены  работы по отладке оборудования и элементов системы жидкометаллического контура.

 2) Проведены испытания модуля термической переработки МРО. Показана возможность плавки металла и его выдержки при температуре 1600°С. Проведена операция по раздельному сливу металла и шлака.

3) Проведены испытания модуля системы очистки отходящих газов от радиоактивных аэрозолей и токсичных примесей. Показаны распределения температур по тракту очистки: от 1700°С на входе  до 110°С на выходе из тракта. Эффективность очистки составила 99,96%.  Разработана технологическая документация па технологический процесс переработки металлических радиоактивных отходов с применением плавильных агрегатов, использующих отвод тепла с рабочей поверхности корпуса жидкометаллическими теплоносителями. Разработано и изготовлен макетный образец модуля локализации радионуклидов цезия, проведены его испытания. Установлено, что разработанный макетный образец модуля локализации радионуклидов цезия обеспечивает очистку газового потока от аэрозольных частиц с размерами от 0.1 до 10 мкм с эффективностью 99.96%. Выполнена корректировка расчетов рабочих параметров и конструкции жидкометаллического контура по результатам проведенных испытаний. Показано, что в рассмотренных режимах с нарушением нормальной эксплуатации не достигается предельный уровень максимальной температуры внутреннего корпуса -  1650 °С. Разработана программа и методика комплексных испытаний технологии на экспериментальном образце плавильного агрегата. Изготовлен экспериментальный образец плавильного агрегата. 

Практическая значимость исследования
Использование новейшей системы охлаждения (жидкометаллический теплоноситель) корпуса плавильного агрегата позволит повысить в 1,5 раза рабочую температуру процесса переработки, на 30 % надежность агрегата, в 3 раза производительность и в целом безопасность процесса по сравнению с лучшими мировыми и отечественными аналогами. Переработка МРО низкой и средней активности позволит максимально уменьшить объем хранимых радиоактивных отходов с получением минимально возможного объема стекловидного шлака и товарного не радиоактивного металла.