【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電プラントにおいて、炉水放射能濃度を低減するために行われる一次冷却系の水質制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子力発電プラントにおいては、一次系の構造材料から冷却材（炉水）中に放出された微量の溶出物質が炉心の燃料棒被覆管表面に付着蓄積して放射化され、放射化された付着物質が再び炉水に溶出することにより炉水放射能濃度が増加する。炉水放射能濃度を低く維持するためには、一旦燃料棒被覆管表面に付着蓄積して放射化された放射性物質を再溶出させないよう燃料棒表面に付着固定化させておくことが有効である。放射化により放射性物質を生成するＮiやＣoはＦeとの複合酸化物ＮiＦe2Ｏ4やＣoＦe2Ｏ4として燃料表面に付着すると、炉水への放射性物質の再溶出速度を著しく低減できることが知られている。Ｎi、Ｃoをこの複合酸化物の形に制御するため、給水中のＦe／Ｎi比を２以上にコントロールする技術が採用されており、その為の水質制御技術として給水Ｆe濃度制御運転が行われている。給水中の鉄成分は、非ろ過助材型フィルタを用いた復水浄化系統において、クラッド及びイオン成分の９０％以上が除去されてしまうため、給水Ｆe濃度制御運転方法として給水中に人工的に生成させた鉄を注入する方法が採用されている。
【０００３】
図２に現在用いられている鉄注入装置を示す。供給水タンク（図示なし）よりＣＯ2ガス注入槽25に入った供給水は、ＣＯ2ガスを吹き込むことにより導電率が高められ、配管26を通り電解槽27へと流れる。電解槽27には鉄板電極が並列に配置されており、電気分解によりＦeイオンを電解溶液中に溶出する。電解槽27の下部からは不活性ガス（Ｎ2、Ａr）が送り込まれ、電極への付着物抑制や酸素ガスのストリッピングを抑制している。電解槽27で生成（電解溶液中に溶出）されたＦeイオン含有水は配管28を通り、酸化用タンク29に入る。酸化用タンク29内のＦeイオン含有水に空気を吹き込むことにより、Ｆeイオンが酸化されてクラッドとなり、これが給水系へ供給される。Ｆeイオンのまま給水系へ注入する際には、酸化用タンク29への空気の供給を止める。
【０００４】
特開昭６２−２７４２９９号公報には、復水濾過フィルタで捕集された酸化鉄を、復水濾過フィルタを逆洗することで逆洗水とともに鉄受けタンクに一旦貯溜し、この酸化鉄を給水系に供給する例が示されている。また、特開昭６３−２２９３９４号公報には、復水濾過フィルタで捕集された酸化鉄を、復水濾過フィルタを逆洗することで逆洗水とともに鉄受けタンクに一旦貯溜し、この鉄受けタンクに貯溜された酸化鉄を含む逆洗水を脱塩装置を通してイオン不純物を取り除いた後、鉄貯蔵タンクに貯溜し、この鉄貯蔵タンクから給水系に酸化鉄を供給するようにした構成が示されている。さらに、特開平５−１２６９９１号公報にも、復水処理用の濾過装置や脱塩装置で捕集されたクラッド鉄を逆洗操作により剥離させ、クラッド鉄を含む逆洗水を一時貯溜したのち、一次冷却系に供給する構成が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在行われている鉄注入運転方法における課題を以下に示す。
【０００６】
（1）現在用いられている鉄注入装置では、酸化用タンクにおいて空気を吹き込むことによりＦeイオンを酸化し、ＮiやＣoとの複合酸化物を作りやすい状態にするが、急激な酸化のためクラッドの凝集が起こり易く、クラッドの粒径は大きいものとなり易い。その結果、燃料表面に付着するクラッドも粒径の大きなものとなり、燃料表面からの剥離が容易となり、炉水放射能濃度上昇の要因となる可能性がある。
【０００７】
（2）上記のようなクラッドの凝集化が起こる際、十分に酸化されていないＦeイオンがクラッド内に取り込まれる可能性がある。酸化が不十分なクラッドは注入配管の表面に付着・蓄積し易いため、配管閉塞の要因となる可能性がある。
【０００８】
（3）給水クラッド中に十分に酸化されていないＦeイオンが存在すると、燃料表面に付着したクラッド内の形態が溶出し易いものとなり、炉水放射能濃度上昇の要因となる可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、燃料付着クラッドの安定化効果の高い原子力発電プラントとその運転方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明では、給水鉄制御のための装置として、従来の鉄注入装置とは異なる新たな装置を開発した。すなわち、非ろ過助材型のフィルタで除去された復水中の鉄クラッド成分を回収し、それを給水系に注入することができる装置を開発し、その運転方法も発案した。
【００１１】
その際、フィルタの逆洗水に混入した状態で回収した鉄クラッド成分のうち、逆洗水の上澄み部分に含まれる鉄クラッド成分を選択的に給水系に注入するように構成した。逆洗水に混入した状態で回収した鉄クラッド成分は、粒径が大小さまざまのものが混った状態で水中に存在しているが、タンク中に導入された段階で粒径の大きいものから沈降し始め、粒径の小さいものはなかなか沈降しない。したがってタンク液面に近い部分、つまり逆洗水の上澄み部分では、粒径の大きいものが沈降して粒径の小さいものが残ることになり、上澄み部分の鉄クラッドは、粒径が小さく、大きさのばらつきも小さい。
