KR101245245B1 - 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치에 관한 것으로, 그 목적은 폐액가열용기 내로 떨어지는 세정폐액을 폐액가열용기 내에서 효과적으로 고르게 분산될 수 있도록 함으로서, 세정폐액의 열분해 속도를 늦어지지 않도록 하여 잉여 세정폐액이 발생되는 것을 최대한 억제시켜 폐액가열용기의 저면에 잉여 세정폐액이 충수되어 폐액가열용기의 내부 온도가 낮아지는 것을 방지하여 세정폐액에 대한 열분해율을 현저히 높일 수 있는 구조를 갖도록 한 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치를 제공하는 것며, 그 구성은 수직으로 배치되는 지지축과; 상방으로 만곡진 다수개의 통공을 갖는 원판으로써 중앙부가 상기 지지축에 일축으로 관통되게 지지축 방향을 따라 일정간격으로 평행하게 고정설치되고, 하측으로 갈수록 큰지름을 갖도록 제작된 다수개의 분산판으로 구성된 지오메트리가 분리가능하게 폐액가열용기의 내측에 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치{A chemistry cleaning waste fluid disposal device having geometry for increse the throughput efficiency}

본 발명은 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐액가열용기 내로 떨어지는 세정폐액을 폐액가열용기 내에서 효과적으로 고르게 분산되면서 열분해되도록 하여 세정폐액이 폐액가열용기의 저면에 충수되어 폐액가열용기의 내부 온도가 낮아지는 것을 방지하여 세정폐액에 대한 열분해 율을 현저히 높일 수 있는 구조를 갖도록 한 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 원자력발전소의 증기발생기 2차 계통 배관의 내부에는 시간이 경과됨에 따라 금속산화물과 물이 혼합된 형태의 슬러지가 생성되며, 이러한 슬러지를 제거하기 위해 통상의 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산(Ethylene Diamine Terea Acetic Acid, 이하 "EDTA"라 약칭한다.)이 함유된 화학 세정액이 사용된다.

EDTA는 증기발생기 2차 계통 내부에 침적되어 있거나 전열관 및 내부구조물 등에 침착되어 있는 슬러지 중 고형성분인 금속산화물과 반응하여 고형성분을 액상으로 변환시켜 EDTA화학 세정폐액(이하, "세정폐액"이라 약칭한다.) 형태로 배출되는데, 이때 세정폐액은 액체 상태이기 때문에 고체상태의 슬러지 보다 쉽게 증기발생기로부터 제거될 수 있다.

이러한 세정폐액에는 방사성 물질이 함유되어 있으며, 시멘트 등으로 고화처리하여도 세정폐액으로 인해 이온성 방사성 물질의 침출성이 오히려 증가되어 방사성 물질이 보다 용이하게 외부로 누출될 수 있음으로 방사성 폐기물 처분장의 안전성을 확보하기 위해서도 세정폐액은 안정된 형태로 처리되어야 한다.

한편 EDTA는 금속 이온에 때해 강한 친화력을 가지고 있기 때문에 슬러지 제거를 위한 화학세정제로서 널리 사용되고 있으며, 상온에서 분말 또는 백색 결정 형태로 존재하고, 증기발생기를 세정하기 위한 용도로 사용할 때에는 분말형태의 EDTA를 물에 일정량 희석시켜 사용하는데 EDTA는 245℃ 이상에서 쉽게 분해되기 때문에 고온 열분해 방식으로 분해 처리될 수 있다.

