KR100432450B1 - 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템 - Google Patents

중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자력 발전소 등에서 폐기되는 중저준위 방사성 폐기물을 유리화시켜 처리하기 위한 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템에 관한 것이다. 본 발명의 처리시스템은 중저준위 방사성 폐기물과 유리원료를 공급하는 주입장치와, 주입장치로부터 공급되는 중저준위 방사성 폐기물과 유리원료를 유리화물로 유리화시킬 수 있는 유리용탕을 제공하는 용융실을 갖는 밀폐원통형 용융로와, 용융로의 용융실에 설치되고 중저준위 방사성 폐기물과 유리원료를 가열하여 소각 및 열분해시키는 가열열분해수단과, 용융로의 외측에 설치되며 유리원료에 유도전류를 가하여 용융시키는 인덕터와, 용융로의 용융실로부터 유리화물의 점도를 낮추어 배출시킬 수 있도록 가열하는 가열배출수단과, 가열배출수단을 통한 유리화물의 배출을 제어하는 냉각장치와, 용융로의 용융실에 산소를 공급하여 유리용탕을 기포화시키는 산소공급장치를 포함한다. 본 발명에 의하면, 중저준위 방사성 폐기물을 용융로 내에서 가열열분해수단에 의하여 유리화시키고, 유리화물의 배출통로를 구성하는 가열배출수단에 의하여 유리화물의 점도를 낮추어 배출함으로써, 유리화물이 배출구를 통하여 신속하고 원활하게 배출될 수 있으며, 유리화물의 고화로 인한 배출통로의 막힘을 방지할 수 있어 처리효율을 현저하게 향상시킬 수 있다.

Description

중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템{LOW AND INTERMEDIATE-LEVEL WASTE TREATMENT SYSTEM}
본 발명은 방사성 폐기물의 처리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중준위 및 저준위 방사성 폐기물을 유리화(Vitrification)시켜 처리하기 위한 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템에 관한 것이다.
원자력 발전소나 방사선 동위원소 이용기관 등에서 발생하고 있는 방사성 폐기물은 안전하게 폐기하여야 한다. 방사성 폐기물은 방사능의 세기에 따라 중저준위 폐기물(Low and Intermediate-level Waste)과 고준위 폐기물(High-level Waste)로 구분하고 있다. 중저준위 방사성 폐기물은 원자력 발전소의 운전과정에서 발생되는 폐기물, 예를 들어 여과재, 이온교환수지, 폐액증발기의 농축찌꺼기, 그리고 방사선 작업자들이 사용했던 작업복, 공구, 휴지 등 잡고체가 대부분이다.
이와 같은 중저준위 방사성 폐기물은 고화재, 예를 들어 시멘트나 파라핀 등을 혼합하여 폐기물 드럼 내에 봉입한 후 고화시키거나 압축하여 폐기물 드럼 내에 봉입하여 폐기물 관리 시설 등 안전한 장소에 보관하고 있으나, 폐기물 관리 시설의 설비와 유지에 상당한 인력과 비용이 소요될 뿐만 아니라, 사회적 기피 현상으로 인하여 설비에 많은 어려움이 뒤따르고 있어 심각한 사회문제로 대두되고 있는 실정이다.
한편, 중저준위 방사성 폐기물의 처리기술로 폐기물을 소각(Combustion), 열분해(Pyrolysis)시킨 후 유리와 함께 고온 용융시키는 유리화 기술에 의하여 유리고화체로 처리하고 있다. 이러한 중저준위 방사성 폐기물의 유리화 기술에 의해서는 폐기물의 양을 획기적으로 감량할 수 있을 뿐만 아니라, 방사능 누출을 영구적으로 차단할 수 있다.
종래에 중저준위 방사성 폐기물을 유리화하여 처리하기 위한 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템을 도 1에 의거하여 살펴보면, 용융로(Crucible Melter: 10)의 바닥에 몰리브덴으로 제작된 원통형 배출관(12)이 장착되어 있으며, 배출관(12)의 하측에는 배출관(12)의 주위를 냉각수에 의하여 냉각시킬 수 있는 냉각수통로(14)를 갖는 평판형의 냉각장치(16)가 설치되어 있다.
이와 같은 구성을 갖는 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템에서, 용융로(10) 내의 유리화물을 배출하기 위해서는 용융로(10)의 바닥을 냉각장치(14)의 냉각수에 의하여 냉각하고 있다가 그 냉각을 차단한 후, 용융로(10)의 배출관(12)을 통하여 유리화물을 배출하고 있다.
