KR101506915B1 - 과열증기를 이용한 저준위 방사성 폐기물의 부피 감량 시스템에서의 재열증기 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연무상태의 증기를 저압 초고온의 과열증기로 생성한 후 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조시키는 건조로에 공급하여 저준위 방사성 폐기물의 부피를 감량화하기 위한 재열증기 발생장치에 관한 것으로, 연무기에서 분사된 연무를 가열하여 과열증기를 생성한 후 증기공급관으로 배출하는 재열증기 발생기; 상기 재열증기 발생기에서 공급된 1차 증기 및 과열증기로 투입된 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조시킨 후 탄화 건조된 저준위 방사성 폐기물을 일정 온도로 냉각시키는 건조로; 상기 건조로에서 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조 후에 증기배출관에서 배출된 증기를 열 교환시킨 후 증기송수관을 통해 재열증기 발생기로 공급하고, 배출증기의 열 교환 후에 발생된 응축수를 응축수송수관으로 배출하며, 건조로에 냉각수송수관을 통해 열 교환된 냉각수를 공급하는 열교환기, 및 상기 열교환기에서 열 교환되고 건조로에서 순환된 냉각수를 냉각시킨 후 다시 열교환기로 송수하는 냉각탑을 포함하여 이루어진 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템에 있어서, 상기 재열증기 발생기는 상부에 상기 열교환기에서 유입된 증기 및 연무기에서 연무상태의 증기가 유입되는 입구관과 하부에 과열증기가 배출되는 출구관이 형성되고 내측면에 단열재가 결합된 케이스와, 상기 입구관을 통해 유입된 증기를 과열증기로 생성하는 공간부가 형성된 다단의 증기발생관과, 상기 증기발생관 내부에 각각 하나 이상으로 설치되어 인가된 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 증기발생관 내부의 증기를 가열하는 전기히터, 및 상기 다단의 증기발생관 각각의 사이에 연결되어 가열된 증기를 배출 순환시키는 통로 역할을 하는 연결관을 포함하여 이루어진 것이다. 본 발명은 재열증기 발생장치에서 저압 초고온의 과열증기를 발생시켜 가열성 잡고체를 포함하는 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조시켜 부피를 감량함으로써 원자력발전소에서 연간 발생하는 중, 저준위 방사성 폐기물 드럼을 대략 1/4가량 줄일 수 있어 방사성 폐기물의 처분비용의 절감과 영구처분장의 사용수명 연장으로 건설비용을 절감할 수 있다. 또한, 영구처분장의 수명 연장으로 원자력발전소 운영의 안정성과 지역갈등 해소 및 방사성 폐기물의 영구처분에 따른 추가적인 건설 필요성을 연장할 수 있도록 한 것이다.

Description

과열증기를 이용한 저준위 방사성 폐기물의 부피 감량 시스템에서의 재열증기 발생장치{Reheat Steam Generator in System for Reducing Quantity of Low Level Radioactive Waste using Superheated Vapor}
본 발명은 과열증기를 이용하여 저준위 방사성 폐기물의 부피를 감량하는 시스템에서 재열증기를 발생하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연무상태의 증기를 저압 초고온의 과열증기로 생성한 후 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조시키는 건조로에 공급하여 저준위 방사성 폐기물의 부피를 감량화하기 위한 재열증기 발생장치에 관한 것이다.
통상적으로 압력을 일정하게 해 두고 액체를 가열하면 온도가 상승하고, 일정 온도에 도달하면 증발을 시작한다. 이 경우 다시 가열하더라도 액체 전부가 증발할 때까지 온도가 변하지 않고 액체와 증기가 공존한다. 이를 습윤 포화증기(Wet Saturated Vapor)라 하고, 액체가 전부가 증기가 되는 것을 건조 포화증기(Dry Saturated Vapor)가 한다. 그리고 건조 포화증기를 다시 가열하면 증기의 온도가 상승하는 데 이를 과열증기(Superheated Vapor)라 한다.
