KR102027071B1 - 방사성폐기물의 용융 및 소각장치 - Google Patents

방사성폐기물의 용융 및 소각장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사성폐기물의 용융 및 소각장치를 제공한다.
상기 방사성폐기물의 용융 및 소각장치는, 유도 가열에 의해, 공급원으로부터 공급된 금속폐기물인 제1 폐기물을 용융시키기 위한 용융유닛과, 제2 폐기물이 투입되어 소각되는 소각로와, 물을 전기분해하여 발생한 산소와 수소를 상기 소각로에 공급하는 전기분해부를 포함하는 소각유닛을 포함하고, 상기 소각유닛은, 상기 전기분해부로부터 공급받은 수소와 산소를 연소시켜서 발생한 반응열을 열원으로 하여 상기 제2 폐기물을 소각한다.

Description

방사성폐기물의 용융 및 소각장치{APPARATUS FOR MELTING AND INCINERATING RADIOACTIVE WASTE}
본 발명은 방사성폐기물의 용융 및 소각장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 용융 및 소각으로 방사성폐기물의 부피를 감소시키는 방사성폐기물의 용융 및 소각장치에 관한 것이다.
원자력 발전소의 운전 중 발생하는 저준위 방사성 고체 폐기물과 원자력 발번소의 해체 시에 발생하는 중·저준위 방사성 고체 폐기물 중에는, 기기 및 배관의 단열 등을 위해 사용된 보온재인 무기 폐기물이 포함된다. 그리고 보온재는 단열재(예를 들어 그라스울, 암면 등)와, 단열재를 감싸고 있는 스테인리스 판 또는 아연이 도금된 강판 등 금속폐기물을 포함할 수 있다.
그런데 고체 폐기물 중 보온재로 사용된 무기 폐기물은 비중이 낮아 부피를 많이 차지하고, 압축이 어려워서 매설 처분 시에 비용이 과다하게 발생하는 문제가 있다.
따라서 원자력 발전소 내의 방사성 관리구역 및, 해체 시설 내에서 무기 폐기물을 처리 시에, 매설 처리 비용을 절감하기 위해 부피감용 효과가 큰 처리 방법이 필요한 실정이다. 특히 중·저준위 방사성 고체폐기물 중 무기물과 금속 폐기물이 함께 발생되는 보온재의 경우, 무기물과 금속폐기물의 용융 및 소각을 함께 처리할 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 금속폐기물을 용융시킴으로써 폐기물의 부피를 줄이고, 수소와 산소의 반응열을 열원으로 하여 부피가 큰 단열재, 가연성 폐기물 등을 소각시켜서 폐기물의 부피를 줄이는 방사성폐기물의 응용 및 소각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 설비 내에서 전도성의 금속폐기물과 비전도성의 무기물을 모두 처리하여 폐기물의 부피를 효과적으로 줄일 수 있고, 부피가 큰 단열재, 가연성 폐기물 등을 소각하기 위한 열원으로 수소와 산소의 반응열을 이용함으로써 소각에 필요한 에너지를 최소화하는 방사성폐기물의 응용 및 소각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 원자력 발전소의 운전 중 또는 해체 시에 발생하는 방사성 폐기물의 부피를 효과적으로 감소시켜서 폐기물 처리 비용을 절감하는 방사성폐기물의 응용 및 소각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 방사성폐기물의 용융 및 소각장치는, 유도 가열에 의해, 공급원으로부터 공급된 금속폐기물인 제1 폐기물을 용융시키기 위한 용융유닛과, 제2 폐기물이 투입되어 소각되는 소각로와, 물을 전기분해하여 발생한 산소와 수소를 상기 소각로에 공급하는 전기분해부를 포함하는 소각유닛을 포함하고, 상기 소각유닛은, 상기 전기분해부로부터 공급받은 수소와 산소를 연소시켜서 발생한 반응열을 열원으로 하여 상기 제2 폐기물을 소각한다.
이와 같이 본 발명에 따른 방사성폐기물의 용융 및 소각장치는 금속폐기물을 용융시킴으로써 폐기물의 부피를 줄이고, 수소와 산소의 반응열을 열원으로 하여 부피가 큰 단열재, 가연성 폐기물 등을 소각시켜서 폐기물의 부피를 줄일 수 있다. 이에 따라 본 발명은 설비 내에서 전도성의 금속폐기물과 비전도성의 무기물을 모두 처리하여 폐기물의 부피를 효과적으로 줄일 수 있고, 부피가 큰 단열재, 가연성 폐기물 등을 소각하기 위한 열원으로 수소와 산소의 반응열을 이용함으로써 소각에 필요한 에너지를 최소화할 수 있다.