그러나, 종래 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템에 있어서는, 용융로(10)로부터 유리화물을 배출시키기 위해서는 냉각장치(14)의 냉각에 의하여 배출관(12)에 고화되어 있는 유리고화체와 용융로(10) 내의 유리화물을 열적평형온도에 도달시켜야 하므로, 유리화물의 실제 배출에 이르기까지 많은 시간이 소요되어 처리효율이 크게 저하되는 문제가 있다.
또한, 산소와의 접촉으로 인하여 점도(Viscosity)가 상당히 큰 유리화물이 배출관(12)의 내면에 들러붙어 굳어버리는 경향이 있다. 따라서, 용융로(10)의 배출관(12)이 유리화물에 의하여 막히면서 유리화물의 배출이 곤란해져 처리효율을 저하시키는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유리화물이 배출구를 통하여 신속하고 원활하게 배출될 수 있도록 한 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 가열에 의하여 유리화물의 점도를 낮추어 배출함으로써, 배출통로의 막힘을 방지할 수 있어 처리효율과 운전성을 현저하게 향상시킬 수 있는 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 중저준위 방사성 폐기물과 유리원료를 공급하는 주입장치와; 주입장치로부터 공급되는 중저준위 방사성 폐기물과 유리원료를 유리화물로 유리화시킬 수 있는 유리용탕을 제공하는 용융실을 갖는 밀폐원통형 용융로와; 용융로의 용융실에 설치되고, 중저준위 방사성 폐기물과 유리원료를 가열하여 소각 및 열분해시키는 가열열분해수단과; 용융로의 외측에 설치되며, 유리원료에 유도전류를 가하여 용융시키는 인덕터와; 용융로의 용융실로부터 유리화물의 점도를 낮추어 배출시킬 수 있도록 가열하는 가열배출수단과; 가열배출수단을 통한 유리화물의 배출을 제어하는 냉각장치와; 용융로의 용융실에 산소를 공급하여 유리용탕을 기포화시키는 산소공급장치를 포함하는 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템에 있다.
또한, 가열열분해수단은 SiC 또는 MoSi2로 구성되는 저항발열체로 이루어지며, 가열배출수단은 유리화물을 중앙으로 유도할 수 있는 경사안내로를 갖는 호퍼형의 바닥가열판과 이 바닥가열판의 중앙에 하방으로 수직하게 연통하도록 장착되는 배출가열관으로 구성되며 바닥가열판과 배출가열관은 인코넬로 이루어지는 것에 있다. 그리고, 용융로의 용융실로부터 배기되는 배기체를 정화처리하는 배기체처리장치를 더 포함하는 것에 있다.
도 1은 종래 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템을 부분적으로 나타낸 단면도이다.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
20: 주입장치 30: 용융로
32: 용융실 38: 관찰유리창
40: 배기체처리장치 50: 가열열분해수단
52, 54: 저항발열체 60: 인덕터
70: 가열배출수단 74: 바닥가열판
76: 배출가열관 80: 냉각장치
90: 산소공급장치 100: 온도계
110: 폐기물 드럼 120: 운반장치
이하, 본 발명에 따른 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템을 설명하기 위하여 나타낸 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 처리시스템은 중저준위 방사성 폐기물과 유리원료를 공급하는 주입장치(20)와, 주입장치(20)로부터 공급되는 중저준위 방사성 폐기물과 유리원료를 고온으로 용융시켜 유리화물로 생성하는 밀폐원통형 용융로(30)를 구비한다. 용융로(30)는 주입장치(20)의 하류에 배치되어 있으며, 주입장치(20)의 공급관(22)은 용융로(30)의 용융실(32)에 경사식으로 연통되어 있다. 용융로(30)는 부식성이 우수한 스테인레스로 제작되어 있다.
용융로(30)의 바닥은 유리화물을 중앙으로 유도할 수 있도록 중앙구멍(34)을 갖는 호퍼형 바닥체(36)로 구성되어 있으며 상부에는 용융실(32)을 육안으로 관찰할 수 있도록 관찰유리창(38)이 장착되어 있다. 본 실시예에 있어서 용융로(30)의 용융실(32)에는 유리용탕(Glass Melt: G)이 제공되어 있다.
또한, 용융로(30)의 용융실(32)은 배기체처리장치(40)와 배기관(42)에 의하여 연통되어 있다. 배기체처리장치(40)의 배기관(42)은 폐기물과 유리원료의 소각 및 열분해 과정에 의하여 용융로(30)의 용융실(32)에 생성되는 배기체를 배기체처리장치(40)로 배기하며, 배기체처리장치(40)는 배기체를 정화처리한다.