【００１２】
したがって、逆洗水の上澄み部分に含まれる鉄クラッド成分を選択的に給水系に注入するように構成することで、粒径が小さく、大きさのばらつきも小さい鉄クラッド成分が給水系に供給され、また、Ｆeイオンが十分に酸化された鉄クラッド成分が給水管から炉内へと送り込まれる。この結果、燃料棒表面上でのスピネル型複合酸化物（ＮiＦe2Ｏ4等）の生成率が高くなり、燃料付着クラッドが化学的に安定な形態にすみやかに変化するので、放射化された付着クラッドからの放射性物質の溶出・剥離が抑制される。また、Ｆeクラッドの粒径が小さく、大きさのばらつきが少ないので、燃料棒に付着する際に均一に付着し、はがれにくい。
【００１３】
また、タンク中の上澄み部分に含まれる鉄クラッド成分の濃度を測定し、測定された濃度に応じて給水系への注入量を制御するのがよい。
【００１４】
また、給復水系に注入したＦeクラッド含有水中のＦeクラッドが燃料被覆管表面上でスピネル型の複合酸化物を形成することを促進する物質をＦeクラッド含有水を貯蔵したタンク内にあらかじめ混入させ、給復水系にＦeクラッド含有水を注入すると同時に注入することが効果的である。スピネル型の複合酸化物形成促進物質としては、Ｚn又はＮi又はＡlのいずれか一種類以上をイオン状又はクラッド状で混入させればよい。
【００１５】
前記特開昭６２−２７４２９９号公報及び特開昭６３−２２３９３４号公報記載の例では、鉄受けタンクあるいは鉄貯蔵タンクに貯溜された逆洗水は循環ポンプで循環されるようになっており、逆洗水に含まれている酸化鉄全体を均等に分散させた状態で給水系に供給するようになっている。したがって、炉内へ送りこまれる酸化鉄は、その大きさが均一でなく、大小ばらついたものとなっている。
【００１６】
また、特開平５−１２６９９１号公報のものでも、逆洗により回収したクラッド鉄の粒径が大きくなること防止することには配慮しているが、粒径の小さい、かつ均一な粒径のクラッド鉄を炉内に供給する配慮はなされていない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
〔実施例１〕
本発明に基づいた原子力発電プラントとその運転方法の第１の実施例を図１に示す。図示のプラントは、原子炉1と、原子炉1に主蒸気管で接続された蒸気タービン3と、蒸気タービン3に接続された復水器4と、復水器4の出側に復水配管６で接続された復水ポンプ7と、復水ポンプ7の出側にそれぞれ復水フィルタ入口弁11を介して互いに並列に接続された複数基の復水ろ過装置8と、各復水ろ過装置8の出側に接続された復水フィルタ出口弁10と、復水フィルタ出口弁10の出側に接続され各復水ろ過装置8を通過した復水を１本の流れにまとめるマニホールドパイプ10Aと、マニホールドパイプ10Aにそれぞれ弁30を介して互いに並列に接続された複数基の復水脱塩器9と、復水脱塩器9それぞれの出側を弁31を介して原子炉1に接続する給水管35と、逆洗用空気を貯溜する逆洗用空気供給タンク12と、逆洗用空気供給タンク12と前記復水ろ過装置8の復水出側をそれぞれ逆洗用空気注入弁19を介して接続する逆洗用空気注入管36と、前記復水ろ過装置8の復水入り側にそれぞれ逆洗水出口弁20を介して接続された逆洗水受けタンク13と、逆洗水受けタンク13の底部に接続され弁22を介装したサンプリングライン43と、一端を逆洗水受けタンク13に接続され弁23を介装したＦeクラッド含有水取り出し配管37と、Ｆeクラッド含有水取り出し配管37の他端に接続された給水鉄注入ポンプ17と、給水鉄注入ポンプ17の出側に接続され給水鉄注入ポンプ17で加圧されたＦeクラッド含有水を加熱昇温する熱交換器32と、熱交換器32のＦeクラッド含有水出側を前記給水管35に弁24を介して連通する給水鉄注入ライン18と、を含んで構成されている。Ｆeクラッド含有水取り出し配管37の逆洗水受けタンク13側端部は、逆洗水受けタンク13内の逆洗水の上澄み部分を取り出す位置に開口させてある。
【００１８】
上記構成において、原子炉1で発生した蒸気2は蒸気タービン3で仕事をした後、復水器4において海水循環系5を流れる海水で冷却液化され、復水配管6へと送られる。この時点での復水は配管等の腐食によるイオンやクラッド状の不純物を含んでいるため、復水ポンプ7を介して復水ろ過装置8および復水脱塩器9から成る復水浄化系へと送り込まれて浄化された後に、給水管35を経て再び原子炉1へと送り込まれる。復水浄化系における復水ろ過装置8は内装された復水フィルタの差圧上昇に伴い、復水フィルタ入口弁11、復水フィルタ出口弁10を閉とし、逆洗用空気注入弁19および逆洗水出口弁20を開として、逆洗用空気供給タンク12から空気を送り込んで逆洗を行う。逆洗によって生じた廃液、すなわちＦeクラッド含有水は逆洗水受けタンク13へと送られる。
【００１９】
本実施例の基本的な特徴は、復水フィルタの逆洗水受けタンク13に貯蔵したＦeクラッド含有水を給水鉄注入ポンプ17で加圧して熱交換器32に送りこみ、熱交換器32で加熱した後、給水鉄注入ライン18から給水管35へと送り込むこと、そして逆洗水受けタンク13からＦeクラッド含有水を取り出す際に、逆洗水受けタンク13の上澄み部分からＦeクラッド含有水を取り出すにある。
【００２０】