따라서, 본 발명은 원자력 발전소의 운전 중 또는 해체 시에 발생하는 방사성 폐기물의 부피를 효과적으로 감소시켜서 폐기물 처리 비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방사성폐기물의 용융 및 소각장치가 방사성 관리구역 내에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 사시도.
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
먼저, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명인 방사성폐기물의 용융 및 소각장치의 기술적인 특징을 이해시키기에 적합한 실시예들이다. 다만, 본 발명이 이하에서 설명되는 실시예에 한정하여 적용되거나 설명되는 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 특징이 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
본 발명에 따른 방사성폐기물의 응용 및 소각장치는 원자력 발전소에서 발생하는 중, 저준위 방사성폐기물을 처리할 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고 다양한 설비에서의 폐기물을 처리하는데에 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 방사성폐기물의 용융 및 소각장치(100)는, 용융유닛(200) 및 소각유닛(300)을 포함함다.
용융유닛(200)은, 유도 가열에 의해, 공급원으로부터 공급된 금속폐기물인 제1 폐기물을 용융시키기 위해 구비될 수 있다.
구체적으로 제1 폐기물은 방사성폐기물 중 비중이 큰 금속폐기물일 수 있고, 예를 들어 스테인리스 판과 아연이 도금된 강판이나 강 파이프일 수 있다. 방사성폐기물을 공급하는 공급원(미도시)은, 폐로에서 발생하는 중저준위 방사성폐기물을 공급할 수도 있고, 운전 중인 원자력 발전소에 발생하는 중저준위 방사성폐기물을 공급할 수도 있다.
용융유닛(200)은 고주파 유도로(210, High-frequency Induction Furnace)와 제1 몰드(220)를 포함할 수 있다.
고주파 유도로(210)는 유도 가열에 의해 제1 폐기물을 용융시킬 수 있다. 제1 몰드(220)는 고주파 유도로(210)에서 용융된 제1 폐기물의 용융물인 용융금속이 수용될 수 있다.
구체적으로 제1 폐기물인 금속폐기물은 슬래그와 함께 고주파 유도로(210)에 유입되고, 유도가열을 이용한 용융으로 부피가 감소될 수 있다. 고주파 유도로(210) 내의 제1 폐기물 중의 방사선 원소의 슬래그로 이동시킨 후, 슬래그는 별도로 분리하여 응고시킬 수 있다. 그리고 용융금속은 제1 몰드(220)에 담아 응고시킨 후 폐기처리할 수 있다.
여기서 용융유닛(200)은 제1 예열히터(221)를 더 포함할 수 있다. 제1 예열히터(221)는 제1 몰드(220)의 외주면을 감싸도록 설치될 수 있고, 제1 몰드(220)에 용융금속이 수용되기 전에, 제1 몰드(220)를 예열할 수 있다. 이에 따라 용융금속에 의해 제1 몰드(220)에서 발생하는 열응력을 줄일 수 있다. 다만, 제1 예열히터(221)의 설치형태는 상기한 바에 한정하는 것은 아니다. 또한 용융유닛(200)의 구성과 전로(Furnace)의 종류는 상기한 바에 한정하는 것은 아니며 다양한 변형실시가 가능하다.
한편 소각유닛(300)은, 소각로(310)와 전기분해부(330)를 포함할 수 있다.
소각로(310)는 제2 폐기물이 투입되어 소각된다. 전기분해부(330)는 물을 전기분해하여 발생한 산소와 수소를 소각로(310)에 공급한다. 그리고 소각유닛(300)은, 전기분해부(330)로부터 공급받은 수소와 산소를 연소시켜서 발생한 반응열을 열원으로 하여 제2 폐기물을 소각한다.
여기서 제2 폐기물은 방사성폐기물 중의 무기물과 가연성 폐기물 중 적어도 하나로 마련될 수 있다. 제2 폐기물은 제1 폐기물보다 비중이 낮은 물질로 마련되며, 소각유닛(300)에 의해 소각되어 부피가 감소될 수 있다.