도 1a에서, 과열증기는 대기압 하에서 포화증기에 열을 가하여 응축잠열과 현열을 동시에 가지고 있는 증기로 보유열량이 매우 높고 대기압 하에서 생성이 가능하므로 저압고온 설비에 적용이 용이하다. 또한, 도 1b에서, 과열증기는 대류, 복사 및 응축에 의한 3가지 복합전열에 의한 가열로 열전달 효율이 매우 우수하다. 과열증기는 100℃ 이상에서는 응축전열을 사용할 수 없어 대류와 복사만 전달한다.
도 1c에서, 과열증기에 의한 피가열물의 질량과 온도변화로서 승온 초기의 피가열물 표면에 응축현상이 발생하고 일시적으로 질량이 증가한다. 그 후 100℃ 이상의 피가열물 표면에 응축현상이 사라지고 증발로 전환되면서 원상태의 질량으로 복원된 다음 점차 감소한다.
또한, 도 1d에서, 대기압 하에서 피가열물의 건조속도 변화에서 가열매체의 온도가 낮을 경우에 가열공기에 의한 건조속도가 빠르고, 가열매체의 온도가 높을 경우에 과열증기에 의한 건조속도가 빠르다. 따라서 과열증기는 열을 전달하는 힘과 건조능력이 열풍능력의 대략 10배 이상으로 매우 강하다.
또한, 과열증기는 저산소 분위기에서 수증기의 가열하여 산소가 거의 존재하지 않는 상태가 된다. 이는 가열공기에 의한 공기의 가열은 주위에 산소가 존재하여 산화반응을 일으킨다. 따라서 과열증기는 산화반응을 일으킬 수 있는 물질의 가열에 유용하게 적용되고 폭발성을 방지할 수 있다.
한편, 현재 국내에서 중, 저준위 방사성 폐기물 영구 처분장이 경주에 건설되어 운영되고 있으나, 이미 처분장으로 인도된 방사성 폐기물을 포함하여 지금까지 원자력발전소에 보관중인 중, 저준위 방사성 폐기물 드럼을 모두 처분장으로 인도할 시점이 되면 처분장의 저장용량을 초과할 우려가 있어 신규 처분장의 건설계획을 앞당겨 마련해야 하는 상황이 될 수도 있기 때문에 원자력발전소에서 발생되는 방사성 폐기물의 감량화가 절실한 실정이다. 현재 방사성 폐기물 1개 드럼 처분비용으로 대략 1,300만원이 소요되고 있다. 향후 방사성 폐기물은 더욱 더 늘어날 것으로 예상되고 그 처분비용도 점점 더 불어날 것으로 예상되는 상황이다.
원자력발전소에서 발생되는 처분장 인도대상 방사성 폐기물은 농축폐액, 폐수지, 폐필터, 잡고체, 슬러지 등으로 이중에서 잡고체 발생량이 전체 방사성 폐기물 발생량의 대략 80%를 차지하고 있다. 잡고체 폐기물은 방호복, 양말, 장갑, 제염지, 비닐, 플라스틱, 목재, 금속류, 고무, 보온재 등으로 드럼에 압축하여 저장 및 보관하고 있다.
잡고체 방사성 폐기물 중에는 부피감량이 가능한 폐기물이 상당량 차지하고 있어 이들의 부피를 감량할 수 있다면 처분장 인도대상 드럼의 수량을 크게 줄일 수 있고 처분장의 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 처분비용도 절감할 수 있어 원자력발전소 운용에 따른 효율을 향상시킬 수 있을 것이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0597429호(2006.07.05. 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-1333499호(2013.11.28. 공고) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0055390호(2013.05.28. 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-0369612호(2003.01.29. 공고)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 과열증기를 이용하여 저준위 방사성폐기물을 탄화 건조시켜 부피를 감량하는 시스템에서 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 연무상태로 공급된 증기를 저압 초고온의 과열증기를 발생 및 공급하여 부피감량이 가능한 가연성 잡고체를 포함하는 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조시켜 방사성 폐기물의 부피를 감소시키기 위한 것이 목적이다.
