Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ технологических схем и методов вЬдоприготовления на ТЭС и АЭС
1.1 Роль и место блока химводоочистки в тепловых схемах ТЭС и АЭС 11
1.2 Современные методы водоподготовки 14
1.2.1 Технологическая схема предварительной очистки воды 14
1.2.2 Технологии химического обессоливания на базе ионитных фильтров 16
1.2.3 Технология термического обессоливания воды 17
1.3 Основные направления совершенствования схем ВПУ 18
1.3.1 Схема традиционного химического обессоливания 18
1.3.2 Схема термического обессоливания 19
1.3.3 Схема химического обессоливания воды с упариванием стоков 20
1.3.4 Схема термохимического обессоливания со смешением всех или части стоков Na-катионитных фильтров с исходной водой 21
1.3.5 Схема термохимического обессоливания со сбросом части стоков Na-катионитных фильтров 23
1.3.6 Схема химического обессоливания по технологии UP.CO.R 23
1.3.7 Усовершенствованная схема химического обессоливания 23
1.4 Сравнительный анализ экологических показателей работы
схем обессоливания воды на ТЭС и АЭС 24
1.5 Анализ существующих методов утилизации шламов химводоочи-сток на ТЭС и АЭС 26
1.6 Краткие выводы и постановка задачи исследований 31
Глава 2 Методика исследований
2.1 Исследование физико-химических свойств шламов ХВО ТЭС и АЭС 34
2.2 Исследование радиологических свойств шламов ТЭС и Волгодонской АЭС 35
2.3 Исследование наведенной активности в шламе Волгодонской АЭС 37
2.4 Химический анализ компонентов при изготовлении модельных растворов исходной воды 38
2.5 Методические аспекты исследования шламов ВПУ ВоАЭС, РоТЭЦ-2 и технологических масс на основе этих шламов 39
Глава 3 Результаты экспериментального исследования свойств шламов ХВО ТЭС и АЭС
3.1 Физико-химические и гранулометрические характеристики шламов ХВО ТЭС и АЭС 45
3.2 Исследование фазового состава и термодинамических свойств шламов ХВО 47
3.3 Результаты исследования радиологических и гигиенических характеристик шлама ХВО Волгодонской АЭС и шести ТЭЦ и ГРЭС Российской Федерации 51
3.4 Результаты исследования наведенной активности в шламе ХВО Волгодонской АЭС 55
3.5 Математическое определение состава шламов ХВО ТЭС и АЭС по данным о качестве исходной воды 59
3.6 Результаты исследования технологических свойств сырьевых масс на основе шламов ХВО ТЭС и АЭС 67
3.6.1 Результаты исследования пластичности смесей шламов с глиной 67
3.6.2 Результаты исследования механической прочности и связующей способности масс на основе шламов ХВО 69
3.6.3 Результаты оценки прочности бетонных смесей на основе шламов ХВО 73
3.6.4 Результаты исследования технологических характеристик керамических изделий на основе шлама Волгодонской АЭС 77
3.6.5 Результаты исследования механизма формирования структуры спекаемых масс с добавками шлама ХВО 82
3.7 Результаты исследования технологических характеристик получения извести из шлама ХВО Волгодонской АЭС 84
3.8 Краткие выводы 92
Глава 4 Разработка многоцелевой технологической схемы химического обессоливания исходной воды ТЭС и способов утилизации шлама ХВО (на примере Волгодонской АЭС)
4.1 Исходные данные для проектирования схемы ХВО 93
4.1.1 Технологическая характеристика модернизируемой схемы ХВО 96
4.2 Вариант модернизации схемы ХВО с безотходной технологией переработки солесодержащих стоков 98
4.3 Разработка схемы ХВО с утилизацией шламовых отходов и солесодержащих стоков 101
4.4 Краткие выводы 105
Глава 5 Технико-экономические характеристики многоцелевой безот ходной схемы химводоочистки Волгодонской АЭС
5.1 Результаты технико-экономического сравнения технологий обессоливания добавочной воды на ТЭС и АЭС 106
5.2 Технико-экономические показатели строительства и модернизации химводоочистки Волгодонской АЭС 110
5.3 Расчет затрат на тепловую энергию при производстве изделий из шлама ХВО ВоАЭС 114
5.4 Краткие выводы 116
Заключение 118
Список литературы
- Технологическая схема предварительной очистки воды
- Исследование радиологических свойств шламов ТЭС и Волгодонской АЭС
- Результаты исследования радиологических и гигиенических характеристик шлама ХВО Волгодонской АЭС и шести ТЭЦ и ГРЭС Российской Федерации
- Технологическая характеристика модернизируемой схемы ХВО
Введение к работе
В связи с моральным и физическим старением большого парка энергооборудования и ростом масштабов развития энергетики, как в России, так и в других странах, возникает потребность использования новых технологий и в первую очередь в более совершенных технологических схемах водоподготовки для питания паровых котлов ТЭС и парогенераторов АЭС. При разработке и эксплуатации таких схем часто обостряются противоречия между экономичностью и эко-логичностью электростанции в целом.