세정폐액을 고온 열분해 방식에 의해 처리하는 방법의 하나로서 특허 제956975호(발명의 명칭: 고온 플라즈마기술을 이용한 방사성 물질을 함유한 폐액의 처리방법 및 처리장치)에 제시된 방법이 알려져 있으며, 이 방법은 플라즈마 토치를 사용하여 이로부터 생성된 플라즈마 화염 내부에 세정폐액을 분무시켜 세정폐액 속의 EDTA를 분해하는 방식인데 점성이 높은 세정폐액이 완전 분무화되지 않은 상태에서 짧은 반응시간 동안 플라즈마 화염 속에 노출되어 열분해 과정을 거침으로 세정폐액이 충분히 열분해되지 못한다. 또한 세정폐액을 분무상태로 플라즈마 화염 내부로 통과시키는 과정에서 다량의 비산재가 생성됨으로 이것을 제거하기 위해 별도의 싸이클론 집진기 등의 부대설비가 설치되어야 할 뿐만 아니라 플라즈마 장치는 전력 소모가 많고, 주기적으로 전극을 교체하여야 하기 때문에 교체 시마다 전체장비를 정지시켜야 함은 물론 고온의 플라즈마 화염에 의해 공기 중에 함유된 질소 성분이 질소산화물로 변환되어 다량의 질소산화물이 발생되는 문제점이 있다.

본 출원인은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 다양한 시도와 노력을 하였으며, 그 결과로써, 2010년 9월 17일자로 대한민국 특허청에 특허출원되어 2011년 1월 10일자로 특허 제1008491호(발명의 명칭: 증기발생기 화학 세정폐액 처리시스템 및 이를 이용한 방법, 이하 '선등록"이라 칭함.)를 개발하였다.

이러한 선등록의 구성은 세정폐액을 증발 농축시키는 증발농축장치와, 상기 증발농축장치를 거친 세정폐액을 가열하여 열분해시키는 전기로와, 상기 전기로로부터 배출되는 배기가스를 가열 산화시키는 산화로와, 상기 산화로의 하류측에 위치하여 상기 산화로로부터 배출되는 배기가스 중의 유해가스를 제거하는 촉매반응로와, 상기 촉매반응로로부터 배출되는 배기가스를 냉각시켜 응축수 상태로 저장하는 응축수저장용기로 이루어지며, 상기 전기로는 프레임과, 상기 프레임의 하부에 위치되며, 폐액가열용기와, 상기 폐액가열용기의 외면에 설치되는 제1발열체가 구비되는 하부케이싱과, 상기 하부케이싱의 상부에 위치되며, 그 내부에 제2발열체가 구비되는 상부케이싱으로 구성된다.

상기와 같은 구성을 갖는 선등록은 상기 상부케이싱을 하강시켜 하부케이싱과 맞물리도록 하여 열분해공간을 외부와 차단시킨 후 상기 전기로를 가동시켜 내부 온도가 245℃ ~ 900℃로 유지되도록 충분히 가열시킨 후 상기 상부케이싱의 내측 천정부에 설치된 세정폐액분사구를 통해 세정폐액을 가열된 폐액가열용기 내로 낙하시키고, 폐액가열용기 내로 낙하되는 세정폐액 방울은 폐액가열용기의 내주면 및 저면과 맞닿으며, 열분해된다.