용융로(30)의 용융실(32)의 상측에는 중저준위 방사성 폐기물과 유리원료를 가열하여 소각 및 열분해시키는 한쌍의 가열열분해수단(50)이 수직하게 설치되어 있다. 가열열분해수단(50)은 저항발열체(52, 54)로 이루어지며, 저항발열체(52, 54)는 실리콘 카바이드(SiC) 또는 몰리브덴 실리사이드(MoSi2)로 구성되어 있다. 용융로(30)의 외측에는 유리원료에 유도전류를 가하여 용융시키는 인덕터(Inductor: 60)가 설치되어 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 호퍼형 바닥체(36)의 중앙구멍(34)에는 유리화물의 점도를 낮추어 배출시킬 수 있도록 가열하는 가열배출수단(70)이 설치된다. 가열배출수단(70)은 경사안내로(72)를 갖는 호퍼형의 바닥가열판(74)과, 이 바닥가열판(74)의 중앙에 하방으로 수직하게 연통하도록 장착되는 배출가열관(76)으로 구성되어 있다. 바닥가열판(74)의 경사안내로(72)는 수평평면에 대하여 대략 4∼8도 정도로 기울어져 유리화물의 흐름을 배출가열관(76)으로 원활하게 유도한다. 본 실시예에 있어서 가열배출수단(70)의 바닥가열판(74)과 배출가열관(76)은 내열, 내산, 고온강도에 우수한 특성을 갖는 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe) 합금인 인코넬(Inconel)로 구성되어 있다.
또한, 가열배출수단(70)의 배출가열관(76)을 둘러싸도록 환상의 수냉식 냉각장치(80)가 설치되어 있다. 이 냉각장치(80)의 냉각수통로(82)에 흐르는 냉각수에 의하여 배출가열관(76)을 냉각시킴으로써, 배출가열관(76)을 통한 유리화물의 배출을 제어한다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 처리시스템은 용융로(30)의 용융실(32)에 제공되어 있는 유리용탕(G)을 기포화(Bubbering)시킬 수 있도록 산소를 공급하는 복수의 산소공급장치(90)를 구비한다. 산소공급장치(90)는 용융로(30)의 상방에서 산소를 공급하는 상측산소공급관(92)과, 용융로(30)의 하방에서 산소를 공급하는 하측산소공급관(94)을 가지고 있다. 도면에는 산소공급장치(90)의 상측산소공급관(92)과 하측산소공급관(94)이 1개소에 설치되어 있는 것을 나타냈으나 이들은 복수개소, 예를 들어 4개소에 설치할 수 있다. 그리고, 용융로(30)의 상측에는 용융실(32)의 온도를 검출할 수 있는 온도계(100)가 설치되어 있다.
한편, 가열배출수단(70)의 배출가열관(76)을 통하여 배출되는 유리화물은 폐기물 드럼(110)에 담겨지며, 폐기물 드럼(110)에 담겨지는 유리화물은 유리고화체로 고화된다. 그리고, 폐기물 드럼(110)은 운반장치(120)에 의하여 폐기물 관리 시설 등 안전한 장소에 운반하여 보관한다.
지금부터는 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템에 대한 작용을 설명한다.
도 2를 참조하면, 우선 용융로(30)의 용융실(32)에는 인덕터(50)에 의하여 발생되는 유도전류에 의하여 주입장치(20)의 주입로(22)를 통하여 공급되는 유리원료가 용융된 유리용탕(G)이 준비된다. 용융실(32)의 유리용탕(G)은 산소공급장치(90)의 상측산소공급관(92)과 하측산소공급관(94)으로부터 공급되는 산소에 의하여 기포화된다. 용융실(32)의 온도는 온도계(100)에 의하여 검출하여 제어하며, 유리화 과정 또는 유리용탕(G)의 상태는 관찰유리창(38)을 통하여 육안으로 쉽게 관찰할 수 있다.
한편, 주입장치(20)의 주입로(22)를 통하여 용융로(30)의 용융실(32)에 공급되는 중저준위 방사성 폐기물과 유리원료는 가열열분해수단(50)의 저항발열체(52, 54)에 의하여 1150℃ 정도로 가열되면서 소각 및 열분해 과정을 거친다. 그리고, 소각 및 열분해 과정에 의하여 생성되는 유해무기물질들은 유리화물로 유리화, 즉 기포화되는 유리용탕(G)의 유리구조 내에 포획(Immobilization)되며 배기체는 배기관(42)을 통하여 배기체처리장치(40)로 배기되어 정화처리된다. 이때, 유해무기무질들의 점도는 1150℃ 정도에서 20∼100포이즈(Poise) 정도의 범위를 유지한다.