또한, 본 발명은 과열증기를 이용하여 저준위 방사성 폐기물을 건조 및 탄화시키는 공정에서 비산 분진 발생을 억제시켜 환경오염을 최소화하기 위한 것이 다른 목적이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 연무기에서 분사된 연무를 가열하여 과열증기를 생성한 후 증기공급관으로 배출하는 재열증기 발생기; 상기 재열증기 발생기에서 공급된 1차 증기 및 과열증기로 투입된 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조시킨 후 탄화 건조된 저준위 방사성 폐기물을 일정 온도로 냉각시키는 건조로; 상기 건조로에서 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조 후에 증기배출관에서 배출된 증기를 열 교환시킨 후 증기송수관을 통해 재열증기 발생기로 공급하고, 배출증기의 열 교환 후에 발생된 응축수를 응축수송수관으로 배출하며, 건조로에 냉각수송수관을 통해 열 교환된 냉각수를 공급하는 열교환기, 및 상기 열교환기에서 열 교환되고 건조로에서 순환된 냉각수를 냉각시킨 후 다시 열교환기로 송수하는 냉각탑을 포함하여 이루어진 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템에 있어서, 상기 재열증기 발생기는 상부에 상기 열교환기에서 유입된 증기 및 연무기에서 연무상태의 증기가 유입되는 입구관과 하부에 과열증기가 배출되는 출구관이 형성되고 내측면에 단열재가 결합된 케이스와, 상기 입구관을 통해 유입된 증기를 과열증기로 생성하는 공간부가 형성된 다단의 증기발생관과, 상기 증기발생관 내부에 각각 하나 이상으로 설치되어 인가된 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 증기발생관 내부의 증기를 가열하는 전기히터, 및 상기 다단의 증기발생관 각각의 사이에 연결되어 가열된 증기를 배출 순환시키는 통로 역할을 하는 연결관을 포함하여 이루어진 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템에서의 재열증기 발생장치를 제공한 것이 특징이다.
또한, 본 발명에서, 상기 연결관은 각 증기발생관마다 좌측과 우측에 번갈아 결합되되, 각 증기발생관들 사이에 지그재그 형상으로 연결 결합되어 입구관과 출구관 사이에 증기가 유동하는 경로를 제공하는 것이 좋다.
또한, 본 발명에서, 상기 각 증기발생관은 지지브래킷으로 고정 결합될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 전기히터는 외부에서 인가된 전기에너지를 열에너지로 변환하는 가열봉이 각 증기발생관 양측단에서 내측으로 일정 길이로 돌출 설치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 재열증기 발생장치에서 저압 초고온의 과열증기를 발생시켜 가열성 잡고체를 포함하는 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조시켜 부피를 감량함으로써 원자력발전소에서 연간 발생하는 중, 저준위 방사성 폐기물 드럼을 대략 1/4가량 줄일 수 있어 방사성 폐기물의 처분비용의 절감과 영구처분장의 사용수명 연장으로 건설비용을 절감할 수 있다. 또한, 영구처분장의 수명 연장으로 원자력발전소 운영의 안정성과 지역갈등 해소 및 방사성 폐기물의 영구처분에 따른 추가적인 건설 필요성을 연장할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 과열증기에 관한 개념을 나타낸 것으로, 도 1a는 과열증기의 정의를 나타낸 그래프이고, 도 1b는 복합전열을 갖는 과열증기의 특징을 나타낸 것이며, 도 1c는 과열증기에 의한 피가열물의 질량과 온도변화를 나타낸 그래프이고, 도 1d는 표준대기압 하에서 과열증기, 습공기 및 건조공기의 건조속도를 각각 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시 예로, 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시 예로, 재열증기 발생기를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 저준위 방사성 폐기물의 부피 감량을 위하여 재열증기 발생기에서 발생된 1차 증기를 건조로에 공급하는 것을 초기 공정을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 저준위 방사성 폐기물의 부피 감량을 위하여 과열증기를 건조로에 공급하여 탄화시키는 건조공정을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 저준위 방사성 폐기물의 부피 감량을 위하여 탄화 건조가 완료된 건조로에 냉각수를 공급하여 건조로를 냉각시키는 냉각공정을 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템에서의 재열증기 발생장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2 및 도 3에서, 본 발명은 재열증기 발생기(10)에서 발생된 과열증기를 건조로(20)에 공급하여 건조로(20)에 투입된 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조시킨 후 열교환기(30) 및 냉각탑(40)에서 열 교환된 냉각수를 건조로(20)에 공급하고 열교환기(30)에서 열 교환된 응축수를 저장 및 연무기(60)로 공급하여 재열증기 발생기(10)에서 재열증기가 발생되도록 하는 시스템이다.