Во многих передовых странах мира запрещено применение технологий не соответствующих критериям экологичности /1-3/. Однако существующие энергетические технологии реализуются в основном по одноцелевому принципу. При этом используется только горючая масса топлива, обессоленная или умягченная исходная вода, а так называемые «отходы» - зола, шлак и шламы отправляются в золоотвалы и шламонакопители.
В данной ситуации приоритетной задачей энергетики становится необходимость развития многоцелевых энергетических технологий, обеспечивающих максимально полное использование первичных ресурсов с одновременной переработкой и утилизацией так называемых отходов, являющихся ценным сырьём для сопутствующих производств /4-5/.
На паротурбинных электростанциях вода используется как рабочее тело и как теплоноситель, как участник технологических процессов в энергетических системах и агрегатах. Известно, что наиболее жёсткие требования предъявляются к качеству воды, которая работает в основном энергетическом цикле. Эффективность и надежность работы оборудования современных ТЭС и АЭС определяется чистотой контактирующих с водой и паром теплопередающих поверхностей металла. Интенсивность передачи тепла в современных паровых котлах ТЭС достигает 466-582 кВт/м2. В реакторах АЭС эта величина достигает 11,6 кВт/м2. Образование отложений-примесей воды на поверхностях парогенераторов (ПГ) и на лопаточном аппарате турбин не только резко снижает их экономичность, но при
значительных количествах отложений вызывает повреждение отдельных деталей котлов и турбин. Опыт многолетней эксплуатации энергоблоков ТЭС и АЭС в России и за рубежом свидетельствует о том, что необходимым условием бесперебойной и экономичной их работы является рациональная организация водоподго-товки и водного режима ПГ, строгое соблюдение обоснованных эксплуатационных норм качества теплоносителя и рабочего тела ТЭС и АЭС.
К настоящему времени вопросы о минимизации и нейтрализации сточных вод водоподготовительных установок (ВПУ) ТЭС и АЭС проработаны достаточно полно /6-11/, однако ни одна из технологических схем, как в отечественной, так и зарубежной энергетике не реализует на практике принцип полной утилизации отходов ВПУ /12-13/.
Особые проблемы связаны со значительным количеством шламосодержа-щих вод, образующихся на стадии предварительной подготовки добавочной воды с применением извести. Традиционно шламы ВПУ сбрасываются в шламонако-пители, которые требуют все увеличивающихся площадей, усиливая экологическую нагрузку на прилегающие территории электростанций. Особенно остро эта проблема стоит для АЭС, расположенных, как правило, вблизи больших водоемов.
Зарубежный и отечественный опыт свидетельствует о том, что шламы ВПУ ТЭС и АЭС - не бросовые отходы, а ценное исходное сырьё для многих отраслей промышленности и сельского хозяйства /13-15/. В этой связи одной из основных задач энергетики является перевод шламов ВПУ из разряда «отходов» во вторичные сырьевые источники. Это позволит решать важнейшие экологические, экономические и социальные вопросы.
Таким образом, разработка эффективных технологических схем водоподго-товки с рациональными методами утилизации отходов ВПУ, позволит решить существенную для энергетической отрасли задачу - создания многоцелевой, безотходной, экологически чистой системы водопользования на ТЭС и АЭС.
Целью диссертационной работы является усовершенствование технологической схемы подготовки добавочной воды с разработкой рациональных способов утилизации шлама ВПУ на примере Волгодонской АЭС.
