액체 방사성 폐기물의 증발건조 처리장치{Treatment equipment of radioactive liquid wastes}

본 발명은 원자력발전소의 액체 방사성 폐기물 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐액증발과 잔류물의 건조를 위한 컴팩트한 설계로 이동식 처리장치로서 적합하고 처리성능의 향상과 안정적 운전, 수명연장, 유지보수의 간편성과 방사선 노출을 최소화시킬 수 있는 액체방사성 폐기물의 증발건조 처리장치에 관한 것이다.

통상적으로, 원자력발전소에서 액체방사성 폐기물 처리계통은 폐액증발기와 농축폐액건조기 또는 역삼투 패키지와 농축폐액 처리설비로 구성되어 있다. 농축 폐액건조기는 폐액증발기에서 발생하는 농축폐액을 건조하여 처분이 용이하도록 하는 기능을 하며, 농축폐액처리 설비는 역삼투설비에서 발생하는 농축폐액을 고형화 공정에 적합하게 과립형태로 처리한다.

또한 일부 원전에서는 원전운영 중 발생하는 특수폐액을 처리하기 위해 별도의 보일러와 스팀자켓이 구비된 간이 증발기가 운영된 바 있다. 상기의 폐액증발기와 농축폐액건조기, 농축폐액처리 설비는 모두 발전소에서 공급되는 보조증기를 가열원으로 이용하고 있으며, 간이 증발기는 별도 구비된 보일러에서 공급되는 증기를 가열원으로 이용하여 폐액을 슬러리 또는 슬러지 상태로 고도로 농축시킨다.

그러나 상기의 증발 또는 건조장치들은 모두 스팀을 열원으로 이용하기 때문에 별도의 증기스팀 공급설비가 필요하며, 증발 및 건조가 이원화되어 있어 농축된 폐액의 저장과 이송시 고농축된 고형물이 탱크나 배관 내에서 고화되는 것을 막기 위한 별도의 보온장치가 필요하므로 설비의 구성이 복잡하고 이동식장치에 요구되는 컴팩트한 설계에 어려움이 있으며, 스팀이라는 매개체를 이용한 간접 열전달 방식에 따른 에너지 손실이 발생한다.

또한 강제순환식 증발기의 경우 증발기 내 농축액가열기(열교환기)를 통해 순환하면서 열교환기 튜브와 증발용기 내부에 스케일이 형성되어 열전달을 저해하므로 주기적 화학세정과 부식관리 등 유지보수에 어려움이 많다.

또한 최근에 많이 사용되고 있는 기계식 증기재압축(MVR) 기술을 이용한 감압 증발기의 경우에는 감압에 의한 저온 증발방식을 이용하고 별도의 증기나 냉각수가 필요 없으며 MVR 운전에 필요한 전기 공급만으로 운전되므로 경제적이고 컴팩트한 설계가 가능하지만, MVR의 관리 및 유지보수에 상대적으로 많은 비용이 소요되고 최종 잔류물을 슬러지 형태나 고형물로 건조할 수 없어서 안정적인 저장 또는 처분을 위해서는 별도의 건조가 필요하다는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 폐액의 증발과 잔류물의 건조를 위한 컴팩트한 설계가 가능하여 이동식 처리장치로의 제작이 용이하고 운전 중 용기내부의 스케일 제거와 잔류물 건조 후 잔류물을 완전히 배출할 수 있으면서 안전기능의 향상과 유지보수가 용이한 액체 방사성 폐기물의 증발건조 처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 원자력발전소에서 발생되는 액체 방사성 폐기물을 처리하기 위한 처리장치에 있어서, 상기 처리설비는 지지 프레임에 설치된 격납 프레임 내에 장착되는 밴드히터를 구비한 증발건조기와, 상기 증발건조기에 연결되는 습분 분리기와 폐액공급수조, 상기 습분 분리기와 폐액공급수조가 각각 연결되는 재생열교환기, 상기 재생열교환기가 증기/포화수 배출배관을 매개로 연결되는 공냉식 냉각기를 구비한 응축기, 상기 응축기에 연결되는 응축수 진공탱크 및, 상기 응축수 진공탱크에 연결되면서 재생열교환기와 습분 분리기에 세정수 공급배관을 매개로 연결되는 응축수 저장수조로 이루어져 있다.

이러한 본 발명에 따른 액체 방사성 폐기물의 증발건조 처리장치는 액체 방사성 폐기물의 증발과 건조가 전기식 밴드히터로 둘러싸인 단일용기의 증발건조기 내에서 이루어지므로 별도의 증기공급장치와 고도 농축액의 저장과 이송에 필요한 부대장치 및 건조장치가 필요하지 않아 컴팩트한 설계가 가능하므로 이동식 처리장치로서 적합하다.

또한, 재생열교환기를 통해 배출되는 증기의 잠열을 회수할 수 있으므로 20 ~ 30%의 에너지 이용률과 처리성능이 향상된다.

