способ сжигания радиоактивных и опасных биообъектов в полевых условиях

Формула изобретения

1. Способ сжигания радиоактивных и опасных биообъектов в полевых условиях, включающий нанесение на биообъект порошкообразного металлизированного топлива, имеющего в своем составе сплав алюминий-магний и его последующий поджог, отличающийся тем, что предварительно выкапывают траншею, с размерами, превышающими размеры биообъекта, вокруг траншеи пробуривают воздухозаборные каналы, соединяющие ее внутренний объем с окружающей средой, на дне траншеи устанавливают колосниковую решетку таким образом, чтобы между ней и дном оставался зазор, на колосниковую решетку настилают выгорающую ткань, затем на нее насыпают слой порошкообразного металлизированного топлива, дополнительно содержащего азотнокислую соль щелочного металла, губчатый титан и масло индустриальное следующего состава, мас.%:

Порошок алюминиево-магниевого сплава - 92,0 - 96,5

Порошок азотнокислой соли щелочного металла - 1 - 5

Порошкообразный губчатый титан - 1 - 2

Масло индустриальное - 1,5 - 3,0

на который насыпают слой кускового активированного кокса и заполняют его межкусковое пространство порошкообразным металлизированным топливом, затем на этом слое размещают биообъект, во внутреннюю часть которого помещают порошкообразное металлизированное топливо, после чего биообъект сверху покрывают сначала слоем кускового активированного кокса, чье межкусковое пространство заполняют порошкообразным металлизированным топливом, а затем слоем порошкообразного металлизированного топлива, зазор между биообъектом и стенками траншеи заполняют смесью кускового активированного кокса с порошкообразным металлизированным топливом при соотношении массы биообъекта к общей массе активированного кокса и порошкообразного металлизированного топлива не более чем 1,0 : 0,2 и массовом соотношении между порошкообразным металлизированным топливом и активированным коксом не менее чем 1 : 1, после чего траншею накрывают негорючим пористым фильтрующим элементом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве азотнокислых солей щелочных металлов используют нитрат калия или нитрат натрия.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что порошкообразное металлизированное топливо помещают внутри биообъекта россыпью или в пеналах.

Описание изобретения к патенту

Заявляемый способ относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки радиоактивных и опасных биологических объектов.

Наиболее эффективно способ применим при сжигании биообъектов большой массы в полевых условиях. В качестве биообъектов используют трупы животных, погибших естественной смертью в результате воздействия экстремальных факторов или забитых в связи с опасностью распространения болезней либо радиоактивного заражения окружающей среды.

Известен способ ликвидации биологических объектов, который заключается в том, что биообъекты высушивают и заливают в асфальт или деготь [1].

Недостатком известного способа является его потенциальная опасность, связанная с возможностью попадания продуктов разложения в атмосферу. Так как асфальт или деготь не препятствуют гниению биообъектов, то скапливающиеся газообразные продукты разложения могут привести к нарушению целостности оболочки из асфальта или дегтя, что будет причиной загрязнения окружающей среды.

Известен способ ликвидации биообъектов методом сжигания в специальных печах с механизированной подачей биообъектов в камеру сжигания [2].

Недостатком известного способа является его повышенная сложность, так как предполагается высушивание биообъектов перед сжиганием для его более эффективного проведения и понижения содержания дегтя в газообразных продуктах сгорания.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ сжигания трупов животных в полевых условиях путем нанесения на них горючего материала с последующим его поджогом, где в качестве горючего материала используют порошкообразный малогазовый состав контактного нагрева, наносимый на труп животного со всех сторон, после чего труп накрывают металлическим отражателем тепла, а горючий материал поджигают. В качестве порошкообразного малогазового состава контактного нагрева используют сыпучие порошки на основе алюминия, магния и их сплавов. Кроме того, внутрь трупа животного вводят теплопроводный материал из алюминия или дюраля в виде штырей, расположенных в шахматном порядке [3].

Недостатками известного способа являются:

повышенная опасность его реализации, вызванная низкой химической стойкостью порошкообразного малогазового состава в полевых условиях. Порошок элементарных магния и алюминия, входящих в качестве компонентов в малогазовый состав, в полевых условиях будет вступать во взаимодействие с влагой воздуха, в результате чего будет образовываться водород, который в смеси с кислородом может привести к образованию взрывоопасной смеси;

повышенная опасность реализации способа из-за выделения в качестве газообразных продуктов горения токсичных нитрозных газов;

пониженная производительность способа, обусловленная возможностью полного сжигания относительно небольших масс биообъектов (до 150 кг) вследствие высокой скорости горения порошкообразного малогазового состава;

практическая невозможность применения способа для сжигания биообъектов, зараженных радиоактивными веществами, из-за опасности загрязнения окружающей среды радиоактивными аэрозольными продуктами горения.

