KR100277187B1

KR100277187B1 - 가연성(저준위) 방사성 폐기물용 압출 고형화장치

Info

Publication number: KR100277187B1
Application number: KR1019970001046A
Authority: KR
Inventors: 조문수
Original assignee: 조문수; 주식회사한국화이바
Priority date: 1997-01-15
Filing date: 1997-01-15
Publication date: 2001-01-15
Also published as: TW432395B; KR19980065867A

Abstract

[목적] 가연성 폐기물을 가열 압착할 때 프레스공정에서의 부풀어 오르는 현상과 배기가스의 발생을 최소화하고, 배기가스를 정화시켜 방사성물질이 대기중으로 방출되는 것을 막을 수있게 한 방사성 폐기물 비닐류 의류 스크랩 압출고형화 장치를 제공하기 위한 것이다.

[구성] 투입된 가연성 방사성 폐기물 일시저장용 호퍼(2)와 압출스크류내장형으로 실린더에 밴드히터 등의 전기 발열체가 장치된 가열압출로(3)는 한몸체로 구성되며, 가열압출로(3)의 토출측에는 가열압출물을 가열가압하여 압착하는 프레스(4)를 배치하며, 프레스(4)의 주변에 냉각장치(15)를 배치하고, 프레스(4)에는 압착고형화된 성형폐기물탈형용 승강식 푸셔(5)를 설치하고, 프레스(4)의 성형폐기물 반출측에는 이송장치(7)를 설치하며, 이송장치(7)의 선단쪽에 는 프레스(4)로 압착고형화된 성형폐기물을 끌어당겨서 이송장치(7)에 실리게하는 전후진식 견인장치(6)를 설치하며, 가열 압출로(3)의 토출구와 프레스(4)의 입구에서 발생되는 가스를 흡입할 수 있는 위치, 즉 프레스의 상부위치에 흡입닥트(10) 배치하고, 흡입닥트(10)는 관으로 다중필터(11)에 연결되며, 다중필터의 배출구는 흡출기(12)에 흡출기(12)의 토출구는 중화탑(13)에 관으로 연결하며, 중화탑(13)은 순환수조(14) 내장형으로된 가연성(저준위) 방사성 폐기물용 압출 고형화장치이다.

Description

가연성(저준위) 방사성 폐기물용 압출 고형화장치

본발명은 원자력 발전소에서 저준위 방사성 폐기물로 분류되고 있는 가연성(저준위) 방사성 폐기물의 처리에 관한 것으로 특히 가연성 폐기물을 가열 압착할 때 프레스공정에서의 부풀어 오르는 현상과 배기가스의 발생을 최소화하고, 배기가스를 정화시켜 방사성물질이 대기중으로 방출되는 것을 막을 수있게 한 방사성 폐기물 비닐류 의류 스크랩 압출고형화 장치에 관한 것이다.

저준위 방사성 폐기물이란 원자로의 운전 보수 등에 사용된 기구, 장갑, 덧신, 휴지, 걸레, 방호복, PVC 시트, 제염지, 폐수지(예:이온교환수지), 슬러지 등을 말한다. 폴리에틸렌(PE)시트, 폴리비닐 클로라이드(PVC)시트, 나일론 시트, 폴리에스터-면 등을 가열 압착하여 방사성 물질이 누출되지 안토록 안전하게 보관한다.

최근 들어 국내의 원자력 발전소에서 나오는 중.저준위 방사성 폐기물은 연간 약 60드럼(200ℓ 들이 기준 1996. 1. 14일자 중앙일보 과학기술부분 참조)이 발싱된다는 보도가 있었다. 이와같이 다량 발생되는 방사성 폐기물중에서 가연성 방사성 폐기물의 경우에는 부피 감소 및 적체해소를 위해 프레스로 압착하여 보관하는 방식이 채용되고 있다. 하지만 상기와 같은 방사성 폐기물의 단순한 압착법은 압축후 부풀어 오르는 현상이 두드러져서 보관부피가 커서 좋지 않다.