도 4에서, 재열증기 발생기(10)는 연무기(60)에서 분사된 연무상태의 증기를 가열하여 저압 초고온의 과열증기를 배출하는 것이다. 더욱이 재열증기 발생기(10)는 기동 초기에 내부 공기를 대략 100℃ 이상으로 가열하고, 공기가 일정 온도로 가열되면 연무기(60)에서 연무상태로 공급된 증기를 대략 150℃ 이상의 1차 증기로 가열하여 배출하며, 건조로(20)를 거쳐 재유입된 1차 증기를 대략 600℃ 이상의 과열증기로 재가열하여 건조로(20)로 배출하는 것이다.
재열증기 발생기(10)의 케이스(12)는 상부에 열교환기(30)에서 유입된 증기 및 연무기(60)에서 연무상태의 증기가 유입되는 입구관(11)이 결합되고, 하부에 1차 증기 또는 과열증기가 배출되는 출구관(19)이 결합된다. 케이스(12) 내측면에는 외부와의 단열을 위한 단열재(13)가 결합된다. 재열증기 발생기(10)의 입구관(11)이 상부에 설치되고 출구관(19)이 하부에 설치되는 것은 재열증기 발생기(10)로 투입된 증기가 내부에서 가능한 오랫동안 머물러 과열될 수 있도록 하는 작용을 포함할 수 있다.
증기발생관(14)은 입구관(11)을 통해 유입된 증기를 과열증기로 생성하는 공간부가 형성된 것으로, 상하에 걸쳐 다단 적층되지만, 필요에 따라 상하뿐만 아니라 전후 또는 좌우로도 배치될 수 있다. 증기발생관(14)은 원통이나 다각기둥 형상이고 배출되는 증기의 온도에 따라 적층되는 단수가 결정될 수 있다. 다단의 증기발생관(14) 각각의 사이에는 증기발생관(14)에서 가열된 증기를 배출 순환시키는 통로 역할을 하는 연결관(15)이 연결된다. 연결관(15)은 각 증기발생관(14)마다 좌측과 우측에 번갈아 결합되되, 각 증기발생관(14)들 사이에 지그재그 형상으로 연결 결합되어 입구관(11)과 출구관(19) 사이에 증기가 유동하는 경로를 최대한 늘려 제공할 수 있도록 하는 것이 좋다. 즉 인접하는 상측의 증기발생관과 하측의 증기발생관 우측에 연결관(15)이 연통되어 연결되면 하측의 증기발생관은 인접하는 바로 아래의 증기발생관 좌측에 연결관(15)이 연통되어 연결되도록 한다. 케이스(12) 내에 다단으로 복수 설치된 증기발생관(14)은 내부에 지지브래킷(18)으로 고정 결합된다.
전기히터(16)는 증기발생관(14) 내부에 각각 하나 이상으로 설치되어 인가된 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 증기발생관(14) 내부의 증기를 가열하는 것이다. 전기히터(16)는 외부에서 인가된 전기에너지를 열에너지로 변환하는 가열봉(17)이 각 증기발생관(14) 양측단에서 내측으로 일정 길이로 돌출 설치된다. 가열봉(17)의 길이 및 설치 개수는 배출되는 증기의 온도에 따라 변경될 수 있다. 전기히터(16)는 외부에서 인가된 전원에 접속할 수 있는 커넥터 및 절연을 위한 절연재가 채용되는 것이 좋다.