復水中のＦeクラッド濃度は、図２に示す鉄注入装置の電解槽27中のＦeクラッド濃度に比べ、約10~4倍の濃度であるため、鉄注入装置によって生成されるＦeクラッドよりも十分な酸化が行われており（２価の鉄が少なく）、さらにその粒径も均一で小さい。従って、図３に示すように、逆洗水受けタンク13中のＦeクラッドは従来の電解Ｆeクラッドに比べ粒径が小さく、大きさのばらつきも小さい。また、図４に示すように、Ｆeイオンが十分に酸化された鉄クラッド成分が給水管から炉内へと送り込まれることになるので、実機炉水環境下において、燃料棒表面上でのスピネル型複合酸化物（ＮiＦe2Ｏ4等）の生成率が高くなる。その結果、燃料付着クラッドが化学的に安定な形態にすみやかに変化するので、放射化された付着クラッドからの放射性物質の溶出・剥離が抑制される。また、Ｆeクラッドの粒径が小さく、大きさのばらつきが少ないので、燃料棒に付着する際に均一に付着し、はがれにくい。
【００２１】
〔実施例２〕
図５に示す実施例２は、逆洗水受けタンクを２基設置した例である。本実施例が前記図１に示す実施例１と異なるのは、逆洗水受けタンク13から逆洗水（すなわちＦeクラッド含有水、以下同じ）を給水鉄注入ポンプ17で取り出すのではなく、逆洗水受けタンク13（以下、第１の逆洗水受けタンク13という）に弁38を介装した上澄み液取出し管39で接続された第２の逆洗水受けタンク14を設け、Ｆeクラッド含有水取出し配管37を第２の逆洗水受けタンク14に接続した点である。他の構成は前記図１に示す実施例と同一であるので、説明を省略する。
【００２２】
これに伴い、第２の逆洗水受けタンク14に弁15を介装したサンプリングライン43が接続されている。上澄み液取出し管39の第１の逆洗水受けタンク13内の開口位置は、第１の逆洗水受けタンク13に貯溜された逆洗水の上澄み部分を第２の逆洗水受けタンク14に移送する位置に設定されている。
【００２３】
本実施例の特徴は、第１の逆洗水受けタンク13に貯蔵した逆洗水（すなわちＦeクラッド含有水、以下同じ）の上澄み液のみを、第２の逆洗水受けタンク14に導いて貯蔵し、第２の逆洗水受けタンク14に貯蔵された逆洗水を給水鉄注入ポンプ17で加圧して給水鉄注入ライン18から給水系へと送り込むことにある。
【００２４】
第２の逆洗水受けタンク14に貯蔵される逆洗水は、第１の逆洗水受けタンク13の上層に分散している粒径の小さい均一なＦeクラッドのみを含んでいるので、図６に示すように、給水系に注入される逆洗水中のＦeクラッドはより粒径が小さく、均等な分散状態で注入することが可能である。
【００２５】
〔実施例３〕
図７に逆洗水受けタンクを２基設置した他の例である実施例３を示す。本実施例が前記図５に示す実施例２と異なるのは、逆洗水出口弁20と第１の逆洗水受けタンク13を接続する配管40に弁44を設け、上澄み液取出し管39の代わりに、前記弁44の上流側の配管40と第２の逆洗水受けタンク14を弁41を介して接続する配管42を設けた点、及びＦeクラッド含有水取出し配管37のタンク側端部は、前記実施例１の場合と同様、逆洗水の上澄み部分を取り出す位置に開口させてある点である。サンプリングライン43のタンク側開口位置は、Ｆeクラッド含有水取出し配管37のタンク側端部開口位置とほぼ同レベルとしておくのが望ましい。他の構成は前記実施例２と同じであるので、説明は省略する。
【００２６】
本実施例の特徴は、起動試験時及び再起動時に運用した復水ろ過装置8のフィルタの逆洗水を第１の逆洗水受けタンク13へと流し、通常運転時の逆洗水のみを第２の逆洗水受けタンク14において貯蔵するようにしたところにあり、第２の逆洗水受けタンク14に貯蔵したＦeクラッド含有水を給水鉄注入ポンプ17で加圧して給水鉄注入ライン18から給水系へと送り込む運転方法である。
【００２７】
起動試験時に運用したフィルタの逆洗水中にはＦeクラッド以外の不純物が約５０％程含まれている。図８に示すように、この逆洗水受けタンクを２基設置し、通常運転時の逆洗水のみを給水系に注入する方法を用いることにより、給水系より注入するＦeクラッド含有水中に含まれる不純物の量は大幅に低減させることができ、逆洗水受けタンクを１基のみ設置した場合に比べ、より純度の高いＦeクラッド含有水を給水系に注入することが可能となる。
【００２８】
〔実施例４〕
実施例１〜３とその運転方法において、逆洗水受けタンクにタンク内のＦeクラッド濃度を測定するＦeクラッド濃度測定装置16を設置した実施例４を図９〜１１に示す。本実施例が前記実施例１〜３と異なるのは、サンプリングライン43にＦeクラッド濃度を測定するＦeクラッド濃度測定装置16を設置し、サンプリングライン43の下流端を熱交換器32の下流側の給水鉄注入ライン18に接続するとともに、Ｆeクラッド濃度測定装置16の出力を入力として給水鉄注入ライン18の流量を制御する図示されていない制御手段を設けた点である。他の構成は前記実施例１〜３と同じであるので、説明は省略する。
【００２９】
Ｆeクラッド濃度の測定には、例えば、レーザー光の光散乱等を利用したものを用い、Ｆeクラッド濃度をオンライン測定する。逆洗水受けタンク内のＦeクラッド濃度は、復水フィルタの逆洗条件により異なるので、Ｆeクラッド濃度測定装置16で測定されたＦeクラッド濃度値に対応してＦeクラッド含有水の注入量を制御することにより、より正確な給水Ｆe濃度制御が可能となる。通常運転時の逆洗水受けタンク内のＦeクラッド濃度は500ppm程度であるので、給水Ｆe濃度を最適値の0.5〜1ppb程度にするためには、110万ｋＷクラスの原子力発電プラントの場合、給水（6400t／h）中に10l／h前後の流量で逆洗水受けタンク中の逆洗水を給水系に注入することで、給水鉄制御が可能である。