예를 들어 제2 폐기물은 방사성 폐기물 중에 포함된 단열재인 무기물일 수 있고, 일례로 글라스 울(Glass wool), 암면(Rock wool) 등일 수 있다. 또는 제2 폐기물은 가연성 고체폐기물일 수 있고, 일례로 장갑, 옷, 비닐, 플라스틱 등일 수 있다. 이러한 단열재나 가연성 고체폐기물은 중저준위 방사성 고체폐기물 중 비중이 낮아서 부피를 많이 차지하는 물질이다. 소각유닛(300)은 이러한 제2 폐기물을 소각하여 부피를 감소시킬 수 있다.
구체적으로 금속폐기물인 제1 폐기물을 용융유닛(200)을 통해 용융처리한 후, 제2 폐기물을 소각로(310)에 투입하고 소각하여 부피를 줄일 수 있다. 여기서 전기분해부(330)는 물을 전기분해하여 산소와 수소로 분리한 후 소각로(310)로 공급할 수 있고, 소각로(310)는 공급된 수소(H2)와 산소(O2)가 아래의 반응식과 같이 반응할 때 발생하는 반응열(ΔH(Heat))을 열원으로 하여 제2 폐기물을 소각할 수 있다.
2H2　+ O2　→ 2H2O + ΔH(Heat)
여기서 소각유닛(300)은 제2 몰드(350)와 제2 예열히터(351)를 더 포함할 수 있다. 제2 몰드(350)는 소각유닛(300)에 인접하게 배치되어 소각되고 용융슬래그화된 제2 폐기물을 담아 응고시킨 후 폐기처리할 수 있다. 그리고 제2 예열히터(351)는 소각된 제2 폐기물이 제2 몰드(350)에 수용되기 전에 제2 몰드(350)를 예열하여 열응력을 감소시킬 수 있다.
또한 소각유닛(300)은 전기분해부(330)와 소각로(310) 사이에 구비된 저장용기(340)와 가스버너(320)를 더 포함할 수 있다.
저장용기(340)는 전기분해부(330)와 소각로(310)의 사이에 연결되고, 전기분해부(330)에서 발생한 산소와 수소를 포집하여 저장한 후, 소각로(310)에 공급할 수 있다. 또한 소각로(310)는 전기분해부(330)에 연결되어 수소와 산소와 공급받은 가스유입관(311)을 포함할 수 있다. 그리고 가스버너(320)는 가스유입관(311)에 연결되어 소각로(310)로 공급되는 수소와 산소를 연소시킬 수 있다.
구체적으로 전기분해부(330)에서 물을 전기분해하여 얻은 수소와 산소는 분리되지 않고 저장용기(340)에 포집될 수 있다. 이후 소각유닛(300)은 가스유입관(311)을 통해 공급되는 수소와 산소는 가스버너(320)에 의해 소각로(310)에서 연소시킴으로써, 수소와 산소의 반응열을 얻을 수 있다.
이와 같이 본 발명은 금속폐기물을 용융시킴으로써 폐기물의 부피를 1차적으로 줄일 수 있다. 그리고 본 발명의 소각유닛(300)은 수소와 산소의 반응열을 열원으로 하여 부피가 큰 단열재, 가연성 폐기물 등의 제2 폐기물을 소각 및 용융 슬래그화 시켜서 부피를 줄일 수 있다. 이에 따라 본 발명은 설비 내에서 전도성의 금속폐기물과 비전도성의 무기물을 모두 처리할 수 있는 이점이 있고, 제2 폐기물을 소각하기 위한 열원으로 수소와 산소의 반응열을 이용함으로써 소각에 필요한 에너지를 최소화할 수 있다.
따라서, 본 발명은 원자력 발전소의 운전 중 또는 해체 시에 발생하는 방사성 폐기물의 부피를 효과적으로 감소시켜서 폐기물 처리 비용을 감소시킬 수 있다.
한편 본 발명은 필터유닛(500)을 더 포함할 수 있다. 필터유닛(500)은 용융유닛(200)과 소각유닛(300)에서 발생하는 가스에서 방사성물질을 필터링할 수 있다. 구체적으로 고주파 유도로(210)의 용융과정과 전로의 소각과정에서 발생하는 고온의 배출가스에는 휘발성 세슘(Cs) 등의 방사성물질이 포함될 수 있다. 필터유닛(500)은 용융유닛(200)과 소각유닛(300)에서 배출되는 고온의 배출가스에서 방사성 세슘(Cs) 등의 방사성물질을 포집한 후에 외부로 배출시킬 수 있다.
더욱 구체적으로 도시된 실시예와 같이 필터유닛(500)은, 후드부재(510)와 냉각기(540)와 필터조립체(550)를 포함할 수 있다.
