DE3037875C2

DE3037875C2 - Abstreichblatt für einen Dünnfilm-Trockner

Info

Publication number: DE3037875C2
Application number: DE3037875A
Authority: DE
Inventors: Takayoshi Yokohama Kanagawa Amada; Hiromitsu Tokyo Irie; Satoru Tokyo Matsumura; Norihisa Kawasaki Kanagawa Saito; Masaru Fuchu Tokyo Watanabe
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-10-11
Filing date: 1980-10-07
Publication date: 1982-12-16
Also published as: SE8007099L; FR2467469A1; US4447293A; FR2467469B1; DE3037875A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Abstreichblatt für einen Dünnfilm-Trockner zum Trocknen von flüssigem, radioaktivem Abfall mit einem vertikal angeordneten zylindrischen Teil mit einer inneren Heizfläche, in den durch eine in der Nähe seines oberen Endes vorgesehene Einlaßöffnung radioaktiver Abfall in flüssiger Form, der aus einem Kernkraftwerk od. dgl. ausgetragen worden ist, eingeführt wird, und mit einem in diesem zylindrischen Teil vorgesehenen Rotor, der um eine vertikale Achse drehbar ist und an dem in Umfangsrichtung mit gleichen Abständen mehrere Abstreichblätter schwenkbar angeordnet sind, die in vertikaler Richtung eng benachbart sind, so daß sie unter Einwirkung der Zentrifugalkraft den radioaktiven Abfall über die Heizfläche in Form eines dünnen Films ausbreiten.

Es sind Trockenvorrichtungen für fließfähiges Gut der eingangs genannten Art bekannt (DE-AS 22 28 682, US-PS 25 46 381), bei denen an Federblättern Schaber befestigt sind. Dabei bestehen die Schaber nicht aus einem besonders harten Metall. Durch die Anordnung der Schaber an Federblättern ist die Einhaltung eines vorbestimmten Abstandes zur Heizfläche praktisch nicht möglich, so daß ein gleichmäßiger, sehr dünner Film auf der Heizfläche nicht erreichbar ist.

Dünnfilm-Abstreich-Trockner der vorgenannten bekannten Art für chemische Verwendungen werden vielfach für die Trocknung von radioaktivem Abfall verwendet, der von einem Kernkraftwerk od. dgL abgegeben worden ist, weil der Trockner leicht gasdicht hergestellt werden kann, wobei die Wartung und der Unterhalt des Trockners einfach sind.

Der in Fig. 1 allgemein mit 10 bezeichnete Dünnfilm-Trockner ist normalerweise senkrecht angeordnet und besitzt einen Rotor 2, der in dem Trockner 10 durch einen Elektromotor 1 angetrieben wird, der im oberen Teil des Trockners angeordnet ist. Der zylindrische Teil 13 des Trockners enthält eine Innenwand 4 und eine Außenwand 5, die zueinander konzentrisch verlaufen. Der Raum zwischen den beiden Wänden 4 und 5 wird eis Heizdampf-Zirkulationshülse 6 verwendet, die mit einer Einlaßöffnung 7 und einer Auslaßöffnung 8 im oberen Teil und unteren Teil der Hülse 6 versehen ist. Eine Anzahl von Blättern 3 mit besonderer Ausbildung sind um den Rotor 2 herum angeordnet, und zwar jeweils mit gleichem Abstand, jedoch von der Seite des Rotors 2 her gesehen, eng benachbart. Die Blätter 3 sind um den Rotor 2 schwenkbar befestigt, so daß die Blätter 3 bei Drehung des Rotors 2 um seine vertikale Achse durch Zentrifugalkraft radial nach auswärts gerichtet sind.

