DE2513427C3 - Verfahren zur Reinigung einer Filterkolonne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung einer Filterkolonne, die mit radioaktive Bestandteile enthaltender Aktivkohle gefüllt ist. Wie in der Zeitschrift »Kerntechnik«, 13. Jahrgang, Nr. 5, 1971, Seiten 214-219 beschrieben ist, fallen beim Betrieb von Kernkraftwerken Abgase an, welche zum Teil radioaktiv sind. Diese radioaktiven Abgase werden in Filteranlagen ausgefiltert oder verzögert. Entsprechend der Kernkraftwerksgröße sowie den Behördenauflagen sind in den Filteranlagen 50 t bis 120 t Aktivkohle enthalten.

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 Strahlenschutzbe-Stimmungen genügt. 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.

Die in der Abgasanlage eines 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 m\

Bei einer gleichmäßigen Verpackung mit dem Infaß-System würden bei einer üblichen Verwendung von 200-1-Fässern 500 bis 1200 Fässer zur Beseitigung des radioaktiven Mülls für ein Kernkraftwerk benötigt. Noch dazu ergäben sich Probleme der Abfüllung und Staubentwicklung, der Explosionsgefahr durch Kohlestaub sowie der Gefahr einer radioaktiven Verseuchung der Umwelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, große Mengen radioaktiv beladener Aktivkohle in relativ kurzer Zeit in ohnehin schon vorhandenen Einrichtungen zu beseitigen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Aktivkohle in der Filterkolonne verbrannt wird, daß die gasförmigen, radioaktiven Bestandteile mit Hilfe der bei der Verbrennung entstehenden, in Form von CO und CO2 vorliegenden und üheränen Abgaskamin abgegebenen Gase hoch in die Atmosphäre transportiert und bis zu einer ungefährlichen Konzentration verdünnt werden und daß die nach der Verbrennung der Aktivkohle verbleibenden festen, radioaktiven Rückstände aus der Filterkolonne in Endlagerbehälter zur strahlungssicheren Lagerung überführt werden.

Das neue Verfahren macht sich den Umstand zunutze, daß Aktivkohle unter Sauerstoffzufuhr übersehbar und steuerbar verbrennt. Eine dosierte Sauerstoff- oder Luftzufuhr führt zu einem langsamen Verglimmen der Aktivkohle, so daß die Temperaturen in ohne weiteres beherrschbaren Grenzen bleiben. Zurück bleiben Asche und radioaktive Feststoffe.

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. V100.

Die durch Adsorption in Aktivkohle eingelagerten radioaktiven Edelgase werden durch Spülgase sowie durch Temperaturerhöhung aus der Kohle desorbiert. Beim Verglimmen der Aktivkohle treten beide Faktoren ein, so daß gerechnet werden kann, daß die Edelgasaktivität durch das Rauchgas mitgenommen wird. Bei dem Verglimmen entsteht je nach Luftüberschuß eine Rauchgasmenge von 5,5 bis 11 NmVkg Aktivkohle. Die Verbrennungsgase CO und CO2 können dosiert über einen ohnehin vorhandenen Abgaskamin ins Freie gelassen werden, denn 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.

Die Freisetzung radioaktiver Gase bei der Verbrennung unterscheidet die Erfindung von einem aus der deutschen Patentschrift 10 71 861 bekannten Verfahren zum Veraschen von radioaktiv beladenen Stoffen. Bei dem bekannten Verfahren erfolgt der Veraschungsvorgang nämlich in einer besonderen, hermetisch abschließbaren druckfesten Kammer, in die ein gasförmiges Oxydationsmittel unter Druck eingegeben wird. Durch den Einschluß will man vermeiden, daß etwa Staubteile aufgewirbelt und durch das Abgas in die

Umgebung getragen werden. Das bekannte Verfahren erfordert aber einen unwirtschaftlich großen Aufwand, weil es den Transport radioaktiv beladener Filtermaterialien in die für die Verbrennung vorgesehene druckfeste Kammer voraussetzt. Dieser Transport ist bei der Erfindung nicht notwendig.

