DE2909017C2

DE2909017C2 - Verfahren zur Regenerierung eines Filterentmineralisators in einem Kernreaktor-Kondensatreinigungssystem

Info

Publication number: DE2909017C2
Application number: DE2909017A
Authority: DE
Inventors: Toru Hitachi Ibaraki Saito
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-03-08
Filing date: 1979-03-08
Publication date: 1983-06-16
Also published as: DE2909017A1; JPS54118990A; JPS6110798B2; US4395335A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenerierung eines Filterentmineralisators in einem Kernreaktor-Kondensatreinigungssystem, bei dem der Filterentmineralisator zum Abtrennen von auf dem Filterentmineralisator vorbeschichtetem und mit eisenhaltigem Abfall verunreinigtem Ionenaustauschharz davon rückgespült wird und der Abfall von Ionenaustauschharz entfernt wird.

Ein Siedewasserreaktor (SWR) verwendet in einer Turbine als deren Kühlmittel kondensiertes Wasser. Das ·>■> kondensierte Wasser oder Kondensat ist mit Korrosioti⁵· und Erosionsprodukten (im folgenden mit »eisenhaltiger Abfall« oder »Abfall« bezeichnet).

Verunreinigungen im ankommenden Wasser usw. verunreinigt. Zwecks Aufrechterhaltung reiner Kondensatqualität gibt es ein Kondensatreinigungssystem, das einen Filterentmineralisator und einen Kondensatentmineralisator aufweist. Der Filterentmineralisator hat eine Mehrzahl von zylindrischen Filtermedien, die in einem zylindrischen Behälter zum Durchfiltrieren des Kondensats angeordnet sind. Die Filtermedien weisen jeweils ein Nylonnetz od. dgl, das um die Außenseite eines zylindrischen Halters mit einer Mehrzahl von durchgehenden Bohrungen gewickelt ist, und eine pulverförmige lonenaustauschharzschicht auf.

Das in den Filterentmineralisator strömende Kondensat enthält etwa 60—80ppb (Teile je Milliarde) nisenbestandteile zu einer Zeit eines Obergangsbetriebs nach Starten des Reaktorbetriebs und einige hundert ppb — einige ppm Eisenbestandteile zu einer Zeit des üblichen Betriebs. Die Eisenbestandteile enthalten Eisenabfall und Eisenionen. Diese Eisenbestandteile werden durch das Nylonelement und die pulverförmige lonenaustauschharzschicht erfaßt- Wenn die Eisenbestandteile auf den Filtermedien in einem gewissen Grade (oder nach einer gewissen Laufzeit) angesammelt sind, stellt man einen Druckabfall fest, oder es tritt ein möglicher Durchbruch der Eisenbestandteile von den Filtermedien auf. Daher wird das vorbeschichtete pulverförmige Ionenaustauschharz durch neues Ionenaustauschharz ersetzt, wodurch die Erneuerung des Filterentmineralisators durchgeführt wird. Das verunreinigte Ionenaustauschharz wird aus dem Kondensatreinigungssystem als Abfall zusammen mit anderem Abfall entfernt. Der Abfall, der mit Radioaktivität kontaminiert ist, wird zu einer Beseitigungsanlage für radioaktiven Abfall überführt, wo er zwecks Zerfalls aufbewahrt wird, und schließlich in Trommeln gefüllt gehärtet.

Die Zahl der mit dem verbrauchten Ionenaustauschharz gefüllten Trommeln ist groß und erreicht etwa 60% in ihrem Verhältnis zu derjenigen särulicher mit dem im Kernreaktorkraftwerk erzeugten Abfall gefüllten Trommeln (man ermittelt, daß es jedes )ahr in einem Kraftwerk der Größenordnung, in dem 1100 MWe erzeugt werden. 2000 Trommeln werden). Eine so große Zahl der Trommeln bringt erhebliche Probleme, von denen eines der große Aufwand für die Beseitigung des Abfalls und ein anderes die schwierig erhältliche, große Lagerfläche für die Trommeln sind. Es ist daher erwünscht, den aus dem System oder Kraftwerk abgegebenen Abfall weitestgehend zu verringern.

Die US-PS 38 49 196 beschreibt die Ultraschallreinigung von Kunstharz, bei der kontaminiertes Ionenaustauschharz unter Anwendung von Ultraschallenergie gereinigt wird. Eine Ähnlichkeit zwischen der Erfindung und dieser US-PS besteht in der Aufgabenstellung, das mit eisenhaltigem Abfall kontaminierte Ionenaustauschharz zu reinigen.