Ein raoioaktiver Abfall, der von einem Kernkraftwerk od. dgl. in Form einer wäßrigen Lösung abgegeben worden ist, wird durch eine Einlaßöffnung 9 eingeführt, die am oberen Teil des Trockners 10 angeordnet ist. Die Einführung erfolgt in einen Verteiler 12. Dann fließt die Abfallösung nach abwärts entlang der inneren Wand 4 im zylindrischen Teil 13 des Trockners 10, wo die Lösung erhitzt und verdampft wird und anschließend die Trocknung erfolgt. Wenn die Lösung den engen Spait zwischen jedem Blatt 3 und der Innenwand 4 durchsetzt, verteilt das durch Zentrifugalkraft radial nach auswärts gerichtete Blatt 3 die Abfallösung über die Innenfläche der für Wärme leitfähigen Innenwand 4 in Form eines dünnen Films. Die Lösung wird auf diese Weise durch die durch die Innenwand 4 hindurch zugeführte Wärme zu einem Brei getrocknet und dann weiter zu festen Teilen getrocknet, die nach abwärts durch einen Verbindungsteil 15 in einen Trichterteil 16 des Trockners fallen. Die Wasserkomponente der wäßrigen Lösung wird durch einen anderen Auslaßteil 11, der auch im oberen Ende des Trockners 10 vorgesehen ist, nach außen abgegeben.

Der von einem Atomkraftwerk od. dgl. abgegebene Abfall enthält verschiedene chemische Verbindungen, von denen Hämatit (<x-Fe2O3) eine Vickers-Härte von etwa 500 Hv besitzt. Bei dem Betrieb mit dieser Verbindung und auch mit Bor, das eine verhältnismäßig größere Härte und eine große Korngröße besitzt, waren die bisher verwendeten Abstreichblätter aus nicht rostendem Stahl mit einer Vickers-Härte von etwa 150 Hv hergestellt worden. Da die Kanten der Blätter 3 mit hoher Geschwindigkeit von 8— 12m/sec bewegt werden, wurden diese Blätter 3 durch die während der Trocknung auf der Innenwand 4 in dem Abfall enthaltenen genannten Komponenten und Elemente abgenutzt und in kurzer Zeit zerstört, weshalb nach einem Betrieb von beispielsweise nur hundert Stunden ein Ersatz erforderlich war.

Da aber das Innere des Trockners stark durch radioaktiven Abfall verunreinigt war, war der Ersatz des Blattes extrem schwierig. Außerdem erforderte der

Ersatz einen sehr langen Zeitraum, weshalb die Arbeitszeit des Trockners in der Anlage sehr beschränkt war.

Eine Konstruktion eines üblichen Blattes 3 ist in den F i g. 2 und 3 gezeigt.

Das Blatt 3 enthält einen H&uptteil 17, einen außerhalb des Hauptkörpers 17 gebildeten und geschärften Kantenteil 18 und Gelenke 20, die innerhalb des Hauptteiles 17 vorgesehen sind, wie es in F ι g. 1 gezeigt ist. Jedes der Gelenke 20 besitzt ein sich vertikal ' erstreckendes Loch 19, das zur Aufnahme eines nicht gezeigten Gelenkstiftes vorgesehen ist, so daß das Blatt horizontal um den Gelenkstift schwenkbar ist.

Der Kantenteii 18 des bekannten Blattes ist mit einer selbstfließenden Chromnickellegierung (Colmonoy) be- ι schichtet, und zwar durch eine Schmelzmetall-Sprühtechnik, um die Härte des Kantenteiles 18 zu vergrößern. Jedoch beträgt die Vickers-Härte der Colmonoy-Legierung etwa 600 Hv, was mit der Härte der in dem Trockner 10 enthaltenen Feststoffe -⁽ vergleichbar ist. Infolgedessen konnte die Lebensdauer eines solchen Blattes aus nicht rostendem Stahl nicht sehr verbessert werden, und es hatte ein solches Blatt eine Lebensdauer von etwa nur 100 Stunden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Abstreichblattes für die Verwendung in einem Dünnfilm-Trockner nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, mit dem eine große Austragsleistung erreichbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß >' durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 erreicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt π

Fig. 1 in einer Seitenansicht einen Dünnfilm-Trockner, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 und 3 Seitenansicht und Draufsicht auf ein üblicherweise in einem Trockner verwendetes Blatt,

F i g. 4 die Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Blatt ·"> in einem Schnitt,

