DE2819059A1

DE2819059A1 - Ofen zur veraschung nuklearer spalt- und brutstoffabfaelle, insbesondere plutonium- und uranhaltiger organischer abfaelle

Info

Publication number: DE2819059A1
Application number: DE19782819059
Authority: DE
Inventors: Eduard Ing Grad Bregulla; Alfred Dipl Ing Chrubasik; Horst Dipl Chem Dr Vietzke
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1978-04-29
Filing date: 1978-04-29
Publication date: 1979-11-15
Also published as: BR7902484A; JPS6243159B2; ES479956A1; FR2427667B1; IT1118596B; IT7967858A0; BE875879A; GB2022800A; DE2819059B2; FR2427667A1; GB2022800B; DE2819059C3; US4276834A; JPS557685A

Description

NUKEM GmbH
6450 Hanau 11

Ofen zur Veraschung nuklearer Spalt- und Brutstoffabfalle, insbesondere pultonium- und uranhaltiger organischer

Abfälle.

Die Erfindung betrifft einen beheizbaren Ofen zur Veraschung nuklearer Spalt- und/oder Brutstoffabfälle, insbesondere plutonium- und/oder uranhaltiger organischer Abfälle durch Pyrohydrolyse mit Wasserdampf oder Verbrennen mit Luftsauerstoff in sicherer Geometrie.

Ee sind eine Reihe von Pyrohydrolyse- und Verbrennungsofen bekannt geworden. Sie werden fast ausschliesslich für die konventionelle Verbrennung von Hausmüll eingesetzt. Für die Veraschung von plutonium- oder uranhaltigen organischen Abfällen ist es jedoch aus Kritikalitätsgründen erforderlich, nuklearsichere Geometrien einzuhalten. Die oben erwähnten konventionellen Öfen einfach auf sichere Geometrie zu verkleinern, erweist sich aber im wesentlichen aus folgenden Gründen als schwierig.

1. In der engen Geometrie funktionieren Guttransport und Verbrennung nicht mehr, so dass ein verkleinerter Ofen störanfällig wird.

2. Die erreichbaren Durchsätze sind für den industriellen Betrieb zu gering.

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3. In die Poren der Keramikauskleidungen dringt Kernbrennstoff ein und erhöht das nukleare Kritikalitätsrisiko.

So ist beispielsweise für die pyrohydrolytische Veraschung organischer Abfälle ein kontinuierlich zu betreibender Schalendurchstossofen vorgeschlagen worden (P 26 41 264.6). Die Ausführung dieses Ofens in kritisch sicherer Schichtdicke ist zwar gut machbar, jedoch liegen die erreichbaren Durchsätze dann sehr niedrig (ca. 3 kg Abfall/Stunde). Im geplanten Deutschen Nuklearen Entsorgungszentrum werden aber allein aus der Plutoniumverarbeitung 1000 - 2000 1117a an kontaminierten organischen Abfällen anfallen, was einer geforderten Anlagenleistung von etwa 35 kg/h entspricht.

Es war daher Aufgabe dieser Erfindung, ein Ofenkonzept zu entwerfen, das die Veraschung nuklearer Spalt- und Brutstoffabfälle, insbesondere plutonium- und/oder uranhaltiger organischer Abfälle in sicherer Geometrie und industriellem Maßstab sowie sicherer Betriebsweise gestattet. Der Ofen sollte vorwiegend für die endotherme Pyrohydrolyse geeignet sein, prinzipiell aber ebenso für eine Verbrennung oder Pyrolyse eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss durch die Verwendung eines Ofens gelöst, der gekennzeichnet ist durch einen feststehenden, nach unten trichterförmig zulaufenden, zylinderöfrmigen Aussenmantel, einen drehbaren, ebenfalls nach unten trichterförmig zulaufenden Innenzylinder, dessen Durchmesser so bemessen ist, dass der Abstand zwischem dem Aussenmaritel und dem Innenzylinder eine sichere Schichtdicke gewährleistet, und Schabemessern, die auf der Innenfläche des Aussenmantels und der Aussenfläche des Innenzylinders angebracht sind.

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Der Innenzylinder ist vorzugsweise austauschbar angebracht, so dass je nach der geraäss dem zu verarbeitenden Abfall erforderlichen sicheren Schichtdicke der entsprechende Innenzylinderdurchmesser zur Amiendung kommen kann.

Um bei höheren Plutoniumkonzentrationen eine Neutronenwechselwirkung zu vermeiden, kann der Innenzylinder mit Neutronenabsorbermaterial (z.B. B.C) ausgekleidet werden. Ausserdem können als Konstruktionsmaterial des Ofens zumindest teilweise neutronenabsorbierende Werkstoffe verwendet werden. Dieses Ofenkonzept lässt grosse Variationen in der Schichtdicke zu. Je nach vorgesehenem Einsatzmaterial kann eine Schichtdicke von 3,5 bis 15 cm eingestellt werden, wenn man den Innenzylinder entsprechend verändert. Damit ist der Ofen sowohl für hohe Anreicherungsgrade an U-235 oder U-233 als auch für hohe Plutoniumkonzentrationen geeignet.

Die Abbildung zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Ofens.

