DE2922274A1

DE2922274A1 - Anordnung zum beseitigen radioaktiver abgase

Info

Publication number: DE2922274A1
Application number: DE19792922274
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Shimada; Hisao Totsuka
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-06-01
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1980-02-07
Also published as: US4430292A; JPS5640320B2; DE2922274C2; JPS54156999A

Description

Firma TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, 72, Horikawa-Cho, Saiwai-Ku, Kawasaki-Shi, Kanagawa-Ken, Japan

Anordnung zum Beseitigen radioaktiver Abgase

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Beseitigen radioaktiver Abgase in einem Kernkraftwerk.

In einem Kernkraftwerk, wie z.B. einem Leichtwasser-Kernreaktor, wird ein Teil des Kühlmittels, z.B. Wasser durch die Neutronenbestrahlung während der Zeit, in welcher das Kühlmittel den Reaktorkern durchsetzt, in Sauerstoff und Wasserstoff zersetzt. Gleich-

3 16 19 zeitig werden radioaktive Isotope, wie H, N und 0 erzeugt, und es wird Argon in einer geringen in dem Kühlwasser enthalten-

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den Luftmenge in radioaktive Isotope von Ar und Ar umgewandelt. Diese radioaktiven Isotope werden mit Dampf gemischt und in eine Dampfturbinenanlage des Kernkraftwerkes eingebracht. Infolgedessen ist es erforderlich, die Sicherheit der Umgebung der Dampfturbinenanlage durch Anordnung einer Abschirmeinrichtung aufrechtzuerhalten.

Da aber die in den Hauptkondensor der Turbinenanlage abgegebenen radioaktiven Abgase allgemein nicht kondensierbar sind, verblei-

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ben sie in dessen oberen Teil. Die in dem oberen Teil des Hauptkondensors verbleibenden Abgase werden durch einen Luftextraktor von der Turbinenanlage abgezogen, und es werden die abgezogenen Abgase durch in einem Dampfkessel in dem Kraftwerk erzeugten Dampf erhitzt, um in den Abgasen enthaltenen Sauerstoff und Wasserstoff in einem Rekombinator wieder zu vereinigen. Der wieder vereinigte Wasserdampf und die Abgase werden dann in einen Kondensor eingeführt, der stromabwärts des Rekombinators angeordnet ist, und sie werden dort durch Kühlwasser gekühlt. Der gekühlte Dampf wird in Kondensationswasser verflüssigt, das von den Abgasen getrennt und in den Hauptkondensor zurückgeführt wird. Nach der Trennung des Dampfes werden die Abgase in eine Adsorptionsvorrichtung eingebracht, die Aktivkohle enthält, und zwar durch eine Dämpfungsleitung und eineH Trockner, in welchem radioaktive Abfälle mit kurzer Lebensdauer und Feuchtigkeit vollständig entfernt werden. Die verbleibenden radioaktiven Abgase, die hauptsächlich aus Isotopen von Xe und Kr bestehen, werden acjprbiert und für lange Zeit durch die Aktivkohle in der Rückhaltevorrichtung zurückgehalten. Dann werden die Abgase mit einer Radioaktivität, die beträchtlich geringer als die zulässige Radioaktivität ist, durch einen Austragabzug in die Atmosphäre entlassen.

In dem oben beschriebenen bekannten System ist es für die Beseitigung radioaktiver Abgase erforderlich, für die Verbindung der Einrichtungen, wie einen Vorwärmer, einen Rekombinator und einen Kondensor, die in dem Beseitigungssystem unabhängig angeordnet sind, Leitungen vorzusehen. Diese Leitungen sind stark beansprucht, und zwar durch Wärme und Erdbeben während des Betriebes des Kernkraftwerkes, und es wirken die Beanspruchungen auf die Ansatzstutzen bzw. Düsen der Einrichtung als reaktive Kraft. Diese Be-

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anspruchung oder reaktive Kraft ist für die Einrichtungen in der Kernkraftanlage unerwünscht.

