DE1539939C - Verfahren und Vorrichtung zur Ver aschung und Verdampfung radioaktiver Abfalle - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und · eine Vorrichtung zur Veraschung und Verdampfung radioaktiver Abfälle.

Zur Lösung der im Zusammenhang mit radioaktiven Abfällen aus Forschungszentren oder nuklearen Anlagen auftretenden Probleme wird eine ganze Reihe von Verfahren und Vorrichtungen benützt.

Bei kontaminierten Abwässern eignet sich im allgemeinen für große Volumina schwach radioaktiver Lösungen eine Behandlung durch chemische Ausflockung. Physikochemische Verfahren wie Absorption und Ionenaustausch sind insbesondere bei Flüssigkeiten mit verhältnismäßig geringem Inaktivsalzgehalt angezeigt.

Schwach kontaminierte Abfallstoffe, wie Abfälle aus Krankenhäusern, kleinen Laboratorien oder Waschanlagen für radioaktive Wäschestücke, können auf biologischem Wpge gereihigt werden. Die Dekontaminierung erfolgt hier durch Adsorption der Radionuklide an bestimmten Algen oder Mikroorga- ao nismen.

JFalls ein sehr hoher Dekontaminnationsfaktor erforderlich ist und wenn beispielsweise die Möglichkeit besteht, die Abwässer in die Umgebung abzuleiten, wird das sehr wirksame, allerdings auch kostspielige Verdampfungsverfahren benutzt. Bei Feststoffabfällen ergibt sich darüber hinaus noch das Problem einer Volumenreduzierung, die im Interesse einer weniger kostspieligen Einlagerung notwendig ist.

Zu diesem Zweck werden die Abfälle mechanisch gepreßt oder, falls sie brennbar sind, verascht. Aus der belgischen Patentschrift 664 466 ist eine Vorrichtung zur Veraschung radioaktiver fester Abfälle bekannt, bei der ein Brenner in eine Nachbrennkammer mündet. Durch die Veraschung werden insbesondere die radioaktiven Rückstände beseitigt, die durch Radiolyse und Pyrolyse bestimmter, in Kernreaktoren als Kühlmittel und/oder Moderator verwendeter organischer Flüssigkeiten entstehen, z. B. Terphenyle. Diese schweren Stoffe werden abgetrennt und führen eine vor allem durch aktivierte Korrosionsprodukte bedingte Radioaktivität mit sich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem gleichzeitig radioaktive Abfälle verschiedener Aggregatzustände behandelt werden können, wobei gleichzeitig eine Verringerung der insgesamt zuzuführenden Betriebsenergie erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die bei der Veraschung brennbarer radioaktiver Abfallstoffe unter Flüssigkeitsabschluß freigesetzte Wärme zur Verdampfung radioaktiver Abwasser , benutzt wird.

Ein solches Verfahren gestattet eine Investitionskosteneinsparung und erhöht die Sicherheit.

Dieses Verfahren eignet sich besonders gut für brennbare radioaktive Abfallstoffe, wie sie bei einem Kernreaktor mit organischen Kühl- oder Moderatorflüssigkeiten auftreten.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt einen Brenner, der in eine Nachverbrennungskammer mündet, welche direkt und/oder indirekt über einen Wärmetauscher mit einem unter Luftabschluß arbeitenden Verdampfer verbunden ist.

Die Brennertemperatur wird vorzugsweise um 1 K)O'' C und die Temperatur der Nachverbrennungskammer bei mindestens 900° C gewählt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den brennbaren radioaktiven Abfällen um Abfallstoffe, die bei der Reinigung der Kühl- und/oder Moderatorflüssigkeiten eines mit organischer Flüssigkeit moderierten und/oder gekühlten Reaktors anfallen. ■ '

Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen des die Erfindung" aufweisenden Verfahrens sind in den restlichen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Anwärmung erfolgt durch Verbrennung von Heizöl.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des die Erfindung aufweisenden Verfahrens beschrieben.

In der Zeichnung ist eine nach dem die Erfindung aufweisenden Verfahren arbeitende Anlage schematisch dargestellt:

Aus einem Behälter mit brennbaren radioaktiven Abfallstoffen 1 wird über Filter 4 und ein Heizelement 5 mit Hilfe einer Pumpe 2 ein Brenner 3 mit den flüssigen brennbaren radioaktiven Abfallstoffen gespeist.

Der Brenner 3 wird durch Verbrennen von Heizöl, welches mittels einer Pumpe 7 aus einem Tank 6 über Filter 8 und einem Heizelement 9 in den Brenner 3 eingespeist wird, vorgewärmt. Zur Verbrennung des Heizöls bzw. der brennbaren radioaktiven Abfallstoffe in dem Brenner 3 wird in diesen Brenner oben Primärluft 10 und unten Sekundärluft 11 eingeblasen, die von dem Gebläse 12 kommend über ein Heizelement 13 zugeleitet wird.

