DE2513427A1

DE2513427A1 - Cleaning of active carbon filters - used nuclear power plant to prevent radio active loss by burning carbon and recovering radioactive ash

Info

Publication number: DE2513427A1
Application number: DE19752513427
Authority: DE
Inventors: Horst Schwarz; Horst Sitter
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1975-03-26
Filing date: 1975-03-26
Publication date: 1976-09-30
Also published as: DE2513427B2; JPS51119500A

Abstract

Purification of active carbon filter columns, partic. filters used in nuclear power plants, by burning the active carbon in the filter column and discharging the carbon as CO and CO2 via a waste gas chimney. More especially, the solid residues are collected in final storage vessels for radiation secure storage, while all the gaseous residues are transported by the combustion gases to such a height in the atmosphere that they are diluted to a non-dangerous concentration. The volume of radioactive material to be stored is reduced to about 5% of that the active carbon, representing a significant saving in space and cost of vessels for storing the active carbon as such as has normally been the case.

Description

Verfahren zur Reinigung von Filterkolonnen mit Aktivkohle.Process for cleaning filter columns with activated carbon.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Filterkolonnen mit Aktivkohle, insbesondere in Kernkraftwerken. Beim Betrieb von Kernkraftwerken fallen Abgase an, welche zum Teil radioaktiv sind. Diese radioaktiven Abgase werden in Filteranlagen ausgefiltert oder verzögert. Entsprechend der Eernkraftwerksgröße sowie den Behördenauflagen sind in den Filteranlagen 50 t bis 120 t Aktivkohle enthalten.The invention relates to a method for cleaning filter columns with activated carbon, especially in nuclear power plants. When operating nuclear power plants there are exhaust gases, some of which are radioactive. These are radioactive fumes filtered out or delayed in filter systems. According to the size of the power plant as well as the requirements of the authorities, the filter systems contain 50 t to 120 t of activated carbon.

Die für moderne Kraftwerke großer Leistung notwendigen Aktivkohlemengen können zwar im allgemeinen für die gesamte Lebensdauer des Kernkraftwerkes benutzt werden, spätestens beim endgültigen Abbau des Kernkraftwerkes ist jedoch eine Endlagerung erforderlich, die den Strahlenschutzbestimmungen genügt.The quantities of activated carbon required for modern high-output power plants can be used in general for the entire life of the nuclear power plant However, final disposal is at the latest when the nuclear power plant is finally dismantled required, which meets the radiation protection regulations.

Zu diesem Zweck müßte die mit strahlenden Anteilen angereicherte Kohle zum Beispiel in strahlungsgeschützter Form in Fässern verpackt und so zu einer Endlagerung, zum Beispiel in ein Salzbergwerk, transportiert werden. Der hierfür erforderliche Aufwand ist schon wegen der zu beseitigenden Mengen von einigen Hundert Kubikmetern beträchtlich. Er kann aber darüber hinaus noch deswegen besonders hoch ansteigen, wenn die Fässer bei großen Aktivitäten zudem noch mit einer strahlungsdichten Auskleidung versehen werden müssen, um sie nach den Strahlenschutzbestimmungen transportieren zu können.For this purpose the charcoal enriched with radiating parts would have to For example, packaged in a radiation-protected form in barrels and thus for final storage, for example to a salt mine. The required for this The amount of work to be removed is a few hundred cubic meters considerably. But it can also rise particularly high because if the barrels also have a radiation-proof lining during major activities must be provided in order to transport them according to the radiation protection regulations to be able to.