후드부재(510)는, 용융유닛(200)에서 배출되는 가스를 포집할 수 있다. 여기서 후드부재(510)는 고주파 유도로(210)의 상부에 구비되어 고주파 유도로(210)에서 배출되는 배출가스를 흡입할 수 있다.
냉각기(540)는, 후드부재(510)와 연결관(530)을 통해 연결되고, 소각로(310)의 가스유출관(312)과 연결되어, 후드부재(510)에서 포집된 가스와 소각로(310)에서 배출되는 가스를 냉각시킬 수 있다. 구체적으로 후드부재(510)가 흡입한 가스는, 연결관(530)을 통해 냉각기(540)로 유입될 수 있다. 그리고 가스유출관(312)은 냉각기(540) 또는 연결관(530)과 연통되게 구비되고, 소각로(310)에서 소각과정에서 발생한 배출가스는 가스유출관(312)을 통해 냉각기(540)로 유입될 수 있다. 냉각기(540)는 후드부재(510)와 가스유출관(312)으로부터 유입된 배출가스를 냉각하여 필터조립체(550)로 배출할 수 있다.
필터조립체(550)는, 냉각기(540)와 연결관(530)을 통해 연결되고 냉각기(540)를 통과한 가스를 필터링하여 방사성물질을 포집할 수 있다.
구체적으로 필터조립체(550)는 적층된 다수의 필터(551)와 팬(552)을 포함할 수 있다. 그리고, 필터조립체(550)는 냉각기(540)를 통과한 가스를 필터링하고, 팬(552)을 통해 외부로 배출할 수 있다. 일례로 필터조립체(550)는 HEPA 필터(High efficiency particulate air filter)를 포함할 수 있고, 배출되는 가스는 필터조립체(550)를 통과하면서 HEPA 필터에 의해 방사성 세슘(Cs)이 포집될 수 있다.
한편 도시된 실시예를 참조하면 본 발명은 설치하우징(101)을 더 포함할 수 있다. 설치하우징(101)은 내부에 용융유닛(200)과 소각유닛(300)이 설치되는 설치공간이 구비되고, 이동 가능하게 구비될 수 있다.
구체적으로 설치하우징(101)은 내부에 설치공간이 형성될 수 있다. 그리고 일례로 설치하우징(101)은 하면에 바퀴부재(102)가 장착되어 관리구역 내에서 이동가능하게 구비될 수 있다. 그리고 설치공간의 내부에, 용융유닛(200)과 소각유닛(300) 및 필터유닛(500)을 포함하는 용융 및 소각을 위한 설비가 모두 설치될 수 있다. 이러한 설치하우징(101)에 의해 용융 및 소각장치(100)가 이동 가능하게 구비될 수 있다. 설치하우징(101)의 내부에는 설치하우징(101) 내부를 냉각시키는 냉각시스템(103)과, 설비에 전원을 공급하는 전원장치(104)가 구비될 수 있다.
여기서 방사성폐기물의 가스는, 설치하우징(101) 내부에서 용융, 소각 처리된 후, 필터유닛(500)에서 필터링되어 설치하우징(101)의 외부로 배출될 수 있다. 이때 상기한 필터조립체(550)가 설치하우징(101)의 내,외부를 연결하도록 설치되어, 용융과정과 소각과정에서 발생하는 가스 중의 방사성물질을 필터링하여 설치하우징(101)의 외부로 배출할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 방사성폐기물의 용융 및 소각장치(100)는, 관리구역 내에서 이동 가능하게 운영될 수 있고, 거대 장치설비가 아닌, 소형 시스템으로 구현될 수 있다. 이에 따라 폐로에서 발생하는 중저준위 방사성 폐기물 처리 뿐만아니라, 운전 중인 원자력 발전소에서 발생하는 중저준위 방사성 폐기물의 처리에도 활용이 가능할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면 관리구역 내에서 발생하는 방사성폐기물의 양을 획기적으로 줄일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 방사성폐기물의 용융 및 소각장치는 금속폐기물을 용융시킴으로써 폐기물의 부피를 줄이고, 수소와 산소의 반응열을 열원으로 하여 부피가 큰 단열재, 가연성 폐기물 등을 소각시켜서 폐기물의 부피를 줄일 수 있다. 이에 따라 본 발명은 설비 내에서 전도성의 금속폐기물과 비전도성의 무기물을 모두 처리하여 폐기물의 부피를 효과적으로 줄일 수 있고, 부피가 큰 단열재, 가연성 폐기물 등을 소각하기 위한 열원으로 수소와 산소의 반응열을 이용함으로써 소각에 필요한 에너지를 최소화할 수 있다.
