DE3000769A1

DE3000769A1 - Verfahren zum behandeln radioaktiven abfalls

Info

Publication number: DE3000769A1
Application number: DE19803000769
Authority: DE
Inventors: Mikio Hirano; Susumu Horiuchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1980-01-10
Publication date: 1980-07-17
Also published as: DE3000769C2; JPS5595900A; SE7910708L; US4526712A

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Verfahren zum Behandeln radioaktiven Abfalls

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln radioaktiven Abfalls, insbesondere radioaktivem Schlamms aus einem Kernkraftwerk, wobei das Volumen des Abfalls stark vermindert wird.

In einem Kernkraftwerk fallen körnige Ionenaustauscherharze, die hauptsächlich zum Reinigen von Kondensat dienen, pulverförmige Harze von Filtermitteln, die hauptsächlich zum Reinigen von Reaktorwasser dienen, Filterschlamm von Filtermitteln, die hauptsächlich Cellulose umfassen, die in einer Behandlungsanlage für radioaktiven Abfall eingesetzt wird, etc. als sog. radioaktiver Abfallschlamm an. Da dieser Schlamm radioaktiv ist, wird er in breiiger Form in Sammelbehältern oder in mit Bindemittel verfestigter Form in Trommeln aufbewahrt.

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Die Aufbewahrung von radioaktivem Abfallschlamm in Breiform ist mit schwerwiegenden Problemen verbunden, z. B. der Korrosion der Wandungen der Sammelbehälter etc., so daß ' es schwierig ist, den radioaktiven Schlamm für lange Zeit aufzubewahren. Ferner sind zum Aufbewahren des radioaktiven Schlamms Behälter mit großem Fassungsvermögen erforderlich. Wenn radioaktiver Schlamm in verfestigtem Zustand aufbewahrt wird, wird eine große Anzahl Trommeln benötigt, da zur Erzielung der Festigkeit, die zum Unterhalten des gebundenen Zustands des radioaktiven Schlamms notwendig ist, nur eine begrenzte Menge Schlamm, der mit Bindemittel zu vermischen ist, aufgenommen werden kann. Z. B. kann in eine Trommel mit einem Fassungsvermögen von 200 1 nur 10-20 kg des radioaktiven Schlamms eingebracht werden, was etwa 30 entspricht; dies bedeutet, daß 30 1 radioaktiver Schlamm zu 200 1 Abfallstoff werden.

Um das Volumen des radioaktiven Schlamms zu vermindern, werden verschiedene Behandlungen durchgeführt; eine davon besteht im Verbrennen verbrauchter körniger und pulvriger Harze, diese Harze weisen jedoch auch nach einer Zentrifugalabscheidung noch eine große Wassermenge auf, so daß eine vollständige Verbrennung der Harze nicht durchführbar ist. Eine weitere Behandlung zur Verminderung der Menge des radioaktiven Schlamms besteht in der Pulverisierung desselben und dem Formen des Pulvers zu Pellets (vgl. die DA-Offenlegungsschrift Nr. 52-94-866 (1977)). Dabei können aber nur ca. 150 kg des radioaktiven Abfalls in eine Trommel mit einem Fassungsvermögen von 200 1 gefüllt werden. Die Volumenverminderung ist also nicht ausreichend. Eine starke Verminderung des Volumens von radioaktivem Abfallschlamm ist daher sehr erwünscht.

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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Behandeln von radioaktivem Abfall, wobei dessen Volumen in wirksamer Weise stark vermindert wird und der radioaktive Abfallschlamm in einen leicht handhabbaren Stoff umgewandelt wird.

Das Verfahren nach der Erfindung zum Behandeln radioaktiver Abfälle ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Pulverisieren von unlöslichen und brennbaren radioaktiven Abfällen, wobei diese erwärmt werden zur Herstellung von für die Verbrennung geeignetem trockenem Pulver, Verbrennen des trockenen Pulvers zu Asche, wobei Verbrennungsgase abgeblasen werden, Auffangen der Asche, und Formen von die Asche enthaltendem stückigem Gut.

Durch Umwandeln des breiförmigen radioaktiven Abfalls in Asche durch Pulverisieren und Verbrennen wird das Volumen des Abfalls stark vermindert. Außerdem wird die Asche durch Pelletisieren in leicht handhabbares stückiges Gut umgewandelt .