Конкретные задачи исследования, решаемые в работе:
сравнительный анализ современных технологических схем водоподготовки на ТЭС и АЭС;
анализ существующих методов утилизации загрязненных вод и шламовых отходов ВПУ ТЭС и АЭС;
исследование физико-химических и радиологических характеристик шлама ВПУ Волгодонской АЭС (ВоАЭС) с целью использования его в составе изделий, обеспечивающих защиту от ионизирующих излучений;
исследование технологических характеристик шлама ВПУ ВоАЭС, как сырьевой добавки при производстве строительных материалов и гашеной извести;
исследование наведенной активности (степени активации) шлама ВПУ ВоАЭС в зонах с различной интенсивностью ионизирующих излучений непосредственно на действующем оборудовании ВоАЭС;
- расчетно-теоретические исследования степени активации компонентов
шлама при облучении их тепловыми нейтронами;
- разработка технологической схемы рационального водопользования на Во
АЭС с утилизацией шлама ХВО.
Научная новизна работы состоит в следующем:
получены новые экспериментальные и расчетные данные о степени активации шлама ХВО ВоАЭС при облучении его гамма-квантами и тепловыми нейтронами;
разработана математическая модель в виде системы уравнений регрессии, которая позволяет определить концентрации шести основных компонентов шлама ВоАЭС в зависимости от качества исходной воды;
- физико-химическими методами установлен механизм формирования струк
туры спекаемой массы на основе шлама ВПУ при производстве керамических из
делий;
-установлено оптимальное соотношение между минерализаторами и содержанием шлама в спекаемой массе, которое определено как щелочноземельный модуль М;
-изучены свойства масс и изделий при значениях М от 1 до 7;
-разработана и экспериментально испытана технология скоростной термообработки шлама ВПУ ВоАЭС и получения из него активной извести с последующим использованием её в цикле водоподготовки;
- разработана комплексная технологическая схема водоподготовки с утили
зацией шлама солевых растворов ХВО ВоАЭС.
Практическая значимость работы заключается в том, что, результаты промышленных, лабораторных и расчетных исследований используются в практике эксплуатации технологических схем водопользования на ТЭС и АЭС, проектных и научно-исследовательских институтов, в частности:
принципы и технико-экономические условия реализации схемы водоподготовки с утилизацией солесодержащих стоков и шлама ХВО использованы ОАО «НРШ ЭПЭ» и РоТЭП при проектировании и создании многоцелевой опытно-промышленной установки (ОПУ) газификации твердого топлива;
новые данные автора о наведенной активности химических элементов, входящих в шлам ХВО используются «Центром радиационной экологии и технологии» (ЛРК №41015-94/01);
- составы масс, включающих шламы ВПУ ВоАЭС, внедрены
на Шахтинском заводе «Стройфарфор»;
- основы технологии скоростной сушки шлама ВПУ ВоАЭС и получения из
него активной извести использованы ЗАО «Белокалитвинский известковый за
вод»;
- принципы реализации многоцелевой технологии водоподготовки с утилиза
цией солесодержащих стоков и шлама ВПУ внедрены на Новочеркасской ГРЭС,
Курской АЭС, Калининской АЭС, и Ростовской ТЭЦ-2.
Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечены применением современных методов планирования экспериментов, обработки их результатов математическим моделированием с применением ПЭВМ, воспроизводимостью данных, полученных автором, результатами промышленных и лабораторных исследований, согласованием их с независимыми данными других авторов и использованием в работе фундаментальных законов физической химии и ядерной физики.
Личный вклад автора состоит в следующем:
планирование и непосредственное участие в натурных и лабораторных исследованиях;
обработка и анализ результатов расчетных и экспериментальных исследований, разработка масс для производства рецептурных модулей и оптимальных составов строительных материалов на основе шлама ВПУ ВоАЭС;
обобщение полученных результатов и выдвижение практических предложений;
разработка технологической схемы рационального водопользования с утилизацией солесодержащих стоков и шламовых отходов ВПУ и тепла уходящих газов при производстве вторичной продукции из шлама непосредственно на ВоАЭС.
Апробация работы
Основные результаты исследований докладывались и обсуждались:
на всероссийской научно-практической конференции Росэнергоатом (Москва 2002 г.);
на семинарах кафедры «Атомные электростанции» МЭИ (г. Москва 2002 г.);
на семинарах кафедры «Теплоэнергетических технологий и оборудования» ВИ ЮРГТУ (НПИ). На техническом совете кафедры «Тепловые электрические станции» ЮРГТУ (Новочеркасск 2000-2002 г.);
на техническом совете ОАО «НИИ ЭПЭ» (г. Ростов-на-Дону, 2001-2002
г.);
на международной конференции «Диагностика оборудования электростанций» (г. Новочеркасск 2002 г.);
на IV международной конференции "Перспективные задачи инженерной науки" (г. Игало, Черногория, 2003 г.).