따라서, 본 발명은 원자력 발전소의 운전 중 또는 해체 시에 발생하는 방사성 폐기물의 부피를 효과적으로 감소시켜서 폐기물 처리 비용을 절감시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다.
100: 방사성폐기물의 용융 및 소각장치 101: 설치하우징
102: 바퀴부재 200: 용융유닛
210: 고주파 유도로 220: 제1 몰드
221: 제1 예열히터 300: 소각유닛
310: 소각로 311: 가스유입관
312: 가스유출관 320: 가스버너
330: 전기분해부 340: 저장용기
350: 제2 몰드 351: 제2 예열히터
500: 필터유닛 510: 후드부재
530: 연결관 540: 냉각기
550: 필터조립체 551: 필터
552: 팬

Claims (9)

  1. 유도 가열에 의해, 공급원으로부터 공급된 금속폐기물인 제1 폐기물을 용융시키기 위한 용융유닛; 및
    제2 폐기물이 투입되어 소각되는 소각로와, 물을 전기분해하여 발생한 산소와 수소를 상기 소각로에 공급하는 전기분해부를 포함하는 소각유닛을 포함하고,
    상기 소각유닛은, 상기 전기분해부로부터 공급받은 수소와 산소를 연소시켜서 발생한 반응열을 열원으로 하여 상기 제2 폐기물을 소각하고,
    상기 소각유닛은
    상기 소각로로 수소와 산소와 공급하기 위해 상기 소각로와 상기 전기분해부에 연결되는 가스유입관과,
    상기 전기분해부와 상기 소각로의 사이의 상기 가스유입관 상에 연결되고, 상기 전기분해부에서 발생한 산소와 수소를 포집하여 저장한 후, 상기 소각로에 공급하는 저장용기를 더 포함하는, 방사성폐기물의 용융 및 소각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폐기물은 방사성폐기물 중의 금속폐기물로 마련되고,
    상기 제2 폐기물은 방사성폐기물 중의 무기물과 가연성 폐기물 중 적어도 하나로 마련되는, 방사성폐기물의 용융 및 소각장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 폐기물은 상기 제1 폐기물보다 비중이 낮은 물질로 마련되며, 상기 소각유닛에 의해 소각되어 부피가 감소하는, 방사성폐기물의 용융 및 소각장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소각유닛은, 상기 가스유입관에 연결되어 상기 소각로로 공급되는 수소와 산소를 연소시키는 가스버너를 더 포함하는, 방사성폐기물의 용융 및 소각장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용융유닛은,
    상기 제1 폐기물을 용융시키는 고주파 유도로; 및
    상기 고주파 유도로에서 용융된 상기 제1 폐기물의 용융물인 용융금속이 수용되는 제1 몰드를 포함하는, 방사성폐기물의 용융 및 소각장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용융유닛과 상기 소각유닛에서 발생하는 가스에서 방사성물질을 필터링하는 필터유닛을 더 포함하는, 방사성폐기물의 용융 및 소각장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 필터유닛은,
    상기 용융유닛에서 배출되는 가스를 포집하는 후드부재;
    상기 후드부재와 연결관을 통해 연결되고, 상기 소각로의 가스유출관과 연결되어, 상기 후드부재에서 포집된 가스와 상기 소각로에서 배출되는 가스를 냉각시키는 냉각기; 및
    상기 냉각기와 연결관을 통해 연결되고 상기 냉각기를 통과한 가스를 필터링하여 방사성물질을 포집하는 필터조립체를 포함하는, 방사성폐기물의 용융 및 소각장치.
  9. 제1항에 있어서,
    내부에 상기 용융유닛과 상기 소각유닛이 설치되는 설치공간이 구비되고, 이동 가능하게 구비되는 설치하우징을 더 포함하는, 방사성폐기물의 용융 및 소각장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0990095A (ja) * 1995-09-21 1997-04-04 Japan Atom Power Co Ltd:The 低レベル放射性雑固体廃棄物減容処理方法及びその設備
JP2000214294A (ja) * 1999-01-27 2000-08-04 Sumitomo Metal Ind Ltd 放射性雑固体廃棄物の溶融炉および処理方法
KR20040098955A (ko) * 2003-05-16 2004-11-26 기 수 한 극초 고온 분해법에 의한 핵폐기물 처리장치 및 그 처리공법

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