Преимуществами заявляемого способа являются:

повышение безопасности реализации способа за счет предотвращения его взрывоопасности и опасности загрязнения окружающей среды токсичными продуктами горения;

повышение производительности способа;

расширение области реализации способа за счет обеспечения его применения при сжигании биообъектов, зараженных радиоактивными веществами.

Указанные преимущества достигаются за счет того, что:

роют траншею и воздухозаборные каналы, соединяющие через боковые стенки траншеи ее внутренний объем с окружающей средой;

на дно траншеи устанавливают колосниковую решетку таким образом, чтобы между ней и дном траншеи оставался зазор;

на колосниковую решетку настилают выгорающую ткань с малым гидродинамическим сопротивлением;

на ткань насыпают слой порошкообразного металлизированного топлива следующего состава, мас.%:

Порошок алюминиево-магниевого сплава - 92 - 96,5

Порошок азотнокислой соли щелочного металла - 1 - 5

Порошкообразный губчатый титан - 1 - 2

Масло индустриальное - 1,5-3,0

на слой порошкообразного металлизированного топлива насыпают слой из кусков активированного кокса, причем свободное межкусковое пространство в слое кокса заполняют порошком металлизированного топлива;

на слой активированного кокса помещают биообъект (биообъекты);

внутрь биообъекта (биообъектов) помещают порошок металлизированного топлива (россыпью или в пеналах);

пространство между стенками траншеи и биообъектом (биообъектами) заполняют кусками активированного кокса и заполняют межкусковое пространство порошком металлизированного топлива;

на биообъект насыпают слой кускового активированного кокса, межкусковое пространство которого также заполняют порошком металлизированного топлива, причем слой активированного кокса в свою очередь сверху покрывают слоем порошкообразного металлизированного топлива;

траншею сверху закрывают негорючим пористым фильтрующим элементом;

осуществляют поджог порошкообразного металлизированного топлива.

Алюминиево-магниевый сплав обеспечивает беспламенное горение порошкообразного металлизированного топлива и является основным теплотворным компонентом, устойчивым к воздействию атмосферной влаги. В качестве азотнокислой соли щелочного металла используют азотнокислый калий или натрий, который играет роль окислителя на первой стадии воспламенения порошкообразного металлизированного топлива, порошкообразный губчатый титан связывает выделяющиеся при горении окислы азота, а индустриальное масло представляет собой технологическую добавку, ликвидирующую пыление порошков металлов. Кроме того, индустриальное масло в сочетании с нитратом калия или натрия обеспечивает безотказное воспламенение смеси, рыхлит шлак в процессе горения, чем обеспечивает требуемую пористость для диффузии кислорода. Увеличение содержания масла сверх 3 мас.% может привести к образованию пламенного факела при зажигании порошкообразной металлизированной смеси и ее быстрому сгоранию, что может не обеспечить загорание активированного кокса, а снижение его количества ниже 1,5 мас.% ведет к пылению порошкообразного металлизированного топлива.

При содержании в смеси нитрата щелочного металла менее чем 1 мас.% не обеспечивается воспламенение смеси, а увеличение его количества сверх 5 мас. % может привести к возникновению пламенного факела.

Порошкообразный губчатый титан предназначен для связывания окислов азота. Содержание губчатого титана менее 1,5 мас.% не обеспечивает связывание окислов азота полностью, а содержание более 3 мас.% может снизить скорость горения металлизированного топлива.

Главной функцией порошкообразного металлизированного топлива является обеспечение загорания активированного кокса, выступающего в роли основного топлива, предназначенного для сжигания биообъектов.

Использование активированного кокса как топлива обеспечивает большую, чем в прототипе продолжительность горения. Кроме того, активированный кокс, являющийся хорошим восстановителем, частично восстанавливает окислы магния, алюминия и титана, образующиеся при горении порошкообразного металлизированного топлива, до их металлического состояния, что в свою очередь увеличивает продолжительность его горения в среднем на 25 - 30% и продолжительность действия губчатого титана как поглотителя нитрозных газов. Все это делает возможным полное сжигание за один цикл биообъектов массой более 150 кг и практически полную очистку отходящих газов от токсичных окислов азота.