F i g. 5 die Draufsicht auf eine andere Ausführung des erfindungsgemäßen Blattes, ebenfalls in einem Schnitt, F i g. 6 eine grafische Darstellung der Abnutzung des Blattes in bezug auf das Härteverhältnis des Blattmate- ■>"> rials zu dem im Trockner getrockneten festen Abfall,

Fig. 7 eine grafische Darstellung der Abnutzungsfestigkeit bzw. der Lebensdauer des aus verschiedenen Materialien hergestellten Blattes,

Fig.8 eine grafische Darstellung, welche die ">" Änderung des Austrages des Dünnfilm-Trockners in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit des Blattes zeigt, das in einem konstanten Abstand von der inneren Heizfläche des Trockners gehalten ist, und

Fig.9 eine grafische Darstellung, welche die Beziehungen zwischen dem Wärmeübertragungskoeffizienten der Heizfläche und der Umfangsgeschwindigkeit des Blattes zeigt, wobei der Abstand zwischen dem Blatt und der Oberfläche als Parameter verwendet ist.

F i g. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der ^b(l Erfindung. Der Hauptkörper 17 eines Blattes 3 ist aus einem nichtrostenden Stahl SUS 316 hergestellt. Ein Streifen 21 aus einer Hanmetallegierung mit extrem hoher Härte ist an den Außenkantenteil 18 des Hauptkörpers 7 durch Löten befestigt. Innerhalb des ^h' Hauptkörpers 17 sind, wie in F i g. 1 dargestellt, Gelenke mit Löchern 19 vorgesehen, in die nicht dargestellte Gelenkstifte eingesetzt werden, wie es auch in dem in F i g. 2 gezeigten bekannten Blatt der Fall ist.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Hier ist ein Streifen 22 aus einer Wolframcarbidlegierung am Au3enkantenteil 18 des Hacptkörpers 17 befestigt, unc zwar mit Hilfe eines Montagestückes 23 und einer Maschinenschraube 24. Andere Teile der Konstruktion, wie die Gelenke, sind ähnlich denjenigen im ersten Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 und wie bei dem bekannten Blatt nach F i g. 2. Der Grund, warum die Wolframcarbidlegierung für die Streifen 21 und 22 der Ausführungsbeispiele nach den F i g. 4 und 5 verwendet ist, ist folgender:

Wie sich aus Fig.6 ergibt, welche eine Beziehung zwischen der Abnutzung des Blattes und dem ' Härteverhältnis des Blattmaterials zu einer Feststoffko'nponente im Abfall (im folgenden als Abfall-Feststoff bezeichnet), der in dem Trockner erhalten wird, wird ein Blatt mit einem Kantenteil, das mit einem geschmolzenen Metall besprüht wird, das etwas härter als der Abfall-Feststoff ist, wie Colmonoy, leicht abgenutzt, während ein Blatt mit einem Streifen aus einem Material, das mehr als 1,2mal härter ist als der Abfall-Feststoff, an seinem Kantenteil eine viel geringere Abnutzung aufweist als die mit Colmonoy od. dgl. besprühten Blätter. Die Härte der Wolframcarbidlegierung beträgt 1200 Hv, was über ein l,2mal härter ist als die Härte von cn-Fe2O3-Pulver, was eine Härte von etwa 500 Hv hat. Somit wird durch Auflöten des Streifens 21 oder durch Befestigung des Streifens 22, die beide aus einer Wolframcarbidlegierung bestehen, an dem Kantenteil 18 die Abnutzung an dem Streifen wesentlich verringert.

Es sind Untersuchungen mit Blättern aus verschiedenen Materialien durchgeführt worden, während der Trocknet mit einem Abfall gespeist wurde, welcher ein Material simulierte, das zu 25 Gewichtsprozent aus Na^SO-t, einem gewissen Gewichtsprozent an a-Fe2O3 oder einem ähnlichen Feststoff und Restwasser bestand. Dabei wurden die in F i g. 7 gezeigten Ergebnisse erhalten. In den experimentellen Ergebnissen entspricht eine gestrichelte Linie 1 einem Fall, in dem das gesamte Blatt aus nicht rostendem Stahl SUS 316 besteht. Eine strichpunktierte Linie 2 entspricht einem Falle, in welchem Colmonoy auf dem Kantenteil des Blattes aufgesprüht ist. Eine ausgezogene Linie 3 entspricht einem Falle, in dem ein Wolframcarbid-Streifen am Kantenteil jedes Blattes befestigt ist.