Публикации по работе
Основное содержание диссертационной работы опубликовано в шести научных журнальных статьях, тезисах и докладах научно-технических конференций. Список публикаций приведен в конце автореферата.
Технологическая схема предварительной очистки воды
Исключительная особенность блока водоприготовления состоит в том, что при единых нормах качества питательной и добавочной воды для однотипных ТЭС и АЭС схема водоподготовки должна обеспечить это качество, потребляя исходную воду, химический состав которой существенно различается и в течение года, и по географическому расположению источника водоснабжения, и по месту отбора. В зависимости от этого, даже на однотипных электростанциях применяются различные методы обработки воды /20-21/. Наиболее распространенными в нашей стране и в странах СНГ являются технологии, основанные на химическом обессоливании в ионообменных фильтрах (для источников с малой и средней минерализацией) и технологии термического обессоливания (для вод с повышенной и высокой минерализацией) /16, 17,20/.
Из-за многообразия примесей, находящихся в исходной природной воде очистка добавочной воды на ВПУ для подпитки ПГ проводится в несколько этапов, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.
Первый этап - предочистка. Ее задача - обеспечить высокие технико-экономические показатели для последующих этапов очистки /17/. Предочистка, как правило, осуществляется реагентными методами. В исходную воду дозируются специальные реагенты. В результате чего примеси выпадают из воды в виде осадка. Этот процесс предочистки называется методом соосаждения. К нему относятся: коагуляция, известкование и магнезиальное обескремнивание (рисунок 1.3). Сочетание этих операций может проводиться одновременно в осветлителе.
Анализ данных показывает, что после осветлителя в лучшем случае можно получить воду с концентрацией твердых примесей порядка 10 мг/дм . Такую воду нельзя направлять на последующие более "тонкие" этапы очистки и её направляют на дополнительное фильтрование: адгезионное или пленочное /16-17/. Когда на первом этапе обработки процесс осветления совмещают с коагуляцией и известкованием, то в явной форме проявляются следующие достоинства: - снижение жесткости исходной воды; - снижение органических примесей; - снижение содержания взвешенных примесей; - снижение щелочности (карбонатной и бикарбонатной); - снижение её общего солесодержания; - снижение коррозионной агрессивности воды; - уменьшение расхода реагентов на последующих стадиях обработки (умягчения на ионообменных фильтрах); - снижение расхода реагентов (кислот) при химическом обессоливании добавочной воды; - упрощается нейтрализация сточных вод; - сокращение количества сбрасываемых в окружающую среду солесодержа-щих стоков. Недостатки этого метода: - значительное количество шламовых вод (2-3% от объема обработанной во ды), удаляемых с продувкой из осветлителей; - необходимость доставки извести на ТЭС и АЭС; - необходимость удаления шлама с территории электростанции.
Технологии химического обессоливания на базе ионитных фильтров
Рассмотрение используемых на ТЭС и АЭС схем и методов обессоливания воды показывает, что для источников воды с малой и средней минерализацией наибольшее распространение в России получили технологии химического обес-соливания на базе ионитных фильтров /16-18/.
Ионообменное химическое обессоливание обладает целым рядом неоспоримых преимуществ, которые и обуславливают его широкое распространение как в теплоэнергетике, так и в химической, нефтеперерабатывающей, электронной и других отраслях промышленности /23/.
Основными недостатками химического обессоливания являются: - дорогостоящий метод (из-за ионообменной смолы) - повышенный расход кислот и щелочей, необходимых для регенерации фильтров; - образование значительных количеств, минерализованных сточных вод; - значительное содержание сульфата натрия в сточных водах; - ограничение по степени минерализации и наличию органических соединений в исходной воде.
Обессоливание воды методом дистилляции природных вод осуществляется в испарителях кипящего типа и в испарителях мгновенного вскипания /17/. Термическое обессоливание применяется на ТЭС и АЭС если: - количество добавочной воды составляет менее 3% от паропроизводитель-ности парогенераторов; - исходная вода имеет высокую минерализацию, а содержание сульфатов, хлоридов, нитратов и других, составляет 7-12 мг-экв/кг;
В указанных случаях испарительные установки по своим технико-экономическим показателям выгоднее, чем установки химического обессоливания /25/.