Grundsätzlich sind im Kernkraftwerksbetrieb zwei Arten der Aufbereitung von Feststoffen in Verwendung: a) gelöste radioaktive Feststoffe: Die in wässriger Lösung befindlichen radioaktiven Stoffe werden in einer Eindampfanlage konzentriert und fallen in weiterer Folge eines Eindickprozesses als Salze an, welche nach der sogenannten Infaß-Trockung als Feststoffe vorliegen.There are basically two types of processing in nuclear power plant operation of solids in use: a) Dissolved radioactive solids: Those in aqueous Radioactive substances in the solution are concentrated in an evaporation plant and fall in further consequence of a thickening process as salts, which are present as solids after the so-called Infaß drying.

b) ungelöste radioaktive Feststoffe: Die ungelösten Feststoffe in Staubform werden mit Wasser versetzt und kommen als Schlamm auf dafür vorgesehene Plattenfilter. Von diesen wird der Filterkuchen in fast fester Form abgelöst und in Fässer gefüllt, wobei noch ein weiterer Trocknungsprozess eine Volumensreduzierung herbeiführt. Die so in Fässer abgefüllten radioaktiven Stoffe sind Je nach Kernkraftwerkstyp (zum Beispiel Druckwasserreaktor oder Siedewasserreaktor) von höherer oder niederer radioaktiver Konzentration. Auf Grund von Transport- und Lagerungsbestimmungen werden hochaktive Fässer zur Verdünnung (sowie wegen anderer Vorteile) mit Bitumen versetzt. Die Endlagerung der Fässer geschieht 1n einem stillgelegten Salzbergwerk.b) Undissolved radioactive solids: The undissolved solids in Dust forms are mixed with water and come on as sludge provided for it Plate filter. The filter cake is detached from these in an almost solid form and Filled in barrels, with yet another drying process reducing the volume brings about. The radioactive substances filled into barrels are depending on the type of nuclear power plant (for example pressurized water reactor or boiling water reactor) of higher or lower radioactive concentration. Due to transport and storage regulations Highly active drums mixed with bitumen for dilution (as well as for other advantages). The final storage of the barrels takes place in a disused salt mine.

Im Gegensatz zur vorangegangenen Beschreibung der Beseitigung radioaktiver Feststoffe, in welcher relativ geringe Mengen radioaktiver Feststoffe auf längere Zeit gesammelt und abgefüllt werden, handelt es sich beim nachfolgenden Problem um die Beseitigung großer Mengen radioaktiv beladener Aktivkohle in relativ kurzer Zeit.In contrast to the previous description of the disposal of radioactive Solids, in which relatively small amounts of radioactive solids last longer Time collected and bottled, the problem below is to remove large amounts of radioactively loaded activated carbon in a relatively short time Time.

Die in der Abgasanlage des Kernkraftwerkes aufgestellte Aktivkohleanlage enthält (inklusive Voradsorber) Je nach Kernkraftwerksgröße 50 t bis 120 t Aktivkohle. Bei einem Schüttgewicht von 0,5 t/m³ ergibt sich ein zu bewältigendes Volumen von 100 bis 240 m3.The activated carbon system installed in the exhaust system of the nuclear power plant contains (including pre-adsorber) 50 t to 120 t of activated carbon, depending on the size of the nuclear power plant. A bulk weight of 0.5 t / m³ results in a volume of 100 to 240 m3.

Bei einer gleichmäßigen Verpackung mit dem Infaß-System würden bei einer üblichen Verwendung von 200 l-Fässern 500 bis 1200 Fässer zur Beseitigung des radioaktiven Mülls für ein Kernkraft benötigt. Noch dazu ergäben sich Probleme der Abfüllung und Staubentwicklung, der Explosionsgefahr durch Kohlestaub sowie der C^efahr einer radioaktiven Verseuchung der Umwelt.In the case of uniform packaging with the Infaß system, a common use of 200 l drums 500 to 1200 drums for disposal of the radioactive waste needed for a nuclear power plant. In addition, there would be problems the filling and dust generation, the risk of explosion from coal dust and the risk of radioactive contamination of the environment.

Gemäß der Erfindung wird das problem dagegen dadurch gelöst, daß die Aktivkohle in der FilSerkolonme verbrannt und der Kohlenstoff in Form von CO und C02 über einen Abgaskamin abgegeben wird.According to the invention, however, the problem is solved in that the Activated charcoal is burned in the FilSerkolonme and the carbon in the form of CO and C02 is emitted through an exhaust chimney.