Er besteht aus einem feststehenden, nach unten trichterförmig sich verjüngenden, zylindrischen Aussenmantel (k), in dem sich eine Heizung (3) befinden kann. Zentrisch zu diesem Aussenmantel (h) ist ein drehbarer, ebenfalls nach unten trichterförmig sich verjüngender Innenzylinder (5) angebracht, der am Kopf beispielsweise durch eine Tauchdichtung (2) gehalten wird. Dieser Innenzylinder (5) ist vorzugsweise doppelwandig ausgeführt und mit einem Neutronenabsorptionsmaterial (6) gefüllt. An dem drehbaren Innenzylinder (5) und dem feststehenden Aussenmantel (h) sind Schaber (7) angebracht, die beide Innenwände des Reaktionsraumes lückenlos abschaben, wenn sich der Innenzylinder (5) dreht. Damit

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wird gleichzeitig das beispielsweise über eine Schnecke (l) eingetragene Gut über den gesamten Ringspalt verteilt und nach dem Verspröden (Carbonisieren, Veraschen) zerkleinert. Bevor sich der Ofenraum trichterförmig zum sicheren Zylinderdurchmesser verjüngt, ist ein Ofenrost (8) ringförmig vorgesehen, unter dem die Reaktionsgase eingeführt werden. Für die Pyrohydrolyse ist dies überhitzter Wasserdampf, für die Verbrennung kann es aber auch Wasserdampf mit Sauerstoff oder Luft sein. Für die endotherme Pyrohydrolyse ist es vorteilhaft, den Reaktionsraum zu beheizen, damit die überhitzte Wasserdampfmenge nicht zu gross gewählt werden muss. Die erzeugte radioaktive Asche wird über den Sammelstutzen (9) in kritisch sicherem Zylinderdurchraesser entweder kontinuierlich oder absatzweise mittels einer Schleuse ausgetragen.

Folgendes Beispiel soll die Erfindung näher erläutern:

Für die pyrohydrolytische Veraschung von plutoniurahaltigen organischen Abfällen mit einem Pu-Gehalt 120 g/m (=0,6 g Pu/kg Abfall) und einer Zusammensetzung von

PVC = 50 $£

Gummi = 20 %

Zellstoff = 15 %

andere Kunststoffe = 15 %

Dichte = 200 kg/ra⁵

wurde ein erfindungsgemässer Ringspaltofen nach Abbildung für einen Durchsatz von 17,5 kg Abfall pro Stunde ausgelegt. Die Strömungsgeschwindigkeit wurde auf 0,2 m/sec begrenzt, um Staubaustrag zu verhindern. Zur völligen Vergasung der organischen Anteile mit Wasserdampf bei 800 bis 1000°C wurde eine maximale Verweil-

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zeit von 4 Stunden angenommen. Wie die Versuchsserie zeigt, liegt der Pu-Gehalt in der entstehenden Asche kleiner oder bei 1,2 fo. Für den maximalen Störfall wird angesetzt, dass der Pu-Gehalt in der Asche 10 fo nicht übersteigt. Unter diesen Bedingungen hat der Ringspaltofen folgende Dimensionen:

lichte Weite des Aussenmantels = 1000 mm

Aussendurchmesser des Innenzylinders = 780 mra

Ringspalt = 110 mm

lichte Weite des Aschezylinders (lO) = 100 mm

Länge der Reaktionszone (D) = 1200 mm

Nach unten wird die Asche absatzweise (in Kannen) ausgeschleust. Ein Neutronenabsorber ist unter obigen Bedingungen nicht nötig, aus Störfallgrtinden ist eine Schicht aus Borcarbid-Pulver als Zwischenschicht angeordnet, die hier durch die Doppelwand auf 80 bis 90 mm begrenzt wird.

Durch vergrösserte Durchmesser von Aussenmantel und Innenzylinder kann ein Durchsatz auch von über 35 kg/h erreicht werden.

Prankfurt/Main, 26.4.1978
Dr.Br.-Bi

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e e r s e ite

Claims

78131 KN

NUKEM GmbH
6450 Hanau 11

Ofen zur Veraschung nuklearer Spalt- und Brutstoffabfalle, insbesondere plutonium- und uranhaltiger organischer

Abfälle.

PATENTANS PRÜCHE

Ofen zur Veraschung nuklearer Spalt- und/oder Brutstoffabfälle, insbesondere plutonium- und/oder uranhaltiger organischer Abfälle durch Pyrohydrolyse mit Wasserdampf oder Verbrennen mit Luftsauerstoff in sicherer Geometrie, gekennzeichnet durch einen feststehenden, nach unten trichterförmig zulaufenden, zylinderförmigen Aussenmantel (4), einen drehbaren, ebenfalls nach unten trichterförmig zulaufenden Innenzylinder (5), dessen Durchmesser so bemessen ist, dass der Abstand zwischen dem Aussenmantel (4) und dem Innenzylinder (5) eine sichere Schichtdicke gewährleistet, und Schabemessern (7), die auf der Innenfläche des Aussenmantels (4) und der Aussenflache des Innenzylinders (5) angebracht sind.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzylinder (5) austauschbar ist.

3. Ofen nach, den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzylinder (5) doppelwandig ausgeführt und mit einem Neutronenabsorbermaterial (6) gefüllt ist.

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*i. Ofen nach den Ansprüchen 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest teilweise aus neutronenabsorbierenden
Materialien besteht.

5. Ofen nach den Ansprüchen 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenmantel mit einer Heizung (3) versehen ist.

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