Исследование радиологических свойств шламов ТЭС и Волгодонской АЭС
Поскольку цель данной работы - изучение возможности использования шлама ВПУ ВоАЭС в качестве наполнителя при кондиционировании радиоактивных отходов, изготовлении теплоизоляционных материалов для нужд АЭС и др., то вначале необходимо было проверить шлам на его соответствие радиологическим и санитарным нормам /47-50/. Пробы отбирались из шламоотстойника ВоАЭС, высушивались в о сушильном шкафу при температуре 105 С до постоянной массы, а затем шлам измельчался до крупности зерен не более 0,1 мм. Таким порошком заполнялись сосуды Моринелли объемом 1,0 л (геометрия Ml), герметизировались и выдерживались в течение 14 суток, удельная активность шлама определялась гамма-спектрометрическим методом с использованием программного обеспечения GAMMA. Измерения проводились с помощью низкофоновой установки Ge(Li) -детектора ДГДК-80 (рабочий эталон 2-го разряда РЭУС-И+15, аттестованной СМИИ ГП «ВНИИФТРИ», свидетельство №46001.12942 от 20.05.2001 г.).
Анализ образцов шламов на наличие в них радионуклидов выполнялся нами в центре радиационной экологии и технологий ЛРК №41015-94/01 Государственного реестра ЛРК России (344030, Ростов-на-Дону, ул. Шолохова, 244).
Протокол измерения образцов шлама ХВО Волгодонской (Ростовской) АЭС №43/01 от 24.10.2001 г.
Измерения проводились гамма-спектрометрическим методом с помощью приборов РЭУ СП - II - 15 и УРС - 21 , аттестованных ЦНИИ Госстандарта России в качестве рабочего эталона 2-го разряда (прибор РЭУ СП - II - 15), а прибор УРС - 21 - в качестве рабочего средства измерения.
Радиационная опасность шламов ТЭС и АЭС оценивалась в соответствии с «Санитарными правилами обращения с радиоактивными отходами» СПОРО - 85. М 3 СССР. М: 1986 /47/. Суммарная альфа-активность проб рассчитывалась по удеЛЬНЫМ аКТИВНОСТЯМ СЛедуЮЩИХ рЯДОВ раДИОНуКЛИДОВ: U238 R-a226, Тп2з2, в предположении их радиоактивного равновесия в рядах. Суммарная альфа-активность рассчитывалась по формуле /47.48/: A=3Au + 5ARa+6ATh , Бк/кг (2.1) Классификация материалов по категориям радиоактивности оценивалась по пределу АІ, который не должен превышать 7400 Бк/кг /48/. В связи с тем, что при строительстве жилых и общественных зданий используются материалы первого класса, для которых содержание естественных радионуклидов не должно превышать 370 Бк/кг /48/, то их радиационное качество проверялось по величине эффективной удельной активности /47,48/; которая рассчитывалась по формуле: A3lp = ARa+mATh+0.0S5Ak 40 340; Бк/кг (2.2) 2.3 Исследование наведенной активности в шламе ВоАЭС
Исследование наведенной активности в шламе ХВО ВоАЭС выполнялось путем изготовления из него образцов-свидетелей. Так как при проектировании защиты от ионизирующих излучений конструкционные материалы выбирают с учетом их защитных, механических свойств, а также стоимости, массы и объема, то защитные свойства материалов определялись нами по их степени активации. Наведенная активность (активация) возникает в материалах под действием интенсивной плотности потока ионизирующих излучений /51/.
Степень активации компонентов, составляющих шлам ВПУ ВоАЭС, исследовалась нами с помощью образцов-свидетелей, которые размещались в зонах работающей АЭС с различной интенсивностью ионизирующих облучений непосредственно на действующем оборудовании.
Состав образцов-свидетелей в процентах по массе: ШЛАМ - 2ч-60, ГЛИНА-55, ПЕСОК 10ч-20; ГЛИНИСТЫЙ СЛАНЕЦ-10. Размеры образцов - от 13x28x56 мм до 50x50x45 мм. Масса различных образцов составляла от 31,67 до 101,65 г.
