DE2361791A1 - Verfahren und vorrichtung zum eindampfen von fluessigkeiten insbesondere zum dekontaminieren radioaktiv belasteter abwaesser - Google Patents

Description

DIPL.-ING. PH. EYER Anmelderin:

DlPL-ING. E. EYER

Patentanwälte Chemie-Apparatebau Mainz

Frankfurt am main Schmahl & Dinckels GmbH

65 Mainz-Mombach Industriestraße

Verfahren und Vorrichtung zum Eindampfen von Flüssigkeiten insbesondere zum Dekontaminieren radioaktiv belasteter Abwässer

In Kernkraftwerken werden heute an die Reinigung der u.a. auch strahlungsbelastete Anteile enthaltenden Abwasser außerordentlich hohe Anforderungen gestellt.

So darf heute die Aktivität der in das Abwassernetz

_7 eingeleiteten Abwasser eine Radioaktivität von 10 ci/cbm nicht überschreiten. Mit den bekannten Reinigungsmethoden können diese hohen Anforderungen nicht erfüllt werden. Dies gilt insbesondere für das bisher verbreitetste Verfahren, bei dem das Abwasser nach weitgehender Abscheidung der Fest- und Sinkstoffe in einer beliebigen Senk- und Filterstufe einem einstufigen Verdampfer zugeführt wird, in dem durch Verdampfen und anschließende Kondensation eine Konzentration der strahlungsaktiven gelösten Feststoffe im Sumpf herbeigeführt wird. Hierbei finden übliche Verdampfersysteme mit Natur- oder Zwangsumlauf und auf

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einen Brüdenabscheider aufgesetzten Füllkörper- oder Bodenkolonnen oder auch, mit Gewebepackungen versehene Abscheidungssysteme Anwendung.

Näher an die gestellten Anforderungen herankommende Ergebnisse können mit einer ebenfalls bekannten mehrstufigen Arbeitsweise erzielt werden, bei der der Brüdendampf einer ersten Verdampferstufe zur mittelbaren Beheizung der nachfolgenden Verdampferstufe verwendet wird. Hierdurch wird zwar die durch diese Arbeitsweise angestrebte Dampfeinsparung erzielt, es tritt jedoch der Nachteil auf, daß die Heiz- bzw. Wärmeaustauschelemente insbesondere der zweiten, aber auch der hieran evtl. anschließenden weiteren Verfahrensstufen im Dampfraum unverhältnismäßig schnell verkraalten, was nicht nur zu einer Behinderung des Wärmeübergangs sondern wegen der Strahlungsaktivität der die Verkrustung bildenden Peststoffe zu einer "Rückaktivierung" führt, die eine Dekontaminierung unter einen weit über dem geforderten Sollwert liegenden Grenzwert erschwert.

Dieser Nachteil wird durch ein aus dem vorstehend beschriebenen Verfahren entwickeltes anderes Verfahren beseitigt, bei dem die Abwässer einer zweistufigen Entspannungsverdampfung mit Mischkondensation unter-

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worfen werden, bei der der Brüdendampf der ersten Stufe unmittelbar, d.h.. durch Einleiten in Kondensat der zweiten Stufe kondensiert und in die zweite Verdampferstufe geleitet wird. Mit Hilfe dieses Verfahrens können zwar hohe, im Bereich der geforderten Werte liegende Dekontaminierungswerte erreicht werden, es ist jedoch nur für kleinere Verdampferleistungen und entsprechend nur für Reaktoren mit verhältnismäßig geringer installierter elektrischer Leistung einsetzbar, da mit zunehmender Verdampferleistung zunehmende Flüssigkeitsmengen in der Mischkondensation verdüst werden müssen, was entsprechend große technische Probleme verursacht.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum.Eindampfen von Flüssigkeiten, insbesondere zur Reinigung radioaktiv belasteter Abwasser, mit dem bei geringer Verdampferleistung große Abwassermengen auf eine Radioaktivität

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von mindestens 10 ci/cbm gebracht werden können. Die Erfindung besteht darin, daß die in dem Brüdendampf nach Entweichen aus dem Brüdenabscheider enthaltenen Flüssigkeitsteilchen, in einem Nebel- und Flüssigkeitsabscheider niedergeschlagen, anschließend in den Dampfstrom feinvernebelte Waschflüssigkeit eingesprüht und die gebildeten agglomerierbaren Wasserteilchen in einem

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weiteren Flussigkeitsabscheider niedergeschlagen werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei lediglich einstufiger Arbeitsweise eine weit über den Ergebnissen der bekannten zweistufigen Verfahren liegende Dekontaminierung erreicht.