Помимо выполнения своей основной функции порошкообразное металлизированное топливо при сгорании образует шлак, имеющий в своем составе окислы магния, алюминия, магния - алюминия и титана, которые, вступая в реакцию с хлористым водородом, присутствующим в отходящих газах помимо окислов азота, нейтрализуют его, а активированный кокс частично восстанавливает нитрозные газы до элементарного азота. Кроме того шлак хорошо задерживает аэрозольные продукты сгорания, не допуская попадания в окружающую среду их радиоактивных форм.

Наличие в составе продуктов сгорания биообъектов и порошкообразного металлизированного топлива нитрозных газов и окислов магния, алюминия, магния - алюминия и титана, являющихся носителями кислорода, повышает надежность горения активированного кокса, особенно в условиях недостатка кислорода воздуха.

Таким образом, комбинация порошкообразного металлизированного топлива и активированного кокса при сжигании биообъектов обеспечивает химическую и механическую очистки газообразных продуктов сгорания, снижает опасность самопроизвольного прекращения горения активированного кокса, увеличивает продолжительность горения порошкообразного металлизированного топлива и повышает эффективность поглотительного действия губчатого титана. Кроме того, отсутствие в составе порошкообразного металлизированного топлива элементарных магния и алюминия обеспечивает взрывобезопасность процесса горения.

Массовое соотношение биообъекта (биообъектов) к общей массе комбинированного топлива (активированного кокса и порошкообразного металлизированного топлива) составляет не более чем 1,0 : 0,2 при массовом соотношении порошкообразного металлизированного топлива и активированного кокса не менее чем 1 : 1, так как при меньшем содержании металлизированного топлива не будет обеспечиваться гарантированное возгорание активированного кокса, а при соотношении между массой биообъекта и массой комбинированного топлива большем чем 1,0 : 0,2 не обеспечивается полное сжигание биообъекта (биообъектов).

В ходе проверки реализации способа была доказана принципиальная возможность уничтожения крупных биообъектов предложенным методом. Объект массой более 150 кг был уничтожен полностью, до состояния золы без предварительной обработки (разрезания объекта на более мелкие части, введения в объект дополнительных металлических стержней для повышения теплопроводности, предварительного высушивания и т.п.).

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

Роют траншею с размерами, обеспечивающими наличие зазоров между ее стенками и биообъектом (биообъектами). По периметру траншеи пробуривают воздухозаборные каналы, соединяющие через дно и боковые стенки траншеи ее внутренний объем с окружающей средой. На дне траншеи устанавливают колосниковую решетку таким образом, чтобы между ней и дном траншеи оставался зазор для прохода воздуха от воздухозаборных каналов. На колосниковую решетку настилают выгорающую ткань с малым гидродинамическим сопротивлением, на которую насыпают сплошной слой порошкообразного металлизированного топлива состава, мас. %: порошок алюминий-магниевого сплава 93; азотнокислый калий 3; порошкообразный губчатый титан 1,5; масло индустриальное 2,5 толщиной 2 см, затем слой из кусков активированного кокса толщиной 5 см, межкусковое пространство которого заполняют порошкообразным металлизированным топливом. На этот слой помещают труп животного весом 500 кг, во внутреннюю часть которого насыпают порошкообразное металлизированное топливо, сверху покрывают сначала сплошным слоем из кусков активированного кокса толщиной 5 см, чье межкусковое пространство заполняют порошкообразным металлизированным топливом, а затем слоем порошкообразного металлизированного топлива толщиной 2 см. После этого кусками активированного кокса и порошком металлизированного топлива заполняют зазор между стенками траншеи и биообъектом. Траншею накрывают негорючим пористым фильтрующим элементом и осуществляют поджог порошкообразного металлизированного топлива. Количество комбинированного топлива составляет 30% от массы биообъекта при массовом соотношении активированного кокса к порошку металлизированного топлива 1 : 1.

В результате проведенных экспериментов было установлено, что:

биообъект практически полностью сгорел (степень сжигания составила 95 - 98%) за один цикл без необходимости дополнительного расхода комбинированного топлива или его составляющих компонентов;

в отходящих газах полностью отсутствовали двуокись азота, радиоактивные аэрозоли и взрывоопасные компоненты.