Было изготовлено несколько партий образцов, часть из которых предварительно спекалась в высокотемпературной печи. В изготовлении образцов принимали участие доценты, кандидаты технических наук: Ратькова В. П., Яценко Н. Д. и другие.
Образцы шлама размещались в помещениях ВоАЭС с различной интенсивностью радиационного излучения от оборудования АЭС и выдерживались в течение 60 суток. Так, в помещении №1 эквивалентная доза от источника составляла 7,2 мЗв, а помещении №2 - 9,28 Зв. По истечении 60 суток была измерена мощность излучаемой образцами дозы.
Результаты исследования радиологических и гигиенических характеристик шлама ХВО Волгодонской АЭС и шести ТЭЦ и ГРЭС Российской Федерации
На наличие кальцита, как основного компонента, указывают и дифракционные максимумы, соответствующие межплоскостным расстояниям: 0,191; 0,228; 0,249; и 0,302 нм для мела и для шлама ХВО (рисунок 3.2, кривые «а» и «б»). Явно выраженные дифракционные максимумы при межплоскостных расстояниях - 0,288 и 0,385 нм указывает на присутствие в шламе ХВО гематита.
В результате термодинамического анализа шлама ХВО Новокуйбышевской ТЭЦ-2 авторами /57/ установлено, что при изолированном нагреве шлама гематит, минуя стадию восстановления, непосредственно взаимодействует с кальцитом и магнезитом, образуя ферриты этих металлов: CaxFe"i.xFe "202 и MgxFe"i.xFe204 при температурах около 520С. Начало же образования этих продуктов происходит при температурах около 350-400С. При электрическом нагреве шлама (а в наших исследованиях применялся именно изолированный электрический нагрев), в отличие от традиционного нагрева газом - эти реакции эндотермические. Это и подтверждается нашими исследованиями. Наличие эндотермических падений на кривой «б» - для шлама в точках С и Д - очевидно. Такие же минимумы наблюдались и в работе /33/- (кривая «г» рисунок 3.1).
Термодинамическим анализом /57/ подтверждается и образование эндотермического минимума на кривых «а», «б», «в» и «г» при температурах около 920-950С. Так как с повышением температуры нагрева шлама более 500С термодинамическая вероятность образования феррита кальция возрастает значительнее, чем магнезиального феррита и уже при 950С вероятность образования форстерита почти в два раза выше образования феррита кальция.
Кроме того, независимо от характера нагрева (газ или электроэнергия) магнезит и кальцит шлама ХВО могут диссоциировать, начиная от 400 и 900С соответственно /57/, что и подтверждается характером полученных нами зависимостей (рисунок 3.1 и 3.2)
Обращают на себя внимание сглаженные максимумы на рентгенограммах у шлама ХВО по сравнению с максимумами у мела (кривая «а», рисунок 3.2), это свидетельствует о том, что кальциты в шламе ХВО имеют слабо выраженную структуру, чем у природных кальцитов мела. Эта дефектность кальцитов шлама дает нам возможность предположить, что шлам будет обладать более интенсивной реакционной способностью в процессе изготовления керамических изделий и строительных материалов, чем природный материал.
Таким образом, полученные нами результаты /43/, данные /14,43/ и независимый термодинамический анализ /57/ позволяют сделать следующие выводы: - шлам ХВО ТЭС и АЭС имеет тонкодисперсный, однородный состав; - химический состав шламов для ТЭС и АЭС различных регионов отличается незначительно; - основным компонентом шламов являются кальциты (в пересчете на СаО в среднем до 50%) со слабо выраженной кристаллической структурой, которая предполагает высокую реакционную способность его, как компонента строительных изделий.
Известно /58/, что все строительные материалы и изделия из них подразделяются на четыре класса по эффективной удельной активности (АЭф). Материалы первого класса используются только при строительстве жилых и общественных зданий, и содержание в них естественных радионуклидов не должно превышать 370 Бк/кг. Поскольку цель данной работы - изучение возможности использования шлама ВПУ ВоАЭС для изготовления керамических изделий, строительных материалов, в качестве наполнителя при кондиционировании радиоактивных отходов, изготовления теплоизоляционных материалов для нужд ВоАЭС и других предприятий, то под руководством автора была выполнена проверка шлама на его соответствие радиологическим и санитарным нормам. Пробы отбирались из шламоотстойника ВоАЭС.