다음으로, 건조로(20)는 외부로부터 밀폐된 내부공간이 형성된 것으로, 재열증기 발생기(10)에서 공급된 1차 증기 및 과열증기로 투입된 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조시킨 후 탄화 건조된 저준위 방사성 폐기물을 일정 온도로 냉각시키는 것이다. 건조로(20)에는 재열증기 발생기(10)에서 공급된 증기가 유입되는 인입구(21)와 외부로 배출되는 배출구(22)가 형성된다. 또한, 건조로(20)에는 열교환기(30)에서 냉각수가 유입되는 입구(23)와 외부로 유출되는 출구(24)가 형성된다. 건조로(20)에는 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조시키기 위한 과열증기를 분사하는 분사관이 설치되고, 건조로(20)를 냉각시키기 위한 냉각코일이 설치된다.
열교환기(30)는 건조로(20)에서 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조 후에 배출되는 증기를 열 교환시킨 후 재열증기 발생기(10)로 공급하는 것이다. 또한, 열교환기(30)는 배출증기의 열 교환 후에 발생된 응축수를 배출한다. 열교환기(30)는 탄화 건조공정이 완료된 건조로(20)에 냉각수를 공급하고 건조로(20)에서 배출된 냉각수를 열 교환시킨다. 열교환기(30)와 건조로(20) 사이에는 건조로(20)의 탄화 건조공정과 냉각공정에 따라 건조로(20)에 냉각수를 공급 또는 차단시키기 위한 개폐밸브(31)가 설치된다.
냉각탑(40)은 열교환기(30)에서 열 교환되고 건조로(20)에서 순환된 냉각수를 냉각시킨 후 다시 열교환기(30)로 송수하는 것이다. 냉각수는 물이나 냉매가 적용될 수 있다. 냉각탑(40)에는 냉각된 냉각수를 열교환기(30)로 공급하는 냉각수펌프(41)가 설치된다.
건조로(20)에서 저준위 방사성 폐기물이 탄화 건조되는 동안 발생되는 배출증기와 배출가스는 열교환기(30)에서 열 교환에 의한 응축으로 응축수가 발생되어 배출된다. 열교환기(30)에서 배출된 응축수는 필터(50)를 거쳐 필터링되어 이물질이 제거된 후 응축수저장조(51)에 저수된다. 응축수펌프(52)는 응축수저장조(51)에 저수된 응축수를 가압하여 응축수송수관(5)을 통해 연무기(60)로 송수한다.
이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 재열증기 발생장치가 포함된 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템의 작용을 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 5에서, 1차 증기를 발생공정으로, 건조로(20)를 개방하여 탄화 건조시킬 저준위 방사성 폐기물을 투입한다. 그리고 재열증기 발생기(10)를 가동시켜 증기발생관(14) 내부의 공기온도가 대략 100℃ 이상이 되도록 가열한다. 다음으로 연무기(60)를 가동시켜 연무상태의 증기를 재열증기 발생기(10)의 입구관(11)에 공급한다. 이때, 연무기(60)에는 시상수가 공급된다. 이후 건조로(20)에서 배출된 배출증기로부터 분리된 응축수가 연무기(60)로 공급된다.
연무기(60)에서 공급된 연무상태의 증기는 재열증기 발생기(10) 내에서 일정 온도로 가열된 공기와 전기히터(16)의 가열봉(17)에 의하여 대략 150℃ 이상의 1차 증기가 된다. 1차 증기는 재열증기 발생기(10)의 출구관(19)에서 증기공급관(1)을 통해 건조로(20)의 인입구(21)로 투입된다. 건조로(20)로 투입된 1차 증기는 저준위 방사성 폐기물에 가해지고 저준위 방사성 폐기물로부터 배출증기 및 가스가 발생되어 배출구(22)를 통해 증기배출관(2)으로 배출된다.
증기배출관(2)에서 배출된 1차 증기를 포함하는 배출증기 및 가스는 열교환기(30)로 투입되어 열 교환이 이루어진다. 열 교환이 이루어진 배출증기 및 가스는 증기송수관(3)을 통해 재열증기 발생기(10)의 입구관(11)으로 공급된다. 이때, 열교환기(30)에서 배출증기와 열 교환되는 동안 응축수가 발생되어 응축수송수관(5)으로 배출된다. 응축수는 필터(50)에서 이물질이 필터링된 후 응축수저장조(51)에 저수된다. 응축수저장조(51)에 저수된 응축수는 응축수펌프(52)의 가압으로 응축수송수관(5)을 통해 연무기(60)로 공급되어 연무상태의 증기가 된다.