Durch die Erfindung wird also ein Verfahren zum Behandeln von radioaktivem Abfallschlamm eines Kernkraftwerks angegeben, wobei der radioaktive Abfallschlamm zu brennbarem trockenem Pu]ver gemacht, das Pulver zu Asche verbrannt und die Asche pelletisiert wird. Durch die Verbrennung wird das Volumen des radioaktiven Abfallschlamms, der körnige Ionenaustauscherharze, pulvrige Harze, Filterschlamm etc. umfaßt, stark vermindert.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zum Behandeln von radioaktiven Abfällen^

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Dünnschichttrockners, der in der Einrichtung nach Fig. 1 verwendet wird} und

Fig. 3 eine Schnittansicht III-III nach Fig. 2.

Nach Fig. 1 werden radioaktive Abfallstoffe wie körniges lonenaustauscher.harz 1,. das hauptsächlich zum Reinigen von Kondensat dient, pulverförmiges Harz 2, das als Filtermittel zum Reinigen von Reaktorwasser dient, und Filterschlamm 3, dessen Hauptbestandteil Cellulose ist, die als Filtermittel einer Behandlungsanlage für radioaktive Abfälle eingesetzt wird, gesammelt und in einem Sammelbehälter 4 aufgenommen. Um die gesammelten Abfallstoffe zu pulverisieren, werden sie von einer Förderpumpe 7, die die Menge des zu fördernden breiförmigen Abfalls einstellen kann^ einem Dünnschichttrockner 6 zugeführt.

Der Aufbau des Dünnschichttrockners 6 ist in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Nach Fig. 2 ist ein Gehäuse 8 des Dünnschichttrockners 6 zylindrisch und weist an seinem oberen Teil einen Dampfauslaß 9 sowie einen Zufuhreinlaß 10 auf. Ferner weist das Gehäuse 8 eine Wärmeleitwand 8a auf, die von einem außerhalb des Gehäuses 8 gebildeten Mantel 11 umgeben ist. Der Mantel 11 umfaßt einen Einlaß 12 und einen Auslaß 13 für ein Heizmedium, z. B. Wasserdampf. Im Gehäuse 8 ist eine Welle 14 angeordnet, die in einem oberen Lager 15 und einem unteren Lager 16 drehbar gelagert ist. Nach Fig. 3 umfaßt die Welle IA- mehrere Haltearme 17, deren jeder mit der Welle 14 verbunden ist und sich radial erstreckt. Die Haltearme haltern Ringe 18. Zwischen den Ringen 18 sind Schaufeln 19

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angeordnet, die mit den Ringen 18 durch Zapfen 20 schwenkbar verbunden sind und mit der Wärmeleitwand 8a des Gehäuses 8 in Kontakt gelangen, wenn die Welle 14 von einer Antriebseinheit, ζ. B. einem Motor 25, gedreht wird. Über dem obersten Haltering 18 ist ein Verteiler 21 angeordnet, der Abfallstoffe aus dem Zufuhreinlaß 10 über die Wärmeleitwand 8a des Gehäuses 8 verteilt. Über dem Verteiler 21 ist ein Tropfenabscheider 22 angeordnet. Dieser bildet über sich, zusammen mit einem am Gehäuse 8 gesicherten Kranz 24, einen Gasraum 23.

Die breiigen radioaktiven Abfallstoffe, die vom Sammelbehälter 4 zugeführt werden, treten in den Dünnschichttrockner 6 am Zufuhreinlaß 10 ein. Sie werden vom Verteiler 21 gleichmäßig zur Wärmeleitwand 8a des Gehäuses, die auf eine Temperatur von mehr als 100 C, bevorzugt 120-160 ⁰C, durch Dampf, der am Einlaß 12 eintritt und am Auslaß 13 austritt, erwärmt wird, verteilt. Die längs der Wärmeleitwand 8a abwärtsfließenden Abfallstoffe werden von den Schaufeln 19, die durch die Umlaufbewegung der Welle 14 in Pfeilrichtung mit Fliehkraft beaufschlagt werden, an die Wärmeleitwand 8a gedrückt, so daß Dünnschichten gebildet werden. Die Dünnschichten nehmen Wärme von der Wärmeleitwand 8a auf, so daß die Abfallstoffe zu Pulver zermahlen werden, bis sie einen Auslaß 26 erreichen. Die Temperatur des Pulvers am Auslaß 26 wird von einem Thermometer 27 erfaßt, und die am Zufuhreinlaß eintretende Menge Abfallstoffe wird von der Förderpumpe 7 so eingestellt, daß das PUlver im wesentlichen getrocknet wird; bevorzugt ist die Pulvertemperatur am Auslaß 26 ca. 100-130 ⁰C. Das Pulver im Auslaß 26 hat einen Feuchtegehalt von weniger als ca. 2-3 % und eine mittlere Teilchengröße von ca. 10 um. Das Thermometer 27 dient hauptsächlich zum Erfassen einer Unregelmäßigkeit der Einrichtung im Normalbetrieb.

