JPS6353497A - 気体廃棄物処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は軽水冷却型原子力発電所の気体廃棄物処理装置
および方法、特に応力腐食割れ抑制のために炉水中に水
素を注入した場合の排ガスを安全に処理する気体廃棄物
処理方法および方法に関する。

（従来の技術） 軽水冷却型原子力発電プラントでは、−次系における各
装置、配管等の応力腐食割れを防ぐ目的で系内にＨ２ガ
スを注入している。これは、炉心において水力４文射線
分解により０２およびＨ２になり、それが装置、配管な
どの応力腐食割れを促進する一因となるので、Ｈ２を注
入して炉心のＨ２濃度を高めることにより、水の放射線
分解を抑制するためである。注入されたＨ２は炉心にお
いて上記したようにＨ２濃度上昇の役目を果たした後他
の放射性排ガスと共に主蒸気管を通って最終的に気体廃
棄物処理装置に排気される。

気体廃棄物処理装置には放射性分解したＨ２およびＱ２
を再結合するための触媒層があり、ここでＨ２と０２を
再結合することによって、下流にＨ２が流出して爆発す
るのを防止している。ところが、気体廃棄物処理装置に
流入する排ガス中のＨ２と０２は、Ｈ２が注入弁と分解
分からなり、一方、０２は分解分のみであるので化学量
論的量比で存在していない。このため、従来は再結合器
の前に０２注入管を設置して０２を注入し、Ｈ２が未反
応で残沼しないようにしていた。

しかしながら上記した方法では注入する気体として、炉
内にあける溶存酸素低減のための注入Ｈ２ガスと、再結
合処理のために補１８される０２ガスとがあり、両者の
消費量はかなりのものになるため運転コストに与える影
響が大きい。

従って近年、０２ガス注入が不要であり、かつ再結合器
下流に流出するＨ２ガスを分離回収して再利用するシス
テムが開発され、特開昭６１−６８５９９号公報等に示
されている。

第４図はこのようなＨ２ガスを回収再利用するシステム
の一例を従来例として示すものでおる。

第４図の系統図において、原子炉圧力容器１から出た廃
棄ガスは主蒸気と共に、主蒸気管２を通り、タービン３
、主復水器４を経て抽気エゼクタ５により抽気され、予
熱器６で予熱され、再結合器７に送られる。排ガス中の
Ｈ２と０２は再結合器７で結合して水蒸気となる。再結
合器７の次に排ガスは排ガス復水器８、除湿器９、脱湿
塔１０と順次送られて冷却されると共に、その湿分がほ
とんどはなくなるまで乾燥される。再結合器入口、再、
結合器出口、脱湿塔出口のガス流」および成分は例えば
炉心中の０２１度をｉｏ　ｐｐｂに抑えるために給水へ
１３２ｍ／ｉを注入したとすると第１表のようになる。

第１表 脱湿塔１０出口の排ガスは水素回収装置１１にてほとん
どのＨ２構成を分離除去され、減容された後、活性炭ホ
ールドアツプ塔１２、排ガス抽出器１３、スタック１４
を経て排気される。水素回収装置は２基以上並列に組ま
れた水素回収器１５ａ、１５ｂや図示してないフィルタ
類、弁等から構成されるものであり、ここで回収された
水素はコンプレッサ１６を含む水素回収ライン１７を経
て水素タンク１８へ戻される。水素ボンベ１９ｂ及び前
記水素回収ライン１７から供給を受ける前記水素タンク
１８の水素は再び流量調整弁２０を経て一次冷却水の給
水ライン２１へと注入される。

ところで上記した従来の炉水中へのＨ２注入方法はプラ
ント運転上不具合であることが分った。

すなわちＨ２注入は、プラントの起動時・停止時には行
わず、原子炉及びタービンが起動後の定常運転に入って
からＨ２注入開始とし、タービン停止等のプラント停止
作業に先立ってＨ２注入を停止するのが水素取り扱い上
、好ましい事が分って来た。そこで、この理由を、Ｈ２
２注入開始の気体廃棄物処理系の排ガス成分に注目し、
前記第１表の数値を引用して説明する。

Ｈ２注入前は、主文−り器へのインリーク空気中の０２
成分のｍに対して再結合するためのＨ２がないため、再
結合器出口、脱湿塔出口は酸素が成分として残っている
“酸素過多″の状態にあるが、Ｈ２注人後は第１表の通
り、多量の注入Ｈ２により“′水素過多パの状態になる
事が分った。そして給水ライン２１へＨ２を注入し始め
ると再結合器入口での水素濃度は比較的短時間のうちに
急上昇し、゛酸素過多″状態から“水素過多パ状態に変
化するのでおる。

