KR100369612B1 - System and Treatment Method for Low-and Intermediate-Level Radioactive Waste - Google Patents

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KR100369612B1 KR10-1999-0037952A KR19990037952A KR100369612B1 KR 100369612 B1 KR100369612 B1 KR 100369612B1 KR 19990037952 A KR19990037952 A KR 19990037952A KR 100369612 B1 KR100369612 B1 KR 100369612B1
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Abstract

본 발명은 원자력 발전소에서 발생되는 가연성 및 비가연성 방사성폐기물 처리를 위하여 플라즈마 토치 용융로와 세슘 재순환용 배기체 처리장치로 구성된 시스템 및 처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and processing method comprising a plasma torch melting furnace and an exhaust gas treatment apparatus for cesium recycling in order to treat combustible and non-combustible radioactive waste generated in a nuclear power plant.

본 발명은 단일시스템을 이용하여 가연성 및 비가연성 폐기물을 드럼째 투입하여 처리할 수 있게 되어 처리 설비의 단순성, 운전의 용이성, 작업자의 방사선 노출 감소, 폐기물 발생량의 감소, 처분장의 수명연장 및 처리비용을 절감할 수 있다. 또한 원자력 발전소에서 발생되는 모든 폐기물 내에 포함되어 있는 방사성 핵종을 시멘트 고화체 보다 침출률이 1/100 ~ 1/10정도 작은 유리고화체에 가두어 둘 수 있어서 처분 안전성을 대폭 증가시킬 수 있다.The present invention enables the processing of flammable and non-flammable wastes into the drum by using a single system for treatment, thereby simplifying the treatment facility, ease of operation, reducing the exposure of workers to radiation, reducing the amount of waste generated, extending the lifetime of the disposal site and treating costs. Can reduce the cost. In addition, radionuclides contained in all wastes generated by nuclear power plants can be confined in glass solids with a leaching rate of 1/100 to 1/10 smaller than cement solids, which can greatly increase disposal safety.

본 발명의 배기체 처리설비는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물의 고온 처리시 발생되는 휘발성 방사성 쎄슘의 오염을 최소화하기 위하여 배기체 처리공정 최전단에 파이프 냉각기와 고온 여과기를 설치하여 방사성 쎄슘을 포집하도록 구성되어 방사선 쪼임량을 감소시킬 수 있고, 배기체 처리장치의 방사선 차폐물 설치량을 감소시킬 수 있으며 배기체 처리시 발생되는 폐기물의 발생량을 감소시킬 수 있다.Exhaust gas treatment equipment of the present invention is configured to collect radioactive cesium by installing a pipe cooler and a high temperature filter at the foremost stage of the exhaust gas treatment process in order to minimize the contamination of volatile radioactive cesium generated during the high temperature treatment of the medium and low level radioactive waste. It is possible to reduce the amount of radiation splitting, to reduce the amount of radiation shielding installed in the exhaust treatment apparatus, and to reduce the amount of waste generated during exhaust treatment.

Description

중ㆍ저준위 방사성폐기물 처리 시스템 및 방법 {System and Treatment Method for Low-and Intermediate-Level Radioactive Waste}System and Treatment Method for Low-and Intermediate-Level Radioactive Waste

본 발명은 원자력 발전소(이하 원전이라 함)에서 발생되는 가연성 및 비가연성 방사성폐기물 처리를 위하여 플라즈마 토치 용융로와 세슘 재순환용 배기체 재처리장치로 구성된 시스템 및 처리방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 원전에서 운전 및 정비시 발생되는 방호복, 폐수지, PVC, 비닐시트 등의 가연성폐기물과 붕산 건조물, 폐필터, 금속폐기물, 콘크리트 등의 비가연성 폐기물을 동시에 처리하여 방사성 폐기물 드럼 발생량을 감소시키고 환경오염을 최소화하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a system and processing method comprising a plasma torch melting furnace and an exhaust gas reprocessing apparatus for cesium recycling for treating flammable and non-flammable radioactive waste generated in a nuclear power plant (hereinafter referred to as nuclear power plant). More specifically, the amount of radioactive waste drums is generated by simultaneously treating non-combustible waste such as protective clothing, waste resin, PVC, vinyl sheet, and non-combustible waste such as boric acid dry matter, waste filter, metal waste, and concrete generated during operation and maintenance in nuclear power plants. It relates to techniques for reducing and minimizing environmental pollution.

원전에서 발생하는 폐수지는 전 세계적으로 시멘트로 고화처리하거나 건조시킨 후 고건전성 용기에 보관하고 있으며, 그 외의 가연성 폐기물은 드럼에 넣은 후 압축처리하거나 소각처리하고 있으며, 소각로에서 발생되는 소각재는 폴리머로 고화처리하거나 별도의 유리화(vitrification) 설비를 이용하여 유리고화시키고 있다. 붕산과 방사성 물질이 함께 함유된 액체폐기물은 증발기로 처리한 후 농축액을 시멘트 등의 고화제로 고화처리하거나 농축액을 다시 건조기로 건조시킨 후 파라핀으로 고화처리하는 것이 대부분이지만 미국에서는 증발기 대신 선택성 무기이온교환체나 역삼투막 또는 이 둘을 결합한 공정을 이용하여 처리하고 있다. 그 외에 비가연성 폐기물은 철제 드럼에 넣어 보관하고 폐필터의 경우는 방사능이 상대적으로 높기 때문에 시멘트로 피복한 드럼에 넣어 보관한다.Waste resins generated from nuclear power plants are globally solidified or dried with cement and stored in highly dry containers. Other combustible wastes are placed in drums and compressed or incinerated.Incinerators are polymers. The glass is solidified by solidifying or using a separate vitrification facility. Most liquid wastes containing boric acid and radioactive material are treated with an evaporator and then the concentrate is solidified with a solidifying agent such as cement, or the concentrate is dried with a drier and then solidified with paraffin. It is treated using an exchanger, reverse osmosis membrane, or a combination of both. In addition, non-combustible wastes are stored in steel drums, and waste filters are stored in cement-coated drums because of their relatively high radioactivity.

