DE3000769C2

DE3000769C2 - Vorrichtung zum Behandeln brennbarer radioaktiver Abfälle

Info

Publication number: DE3000769C2
Application number: DE3000769A
Authority: DE
Inventors: Mikio Hirano; Susumu Hitachi Ibaraki Horiuchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1980-01-10
Publication date: 1986-02-20
Also published as: JPS5595900A; DE3000769A1; SE7910708L; US4526712A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art. Bei den radioaktiven Abfällen handelt es sich insbesondere um radioaktive Schlämme aus Kernkraftwerken.

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

Die Aufbewahrung von radioaktivem Abfallschlamm in Breiform ist mit schwerwiegenden Problemen verbunden, z. B. der Korrosion der Wandungen der Sammelbehälter, so daß es schwierig ist, den radioaktiven Schlamm für lange Zeit aufzubewahren. Ferner sind zum Aufbewahren des radioaktiven Schlcmms Behälter mit großem Fassungsvermögen erforderlich. Wenn radioaktiver Schlamm in verfestigtem Zustand aufbewahrt wird, wird eine große Anzahl Fässer 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. Zum Beispiel können in ein Faß mit einem Fassungsvermögen von 200 I nur 10 bis 20 kg des radioaktiven Schlamms eingebracht werden, was etwa 30 I entspricht; dies bedeutet, daß 30 I radioaktiver Schlamm zu

2001 Abfallstoff werden.

In der älteren DE-OS 29 07 984 ist eine Vorrichtung der eingangs vorausgesetzten Art vorgeschlagen worden, in der zur Vermeidung eines Feuers oder einer Pulverexplosion zwischen Dünnschichttrockner und Pelletierer die verbrennbaren Abfallstoffe vor der Dünnschichttrocknung mit nicht verbrennbarem Abfall vermischt werden.

Aus der JP-OS 52-34 200 ist eine Vorrichtung zum

ίο Behandeln radioaktiver Abfälle mit einem Dünnschichttrockner und einem Pelletierer bekannt, wobei das Gehäuse des Dünnschichttrockners als Heizwand ausgebildet und im Gehäuse ein Rührer angeordnet ist, der die Feststoffanteile von der Wandung ablöst, bevor sie in den Pelletierer überführt werden. Auf diese Weise läßt sich das ursprüngliche Volumen des radioaktiven Abfalls schon erheblich reduzieren.

Schließlich ist aus der US-PS 40 53 432 eine Vorrichtung zum Behandeln brennbarer radioaktiver Abfälle bekannt, mit welcher die Abfälle nach Trocknung bis unter 50% Feuchtigkeitsgehalt zunächst zur Bildung einer flüchtigen Gasphase und eines festen Rückstandes in einem Wirbelschichtreaktor thermisch zersetzt werden und der feste Rückstand anschließend im Wirbelschichtreaktor verbrannt wird, wodurch man eine Volumenverringerung organischen radioaktiven Ionenaustauschmaterials von etwa 20 :1 erzielt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs vorausgesetzten Art zu entwikkein, die ohne Umweltverschmutzung eine stärkere Verminderung des Volumens der brennbaren radioaktiven Abfälle als bisher bei deren Umwandlung in ein leicht handhabbares Material ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 gekennzeichnet.

Mittels der speziellen Anordnung der Schaufeln im Dünnschiohttrockner und der Anordnung des Verbrennungsofens zwischen Dünnschichttrockner und Pelletierer wird eine erheblich stärkere Verminderung des Volumens der behandelten radioaktiven Abfälle ermöglicht, bevor die Pulverasche zu leicht handhabbaren PeI-lets verarbeitet wird.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Behandeln von brennbaren radioaktiven Abfällen; F i g. 2 eine Schnittansicht eines Dünnschichttrockners, der in der Vorrichtung nach F i g. 1 verwendet wird; und

F ig. 3 eine Schnitlansicht IU-III nach F i g. 2.
Nach F i g. 1 werden radioaktive Abfälle wie körniges Ionenaustauscherharz 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 Abfälle zn 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 F i g. 2 und 3 gezeigt. Nach F i g. 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 Heizwand 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 l^ger 16 drehbar gelagert ist. Nach F i g. 3 umfaßt die Welle 14 mehrere Haltearme 17, deren jeder mit der Welle 14 verbunden ist und sich radial erstreckt Die Haltearme 17 haltern Ringe 18. Zwischen den Ringen 18 sind Schaufeln 19 angeordnet, die mit den Ringen 18 durch Zapfen 20 schwenkbar verbunden sind und mit der Heizwand 8a des Gehäuses 8 in Kontakt gelangen, wenn die Welle 14 von einer Antriebseinheit, z. B. einem Motor 25, gedreht wird. Über dem obersten Haltering 18 ist ein Verteiler 21 angeordnet, der Abfallstoffe aus dem Zufuhreinlaß 10 über die Heizwand 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 Abfälle, die vom Sammelbehälter 4 zugeführt werden, treten in den Dünnschichttrockner 6 am Zufuhreinlaß 10 ein. Sie werden vom Verteiler 21 gleichmäßig zur Heizwand 8a des Gehäuses, die auf eine Temperatur von mehr als 100⁰C, bevorzugt 120 bis 160⁰C, durch Dampf, der am Einlaß 12 eintritt und am Auslaß 13 austritt, erwärmt wird, verteilt. Die längs der Heizwand 8a abwärtsfließenden Abfälle werden von den Schaufeln 19, die durch die Umlaufbewegung der Welle 14 in Pfeilrichtung mit Fliehkraft beaufschlagt werden, an die Heizwand 8a gedrückt, so daß Dünnschichten gebildet werden. Die Dünnschichten nehmen Wärme von der Heizwand 8a auf, so daß die Abfälle 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 10 eintretende Menge Abfälle wird von der Förderpumpe 7 so eingestellt, daß das Pulver im wesentlichen getrocknet wird; bevorzugt ist die Pulvertemperatur am Auslaß 26 ca. 100 bis 130° C. Das Pulver im Auslaß 26 hat einen Feuchtegehalt von weniger als ca. 2—3% und eine mittlere Teilchengröße von ca. ΙΟμίτι. Das Thermometer 27 dient hauptsächlich zum Erfassen einer Unregelmäßigkeit der Einrichtung im Normalbetrieb.

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

Durch das Trocknen der Abfälle erzeugter Dampf steigt nach oben, und mit dem Dampf vermischte Tröpfchen werden vom Tropfenabscheider 22 abgeschieden, so daß in den Gasraum 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 31 zugeführt, wenn das Absperrorgan 30 geöffnet ist. Der Verbrennungsofen 32 umfaßt eine Pulverzufuhrdüse 33, eine Druckluftdüse 34, einen ersten b5 Brenner 35 und einen zweiten Brenner 36. Jeder Brenner 35,36 ist über Leitungen 39,40 mit Absperrorganen mi! einem Propangastank 37 und einem Luftbehälter 38 verbunden. Der Brenner 35 erzeugt Flammen im Verbrennungsofen 32. Das Pulver aus der Druckluftfördereinheit 31, das mit der fördernden Druckluft vermischt ist wird durch die Düse 33 in den Verbrennungsofen 32 geleitet. Der zweite Brenner 36 bildet einen sekundären 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 vom Staubabscheider 43 abgeschiedene Staub, der in der Hauptsache aus Asche besteht, wird durch ein Rohr 46, das ein Absperrorgan aufweist, einem auf einem Pelletierer 45 angeordneten Sammeltrichter 44 zugeführt Die den Staubabscheider 43 durchströmenden Verbrennungsgase werden mit einem hochwirksamen Teilchenfilter 47 weiter gefiltert, so daß der radioaktive Staub vollständig abgeschieden wird. Das gereinigte Verbrennungsgas wird mit einem Gebläse 48 durch einen Kamin 50 zur Atmosphäre abgeblasen.

Das Volumen der Abfälle, z. B. körnigen Ionenaustauscherharze, pulverförmigen Harze oder Cellulose, wird durch die Verbrennung im Verhältnis 1/200 bis 1/500 vermindert.

Die am Boden de-, Verbrennungsofens 32 befindliche Asche wird zusammen mit dem Staub aus dem Staubabscheider 43 im Sammeltrichter 44 gesammelt und dem Pelletierer 45 zugeführt, wo sie zu Pellets geformt wird, wobei aus einem Behälter 49 Bindemittel zugeführt wird.

Das Reduktionsverhältnis zwischen Pellets und Asche ist 1/2.

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

Mit der angegebenen Vorrichtung zur Behandlung von radioaktivem Abfall ist das Volumenverminderungsverhältnis sehr hoch, d. h. im Fall körniger Harze werden die Abfallstoffe auf ca. Vj₀ ihres Volumens reduziert; im Fall von pulverförmigen Harzen ergibt sich eine Volumenminderung auf ca. '/_Mio und im Fall von Filterschlamm eine Volumenminderung auf ca. 'Λοικι-Mit der beschriebenen Vorrichtung lassen sich die Abfälle kontinuierlich in einfacher Weise behandeln. Verschiedene Arten von Abfällen können in jedem möglichen Verhältnis vermischt und gleichzeitig in derselben Einrichtung behandelt und als Pellets lange in stabilem Zustand aufbewahrt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Behandeln brennbarer radioaktiver Abfälle, die in feuchter und unlöslicher Form vorliegen, mit einem Dünnschichttrockner und einem Pelletierer, wobei das Gehäuse des Dünnschichttrockners als Heizwand ausgebildet ist, im Gehäuse eine Welle drehbar gelagert ist, an der der Gehäuseinrienwand gegenüberstehende Schaufeln an sich von der Welle radial erstreckenden Haltearmen angeordnet sind, und im oberen Teil des Gehäuses ein Verteiler für die zugeführten Abfälle eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Haltearmen (17) des Dünnschichttrocknen (6) Ringe (18) gehaltert sind, an denen die Schaufeln (19) schwenkbar sind, daß zwischen Dünnschichttrockner (6) und Pelletierer (45) ein Verbrennungsofen (32) angeordnet ist, der eine Pulverzuführdüse (33), eine Druckluftdüse (34) und wenigstens einen Brenner (35) aufweist, daß die Pulverzuführdüse (33) über eine Druckluftfördereinheit (31) mit dem Auslaß (26) des Dinnschichttrockners (6) verbunden ist, und daß der die Pulverasche aufnehmende Boden des Verbrennungsofens (32) mit dem Pelletierer (45) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Veraschungsofen (32) ein Staubabscheider (43) verbunden ist, der über ein Rohr (46) für den abgeschiedenen Staub zu dem Pelletierer (45) führt.