본발명의 목적은 원자력 발전소외 저준위 가연성 방사성 폐기물을 가열 압착하여 프레스공정에서의 부풀어 오르는 현상과 배기가스의 발생을 최소화하고, 배기가스를 정화시켜 방사성 물질이 대기중으로 방출되는 것을 방지할수 있는 방사성 폐기물 비닐류, 의류 스크랩 압출 고형화장치를 제공하는 것이다.

본발명은 가열압착시킬 폐기물을 호퍼에 투입하고 호퍼에서 가열압출로로 보내어져 가열 압출하며, 그 가열압출된 폐기물을 프레스에서 가열 압착후 냉각 고형화시켜 프레스 후 부풀어 오르는 현상을 극력 억제하며 부피를 최소화하여 만들어진 성형폐기물을 푸셔로 탈형하고 견인장치를 이용하여 이송장치로 보내 반출 적재창고로 이송 보관하며, 가열압출 및 가열압축시 발생하는 유해가스는 흡출기의 흡입력을 이용하여 흡입닥트로 흡입하여 다중 필터에 의한 정화 및 중화합에 의한 중화에 의하여 대기오염문제를 불식토록 처리하는 것을 주된 특징으로 한다.

가열압출로 및 프레스공정에서 발생하는 가스는 미량이지만 그중 99%이 상이 HCl 가스이다. HCl가스는 PVC가 분해 될 때 생성되므로 PVC가 분해되기 시작하는 온도인 150℃ 미만으로 운전하면 HCl 가스량을 줄일 수 있다.

제1도는 본발명의 가연성 방사성 폐기물용 압출 고형화장치의 전체 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 가연성(저준위1방사성 폐기물 2 : 호퍼

3 : 가열압출로 4 : 프레스

5 : 푸셔 6 : 견인장치

7 : 이송장치 8 : 성형폐기물

9 : 유해가스 10 : 흡입 닥트

11 : 다중필터 12 : 흡출기

13 : 중화탑 14 : 순환수조

15 : 냉각장치

이하, 바람직한 실시예를 토대로 작성한 첨부도면에 의거 본발명을 구체적으로 설명한다.

제1도에서 본발명의 가연성(저준위) 방사성 폐기물용 압출 고형화장치는 호퍼(2)와 압출스크류내장형으로 실린더에 밴드히터 등의 전기 발열체가 장치된 가열압출로(3)는 한몸체로 구성되며, 가열압출로(3)의 토출측에는 가열압출물을 가열가압하여 압착하는 프레스(4)를 배치하며, 프레스(4)의 주변에 냉각장치(15)를 배치한다. 상기 가열압출로(3)는 저온, 즉 60-150℃의 비교적 낮은 열을 가하여 가락으로 압출하는 기능을 가진 것이며, 냉각장치(15)는 가열 압착폐기물의 신속한 고형화를 위한 냉각의 기능을 가진 것이다.

프레스(4)에는 압착고형화된 성형폐기물탈형용 승강식 푸셔(5)를 설치하고, 프레스(4)의 성형폐기물 반출측에는 이송장치(7)를 설치하며, 이송장치(7)의 선단쪽에는 프레스(4)로 압착고형화된 성형폐기물을 끌어당겨서 이송장치(7)에 실리게하는 전후진식 견인장치(6)를 설치한다. 푸셔(5)와 견인장치(6)는 유압 또는 중압실린더의 램 선단에 밑판 또는 견인판을 부착한 것이다. 그리고 이송장치(7)는 미끄럼대, 경사진 롤대에 복수의 틀을 일정 피치간격으로 배치하여 미끄러져 내리게 한 것이다.

한편, 가열압출로(3)의 토출구와 프레스(4)의 입구에서 발생되는 가스를 흡입할 수 있는 위치, 즉 프레스의 상부위치에 흡입닥트(10)배치하고, 흡입닥트(10)는 관으로 다중필터(11)에 연결되며, 다중필터의 배출구는 흡출기(12)에 흡출기(12)의 토출구는 중화탑(13)에 관으로 연결한다. 중화탑(13)은 순환수조(14)내 장형이다.