Результаты анализа проб по средним значениям эффективной удельной активности радионуклидов в шламе ХВО ВоАЭС представлены в таблице 3.4. Из данных таблицы видно, что: - содержание природных радионуклидов в пробах шлама ХВО ВоАЭС меньше- минимально значимой удельной активности (МЗУА); - сумма отношений удельных активностей радионуклидов Ао к МЗУА меньше единицы, что свидетельствует о том, что данный материал (шлам ХВО ВоАЭС) пригоден для изготовления потребительских товаров;
Технологическая характеристика модернизируемой схемы ХВО
Анализ табличных данных и графической зависимости (рисунке 3.6) показывает следующее: - прочность бетонов уменьшается с увеличением доли песка и щебня в 1 м их массы, что согласуется с известными данными для других наполнителей; - прочность бетона, состоящего из песка и щебня Ростовского известняка-ракушечника, эквивалентна по составу шламу ХВО Волгодонской АЭС, Ростовской ТЭЦ-2 и других ТЭЦ всего на 9 % ниже прочности бетона на кварцевом песке и Ростовском щебне-ракушечнике. - прочность бетона из Мангышлакского известняка- ракушечника для обоих видов песка (кварцевый или из ракушечника) всегда ниже на 58- 61% при одинаковом качестве долей песка в 1м3 бетона.
Приведенные данные позволяют сделать вывод о том, что прочность бетона на шламе ХВО Волгодонской АЭС, Ростовской ТЭЦ-2, Новочеркасской ГРЭС и других не хуже прочности бетона на Мангышлакском известняке-ракушечнике.
Этот вывод подтверждается данными и о применении шламов ХВО ТЭС как добавками в растворные смеси, широко использующиеся на практике в настоящее время /40,61/.
Одним из путей исследования шламов ХВО ТЭЦ является включение добавок при производстве керамических изделий /33,62/
Проведенные нами исследования шлама методами химического, рентге-нофазового и термического анализов свидетельствуют о том, что их основной кристаллической фазой является кальцит, причем шлам имеет более дефектную кристаллическую структуру, чем природные карбонатные керамические сырьевые материалы: мел, известняк и доломит. Это дает основание предположить, что при термической обработке (обжиге) они будут иметь повышенную реакционную способность.
Традиционные классические составы (например, керамика) подвергаются обжигу при температуре 1000С. Однако, в научном и практическом отношениях весьма важным является изучение процессов, проходящих при низкотемпературном обжиге, особенно из масс, содержащих шлам ХВО.
При исследовании технологических свойств масс, содержащих от 15 до 45% шлама, под руководством автора установлено /43/, что увеличение его доли уменьшает связующую способность и пластичность масс. Поэтому шлам предпочтительнее использовать в массах непластичного формирования, например полусухого термопрессования.
При этом критерий качества изделия (Ки) является функцией многопараметрических факторов: Ku-f ат (3.15) где: Хсв химический состав добавка (шлама); Ми рецептурный модуль, определяющий соотношение между шламом ВПУ и вводимыми в массу щелочными оксидами; щ - массовый добавок шлама к изделию, кг; скорость процесса термической обработки, С/мин; йт irmx максимальная температура обжига, С; Вк - безразмерный критерий качества.
Определяющим в этой технологии является процесс термической обработки масс. Именно в процессе обжига происходит разложение исходных компонентов смеси, их превращения, протекают реакции с образованием новых фаз. В результате изменяются первоначальный объём керамической массы, её пористость и она превращается в плотное, прочное изделие.
Изучение влияния шлама ХВО Волгодонской АЭС на спекание, усадку и механическую прочность проводилось под руководством автора с помощью образцов-кирпичиков, приготовленных из смеси глины и добавок шлама ХВО Волгодонской АЭС в количестве 15, 30 и 45%. Эти образцы подвергались обжигу в термической печи селитовыми нагревательными стержнями при Т=900; 950 и 1000 С. Глина и шлам предварительно размалывались в лабораторной шаровой мельнице. Степень дисперсности помола контролировалась на сите №=0063 (т.е. с размером отверстий 0,063 мм). Из высушенной до влажности 3-ь4% смеси (шликера) формовались исходные образцы методом полусухого прессования, обжигались при заданных температурах и после этого определяли: - величину усадки черепков; - водопоглощение; - прочность на сжатие в соответствии с методикой, изложенной в главе 4.2. Результаты исследования сведены в таблицу 3.20.