第５図に再結合器７で化学母論的」比でＨ２と０２が再
結合した後の再、拮合器出口でのＨ２゜０２の凸の変化
を示す。この変化は再結合器７の出口から水素回収装置
１１までの機器、配管の中でその境界が下流側へ移って
ゆくが混合が発生してくると、境界ははっきりしくなり
、Ｈ２と０２の混在が発生する。混合ガスについては酸
素５％以下または水素４％以下では燃焼しない事が知ら
れているが、混合の程度によっては十分燃焼可能な状態
、さらに爆発的燃焼か可能な状態にもなり得る。

一方、日２注入を停止する場合の排ガス成分に注目する
と、上記と同様な理由で逆に′”水素過多゛′状態から
゛酸素過多゛状態に切り換ることになる。

第６図にこの変化を再結合器出口でのＨ２，０２の２の
グラフで示Ｖ。この場合にも再結合器７から水素回収装
置１１までの煎器、配管の内部で混合により一時的に爆
β３気が形成される可能性がおる。

なお、実際には、上記それぞれのＨ２，０２の危険な共
存状態として、再結合器７から排ガス復水器８の入口］
２は多量の水蒸気で薄められているため爆鳴気にまでは
ならないが、排ガス復水器８以降では、爆鳴気が生じて
いた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
Ｈ２注入開始時およびＨ２注入停止時に爆鳴気が生じな
い、信頼性の高い気体廃棄物処理装置を提供することに
ある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、原子炉一次冷却水
系の主復水器で油気エゼクタを介して接続される排ガス
中の酸素と水素を反応させる再結合器、排ガス中の水分
を凝縮させる排ガス復水器、残存水素を回収する水素回
収装置および放射能を減衰させる活性炭ホールドアツプ
塔を備えた気体廃棄物処理装置および方法において、前
記原子炉−次冷却水素への水素ガスを注入する水素タン
クと、前記再結合器の上流に少くとも水素を注入する調
整流入ラインとを設置し前記再結合器乃至前記水素回収
装置間て爆唱気光生を防止するようにしたことを特徴と
するものである。

（作　用） 本発明によると、主復水器インｌソータ空気中の０ｚｆ
ｆｉと化学ｍ論的等量のＨ２量を必要社として注入して
いるので、再、拮合器下流の排ガス中にＨ２ガス、０２
ガスはほとんど流出して来なくなり、この排ガスで水素
回収器）２の煎器、配管内をブローしておけば、その後
゛°水素過多゛の排ガスが流れて来ても、あるいは“酸
素過多パの排ガスが流れて来ても・、爆鳴気か生じる可
能［生はなくなる。

（実施例） 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の系快図てあり、既に説明し
た第４図と同一１１４成（置所には同一符号を付してそ
の詳細な説明は省賂する。

同図に示すように、本発明の気体廃棄物処理装置は、予
熱器６、再結合器７、排ガス復水器８、除湿器９、脱湿
塔１０、水素回収装置１１、活性炭ホールドアツプ塔１
２、排ガス抽出器１３、スタック１４が排ガスの流れに
従って順次設置されていて、前記再結合器７の上流に、
弁２２ａ、２２ｂ、流聞計２３ａ、２３ｂをそれぞれ介
して水素ボンベ１９８、窒素ボンベ２４からの調整流入
ライン２５が接続されている。また、排ガス復水器８か
ら水素回収装置１１の間の任意位置に流量計２３ｃ（図
では除湿器９と脱湿塔１０の間）が設けられている。そ
してこの気体廃棄物週理系は原子炉圧力容器１、主蒸気
管２、タービン３、主復水器４、給水ライン２１等から
成る原子炉の一次系に主復水器部４で抽気エゼクタ５を
介して結合されている。

しかして、炉心における水の放射線分解を抑制するため
、Ｈ２ガスを水素タンク１８より、流量調整弁２０で流
口を調整しながら、給水ライン２１を介して原子炉圧力
容器１へ注入するように構成されている。ま１ζ、水素
回収装置１１中の水素回収容器１５ａ、１５ｂからは回
収された水素をコンプレッサ１６を介して前記水素タン
ク１８へ送る水素回収ライン１７が接続され、水素ボン
ベ１９ｂとともに水素タンク１８への水素供給源をなす
ように構成されている。

なお、水素回収装コ１１としては、多孔質膜による方法
、パラジウム膜による方法、水素吸蔵合金による方法、
モレキュラシープによる分離等の種々の水素精製方法が
考えられる。