이와같이 구성된 본발명에 있어서, PE시트, PVC시트, 나일론 시트, 폴리에스터-면 등의 가연성 방사성 폐기물(1)을 호퍼(2)를 통해 가열압출로(3)로 투입되어, 가열압출로(3)의 전기발열체에서 정해진 온도, 이를테면 PVC의 용융개시온도인 150℃ 보다도 낮은 온도, 구체적으로 60-150℃로 가열압출한다. 압출폐기물(1)은 곧장 프레스(4)로 압출되어 가열가압한후 냉각장치(15)로 고형화를 이룬다.

압착고형화된 성형폐기물(8)은 푸셔(5)로 탈형하고, 견인장치(6)로 이송장치(T)에 옮겨 싣는다. 성형폐기물(8)이 이송장치(7)에 의해 반출위치로 미끄러져 내린다. 이것을 적재창고로 운반, 보관한다.

한편 가열압출로(3)에서 가열압출되는 과정과 프레스(4)에서 가열가압되는 과정에서 발생하는 유해가스(9)는 흡출기(12)의 흡입력에 의해 흡입닥트(10)로 강제 흡입되며, 흡입닥트(10)로 흡입된 유해가스(9)는 관을 통해 다중필터(11)로 들어와서 정화되고, 이후 중화탑(13)을 거쳐나갈 때 순환수조(14)의 가성소다(NaOH)용액이 중화탑(13)으로 분무되어 유해가스(9)중의 유독성분을 중화시킨다.

여기서 가연성 방사성 폐기물의 장전과 압출, 압착, 냉각 반출, 이송 운반 저장에 이르는 전공정의 자동화, 폐기물의 장전과 압착시의 정량화, 각 공정의 순차적인 제어에 의한 트러블예방, 무접점 PLC 방식과, 각 공정별 센서 또는 스위치를 활용한 정위치제어, 1회 충전 압출중에도 가열압출로의 가동을 중지 시킬수 있는 제어수단, 오동작 및 TAKE TIME SAVING을 위해 센서 및 타이머회로의 OR회로 채택, 방사성 폐기물의 특성에 따른 투입량의 조절과 작업 및 보수관리의 편의를 위한 자동/수동식 선택회로, 안전관리를 위해 필요 장소에 비상정지 스위치를 부착하는 것 등을 갖춰서 가연성(저준위) 방사성 폐기물을 더욱 안전하고 효율적으로 고형화 할 수 있다.

* 가연성 방사성 폐기물의 처리예

I. 가연성(비닐류) 폐기물의 종류

PE 시트, PVC시트, 비닐론 시트, 폴리에스터-면

II. 시험

i) 열 중량분석(TGA)

① 온도 증가에 따른 무게 감량분석

② 열적 거동이 나타나는 온도 측정

ii) 시차 주사형 열분석(DSC)

① 융점 측정

② 연화점 측정

iii) 열분해 가스 크로마토 그래픽(GC)

열분해시 생성되는 가스 분석

iv) 배기가스처리

배기 가스의 확인과 안전한 처리 방안의 확립

III. 시험결과

i) DSC 분석결과

① PE : 융점 118.89℃

② 폴리에스터:융점 260℃

③ 나일론: 융점 259.5℃

ii) TGA 결과(표1-1-5) 참조

① PE:분해온도 427℃

② 폴리에스트:분해온도 409℃

③ 나일론 :분해온도 419℃

④ PVC:분해온도 272℃

iii) 열분해(Pyrolysis) GC 결과

① PE : C₁(CH₄), C₂(에탄), C₃(프로판) ……C₁₀

② 폴리에스터 CH₃CHO, C₂H_3εCHO

③ 나일론 : ε- 카프로락탐

④ PVC : HCl이 150℃ 부터 분해 가능

230℃ 이상에서 첨가제로부터 벤젠, 나프탈렌 등이 분해된 발생가스의 99% 이상이 HCl가스임.