Wie sich aus Fig. 7 ergibt, wurden die aus SUS 316 und Colmonoy hergestellten Blätter bei Verwendung eines simulierten, a-Fe2O3 in gepulvertem Zustand enthaltenden Abfallmaterials sehr stark abgenutzt, und zwar betrug die Abnutzung nach 100 Stunden ein solches Ausmaß, ö?ß die Blätter nicht mehr weiter verwendet werden konnten. Dagegen zeigte sich bei den Blättern mit einem Wolframcarbid-Streifen, daß diese nach der gleichen Benutzungsdauer ohne Einbuße der anfänglichen Arbeitsfähigkeit weiter verwendbar waren.

Nach der Erfindung können verschiedene vorteilhafte Merkmale erhalten werden, und zwar außer der obenbeschriebenen Verringerung der Abnutzung der Blätter.

Beispielsweise kann der Austrag des Trockners erhöht werden, indem die Umfangsgeschwindigkeit der Blätter erhöht werden, wie es in F i g. 8 gezeigt ist. Dies wird erfindungsgemäß ermöglicht durch eine Legierung, die eine Härte besitzt, die um mehr als l,2mal so groß ist wie die Härte des Abfall-Feststoffes, ohne daß die

Arbeits-Lebensdauer der Blätter verringert wird.

Im übrigen hat sich gezeigt, daß bekannte Blätter aus nicht rostendem Stahl oder solche Blätter, deren Kantenteil mit Colmonoy od. dgl. beschichtet ist, bei Verwendung in dem Trockner in den Bereichen des Trockners, in denen die Blätter mit einer flüssigen Phase, einer Breiphase und einer Feststoff-Phase des Abfalles in Berührung gebracht werden, verschieden abgenutzt werden, wodurch sich verschiedene Austauschzeiten für die Blätter in verschiedenen Bereichen ergeben.

Da es nicht erwünscht ist, die Blätter häufig in dem radioaktiven Abfall behandelnden Trockner jedesmal dann auszuwechseln, wenn einzelne Blätter abgenutzt sind, müssen die gesamten Blätter gleichzeitig ausgetauscht werden, wobei das Zeitintervall kürzer ist als die minimale Lebensdauer, die bei Berührung der Blätter mit der Breiphase auftritt. Somit ist die Austauschperiode der Blätter verkürzt worden, und es ist eine wirtschaftliche Verwendung der Blätter unmöglich gemacht worden.

Bei Verwendung von Blättern aus einer Legierung, deren Härte mehr als 1,2mal so groß ist als die Härte des Abfall-Feststoffes, auf dem Außenkantenteil des Blattes sind die oben beschriebenen Verkürzungen und die unterschiedliche Abnutzung in den verschiedenen Bereichen im Trockner wesentlich ausgeschaltet worden, und es konnte der Abstand zwischen der Blattspitze und der Innenfläche der Innenwand für eine sehr lange Zeit auf einem konstanten Wert gehalten werden, Außerdem kann der Austausch und die Justierung der Blätter sehr vereinfacht werden.

F i g. 9 zeigt die Beziehungen zwischen dem Wärmeübertragungskoeffizienten des Trockners und der Umfangsgeschwindigkeit des Blattes, wobei der Abstand zwischen der Blattspitze und der Innenwand als Parameter verwendet ist. Die Linien 1 bis 4 zeigen solche Fälle, in denen die Abstände von 0,3; 0,5; 1,2; und 2 mm zwischen dem Blatt bzw. der Innenwand aufrechterhalten wurden.