다음으로, 가열배출수단(70)의 바닥가열판(74)과 배출가열관(76)을 작동시켜 유리화물의 점도를 100포이즈 이하로 유지시키면, 유리화물은 용융로(30)의 용융실(32)로부터 배출가열관(76)을 통하여 배출된다. 이때, 바닥가열판(74)과 배출가열관(76)에는 그 단위면적당 0.78암페어 정도의 전류를 인가하여 작동시키며, 배출가열관(76)측의 온도는 도시하지 않은 온도계에 의하여 검출하여 적정하게 제어할 수 있다.
이와 같이 유리화물의 점도가 가열배출수단(70)의 가열에 의하여 낮춰짐으로써, 배출가열관(76)을 통하여 유리화물을 원활하게 배출시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유리화물의 고화로 인한 배출가열관(76)의 막힘을 효과적으로 방지할 수 있다. 이결과, 중저준위 방사성 폐기물의 처리효율을 크게 향상시킬 수 있다. 용융로(30)의 바닥체(36)와 바닥가열판(74)의 경사안내로(72)는 배출가열관(76)으로 유리화물을 유도하여 유리화물의 배출을 보다 원활하게 유지한다.
마지막으로, 가열배출수단(70)의 배출가열관(76)을 통하여 배출되는 유리화물은 폐기물 드럼(110) 내에 투입된 후 유리고화체로 고화된다. 폐기물 드럼(110)은 운반장치(120)에 의하여 운반하여 폐기물 관리 시설 등의 안전한 장소에 보관한다.
한편, 본 발명의 처리시스템의 운전을 중지시키고, 냉각장치(80)의 냉각수통로(82)에 냉각수를 공급하면 가열배출수단(70)의 배출가열관(76)이 냉각되면서 유리화물이 고화된다. 따라서, 배출가열관(76)이 유리고화체에 의하여 막히면서 유리화물은 배출되지 못한다.
상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며 동일 사상의 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템에 의하면, 중저준위 방사성 폐기물을 용융로 내에서 가열열분해수단에 의하여 유리화시키고, 유리화물의 배출통로를 구성하는 가열배출수단에 의하여 유리화물의 점도를 낮추어 배출함으로써, 유리화물이 배출구를 통하여 신속하고 원활하게배출될 수 있으며, 유리화물의 고화로 인한 배출통로의 막힘을 방지할 수 있어 처리효율을 현저하게 향상시킬 수 있다. 이 결과, 중저준위 방사성 폐기물의 유리화와 배출을 능률적으로 제어할 수 있어 운전성을 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 중저준위 방사성 폐기물과 유리원료를 공급하는 주입장치와, 상기 주입장치로부터 공급되는 중저준위 방사성 폐기물과 유리원료를 유리화물로 유리화시킬 수 있도록 유리용탕을 제공하는 용융실을 갖는 밀폐원통형 용융로와, 상기 용융로의 용융실에 설치되고, 중저준위 방사성 폐기물과 유리원료를 가열하여 소각 및 열분해시키는 가열열분해수단과, 상기 용융로의 외측에 설치되며, 유리원료에 유도전류를 가하여 용융시키는 인덕터와, 상기 용융로의 용융실로부터 유리화물의 점도를 낮추어 배출시킬 수 있도록 가열하는 가열배출수단과, 상기 가열배출수단을 통한 유리화물의 배출을 제어하는 냉각장치와, 상기 용융로의 용융실에 산소를 공급하여 유리용탕을 기포화시키는 산소공급장치를 포함하는 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템에 있어서,
    상기 용융로의 바닥은 유리화물을 중앙으로 유도할 수 있도록 중앙구멍을 갖는 호퍼형 바닥체로 구성되고;
    상기 가열열분해수단은 MoSi2로 구성되는 저항발열체이며;
    상기 가열배출수단은 상기 유리화물을 중앙으로 유도할 수 있는 경사안내로를 갖는 호퍼형의 바닥가열판과, 이 바닥가열판의 중앙에 하방으로 수직하게 연통하도록 장착되는 배출가열관으로 구성되며;
    상기 산소공급장치는 상기 용융로의 상방에서 산소를 공급하는 상측산소공급관과, 상기 용융로의 하방에서 산소를 공급하는 하측산소공급관을 구비하는 것을 특징으로 하는 중저준위 방사성 폐기물의 처리시스템.
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