Установка для измельчения радиоактивных угольных сорбентов

Авторы патента:

Заявляемая полезная модель относится к области трибомеханической обработки двухфазных систем, касается, в частности, устройств, предназначенных для структурирования и гомогенизации вязкотекущих жидкостей и может быть использована для измельчения различных твердых масс, например, слаборадиоактивного графита в технологическом процессе переработки радиоактивных отходов на атомных станциях.

Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в обеспечении дробления замасленных углей и получении на выходе из мельницы частичек угля дисперсностью 30÷100 мкм.

Сущность заявляемой полезной модели состоит в том, что в установке для измельчения радиоактивных угольных сорбентов, включающей корпус с размольной чашей, установленный в ней ротор-измельчитель в виде усеченного конуса с электроприводом и узел загрузки, предложено, ротор-измельчитель снабдить нагнетающим шнеком, закрепленным на общем валу с ротором, и соединить с электроприводом двойным карданом, на конической поверхности ротора-измельчителя выполнить пазы, расширенные на входе, сужающиеся к вершине конического ротора-измельчителя, в верхней части корпуса установить дозатор водного раствора поверхностно-активных веществ, а узел загрузки снабдить питающим шнеком с электроприводом. Кроме того, предложено пазы выполнить под углом 45÷60° относительно вертикальной оси ротора-измельчителя.

Как правило, на АЭС (проектов шестидесятых - восьмидесятых годов) в системах конденсатоочистки установок переработки трапных вод для защиты ионообменных материалов от масел установлены маслоулавливающие фильтры, в которых в качестве сорбента использован уголь БАУ (березовый активированный уголь). Конденсат вторичного пара выпарных аппаратов установок переработки трапных вод, содержащий до нескольких десятков миллиграммов масел и нефтепродуктов, очищается от них до содержания менее 0,1 мг/дм³. Уловленные масла и нефтепродукты в процессе работы периодически удаляют с фильтра в виде водомасляной эмульсии, а загрузку угля промывают раствором горячей 5% NaOH. Со временем из-за закоксовывания масел и забивки пор угольного сорбента вязкими нефтепродуктами эффективность регенерации снижается, тогда производят выгрузку и замену угля в фильтре. Отработавший уголь относится к низкоактивным радиоактивным отходам с удельной радиоактивностью (1,1÷46,0) кВк/дм³, что обуславливает необходимость проведения его переработки, кондиционирования и захоронения. Хранение замасленных углей пожароопасно из-за возможности самовозгорания и запрещено к приему на хранение в ХТРО в контейнерах.

В уровне техники обнаружено большое количество устройств для измельчения твердых масс, в частности, валковых мельниц: патенты РФ 448032, 1346238, 1801026, A3, МКИ: В02С 15/00. В этих патентах используются громоздкие размольные столы различных конструкций, по которым двигаются валки. Эти мельницы предназначены для измельчения большой массы твердого материала. В уровне техники обнаружены также патенты, в которых используются размольные чаши с коническими валками: патент 655422, МКИ: В02С 4/04.

В качестве ближайшего аналога заявляемой полезной модели выбран патент РФ 2388328, МКИ: A47J 42/00, В82В 3/00. В данном патенте дано описание мельницы для получения мелких порошков. Мельница содержит корпус с размольной чашей, установленный в ней ротор-измельчитель в виде усеченного конуса с электроприводом и узел загрузки.

Недостатком ближайшего аналога является то, что данная мельница не может обеспечить качественное измельчение замасленного угля фильтров с полученным размером частиц в интервале 30÷100 мкм. Это связано с тем, что отработанные угольные сорбенты содержат уловленные масла и нефтепродукты в количестве до 80÷100% от сухой массы сорбента. При измельчении таких угольных сорбентов масло выделяется из пор, склеивает частички угольных сорбентов и способствует прилипанию их к измельчающим органам, поскольку имеет высокую адгезию, как к металлу, так и к сорбенту. Измельченная густая пастообразная масса забивает пространство для прохождения, измельчаемого и измельченного продукта. Силы тяжести не хватает для проталкивания измельченного угля БАУ вниз. Это не позволяет обеспечить эффективную работу мельницы. Данная мельница также как и другие мельницы предназначены в основном для дробления легкосыпучих материалов. Подобные измельчители используются для производства щебня, подготовки горных пород перед обогащением на обогатительных фабриках. Известны установки для переработки горючих отходов сжиганием, что позволяет максимально уменьшить объем отходов. Однако из-за высокой теплотворной способности замасленных угольных сорбентов происходит прогорание колосников и футеровки печей сжигания РАО, поэтому перерабатывающие предприятия (для Ленинградской АЭС, «ЛСК «Радон») отказываются принимать отработавшие радиоактивные угольные сорбенты на переработку, считая, что существующие у них установки сжигания непригодны для переработки отходов подобного типа.