Wenn, wie sich aus Fig. 9 ergibt, der Abstand auf einem konstanten Wert gehalten wird, vergrößert sich der Wärmeübertragungskoeffizient der Innenwand des Trockners in Übereinstimmung mit einem Anwachsen der Umfangsgeschwindigkeit der Blätter, und es kann die Austragmenge des Trockners in ähnlicher Weise wie in demjenigen nach F i g. 8 erhöht werden.

Mit einem Abstand im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm ist der Wärmeübertragungskoeffizient durch die Innenwand verhältnismäßig hoch. Wenn aber der Abstand im Bereich von 1,2 bis 2 mm erhöht wird, nimmt der Wärmeübertragungskoeffizient wesentlich ab, wodurch die verarbeitete Menge in dem Trockner verringert wird.

Aus der obigen Beschreibung in bezug auf die F i g. 9 ist ersichtlich, daß der Abstand zwischen der Blattspitzc und der Innenwand und damit die Abnutzung des Blattes eine wesentliche Wirkung auf den Austrag des Trockners hat. Durch Verwendung eines Wolframcarbid-Streifens für den äußeren Kantenteil der Blätter wird die Abnutzung der Blätter wesentlich verringert, und es kann die Austragmenge des Trockners merkbar erhöht werden.

Da ferner der Abstand der Blätter auf einem konstanten Wert gehalten wird, können die auf die Blätter aufgebrachten Belastungen vergleichmäßigt werden und Schwingungen und Geräusche, die in dem Trockner erzeugt werden, können wesentlich verringert werden.

Obwohl in den obenbeschriebenen Ausführungen Wolframkarbid-Streifen für die Außenkantenteile der Blätter verwendet worden sind, ist es selbstverständlich, daß irgendein anderes Material als Wolframkarbid verwendet werden kann, das eine Härte aufweist, die mehr als l,2mal größer ist als der Feststoff in dem Abfall. Beispielsweise kann für den Streifen, der am Außenkantenteil des Blattes befestigt ist, Titannitrid, Siliciumnitrid, Keramik auf der Basis von Aluminiumoxid, Borkarbid, oder ein ähnliches Material mit extrem hoher Härte und ausgezeichneter Bearbeitbarkeit verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abstreichblatt für einen Dünnfilm-Trockner zum Trocknen von flüssigem, radioaktivem Abfall mit einem vertikal angeordneten zylindrischen Teil mit einer inneren Heizfläche, in den durch eine in der Nähe seines oberen Endes vorgesehene Einlaßöffnung radioaktiver Abfall in flüssiger Form, der aus einem Kernkraftwerk od. dgl. ausgetragen worden ist, eingeführt wird, und mit einem in diesem zylindrischen Teil vorgesehenen Rotor, der um eine vertikale Achse drehbar ist und an dem in Umfangsrichtung mit gleichen Abständen mehrere Abstreichblätter schwenkbar angeordnet sind, die in vertikaler Richtung eng benachbart sind, so daß sie unter Einwirkung der Zentrifugalkraft den radioaktiven Abfall über die Heizfläche in Form eines dünnen Films ausbreiten, dadurch gekennzeichnet, daß an einem in radialer Richtung äußeren Kantenteil (t8) des Blattes (3) ein Streifen (21, 22) aus einer verschleißfesten Legierung mit einer Härte, die über 1,2mal größer ist als die Härte des im Abfall enthaltenen Hämatits (ct-fe2O3), so befestigt ist, daß zwischen dem Streifen (21, 22) und der Heizfläche des zylindrischen Teiles ein Spal'. von weniger als 0,5 mm verbleibt.

2. Abstreichblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (21) am äußeren Kantenteil (18) des Blattes (3) durch Schweißen oder Löten befestigt ist.

3. Abstreichblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (22) am äußeren Kantenteil (18) des Blattes (3) mit Hilfe eines Montagestückes (23) und einer Maschinenschraube (24) befestigt ist.

4. Abstreichblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (21, 22) aus Wolframkarbid, Titankarbid, Siliziumkarbid, Keramik auf der Basis von Aluminium oder aus Borkarbid besteht. ·