원전에서 발생하는 방사성폐기물은 1000 MWe 가압경수로(PWR) 원자력발전소 1개 호기에서 1년간 발생되고 있는 중ㆍ저준위 방사성폐기물 드럼 수는 평균 250∼500 드럼 정도이고 이중 비가연성 폐기물이 차지하는 비율이 약 40∼50% 정도이다. 이들 폐기물 드럼은 방사성폐기물 영구처분장 시설을 보유하고 있는 나라는 발전소에 잠시 보관했다가 처분장으로 옮겨 영구적으로 보관하고, 시설을 보유하고 있지 못한 나라는 처분장이 건설될 때까지 발전소의 임시 저장고에 보관하게 된다. 한국은 처분장 선정이 지연되어 발전소에 임시로 저장하고 있으며, 1998년 말 기준으로 누적량이 5만 드럼 정도 된다. 현재 전세계적으로 환경에 대한 관심이 고조되어 방사성폐기물 영구처분장을 신규 또는 추가로 건설하는 일은 매우 어려울 뿐만 아니라 처분장을 보유하고 있다 하더라도 폐기물을 처리하고 남은 고화체에 대해 처분 안전성을 평가하는 기준이 매우 엄격해질 전망이다. 예를 들면 현재의 시멘트 고화체가 지하수와 접촉했을 때 고화체내에 존재하는 방사성 물질이 지하수로 빠져 나오는 속도가 훨씬 느리거나 또는 전혀 빠져 나오지 않는 고화체를 만들어 내는 기술이 필요하게 될 것이다. 뿐만 아니라, 처분장 건설이 어려워지기 때문에 한 개의 처분장을 가지고 오랜 기간 사용할 수 있도록 방사성 폐기물 드럼 수를 대폭 감소시킬 수 있는 기술이 요구되고 있으나 현재까지 해결하지 못하고 있다. 외국에서 가연성폐기물 드럼 수를 감소시키기 위해 사용하고 있는 소각 기술은 소각재를 처리하기 위하여 별도의 소각재 처리설비가 추가로 필요하고, 소각재의 운반 등의 과정에서 작업자의 방사선 쪼임량이 증가하는 단점이 있고, 그 나마 폐수지는 소각시킬 수 없을 뿐만 아니라 시멘트로 고화처리하는 것도 어렵기 때문에 건조시킨 후고가의 고건전성 용기에 보관하고 있는데, 이로 인해 처분 부피가 약간 증가하게 된다. 우리나라처럼 가연성폐기물을 소각하지 못하고 드럼에 넣은 후 압축처리하는 경우는 폐기물 드럼 발생량이 상대적으로 많아지게 되고 처분장에서 드럼이 부식될 때 폐기물이 그대로 지하수에 노출되게 된다. 붕산 폐액도 폐기물 발생 드럼을 줄이기 위해 과거에 증발 농축시킨 후 시멘트, 아스팔트 등의 고화제로 고화처리하는 대신 농축액을 다시 건조시킨 후 건조물을 고화처리하거나, 증발기를 대체할 수 있는 이온교환탑/역삼투막 등의 방법을 사용하고 있으나, 더욱 효율적이면서도 폐기물 드럼 수를 감소시킬 수 있는 기술 개발이 필요하다. 비가연성 폐기물은 대부분 드럼에 넣어 보관 후 처분장에 처분하게 되므로 처분부피가 증가하고 금속폐기물을 재활용하지 않고 처분함으로 인해 자원이 낭비되며 드럼 부식시 폐기물이 지하수와 직접 접촉한다는 문제점이 있다.Radioactive waste from nuclear power plants is about 250-500 drums of medium and low-level radioactive waste drums generated per year at one 1000 MWe PWR nuclear power plant. It is about 50%. These waste drums should be stored at the power plant for a short time in the country with the permanent disposal facility for radioactive waste and transferred to the repository for permanent storage, while those in the country without the facility should be placed in temporary storage at the power plant until the repository is built. do. In Korea, the selection of disposal sites has been delayed and stored temporarily in power plants. As of the end of 1998, the cumulative amount is about 50,000 drums. Due to the growing interest in the environment around the world, it is not only difficult to construct new or additional radioactive waste disposal sites, but even if you have a disposal site, the criteria for evaluating the safety of disposal of solid waste remaining after disposal are very strict. It is going to be. For example, when current cement solids come in contact with groundwater, there will be a need for techniques to produce solids that have a much slower or no release of radioactive material into the groundwater. In addition, since the construction of the disposal site becomes difficult, there is a demand for a technology that can drastically reduce the number of radioactive waste drums so that it can be used for a long time with a single disposal site. Incineration technology used to reduce the number of flammable waste drums in other countries requires additional incineration ash processing equipment to process incineration ash, which has the disadvantage of increasing the amount of radiation of workers in the process of transporting incineration ash. The waste resin is not only incinerated but also difficult to solidify with cement, which is then dried and stored in a high-cost, intact container, resulting in a slight increase in disposal volume. As in Korea, if the flammable waste is not incinerated and put into a drum and then compressed, the amount of waste drum is generated relatively, and when the drum is corroded at the disposal site, the waste is exposed to groundwater as it is. Boric acid waste liquor is also evaporated in the past to reduce waste generating drums, and instead of solidifying with solidifying agents such as cement and asphalt, the concentrated liquor is dried again to solidify dry matter or to replace evaporators. Although such a method is used, it is necessary to develop a technology that is more efficient and can reduce the number of waste drums. Since most non-flammable wastes are stored in a drum after being stored in a drum, there is a problem that the disposal volume increases and resources are wasted by disposing the metal waste without recycling it, and when the drum is corroded, the waste directly contacts the groundwater.

이상과 같이 원전 폐기물을 처리하는 종래의 방법은 처리설비가 많아 운전이 복잡하고, 작업자의 방사선 쪼임이 우려되며, 폐기물 발생량이 많아 처분장의 증설이 불가피하며 처리비용이 많이 드는 단점이 있다.As described above, the conventional method for treating nuclear power waste has a disadvantage in that it is complicated to operate due to the large number of treatment facilities, and there is concern about radiation radiation by the operator.

본 발명은 종래의 원전 방사성폐기물을 종류에 따라 별도의 기기를 사용하여 처리하는 대신 플라즈마 토치 용융로만을 이용하여 비가연성 및 가연성 폐기물을 전처리 없이 폐기물 드럼 채로 용융로에 투입하여 처리함으로써 전처리 작업자가 받는 방사선 쪼임량을 줄일 수 있다. 또한 방사성폐기물을 고온에서 처리시 휘발점이 낮은 방사성 물질인 방사성 세슘이 용융로에서 배기체로 유입되는 양을 줄일 수 있는 운전 방법을 개발하는 것과 배기체로 유입된 것을 최전단에서 포집하여 처리함으로써 배기체 처리공정 후단이 방사선에 의해 오염되지 않도록 하는 것이다. 본 발명에서는 세슘의 휘발량을 줄일 수 있는 방법과 배기체 처리공정 최전단에서 포집하는 방법을 발명하였다. 또한, 폐기물의 고온처리시 발생되는 열적인 질산화물 (thermal NOx)을 용융로에서 저감시킬 수 있는 방법을 개발하여 배기체 처리공정에 질산화물 제거설비(DeNOxsystem : SCR)를 설치하지 않고도 제거하고자 한다.According to the present invention, instead of treating the conventional nuclear radioactive waste according to the type by using a separate device, the radiation to the pretreatment operator by inputting and treating the non-flammable and combustible waste into the melting furnace without waste pretreatment using only the plasma torch melting furnace. The amount can be reduced. In addition, by developing an operation method to reduce the amount of radioactive cesium, which is a low volatility radioactive material, from the smelter when the radioactive waste is treated at a high temperature, and collects and processes the inlet from the exhaust at the foremost stage, The rear end is not contaminated by radiation. In the present invention, a method of reducing the volatilization amount of cesium and the method of collecting at the foremost stage of the exhaust gas treatment process. In addition, the thermal nitrogen oxides occurring during high-temperature processing of the waste (thermal NO x) to develop a method that can be reduced in the melting furnace times nitroxide removal system to the gas treatment step: To remove without installing (DeNO x system SCR) .

도 1은 본 발명에 의한 중·저준위 방사성폐기물을 처리하는 플라즈마토치 용융로와 주변장치 및 처리방법을 나타내는 개념도1 is a conceptual view showing a plasma torch melting furnace, a peripheral device and a treatment method for treating medium and low level radioactive waste according to the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 배기체내 세슘을 재순환시키는 배기체 처리장치의 개념도2 is a conceptual diagram of an exhaust gas treating apparatus for recycling cesium in an exhaust gas according to the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

100 : 플라즈마토치 용융로 200 : 세슘 재순환용 배기체 처리장치100: plasma torch melting furnace 200: cesium recycle exhaust gas treatment device

1 : 용융조 플라즈마 토치 2 : 숙성조 플라즈마 토치1: melting tank plasma torch 2: aging tank plasma torch

3 : 첨가제 투입구 4 : 폐기물 드럼 투입구3: additive inlet 4: waste drum inlet

5 : 넘침댐 6 : 용융유리 측면 배출구5: overflow dam 6: molten glass side outlet

7 : 용융물 하부 배출구 8 : 배기체 배출구7: melt bottom outlet 8: exhaust body outlet

9 : 수냉각 되는 용융로 벽체 10 : 폐기물 용융조9: Water-cooled melting furnace wall 10: Waste melting tank

11 : 용융유리 숙성조 12 : 암모니아 주입구11: molten glass aging tank 12: ammonia inlet

13 : 배기체 유도 통로 14 : 플라즈마 용융로13 exhaust gas guide passage 14 plasma melting furnace

15 : 파이프 냉각기 16 : 고온 여과기15: pipe cooler 16: high temperature filter

17 : 후단 연소기 18 : 배기체 냉각기17: afterburner 18: exhaust cooler

19 : 벤츄리 및 충전탑 세정기 20 : 습분 제거기19: Venturi and packed tower scrubber 20: Moisture remover