Der Brenner 3 mündet mit einem länglichen Rohr 14 in die Nachverbrennungskammer 15, die vorzugsweise bei einer Temperatur von 900° C arbeitet. Der Austritt der Nachverbrennungskammer 15 kann — über zwei Ventile 16 und 17 — entweder direkt über das Ventil 16 mit dem Verdampfer 18 für radioaktive Flüssigkeiten oder über das Ventil 17 mit dem Wärmetauscher 19 verbunden werden, in welchem die aus der Nachbrennkammer 15 zugeführten Verbrennungsgase einen Teil der von dem Gebläse 12 kommenden und in den Wärmetauscher 19 oben bei 20 einströmenden und unten bei 21 austretenden Luft aufheizen, die dann in dem Verdampfer 18 zum Erhitzen ,und Verdampfen der radioaktiven Flüssigkeiten dient.

Der durch das Ventil 17 hindurchtretende Heizgasstrom tritt aus dem Wärmetauscher 19 oben bei 22 aus und wird entweder auf einen oder mehrere Dampf reiniger 23 und/oder auf einen oder mehrere Gasreiniger 24 geleitet.

Die zu verdampfenden radioaktiven Flüssigkeiten werden durch den Zulauf 25 in den Verdampfer 18 eingespeist.

Das radioaktive Konzentrat verläßt den Verdampfer 18 über 26. Der aus dem Verdampfer 18 über 27 austretende Dampf tritt in das untere Ende 28 einer Raschigkolonne 29 ein, wobei er zunächst einen unterhalb der Raschigkolonne 29 angeordneten Zyklon 30 durchströmt. Um die mitgeführten Wassertröpfchen vom Dampf abzuscheiden, wird das Kondensat der Tröpfchen durch eine Rohrleitung 31 in den Verdampfer 18 zurückgeleitet. Der Dampf tritt oben aus der Raschigkolonne 29 aus und strömt oben bei 32 in einen durch einen Wasserkreislauf 34 gekühlten Kondensator 33 ein. Das aus dem Kondensator 33 unten austretende Kondensat tritt mit den nichtkondensierbaren Gasen bzw. Dämpfen in einen Separator 35 ein, aus welchem das Kondensat

Claims (1)

1. 3 4

   als Destillat über 36 abgezogen wird, während die empfiehlt es sich, die Verbrennungsgase auf best-

   nichtkondensierbaren Gase und Dämpfe dem Gas- mögliche Weise in die zu verdämpfende Flüssigkeit

   reiniger 24 zugeleitet werden. einzublasen. So können beispielsweise mit Löchern

   Darüber hinaus ist auch vorgesehen, die Wasch- versehene Rohrleitungen benutzt werden, um die

   wasser 37 in den oberen Teil der Raschigkolonnen 5 Blasenverdampfung über den ganzen Boden des

   29 einzuleiten. . Verdampfers auszudehnen.

   Das die Erfindung aufweisende Verfahren arbeitet Um eine Vorstellung von den aus dem die Erfin-

   wie folgt: dung aufweisenden Verfahren resultierenden Vor-

   Zunächst wird der Verdampfer 18 mit der zu teilen zu geben, seien folgende Einzelheiten aufverdampfenden Flüssigkeit gefüllt. Anschließend io geführt:

   wird der Verbrennungsprozeß mit Heizöl eingeleitet, _L Verfahren und Anlage gewährleisten einen aus-

   um den Brenner 3 auf über 1000° C und d^e Nach- gezeichneten Wirkungsgrad der Wärmeüber-

   verbrennungskammer auf über 800° C zu erhitzen * _Die Verbrennungsgase dringen in die

   Um eine Verschmutzung der zu verdampfenden _zu verdampfende Flüssigkeit bei einer Tempe-

   Flussigkeit zu verhindern werden die Verbrennung*- i_{5 ratur vQn} 4 _{m UQQ0} ^ _{dn und veriassen} £„

   gase des Heizöls durch den Wärmetauscher 19 Verdampfer mit ungefähr 90⁰C.

   geleitet, bevor sie gefiltert und über den Kamm . °

   abgeführt werden. Um ihre Temperatur zu erhöhen, 2. Mit dem Verfahren läßt sich ohne Schwierigwird die erhitzte Luft 21 in die zu verdampfende keit ein Dekontaminationsfaktor von 10⁴ erFlüssigkeit eingespritzt. Jetzt setzt die Verbrennung ao zielen.

   der brennbaren radioaktiven Abfallstoffe ein, und 3. _{Es tr}i_tt ^eine Kesselsteinablagerung ein; Vor-

   y zwar unter folgender Bedingung: aussetzung ist, daß das Konzentrat in noch

   Brennbare radioaktive Abfallstoffe: ziemlich flüssigem Zustand abgelassen und die

   Einengung in kleinem Endverdampfer mit

   Temperatur (am Eingang des ^ as Dünnschichtmetall beendet wird, mit welchem

   Brenners) 170° C _man gegebenenfalls bis zur Trockene eindamp-

   Durchsatz .... 5 kg/h _fen kann.