Um die Wärmebeanspruchung, die auf die Rohre aufgebracht wird, zu verringern, sind die Rohre vielfach gebogen, um so weit wie möglich eine ausreichende Flexibilität zu erreichen. Diese Anordnung erfordert aber eine Anzahl von Rohrtragelementen und einen beträchtlichen Raum für die Anbringung der Rohre und der Elemente. Zusätzlich erfordert die Verwendung langer Rohre für die Verbindung der Einrichtungen des Kraftwerkes einen großen Arbeitsaufwand einschließlich der Schweißung der Rohre. Außerdem vermindert die Anwesenheit geschweißter Teile die Zuverlässigkeit der Einrichtungen. Da ferner eine Vielzahl von Rohren verwendet werden, wird die Temperatur der einmal durch einen Vorwärmer erhitzten Abgase durch den Wärmeverlust von den Oberflächen der Rohre verringert, wodurch die Rekombinationswirkung zwischen Sauerstoff und Wasserstoff in den Abgasen verringert wird. Alle oben beschriebenen Nachteile basieren auf der Tatsache, daß die verschiedenen Einrichtungen in einer Beseitigungsanordnung für radioaktive Abgase unabhängig voneinander angeordnet und durch mehrere Rohrleitungen miteinander verbunden sind.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Anordnung zur Beseitigung radioaktiver Abgase in einem Kernkraftwerk mit einer Rekombinationseinheit, die einen Vorwärmer und einen Rekombinator enthält, wobei Rohrleitungen zwischen diesen Elementen ausgeschaltet werden und dadurch ein kompaktes und einfaches System erhalten wird.

Durch die Erfindung wird auch ein Kondensor geschaffen, in wel-

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chem radioaktive Abgase sich in direktem Kontakt mit Kühlwasser befinden, um zu verhindern, daß radioaktive Abgase aus dem System entkommen.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Beseitigen radioaktiver Abgase in einem Kernkraftwerk mit einer Dampfturbine und einem mit dieser verbundenen Hauptkondensor, der einen Vorwärmer zur Aufheizung der vom Hauptkondensor abgeführten radioaktiven Abgabe enthält, mit einem mit dem Vorwärmer über ein Rohr verbundenen Rekombinator zur Wiedervereinigung von in den erhitzten radioaktiven Abgasen enthaltenem Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser, mit einem mit dem Rekombinator verbundenen Kondensor zur Abkühlung des Wasserdampfes durch Kühlwasser, mit einer ein Adsorptionsmittel enthaltenden Rückhaltevorrichtung zur Adsorption und zum Rückhalten der radioaktiven Abgase und mit einem mit der Rückhaltevorrichtung verbundenen Abgasaustragabzug· Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmer und der Rekombinator zu einer Rekombinationseinheit ohne jede Verbindungsleitung zusammengefaßt sind.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ansicht einer Anordnung zum Beseitigen radioaktiver Abgase gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 eine Anordnung mit einer Rekombinationseinheit und einem Kondensor nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Hauptkondensor mit 10 bezeichnet. Er ist stromabwärts einer nicht gezeigten Dampfturbine angeordnet. Ein Luft-

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extraktor 11 ist mit dem oberen Teil des Hauptkondensors 10 verbunden. Er ist dazu bestimmt, radioaktive Abgase, die sich im oberen Teil des Kondensors befinden, abzuziehen. Der Luftextraktor 11 ist mit einem Einlaß einer Rekombinationseinheit 13 verbunden, die einen Vorwärmer 12 und einen Rekombinator 14 enthält. Der Vorwärmer 12 dient zur Erwärmung der Abgase auf eine Temperatur, die für eine wirksame Beseitigung der Abfälle geeignet ist. Die aufgeheizten, den Vorwärmer 12 durchsetzenden Abgase werden in den Rekombinator 14 eingeführt, in welchem der Sauerstoff und der Wasserstoff in den Abgasen zu Wasserdampf wiedervereinigt werden. Ein Kondensor 15 ist mit einem Auslaß der Rekombinationseinheit 13 stromabwärts von dieser Einheit verbunden. In dem Kondensor 15 werden der rekombinierte Wasserdampf und der Dampf von der Turbinenanlage für den Antrieb des Luftextraktors 11 zu Kondensationswasser abgekühlt. Eine Einrichtung 16 für die Rückhaltung der radioaktiven Abgase mit Aktivkohle ist stromabwärts des Kondensors 15 vorgesehen. Er dient zur Abschwächung der Radioaktivität der radioaktiven Abgase auf einen Betrag, der unterhalb der zulässigen Radioaktivität liegt» Der Auslaß der Rückhalteeinrichtung 16 ist mit einem Gasaustragabzug 17 verbunden, der das Abgas, das im wesentlichen radioaktivitätsfrei ist oder eine Radioaktivität unterhalb der zulässigen Grenze aufweist, in die Atmosphäre entläßt.