また、図では水素吸蔵合金を充１眞した水素回収器１５
ａ、１５ｂを２基並列に設は分離吸収と解離の交互運転
をする基本概念を一例として示したもので、コンプレッ
サ、フィルタ、コントロール配管等の付帯機器は省略し
である。

次に、本実施例の作用について説明する。

水素タンク１８から所定量注入されたＮ２ガスは、やが
て原子炉圧力容器１内で分離生成したＮ２および０２と
共に主蒸気管２のスチームに混じって流れ出てタービン
３および主復水器４に送られる。

主復水器４に送られたＮ２みよび０２を含む気体は、主
復水器リークイン空気と共に抽気エゼクタ５により上記
の気体を棄物処理装置へ抽出される。

抽出された気体、すなわち排ガスは予熱器６で昇温の１
炎再結合器７に入り、ここでＮ２と０２は反応して水蒸
気となる。徘ガス中のＮ２と０２の量は先の第１表で示
した僅に化学量論的にみて、１−１２注入がない時はリ
ークイン空気中の０２だけ°“酸素過多′″であり、Ｎ
２注入がある場合、この注入凸はワークイン空気中の０
２よりも相当多いため、“水素過多″で必る。従って余
った０２またはＮ２とリークイン空気中のＮ２と微但の
希ガス及び水蒸気が再結合器７の下流へ流される。排ガ
ス復水器８および除湿器９は冷却により水分の凝縮除去
をするもので、ここにおいて排ガスは大幅に減容されほ
とんどすべて非凝縮性ガスの状態となり、流量計２３ｃ
でその流母が測定されるっ次に、脱湿塔１０においてさ
らに湿分が少い乾燥された排ガスとなって水素回収装着
１１に送ら机る。水素回収器１１はＮ２注人中で排ガス
中に多ｍのＮ２が共存する場合のため設けられたもので
、はとんどのＮ２を分離回収されてコンプレツサ１６に
より、水素回収ライン１７から水素タンク１８に送り込
まれる。そして、回収された水素は水素タンク１８に貯
蔵されるが、主復水器リークイン空気中の０２との再結
合反応に消費される分がおるので１００９６の回収は不
可能である。不足分はＮ２ボンベ１９ｂからの追加供給
を受け、流量調整弁２０を介して所定員が一次系の給水
ライン２１へ送られる。

水素回収器１５ａ、１５ｂの下流の活性炭ホールドアツ
プ塔１２では、排ガス中のｆｌｉ　射を１希ガスを活ｉ
生炭に吸着させて放射能を減衰させ、排ガス抽出器１３
によりスタック１４から大気中に放散させる。

ところで、本実施例ではλ１整注入ライン２５は応力腐
食ｖ１れ対策のＮ２注入開始時と、停止時にのみ一時的
に使用されるものである。そして、先の従来技術で説明
した再結合器出口でのＮ２．０２闇の変化を示す図、す
なわち第５図（水素過多状ｇ）、第６図（荘素過多状ぜ
）に対応して運用した本実施例の場合を第２図、第３図
にそれぞれ示す。

今、第２図において、主復水器真空度上臀、炉水温度上
昇、炉圧上昇といった一連のプラント起動装作を完了し
て排ガス元凶も大流量起動モードから定常になって来た
後、応力腐食割れ対策のＮ２注入がなされるとする。こ
の時の排ガス元旦を第１図の流量計２３ｃで検知し、例
えば４０＼ｍ／ｈあったとすると、その主体がインリー
ク空気である事から、約８へ：ｍλｈの０２が過多状態
でおることを知り、この０２を除去するためにそれと化
学量論的に等量のＮ２．１６＼ｍＪ’ｈを水素ボンベ１
９ａ、弁２２ａ、流はΔ１２３ａを用いて調整注入ライ
ン２５から注入する作業を、給水ライン２１へのＮ２注
入に先行して行うのである。これにより再結合器出口排
ガス中の０２はゼロに低下し、（−１２も０２もない排
ガスで機器内へ残留していた急素分をブローする事が出
来る。従ってＮ２注入に対してどれだけ先に調整Ｎ２注
入をするかは（４０−８＝３２）＼ｍλｈの排ガスが排
ガス復水器８から水素回収芸誼１１迄の機器、配管をブ
ローするのに必要な時間で決めるものとし、この時間短
縮化のためには調整Ｈ２注大の時同時に窒素ボンベ２４
、弁２２ｂ、流ｄ計２３ｂを用いて＼２を注入し、ブロ
ーガス流量を増やすこともできる。一方、調整Ｈ２注入
は給水ラインへのＨ２注入開始後、それが気体廃棄物！
！ａ理装ゴヘ流出し始め、少くとも１６１＼ｍλｈ以上
に到った事を確認する迄続けた後止めるものである。