   Druck 12 kg/cm² „ „ . . . . _Jr . _n , . .

   4. Es wird eine einwandfreie Dekontamination der

   Luft: ' brennbaren radioaktiven Abfallstoffe erzielt.

   Temperatur 155° C Sämtliche in diesen Abfällen enthaltenen mine-

   Durchsatz 80 m³/h rauschen Stoffe, also der größte Teil der poten-

   Q_nJ₀Jj " Q 3 kejcm² ^^e^ kontaminationswirksamen Produkte, blei-

   ' ben im Konzentrat zurück.

   Wenn der Verbrennungsprozeß stabilisiert ist, 35 Beachtenswert ist vor allem auch die Wirtschaftstellt man den Gasstrom um und läßt ihn über lichkeit des Verfahrens, wobei sich insbesondere die den Verdampfer 18 strömen, d. h., man öffnet das doppelte Zielsetzung der Anlage vorteilhaft auswirkt. Ventil 16 und schließt dann das Ventil 17. Abfälle dienen zur Aufbereitung anderer Abfälle,

   Der Betrieb der Anlage ist dann normal. Die wobei die notwendige Energie zum größten Teil

   Verbrennungsgase der brennbaren radioaktiven Ab- 40 von einem Nebenprodukt geliefert wird, das beseitigt

   fallstoffe verdampfen direkt, ohne einen Wärme- werden muß.

   tauscher zu passieren. Die Flüssigkeit verdampft im , .

   ) Verdampfer 18. Sie werden im Zyklon 30 und in der Patentansprüche:

   Kolonne 29 gewaschen und gereinigt. Am Konden- 1. Verfahren zur Veraschung und Verdamp-

   satoraustritt wird das flüssige Destillat zur Kontrolle 45 fung radioaktiver Abfälle, dadurch gekenn-

   gelagert, die Gase werden vor Abführung gefiltert. zeichnet, daß die bei der Veraschung brenn-

   Nach Beendigung des Verdampfungsprozesses öffnet barer radioaktiver Abfallstoffe unter Flüssigkeits-

   man das Ventil 17 und schließt anschließend das abschluß freigesetzte Wärme zur Verdampfung

   Ventil 16 und leitet die Verbrennungsgase über den radioaktiver Abwässer benutzt wird.

   Wärmetauscher 19. Nach einigen Minuten wechselt 50 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch ge-

   man den Brennstoff, indem man bis zur Gesamt- kennzeichnet, daß die brennbaren radioaktiven

   spülung der Rohrleitungssysteme hinter dem Ver- Abfallstoffe bei der Reinigung der Kühl- und/

   dämpfer 18 die Zufuhr der brennbaren radioaktiven oder Moderatorflüssigkeiten eines mit organischer

   Abfallstoffe schließt und die Heizöleinspeisung Flüssigkeit moderierten und/oder gekühlten

   öffnet. 55 Kernreaktors anfallen.

   Anschließend ist die Apparatur erneut betriebs- " · 3. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 und 2, da-

   bereit. ' durch gekennzeichnet, daß die brennbaren radio-

   Mit der obigen Beschreibung des Verfahrens aktiven Abfallstoffe in einem Brenner bei einer und der Vorrichtung sind der Anwendungsbereich Temperatur von vorzugsweise 1100⁰C und in und die Ausführungsform der Erfindung nicht 60 einer Nachverbrennungskammer bei einer Beerschöpft: triebstemperatur von mindestens 900° C mit

   So kann in Fällen, wo dies billiger ist, an Stelle Hilfe von Luft verbrannt werden, die auf einer von handelsüblichem Heizöl Gas zur Einleitung des Temperatur von vorzugsweise 155° C erhitzt ist. Verbrennungsprozesses benutzt werden. Auf die 4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch geTeile 6, 7 und 8 kann dann verzichtet und die Vor- 65 kennzeichnet, daß die Verdampfung unter Luftrichtung etwas vereinfacht werden, so daß sich auch abschluß stattfindet, und zwar entweder direkt die Anlagekosten verringern. Im Hinblick auf einen durch die Verbrennungsgase der radioaktiven optimalen Wirkungsgrad bei der Wärmeübertragung AbfallstoiTe oder indirekt durch Heißluft, die in

   einem Wärmetauscher die Wärme der Verbrennungsgase aufnimmt.

   5. Vorrichtung zur Durchführung der Veraschung und Verdampfung radioaktiver Abfälle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brenner (3) in eine Nachverbrennungskammer (15) mündet, welche direkt und/oder indirekt über einen Wärmetauscher (19) mit einem unter Luftabschluß arbeitenden Verdampfer (18) verbunden ist. .

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen