KR101226709B1 - 방사성 폐액 증발 처리장치 - Google Patents

Abstract

폐액을 보조증발기에서 1차적으로 증발처리한 후, 주증발기에서 2차적으로 증발처리함으로써 처리효율을 더욱 증대시킬 수 있고, 상기 보조증발기의 열원으로서 주증발기에서 발생하는 증기열을 이용함으로써 열효율을 더욱 높일 수 있으며, 보조증발기로 공급되는 폐액은 보조증발기에서 발생하는 증기열로 예열함으로써 주증발기와 보조증발기에서의 가열시간을 단축시켜 증발처리효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 상기 예열에 필요한 열원은 별도로 구비하지 않아 장치를 간소화할 수 있는 방사성 폐액 증발 처리장치를 제공한다.
본 발명의 방사성 폐액 증발 처리장치는, 공급되는 폐액을 가열하여 폐액에 포함된 수분을 증발시키는 주증발기와, 상기 주증발기로부터 발생한 수증기를 열원으로 하여 주증발기로 공급되는 폐액을 가열하여 온도를 상승시킴과 동시에 폐액에 포함된 수분을 증발시키는 보조증발기와, 상기 보조증발기의 열원으로 사용된 수증기를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 발생된 응축수를 저장하는 응축수탱크와, 상기 주증발기와 보조증발기 사이에 설치되어 보조증발기로부터 가열된 폐액을 더욱 가열하여 주증발기에 공급하는 주증발기예열기와, 상기 보조증발기로 공급되는 폐액을 예열하기 위한 보조증발기예열기와, 상기 응축수탱크에서 발생한 기체로부터 삼중수소를 제거하기 위한 버블러로 구성된다.

Description

방사성 폐액 증발 처리장치{Evaporator for Treatment of Radioactive Wastewater}

본 발명은 원자력 발전소 등에서 배출되는 방사성 폐액으로부터 수분을 제거하고 방사성폐기물 발생량을 감용화(減容化)하기 위한 방사성 폐액 증발 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 원자력발전소에서 발생하는 방사성 폐액은, 액체방사성폐기물 저장탱크 또는 섬프(Sump) 내에 안전하게 보관하고 있으나, 방사선 준위의 증가와 고준위 방사성폐액의 발생으로 액체방사성폐액 보관장소의 확보 및 운영에 많은 어려움이 발생하고 있다.

따라서, 보관장소의 효율적인 이용을 위해 방사성 폐액을 감용화할 필요가 있고, 감용화 방법으로는 폐액을 가열하여 수분을 증발시킴으로써 폐액을 농축시키는 방법을 많이 사용하고 있다.

일반적인 방사성 폐액 증발 처리장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 폐액저장탱크(1)로부터 공급되는 폐액을 가열하여 폐액에 포함된 수분을 증발시키는 것에 의해 폐액을 농축하는 증발기(2)와, 상기 증발기(2)에서 수분의 증발로 인해 배출된 수증기를 응축시켜 액화하기 위한 응축기(3)와, 상기 응축기(3)로부터 응축된 응축수를 저장하는 응축수탱크(4)로 이루어진다.

즉, 폐액저장탱크(1)의 폐액이 증발기(2)의 증발탱크(2a)로 공급되면, 증발기(2)의 교반기(2b)에 의해 폐액이 교반되면서 히터(2c)에 의해 가열되어 폐액에 포함된 수분이 증발되므로, 폐액은 농축되어 감용화 된다.

이어서, 증발기(2)에서 농축되어 감용화된 폐액은 농축폐액저장조(5)로 배출되어 폐기처리되고, 수분이 증발하여 발생된 수증기는 응축기(3)로 이송된다. 응축기(3)로 이송된 수증기는 냉각장치(6)로부터 공급되는 냉각매체에 의해 냉각되어 응축됨으로써 액화되고, 응축수는 응축수탱크(4)로 이송되어 폐기된다.

그러나, 이러한 구성의 방사성 폐액 증발 처리장치는, 폐액저장탱크(1)로부터 폐액이 직접 증발기(2)의 증발탱크(2a)로 공급되므로, 낮은 온도의 폐액을 가열하여 수분을 증발시킬 때까지의 처리시간이 길어지게 된다. 따라서 폐액의 처리효율이 비능률적이고, 또한 교반기(2b) 및 히터(2c)의 가동시간이 길어지게 되므로 운전비용을 상승시키는 문제가 있다.

더욱이, 증발기(2)의 증발탱크(2a) 내에서 발생된 고온의 수증기는 응축기(3)로 바로 이송되므로, 고온의 수증기를 응축시키기 위한 냉각장치(6)의 가동부담이 커지게 된다. 따라서 냉각장치(6)의 가동효율은 낮아지고 운전비용은 높아져 비능률적이고, 대용량의 냉각장치(6)를 사용해야 하므로 장치의 전체 사이즈가 커지는 단점이 있다.

또한, 종래의 방사성 폐액 증발 처리장치는, 원자력 발전소에서 폐액을 발생하는 시설에 연계되어 설치되는 것으로서, 원자력 발전소 내의 시설구조물에 고정형으로 설치되어 해당 시설에서 발생하는 폐액을 전용으로 처리하도록 되어 있다. 따라서, 증발 처리장치에 고장이 발생하는 경우, 수리하는 동안 해당 시설의 가동이 중단되는 문제가 있으며, 시설구조물로부터 증발 처리장치의 각 구성을 분해하여 수리장소로 운반하는 작업과 수리완료 후 다시 조립하는 작업 등 유지관리에 많은 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 폐액을 증발처리하기 위한 증발기를 주증발기와 보조증발기로 구성하여 폐액을 보조증발기에서 1차적으로 증발처리한 후, 주증발기에서 2차적으로 증발처리함으로써 처리효율을 더욱 증대시킬 수 있고, 상기 보조증발기의 열원으로서 주증발기에서 발생하는 증기열을 이용함으로써 열효율을 더욱 높일 수 있음과 동시에, 보조증발기에서의 열교환에 의해 증기의 온도가 낮아짐에 따라 증기를 응축기에서 응축시킬 때 냉각장치의 가동부담을 줄일 수 있는 방사성 폐액 증발 처리장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 주증발기로 공급되는 폐액은 주증발기의 열원을 공유하여 예열하고, 보조증발기로 공급되는 폐액은 보조증발기에서 발생하는 증기열로 예열함으로써 주증발기와 보조증발기에서의 가열시간을 단축시켜 증발처리효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 상기 예열에 필요한 열원은 별도로 구비하지 않아 장치를 간소화할 수 있는 방사성 폐액 증발 처리장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 폐액 증발 처리장치를 기능별로 모듈화하여 폐액이 발생하는 시설에 설치하거나 분해하는 작업이 편리하고, 또한 고장난 모듈부분만 분해하여 수리할 수 있어 유지관리가 용이하며, 모듈화된 조립체는 사이즈가 작아 시설공간의 문을 통해 출입하거나 운반하는 것이 용이한 방사성 폐액 증발 처리장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공급되는 폐액을 가열하여 폐액에 포함된 수분을 증발시키는 주증발기와, 상기 주증발기로부터 발생한 수증기를 열원으로 하여 주증발기로 공급되는 폐액을 가열하여 온도를 상승시킴과 동시에 폐액에 포함된 수분을 증발시키는 보조증발기와, 상기 보조증발기의 열원으로 사용된 수증기를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 발생된 응축수를 저장하는 응축수탱크를 구비한 방사성 폐액 증발 처리장치에 특징이 있다.

또한 본 발명은, 상기 주증발기와 보조증발기 사이에 설치되어 보조증발기로부터 가열된 폐액을 더욱 가열하여 주증발기에 공급하는 주증발기예열기를 더 구비하며, 상기 주증발기와 주증발기예열기의 열원으로서 하나의 스팀발생기가 공용으로 사용되는 방사성 폐액 증발 처리장치에 특징이 있다.

또한 본 발명은, 상기 보조증발기로 공급되는 폐액을 예열하기 위한 보조증발기예열기를 더 구비하며, 상기 보조증발기에서 발생한 수증기는 보조증발기예열기의 열원으로 사용되고, 보조증발기예열기의 열원으로 사용된 수증기는 상기 응축기로 이송되어 응축된 후, 응축수탱크에 저장되도록 구성한 방사성 폐액 증발 처리장치에 특징이 있다.

또한 본 발명은, 상기 응축수탱크에서 발생한 기체로부터 삼중수소를 제거하기 위한 버블러를 더 구비한 방사성 폐액 증발 처리장치에 특징이 있다.

또한 본 발명은, 상기 주증발기, 주증발기예열기, 보조증발기 및 보조증발기예열기를 하나의 프레임에 설치하여 모듈화한 제1 조립체로 구성하고, 상기 응축기 및 응축수탱크를 하나의 프레임에 설치하여 모듈화한 제2 조립체로 구성한 방사성 폐액 증발 처리장치에 특징이 있다.

본 발명에 따른 방사성 폐액 증발 처리장치에 의하면, 보조증발기가 폐액을 가열하여 온도를 상승시킴과 동시에, 폐액에 포함된 수분의 일부를 1차적으로 증발처리하게 되고, 이어서 주증발기에서 폐액을 가열하여 2차적으로 폐액에 포함된 수분을 증발처리함에 따라 폐액의 증발처리효율이 증대된다. 또한 보조증발기의 열원으로 주증발기에서 발생한 증기열이 이용됨에 따라 열효율이 더욱 높아지고, 더욱이 보조증발기에서 열교환되어 온도가 낮아진 증기를 응축기에서 응축시키게 되므로 응축기를 가동하기 위한 냉각장치의 가동부담을 대폭 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 주증발기와 보조증발기로 공급되는 폐액을 각자의 주증발기예열기와 보조증발기예열기로 예열함에 따라 주증발기와 보조증발기에서의 가열시간이 단축되어 증발처리효율이 향상되고, 주증발기예열기의 열원으로는 주증발기의 가열장치를 공용으로 사용하고 보조증발기예열기의 열원으로는 보조증발기에서 발생하는 증기열이 사용됨에 따라 가열장치를 별도로 구비할 필요가 없어 장치를 간소화하고 시설비용을 절약할 수 있다.

또한, 본 발명은 폐액 증발 처리장치를 구성하는 주증발기, 주증발기예열기, 보조증발기 및 보조증발기예열기를 하나의 프레임에 설치하여 제1 조립체로 구성하고, 응축기 및 응축수탱크를 하나의 프레임에 설치하여 제2 조립체로 구성함에 따라, 각 조립체의 사이즈를 작게 할 수 있고, 이로써 작아 원자력발전소의 시설공간을 출입하기 위한 문을 통해 출입하기 용이하고, 폐액이 발생하는 시설에 설치하거나 분해하는 작업이 매우 편리하여 고장발생시 유지관리가 용이하며, 분해하여 이동하는 것이 용이함에 따라, 어느 한 시설에만 전용으로 사용되지 않고 폐액을 발생하는 시설로 옮겨가면서 사용하는 것이 가능하다.

도 1은 종래의 방사성 폐액 증발 처리장치를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 방사성 폐액 증발 처리장치를 나타낸 구성도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 장치의 제1 조립체를 나타낸 정면도, 평면도 및 측면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 장치의 제2 조립체를 나타낸 정면도, 평면도 및 측면도.

이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 방사성 폐액 증발 처리장치의 구성도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 방사성 폐액 증발 처리장치는, 폐액저장탱크(60)으로부터 공급되는 폐액을 가열하여 폐액에 포함된 수분을 증발시키는 주증발기(10)와, 상기 주증발기(10)로부터 배출되는 수증기를 열원으로 하여 주증발기(10)로 공급되는 폐액을 가열함으로써 폐액에 포함된 수분을 증발시키기 위한 보조증발기(20)와, 상기 보조증발기(20)에서 열원으로 사용되고 배출된 수증기를 응축시키는 응축기(31,32)와, 상기 응축기(31,32)를 가동하기 위한 냉각장치(35)로 이루어진다.

주증발기(10)는, 공급되는 폐액을 저장하는 증발탱크(11)와, 증발탱크(11)에 저장된 폐액을 교반하는 교반기(12)와, 증발탱크(11)에 저장된 폐액을 가열하는 가열장치(13)로 구성되고, 상기 가열장치(13)는 스팀을 열원으로 이용한 것으로, 급수탱크(13a)와, 상기 급수탱크(13a)로부터 공급되는 물을 가열하여 스팀을 발생하는 스팀발생기(13b)와, 주증발기(10)의 증발탱크(11)를 감싸는 자켓부(13c)로 구성된다.

따라서, 증발탱크(11) 내부로 공급된 폐액을 교반기(12)로 교반하면서, 가열장치(13)의 스팀발생기(13b)에서 발생되어 자켓부(13c)로 공급된 스팀에 의해 간접적으로 가열함으로써 폐액에 포함된 수분을 증발시킬 수 있게 된다.

이때 수분이 증발함에 따라 농축된 폐액은 농축폐액저장조(14)로 배출되고, 가열장치(13)의 자켓부(13c)를 통과한 스팀은 온도가 낮아지면서 응축수가 되어 급수탱크(13a)로 배출된다.

보조증발기(20)는, 폐액이 흐르는 통로를 제공하는 다수개의 유로관(21)이 구비된 보조증발탱크(22)로 구성되고, 상기 보조증발탱크(22)에는 주증발기(10)에서 발생한 수증기를 공급할 수 있도록 되어 있다. 따라서 보조증발탱크(22)에 공급되는 수증기가 유로관(21)으로 통과하는 폐액을 가열하여 폐액에 포함된 수분을 증발시킬 수 있도록 되어 있다.

또한 본 발명은, 상기 주증발기(10)와 보조증발기(20) 사이에 설치된 주증발기예열기(40)를 구비한다. 주증발기예열기(40)는 폐액이 흐르는 통로를 제공하는 다수개의 유로관(41)이 구비된 주예열탱크(42)로 구성되고, 상기 주예열탱크(42)에는 주증발기(10)의 가열장치(13)를 구성하는 스팀발생기(13b)로부터 스팀이 공급된다.

따라서 주예열탱크(42)에 공급되는 스팀이 유로관(41)으로 통과하는 폐액을 더욱 가열할 수 있도록 되어 있다.

또한 본 발명은, 상기 보조증발기(20)로 공급되는 폐액을 예열하기 위한 보조증발기예열기(50)를 폐액저장탱크(60)와 보조증발기(20) 사이에 구비한다. 보조증발기예열기(50)는 폐액이 흐르는 통로를 제공하는 다수개의 유로관(51)이 구비된 보조예열탱크(52)로 구성되고, 상기 보조예열탱크(52)에는 보조증발기(20)에서 발생한 수증기를 공급할 수 있도록 되어 있다. 따라서 보조예열탱크(52)에 공급되는 수증기가 유로관(51)으로 통과하는 폐액을 더욱 가열할 수 있도록 되어 있으며, 보조증발기예열기(50)의 열원으로 사용된 수증기는 응축기(31,32)로 이송되어 응축되도록 구성된다.

또한 본 발명은, 상기 응축기(31,32)에서 발생된 응축수를 저장하는 응축수탱크(33)와, 상기 응축수탱크(33)에서 배출되는 기체로부터 삼중수소를 제거하기 위한 버블러(34)를 더 구비한다.

이와 같은 구성의 방사성 폐액 증발 처리장치는, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 주증발기(10), 주증발기예열기(40), 보조증발기(20) 및 보조증발기예열기(50)를 하나의 프레임(110)에 설치하여 모듈화한 제1 조립체(100)로 구성하고, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 응축기(31,32) 및 응축수탱크(33)를 하나의 프레임(210)에 설치하여 모듈화한 제2 조립체(200)로 구성한다. 상기 각 제1 및 제2 조립체(100,200)의 프레임(110,210) 하부에는 바퀴(120,220)를 구비하여 이동을 용이하게 하는 것이 바람직하다.

상기한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 방사성 폐액 증발 처리장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 2에서와 같이 폐액저장탱크(60)에서 공급되는 폐액은 먼저 보조증발기예열기(50)의 유로관(51)을 통과하면서 보조증발기(20)에서 보조예열탱크(52)로 공급된 수증기에 의해 가열된다. 따라서 예열되어 온도가 상승된 폐액을 보조증발기(20)로 공급함으로써 보조증발기(20)의 증발효율을 높일 수 있다.

이때 보조증발기예열기(50)에서 열원으로 사용된 수증기는 2개의 응축기(31,32)를 차례로 통과하면서 응축수가 되어 응축수탱크(33)에 저장되고, 응축수탱크(33)에 저장된 응축수는 배출시켜 통상의 액체방사성 폐기물 저장탱크 또는 섬프(Sump)로 보내고, 응축수탱크(33)내의 배기체는 버블러(34)를 통과시켜 삼중수소를 제거한 후, 대기에 방출한다.

이어서 보조증발기(20)로 공급된 폐액은 유로관(21)을 통과하면서 주증발기(10)에서 보조증발탱크(22)로 공급된 수증기에 의해 가열된다. 따라서 폐액에 포함된 수분을 일부 증발시켜 폐액을 1차적으로 농축시키게 된다. 이때 보조증발기(20)에서 발생된 수증기는 보조증발기예열기(50)로 이송되어 열원으로 사용된다.

상기 보조증발기(20)에서 1차적으로 가열된 폐액은 주증발기예열기(40)의 유로관(41)을 통과하면서 주증발기(10)의 가열장치(13)를 구성하는 스팀발생기(13b)에서 주예열탱크(42)로 공급된 스팀에 의해 가열된다. 따라서 더욱 가열된 폐액을 주증발기(10)에 공급함으로써 주증발기(10)의 증발효율을 높일 수 있다. 이때 주증발기예열기(40)에 공급된 스팀은 열원으로 사용되는 과정에서 냉각되므로 응축수가 되어 가열장치(13)의 급수탱크(13a)로 이송되어 다시 스팀발생기(13b)로 순환된다.

이어서 주증발기예열기(40)로부터 예열된 폐액은 주증발기(10)의 증발탱크(11) 내에 공급된다. 증발탱크(11) 내로 공급된 폐액은 주증발기(10)의 교반기(12)에 의해 교반되고, 가열장치(13)의 스팀발생기(13b)로부터 발생되어 자켓부(13c)로 공급된 스팀에 의해 가열된다.

따라서, 폐액에 포함된 수분이 증발하게 되므로 폐액을 농축시킬 수 있게 되고, 농축된 폐액은 농축폐액저장조(14)로 배출되고, 수증기는 보조증발기(20)의 보조증발탱크(22)에 공급되어 열원으로 사용된다.

이상에서와 같이 본 발명은, 폐액을 보조증발기(20)가 1차적으로 농축시키고, 주증발기(10)가 최종적으로 농축시키게 되므로 폐액을 효율적으로 감용화할 수 있고, 주증발기(10)와 보조증발기(20)로 공급되는 폐액을 각자의 주증발기예열기(40)와 보조증발기예열기(50)로 예열하여 공급함에 따라 가열시간을 단축시켜 증발처리효율을 높일 수 있다.

또한, 주증발기(10)에서 발생한 수증기를 보조증발기(20)의 열원으로 사용하고, 보조증발기(20)에서 발생한 수증기를 보조증발기예열기(50)의 열원으로 사용함으로써 열효율을 높일 수 있으며, 더욱이 열원으로 사용된 증기는 온도가 낮아지게 되므로 응축기(31,32)에서 응축시킬 때 냉각장치(35)의 가동부담을 대폭 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 도 3a 내지 도 3c와 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 폐액 증발 처리장치를 기능별로 모듈화함으로써 폐액을 발생하는 시설에 조립 및 분리하는 작업이 매우 편리하고, 각 모듈화된 조립체는 사이즈가 작아 시설의 출입문을 통과하여 다른 시설로 이동하거나 고장시 수리장소로 이동시키는 것이 용이하다.

지금까지 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 주증발기 13b : 스팀발생기
20 : 보조증발기 31,32 : 응축기
33 : 응축수탱크 34 : 버블러
40 : 주증발기예열기 50 : 보조증발기예열기
60 : 폐액저장탱크 100,200 : 제1 및 제2 조립체
110,210 : 프레임

Claims (5)

1. 공급되는 폐액을 가열하여 폐액에 포함된 수분을 증발시키는 주증발기와,
   상기 주증발기로부터 발생한 수증기를 열원으로 하여 주증발기로 공급되는 폐액을 가열하여 온도를 상승시킴과 동시에 폐액에 포함된 수분을 증발시키는 보조증발기와,
   상기 보조증발기의 열원으로 사용된 수증기를 응축시키는 응축기와,
   상기 응축기에서 발생된 응축수를 저장하는 응축수탱크를 구비하며,
   상기 주증발기와 보조증발기 사이에 설치되어 보조증발기로부터 가열된 폐액을 더욱 가열하여 주증발기에 공급하는 주증발기예열기를 더 구비하고, 상기 주증발기와 주증발기예열기의 열원으로서 하나의 스팀발생기가 공용으로 사용되며,
   상기 보조증발기로 공급되는 폐액을 예열하기 위한 보조증발기예열기를 더 구비하고, 상기 보조증발기에서 발생한 수증기는 보조증발기예열기의 열원으로 사용되고, 보조증발기예열기의 열원으로 사용된 수증기는 상기 응축기로 이송되어 응축된 후, 응축수탱크에 저장되도록 구성하며,
   상기 주증발기, 주증발기예열기, 보조증발기 및 보조증발기예열기를 하나의 프레임에 설치하여 모듈화한 제1 조립체로 구성하고, 상기 응축기 및 응축수탱크를 하나의 프레임에 설치하여 모듈화한 제2 조립체로 구성한 것을 특징으로 하는 방사성 폐액 증발 처리장치.
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4. 제 1 항에 있어서, 상기 응축수탱크에서 발생한 기체로부터 삼중수소를 제거하기 위한 버블러를 더 구비한 것을 특징으로 하는 방사성 폐액 증발 처리장치.
5. 삭제

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