Es ist auch eine Rohrleitung 19 vorgesehen, um Kühlwasser von dem Hauptkondensor 10 mit Hilfe einer Pumpe 18 zu dem Kondensor 15 zu fördern. Es fließt also das Kühlwasser in einer geschlossenen Schleife.

In Fig. 2 sind der Kondensor 15 und die Rekombinationseinheit 13

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auf einem gemeinsamen Gestell 50 als eine Einheit 20 angeordnet. Die Rekombinationsexnheit 13 enthält im wesentlichen eine Einlaßleitung 21, durch die die Abgase von dem Hauptkondensor 10 eingeführt werden. Ferner enthält die Einheit 13 den Vorwärmer 12, den Rekombinator 14 und eine Auslaßleitung 22. Der Vorwärmer 12 ist ein Platten- und Rohrvorwärmer und enthält eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren 23, durch die Dampf von einem Einlaßrohr 24 zum Auslaßrohr 25 als Heizmedium fließt. Üblicherweise ist mit der Auslaßleitung 25 eine Sperrvorrichtung 26 verbunden.

Das Auslaßrohr 22 der Rekombinationsexnheit 13 ist mit dem Einlaßrohr 27 eines Kondensors 15 über eine Expansionsverbindung 37 verbunden. Der Kondensor 15 enthält einen Kühlwasserinjektor 28, eine Zwischenwand 29 unterhalb des Injektors 28, eine Auslaßleitung 30 am Boden des Kondensors 15 für das Ausbringen des kondensierten Wassers und des verwendeten Kühlwassers und eine Abgasauslaßleitung 31 an der Seitenwand des Kondensors 15. Mit der Auslaßleitung 31 ist ein Dampfseparator 32 verbunden, der mit einer Abgasauslaßleitung 33 an seinem oberen Ende versehen ist und der an seinem unteren Ende eine Abflußleitung 34 enthält. Eine Vorrichtung 35 zur Kontrolle des Wasserspiegels, welche den Wasserspiegel des kondensierten Wassers und Kühlwassers in dem Kondensor 15 einstellt, ist in einer Umgehungsleitung angeordnet, die am unteren Teil des Kondensors 15 vorgesehen ist. Ein Ventil 36 für die Einstellung des Stromes kondensierten Wassers vom Kondensor 15 ist stromabwärts der Auslaßleitung 30 vorgesehen.

Für den Fall, daß eine Rekombinationsexnheit unter Verwendung eines Katalysators verwendet wird, kann ein in Fig. 3 gezeigtes

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Drahtnetz 38 in der Rekombinationseinheit 13 vorgesehen sein, um zu verhindern,daß der Katalysator in Richtung auf die stromabwärts gelegene Seite abwandert.