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Zur Erfassung des Feuchtegehalts des aus dem Auslaß 26 abgeförderten Pulvers kann statt des Thermometers 27 ein Feuchtefühler eingesetzt werden.

Durch das Trocknen der Dünnschicht-Abfallstoffe bzw. des Pulvers erzeugter Dampf steigt nach oben, und mit dem Dampf vermischte Tröpfchen werden vom Tropfenabscheider 22 abgeschieden, so daß in den Raum 23 nur Dampf eintritt. Der Dampf wird einem außerhalb des Dünnschichttrockners 6 angeordneten Kondensator 28 zugeführt und zu Wasser kondensiert.

Das im Dünnschichttrockner 6 gebildete PUlver wird einem Trichter 29 mit einem Absperrorgan 30 zugeführt.

Das im Trichter 29 befindliche Pulver wird einem Verbrennungsofen 32 unter Einsatz einer Druckluftfördereinheit zugeführt, wenn das Absperrorgan 30 geöffnet ist. Der Verbrennungsofen 32 umfaßt eine Pulverzufuhrdüse 33, eine Druckluftdüse 34·, einen ersten Brenner 35 und einen zweiten Brenner 36. Jeder Brenner 35, 36 ist über Leitungen 39, 40 mit Absperrorganen mit einem Propangastank 37 und einem Luftbehälter 33 verbunden. Der Brenner 35 erzeugt Flammen im Verbrennungsofen 32. Das Pulver aus der Druckluftfördereinheit 31, das mit Förder-Druckluft vermischt ist, wird durch die Düse 33 in den Verbrennungsofen 32 geleitet. Der zweite Brenner 36 bildet einen Sekundär-Verbrennungsbereich im oberen Teil des Verbrennungsofens für den Fall, daß das Pulver nicht vollständig verbrennt. Wenn die mit dem Pulver durch die Druckluftfördereinheit 31 vermischte Luft nicht ausreicht, um eine vollständige Verbrennung des zugeführten Pulvers herbeizuführen, wird dem Verbrennungsofen 32 durch die Düse 33, die mit einer Luftzufuhrleitung 41 verbunden ist, Zuluft zugeführt. Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsofen 32 werden von einer Kühleinheit 42 gekühlt und einem Staubabscheider 43 zugeführt, der Keramikfilter aufweist. Der

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vom Staubabscheider 43 abgeschiedene Staub, d. h. in der Hauptsache Asche, wird durch ein Rohr 46, das ein Absperrorgan aufweist, einem auf einer Pelletiereinheit 45 angeordneten Trichter 44 zugeführt. Die den Staubabscheider 43 durchströmenden Verbrennungsgase werden mit einem hochwirksamen Teilchen-Luft-Filter 47 weiter gefiltert, so daß radioaktiver Staub bzw. Asche vollständig abgeschieden werden. Das gereinigte Verbrennungsgas wird mit einem Gebläse 48 durch einen Kamin 50 zur Atmosphäre abgeblasen.

Das Volumen der Abfallstoffe, z. B. der körnigen Ionenaustauscherharze, pulverförmigen Harze, von Cellulose etc., wird durch die Verbrennung auf 1/200-1/500 vermindert.

Die am Boden des Verbrennungsofens 32 befindliche Asche wird zusammen mit der Asche aus dem Staubabscheider 43 im Trichter 44 gesammelt und der Pelletiereinheit 45 zugeführt, wo sie stückig gemacht oder zu Pellets geformt wird, wobei aus einem Behälter 49 Bindemittel zugeführt wird.

Wenn Filterschlamm zu Pulver gemacht wird, kann das 20-30 Gew.-% der Asche entsprechende Pulver als Bindemittel eingesetzt werden.

Die Asche kann in der vorliegenden Form aufbewahrt werden; dagegen können die Asche-Pellets mit größerer Sicherheit als Asche gesammelt werden, und das Reduktionsverhältnis zwischen Pellets und nicht in Pelletform vorliegender Asche ist 1/2.

Für den Transport des im Dunnschichttrockner 6 gebildeten Pulvers wird bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel Luft eingesetzt, und die zum Transport verwendete Luft wird auch als Verbrennungsluft genutzt. Daher sind das PUlver und die Luft gut genug vermischt und werden im Verbrennungsofen 32

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sehr gut verteilt. Der Transport des Pulvers mit Hilfe
von Luft fördert die vollständige Verbrennung des Pulvers
sehr stark.