Andererseits ist aus dem Buch »Ionenaustauscher« von Dr. K. Dorfner, 1970, Seiten 136-139 ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, das — ohne Hinweise auf Kernreaktoren-Kondensatreinigungssysteme — ein Füllen eines Behälters mit Ionenaustauschharz.die Entfernung fcincrTcilchcndcs lonenaustauschharzes. das Durchführen mit einem Regeneriermittel durch eine Säule, das Entfernen des gebrauchten Regeneriermittels vom Rückstand nach Waschen des Füllstoffs mit Wasser und das Einspeisen einer zu behandelnden Lösung in die Säule vorsieht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

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Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem srh die Menge des vom Kraftwerk verworfenen Abfalls verringern läßt, die Menge neuen, dem Filterentmineralisator zu dessen Vorbescnichiung zugeführten lonenaustauschharzes gesenkt werden kann, mit eisenhaltigem Abfall kontaminiertes pulverförmiges Ionenaustauschharz wirksam regeneriert wird und das regenerierte pulverförmige Ionenaustauschharz wirksam zur Reinigung eines Kondensats verwendbar ist, so daß sich der aus dem System oder dem Kraftwerk abgegebene Abfall verringern läßt.

Diese. Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der vom Ionenaustauschharz getrennte Filterentmineralisator mit einem wesentlichen Teil, etwa der Hälfte, des vom Abfall befreiten lonenaustauschharzes, und mit einer wesentlichen Menge, etwa der Hälfte, von neuem und frischem Ionenaustauschharz vorbeschichtet wird.

Vorzugsweise umfaßt die Vorbeschichtung die Schritte des Vorbeschichtens des neuen Ionenaustauschharzes zur Bildung einer neuen lonenaustauschharzschicht auf dem Filterentmineralisator und des \bsch;idens des regenerierten lonenaustauschharzes auf der neuen lonenaustauschharzschicht zur Bildung einer regenerierten lonenaustauschharzschicht, wobei die Strömung eines zu behandelnden Kondensats von der regenerierten Ionenaustauschharzschicht zur neuen lonenaustauschharzschicht gerichtet ist.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das neue Ionenaustauschharz in nahezu gleicher Gewichtsmenge wie das durch Entfernen des Abfalls regenerierte und erneut zum Vorbeschichten verwendete Ionenaustauschharz aufgebracht wird.

Es ist zweckmäßig, daß ein das abgetrennte Ionenaustauschharz enthaltendes Rückspülmedium in y, einem Tank gespeichert wird, daß man das Rückspülmedium in einem Kreislauf, der den Tank und eine Abfallbeseitigungsvorrichtung zur Entfernung des Abfalls vom abgetrennten Ionenaustauschharz enthält, umlaufen IaHt und daß eine wesentliche Menge des umlaufenden und vom Abfall befreiten Rückspülmediums aus dem Kreislauf unter Festlegung der extrahierten Rückspülmediummenge zur Gewinnung der wesentlichen Menge des regenerierten lonenaustauschharzes extrahiert wird. 4-,

Dabei wird der Abfall vorzug^cweise durch die Abfallbeseitigungsvorrichtung mit einem magnetischen Filter entfernt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß sich bei geringerem Verbrauch neuen lonenaustauschharzes die Menge des verworfenen lonenaustauschharzes verringern läßt, indem regeneriertes Ionenaustauschharz mitverwendet wird, und daß gleichzeitig eine so hochgradige Reinigung des Kernreaktor-Kondensators wie bei der alleinigen Verwendung von neuem Ionenaustauschharz gewährleistet wird, besonders wenn man das Kondensat zuerst die regenerierte lonenaustauschharzschicht und dann die neue lonenaustauschharzschicht durchströmen läßt.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung <,o veranschaulichten Alisführungsbeispiels näher erläutert: darin zeigt

Fig. I ein schematisches Diagramm eines Kernreaktorkraftwerks mit einem Kondensatreinigungssystem, das mit einem Ausführungsbcispicl eines Filtcrentmine- t,-, ralisator-Rcgenerier.,vstems versehen ist;und

F i g. 2 eine Schniltansicht des in F i g. I verwendeten Filterentmineralisa tors.

Zunächst soll anhand der Fig, 1 ein Kondensatreinigungssystem eines Kernreaktorkraftwerks beschriften werden.