따라서 증기송수관(3)을 통해 재열증기 발생기(10)로 투입되는 1차 증기를 포함하는 배출증기는 연무기(60)에서 연무된 증기와 함께 재열증기 발생기(10)의 입구관(11)을 통해 내부로 공급된다.
다음은 도 6에서, 탄화 및 건조공정으로, 재열증기 발생기(10)는 배출증기와 연무상태로 공급된 증기를 복수의 전기히터(16)가 설치된 다단의 증기발생관(14)을 거치도록 하여 대략 600℃ 이상의 과열증기를 생성한다. 재열증기 발생기(10)에서 생성된 과열증기는 증기공급관(1)을 통해 건조로(20)로 공급되어 건조로(20)에 투입된 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조시킨다. 이때, 과열증기는 저산소의 저압 초고온의 증기로 저준위 방사성 폐기물을 탄화시킨다.
따라서 재열증기 발생기(10)에서 발생된 과열증기는 증기공급관(1)을 통해 건조로(20)에 공급되어 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조시키고, 건조로(20)에서 증기배출관을 통해 열교환기(30)를 거쳐 증기송수관(3) 및 연무기(60)에서 공급된 배출증기를 재열증기 발생기(10)에서 재가열시킨 후에 다시 건조로(20)에 공급되도록 하는 탄화 건조공정을 일정 시간동안 수행한다.
도 7에서, 냉각공정으로, 건조로(20) 내부에 투입된 저준위 방사성 폐기물의 탄화 건조가 완료된 후에는 재열증기 발생기(10)의 작동을 정지시켜 증기공급관(1)을 통해 건조로(20)에 과열증기가 공급되지 않도록 한다. 이때, 응축수펌프(52)의 작동도 정지시켜 응축수송수관(5)으로 응축수가 공급되지 않도록 하고 연무기(60)의 작동도 정지시킨다.
그리고 열교환기(30)와 건조로(20) 사이에 연결된 냉각수송수관(4)에 결합된 개폐밸브(31)를 개방시키고, 열교환기(30)와 냉각탑(40) 사이에 연결된 냉각수송수관(4)에 결합된 냉각수펌프(41)를 기동시킨다. 따라서 열교환기(30)에서 냉각수가 냉각수송수관(4)을 통해 건조로(20)의 입구(23)를 통해 공급되어 건조로(20) 내부에 설치된 냉각코일로 순환된다. 건조로(20)는 냉각수에 의하여 내부의 온도가 하강한다. 이는 건조로(20) 내에서 과열증기에 의하여 탄화 건조된 저준위 방사성 폐기물은 대략 150℃ 이상의 고온이므로 외부로 갑자기 노출되었을 때에 산소와 접촉하여 발화가 될 수 있기 때문에 저준위 방사성 폐기물의 온도를 150℃ 이하로 냉각시킬 수 있도록 하는 것이다.
건조로(20) 내부의 냉각코일을 거쳐 나온 냉각수는 출구(24)에 연결된 냉각수송수관(4)을 통해 열교환기(30)로 재투입된다. 그리고 냉각수는 냉각탑(40)으로 공급되어 냉각탑(40)에서 일정 온도이하로 냉각 순환된 후에 열교환기(30)로 공급되어 냉각수송수관(4)을 통해 건조로(20)로 재공급된다.
냉각공정을 거쳐 건조로(20) 내부에 투입된 저준위 방사성 폐기물의 온도의 일정 온도이하가 되면 저준위 방사성 폐기물의 탄화 건조가 완료된다. 저준위 방사성 폐기물은 탄화 건조에 의하여 부피가 감량된 상태로 회수된다. 회수된 저준위 방사성 폐기물은 이후 폴리머고형화 처리공정을 거쳐 드럼에 적재되어 중, 저준위 방사성 폐기물 영구 처분장에서 후처리가 이루어진다.