【００３０】
給水鉄注入ライン18の流量を制御する制御手段としては、給水鉄注入ポンプ17の回転数制御を行う回転数制御手段、弁24の開度を制御する弁開度制御手段が採用可能であり、回転数制御手段と弁開度制御手段の双方を設けるようにしてもよい。
【００３１】
なお、サンプリングライン43の下流端は必ずしも給水鉄注入ライン18に接続する必要は無く、給水鉄注入ポンプ17の吸い込み側に接続してもよい。
【００３２】
〔実施例５〕
図１２〜１４に、図９に示す逆洗水受けタンク13、あるいは図１０，図１１に示す逆洗水受けタンク14に、Ｆe以外の金属イオン又はクラッドを注入する、金属注入装置34を設置した例を示す。本実施例が図９、図１０，図１１に示す実施例４と異なるのは、図９においてＦeクラッド含有水取出し配管37が接続された第１の逆洗水受けタンク13もしくは図１０，図１１においてＦeクラッド含有水取出し配管37が接続された第２の逆洗水受けタンク14に、金属注入ポンプ33及び弁21を介装した配管を介して金属注入装置34が接続されている点である。他の構成は前記実施例４と同じであるので、説明は省略する。
【００３３】
例えば、ＺnやＮi等は、Ｆe酸化物と結合してスピネル型酸化物を生成し易いので、本装置を用いてＺnやＮiを逆洗水受けタンク13あるいは第２の逆洗水受けタンク14内に注入することにより、燃料棒表面での燃料付着クラッドの安定化を促進する効果がある。
【００３４】
また、ＡlもＦe酸化物やＣr酸化物中の3価のＦeやＣrイオンと置換して酸化物を安定化する効果が期待できるので、逆洗水受けタンク内への注入物質として使用できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の水質制御装置を用いて給水系に注入された鉄クラッドは、従来の鉄注入装置を用いたものに比べ、クラッド粒径が小さく均一で、さらに2価の鉄をほとんど含んでいない。従って、Ｎi、Ｃoが燃料棒表面に複合酸化物として付着した場合、その粒径は小さく2価の鉄も含んでいないため、剥離や溶出によって炉内に溶出してくる割合は減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施例１を示す系統図である。
【図２】従来技術の鉄注入装置の構成を示す概念図である。
【図３】復水フィルタ（ＣＦ）逆洗水に含まれるＦeクラッドと電解Ｆeクラッドの粒径分布を比較して示す概念図である。
【図４】炉水温度条件でのＣＦ逆洗Ｆeクラッドと電解ＦeクラッドからのＮiフェライト生成効率を比較して示すグラフである。
【図５】本発明の実施例２を示す系統図である。
【図６】実施例１及び２の復水クラッド注入系を用いた時の復水フィルタ逆洗水に含まれるＦeクラッドと電解Ｆeクラッドの粒径分布を比較して示す概念図である。
【図７】本発明の実施例３を示す系統図である。
【図８】実施例３の装置を用いた時の逆洗水受けタンク内不純物濃度の低減効果を示すグラフである。
【図９】実施例１の復水Ｆeクラッド注入系に鉄クラッド濃度測定装置を設置した実施例４を示す系統図である。
【図１０】実施例２の復水Ｆeクラッド注入系に鉄クラッド濃度測定装置を設置した実施例４を示す系統図である。
【図１１】実施例３の復水Ｆeクラッド注入系に鉄クラッド濃度測定装置を設置した実施例４を示す系統図である。
【図１２】図９に示す実施例４の復水Ｆeクラッド注入系に金属を注入する装置を設置した実施例５を示す系統図である。
【図１３】図１０に示す実施例４の復水Ｆeクラッド注入系に金属を注入する装置を設置した実施例５を示す系統図である。
【図１４】図１１に示す実施例４の復水Ｆeクラッド注入系に金属を注入する装置を設置した実施例５を示す系統図である。
【符号の説明】
1 原子炉
2 炉内発生蒸気
3 蒸気タービン
4 復水器
5 海水循環系
6 復水配管
7 復水ポンプ
8 復水ろ過装置
9 復水脱塩器
10 復水フィルタ出口弁
10A マニホールドパイプ
11 復水フィルタ入口弁
12 逆洗用空気供給タンク
13 第１の逆洗水受けタンク
14 第２の逆洗受水けタンク
15 弁
16 Ｆeクラッド濃度測定装置
17 給水鉄注入ポンプ
18 給水鉄注入ライン
19〜24 弁
25 ＣＯ2ガス注入槽
26 配管
27 電解槽
28 配管
29 酸化用タンク
30，31 弁
32 熱交換器
33 金属注入ポンプ
34 金属注入装置
35 給水管
36 逆洗用空気注入管
37 Ｆeクラッド含有水取出し配管
38 弁
39 上澄み液取出し管
40 配管
41 弁
42 配管
43 サンプリングライン
44 弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to water quality control of a primary cooling system performed in a nuclear power plant to reduce reactor water radioactivity concentration.