Im allgemeinen genügt zur Erzielung der geforderten Dekontaminierung die Hintereinanderschaltung zweier Flussigkeitsabscheider mit einmaligem Einsprühen von Waschflüssigkeit vor der zweiten Abscheidung. Erforderlichenfalls kann jedoch auch ohne weiteres eine dritte Abscheidungsstufe nachgeschaltet werden, ohne daß es einer nochmaligen Verdampfung oder Erwärmung bedarf.

Gegebenenfalls kann dem Dampfabscheider einer oder beider Abscheidephasen ein Dampfwäscher nachgeschaltet

Als Waschflüssigkeit dient vorteilhaft systemeigenes Destillat, das dem Destillatkühler oder Entgaser entnommen und über eine Düse in den Kreislauf zurückgeführt wird.

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Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, anhand der 'beigefügten Zeichnung gegebenen Beschreibung.

Es zeigen ^:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Pig. 2 eine Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Anordnung , -

Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer Eindampfanlage gemäß Erfindung,

Fig. 4 eine Abwandlung der in Fig. 3 dargestellten Eindampfanlage.

In Fig. 1 der Zeichnung ist eine Eindampfanlage dargestellt, die im wesentlichen aus dem von einer Zulaufpumpe 1, einem Wärmetauscher 2 und einem Brüdenabscheider 3 gebildeten Einstufenverdampfer und der aus Kondensator 4-, Gaskühler 5, Entgaser 6 und Destillatkühler 7 gebildeten Kondensationseinrichtung für die

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gereinigten, dampfförmig anfallenden Abwässer bestellt. Mit Hilfe einer Pumpe 8 werden die ungereinigten Abwässer im Kreislauf zwischen Verdampfer 2 und Brüdenabscheider 5 geführt. Der aus dem Brüdenabscheider austretende Dampf enthält noch, mitgerissene Flüssigkeitsteilchen als Träger der radioaktiven Strahlung. Erfindungsgemäß werden die nach Entweichen aus dem Brüdenabscheider im Brüdendampf enthaltenen Flüssigkeitsteilchen in einem Flüssigkeitsabscheider niedergeschlagen, worauf anschließend mittels einer Düse 10, beispielsweise einer Venturidüse fein vernebelte Flüssigkeit in den Dampfstrom eingesprüht und die sich hierdurch bildenden agglomerierbaren Wasserteilchen in einem weiteren Flussigkeitsabscheider 11 niedergeschlagen werden. Im Falle der in Fig. 1 wiedergegebenen Auaführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung wird die in den Flüssigkeitsabscheidern 9 bzw. 11 niedergeschlagene Flüssigkeit in den Reinigungskreislauf zurückgeführt, zu welchem Zweck der erste, höher belastete Flüssigkeit niederschlagende Abscheider 9 mit dem unteren Teil des Brüdenabscheiders und der zweite, Flüssigkeit geringerer Belastung abscheidende Abscheider 11 über die Pumpe 12 mit dem Kopf des Brüdenabscheiders verbunden ist. Die in den Kopf des Brüdenabscheiders eingespeiste Rücklaufflüssigkeit wird als Waschflüssigkeit im Gegenstrom zu den

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aufsteigenden Brüden geführt. Als einzusprühende Waschflüssigkeit zur Vernebelung in den Dampfstrom in der Düse 10 dient systemeigenes Destillat, das dem Entgaser 6 entnommen und von der Pumpe 11 in die Düse 9 gedrückt wird.