그러나, 상기와 같은 선등록은 폐액가열용기내로 유입되는 세정폐액 방울이 충분히 분산됨이 없이 바로 폐액가열용기의 표면과 맞닿아 열분해됨으로 폐액가열용기의 내측표면이 열분해되는 세정폐액에 의해 열을 빼았겨 내부온도가 낮아지고, 이에 따라 폐액가열용기 내로 유입되는 세정폐액 방울의 열분해 속도가 늦어져 폐액가열용기의 내측 저면에 열분해되지 못한 세정폐액이 충수되어 열분해 효율을 저하시킴에 따라 높은 처리효율에는 다소 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 선등록의 단점을 고려하여 안출한 것으로서, 그 목적은 폐액가열용기 내로 떨어지는 세정폐액을 폐액가열용기 내에서 효과적으로 고르게 분산될 수 있도록 함으로서, 세정폐액의 열분해 속도를 늦어지지 않도록 하여 잉여 세정폐액이 발생되는 것을 최대한 억제시켜 폐액가열용기의 저면에 잉여 세정폐액이 충수되어 폐액가열용기의 내부 온도가 낮아지는 것을 방지하여 세정폐액에 대한 열분해율을 현저히 높일 수 있는 구조를 갖도록 한 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 세정폐액을 증발 농축시키는 증발농축장치와, 상기 증발농축장치를 거친 세정폐액을 가열하여 열분해시키는 전기로와, 상기 전기로로부터 배출되는 배기가스를 가열 산화시키는 산화로와, 상기 산화로의 하류측에 위치하여 상기 산화로로부터 배출되는 배기가스 중의 유해가스를 제거하는 촉매반응로와, 상기 촉매반응로로부터 배출되는 배기가스를 냉각시켜 응축수 상태로 저장하는 응축수저장용기로 이루어지며, 상기 전기로는 프레임과, 상기 프레임의 하부에 위치되며, 폐액가열용기와, 상기 폐액가열용기의 외면에 설치되는 제1발열체가 구비되는 하부케이싱과, 상기 하부케이싱의 상부에 위치되며, 그 내부에 제2발열체가 구비되는 상부케이싱과, 하단에 분사구를 갖고, 폐액저장탱크와 연통되게 연결되고, 상기 상부케이싱의 내측에 설치되어 상기 폐액가열용기 내로 세정폐액을 공급하는 세정폐액공급관으로 구성되는 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치에 있어서, 상기 폐액가열용기의 내측에는 수직으로 배치되는 지지축과; 상방으로 만곡진 다수개의 통공을 갖는 원판으로써 중앙부가 상기 지지축에 일축으로 관통되게 지지축 방향을 따라 일정간격으로 평행하게 고정설치되고, 하측으로 갈수록 큰지름을 갖도록 제작된 다수개의 분산판으로 구성된 지오메트리가 분리가능하게 배치된 것을 특징으로 하는 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치에 의해 달성될 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치는 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치의 폐액가열용기 내측에 간편하게 배치시켜 폐액가열용기 내로 떨어지는 세정폐액을 폐액가열용기 내에서 효과적으로 고르게 분산시켜세정폐액과 폐액가열용기의 내측면과의 접촉면적을 크게 함으로써 세정폐액의 열분해 속도를 향상시켜 열분해가 되지 않은 잉여 세정폐액이 발생되는 것을 최소화시켜는 동시에 폐액가열용기의 저면에 잉여 세정폐액가 충수되는 속도 및 충수량을 크게 저감시켜 잉여 세정폐액의 충수로 인해 폐액가열용기의 내부 온도가 낮아지는 것을 방지하여 세정폐액에 대한 시간당 열분해율을 현저히 높일 수 있는 효과를 갖는다.

또한 증기발생기 세관 및 Tube sheet 상부에 고착된 연성(Soft) 및 경성(Hard) 슬러지(Sludge)를 제거함으로써 증기발생기 전열관의 건전성 제고와 증기발생기 열효율 향상을 하는데 그 목적이 있는 랜싱작업에서 생성된 습윤슬러지의 습윤 처리시 열전달 효율이 증대된 지오메트리 사용으로 습윤 처리시간을 단축하는 효과를 갖는다.

도 1은 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치의 폐액가열용기에 본 발명의 지오메트리가 배치된 상태를 도시한 설치상태 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치를 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명에 따른 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치가 폐액가열용기 내에 배치된 상태에서 세정폐액이 지오메트리에 의해 폐액가열용기 내에서 분산되고, 열분해되는 상태를 예시한 작동상태 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치의 바람직한 실시 예에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 증기발생기 화학 세정폐액 처리 시스템 중 전기로(30)를 개략적으로 도시한 것으로써, 하부케이싱(31)에 조립된 폐액가열용기(20) 내에 본 발명의 지오메트리(10)가 배치된 상태를 도시한 설치상태 단면도이고, 도 2는 상기 폐액가열용기(20)내에 배치되는 본 발명의 지오메트리(10)를 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치는 전기로(30)의 하부케이싱에 조립되는 폐액가열용기(20) 내에 분리가능하게 배치되어 폐액가열용기(20) 내로 낙수되는 세정폐액을 폐액가열용기(20) 내에서 하방 방사상으로 고르게 분산시켜 고온의 폐액가열용기(20)의 내측면과 분산된 세정폐액 방울이 맞닿는 접촉면적을 크게 넓히고, 고온의 지오메트리(10)와 세정폐액의 접촉에 의해서도 열분해를 발생시켜 단위시간당 세정폐액의 열분해율을 크게 향상시키기 위한 것이며, 상기 지오메트리(10)의 구성은 지지축(11)과, 다수개의 분산판(12)(13)(14)과, 분배판(15)으로 구성된다.