[0002]
[Prior art]
In boiling water nuclear power plants, a small amount of eluent released into the coolant (reactor water) from the primary system structural material adheres and accumulates on the surface of the fuel rod cladding tube in the core and is activated. As the adhering substances are eluted into the reactor water again, the reactor water radioactivity concentration increases. In order to keep the reactor water radioactivity concentration low, it is effective to adhere and immobilize on the fuel rod surface so that the radioactive material once deposited and accumulated on the surface of the fuel rod cladding tube does not re-elute. . It is known that Ni and Co, which generate radioactive materials by activation, can remarkably reduce the re-elution rate of radioactive materials into reactor water when they adhere to the fuel surface as complex oxides NiFe 2 O 4 and CoFe 2 O 4 with Fe. It has been. In order to control Ni and Co in the form of this complex oxide, a technology to control the Fe / Ni ratio in the feed water to 2 or more is adopted, and the feed water Fe concentration control operation is performed as a water quality control technology for that purpose. ing. In the condensate purification system using the non-filter aid type filter, 90% or more of the clad and ionic components are removed from the iron component in the feed water. A method of injecting the generated iron is employed.
[0003]
FIG. 2 shows an iron injection apparatus currently used. The supply water that has entered the CO 2 gas injection tank 25 from a supply water tank (not shown) has its conductivity increased by blowing CO 2 gas, and flows through the pipe 26 to the electrolytic tank 27. Iron plate electrodes are arranged in parallel in the electrolytic cell 27, and Fe ions are eluted into the electrolytic solution by electrolysis. An inert gas (N 2 , Ar) is fed from the lower part of the electrolytic cell 27 to suppress deposits on the electrode and stripping of oxygen gas. The Fe ion-containing water produced in the electrolytic cell 27 (eluted in the electrolytic solution) passes through the pipe 28 and enters the oxidation tank 29. When air is blown into the Fe ion-containing water in the oxidation tank 29, Fe ions are oxidized to form a clad, which is supplied to the water supply system. When the Fe ions are injected into the water supply system, the supply of air to the oxidation tank 29 is stopped.
[0004]
In JP-A-62-274299, iron oxide collected by a condensate filtration filter is once stored in an iron receiving tank together with backwash water by backwashing the condensate filtration filter. An example of supplying to a water supply system is shown. Japanese Patent Laid-Open No. 63-229394 discloses that iron oxide collected by a condensate filter is temporarily stored in an iron receiving tank together with backwash water by backwashing the condensate filter. The backwash water containing iron oxide stored in the receiving tank is removed in the iron storage tank after removing ionic impurities through a desalination unit, and the iron oxide is supplied from this iron storage tank to the water supply system. It is shown. Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 5-126991 also discloses a method in which clad iron collected by a condensate treatment filtration device or a desalination device is peeled off by a backwash operation, and the backwash water containing the clad iron is temporarily stored. A configuration for supplying the primary cooling system is shown.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The problems in the current iron injection operation method are shown below.
[0006]
(1) Currently used iron injection equipment oxidizes Fe ions by blowing air in an oxidation tank, making it easy to form complex oxides with Ni and Co. Aggregation tends to occur, and the clad particle size tends to be large. As a result, the clad adhering to the fuel surface also has a large particle size, and peeling from the fuel surface is facilitated, which may increase the reactor water radioactivity concentration.
[0007]
(2) When the above-mentioned agglomeration of the clad occurs, Fe ions that are not sufficiently oxidized may be taken into the clad. Insufficient oxidation of the clad tends to adhere to and accumulate on the surface of the injection pipe, which may cause a blockage of the pipe.
[0008]
(3) If Fe ions that are not sufficiently oxidized are present in the water supply clad, the form in the clad adhering to the fuel surface is likely to be eluted, which may increase the reactor water radioactivity concentration.
[0009]
An object of the present invention is to provide a nuclear power plant having a high stabilization effect of a fuel-adhering clad and an operation method thereof.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the present invention, a new device different from a conventional iron injection device has been developed as a device for controlling feedwater iron. That is, a device that can recover the iron clad component in the condensate removed by the non-filter aid type filter and inject it into the water supply system has been developed.
[0011]
At that time, the iron clad component contained in the supernatant portion of the backwash water among the iron clad components collected in the state of being mixed in the backwash water of the filter was selectively injected into the water supply system. The iron clad component collected in the backwash water is present in the water with a mixture of large and small particle sizes, but the particle size is large when introduced into the tank. Sedimentation begins, and those with a small particle size do not settle easily. Therefore, in the portion close to the tank liquid level, that is, in the supernatant portion of the backwash water, the large particle size settles and the small particle size remains, and the iron clad in the supernatant portion has a small particle size and a large particle size. There is little variation in length.