21 : 활성탄 및 HEPA 여과기 22 : 배출팬21: activated carbon and HEPA filter 22: exhaust fan

23 : 연돌 24 : 기체분석기23: stack 24: gas analyzer

25 : 방사선 감시기25: radiation monitor

본 발명의 구성 및 작용에 대하여 첨부도면을 예로 들어 설명하면 도 1은 본 발명에 의한 드럼 투입형 플라즈마 토치 용융로(100)의 개략도이다. 이 용융로는 2개의 플라즈마 토치(1, 2), 첨가제 투입구(3), 폐기물 드럼 투입구(4), 넘침댐(5), 용융유리 측면 배출구(6), 용융물 하부 배출구(7), 배기체 배출구(8), 수냉각 되는 용융로 벽체(9), 폐기물 용융조(10), 용융유리 숙성조(11), 암모니아 주입구(12), 배기체 유도통로(13)로 구성되어 있다. 폐기물 용융조(10)의 플라즈마 토치(1)는 수 MW급의 토치를 사용하며 투입된 폐기물 드럼을 용융시키는 열원으로 사용한다. 폐기물 투입은 가연성폐기물 드럼, 폐필터 드럼, 금속폐기물 드럼은 드럼 투입구 (4)를 통해 투입하고 모래, 시멘트, 석고, 흙 등 비가연성이면서 유리 형성제로 사용될 수 있는 폐기물은 첨가제 투입구(3)로 투입한다. 유리를 형성하는데 필요한물질의 첨가가 필요할 경우에도 첨가제 투입구(3)를 이용하여 투입한다. 투입하는 순서는 드럼을 먼저 투입하고 그 위에 비가연성 폐기물이 쌓이도록 투입한다. 이렇게 함으로써 상대적으로 방사성 물질을 많이 함유하고 있는 드럼에서 휘발되는 방사성 물질이 드럼을 덮고 있는 비가연성 폐기물에 흡착될 수 있도록 하여 휘발성 방사성 물질이 배기체로 유입되는 양을 줄일 수 있다.Referring to the configuration and operation of the present invention with reference to the accompanying drawings as an example Figure 1 is a schematic diagram of a drum-type plasma torch melting furnace 100 according to the present invention. This melting furnace has two plasma torches (1, 2), additive inlet (3), waste drum inlet (4), overflow dam (5), molten glass side outlet (6), melt bottom outlet (7), exhaust outlet (8), a water-cooled melting furnace wall (9), a waste melting tank (10), a molten glass aging tank (11), an ammonia inlet (12), and an exhaust body induction passage (13). The plasma torch 1 of the waste melting tank 10 uses a torch of several MW class and is used as a heat source for melting the injected waste drum. Waste input is carried through the flammable waste drum, waste filter drum, and metal waste drum through the drum inlet (4), and waste that can be used as a non-flammable glass forming agent such as sand, cement, gypsum, and soil is added to the additive inlet (3). do. When addition of the material required to form the glass is also added using the additive inlet (3). The order of loading is to put the drum first and then to put the non-flammable waste on it. This allows the radioactive material volatilized in the drum containing relatively radioactive material to be adsorbed to the non-combustible waste covering the drum, thereby reducing the amount of volatile radioactive material entering the exhaust.

용융조(10)에서 용융된 유리가 일정 수위에 도달하면 넘침댐(5)을 지나 숙성조(11)로 들어가게 된다. 숙성조에는 수백 kW의 플라즈마 토치가 사용되며 숙성조에서 용융 유리의 품질이 증가된다. 숙성이 끝난 용융 유리는 측면 배출구(6)로 배출되어 드럼에 넣어진다. 배출은 연속적으로 혹은 일괄적으로 이루어 질 수 있다. 운전이 종료되면 용융조(10)와 숙성조(11)에 남아있는 용융물들은 하부 배출구(7)를 통해 배출된다. 용융로 벽체(9)는 내화재의 수명을 연장시키기 위해 수냉각 된다.When the glass melted in the melting tank 10 reaches a predetermined level, the glass enters the aging tank 11 through the overflow dam 5. The aging bath uses a plasma torch of several hundred kW and the quality of the molten glass in the aging bath is increased. The matured molten glass is discharged to the side outlet 6 and put into a drum. Emissions can be made continuously or in batches. When the operation is completed, the melt remaining in the melting tank 10 and the aging tank 11 is discharged through the lower outlet (7). The furnace wall 9 is water cooled to extend the life of the refractory material.

한편, 용융조(10)에서 발생되는 기체는 배기체 유도통로(13)를 지나 숙성조 (11)로 유입된다. 배기체 유도통로(13) 입구측에는 암모니아 주입구(12)가 있어서 배기체내에 암모니아를 주입한다. 숙성조(11)로 유입된 배기체는 배기체 출구(8)로 빠져 나가기 전 숙성조(11)의 플라즈마 토치(2)에 의해 800 ~ 1,000℃ 정도로 가열되어서 불완전 연소된 일산화탄소(CO), 탄화수소 등의 일부가 완전 연소되고, 다이옥신 같은 유해물질도 일부 파괴된다. 또한, 아래 식에 의해 열적 질산화물이 분해된다. 이렇게 함으로써 도 2의 배기체 처리공정 규모를 줄일 수 있는데, 특히 도 2의 후단연소기(15)의 규모를 줄일 수 있고 선택적 촉매환원법(SCR, Selective Catalytic Reduction)을 이용한 질소산화물제거장치를 별도로 설치하지 않아도 된다.On the other hand, the gas generated in the melting tank 10 flows into the aging tank 11 through the exhaust body guide passage 13. An ammonia inlet 12 is provided at the inlet side of the exhaust induction passage 13 to inject ammonia into the exhaust body. The exhaust gas introduced into the aging tank 11 is heated to about 800 to 1,000 ° C. by the plasma torch 2 of the aging tank 11 before exiting to the exhaust outlet 8, thereby incompletely burning carbon monoxide (CO) and hydrocarbons. Part of the back is completely burned, and some harmful substances such as dioxin are destroyed. In addition, the thermal nitric oxide is decomposed by the following equation. By doing so, the size of the exhaust gas treatment process of FIG. 2 can be reduced. In particular, the size of the afterburner 15 of FIG. 2 can be reduced, and a nitrogen oxide removal device using selective catalytic reduction (SCR) is not separately installed. You don't have to.

4NO + 4NH3+ O2→ 4N2+ 6H2O (식 1)4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O (Equation 1)

도 2의 세슘용 배기체 처리장치(200)에서 플라즈마 용융로(14)에서 발생되는 배기체는 파이프 냉각기(15)를 거쳐 고온 필터(16)로 들어간다. 배기체는 파이프 냉각기(15)에서 500℃ 정도로 냉각되게 되는데, 이렇게 하여 배기체내에 함유되어 있는 방사성 세슘이 대부분 고온 필터의 여과재에 침적되도록 한다. 고온 필터(16)는 방사성 세슘 뿐만 아니라 입자들을 포집하는 역할을 한다. 포집된 입자와 수명이 다한 여과재는 플라즈마 용융로에서 처리된다. 다음 표는 폐수지와 가연성폐기물을 연소시키면서 고온 필터의 입자 제거효율을 측정한 결과를 나타낸다.In the cesium exhaust gas treatment apparatus 200 of FIG. 2, the exhaust gas generated in the plasma melting furnace 14 enters the high temperature filter 16 via the pipe cooler 15. The exhaust body is cooled to about 500 ° C. in the pipe cooler 15, so that most of the radioactive cesium contained in the exhaust body is deposited on the filter medium of the high temperature filter. The high temperature filter 16 serves to trap the particles as well as the radioactive cesium. The collected particles and the end of life filter medium are treated in a plasma melting furnace. The following table shows the results of measuring the particle removal efficiency of the hot filter while burning waste resin and combustible waste.

표 1. 폐기물 종류별 고온 필터의 입자 제거 효율Table 1. Particle removal efficiency of high temperature filter by waste type

폐 기 물waste 제거 효율(%)% Removal efficiency 폐수지 1Waste Balance 1 99.9699.96 폐수지 2Waste Resin 2 97.197.1 폐수지 3Waste Resin 3 99.7899.78 가연성 폐기물Flammable waste 99.9399.93

입자가 제거된 배기체는 후단 연소기(17)로 유입되어 일산화탄소(CO)나 탄화수소 등의 불완전 연소물이 완전히 연소되고, 다이옥신 등의 유해 물질들이 분해된다. 또한, 여기에도 암모니아를 주입하여 배기체 중에 남아있는 열적 질산화물을분해한다. 후단 연소기는 화석연료를 사용하거나 전기를 사용하여 가열되는데, 전기를 사용하는 것이 폭발성 가스 사용 억제 및 배기체량 감소 측면에서 유리하다. 본 발명에서는 전기를 사용하여 가열하는 방식을 채택하며 후단연소기의 온도는 1,100℃로 유지되고 배기체의 체류시간은 2초가 되도록 설계한다. 후단 연소기(17)를 떠난 배기체는 배기체 냉각기(18)를 거쳐 벤츄리 및 충전탑 세정기(19)로 유입된다. 배기체 냉각기(18)는 냉각기 벽면을 냉각수로 냉각시킴으로써 배기체의 온도를 500℃로 감소시켜 다이옥신이 재 합성되는 것을 방지한다. 벤츄리 및 충전탑 세정기(19)는 배기체내의 미세입자와 염소가스를 제거하는 역할을 한다. 염소가스의 제거효율을 높이기 위해 세정액의 pH는 NaOH를 이용하여 약 알칼리(pH 8~9.5)로 유지된다. 세정액은 염농도가 일정수준에 도달되면 건조기로 보내져 건조된 후 플라즈마 용융로(14)에서 처리된다.The exhaust gas from which the particles have been removed flows into the rear stage combustor 17 to completely burn incomplete combustion products such as carbon monoxide (CO) and hydrocarbons, and decompose harmful substances such as dioxins. Ammonia is also injected here to decompose the thermal nitrate remaining in the exhaust body. The post combustor is heated using fossil fuel or electricity, which is advantageous in terms of suppressing explosive gas use and reducing exhaust volume. In the present invention, a method of heating using electricity is adopted, and the temperature of the afterburner is maintained at 1,100 ° C. and the residence time of the exhaust body is designed to be 2 seconds. The exhaust body leaving the rear combustor 17 flows into the venturi and packed tower scrubber 19 via the exhaust cooler 18. The exhaust cooler 18 reduces the temperature of the exhaust to 500 ° C. by cooling the cooler wall with coolant to prevent the dioxin from resynthesizing. The venturi and packed tower scrubber 19 serves to remove fine particles and chlorine gas in the exhaust body. In order to increase the removal efficiency of chlorine gas, the pH of the cleaning solution is maintained at about alkali (pH 8 ~ 9.5) using NaOH. The washing liquid is sent to a dryer when the salt concentration reaches a certain level, dried, and then treated in the plasma melting furnace 14.

세정기(19)를 지난 배기체의 온도는 80℃로 유지되며, 습분제거기(20)에서 습분이 제거되어 활성탄 및 HEPA 여과기(21)로 유입된다. 습분을 제거하는 이유는 활성탄 및 HEPA 여과재의 효율을 높이기 위해서이다. 활성탄 및 HEPA 여과기(21)는 배기체내에 남아 있는 다이옥신과 미세입자를 제거하는 역할을 감당한다. 여과기 (21)를 지난 배기체는 배출팬(22)을 지나 연돌(23)로 유입되며 대기로 방출되기 전에 기체분석기(24) 및 방사선 감시기(25)에 의해 제어된다. 만약 방출 기준 보다 높은 기체농도나 방사능이 감지되면 배기체는 후단연소기(17)로 재순환된다.The temperature of the exhaust gas passing through the scrubber 19 is maintained at 80 ° C., and moisture is removed from the moisture remover 20 to flow into the activated carbon and the HEPA filter 21. The reason for removing moisture is to increase the efficiency of activated carbon and HEPA filter media. Activated carbon and the HEPA filter 21 serve to remove dioxins and fine particles remaining in the exhaust body. The exhaust gas passing through the filter 21 enters the stack 23 through the discharge fan 22 and is controlled by the gas analyzer 24 and the radiation monitor 25 before being discharged to the atmosphere. If gas concentration or radioactivity higher than the emission criterion is detected, the exhaust gas is recycled to the afterburner 17.

배기체 처리공정의 운전중 수명이 다하여 발생되는 HEPA 여과재, 활성탄, 촉매 등의 2차폐기물은 적절한 처리방법에 의해 플라즈마 용융로(14)에서 처리된다.Secondary wastes such as HEPA filter medium, activated carbon, and catalyst generated at the end of the life of the exhaust gas treatment process are treated in the plasma melting furnace 14 by an appropriate treatment method.

본 발명은 이상과 같이 원자력발전소에서 발생되는 가연성 및 비가연성 방사성 폐기물을 플라즈마 토치 용융로를 이용하여 가연성 및 비가연성 폐기물을 드럼 째 투입하여 처리함으로써 현재의 원전에서 채택하고 있는 폐액 증발기, 고화처리 시스템, 가연성 폐기물 압축처리 시스템, 폐수지 건조설비 등의 여러 처리 설비를 한 개의 처리 설비로 대체할 수 있으므로 처리 설비의 단순성, 운전 용이성 및 경제성을 제공한다. 또한 근무자의 방사선 쪼임량을 감소시키고, 방사성 폐기물 드럼 발생량을 감소시켜 처분장의 사용기간을 10배 이상 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 원자력 발전소에서 발생되는 모든 폐기물 내에 포함되어 있는 방사성 핵종을 시멘트 고화체 보다 침출율이 1/100 ~ 1/10정도 작은 유리고화체에 가둘 수 있으므로 처분 안전성을 대폭 증가시킬 수 있다.The present invention is to treat the combustible and non-combustible radioactive waste generated from the nuclear power plant to the drum by injecting the combustible and non-combustible waste into the drum using a plasma torch melting furnace, waste liquid evaporator, solidification treatment system currently adopted in nuclear power plants, Several treatment facilities, such as flammable waste compression systems, waste resin drying plants, etc. can be replaced by a single treatment plant, providing simplicity, ease of operation and economics of the treatment plant. In addition to reducing the radiation dose of workers and the generation of radioactive waste drums, the service life of the repository can be extended by more than 10 times, and the radionuclides contained in all wastes generated from nuclear power plants are leached more than cement solids. It can be trapped in glass solids that are 1/100 to 1/10 small, which can greatly increase disposal safety.

본 발명의 배기체 처리설비는 방사성 세슘을 포집할 수 있고 배기체내에 포함되어 있는 열적 질화물과 2차폐기물을 플라즈마 용융로로 처리할 수 있다.The exhaust treatment apparatus of the present invention can collect radioactive cesium and treat thermal nitride and secondary waste contained in the exhaust body with a plasma melting furnace.

Claims (13)

가연성 및 비가연성 방사성 폐기물의 처리에 있어서, 가연성폐기물 드럼, 폐필터 드럼, 금속폐기물 드럼을 투입하는 드럼 투입구(4)와; 모래, 시멘트, 석고, 흙 등 비가연성이면서 유리 형성제로 사용될 수 있는 폐기물과 유리를 형성하는데 필요한 물질을 투입하는 첨가제 투입구(3)와; 상기 드럼 투입구 및 첨가제 투입구를 통하여 투입된 물질의 용융 공간을 제공하는 폐기물 용융조(10) 및 이 용융조의 열원으로 작용하는 플라즈마 토치(1)와; 상기 폐기물 용융조(10)에서 용융된 유리가 유리 숙성조(11)로 넘어가기 전에 용융조(10)의 수위를 조절하는 넘침댐(5)과; 상기 넘침댐(5)을 지나 흘러 들어온 용융 유리를 숙성하는 용융유리 숙성조(11) 및 숙성조의 용융유리의 숙성과 용융조(10)에서 발생되는 배기체가 배기체 배출구(8)로 빠져나가기 전 NOx를 분해하기 위해 암모니아를 주입하는 암모니아 주입구(12)와 주입된 암모니아와 NOx와 반응시간을 제공하고 배기체 처리의 열원으로 작용하는 플라즈마 토치(2)의 열을 효율적으로 사용할 수 있도록 고안된 배기체 유도통로(13)와; 상기 숙성조(11)에서 숙성된 유리를 간헐적으로 또는 연속적으로 배출시키는 측면 배출구(6) 및 용융로 운전 종료시 용융조(10)와 숙성조(11)에 남아있는 용융물들을 배출시키는 하부 배출구(7)와 내화재의 수명을 연장시키기 위해 수냉각 되는 용융로 벽체(9)로 구성된 방사성 가연성 및 비가연성 폐기물을 처리하는 플라즈마 토치 용융로(100)로 포함하는 것을 특징으로 하는 중·저준위 방사성 폐기물 처리 시스템.In the treatment of flammable and non-flammable radioactive waste, a drum inlet (4) for injecting a combustible waste drum, a waste filter drum, a metal waste drum; An additive inlet (3) for injecting materials necessary for forming glass and waste which can be used as a glass forming agent, such as sand, cement, gypsum and soil; A waste melting tank (10) providing a melting space of the material introduced through the drum inlet and the additive inlet, and a plasma torch (1) serving as a heat source of the melting tank; An overflow dam 5 for adjusting the level of the melting tank 10 before the glass melted in the waste melting tank 10 is transferred to the glass aging tank 11; Molten glass aging tank 11 for aging the molten glass flowing through the overflow dam (5) and before the exhaust gas generated in the fusion tank 10 and the exhaust body generated in the molten bath 10 exits to the exhaust outlet (8) provides ammonia injection of ammonia and NO x and the reaction time injection and 12 for injecting the ammonia to decompose the NO x and ship efficiently designed to use the heat of a plasma torch (2) that acts in the gas treatment ten won An exhaust body guide passage 13; Side outlet (6) for discharging the glass aged in the aging tank (11) intermittently or continuously and lower outlet (7) for discharging the melt remaining in the melting tank (10) and the aging tank (11) at the end of the furnace operation And a plasma torch melting furnace (100) for treating radioactive combustible and noncombustible waste consisting of water-cooled melting furnace walls (9) to prolong the life of the refractory material. 제1항의 플라즈마 용융로(100)에서 발생되는 배기체를 냉각시키는 파이프 냉각기(15) 및 냉각기(15)를 거친 배기체내의 방사성 세슘과 입자를 제거하는 고온 필터(16)와; 상기 고온 필터(16)를 통과한 배기체내의 일산화탄소나 탄화수소 등의 불완전 연소물을 완전 연소시키고, 다이옥신 등의 유해 물질들을 분해시키는 전기 가열식 후단 연소기(17) 및 후단 연소기에서 유출된 배기체를 냉각시키는 수 냉각식 배기체 냉각기(18)와; 상기 배기체 냉각기(18)를 거친 배기체내의 미세입자와 염소가스를 제거하는 벤츄리 및 충전탑 세정기(19)와; 상기 세정기(19)를 통과한 고온의 배기체내의 습분을 제거하는 습분제거기(20) 및 다이옥신과 미세입자를 제거하는 활성탄 및 HEPA 여과기(21)와; 상기 여과기(21)를 통과한 기체의 배출용 배출팬(22)과; 배기체의 기체 농도를 분석하기 위한 기체분석기(24)와 방사능 준위를 측정하는 방사선 감시기(25)가 장치된 연돌(23)로 구성된 세슘 재순환용 배기체 처리장치(200)로 구성된 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리 시스템.A pipe cooler (15) for cooling the exhaust gas generated in the plasma melting furnace (100) of claim 1 and a high temperature filter (16) for removing radioactive cesium and particles in the exhaust body through the cooler (15); Complete combustion of incomplete combustion products such as carbon monoxide and hydrocarbons in the exhaust gas passing through the high temperature filter 16, and cooling the exhaust gas flowing out of the rear end combustor 17 and the electrically heated rear combustor 17 for decomposing harmful substances such as dioxins. A water cooled exhaust cooler 18; A venturi and packed tower scrubber (19) for removing fine particles and chlorine gas in the exhaust gas passed through the exhaust gas cooler (18); A moisture remover 20 for removing moisture from the hot exhaust body passing through the cleaner 19 and an activated carbon and HEPA filter 21 for removing dioxins and fine particles; A discharge fan 22 for discharging gas passing through the filter 21; Medium and low-level radioactivity consisting of a cesium recycle exhaust gas treatment device 200 composed of a gas analyzer 24 for analyzing the gas concentration of the exhaust gas and a stack 23 equipped with a radiation monitor 25 for measuring radioactivity levels. Waste disposal system. 제1항의 플라즈마토치 용융로(100)에서 폐기물 간이드럼이나 철제드럼을 드럼 투입구(4)에 투입하여 연소시키는 단계와, 제 2항의 세슘 재순환용 배기체 처리장치(200)의 고농도 방사성 폐기물 드럼으로부터 배기체와 함께 발생되는 세슘을 파이프냉각기(15)로 냉각시켜 휘발을 억제시키는 단계와, 배기체내의 방사성 세슘과 입자를 고온필터(16)로 제거하는 단계와, 배기체 중의 일산화탄소 또는 탄화수소와 같은 불완전 연소물을 후단 연소기(17)에 의하여 연소시키는 단계와, 후단 연소기(17)에서 다이옥신류의 유해물질을 분해시킨 후 유출되는 배기체를 배기체냉각기(18)에 의해 냉각시켜 다이옥신의 재합성을 방지하는 단계와, 냉각된 배기체 중의 미세입자와 염소가스를 벤츄리 및 HEPA 세정기(19)에서 제거하는 단계와, 활성탄 및 HEPA 여과재의 효율을 높이기 위하여 벤츄리 및 HEPA 세정기(19)를 통과한 고온의 배기체내의 습분을 습분제거기(20)에 의하여 제거하는 단계와, 활성탄 및 HEPA 여과기(21)로 다이옥신과 미세입자를 제거하는 단계와, 상기 여과기(21)를 통과한 기체를배출시켜 배기체의 유해물질 처리공정을 단순화하고 열적 질화물을 질소가스로 전환시키는 것을 특징으로 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리방법.In the plasma torch melting furnace 100 of claim 1, the waste guiding drum or the iron drum are put into the drum inlet 4 for combustion, and the high concentration radioactive waste drum of the cesium recycling exhaust gas treatment apparatus 200 of claim 2 is discharged. Cooling the cesium generated with the gas with a pipe cooler 15 to suppress volatilization, removing the radioactive cesium and particles in the exhaust body with the high temperature filter 16, and incomplete, such as carbon monoxide or hydrocarbons in the exhaust body. Combusting the combusted product by the rear stage combustor 17 and cooling