Das neue Verfahren macht sich den Umstand zunutze, daß Aktivkohle unter Sauerstoffzufuhr versehbar und steuerbar verbrennt.The new process makes use of the fact that activated carbon burns in a predictable and controllable way under oxygen supply.

Eine dosierte Sauerstoff- oder Luftzufuhr führt zu einem langsamen Verglimmen der Aktivkohle, so daß die Temperaturen in ohne weiteres heherrschbaren Grenzen bleiben. Zurück bleiben Asche und radioaktive Feststoffe.A metered supply of oxygen or air leads to a slow one The activated charcoal fades away, so that the temperatures are easily manageable The limits remain. Ash and radioactive solids remain.

Mit der Verbrennung erhält man also eine Volumenreduzierung auf wenige Prozente (z.B. 5%) entsprechend dem Aschengehalt der Aktivkohle. Die von der Aktivkohle während des Betriebs angelagerten festen strahlenden Bestandteile sind demgegenüber, was das Gewicht angeht, vernachlässigbar. Das neue Verfahren führt zu einer Volumenreduzierung der abzufüllenden Feststoffe auf ca. 1/100.With the combustion you get a volume reduction to a few Percentages (e.g. 5%) according to the ash content of the activated carbon. The one from the activated carbon On the other hand, solid radiating components accumulated during operation are in terms of weight, negligible. The new process leads to a volume reduction of the solids to be filled to approx. 1/100.

Die durch Adsorption in Aktivkohle eingelagerten radioaktiven Edelgase können durch Spülgase sowie durch Temperaturerhöhung aus der Kohle desorbiert werden. Beim Verglimmen der Aktivkohle treten beide Faktoren ein, so daß gerechnet werden kann, daß die Edelgasaktivität durch das Rauchgas mitgenommen wird.The radioactive noble gases stored in activated carbon through adsorption can be desorbed from the coal by flushing gases and by increasing the temperature. When the activated charcoal dies, both factors come into play, so that the calculation is made can that the noble gas activity is carried along by the flue gas.

Bei dem Verglimmen entsteht je nach Luftüberschuß eine Rauchgasmenge von 5,5 bis 11 Nm3/kg Aktivkohle. Die Verbrennungsgase CO und C02 können dosiert über einen ohnehin vorhandenen Abgaskamin ins Freie gelassen werden. Die im Rauchgas enthaltenen radioaktiven Edelgase werden durch das Rauchgas in ihrer Konzentration verdünnt und ebenso wie die aktiven Aerosole bezüglich der radioaktiven Wirkung verringert.Depending on the excess air, a quantity of smoke gas arises when the smoldering from 5.5 to 11 Nm3 / kg activated carbon. The combustion gases CO and C02 can be dosed be released into the open via an already existing exhaust chimney. The one in the flue gas The radioactive noble gases contained are reduced in their concentration by the flue gas diluted and just like the active aerosols in terms of radioactive effect decreased.

Filteranlagen, die ähnlich dem Adsorptionsteil einer Abgasanlage gebaut sind, erfordern keine besonderen Zusatzeinrichtungen zur Aktivkohleverbrennung bzw. zum Verglimmen, denn die vorhandenen Aktivkohlekolonnen sowie deren Rohrverbindungen bieten halle Voraussetzungen. Man braucht also keine besonderen Transportmittel zur Umladung der Aktivkohle, vielmehr kann diese ohne weiteres in der Filterkolonne selbst entzündet werden.Filter systems built similar to the adsorption part of an exhaust system do not require any special additional equipment for activated charcoal combustion or to die out, because the existing activated carbon columns as well as their Pipe connections offer hall conditions. So you don't need any special ones Means of transport for reloading the activated carbon, rather this can easily be in the filter column itself can be ignited.

