DE2301225A1 - Verfahren zur katalytischen verbrennung von radiolysegasen und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur katalytischen Verbrennung von Radiolysegasen und Vorrichtung zur Durchfuhrung dieses Verfahrens Beim Betrieb von Kernkraftwerken fallen Abgase an, die zum Teil radioaktiv sind. Beim Betrieb von Siedewasserreaktoren beispielsweise, werden die folgenden drei Hauptgruppen von im Reaktor freigesetzten Gasarten unterschieden: Aktivierte Gase aus dem Kühlmittel, im wesentlichen bestehend aus verschiedenen Isotopen Sauerstoff, Stickstoff und Argon, Spaltgase aus dem Brennstoff, die sich aus verschiedenen Isotopen des Xenons und Kryptons zusammensetzen, sowie Radiolysegase Wasserstoff und Sauerstoff.
• Bei Direktkrei s-Siedewas serreaktoranlagen vermengen sich diese Reaktorabgase im Durbinenkondensator noch mit der Einbruchluft, die sich trotz sorgfältigster Abdichtung nicht ganz ausschließen läßt. Das gesamte im Eurbinenkondensator vorliegende nicht kondensierbare Gasgemisch setzt sich dann etwa wie folgt zusammen: Radiolysegase rd. 90 % (Vol.) Einbruchsluft rd. 10 /% Spalt- und akti- 0,001 % vierte Gase Für die Behandlung des Abgasgemisches dienen Verfahren, die aus der herkömmlichen Gasaufbereitungstechnik im Prinzip bekannt sind und entsprechend den nuklearen Bedingungen modifiziert wurden. Zur Behandlung, d. h. zur Volumenreduzierung der Radiolysegase Wasserstoff und Sauerstoff, auf die sich auch die Erfindung bezieht, erfolgt eine katalytische Verbrennung. Das Gasgemisch in der beschriebenen Zusammensetzung wird dabei aus dem Turbinenkondensator mit Dampfstrahlersätzen abgesaugt und mit dem Treibdampf vermengt, über Wasserabscheider und Vorwärmer dem-RekombinatorgefäR zugeführt. Dort erfolgt die Reaktion der Radiolysegase Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe eines üblicherweise als Schüttgut in den Rekombinator eingebrachten Katalysators auf Platinmetall-Basis.
• Die bei der exothermen Reaktion freiwerdene Wärme bewirkt eine starke Temperaturerhöhung, wobei i. a. Temperaturen von 4000C zugelassen wurden. Das nunmehr stark überhitzte Dampf-Gasgemisch gelangt jetzt in einen Kondensator mit Nachkühler, in welchem der Treibdampf und der aus den Radiolysegasen entstandene Wasserdampf auskondensiert und abgeleitet wird, so daß aus dem Nachkühler nur noch das inerte Gasgemisch, im wesentlichen bestehend aus Luft mit etwas anhängendem Wasserdampf, austritt. Dieses Gasgemisch wird der weiteren Aufbereitung zugeführt.
• Der im Rekombinator enthaltene Katalysator kann die Verbrennung nur bei trockenem Gasdurchsatz einleiten. Dadurch war es bisher notwendig, wie bereits oben erwähnt, dem Rekombinator Wasserabscheider und Vorwärmer vorzuschalten, um den im Gas enthaltenen Dampfanteil zu trocknen. Für den Anfahrbetrieb waren außerdeiti elektrische Heizstäbe in den Rekombinator einzubauen, welche den Katalysator partiell soweit aufwärmten, daß eine Zündung gewährleistet war.
• Die genannten Maßnahmen zur Trocknung des durch den Rekombinator geleiteten Dampf-Gas-Gemisches.und zur Aufheizung des Katalysators sind mit Kosten (Investitions- und Betriebskosten) und Betriebssicherheitsri siken verbunden.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Verbrennuiig der Radiol>ysegase so zu verbessern, daß zur Vorbereitung des katalytischen Verbrennungsprozesses keine Wasserabscheider, Vorwärmer und ggf. Heizstäbe mehr benötigt werden und dadurch die Kosten und Betriebssicherheitsrisiken gesenkt werden.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Verfahren in eine Anfahrphase und eine Betriebsphase getrennt wird, wobei in der Anfahrphase die Wärme des Rilfsstromes zum Vorwärmen des Katalysators und in der Betriebsphase die Verbrennungswärme zum Vorwärmen des einströmenden Gas-Dampf-Gemisches herangezogen wird.
• Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen lösung liegen in den geringen Kosten, der Anlage der erhöhten Betriebssicherheit und dem einfachen Aufbau der Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1 Prinzipschaltbild einer Anlage zur katalytischen Verbrennung nach dem herkömmlichen Verfahren, Fig. 2 Längs- und Querschnitt eines stehenden Rekombinator-Behälters mit einem zentral angeordneten Zuleitungsrohr, Fig. 3 2<gS- und Querschnitt eines stehenden Rekombinator-Behälters mit mehreren Frischgaskammern, Fig. 4 Längs- und Querschnitt eines liegenden Rekombinator-Behälters mit mehreren Frischgasksmmern.
• Wie aus Fig. 1 ersichtlich und wie bereits beschrieben, sind beim herkömmlichen Verfahren zur Trocknung des die Dampfstrahlerpumpen 13 verlassenden Dampfgasgemisches Wasserabscheider 1 und Vorwärmer 2 notwendig. Außerdem sind im Rekombinator 3 für den Anfahrbetrieb Heizstäbe einzubauen, welche den Eatalysator soweit aufwärmen, daß eine Zündung gewährleistet ist.
• Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann infolge der besonderen Strömungsführung des Dampf-Gasgemisches vorgeschaltete Wasserabscheider und Vorwärmer wie u. U. auch auf auf die Heizstäbe im Rekombinator verzichtet werden.
• Das Dampf-Gasgemisch wird hier direkt von den Dampfstrahlersätzen einem Rekonbinator, wie er beispielsweise in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt ist, zugeführt. Im Rekombinator durchströmt das Gemisch den Katalysator in Siihrungsrohren- oder -kammern, so daß zunächst kein Kontakt zwischen Gemisch und Katalysator zustandekommt. Nach dem Durchströmen des Katalysators in Führungsrohren oder -kammern durchströmt das Gemisch den Katalysator nochmals frei, wobei es nunmehr zur Berührung des Gemisches mit dem Katalysator kommt. Während des Anfahrbetriebes kommt eine Reaktion nicht in Gang, da der Katalysator durch den sich niederschlagenden Dampf feucht wird. Nachdem das Dampf-Gas-Gemisch den Katalysator jedoch eine bestimmte Zeit durchströnt hat, ist dieser soweit vorgewärmt, daß eine Zündung gewährleistet ist. Da während dieser Zeit keine Reaktion der Radiolysegase erfolgt, erfolgt diese Vorlzärmphase zweckmäßig mit reinem Treibdampf (bei geschlossenem Ventil zum Turbinenkondensator), da dieser im nachfolgenden Kondensator und Nachkühler vollständig niedergeschlagen werden kann. mach dieser Vorwärmphase werden durch offenen des Gurbinenkondensatorventils die aus dem Turbinenkondensator abgezogenen Gase zugeschaltet.
• Da der Katalysator bereits auf Fündtemperatur ist, wird eine Reaktion der Radiolysegase eingeleitet. Die bei dieser Reaktion freiwerdende Wärme wird nun ihrerseits dazu benutzt, daß die Führungsrohre oder -kammern durchströmende Dampf-Gas-Gemisch aufzuheizen und übernimmt somit die Funktion der Vorwärmer herkömmlicher Verfahren.
• Bei den in den Figuren 2, 3 und 4 beispielsweise dargestellten Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens wird im Rekombinator-Behälter 4 der Katalysator 5 in herkömmlicher Weise auf einem Stützrost 6 gelagert. Um das Dampf-Gas-Gemisch durch den Katalysator zu führen, sind im Behälter 4 ein zentrales Führungsrohr 7, welches mit Wärmeübertragungsrippen 8 versehen ist oder mehrere Führungsrohre oder -kammern 9 vorvorgesehen. -Oberhalb des Katalysators 5 befindet sich ein freier Raum 10 von dem aus das Gemisch den Katalysator frei durchströmen kann. Bei diesem Durchströmungsvorgang findet die Verbesserungsreaktion statt und das entstandene Gemisch wird durch die zentral im Behälter 4 angeordnete Öffnung 11 und die daran angesch1ossene leitung 12, durch die das Gemisch der weiteren Aufbereitung zugeführt wird.