Das Beseitigungssystem für radioaktive Abgase gemäß der Erfindung arbeitet in folgender Weise:

Die Abgase, die den Luftextraktor 11 durchsetzen, treten in die Rekombinationseinheit 13 durch die Einlaßleitung 21 ein. Die Abgase werden in dem Vorwärmer 12 durch Dampf erhitzt, der durch die Dampfeinlaßleitung 24 eingeführt wird, um so den Sauerstoff mit dem Wasserstoff in den Abgasen wieder zu vereinigen, und zwar zu einer Zeit, wenn die Abgase ohne Wärmeverlust in den Rekombinator 14 eingeführt werden. Der rekombinierte Wasserdampf und die Abgase werden dann durch die Auslaßleitung 22 in den Kondensor eingeführt. Der Dampf für die Aufheizung der Abgase tritt in die Außenseite der Wärmeübertragungsrohre 23 ein, und zwar durch die Einlaßleitung 24. Der Dampf übaträgt seine Wärme auf die Abgase in den Rohren 23. In dieser Wärmeaustauschstufe wird ein Teil des Dampfes in Kondensationswasser umgewandelt. Der das kondensierte Wasser enthaltende Dampf strömt aus durch die Auslaßleitung 25, und es wird das kondensierte Wasser von dem Dampf durch die Sperre getrennt und nach außen abgeführt.

Das von dem Hauptkondensor 10 mit Hilfe der Pumpe 18 für die Umwälzung des Kühlwassers geförderte Kühlwasser wird durch den Injektor 28 in den Kondensor 15 eingespritzt und kühlt die Abgase in direktem Kontakt mit ihnen, wodurch der in den Abgasen enthaltene Wasserdampf in kondensiertes Wasser überführt wird, das in

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dem Hauptkondensor 10 wiedergewonnen wird. Der Wärmeübergangswirkungsgrad zwischen dem Kühlwasser und den Abgasen in dem Kondensor 15 wird durch Verwendung einer Sprühvorrichtung, wie dem Injektor 28, vergrößert, welcher das Kühlwasser einsprüht, oder durch Verwendung eines Drahtnetzes oder einer flachen Platte für die Vergrößerung der Kontaktfläche des Kühlwassers mit den Abgasen. Der Wärmeübertragungswirkungsgrad, der durch den oben beschriebenen direkten Kontakt erreicht wird, kann im Vergleich mit der Verwendung eines üblichen Platten- und Rohr-Wärmeaustauscher beträchtlich erhöht werden. Außerdem kann der Vorwärmer 12 kompakt ausgeführt werden, indem die Abgase unmittelbar mit dem Kühlwasser in Berührung gebracht werden, und zwar über eine verhältnismäßig große Fläche. Die latente Verdampfungswärme des Kühlwassers macht es möglich, eine kleinere Menge an Kühlwasser als in dem üblichen System zu verwenden. Das in dem Kondensor 15 enthaltene Kondenswasser wird unter einem Kopf, der demjenigen, wie er in üblichen Systemen verwendet wird, ähnlich ist, in den Hauptkondensor 10 zurückgebracht . Da somit das in dem Hauptkondensor 10 vorhandene Wasser als Kühlwasser verwendet werden kann, ist es nicht erforderlich, in den Kondensor 15 von einer äußeren Quelle Kühlwasser einzuführen. Die Tatsache, daß das Kühlwasser nicht aus dem Abfallbeseitigungssystem ausfließt, verhindert wirksam eine Leckage von Kühlwasser mit einer Radioaktivität nach außen. In dem Fall nämlich, in welchem ein üblicher Platten- und Rohr-Wärmeaustauscher als Kondensor 15 verwendet wird, lecken, wenn ein Teil eines Rohres für die Zuführung des Kühlwassers bricht, die radioaktiven Abgase in das Kühlwasser, und es fließt das verunreinigte Kühlwasser aus dem System aus. Bei dem erfindungsgemäßen System ist aber die Möglichkeit eines Bruches der Leitung für die Zuführung des Kühlwassers beträchtlich erniedrigt. Selbst dann, wenn die Leitung zu-

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fällig bricht, fließt die kleine Menge an verunreinigten Kühlwasser in den Hauptkondensor 10 und nicht aus dem System.