Bei der in Figur 2 wiedergegebenen, auf der Ausführungsform gemäß Figur 1 aufbauenden Ausführungsform, in der die selben Teile mit den selben Bezugsziffera wie im Falle der Fig. 1 bezeichnet sind, ist dem ersten Flüssigkeitsabscheider 9 eine weitere Düse 14 Torgeschaltet, in der in einer der Düse 10 entsprechenden Weise rücklaufende Waschflüssigkeit in den Dampfstrom eingesprüht wird. In diesem Falle dient die im Abscheider 11 abgeschiedene Flüssigkeit nicht der Gegenstromwäsche im Brüdenabscheider 3 sondern der Verdüsung in der Düse 14, während die Aufgabe der Gegenstromwäsche im Brüdenabscheider 3 von der im ersten Abscheider 9 abgeschiedenen Flüssigkeit mittels der Pumpe 15 übernommen wird.

Bei der in Fig. 3 wiedergegebenen Ausführungsform sind ebenfalls die gleichen Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen. In diesem Falle ist zwischen dem Flüssigkeitsabscheider 9 der ersten Phase und der Düse 10 ein Dampfwäscher 16 angeordnet, in dem im Gegenstrom unter Verwendung der im Abscheider 11 niedergeschlagenen Flüssig-

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keit eine weitere Abscheidung der durch den Abscheider nicht erfaßten Flüssigkeitsteilchen vorgenommen wird. In diesem Falle dient anstelle der aus dem Abscheider 11 rückgeforderten Flüssigkeit die aus dem Wäscher 16 mittels Pumpe 15 rücKgeforderte Flüssigkeit als gegenströmende Waschflüssigkeit im Brüdenabscheider 3· Auch in diesem Falle kann selbstverständlich analog zu der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsform dem Abscheider 9 eine Düse vorgeschaltet und dieser die aus dem Wäscher 16 rückfließende Flüssigkeit als gegenströmende Waschflüssigkeit im Brüdenabscheider 3 dient. Im übrigen ist in diesem Falle dem Destillatkühler 7 ein Rücklaufteiler 17 nachgeordnet, dem die zur Einsprühung in den Dampfstrom in der Düse 10 benötigte Flüssigkeit entnommen wird und der unabhängig von dem schwankenden Anfall an Destillat für eine gleichmäßige Flüssigkeitseinspeisung in die Düse Sorge trägt.

Die in Fig. 4 wiedergegebene Ausführungsform entspricht funktionell im wesentlichen der in Fig. 3 wiedergegebenen Ausführungsform bei lediglich konstruktiver Zusammenfassung des Brüdenabscheiders 3 mit dem Dampfwäscher 16 zu einem Apparat. Darüberhinaus ist im Falle

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dieser Ausfiitirungsform zusätzlich ein Abwasservorwärmer 18 in einem dem Verdampfer 2 in einem gemeinsamen Primärkreis nachgeschalteten Wärmetauscher vorgesehen, dessen Sekundärkreis unabhängig von dem Sekundärkreis des Verdampfers 2 ist» Eine gleiche Vorv/ärmung kann auch bei den anderen Ausf ühr ungs forme η vorgesehen sein.

Die Wirkungsweise der - anhand der Figo 4 beschrie- ■ benen - erfindungsgemäßen Anordnung gestaltet sich wie folgt;

Das zufließende, Strahlungsträger enthaltende Abwässer wird mittels der Pumpe 1 über den Vorwärmer 18 in den Briidenabscheider 3 gepumpt und von der Pumpe 8 im Kreislauf zwischen dem BMMdenabscheider 3 und dem Wärmetauscher 2 geführt. Hierbei wird im Brüdenabscheider der Dampf aus dem aus dem Verdampfer 2 kommenden Dampf-/Wasser-Gemisch abgeschieden und dem Flüssigkeitsafescheider 9 zugeführt, wobei der Dampf im Gegenstrom mit rückfließender Flüssigkeit aus dem Dampf- \<iäscher 16 geführt wird, die bereits einen Teil der mitgerissenen, gelöste Feststoffe enthaltenden Flüssigkeitspartikel durch die eingebauten Kolonnenböden auswäscht. Der Hauptteil der mitgerissenen₉ in abscheid-