Claims (4)

Patent ansprüche

1. Verfahren zur katalytischen Verbrennung von in einem Gas-Dampf-Gemisch befindlichen Radiolysegasen in einem Rekombinations-Gefäß, wobei das Gemisch eine Gas/Dampf-Komponente enthält, die ohne Verunreinigung durch eine separate leitung zugeführt wird (Hllfsstrom), d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Verfahren in eine Anfahrphase und eine Betriebsphase getrennt wird, wobei in der Anfahrphsae die Wärme des Hilfsstromes zum Vorwärmen des Katalysators und in der Betriebsphase die Verbrennungswärme zum Vorwärmen des einströmenden Gas-Dampf-Gemisches herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Vorwärmen des Katalysators und das Vorwärmen des Gas-Dampf-Gemisches durch mindestens einmaliges Durchleiten des Rilfsstromes bzw. des Gas-Dampf-Gemisches durch den Katalysator in mindestens einem Piihrungsrohr erfolgt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verhahrens aspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das Rekombinator-Gefäß (4) mindestens ein durch den Katalysator (5) führendes Einströmführungsrohr (7) besitzt, welches in einen oberhalb des Katalysators (5) liegenden freien Raum (10) mündet, der durch den Eatalysator (5) an Ausgangsstutzen (12) getrennt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Führungsrohre (7) mit Wärmeübertragungsrippen (8) versehen sind.