Filteranlagen, die ähnlich dem Adsorptionsteil einer Abgasanlage gebaut sind, erfordern keine besonderen Zusatzeinrichtungen zur Aktivkohleverbrennung bzw. zum Verglimmen, denn die vorhandenen Aktivkohlekotonnen sowie deren Rohrverbindungen bieten alle Voraussetzungen. Man braucht also keine besonderen Transportmittel zur Umladung der Aktivkohle, vielmehr kann diese ohne weiteres in der Filterkolonne selbst entzündet werden.

Die Verbrennungstemperatur kann durch eine Dosierung der Verbrennungsluft geregelt werden, wobei vorzugsweise Werte um 600⁰C nicht überschritten werden. Dabei kann man in der Regel mit no. maler 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 Filterkolor.ne mit einer neuen Aktivkohlefüllung weitergefahreti werden soll. Die festen Rückstände, d. h. die Asche, kann man über Entleerungsöffnungen der Filterkolonne unmittelbar in Endlagerbehälter einfüllen. 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 Aktivsammeitank weitergeleitet wird.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel 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 Kernkraftwerksseminar « (1970) in dem Aufsatz »Kerntechnische Hilfs- und Nebenanlagen«, Seite 111, Abb. 15, dargestellt.

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.

In der Filterkolonne 1 sind zwei Tngroste 10 und Π eingeschweißt. Auf diesen ist während des Betriebes Aktivkohle auigelagert. 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.

Nach dem Betrieb des Kernkraftwerkes wird die zu beseitigende Aktivkohle durch die Stutzen 18,19 und 16 in Brand gesetzt. 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 Temperatur kann, wenn notwendig, unterhalb von 600° gehalten werden, so daß die Festigkeit des Stahls der Filterkolonne 1 nicht beeinträchtigt wird. Das Abbrennen der Aktivkohle kann von beiden Tragrosten 10 und 11 aus gleichzeitig erfolgen. Man kann aber auch das Aktivkohlevolumen jedes Tragrostes 10, 11 einzeln verbrennen.

Nach dem Verbrennen kann man die Asche, die nur noch etwa 5 Volumprozent der Aktivkohlemenge oder weniger ausmacht, in Fässern abfüllen, zum Beispiel über das Mannloch 14. Der Rest wird durch eine Wasserspülung beseitigt. Hierzu kann die am Korbboden 2 vorgesehene Kondensatauslaßleitung 25 benutzt werden. Es ist aber auch möglich, das gesamte Aschevolumen in flüssiger Form abzutragen und der zur Kernreaktoranlage gehörenden Aufbereitungsanlage zuzuführen.

Die bei der Verbrennung entstehenden Gase Kohlenmonoxid und Kohlendioxid können über den Abluftkamin des Kernkraftwerkes ausgetragen werden, weil die mit den Verbrennungsgasen transportierten Aktivitäten durch die Verbrennungsgase so fein verteilt werden, daß keine schädliche Konzentration mehr vorliegt. Hierfür kann die in der Abgasaufbereitung vorgesehene Leitung zum Abluftkamin benutzt werden, wobei es lediglich zweckmäßig sein 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinigung einer Filterkolonne, die mit radioaktive Bestandteile enthaltender Aktivkohle gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle in der Filterkolonne verbrannt wird, daß die gasförmigen, radioaktiven Bestandteile mit Hilfe der bei der Verbrennung entstehenden, in Form von CO und CO2 vorliegenden und über einen Abgaskamin abgegebenen Gase hoch in die Atmosphäre transportiert und bis zu einer ungefährlichen Konzentration verdünnt werden und daß die nach der Verbrennung der Aktivkohle verbleibenden festen, radioaktiven Rückstände aus der Filterkolonnü in Endlagerbehälter zur strahlungssicheren Lagerung überführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximaltemperatur bei der Verbrennung auf etwa 600⁰C gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungstemperatur durch die Dosierung der Verbrennungsluft geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungstemperatur durch Zugabe von Stickstoff geregelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Rückstände über Entleerungsöffnungen der Filterkolonne unmittelbar in Endlagerbehälter eingefüllt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Rückstände mit einer Spülflüssigkeit, insbesondere Wasser, aus der Filterkolonne ausgespült werden.

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