Obgleich die Abgase auch Nebel enthalten, wird dieser durch den Dampfseparator 32 zurückgehalten, der mit der Auslaßleitung 31

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des Kondensors 15 verbunden ist. Die im wesentlichen keil? Nebel enthaltenden Abgase werden in die Rückhaltevorrichtung 16 für
die Adsorption der radioaktiven Abgase mit Aktivkohle eingeführt. Der Wasserspiegel des das Kondenswasser enthaltenden Wassers und des verwendeten Kühlwassers im Kondensor 15 ist auf einem vorbestimmten Spiegel gehalten, und zwar durch eine Wasserspiegelkontrollvorrichtung 35 und das Wasserspiegeleinstellventil 36. Es
ist selbstverständlich, daß, obgleich der Dampfseparator 32, die Wasserspiegelkontrollvorrichtung 35 und das Einstellventil 36
in die Einrichtung 20 mit der Rekombinationseinheit 13 und dem
Kondensor 15 eingebracht sind, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, es auch möglich ist, diese Elemente außerhalb der Einrichtung 20 anzubringen.

Nach der Beseitigungsanordnung für radioaktive Gase gemäß der Erfindung wird eine Rekombinationseinheit und ein Kondensor auf einem gemeinsamen Gestell angeordnet und als eine Einheit kombiniert, so daß die diese Einrichtungen verbindenden Rohre weggelassen werden können, wodurch das System kompakt wird und der Raum für deren Installation klein wird. Die konstruktiven Vorteile ermöglichen es den Arbeitern, einen großen Raum für die Wartung und den Betrieb des Systems zu verwenden. Der unmittelbare Kontakt des
Kühlwassers mit den radioaktiven Abgasen in dem Kondensor ermöglicht die Verwendung einer geringen Menge Kühlwasser und verhindert ein Lecken der Abfälle aus dem System, wodurch ein sicheres

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und zuverlässiges System erhalten wird. Außerdem ist das System durch die Ausschaltung von Verbindungsrohren zwischen den verschiedenen Einrichtungen einfach zu installieren, wobei Schweißverbindungen der Verbindungsrohre vermieden werden.

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Leer seife

Claims

PATENTANSPRÜCHE

M ·} Anordnung zum Beseitigen radioaktiver Abgase in einem Kernkraftwerk mit einer Dampfturbine und einem mit dieser verbundenen Hauptkondensor, der einen Vorwärmer zur Aufheizung der vom Hauptkondensor abgeführten radioaktiven Abgase enthält, mit einem mit dem Vorwärmer über ein Rohr verbundenen Rekombinator zur Wiedervereinigung von in den erhitzten radioaktiven Abgasen enthaltenem Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser, mit einem mit dem Rekombinator verbundenen Kondensor zur Abkühlung des Wasserdampfes durch Kühlwasser, mit einer ein Adsorptionsmittel enthaltenden Rückhaltevorrichtung zur Adsorption und zum Rückhalten der radioaktiven Abgase und mit einem mit der Rückhaltevorrichtung verbundenen Abgasaustragabzug, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmer (12) und der Rekombinator (14) als Rekombinationseinheit (13) ohne jede Verbindungsleitung zusammengefaßt sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekombinationseinheit (13) und der Kondensor (15) auf einer gemeinsamen Tragplatte (50) angeordnet sind.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der

Hauptkondensor (10) und der Kondensor (15) durch eine Pumpe (18)

Bankhaus Merck. Finck & Co.. München
(BLZ 700304 00) KontoNr 254 649

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Bankhaus H. Aufhäuser. München (BLZ 70030600} KontoNr. 261300

Telegrammadresse: Patentsenior

Postscheck: München (BLZ 70010080) Konto-Nr. 20904-800

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enthaltende Rohrleitungen (19) in einer geschlossenen Schleife
miteinander verbunden sind, wobei das kondensierte Wasser durch
diese geschlossene Schleife umgewälzt wird und als Kühlwasser
zur Abkühlung der radioaktiven Abgase wirkt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasser in dem Kondensor (15) unmittelbar die radioaktiven Abgase berührt.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rekombinationseinheit (13) mit einem Drahtnetz (38) versehen ist, um eine Abwanderung eines Katalysators zu verhindern, wenn in der Rekombinationseinheit ein Katalysator zur Beschleunigung der Wiedervereinigung von Sauerstoff und Wasserstoff in den radioaktiven Abgasen verwendet ist.

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