Изграждане на съоръжение за плазмено изгаряне на радиоактивни отпадъци в България

Ядрена енергетикаТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 5, 2014

B хода на присъединителния процес към Европейския съюз България пое и изпълни ангажименти за предсрочно затваряне на 440-мегаватовите си ядрени мощности (1 и 2 блок - в края на 2002 г., 3 и 4 блок - в края на 2006 г.).

Предвид финансовите последствия от ранното затваряне, както и отчитайки необходимостта от конкурентоспособен енергиен сектор, Европейската комисия предостави на българския енергиен сектор дългосрочен пакет за икономическо подпомагане, включително и в сектор ядрена енергетика.

В тази връзка, през юни 2000 г., е създаден Международен фонд за подпомагане извеждането от експлоатация (МФИЕК). В обхвата на Рамковото споразумение между Р България и Европейската банка за възстановяване и развитие относно дейностите на МФИЕК попада и Проект 5b за изграждане на съоръжение за третиране и кондициониране на твърди радиоактивни отпадъци (РАО) с голям коефициент на намаляване на обема им - "Съоръжение за плазмено изгаряне" (СПИ).

На 31 март т. г. проектът е прехвърлен от АЕЦ "Козлодуй" към Държавно предприятие "Радиоактивни отпадъци" (ДП РАО).

Към момента Проектът за изграждане на съоръжението с висок коефициент на редукция на обема на отпадъците е достигнал етапа на преглед от Агенцията за ядрено регулиране (АЯР) на техническия проект и Междинен отчет за анализ на безопасността, с което приключва етапът на проектиране на съоръжението. След издаване на заповед за одобряване на техническия проект ще се кандидатства за издаване на разрешение за строително-монтажни работи.

Оборудването е произведено, преминало е предвидения обем на заводски изпитвания и е доставено на площадката на АЕЦ "Козлодуй".

Същност на плазмената технология

Плазмата е високоенергийна технология, която е в състояние да преработи широк диапазон отпадъци. При тази технология се създава високотемпературна плазма чрез провеждане на електрически ток през газов поток. Плазмените газове могат да достигнат от 5000 до 15 000°C.

Много високата температура може да бъде използвана за разлагане на отпадъците на атомните им елементи чрез инжектирането им в плазмата или чрез използване на плазмената дъга като топлинен източник за изгаряне или пиролиза.

Основни характеристики на инсталацията

• Капацитетът на инсталацията е общо 250 t годишно или 6,25 t седмично при 40 седмици годишно - средно 65 kg твърди отпадъци на час с калоричност18 MJ/kg или 4300kcal/kg, или 55 kg до 60 kg твърди отпадъци на час и 5 до

10 kg течни отпадъци на час.

• Специфичната радиоактивност на отпадъците е 3,23E5 Bq/kg (номинална) и 4E6 Bq/kg (проектна).

• Топлинна мощност, отнесена към отпадъците: 1170 MJ/h или 325 kW

• Камера за първично третиране с плазмена горелка с мощност 500 kW; DC 1400 V; 400 A

• Разход на изходящи газове: номинален - 1200 Nm3/h; проектен - 2000 Nm3/h, като ефективните работни часове годишно са 4000 h.

Приемане на радиоактивни отпадъци

СПИ ще бъде разположена в съществуващия Спецкорпус 2 (СК - 2) на площадката на атомната централа.

Непреработените, пресованите и суперпресованите РАО пристигат в контейнерите за транспорт на отпадъци. Опаковките с РАО се разтоварват от контейнера с помощта на захват, окачен на куките на кран, и се складират в зоните за временно съхранение. На следващ етап РАО се поемат и придвижват от транспортьорите. В СПИ е предвидена и опция за преработка на течни РАО, които могат да бъдат впръсквани през дюзи директно в плазмената пещ.

Основни елементи на инсталацията

Шредер и винтов транспортьор. Посредством транспортьори и подемно оборудване твърдите РАО се прехвърлят автоматично към блока на шредера през въздушен шлюз.

Шредерът и винтовият транспортьор преработват непреработените РАО в чували, пресованите и суперпресованите 200-литрови варели в дребен и относително еднороден материал.

Шредерът е проектиран с предварително програмируема последователност за автоматично реверсиране, която премахва по-голямата част от задръстванията с материали. Зъбите на шредера раздробяват отпадъците и варелите на малки парчета, които падат във винтов транспортьор и оттам се подават непрекъснато в камерата за първично третиране.

Камера за първично третиране (КПТ) с плазмена горелка. В КПТ, оборудвана с плазмена горелка, действаща като източник на топлина, органичните вещества се преобразуват в летливи въглеводороди, въглероден окис, и т.н., докато неорганичните съставки се стопяват и трансформират в стъкловидна стопилка. Когато се събере достатъчно стопилка, започва цикълът на изливане на стопилката във формите.

Камера за събиране и охлаждане на стопилката. Стопилката се събира в камерата за събиране и охлаждане на стопилката, която трябва да се разглежда като бокс с вентилация. Горещата стопилка се излива в стоманена форма с дебелина на стената 5 mm, която e поставена в чугунена форма за охлаждане с дебелина на стената около 100 mm за поглъщане на топлината; формата за охлаждане служи като самоекраниращо се устройство поради дебелината й.

След охлаждане формата със стопилка се изважда от формата за охлаждане с помощта на захващаща система с дистанционно управление и се поставя в позиционирания 200-литров варел.