Gemäß F i g. 1 siedet ein Siedewasserreaktor (SWR) 1 Kühlmittel in einem Reaktorkern 3 zur Erzeugung von Dampf. Der Dampf wird einer Turbine 5 durch ein Hauptdampfrohr 7 zugeführt. Der Dampf wird nach Arbeitsleistung in der Turbine 5 durch einen Kondensator 9 unter Bildung von Kondensat kondensiert Das Kondensat wird mittels einer Kondensatpumpe 15 durch Rohre 26, 28 nach Entlüftung mittels eines Entlüfters 17 einem Filterentmineralisator 11 und einem Kondensatentmineralisator 13 zugeführt. Das Kondensat wird dort einer Kontaminierungsbeseitigung unterworfen. Das reine Kondensat wird vom Kondensaientmineralisator 13 mittels Kondensatpumpen 19,21 durch einen Niederdruckerhitzer 23 und einem Hochdruckerhitzer 25 dem Reaktorkern 3 zugeführt.

Der Kondensatentmineralisator 13, der gut bekannt ist, bestehe aus einem tiefen Bett und einer darin enthaltenen Mischung von Anionen.^stauscliharz und Kationenaustauschharz. Gemäß F i g. 2 ist der Filterentmineralisator U mit einem zylindrischen Behälter 111, einem am oberen Teil des zylindrischen Behälters· Ul abnehmbar befestigten Deckel 113, einer am zylindrischen 'iehälter 111 befestigten unteren inneren Endplatte 115 und einer Mehrzahl von Filtermedien 117 versehen. Jedes Filtermedium 117 weist einen an der unteren inneren Endplatte 115 befestigten zylindrischen Halter 119 mit einer Mehrzahl von durchgehenden Bohrungen und ein Nylonelement oder -netz 118 auf, das um den zylindrischen Halter 119 gewickelt ist. Die oberen Teile aller Filtermedien sind mit einer Hebeplatte 121 mit einer Mehrzahl von durchgehenden Bohrungen verbunden. Eine Leitung 123 ist ein Einlaß für Kondensat und Ionenaustauschharz zur Vorbeschichtung enthaltende Trübe. Eine Leitung 125 ist ein Auslaß zur Abgabe von in der Trübe enthaltenem Kondensat und Wasser. Diese Leitung ist gleichfalls ein Einlaß für Fluid zum Rückspülen des Filtermediums 117, und eine Leitung 127 ist ein Auslaß für das RüCKspülfluid. Pulverförmiges Ionenaustauschharz wird auf den Außenumfang jedes der Filtermedien 117 zur Bildung einer lonenaustauschharzschicht vorbeschichtet. Als vorzubeschichtendes Ionenaustauschharz wird beispielsweise eine Mischung von Anionenaustauschharz und Kationenaustauschharz im Verhältnis von 1 : 1 verwendet. Die vorbeschichtete lonenaustauschharzschicht ist einige mm dick.

Das in den Filterentmineralisator 11 strömende Kondensat enthält Verunreinigungen wie z. B. eisenhaltigen Abfall und Eisenionen. Die Ansammlung solcher Verunreinigungen ergibt einen hohen Druckabfall des Kond.'mats im Filterentmineralisator 11, bevor die Kapazität des lonenaustausches voll erschöpft ist. Der Druckabfall des Kondensats wird durch ein Paar von (nicht dargestellten) Druckmessern erfaßt, die stromauf bzw. stromab des Filterentmineralisators 11 vorgesehen sind.

Es soll nun ein Ausführungsbeispiel eines Regenerierverfahrens des Filterentmineralisators 11 gemäß der Erfindung im einzelnen anhand der Fig. 1 erläutert werden.

In der Anlage nach F i g. 1 wird, wenn der Druckabfall des durch den Filterentmineralisator 11 strömenden Kondensats einen bestimmten Wen erreicht, der Turbinenbetrieb unterbrochen, und ein Paar stromauf bzw. stromab des Filterentmineralisators 11 vorgesehe-