또한 밴드히터를 다단계로 설치하여 수위에 따라 On/Off 되도록 하여 히터의 과열을 방지하고, 전압조절기에 의해 히터의 온도를 일정하게 유지하며 서지 및 돌입전류를 방지함으로써 장치의 안정적 운전과 히터의 수명연장이 가능하다.

또한 교반기 모터의 속도와 힘, 회전방향 조절과 측정이 가능하므로 증발건조운전 중 폐액의 고도농축 등 물성변화에 대한 감지와 대응이 용이하다.

또한 증발용기 상부 리프팅 공기실린더를 구비함으로써 증발용기 상부와 교반기 및 내장품(수위 및 온도센서)의 유지보수가 용이하다.

또한 교반장치에 증발건조용기 내부 스크래핑 기능을 추가함으로써 용기 내벽과 바닥의 스케일 형성을 방지하여 열전달 효율과 처리성능 향상이 가능하며, 방사성폐액을 처리하는 경우 장치의 운전과 정비시 종사자의 방사선 노출을 최소화시킬 수 있다.

또한 교반장치에 비고정식 스크래퍼를 구비함으로써 용기 내벽과 스크래퍼 사이의 간격이 전체 원주방향을 따라 일정하지 않아도 스크래핑 기능이 유지되는 장점이 있으며, 증발건조용기의 정밀가공에 소요되는 제작비를 절감하는 효과도 있다.

또한 교반장치 구동축 하부만으로 교반장치를 고정하고 힘을 전달하도록 하여 중심부에 수위감지기와 온도감지기기 설치될 수 있는 공간을 확보함으로써 증발건조운전에 중요한 변수인 내부 온도와 수위를 정확하게 측정/제어/감시하여 장치의 안정적 운전을 도모할 수 있다.

또한, 돌비 발생시 농축수 토출 차단장치를 구비함으로써 증발운전 중 발생할 수 있는 돌비현상에 의한 증기 및 응축수 라인의 오염을 방지할 수 있어서 오염시 정화에 상당한 시간이 소요되는 점을 감안하면 장치의 안정적 운영과 처리수(응축수)의 수질향상에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액체 방사성 폐기물의 증발건조 처리장치를 보여주는 전체 구성도,
도 2는 본 발명의 요부인 증발건조기의 내부 평단면도,
도 3은 본 발명의 요부인 증발건조의 측단면도,
도 4는 도 1의 부분 확대 단면도,
도 5는 도 4의 유체 안내관 사시도,
도 6은 도 4에서 차단 디스크들의 분리 평면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 액체방사성 폐기물의 증발건조 처리장치를 보여주는 전체 구성도이다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 원자력발전소에서 발생되는 액체방사성 폐기물을 처리하기 위한 처리장치에 있어서, 상기 처리설비는 지지프레임(1)에 설치된 격납프레임(2) 내에 장착되는 밴드히터(10a,10b,10c,10d)를 구비한 증발건조기(10)와, 상기 증발건조기(10)에 연결되는 밴드히터(20a)를 갖춘 습분 분리기(20)와 폐액공급수조(30), 상기 습분 분리기(20)와 폐액공급수조(30)에 각각 연결되는 재생열교환기(40), 상기 재생열교환기(40)가 증기/포화수 배출배관(50)을 매개로 연결되는 공냉식 냉각기(60)를 구비한 응축기(70), 상기 응축기(70)에 연결되는 응축수 진공탱크(80) 및, 상기 응축수 진공탱크(80)에 연결되면서 재생열교환기(40)와 습분 분리기(20)에 세정수 공급배관(90)을 매개로 연결되는 응축수 저장수조(100)로 이루어져 있다.

여기서 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상기 증발건조기(10)는 폐액 공급수조(30)에서 공급되는 액체방사성 폐기물의 증발과 건조가 전기식 밴드히터(10a ~ 10d)들에 의해 이루어지는데, 상기 증발건조기(10)는 상중하부 밴드히터(10a,10b,10c)들과 바닥 밴드히터(10d)로 둘러싸여 있다.

이에 따라 상기 증발건조기(10)는 폐액의 증발과 잔류물의 건조를 위한 컴팩트한 설계가 가능하며, 상기 재생열교환기(40)를 적용함으로써 배출되는 증기로부터 열에너지를 회수하여 증발건조기(10)로 유입되는 폐액의 온도를 끊는점 가까이 상승시킬 수 있도록 되어 있다.

또한 상기 밴드히터(10a ~ 10d)들을 증발건조기(10)의 상중하부 및 바닥에 다단으로 설치하여 폐액의 수위가 낮아지면 상부 밴드히터(10a)로부터 점차 오프(Off)되고, 공지의 전압조절기를 채용하여 서지(Surge)나 돌입전류를 방지하고 미세한 전압조절을 통해 각 밴드히터의 설정온도가 일정하게 유지되도록 관리할 수 있다.