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fearer Form vorliegenden Flüssigkeit und damit der an sie gebundenen Strahlungsträgerstoffe wird im Flüssigkeitsabsoheider 9 und dem na chge ordne ten Dampf was eher niedergeschlagen, aus dem praktisch trockener Dampf austritt, der der Dlise 10 zugeführt wird. Durch die Düse 214 wird der' (praktisch) trocken eintretende Dampf mit Flüssigkeitsteilchen beladen in der Weise, daß aus dem Destillatkühler 7 Flüssigkeit mittels der Pumpe 13 entnommen und in feinster Verteilung in den Dampfstrom versprüht wird. Durch die erneute Beladung mit Flüssigkeit werden in dem Dampf wiederum - bevorzugt an noch vorhandenen nicht erfaßten Flüssigkeitsteilchen - abscheidbare Flüssigkeitspartikel gebildet, die in dem nachgeordneten Flüssigkeitsabscheider 11 abgeschieden werden. !Nachdem in Jedem der beiden Abscheider 99»5$ der jeweils eingebrachten abscheidbaren Flüssigkeitsteilchen abgeschieden werden, können mit der erfindungsgemäßen, einstufigen Eindampfeinrichtung mit zweiphasiger Abscheidung die geforderten Dekontaminierungsgrade leicht erreicht werden. Die bei den bekannten Verfahren auftretenden Fachteile in Bezug auf die Verfahrensführung sind vermieden. Die im Abscheider 11 niedergeschlagene Flüssigkeit dient im Falle der dargestellten Ausführungsform als gegenströmende Waschflüssigkeit im Dampfwäscher 16. Der aus dem Abscheider 11 austretende

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Dampf wird in üblicher freHrannijer Weise im Kondensator 4 kondensiert, entgast und im Endkühler 7 auf die für die Einleitung in den Abwasserkanal zulässige Temperatur, gekühlt.

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Claims (11)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Eindampfen von Flüssigkeit, insbesondere Dekontaminieren radioaktiv belasteter Abwasser in einer im wesentlichen aus einer Verdampfereinrichtung und einer Kondensationseinrichtung für die gereinigten, dampfförmig anfallenden Abwasser bestehenden Eindampfanlage, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Dampf enthaltenen Flüssigkeitsteilchen in einem Flüssigkeitsabscheider niedergeschlagen, anschließend der Dampf mindestens einmal mit feinvernebelter Flüssigkeit beladen und die sich hierdurch bildenden agglomerierbaren Wasserteilchen in einem weiteren Flüssigkeitsabscheider niedergeschlagen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beladung des Dampfes mit Flüssigkeit systemeigenes Destillat Verwendung findet.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Flüssigkeitsabscheidern niedergeschlagene Flüssigkeit als Waschflüssigkeit in einem vorgestalteten Dampfwäscher bzw. im Brüdenabscheider der Verdampfereinrichtung Verwendung findet.

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4· Verfahren nach, einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der ersten Flüssigkeitsabscheidung eine Wasserbeladung durch Einsprühen der im zweiten Abscheider niedergeschlagenen Flüssigkeit in den Dampf erfolgt.

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die G-egenstromwäsche im Brüdenabscheider der Verdampfereinrichtung mit der im ersten Abscheider niedergeschlagenen Flüssigkeit erfolgt.

6. Vorrichtung zur Durchfürhung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dbestehend aus einer von Pumpe, Verdampfer und Brüdenabscheider gebildeten Verdampfereinrichtung sowie einer Rückkühleinrichtung für die gereinigte, in Dampfform anfallende Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verdampfereinrichtung (2,3) und der Rückkühleinrichtung (4,6,7) mindestens zwei Flüssigkeitsabscheider ( 9,1 1) angeordnet sind, von denen mindestens dem bzw. den nachgeordneten Flüssigkeitsabscheider(n) Ut) eine Düse do) zum Beladen des Dampfstromes mit fein versprühter bzw. vernebelter Flüssigkeit vorgeschaltet ist.

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7· Vorrichtung nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Flüssigkeitsabscheider (9) eine weitere Düse (14) zum Beladen des Dampfes mit vernebelter Waschflüssigkeit vorgeschaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (10) über eine Pumpe (13) mit der Rückkühleinrichtung (4, 6, 7) verbunden ist.

9· Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14) über eine Pumpe (12) mit dem zweiten Abscheider (11) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Flüssigkeitsabscheider (9) der ersten Phase und der Düse (10) ein Dampfwäscher (16) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Destillatkühler (7) ein Rücklaufteiler (17) nachgeordnet ist, in dem die zur Einsprühung in den Dampfstrom in der Düse (10) benötigte Flüssigkeit abgezweigt wird.

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