Die Verbrennungstemperatur kann durch ene Dosierung der Verbrennungsluft geregelt werden, wobei vorzugsweise Werte um 6000C nicht überschritten werden. Dabei kann man in der Regel mit normaler Luft auskommen. Es ist aber auch denkbar, daß man Je nach der gewünschten Temperatur mit Sauerstoff angereicherte oder abgereicherte Zuluft verwendet. Der Entzug von Sauerstoff kann am besten durch Stickstoffanreicherung der Trägerluft durchgeführt werden. Mithin ist das Verfahren in dieser Form auch für eine Beseitigung von Aktivkohle während der Lebensdauer des Kernkraftwerkes geeignet, weil durch Begrenzung der Temperatur bei der Verbrennung der Aktivkohle ein Ausglühen der Filterkolonnen verhindert werden kann, wenn die in der Anlage befindliche Filterkolonne mit einer neuen Aktivkohlefüllung weitergefahren werden soll. Die festen Rückstände, d.h. die Asche, kann man über Entleerungsöffnungen der Filterkolonne unmittelbar in Endlagerbehälter einfüllen.The combustion temperature can be adjusted by metering the combustion air are regulated, preferably not exceeding values around 6000C. Included you can usually get by with normal air. But it is also conceivable that one enriched or depleted with oxygen depending on the desired temperature Supply air used. The deprivation of oxygen can best be done through nitrogen enrichment the carrier air. So the procedure is in this form too for the removal of activated carbon during the lifetime of the nuclear power plant suitable because by limiting the temperature when burning the activated carbon The filter columns can be prevented from burning out if they are in the system The existing filter column can be continued with a new activated carbon filling target. The solid residues, i.e. the ash, can be removed through the emptying openings of the filter column directly into the final storage container.

Vorzugsweise kann die Restasche zum Beispiel beim Filtern der Abgasanlage durch Spülen der Kolonne mit Wasser ausgetragen werden. Auf diese Weise gelingt es, die personelle Strahlenbelastung auf ein Minimum herabzusenken. Die Rückstände in Verbindung mit dem Wasser bilden einen Schlamm, der durch die vorhandene Entwässerungsleitung in den Aktivsammeltank weitergeleitet wird.Preferably, the residual ash can, for example, when filtering the exhaust system be discharged by flushing the column with water. In this way it succeeds it is to reduce the personal radiation exposure to a minimum. The arrears in connection with the water form a sludge, which through the existing drainage pipe is forwarded to the active collection tank.

Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung der Erfindung, bei der die ausgespülten Rückstände einer zum Beispiel zum Kernkraftwerk gehörenden, also ohnehin vorhandenen Aufbereitungsanlage für radioaktive Stoffe in wässeriger Lösung und als Schlamm zugeführt werden.A development of the invention is particularly advantageous in which the rinsed out residues of a nuclear power plant, for example already existing processing plant for radioactive substances in aqueous solution and fed in as sludge.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beilieliegenden Zeichnung ein Ausft%rungsbe5.spiel beschrieben. In der Figur ist in einem Längsschnitt eine Filterkolonne dargestellt, die als Adsorptionsanlage eines Siedewasser-Kernreaktors eingesetzt ist. Die Anordnung der Adsorptionsanlage zur Abgasaufbereitung ist zum Beispiel in dem Buch "VGB Kernkraftwerks seminar" 1970 in dem Aufsatz Kerntechnische Hilfs- und Nebenanlagen" Seite 11, Abb. 15, dargestellt.For a more detailed explanation of the invention is based on the enclosed drawing an application example is described. In the figure is a longitudinal section Filter column shown as the adsorption system of a boiling water nuclear reactor is used. The arrangement of the adsorption system for exhaust gas treatment is for Example in the book "VGB nuclear power plant seminar" 1970 in the essay nuclear technology Auxiliary and ancillary systems "page 11, Fig. 15.