상기 지지축(11)은 금속막대로서, 수직으로 세워져 상기 다수개의 분산판(12)(13)(14) 및 분배판(15)을 수직으로 지지하며, 하단부에는 폐액가열용기(20)의 저면에 배치되어 수직으로 세워질 수 있도록 삼발이나 받침판 등을 구비하는 것이 좋다.

또한, 상기 지지축(11)은 상단부에 고리부(11a)을 갖으며, 상기 고리부(11a)는 작업자가 도구를 사용하여 폐액가열용기(20) 내에 지오메트리(10)를 간편하고 신속하게 배치하거나 또는 제거할 수 있도록 한다.

상기 다수개의 분산판(12)(13)(14)은 상방으로 만곡진 원판으로써, 다수개의 통공이 고르게 형성되어 있고, 중앙부가 상기 지지축(11)에 일축으로 관통되게 지지축(11)의 길이 방향을 따라 일정간격으로 평행하게 고정설치되고, 하측으로 갈수록 큰 지름을 갖도록 제작된다. 즉, 3개의 분산판(12)(13)(14) 중 분산판(12)가 가장 상측에 위치하고 분산판(13)이 분산판(12)과 하방으로 일정간격져서 평행하게 위치되고, 분산판(14)이 분산판(13)과 하방으로 일정간격져서 평행하게 위치되는데 상기 분산판(12)의 지름이 가장 작고, 분산판(14)의 지름 가장크며, 분산판(13)은 그 지름이 분산판(12) 보다 크고, 분산판(14) 보다는 작다.

상기 분배판(15)은 하방으로 만곡진 원판으로서, 다수개의 통공이 고르게 형성되어 있고, 최상부에 위치된 상기 분산판(12)의 상측에 인접하도록 중앙부가 상기 지지축(11)에 일축으로 관통되어 상기 지지축(11) 상에 장착된다.

또한, 상기 분배판(15)의 지름은 상기 분산판(12)의 지름 보다 크게 제작되는데 바람직하게는 분산판(14)과 동일하게 제작되는 것이 좋고, 적어도 분산판(13) 보다는 크게 제작되는 것이 좋다.

도 3을 참조하면, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치(10)는 전기로(30)에 의한 세정폐액의 열분해 공정 시 하부케이싱(31)에 조립되는 폐액가열용기(20)의 내측에 수직으로 세워지도록 배치된 후 상기 폐액가열용기(20)와 함께 고온으로 가열된다.

상기와 같이 폐액가열용기(20)와 지오메트리(10)가 전기로(30) 내에서 고온으로 가열된 상태에서 상부케이싱(32)에 설치된 세정폐액공급관(40)으로 부터 세정폐액이 폐액가열용기(20) 내로 낙수 되면, 제일 먼저 낙수되는 세정폐액은 상기 분배판(15)과 충돌하면서 세정폐액의 일부(점선화살표)는 무수한 물방울로 변형되면서 분배판(15)의 상방 또는 상방외측방으로 튀면서 폐액가열용기(20)의 내측면과 접촉되는 동시에 고열에 의해 열분해되고, 분배판(15)상의 나머지 세정폐액(실선화살표)는 분배판(15)의 통공을 통해 하방으로 낙수 되며, 이때 분배판(15)의 지름이 분산판(12)(13) 보다 크기 때문에 분배판(15)의 통공을 통해 하방으로 낙수되는 세정폐액의 양은 분산판(12) 상에 가장 많고, 분산판(13)(14)에는 그 보다 작다.