따라서 저준위 방사성 폐기물의 처분에 따른 부피 감량화로 처분장의 저장공간을 확보할 수 있고 처분비용도 절감할 수 있다. 더욱이 본 발명의 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템의 적용으로 배출증기의 전량 폐열회수로 투입증기의 온도를 상승시킬 수 있고 건조로의 온도를 균일화시킬 수 있어 전기에너지를 절감할 수 있고, 이송설비 및 배관설비 등을 최소화하여 유지관리비용을 절감할 수 있으며, 주요설비에 고효율의 전동기의 적용과 전동기 특성에 적합한 인버터의 적용 및 제어로 전력비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명의 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템은 국내에서 운영되고 있는 전체 원자력발전소에서 연간 발생되고 있는 중, 저준위 고체 방사성 폐기물은 대략 1,800~1,900드럼으로 이중에서 잡고체 방사성 폐기물은 대략 1,400~1,500드럼 정도로 전체 방사성 폐기물 양의 대략 1/4이하로 감소시키고 처분비용도 절감할 수 있는 장점이 있다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
1: 증기공급관 2: 증기배출관 3: 증기송수관 4: 냉각수송수관 5: 응축수송수관 10: 재열증기 발생기 11: 입구관 12: 케이스 13: 단열재 14: 증기발생관 15: 연결관 16: 전기히터 17: 가열봉 18: 지지브래킷 19: 출구관 20: 건조로 21: 인입구 22: 배출구 23: 입구 24: 출구 30: 열교환기 31: 개폐밸브 40: 냉각탑 41: 냉각수펌프 50: 필터 51: 응축수저장조 52: 응축수펌프 60: 연무기

Claims (4)

  1. 연무기에서 분사된 연무를 가열하여 과열증기를 생성한 후 증기공급관으로 배출하는 재열증기 발생기; 상기 재열증기 발생기에서 공급된 1차 증기 및 과열증기로 투입된 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조시킨 후 탄화 건조된 저준위 방사성 폐기물을 일정 온도로 냉각시키는 건조로; 상기 건조로에서 저준위 방사성 폐기물을 탄화 건조 후에 증기배출관에서 배출된 증기를 열 교환시킨 후 증기송수관을 통해 재열증기 발생기로 공급하고, 배출증기의 열 교환 후에 발생된 응축수를 응축수송수관으로 배출하며, 건조로에 냉각수송수관을 통해 열 교환된 냉각수를 공급하는 열교환기, 및 상기 열교환기에서 열 교환되고 건조로에서 순환된 냉각수를 냉각시킨 후 다시 열교환기로 송수하는 냉각탑을 포함하여 이루어진 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템에 있어서,
    상기 재열증기 발생기는 상부에 상기 열교환기에서 유입된 증기 및 연무기에서 연무상태의 증기가 유입되는 입구관과 하부에 과열증기가 배출되는 출구관이 형성되고 내측면에 단열재가 결합된 케이스와,
    상기 입구관을 통해 유입된 증기를 과열증기로 생성하는 공간부가 형성된 다단의 증기발생관과,
    상기 증기발생관 내부에 각각 하나 이상으로 설치되어 인가된 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 증기발생관 내부의 증기를 가열하는 전기히터, 및
    상기 다단의 증기발생관 각각의 사이에 연결되어 가열된 증기를 배출 순환시키는 통로 역할을 하는 연결관을 포함하여 이루어진 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템에서의 재열증기 발생장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 연결관은 각 증기발생관마다 좌측과 우측에 번갈아 결합되되, 각 증기발생관들 사이에 지그재그 형상으로 연결 결합되어 입구관과 출구관 사이에 증기가 유동하는 경로를 제공하는 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템에서의 재열증기 발생장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 각 증기발생관은 지지브래킷으로 고정 결합된 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템에서의 재열증기 발생장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 전기히터는 외부에서 인가된 전기에너지를 열에너지로 변환하는 가열봉이 각 증기발생관 양측단에서 내측으로 일정 길이로 돌출 설치된 과열증기를 이용한 저준위 방사성폐기물의 부피 감량 시스템에서의 재열증기 발생장치.
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