[0012]
Therefore, by selectively injecting the iron clad component contained in the supernatant portion of the backwash water into the water supply system, the iron clad component having a small particle size and small variation in size is supplied to the water supply system. In addition, an iron clad component in which Fe ions are sufficiently oxidized is sent from the water supply pipe into the furnace. As a result, the rate of formation of spinel-type complex oxides (NiFe 2 O 4 etc.) on the fuel rod surface is increased, and the fuel-adhered cladding is quickly changed to a chemically stable form, so that the activated adhesion Elution and separation of radioactive material from the cladding is suppressed. In addition, since the Fe clad has a small particle size and little variation in size, it adheres uniformly to the fuel rods and is difficult to peel off.
[0013]
Moreover, it is good to measure the density | concentration of the iron clad component contained in the supernatant part in a tank, and to control the injection amount to a water supply system according to the measured density | concentration.
[0014]
In addition, a substance that promotes the formation of a spinel-type composite oxide on the surface of the fuel cladding by the Fe clad in the water containing the Fe clad injected into the feed and condensate system is previously mixed in the tank that stores the Fe clad-containing water. It is effective to inject the Fe clad-containing water into the feed and condensate system at the same time. As the spinel-type complex oxide formation promoting substance, any one or more of Zn, Ni, or Al may be mixed in an ionic form or a clad form.
[0015]
In the examples described in JP-A-62-274299 and JP-A-63-223934, backwash water stored in an iron receiving tank or an iron storage tank is circulated by a circulation pump. The whole iron oxide contained in the backwash water is supplied to the water supply system in a uniformly dispersed state. Therefore, the iron oxide fed into the furnace is not uniform in size and varies in size.
[0016]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-126991 also considers prevention of an increase in the particle size of the clad iron recovered by backwashing, but the clad has a small particle size and a uniform particle size. No consideration is given to supplying iron into the furnace.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Example 1]
A first embodiment of a nuclear power plant and its operating method according to the present invention is shown in FIG. The illustrated plant includes a reactor 1, a steam turbine 3 connected to the reactor 1 through a main steam pipe, a condenser 4 connected to the steam turbine 3, and a condensate pipe on the outlet side of the condenser 4. 6, a condensate pump 7 connected in parallel to each other via a condensate filter inlet valve 11 on the outlet side of the condensate pump 7, and each condensate filter device. A condensate filter outlet valve 10 connected to the outlet side of 8 and a manifold pipe 10A connected to the outlet side of the condensate filter outlet valve 10 to combine the condensate that has passed through each condensate filtration device 8 into one flow; , A plurality of condensate demineralizers 9 connected in parallel to each other through the valve 30 to the manifold pipe 10A, and the respective outlets of the condensate demineralizer 9 are connected to the reactor 1 via the valves 31. A water supply pipe 35, a backwash air supply tank 12 for storing backwash air, a backwash air supply tank 12 and the condensate filtration device 8; A backwash air injection pipe 36 for connecting the condensate outlet side via a backwash air injection valve 19 and a backwash water outlet valve 20 for connecting to the condensate inlet side of the condensate filtration device 8 respectively. The backwash water receiving tank 13, the sampling line 43 connected to the bottom of the backwash water receiving tank 13 via the valve 22, and Fe connected at one end to the backwash water receiving tank 13 and via the valve 23 The clad-containing water take-out pipe 37, the feed iron injection pump 17 connected to the other end of the Fe clad-containing water take-out pipe 37, and connected to the outlet side of the feed water iron inject pump 17 were pressurized by the feed iron inject pump 17. A heat exchanger 32 that heats and raises the temperature of the Fe clad-containing water, and a feedwater iron injection line 18 that communicates the Fe clad-containing water discharge side of the heat exchanger 32 to the water supply pipe 35 via a valve 24. Has been. The end portion of the Fe clad-containing water take-out pipe 37 on the side of the backwash water receiving tank 13 is opened at a position where the supernatant of the backwash water in the backwash water receiving tank 13 is taken out.
[0018]
In the above configuration, the steam 2 generated in the nuclear reactor 1 works in the steam turbine 3 and is then cooled and liquefied by seawater flowing in the seawater circulation system 5 in the condenser 4 and sent to the condensate pipe 6. Since the condensate at this point contains ions and clad impurities due to corrosion of pipes and the like, the condensate purification system comprising the condensate filtration device 8 and the condensate demineralizer 9 is passed through the condensate pump 7. And then purified and then fed back into the reactor 1 through the water supply pipe 35. The condensate filtration device 8 in the condensate purification system closes the condensate filter inlet valve 11 and the condensate filter outlet valve 10 as the differential pressure of the built-in condensate filter increases, and the backwash air injection valve 19 and the reverse filter The flush outlet valve 20 is opened and air is fed from the backwash air supply tank 12 for backwashing. Waste liquid generated by backwashing, that is, Fe clad-containing water, is sent to a backwash water receiving tank 13.
[0019]
The basic feature of the present embodiment is that the Fe clad-containing water stored in the backwash water receiving tank 13 of the condensate filter is pressurized by the feed water iron injection pump 17 and sent to the heat exchanger 32, and the heat exchanger 32 After heating, the Fe clad containing water is fed from the supernatant of the backwash water receiving tank 13 when the feed water is fed from the feed water injection line 18 to the feed pipe 35 and when the Fe clad containing water is taken out from the backwash water receiving tank 13. There is to take out.