상기와 같은 분배판(15)으로 부터 하방으로 낙수되는 세정폐액(실선화살표)은 분산판(12)(13)(14) 상에 순차적으로 낙수되며 하방으로 이동되는데 이때 분산판(12)(13)(14)은 상방으로 상방으로 만곡진 형상이기 때문에 각각의 분산판(12)(13)(14)상에 충돌하는 세정폐액은 재차 작은 물방울(점선화살표)로 분열되어 상향 외측방으로 튀면서 폐액가열용기(20)의 내측면과 접촉되면서 고온에 이해 열분해 된다.

상기와 같은 구성 및 작용을 하는 본 발명에 따른 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치는 폐액가열용기(20) 내로 낙수되어 유입되는 세정폐액을 보다 작은 물방울로 분열시켜 하방 방사상으로 고르게 분산시킴으로서 고온의 폐액가열용기(20)의 내측면의 접촉면적을 증대시키는 동시에 고온의 지오메트리(10)와의 접촉으로 인해 추가적으로 접촉면적을 증대시킴으로써, 접촉에 의한 열분해 후 열분해되지 않고 남아 폐액가열용기(20)의 저면에 충수되는 잉여 세정폐액의 양을 최소화하거나 또는 잉여 세정폐액의 발생을 방지하여 폐액가열용기(20)의 내측 온도의 저하를 방지함으로써, 단위시간당 세정폐액의 열분해율을 현저히 향상시킬 수 있는 것이다.

10: 지오메트리 11: 지지축
12, 13, 14: 분산판 15: 분배판
20: 폐액가열용기 30: 전기로
31: 하부케이싱 32: 상부케이싱
40: 세정폐액공급관

Claims (4)

1. 세정폐액을 증발 농축시키는 증발농축장치와, 상기 증발농축장치를 거친 세정폐액을 가열하여 열분해시키는 전기로와, 상기 전기로로부터 배출되는 배기가스를 가열 산화시키는 산화로와, 상기 산화로의 하류측에 위치하여 상기 산화로로부터 배출되는 배기가스 중의 유해가스를 제거하는 촉매반응로와, 상기 촉매반응로로부터 배출되는 배기가스를 냉각시켜 응축수 상태로 저장하는 응축수저장용기로 이루어지며, 상기 전기로는 프레임과, 상기 프레임의 하부에 위치되며, 폐액가열용기와, 상기 폐액가열용기의 외면에 설치되는 제1발열체가 구비되는 하부케이싱과, 상기 하부케이싱의 상부에 위치되며, 그 내부에 제2발열체가 구비되는 상부케이싱과, 하단에 분사구를 갖고, 폐액저장탱크와 연통되게 연결되고, 상기 상부케이싱의 내측에 설치되어 상기 폐액가열용기 내로 세정폐액을 공급하는 세정폐액공급관으로 구성되는 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치에 있어서,
   상기 폐액가열용기(20)의 내측에는,
   수직으로 배치되는 지지축(11)과;
   상방으로 만곡진 다수개의 통공을 갖는 원판으로써 중앙부가 상기 지지축(11)에 일축으로 관통되게 지지축 방향을 따라 일정간격으로 평행하게 고정설치되고, 하측으로 갈수록 큰 지름을 갖도록 제작된 다수개의 분산판(12)(13)(14)으로 구성된 지오메트리(10)가 분리가능하게 배치된 것을 특징으로 하는 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치
2. 제1항에 있어서,
   상기 지오메트리(10)는,
   하방으로 만곡진 다수개의 통공을 갖는 원판으로써, 최상부 분산판(12)과 인접되도록 중앙부가 상기 지지축(11)에 일축으로 관통되어 상기 지지축(11)에 장착되는 분배판(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치
3. 제1항에 있어서,
   상기 지오메트리(10)의 지지축(11)은,
   상단부에 고리부(11a)를 갖는 것을 특징으로 하는 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치
4. 제2항에 있어서,
   상기 분배판(15)은,
   그 지름이 상기 분산판(12) 보다 큰 것을 특징으로 하는 처리효율 증대 지오메트리를 구비한 증기발생기 화학 세정폐액 처리장치
   
   

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