Die Filterkolonne hat als zylindrischen Behälter 1 eine Gesamtlänge von 18,6 m und einen Durchmesser von 1500 mm, ihre Wandstärke beträgt 16 mm. Als Material dient normaler Stahl (St 37). Oben und unten ist die Filterkolonne durch Korbböden 2 und 3 abgeschlossen. Der untere Korbboden ist an seinem Rand mit einer Schürze 5 versehen, mit der die Filterkolonne aufgestellt ist. An der Schürze 5 ist über Winkelbleche 6 ein Flansch 7 befestigt.As a cylindrical container 1, the filter column has a total length of 18.6 m and a diameter of 1500 mm, its wall thickness is 16 mm. as The material used is normal steel (St 37). The filter column is through at the top and bottom Basket bottoms 2 and 3 completed. The lower basket bottom is at its edge with a Apron 5 is provided with which the filter column is set up. On the apron 5 a flange 7 is attached via angle plates 6.

In der Filterkolonne 1 sind zwei Tragroste 10 und 11 eingeschweißt. Auf diesen ist während des Betriebes Aktivkohle aufgelagert. Die Tragroste sind durch Mannlöcher 14 und 15 zugänglich. Ein weiteres Mannloch 16 ist am oberen Korbboden 3 angeordnet. Unmittelbar oberhalb der Tragroste 10 und 11 sind zwei Stutzen 18 und 19 angeordnet, die mit Flansche 20 und 21 verschlossen sind. Während des Normalbetriebes kann das aufzubereitende Abgas durch einen Rohrstutzen 22 in die Filterkolonne 1 eingeleitet und am anderen Ende über einen Rohrstutzen 23 abgezogen werden.Two support grids 10 and 11 are welded into the filter column 1. Activated carbon is deposited on this during operation. The grids are Accessible through manholes 14 and 15. Another manhole 16 is in the upper basket floor 3 arranged. Immediately above the support grids 10 and 11 are two nozzles 18 and 19, which are closed with flanges 20 and 21. During normal operation the exhaust gas to be treated can enter the filter column 1 through a pipe socket 22 introduced and withdrawn at the other end via a pipe socket 23.

Nach dem Betrieb des Kernkraftwerkes wird die zu beseitigende Aktivkohle durch die Stutzen 18, 19 und 16 in Brand gesetzt.After the operation of the nuclear power plant, the activated carbon to be removed is used set on fire through nozzles 18, 19 and 16.

Für die Verbrennung von Aktivkohle dienen die beiden Rohrstutzen 22 und 23 zur Zuleitung, während eine Ableitung über eine an das Mannloch 15 angeschlossene Leitung vorgenommen wird. Auch die umgekehrte Strömungsrichtung ist möglich. Dabei wird durch die Dosierung der durch die Rohrstutzen 22 und 23 zugeführten Luft dafür gesorgt, daß die Aktivkohle mit geringer Wärmeentwicklung verglimmt. Die Tenmeratur kanne wenn notwendig, unterhalb von 6000 gehalten werden, so daß die Festigkeit des Stahls der Filterkolonne 1 nicht beeinträchtigt wird. Das Abbrennen der Aktivkohle kanz von beiden Tragrosten 10 und 11 aus gleichzeitig erfolgen. Man kann aber auch das Aktivkohlevolumen Jedes Tragrostes 10, 11 einzeln verbrennen.The two pipe sockets 22 are used for the combustion of activated carbon and 23 to the supply line, while a discharge line is connected to the manhole 15 via a Line is made. The reverse flow direction is also possible. Included This is achieved by metering the air supplied through the pipe socket 22 and 23 ensured that the activated carbon generated little heat fades away. The temperature can be kept below 6000 if necessary, so that the strength of the steel of the filter column 1 is not impaired. The burning down the activated carbon can take place from both support grids 10 and 11 at the same time. Man but can also burn the activated carbon volume of each support grate 10, 11 individually.