[0020]
The Fe clad concentration in the condensate is about 10 to 4 times higher than the Fe clad concentration in the electrolytic bath 27 of the iron injector shown in FIG. 2, so it is sufficiently higher than the Fe clad produced by the iron injector. Oxidation is performed (the amount of divalent iron is small), and the particle size is uniform and small. Therefore, as shown in FIG. 3, the Fe cladding in the backwash water receiving tank 13 has a smaller particle size and less variation in size than the conventional electrolytic Fe cladding. Further, as shown in FIG. 4, since the iron clad component in which Fe ions are sufficiently oxidized is fed into the furnace from the feed water pipe, the spinel type on the surface of the fuel rod in the actual reactor water environment. The production rate of complex oxides (NiFe 2 O 4 etc.) increases. As a result, the fuel adhering clad quickly changes to a chemically stable form, and elution and separation of radioactive material from the activated adhering clad is suppressed. In addition, since the Fe clad has a small particle size and little variation in size, it adheres uniformly to the fuel rods and is difficult to peel off.
[0021]
[Example 2]
Example 2 shown in FIG. 5 is an example in which two backwash water receiving tanks are installed. This embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that backwash water (that is, Fe clad-containing water, the same applies hereinafter) is not taken out from the backwash water receiving tank 13 by the feed iron injection pump 17, but reversely. A second backwash water receiving tank 14 connected to the wash water receiving tank 13 (hereinafter referred to as the first backwash water receiving tank 13) by a supernatant liquid take-out pipe 39 provided with a valve 38 is provided and contains Fe cladding. The water take-out pipe 37 is connected to the second backwash water receiving tank 14. Other configurations are the same as those of the embodiment shown in FIG.
[0022]
Accordingly, a sampling line 43 having a valve 15 interposed is connected to the second backwash water receiving tank 14. The opening position of the supernatant liquid discharge pipe 39 in the first backwash water receiving tank 13 is the same as that of the second backwash water receiving tank 14 in which the supernatant of the backwash water stored in the first backwash water receiving tank 13 is stored. It is set to the position to transfer to.
[0023]
The feature of this embodiment is that only the supernatant of the backwash water stored in the first backwash water receiving tank 13 (that is, Fe clad-containing water, hereinafter the same) is introduced to the second backwash water receiving tank 14. The backwash water stored and stored in the second backwash water receiving tank 14 is pressurized by the feed water injection pump 17 and fed from the feed water injection line 18 to the feed system.
[0024]
The backwash water stored in the second backwash water receiving tank 14 includes only a uniform Fe clad having a small particle size dispersed in the upper layer of the first backwash water receiving tank 13. As shown in FIG. 6, the Fe cladding in the backwash water to be injected into the water supply system has a smaller particle size and can be injected in an evenly dispersed state.
[0025]
Example 3
FIG. 7 shows a third embodiment which is another example in which two backwash water receiving tanks are installed. This embodiment differs from the second embodiment shown in FIG. 5 in that a valve 44 is provided in a pipe 40 connecting the backwash water outlet valve 20 and the first backwash water receiving tank 13, and a supernatant liquid take-out pipe 39 is provided. Instead, a pipe 42 for connecting the pipe 40 upstream of the valve 44 and the second backwash water receiving tank 14 via the valve 41 is provided, and a tank side end of the Fe clad containing water outlet pipe 37 is provided. This is the same as in the case of Example 1 except that it is opened at a position where the supernatant portion of the backwash water is taken out. It is desirable that the tank side opening position of the sampling line 43 be set at substantially the same level as the tank side end opening position of the Fe clad-containing water extraction pipe 37. Since other configurations are the same as those of the second embodiment, description thereof is omitted.
[0026]
The feature of the present embodiment is that the backwash water of the filter of the condensate filtration device 8 operated during the start-up test and the restart is caused to flow to the first backwash water receiving tank 13 and only the backwash water during normal operation is used. The water contained in the second backwash water receiving tank 14 is stored in the second backwash water receiving tank 14, and the Fe clad-containing water stored in the second backwash water receiving tank 14 is pressurized by a feedwater iron injection pump 17 to supply a feedwater iron injection line 18. It is an operation method that sends the water to the water supply system.
[0027]
About 50% of impurities other than Fe clad are contained in the backwash water of the filter used during the start-up test. As shown in FIG. 8, two backwash water receiving tanks are installed, and by using a method of injecting only backwash water during normal operation into the water supply system, it is included in the Fe clad containing water injected from the water supply system. The amount of impurities generated can be greatly reduced, and Fe clad-containing water having a higher purity can be injected into the water supply system than when only one backwash water receiving tank is installed.
[0028]
Example 4
FIGS. 9 to 11 show Embodiments 1 to 3 and an operation method thereof in which the Fe cladding concentration measuring device 16 for measuring the Fe cladding concentration in the tank is installed in the backwash water receiving tank. This embodiment differs from the first to third embodiments in that an Fe cladding concentration measuring device 16 for measuring the Fe cladding concentration is installed in the sampling line 43 and the downstream end of the sampling line 43 is connected to the downstream side of the heat exchanger 32. A control means (not shown) is provided which is connected to the feedwater iron injection line 18 and controls the flow rate of the feedwater iron injection line 18 using the output of the Fe clad concentration measuring device 16 as an input. Since other configurations are the same as those of the first to third embodiments, description thereof is omitted.