tief offener Ventile 2, 4 wird geschlossen. Der Filterentmineralisator Il stein mit einem Tank 29 in Verbindung, der ein Riickspülfliiid durch ein Rohr 31 mit einem geschlossenen Ventil 33 aufnimmt. Der Filterentmineralisator 11 wird nach Öffnen des geschlossenen Ventils 33 mit Wasser und Luft, die durch die Leitung 27 zugeführt werden, rückgespült. Das Rückspülmedium einschließlich des durch Rückspülen vom Filterentmineralisator 11 beseitigten lonenaustauschharzes ist im Tank 29 enthalten. Der Tank 29 ist durch ein Rohr 37 mit einer Schlammpumpe 39 und geschlossenen Ventilen 41, 43, 45 mit einer Abfallbeseitigungsvorrichtung 35 in Fluidverbindung. Die Abfallbeseitungsvorrichtung 35 weist ein mit dem Tank 29 verbundenes Rohr 47 auf. Das mit Abfall kontaminierte Ionenaustauschharz zirkuliert zusammen mit Abfallwasser mittels der Schlammpumpe 39 im Kreislauf des Tanks 29, des Rohres 37. der Abfallbeseitigungsvorrichtung 35 und des Rohres 47. wenn das geschlossene Veniii 43 geöffnet isi. iiiiiui den Umlauf einer das Ionenaustauschharz und das Abfallwasser enthaltenden Trübe wird der Abfall selektiv von der Trübe entfernt. Der Abfall besteht hauptsächlich aus F.iscnbestandteilen. Daher wird als Abfallbeseitigung*- vorrichtung 35 vorzugsweise ein magnetisches Filter verwendet.

Andererseits wird die Vorbeschichtung des lonenaustauschhar/.es auf dem Filtermedium 117 durchgeführt, indem man das Ionenaustauschharz enthaltendes Wasser durch das Filtermedium leitet, so daß das Ionenaustauschharz auf dem Filtermedium angesammelt wird. Ein Tank 49 dient zur Aufnahme von neuem und regeneriertem Ionenaustauschharz und ist durch ein Rohr 51 mit einer Schlammpumpe 53 und einem geschlossenen Ventil 55 einerseits und einem Rohr 57 mit einem geschlossenen Ventil 59 andererseits mit dem Filterentmineralisator 11 in Fluidverbindung. Außerdem ist der Tank 49 durch das Rohr 37 mit dem Tank 29 verbunden. Die Leitung 123 des in Fig. 2 dargestellten Filterentmineralisators 11 ist mit den Rohren 26 und 51 durch ein Umschaltventil, die Leitung 125 mit den Rohren 27, 28 und 57 durch ein Umschaltventil und die Leitung 127 mit der Leitung 31 verbunden. Fin Ausführungsbeispiel eines Regenerierverfahrens des Filterentmineralisators gemäß der Erfindung wird anhand der F i g. I beschrieben.

Der rückgespülte Filterentmineralisator 11 wird mit neuem oder frischem Ionenaustauschharz durch Umlauf einer Wasser und das neue Ionenaustauschharz enthaltenden Trübe mittels der Schlammpumpe 53 in einem Kreislauf des Tanks 49, der Schlammpumpe 53. des Ventils 55, dei Filterentmineralisators 11 und das Ventils 59 vorbeschichtet, wobei die geschlossenen Ventile 55 und 59 zuerst geöffnet werden. Nachdem eine bestimmte Menge des neuen lonenaustauschharzes, die vor dem Vorbeschichten enthalten ist. vorbeschichtet ist. wird dem Tank 49 eine bestimmte Menge des regenerierten lonenaus;auschharzes durch das Rohr 37 zugeführt und auf die neue lonenaustauschharzschicht vorbeschichtet oder abgeschieden. Das Vorbeschichten wird in der gleichen Weise durchgeführt, wie es mit dem neuen Ionenaustauschharz erfolgte. Die Zuführung des regenerierten lonenaustauschharzes vom Tank 29 zum Tank 49 erfolgt, während die Trübe im Tank 29 im Kreislauf des Ventils 43. der Abfallbeseitigungsvorrich-

king 35 und des Rohres 47 umläuft. Die Menge der dem Tank 49 zugeführten Trübe wird durch Öffnen des Ventils 41 justiert und durch ein (nicht dargestelltes) Strömungsmeßgerät gemessen. Die Trübe wird durch die Zirkulation eine gleichmäßige Mischung des lonenaustauschharzes und Wassers, so daß eine genaue Messung der zuzuführenden lonenaustauschharzmenge erfolgen kann.

Das Verhältnis der Menge des zu beschichtenden regenerierten lonenaustauschharzes zu der des neuen loiieniiustaiischharzes beträgt vorzugsweise I ; I (nach Gewicht). Als das inenaustauschharz wird beispielsweise eine Mischung von pulverförmigcm Aniunenaustauschharz und pulverförmigem Kationenaustauschharz in einem Gewichlsverhältnis von I : I verwendet, wobei der Feilehendurchmesser dieses Harzes etwa 30 iim beträgt.