* 탄화 발생시 미량의 CO, CO₂가 발생함

iv) 가열 압착 시험결과

① 약 4.5 kg의 실료(PE 40% 나일론 30%, 폴리에스터-면 30%)를 준비하여 가열압착시킴.

② 20톤의 프레스로 압축한 후 부풀어 오른 높이를 측정

③ 압축했을 때의 밀도 : 1.0 - 1.1 g/cm³

부풀어 올랐을 때의 밀도 : 0.6-0.7g/cm³

④ BOUN % =[(부풀어오른시료의 높이-압축시 높이)/부풀어오른시료의 높이]×100≒50%

IV. 유해가스의 처리

i) 플라스틱 용융장치는 배기가스 규제대상이 아님(예:사출기, 압출기)

ii) 300℃ 이상에서는 미량의 여러가지 가스가 발생하나, 200℃ 이하에서는 HCl가스만 발생

iii) 발생량은 PVC의 함량에 다라 달라지거나 10-50ppm임

iv) 중화탑 적용시 약 90% 이상 제거하여 회수가 가능함

v) 페기물의 건조상태에 따라 유해가스중에 H₂O 함유

V. 결론

i) 가열압착방식에 의해 가연성 폐기물의 부피감소 가능

ii) 무 가열압착과 비교할 때 30-50%의 감량효과가 있음

iii) 배기 가스의 99% 이상은 HCl 가스이며, PVC의 함량에 따라 발생량은 달라지나, 약 10-50ppm 임

iv) 중화탑 적응시 약 90% 이상 제거 효과가 있음

이상 설명한 바와 같은 본 발명은 가연성(저준위) 방사성 폐기물을 가열 압출, 가열압착 및 냉각 하므로서 프레스공정에서 부풀어 오르는 현상이 극소화되고, 가열압출과정 및 가열 압착과정에서의 유해가스의 발생도 최대한 줄일수 있다.

또 유해가스는 정화, 중화시켜 대기중으로 방출하므로서 유해성분으로 인한 대기오염도 줄일수 있다.

Claims

투입된 가연성 방사성 폐기물 일시저장용 호퍼(2)와 압출스크류내장형으로 실린더에 밴드히터 등의 전기 발열체가 장치된 가열압출로(3)는 한몸체로 구성되면, 가열압출로(3)의 토출측에는 가열압출물을 가열가압하여 압착하는 프레스(4)를 배치하며, 프레스(4)의 주변에 냉각장치(15)를 배치하고, 프레스(4)에는 압착고형화된 성형폐기물탈형용 승강식 푸셔(5)를 설치하고, 프레스(4)의 성형폐기물 반출측에는 이송장치(7)를 설치하며, 이송장치(7)의 선단쪽에는 프레스(4)로 압착고형화된 성형폐기물을 끌어당겨서 이송장치(7)에 실리게하는 전후진식 견인장치(6)를 설치하며, 가열 압출로(3)의 토출구와 프레스(4)의 입구에서 발생되는 가스를 흡입할 수 있는 위치, 즉 프레스의 상부위치에 흡입닥트(10) 배치하고, 흡입닥트(10)는 관으로 다중필터(11)에 연결되며, 다중필터의 배출구는 흡출기(12)에 흡출기(12)의 토출구는 중화탑(13)에 관으로 연결하며, 중화탑(13)은 순환수조(14)내장형으로된 가연성(저준위) 방사성 폐기물용 압출 고형화장치.
제1항에 있어서, 상기 가열압출로(3)는 60-150℃로 방사성 폐기물을 가열압출하게한 가연성(저준위) 방사성 폐기물용 가열압출장치.
제1항에 있어서, 상기 프레스(4)는 150℃ 이하로 가열압착하게 한 가연성(저준위) 방사성 폐기물용 가열압착장치.
제1항에 있어서, 상기 냉각장치(15)는 프레스(4)에서 가열압착된 방사성 폐기물을 신속히 고형화시키게 한 가연성(저준위)방사성 폐기물용 냉각 고형화장치.