Bei dem angegebenen Verfahren zur Behandlung von radioaktivem Abfall ist das Volumenverminderungsverhältnis sehr hoch, d. h. im Fall körniger Harze werden die Abfallstoffe auf ca. 1/30 ihres Volumens reduziert im Vergleich zu herkömmlichen Bindemittel-Verfestigungsverfahren; im Fall von pulverförmigen Harzen ergibt sich eine Volumenminderung auf ca. 1/600 und im Fall von Filterschlamm eine Volumenminderung auf ca. 1/3000. Nach dem Verfahren sind die Abfallstoffe kontinuierlich mit einer einfachen Einrichtung und einem einfachen Verfahrensablauf zu behandeln. Verschiedene Arten
von Abfallstoffen können in jedem möglichen Verhältnis vermischt und gleichzeitig in derselben Einrichtung behandelt werden. Die Abfallstoffe werden pelletiert, so daß sie leicht handhabbar sind, und die Pellets können für lange Zeit in
stabilem Zustand aufbewahrt werden. In Zukunft können unabhängig vom Endzustand der Abfallstoffe die Pellets als
Endform verwendet werden. Wenn ferner nach dem Formen der
Asche zu Pellets, dem Aufbewahren derselben und ihrer Zersetzung eine Verfestigungsbehandlung der Pellets durchgeführt wird, ergeben sich die Vorteile, daß die Oberflächen-Dosisleistung verminderbar ist und daß nach dem Bestimmen eines Endzustands, in dem der radioaktive Abfall der Endlagerung zugeführt wird, die Verfestigungsbehandlung der Pellets
durchführbar ist.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Behandeln radioaktiver Abfälle, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Pulverisieren von unlöslichen und brennbaren radioaktiven Abfällen, wobei diese erwärmt werden zur Herstellung von für die Verbrennung geeignetem trockenem Pulver,

- Verbrennen des trockenen Pulvers zu Asche, wobei Verbrennungsgase abgeblasen werden,

- Auffangen der Asche, und

- Formen von die Asche enthaltendem stückigem Gut.

2* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stückige Gut durch Pelletisieren der Asche gebildete Pellets sind,

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der radioaktive Abfall in einem Kernkraftwerk anfallender radioaktiver Schlamm ist, und daß der Wassergehalt des daraus gebildeten trockenen Pulvers weniger als 3 % beträgt.

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4·. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Verfahrensschritt des Pulverisierens folgende Schritte umfaßt:

- Dünnschichtfaildung des radioaktiven Abfalls, wobei dieser zu Pulver zermahlen wird, und

- Erwärmen der Dünnschichten und des Pulvers, so daß im Pulver enthaltenes Wasser verdampft wird ..

5. Verfahren nach Anspruch 4-,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Pulverisieren des radioaktiven Abfalls in einem Dünnschichttrockner erfolgt, der eine Wärmeleitfläche und einen Rotor mit einer Mehrzahl bewegter Schaufeln umfaßt, so daß der radioaktive Abfall zur Bildung von Dünnschichten an die Wärmeleitfläche gepreßt und zu Pulver zermahlen wird, während die Dünnschichten durch die Wärmeleitfläche erwärmt werden.

6. Verfahren zum Behandeln radioaktiven Abfalls in Kernkraftwerken ,

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Einbringen verschiedener Arten von radioaktivem Schlamm in einen Sammelbehälter,

- Zuführen des radioaktiven Schlamms aus dem Sammelbehälter zur nächsten Stufe,

- Bilden von Dünnschichten des radioaktiven Schlamms, während dieser zu Pulver zermahlen wird,

- Erwärmen der Dünnschichten und des Pulvers,

- Fördern des Pulvers mittels Luft zu einem Verbrennungsofen durch eine Druckluftfördereinheit,

- Verbrennen des Pulvers zu Asche durch Verteilen desselben über im Verbrennungsofen erzeugte Flammen zusammen mit zum Transport des Pulvers verwendeter Luft,

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- Abscheiden der Asche aus dem bei der Verbrennung erzeugten Gas,

- Sammeln der abgeschiedenen Asche sowie der aus dem Verbrennungsofen abgeführten Asche,

- Reinigen und Abblasen des Verbrennungsgases zur Atmosphäre, und

- Pelletisieren der gesammelten Asche.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß während des Erwärmens die Dünnschichten und das Pulver durch Kontakt mit einer auf eine Temperatur von mehr als 100 C erwärmte Wärmeleitwand erwärmt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver eine mittlere Teilchengröße von 10 um und einen Wassergehalt von weniger als 3 Gew.-% hat.

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