Die vorbeschichtete lonenaustauschharzschicht besteht also aus zwei Schichten, von denen die eine die auf dem Nylonelement vorbeschichtete neue loncti.iustauschharzsehicht ist, während die andere aus dem auf der neuen lonenaustauschharzschicl ' abgeschiedenen regenerierten Ionenaustauschharz besteht. Die Anordnung der lonenaustauschharzschichtcn hat den Vorteil, daß. wenn der am regenerierten Ionenaustauschharz haftende Abfall davon z. B. durch Kondensatdruck getrennt wird, dieser Abfall durch das stromab des regenerierten lonenaustauschharzes bezüglich der Kondensatströmung angeordnete neue Ionenaustauschharz erfaßt werden kann. Die Abfnllbeseitigungsvorrichtung 35 kann den Abfall vom Ionenaustauschharz nicht völlig entfernen, und etwas Abfall bleibt darin, ohne entfernt zu werden. Daher ist eine solche Anordnung der lonenaustauschharzschirhten vorteilhaft, da die Belastung des Kondensatentmineralisators 13 verringert werden kann.

Überschuß des regenerierten lonenaustauschharzes wird zu einer Abfallbeseitigungseinrichtung überführt, wobei das geschlossene Ventil 45 geöffnet und das geöffnete Ventil 41 geschlossen wird, u.id als fester Abfall beseitigt.

Das regenerierte Ionenaustauschharz verliert einen Teil seiner lonenaustauschkapazität. doch allgemein verstopft sich der Filterentmineralisator 11 mit Abfall im Kondensat und kommt zum Zusammenbruch bei Steigerung des Druckunterschieds zwischen der Stromauf- und der Stromabseite desselben, bevor ein lonendurchbruch auftritt. Daher wird das auf dem Filterentmineralisator 11 vorbeschichtete Ionenaustauschharz zum Tank 29 überführt, der Rückspülmedium aufnimmt, da die Kapazität des lonenaustauschharzes die Filtration und den Ionenaustausch wesentlich beeinflussen kann.

Nach dem oben beschriebenen Beispiel wird die Hälfte des auf den Filterentmineralisator 11 vorzubeschichtenden lonenaustauschharzes durch das regene- -ierte Ionenaustauschharz ersetzt. Daher wird die Menge des aus dem Kraftwerk zu verwerfenden lonenaustauschharzes auf die Hälfte der entsprechenden lonenaustauschharzmenge bei einem herkömmlichen Verfahren gesenkt, und die Zahl von den Abfall enthaltenden Trommeln sinkt auf etwa 70% der beim bekannten Verfahren erforderlichen Zahl von Trommeln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regenerierung eines Filterentmineralisators in einem Kernreaktor-Kondensatreinigungssystem, bei dem der Filterentmineralisator zum Abtrennen von auf dem Filterentmineralisator vorbeschichtetem und mit eisenhaltigem Abfall verunreinigtem Ionenaustauschharz davon rückgespült wird und der Abfall vom Ionenaustauschharz entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Ionenaustauschharz getrennte Filterentmineralisator (11) mit einem wesentlichen Teil, etwa der Hälfte, des vom Abfall befreiten lonenaustauschharzes, und mit einer wesentlichen Menge, etwa der Hälfte, von neuem und frischem lonenaustauschharz vorbeschichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbeschichtung die Schritte des Vorbeschichtens des neuen Ionenausiauschhavzes zur Bildung iiner neuen lonenaustauschharzschichi auf dem Filterentmineraüsator {11) und des Abscheidens des regenerierten Ionenaustauschharzes auf der neuen lonenaustauschharzschicht zur Bildung einer regenerierten lonenaustauschharzschicht umfaßt, wobei die Strömung eines zu behandelnden Kondensats von der regenerierten lonenaustauschharzschicht zur neuen lonenaustauschharzschicht gerichtet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das neue Ionenaustauschharz in nahezu gleicher Gewichtsmenge wie das durch Entfernen des Abfalls regenerierte und erneut zum Vorbeschichten verwendete Ionenaustauschharz aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch ., dadurch gekennzeichnet, daß ein das abgetrennte Ionenaustauschharz enthaltendes Rückspülmedium in einem Tank (29) gespeichert wird, daß man das RUckspülmedium in einem Kreislauf, der den Tank (29) und eine Abfallbeseitigungsvorrichtung (35) zur Entfernung des Abfalls vom abgetrennten Ionenaustauschharz enthält, umlaufen läßt und daß eine wesentliche Menge des umlaufenden und vom Abfall befreiten Rückspülmediums aus dem Kreislauf unter Festlegung der extrahierten Rückspülmediummenge zur Gewinnung der wesentlichen Menge des regenerierten lonenaustauschharzes extrahiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfall durch die Abfallbeseitigungsvorrichtung (35) mit einem magnetischen Filter entfernt wird.