Установка шнека в заявляемой установке на линии подачи углей из бункера, обеспечивает непрерывную подачу угля, исключает зависание его в бункере. Однако этого подпора было бы недостаточно для непрерывной подачи угля непосредственно в зону дробления ротором-измельчителем. Непрерывную подачу угля в ротор-измельчиетль обеспечивает мощный шнек-дозатор, размещенный жестко на одном валу с ротором-измельчителем и соединенный с приводом посредством двойного кардана. Двойной кардан практически полностью снимает биение ротора-измельчителя относительно размольной чаши, обеспечивая постоянный зазор между чашей и ротором-измельчителем. Это позволяет вести процесс дробления на повышенных скоростях при сохранении качества помола. На эффективность дробления существенное влияние оказывает то, что на роторе-измельчителе выполнены наклонные сужающиеся пазы, в которые уголь попадает через расширения на входе в пазы. Попавшие в наклонные пазы частички угля, двигаясь по окружности, трутся между поверхностью размольной чаши и ротором-измельчителем, постепенно продавливаясь вниз по наклонным канавкам, продолжая истираться до мельчайшего размера. Существенным условием для обеспечения дробления замасленных углей отработавших радиоактивных фильтров наличие емкости с поверхностно-активным веществом, которое дозируется внутри корпуса, смачивая угольную массу, проталкиваемую шнеком в паз ротора-измельчителя. За счет этого смачивания резко снижается склеивающие способности масла. Это в значительной степени снижает величину требуемого усилия для перемещения угля.

Схематическое изображение установки представлено на фиг.1. Установка содержит корпус 1 с размольной чашей 2, ротора-измельчителя 3, нагнетающего шнека 4. Вал нагнетающего шнека 4 вращается между опорным подшипником 5 установленным снизу и шарикоподшипником 6 - сверху. Фиксируется вал двумя гайками 7 и 8. Гайка 7 предназначена для регулировки зазора между размольной чашей 2 конусной мельницы и ротором-измельчителем 3 посредством чего регулируется крупность помола. Гайка 8 служит для фиксации выбранного зазора. Перпендикулярно к корпусу 1 в бункере 9 расположен питающий шнек 10, вал которого вращается между двумя шарикоподшипниками 11. Вращение нагнетающего шнека 4 осуществляется от электропривода 12 с редуктором (на фиг.1 не показан). Для снижения биений ротора-измельчителя 3 на валу нагнетающего шнека 4 расположен двойной кардан 13. Вращение питающего шнека 10 осуществляется от электропривода 14 с редуктором (на фиг.1 не показан). Водный раствор поверхностно-активных веществ поступает из дозатора 15 через штуцер 16, расположенный в верхней части корпуса 1. Ротор-измельчитель 3 имеет на своей поверхности наклонные пазы 17, сужающиеся к низу, для захвата, перемещения и лучшего измельчения угольных сорбентов. Для лучшего захвата измельченного сорбента, в верхней части проточки выполнены с расширением 18.

Работа установки заключается в следующем. Твердые куски материала (в нашем случае отработавшего радиоактивного угля) подаются в бункер 9. Под действием силы тяжести и работающего от электропривода 14 шнека 10 масса угля подается в корпус 1, где под действием нагнетающего шнека 4, вращаемого двойным карданом 13 от электропривода 12, задавливается в зазор между размольной чашей 2 и ротором-измельчителем 3. Одновременно в корпусе 1 сверху из дозатора 15 через штуцер 16 добавляется поверхностно-активное вещество. Далее масса угля двигается в зазоре между размольной чашей 2 и ротором-измельчителем 3 в сужающихся к выходу наклонных пазах 17. По мере продвижения в них размер частиц снижается и на выходе из установки получается однородная масса.

Использование данной установки в технологическом процессе переработки радиоактивных угольных сорбентов обеспечивает возможность их цементирования с применением обычных промышленных смесителей и уменьшение объема получаемого цементного компаунда. Цементирование неизмельченных угольных сорбентов проблематично из-за расслоения и отсутствия растекаемости получаемой цементной массы, что препятствует равномерному заполнению компаундом контейнера или 200-литровой бочки. Объем цементного компаунда в 1,2÷1,5 раза больше объема исходного угольного сорбента. При использовании данной установки измельчения угольных сорбентов, полученное цементное тесто характеризуется хорошей растекаемостью, равной 90÷110 мм, измеренной на малом вискозиметре Суттарда. Объем полученного цементного компаунда в 2 раза меньше объема исходного угольного сорбента, поскольку при измельчении существенно снижается пористость и повышается плотность упаковки частиц угля. Компаунд равномерно заполняет контейнер или 200-литровую бочку, цементное тесто не расслаивается, цементный компаунд имеет одинаковый состав и наполнение по высоте контейнера или 200-литровой бочки. Количество получаемых «Упаковок» с отвержденным угольным сорбентом в (1,2÷1,5/0,5)=2,4÷3 раза меньше, чем при цементировании неизмельченного угольного сорбента.

1. Установка для измельчения радиоактивных угольных сорбентов, включающая корпус с размольной чашей, установленный в ней ротор-измельчитель в виде усеченного конуса с электроприводом и узел загрузки, отличающаяся тем, что ротор-измельчитель снабжен нагнетающим шнеком, закрепленным на общем валу с ротором, и соединен с электроприводом двойным карданом, на конической поверхности ротора-измельчителя выполнены пазы, расширенные на входе, сужающиеся к вершине конического ротора-измельчителя, в верхней части корпуса установлен дозатор водного раствора поверхностно-активных веществ, а узел загрузки снабжен питающим шнеком с электроприводом.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что пазы выполнены под углом 45÷60° относительно вертикальной оси ротора-измельчителя.