the exhaust gas flowing out after decomposing harmful substances of dioxins in the rear stage combustor 17 by the exhaust body cooler 18 to prevent dioxin resynthesis. Removing the fine particles and chlorine gas from the cooled exhaust body in a venturi and HEPA scrubber 19, and increasing the efficiency of activated carbon and HEPA filter media. In order to remove the moisture in the high-temperature exhaust gas passing through the venturi and HEPA scrubber (19) by the moisture remover (20), the step of removing dioxin and fine particles with the activated carbon and HEPA filter (21), A method for treating medium and low level radioactive waste, characterized in that the gas passing through the filter (21) is simplified to simplify the process of treating harmful substances in the exhaust gas and convert the thermal nitride into nitrogen gas. 제 3항에 있어서, 배기체 냉각기(18)를 거친 배기체내의 미세입자와 염소가스를 제거하기 위해 세정액의 pH는 8.0∼9.0의 약 알칼리로 유지되는 것을 특징으로 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리방법.4. The method of claim 3, wherein the pH of the cleaning liquid is maintained at a weak alkali of 8.0 to 9.0 to remove fine particles and chlorine gas in the exhaust gas that has passed through the exhaust gas cooler 18. . 제 3항에 있어서, 플라즈마토치 용융로(100)에서 작업자의 방사선 조사량을 줄이기 위하여 폐기물 발생현장에서 간이 드럼에 담겨진 폐기물 드럼이나, 기존에 발생된 철제 드럼을 드럼 투입구(4)를 통해 드럼 째 투입하는 것을 특징으로 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리방법.The method of claim 3, wherein in order to reduce the radiation dose of the operator in the plasma torch melting furnace (100), the drums are introduced into the drum through the drum inlet 4, the waste drum contained in the simple drum at the waste generation site, or the existing iron drum Medium and low level radioactive waste treatment method, characterized in that. 제 3항에 있어서, 고방사성 폐수지 드럼과 폐필터 드럼내에 포함되어 있는 방사성 쎄슘의 휘발가능성을 줄이기 위하여 이들 드럼을 드럼 투입구(4)를 통해 먼저 투입하고, 첨가제 투입구(3)를 통해 비가연성 폐기물 및 첨가제를 투입하여 드럼 위에 쌓이게 하면서 용융시켜서 드럼 용융시 발생되는 방사성 쎄슘이 비가연성 폐기물에 포획되는 확률을 높이는 것을 특징으로 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리방법.4. The drum according to claim 3, in order to reduce the volatilization of radioactive cesium contained in the highly radioactive waste resin drum and the waste filter drum, these drums are first introduced through the drum inlet 4, and the non-flammable through the additive inlet 3. A method of treating low and medium levels of radioactive waste, characterized by increasing the probability that radioactive cesium generated during drum melting is captured by non-combustible wastes by melting the wastes and additives to be accumulated on the drums. 제 3항에 있어서, 폐기물 용융시 발생되는 배기체내의 일산화탄소, 다이옥신 등의 유해 물질의 일부를 숙성조(11)의 플라즈마 토치(2) 열원을 이용하여 처리함으로써 배기체 처리공정 규모를 감소시키는 것을 특징으로 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리방법.4. The method according to claim 3, wherein the process of reducing the size of the exhaust gas treatment process is performed by treating some of the harmful substances such as carbon monoxide and dioxin in the exhaust gas generated during the melting of the waste by using the plasma torch 2 heat source of the aging tank 11. A method for treating low and middle level radioactive waste, characterized by the above. 제 3항에 있어서, 용융조(10)에서 발생된 배기체내의 열적 질화물을 효율적으로 N2로 전환시키기 위하여 용융로내의 배기체 유도통로(13)를 설치하고 암모니아를 주입하여 처리하는 것을 특징으로 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리방법.The method of claim 3, wherein in order to efficiently convert the thermal nitride in the exhaust gas generated in the melting tank 10 to N 2 , an exhaust gas induction passage 13 in the melting furnace is installed and treated by injecting ammonia. Low and medium level radioactive waste disposal method. 제 3항에 있어서, 배기체 처리장치의 파이프 냉각기(15)에서 배기체의 온도를 500℃ 정도로 냉각시켜 배기체내에 함유되어 있는 방사성 세슘이 대부분 고온 필터의 여과재에 침적되도록 하여 배기체 시스템 후단의 방사선 오염을 방지하는 것을 특징으로 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리방법.4. The pipe cooler 15 of the exhaust gas treatment apparatus cools the temperature of the exhaust body to about 500 ° C. so that most of the radioactive cesium contained in the exhaust body is deposited on the filter medium of the high temperature filter. A medium and low level radioactive waste disposal method characterized by preventing radiation contamination. 제 6항에 있어서, 첨가제로는 원자력발전소에서 발생되는 콘크리트, 모래,유리, 유리섬유 등을 유리형성제로 사용하고, 미량의 알칼리족 화합물을 용융물의 특성을 조절하기 위한 플럭스(flux)로 사용하여 별도의 유리형성제를 사용하지 않고 유리고화시켜 경제성을 증가시킬 뿐만 아니라 첨가제가 투입된 드럼내의 휘발성 방사성 핵종의 흡착제 및 반응물질로 작용하는 것을 특징으로 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리방법.The method of claim 6, wherein as an additive, concrete, sand, glass, glass fiber, etc. generated from a nuclear power plant is used as a glass forming agent, and a trace amount of an alkali compound is used as a flux for controlling the characteristics of the melt. A method of treating low and middle level radioactive waste, characterized by solidifying glass without using a separate glass forming agent to increase economic efficiency, and acting as an adsorbent and a reactant of volatile radionuclides in a drum to which an additive is added. 제 8항에 있어서, 선택적 촉매환원법(Selective Catalytic Reduction, SCR)을 이용한 질소산화물제거장치의 설치없이도 NOx를 N2로 전환시키기 위하여 후단연소기(17)에 암모니아를 주입하여 NOx제거하는 것을 특징으로 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리방법.The method of claim 8, characterized in that NO x is removed by injecting ammonia into the afterburner (17) to convert NO x to N 2 without installing a nitrogen oxide removal device using Selective Catalytic Reduction (SCR). Medium and low level radioactive waste disposal method. 삭제delete 삭제delete
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