상기 증발건조기(10)의 교반기(11)는 교반기 모터(12)와, 이 교반기 모터(12)에 연결되어 회전하는 회전축(13), 증발건조기의 내벽 스크래퍼(14), 바닥 스크래퍼(15) 및, 회전축 하부 고정뭉치(16)로 이루어져 있기에 상기 교반기 모터(12)의 속도와 힘의 조절과 측정이 가능하도록 되어 있다.

따라서 상기 증기건조기(10) 운전 중 폐액의 고동농축 등 물성변화에 대응할 수 있도록 교반기(11)는 고속/저속과 정회전/역회전이 가능하도록 작용하게 된다.

또한 상기 증발건조기(10)의 상부쪽으로 증발용기 상부리프팅 공기실린더(17)를 구비하여 상기 증발건조기(10)의 상부와 교반기(11), 수위감지기(18) 및 온도감지기(19)의 유지부수가 용이하도록 되어 있다.

한편, 본 발명에 따른 증발건조기(10)의 교반기(11)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 상기 교반기(11)의 측면과 하부에 내부 유체 또는 고형물의 부하에 대응하여 회전축(13)에 의해 움직일 수 있는 내벽 스크래퍼(14)와 바닥 스크래퍼(15)를 구비함에 따라 증발건조기(10)의 내벽과 바닥에 부착되는 고형물을 주기적으로 제거하여 용기 내부의 스케일 형성으로 인한 열전달 효율의 저하를 방지하고 배출밸브(111)를 갖춘 최종 잔류물 배출구(110)를 통해 최종 잔류물의 배출을 원활하게 이루어지도록 구성되어 있다.

또한 상기 교반기(11)의 회전축(13)에 연결되는 회전축 하부 고정뭉치(16) 만으로 교반기(11)를 고정하고 힘을 전달함에 따라 증발건조기(10)의 중심부에 수위감지기(18)와 온도감지기(19)의 설치공간을 확보할 수가 있도록 되어 있다.

상기 증발건조기(10)에서 액체방사성 폐기물을 증발건조하는 운전중 내부의 과열된 농축물이 급팽창하여 증기 배출배관(121)으로 토출되는 돌비현상 발생시 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 차단디스크(122)가 팽창압력에 의해 밀려 올라가서 차단디스크 안착판(123)에 안착되어 상기 증기배출배관(120)의 통로를 차단하여 농축물의 토출을 차단하도록 되어 있다.

이와 같은 증발건조기(10)의 과열 농축물 차단장치(120)는 차단디스크(122)와 차단디스크 안내봉(127), 차단디스크 안착판(123), 차단디스크 안내관(124), 차단디스크 스토퍼(125) 및, 유체 안내관(126)으로 구성되어 있다.

그리고 도면 중 미설명 부호 130a ~ 130c는 펌프, 140은 감압밸브이다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 액체방사성 폐기물의 증발건조 처리장치는 원자력발전소에서 액체폐기물을 처리할 때 증발과 건조가 전기식 밴드히터(10a ~ 10d)들이 둘러싼 단일용기인 증발건조기(10) 내에서 폐액의 증발과 잔류물의 건조가 이루어지는 컴팩트한 설계가 가능하여 이동식 처리장치로 제작할 수 있으며, 교반기(11)에 의해 운전 중 용기내부의 스케일 방지와 제거가 가능하면서 건조 후 잔류물의 일정한 배출이 가능하도록 되어 있다.

또한 증발건조기(10)에서 증발건조 운전 중 과열된 농축물이 급팽창하여 증기배출배관(121)으로 배출되는 돌비현상 발생시 농축물의 배출을 차단하는 차단 디스크(122)가 설치되어 응축수 라인의 오염방지와 처리성능 및 안전기능의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상기 증발건조기(10)의 상부에 설치되는 리프팅 공기실린더(17)에 의한 증발건조기(10)의 리프팅이 가능하여 유지보수가 용이한 구조를 가지고 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 일예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 반드시 여기에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 기술적 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능하다.

1 : 지지프레임, 2 : 격납 프레임,
10 : 증발건조기, 10a~10d : 밴드히터,
11 : 교반기, 12 : 모터,
13 : 회전축, 14 : 내벽 스크래퍼,
15 : 바닥 스크래퍼, 16 : 회전축 하부 고정뭉치,
17 : 리프팅 공기실린더, 18 : 수위감지기,
19 : 온도감지기, 20 : 습분 분리기,
20 : 폐액 공급수조, 40 : 재생열교환기,
50 : 증기/포화수 배출배관, 60 : 공냉식 냉각기,
70 : 응축기, 80 : 응축수 진공탱크,
90 : 세정수 공급배관, 100 : 응축수 저장수조,
110 : 최종 잔류물 배출구, 120 : 과열 농축열 차단장치,
121 : 증기배출배관, 122 : 차단 디스크,
123 : 차단 디스크 안착판, 124 : 차단 디스크 안내관,
125 : 차단 디스크 스토퍼, 126 : 유체 안내관,
127 : 차단 디스크 안내봉.