第３図はプラント停止に先立ち、まず前もって給水中へ
のＨ２注入を停止し、これにより再結合器７への流入Ｈ
２が急速に減少して１６Ｎｍλｈ以下になった点で゛水
素過多パから″゛酸素過多パに移る所を、その前に調整
注入ライン２５から１６Ｎｍ）ｈの調整用Ｈ２をｊＯえ
るということを説明するためのグラフでおる。やがてＨ
２注入停止のためこの流出分がゼロになって来た所で調
整注入Ｈ２はインリーク空気中の０２と化学ｍ論的にバ
ランスして再結合器出口の排ガス中にはＨ２も０２もほ
とんどない状態になる。この状態を排ガス復水器８から
水素回収装置１１迄の煎器、配管内をブローし、Ｈ２が
残らない様にするのに必要な時間持続し、必要ならば調
整注入Ｈ２の外に先と同様窒素ボンベ２４の１＼２も同
時注入してブロー時間を短縮し、その後調整注入を停止
するものである。なお、１１整注入を停止すると、再結
合器出口排ガスはインリーク分の０２が流出して来るこ
とになる。

上）ボしたように、従来“′水素過多″状態と“′酸素
過多パ状態の運転があり、それぞれは爆鳴気にならない
がＨ２注入の開始片と停止時、その状態変化の際別器内
混合等で賃走的に爆鳴気が作り出されていたが、本実施
例によれば、状態変化の間にＨ２も０２もないガスで機
器をブローするステップを設けたので、爆鳴気が一切発
生しないようにすることができた。

（発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、再結合器の上流側
に調整流入ラインを設置したので、プラント運転期間中
を通じて一切：曝鳴気を発生させないことになり、爆発
燃焼に備えて機器肉厚を大きくしなくてよく安全性の高
い経済的な気体廃棄物処理装置を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系決図、第２図、第３図は
本発明の運転効果を説明するための図、第４図は従来の
気体廃棄物通理装冒の系、読図、第５図、第６図は第４
区の従来装置の運転状況を説明するための図である。 １・・・原子炉圧力容器　　２・・・主蒸気管３・・・
タービン　　　　　４・・・主復水器５・・・抽気エゼ
クタ　　　６・・・予熱器７・・・再結合器　　　　　
８・・・排ガス復水器９・・・除湿器　　　　　　１ｏ
・・・税湿塔１１・・・水素回収装置１２・・・ホール
ドアツプ器１３・・・排ガス抽出器　　　１４・・・ス
タック１６・・・コンプレッサ　　　１７・・・水素回
収ライン１８・・・水素タンク　　１９ａ、１９ｂ・・
・水素ボンベ２０・・・流量調整弁　　　　２１・・・
給水ライン２２ａ、２２ｂ−・・弁　　？３ａ　、　２
３ｂ　、　２３ｃ　−・−Ｒｍ計２４・・・窒素ボンベ
　　　　２５・・・調整注入ライン（８７３３）　　　
代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか１名） 第　　２　　図 華　３　図 第　　５　回 第　　　　ろ　　　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉一次冷却水系の主復水器で抽気エゼクタを
   介して接続される排ガス中の酸素と水素を反応させる再
   結合器、排ガス中の水分を凝縮させる排ガス復水器、残
   存水素を回収する水素回収装置および放射能を減衰させ
   る活性炭ホールドアップ塔を備えた気体廃棄物処理装置
   において、前記原子炉一次冷却水系へ水素ガスを注入す
   る水素タンクと、前記再結合器の上流に少くとも水素を
   注入する調整流入ラインとを設置したことを特徴とする
   気体廃棄物処理装置。
2. （２）原子炉一次冷却水系の主復水器で抽気エゼクタを
   介して接続した再結合器で排ガス中の酸素と水素を反応
   させた後排ガス復水器で排ガス中の水分を凝縮させ、さ
   らに水素回収装置で残存水素を回収した後活性炭ホール
   ドアップ塔により放射能を減衰させるようにした気体廃
   棄物処理方法において、前記一次冷却水系への水素注入
   時または同停止時に一時的に前記再結合器上流の調整流
   入ラインから少くとも水素を排ガス中に注入して前記再
   結合器乃至前記水素回収装置間で爆鳴気発生を防止する
   ようにしたことを特徴とする気体廃棄物処理方法。