Nach dem Verbrennen kann man die Asche, die nur noch etwa 5 Volumenprozent der Uk-tivkohlemenge oder weniger ausmacht, in Fässern abfüllen, zum Beispiel huber das Mannloch 14. Der Rest wird durch eine Wasserspülung beseitigt. Hierzu kann die am Korbboden 2 vorgesehene Xondensatauslaßleitung 25 benutzt werden. Es ist aber auch möglich, das gesamte Aschevolumen in flüssiger Form abzutragen und der zur Kernreaktoranlage gehörenden Aufbereitungsanlage zuzuführen. Eine solche Aufbereitungsanlage ist ebenfalls in dem genannten Buch beschrieben (vergl. Seite 110).After burning you can see the ashes, which are only about 5 percent by volume the amount of uk-tivkohl amount or less, fill into barrels, for example huber the manhole 14. The rest is removed by flushing with water. The Xondensate outlet line 25 provided on the bottom of the basket 2 can be used. But it is also possible to remove the entire volume of ash in liquid form and the for To feed nuclear reactor plant belonging processing plant. Such a processing plant is also described in the mentioned book (see page 110).

Die bei der Verbrennung entstehenden Gase Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) können über den Abluftkamin des Kernkraftwerkes ausgetragen werden, wei' die mit den Verbrennungsgasen transportierten Aktivitäten durch die Verbrennungsgase so fein verteilt werden, daß keine schädliche Konzentration mehr vorliegt. Hier:2ilr kann die in der Abga3auBbereitung vorgesehene Leitung zum Abluftkamin benutzt werden, wobei es lediglich zweckmäßig seren kann, die im Zuge der Leitung für den Normalbetrieb vorgesehenen Vakuumpumpen fallweise durch eine vorhandene Umgehungsleitung außer Betrieb zu nehmen, um den Strömungswiderstand zu verringern und die Pumpen nicht zu beschädigen. Die vorhandenen Vakuumpumpen können zweckmäßig aber auch als "Saugzuggebläse" zur Absaugung der entstandenen Verbrennungsgase herangezogen werden. Die im Verlauf dieser Leitung eingezeichneten Feinstfilter können beibehalten werden, wenn sie den Temperaturen der Verbrennungsgase standhalten.The gases carbon monoxide (CO) and carbon dioxide produced during combustion (CO2) can be discharged via the exhaust chimney of the nuclear power plant, they know activities carried with the combustion gases by the combustion gases be distributed so finely that there is no longer a harmful concentration. Here: 2ilr the pipe to the exhaust chimney provided in the exhaust preparation can be used, whereby it can only be useful in the course of the line for normal operation provided vacuum pumps by an existing bypass line Put into operation in order to reduce the flow resistance and not the pumps to damage. The existing vacuum pumps can also be used as "induced draft fans" can be used to extract the resulting combustion gases. The one in the course The ultra-fine filters drawn in this line can be retained if they withstand the temperatures of the combustion gases.

Claims

1. Process for cleaning filter columns with active carbon, in particular in Kernkraf + works, characterized in that the activated carbon in the filter column burned and the carbon released in the form of CO and CO2 via an exhaust chimney will.

2. The method according to claim 1, characterized in that the solid Residues are introduced into final storage containers for radiation-safe storage, while all gaseous residues with the help of the incineration Gases are transported so high into the atmosphere that they are up to a harmless one Concentration are diluted.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Maximum temperature during combustion is kept at about 6000C.

4. The method according to claim 3, characterized in that the combustion temperature is regulated by the dosage of the combustion air.

5. The method according to claim 3, characterized in that the combustion temperature is regulated by adding nitrogen (N2).

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that solid residues directly into the filter column via the emptying openings Final storage containers are filled.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that that solid residues with a rinsing liquid, especially water, from the filter column be rinsed out.

8. The method according to claim 7, characterized in that the rinsed Residues from a processing plant for radioactive substances belonging to the nuclear power plant Substances are supplied in aqueous solution or as sludge.