Новите форми се прехвърлят с транспортьор през въздушен шлюз в бокс, където с помощта на малък кран се поставят във форма за охлаждане. Охлаждащата форма се придвижва към позицията за изливане на стопилката (върху устройство за вътрешно придвижване). Когато формата се напълни, тя се придвижва по-нататък за охлаждане, а на позицията за изливане се поставя нова форма.

След охлаждането формата за охлаждане се придвижва до позицията за изпразване, където вътрешната форма се изважда с помощта на малък кран и се прехвърля в 200-литров варел.

Този 200-литров варел се позиционира до бокса, където капакът се отваря автоматично и се затваря отново, когато формата бъде поставена в 200-литровия варел.

На практика външната страна на 200-литровия варел е свободна от радиационно замърсяване и той е готов за окончателно кондициониране или преместване. След това празната форма за охлаждане се връща в позицията за пълнене и приема нова форма със стопилка. Охлаждането на формите отнема около 48 часа, така че 6 дебели чугунени форми за охлаждане са достатъчни за осигуряване на непрекъсната работа през седмицата.

Камера за вторично третиране (КВТ). Неизгорели газове, въглеводороди, частици сажди и CO, навлизайки в КВТ, се смесват с допълнителен пресен въздух за завършване на окисляването до първични окисни компоненти, такива като CO2, H2O, SO2. Допълнителният въздух се регулира от анализатор-контролер на кислород на изхода на КВТ.

Камерата за вторично третиране е оразмерена да осигурява време за престой минимум две секунди при проектната скорост на подаване на отпадъците и при минимална температура 850 °C. Горелката в КВТ работи с дизелово гориво.

Система за очистване на изходящите газове. След КВТ димните газове постъпват в системата за третиране на изходящите газове. Първоначално димните газове се охлаждат до 190°C в бойлер с три хода и лъчисто предаване на топлината. Горещата вода циркулира в затворен контур и отпадната топлина се предава на контура за охлаждаща вода посредством междинни топлообменници.

По-нататък димните газове постъпват в ръкавните филтри, които се състоят от 2 отделения, всяко с 50 филтърни ръкава. Частиците се улавят чрез повърхностно филтриране от мембранните ръкавни филтри, произведени от PTFE (тефлон). Тези ръкавни филтри могат да издържат работна температура от 250 °C. Филтриращата материя се почиства с помощта на импулсна струя от сгъстен въздух, която се задейства от сигнализатор на диференциално налягане. Събраните частици се изтръскват от повърхността на ръкавите.

Бункерът на дъното на камерата за ръкавни филтри приема частиците, като изпразването се извършва през ротационен изпускателен клапан във вибрационен транспортьор. След като преминат през филтърната тъкан, газовете преминават във високотемпературните HEPA филтри, които се състоят от два успоредни клона, като единият е резервен.

Блокът за мокро очистване на газовете се състои от охладителна кула за охлаждане на газовете до около 55 °C, противотокова очистителна кула (скрубер) с разтвор на сода каустик (NaOH) за отстраняване на HCl и SO2 и влагоуловител.

Два смукателни вентилатора осигуряват изпускането на димните газове в атмосферата. Единият вентилатор е резервен. Разреждането в цялата система се регулира от двигатели с честотно управление.

След подгряването на димните газове чрез рекупериране на топлината от междинния контур на бойлера и допълнителен електрически подгревател, концентрацията на азотни окиси (NOx) се намалява с помощта на катализатор в DENOX - системата. Преди да постъпят в комина димните газове се подлагат на контрол от системата за непрекъснат контрол на емисиите за установяване на съдържанието на химични вещества като CO, SO2, NOx, HCl, O2, H2O, NH3 и TOC (общ органичен въглерод).

Резултатите се получават в реално време. Извеждат се стойности на половин час и усреднени дневни стойности, коригирани за температура 273 K, налягане101,3 kPa, 11% кислород и сух газ, така че да могат да се правят сравнения с допустимите емисионни граници.

Освен това е предвидена и система за пробоотбор, която определя радиационните параметри на изходящите газове на всеки 24 часа.

Прехвърляне на 200-литров варел в стоманобетонния контейнер

Стопилката не се кондиционира (вгражда или залива) допълнително, така че се използва максималният наличен обем на 200-литровия варел и в резултат се получава най-добрият коефициент на намаляване на обема (КНО).

В този случай 190-литровата форма, пълна до 90% със стопилка, се поставя в 200-литровия варел (вж. събирателна камера за стопилка).

Мощността на контактната доза на 200-литровите варели е по-малка от 2 mSv/h и радиационното замърсяване на повърхността им е по-ниско от 0,4 Bq/cm2 за алфа и по-малко от 4 Bq/cm2 за бета частици.

С помощта на захват, окачен на куките на съществуващите кранове, 200-литровите варели се поставят във временно хранилище. Веднъж седмично се осигурява транспортен контейнер и варелите се транспортират за по-нататъшно кондициониране и опаковане за дълготрайно съхранение в стоманобетонни контейнери, които са с размери 1,95х1,95х1,95 m.

Временните хранилища са оборудвани с подходяща биологична защита за очакващите последващо дълготрайно съхранение 200-литрови варели.

Високото температурно поле в плазмената пещ гарантира, че в димните газове практически няма да има продукти на непълно изгаряне, което е пряка и надеждна защита в опазването на околната среда в процеса на обработка и минимизиране на РАО.

Материалът е подготвен от експерти на Държавно предприятие „Радиоактивни отпадъци”


Top