[0029]
For the measurement of the Fe cladding concentration, for example, a method using light scattering of laser light or the like is used, and the Fe cladding concentration is measured online. Since the Fe clad concentration in the backwash water receiving tank varies depending on the backwash conditions of the condensate filter, the injection amount of the Fe clad containing water is controlled in accordance with the Fe clad concentration value measured by the Fe clad concentration measuring device 16. By doing so, more accurate feed water Fe concentration control becomes possible. Since the Fe clad concentration in the backwash water receiving tank during normal operation is about 500 ppm, in order to make the feedwater Fe concentration about 0.5 to 1 ppb of the optimum value, in the case of a 1.1 million kW class nuclear power plant, the water supply By feeding backwash water in the backwash water receiving tank into the water supply system at a flow rate of around 10 l / h during (6400 t / h), it is possible to control the feed water.
[0030]
As the control means for controlling the flow rate of the feedwater iron injection line 18, a rotation speed control means for controlling the rotation speed of the feedwater iron injection pump 17, and a valve opening degree control means for controlling the opening degree of the valve 24 can be employed. You may make it provide both a rotation speed control means and a valve opening degree control means.
[0031]
Note that the downstream end of the sampling line 43 is not necessarily connected to the feedwater iron injection line 18, and may be connected to the suction side of the feedwater iron injection pump 17.
[0032]
Example 5
12-14, a metal injection device 34 for injecting metal ions or cladding other than Fe into the backwash water receiving tank 13 shown in FIG. 9 or the backwash water receiving tank 14 shown in FIGS. An example is shown. This embodiment differs from the fourth embodiment shown in FIGS. 9, 10, and 11 in that the first backwash water receiving tank 13 to which the Fe clad-containing water outlet pipe 37 is connected in FIG. 9 or FIG. 11, the metal injection device 34 is connected to the second backwash water receiving tank 14 to which the Fe clad containing water extraction pipe 37 is connected via a pipe having a metal injection pump 33 and a valve 21. is there. Since other configurations are the same as those of the fourth embodiment, description thereof is omitted.
[0033]
For example, since Zn, Ni, etc. are likely to combine with Fe oxide to produce a spinel oxide, Zn or Ni is converted into a backwash water receiving tank 13 or a second backwash water receiving tank 14 using this apparatus. By injecting into the inside, there is an effect of promoting the stabilization of the fuel adhering clad on the surface of the fuel rod.
[0034]
Further, Al can be used as an injection material into the backwash water receiving tank because Al can be expected to be substituted with trivalent Fe or Cr ions in the Fe oxide or Cr oxide to stabilize the oxide.
[0035]
【The invention's effect】
The iron clad injected into the water supply system using the water quality control device of the present invention has a smaller and uniform clad particle size and hardly contains divalent iron as compared with a conventional iron injection device. Therefore, when Ni and Co adhere to the fuel rod surface as a complex oxide, the particle size is small and does not contain divalent iron, so the rate of elution into the furnace by peeling or elution decreases.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a configuration of a conventional iron injection apparatus.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a comparison of particle size distributions of an Fe cladding and an electrolytic Fe cladding contained in a condensate filter (CF) backwash water.
FIG. 4 is a graph showing a comparison of Ni ferrite production efficiency from CF backwashed Fe cladding and electrolytic Fe cladding under reactor water temperature conditions.
FIG. 5 is a system diagram showing Example 2 of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a comparison of the particle size distribution of Fe cladding and electrolytic Fe cladding contained in the condensate filter backwash water when the condensate cladding injection systems of Examples 1 and 2 are used.
FIG. 7 is a system diagram showing Example 3 of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the effect of reducing the impurity concentration in the backwash water receiving tank when the apparatus of Example 3 is used.
9 is a system diagram showing Example 4 in which an iron clad concentration measuring device is installed in the condensate Fe clad injection system of Example 1. FIG.
10 is a system diagram showing Example 4 in which an iron clad concentration measuring device is installed in the condensate Fe clad injection system of Example 2. FIG.
11 is a system diagram showing Example 4 in which an iron clad concentration measuring device is installed in the condensate Fe cladding injection system of Example 3. FIG.
12 is a system diagram showing Example 5 in which a device for injecting metal is installed in the condensate Fe cladding injection system of Example 4 shown in FIG. 9; FIG.
13 is a system diagram showing Example 5 in which an apparatus for injecting metal is installed in the condensate Fe cladding injection system of Example 4 shown in FIG.
14 is a system diagram showing Example 5 in which a device for injecting metal is installed in the condensate Fe cladding injection system of Example 4 shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Reactor
2 Steam generated in the furnace
3 Steam turbine
4 condenser
5 Seawater circulation system
6 Condensate piping
7 Condensate pump
8 Condensate filtration device
9 Condensate demineralizer
10 Condensate filter outlet valve
10A manifold pipe
11 Condensate filter inlet valve
12 Backwash air supply tank
13 First backwash tank
14 Second backwash tank
15 valves
16 Fe clad concentration measuring device
17 Feeding iron injection pump
18 Water supply iron injection line
19-24 valves
25 CO2 gas injection tank
26 Piping
27 Electrolyzer
28 Piping
29 Oxidation tank
30, 31 valves
32 heat exchanger
33 Metal injection pump
34 Metal injection equipment
35 Water supply pipe
36 Backwash air inlet tube
37 Fe clad containing water extraction piping
38 valves
39 Supernatant discharge pipe
40 Piping
41 valves
42 Piping
43 Sampling line
44 valves
