KR200383770Y1

KR200383770Y1 - 전기저항식 용융로를 이용한 중ㆍ저준위 방사성 폐기물처리시스템

Info

Publication number: KR200383770Y1
Application number: KR20-2005-0003419U
Authority: KR
Inventors: 윤기섭
Original assignee: 윤기섭
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2005-05-09

Abstract

본 고안은 전기저항식 용융로를 이용하여 중저준위의 방사성 폐기물을 1/20 ~1/30으로 감량 처리함으로써 방사성 폐기물의 저장용량을 증대시키고, 또한 방사성 폐기물의 안전한 처리를 도모할 수 있도록 하는 전기저항식 용융로를 이용한 중저준위 방사성 폐기물 처리시스템에 관한 것이다.

본 고안은, 고체 상태의 중ㆍ저준위 방사성 폐기물을 고온에서 소각하는 다수의 열분해 소각로와; 다수의 열분해 소각로에서 소각되고 남은 소각재를 일시 저장하는 애쉬 호퍼와; 저전압전류에 의한 전기저항열을 이용하여 애쉬 호퍼로부터 이송된 소각재를 용융시키는 전기저항식 용융로와; 전기저항식 용융로에서 발생된 슬래그를 이송기구를 통해 이송시켜 입자 형태로 파쇄하는 파쇄 호퍼와; 파쇄 호퍼에서 파쇄된 슬래그를 소정온도 이하로 냉각시키는 냉각 호퍼를 포함한다.

Description

전기저항식 용융로를 이용한 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리시스템{Middle and low level radioactive waste treatment system using electric resistance melting plant}

본 고안은 방사성 폐기물 처리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저전압 고온 용융로를 이용하여 중저준위의 방사성 폐기물을 1/20 ~1/30으로 감량 처리함으로써 방사성 폐기물의 저장용량을 증대시키고, 또한 방사성 폐기물의 안전한 처리를 도모할 수 있도록 하는 전기저항식 용융로를 이용한 중저준위 방사성 폐기물 처리시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 원자력 발전소에서 발생하는 핵 및 방사성 폐기물은 고준위 폐기물과 중저준위 폐기물로 구분되고, 일반 산업분야에서는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물만이 발생하게 된다.

고준위 폐기물은 타고 남은 핵연료(예컨대, 플루토늄, 우라늄 235, 우라늄 238 등)이고, 중ㆍ저준위 폐기물은 원자로의 운전 및 보수 등에 이용된 폐필터, 폐수지, 기구, 장갑, 덧신, 휴지, 걸레, 방호복, PVC시트, 제염지, 슬러지(sludge) 등 이 여기에 속한다.

이 중에서 중ㆍ저준위 방사성 폐기물의 처리방식은 드럼통 내에 방사성 폐기물을 집어 넣고 스테인리스 재질의 드럼통에 압력을 가하여 그 부피를 일부 감소시켜 보관하거나, 방사성 폐기물을 단순 소각하고 이 소각된 재를 시멘트와 혼합하여 스테인리스 재질의 드럼통 내에 넣은 후 고화시켜 보관처리하는 방식이다.

하지만, 이러한 종래의 방사성 폐기물 처리방식은 그 부피감소의 효과(대략 1/3~1/5)가 매우 저조하여 방대한 규모의 저장시설이 요구되고, 이로 인해 저장시설의 부지확보난이 가중되는 단점이 있었다.

또한, 시멘트로 고화시켜 폐기하는 방식은 드럼통의 부식(수명이 대략 20~30년) 및 시멘트의 수명(대략 40~50년) 등에 의해 그 이후의 방사성 물질의 누출을 초래하게 되고, 특히 재의 알칼리 또는 재 속에 포함된 산 또는 알칼리 성분이 시멘트 및 드럼통의 부식을 촉진시키는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 중ㆍ저준위의 방사성 폐기물을 1/20 ~1/30으로 감량 처리함으로써 방사성 폐기물의 저장용량을 증대시키고, 또한 방사성 폐기물의 안전한 처리를 도모할 수 있도록 하는 전기저항식 용융로를 이용한 중저준위 방사성 폐기물 처리시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은,

고체 상태의 중ㆍ저준위 방사성 폐기물을 고온에서 소각하는 다수의 열분해 소각로와;

다수의 열분해 소각로에서 소각되고 남은 소각재를 일시 저장하는 애쉬 호퍼와;

저전압전류에 의한 전기저항열을 이용하여 애쉬 호퍼로부터 이송된 소각재를 용융시키는 전기저항식 용융로와;

전기저항식 용융로에서 발생된 슬래그를 이송기구를 통해 이송시켜 입자 형태로 파쇄하는 파쇄 호퍼와;

파쇄 호퍼에서 파쇄된 슬래그를 소정온도 이하로 냉각시키는 냉각 호퍼를 포함한다.

바람직하게는, 전기저항식 용융로는 소각재를 수용하기 위한 수용공간을 구비한 본체와, 이 본체의 상부로부터 수용공간 내로 연장되어 설치된 다수의 주전극과, 본체의 하부 측에 배치된 하부전극으로 이루어지고, 주전극은 탄소재질로 이루어진다.

보다 바람직하게는, 전기저항식 용융로의 측벽에는 가열로가 연통되어 직렬설치되고,

이 가열로는 전기저항식 용융로에서 용융된 소각재를 수용하기 위한 수용공간을 구비한 본체와, 이 본체의 상부로부터 수용공간 내로 연장되어 설치된 다수의 주전극과, 본체의 하부 측에 배치된 하부전극으로 이루어지고, 주전극은 탄소재질로 이루어진다.

바람직하게는, 전기저항식 용융로 및 가열로의 주전극을 사용시간의 경과에 따라 교환하는 교환기구가 더 구비되고,

이러한 주전극 교환기구는 주전극 측으로 전류를 공급하는 배전반 측에 전류량 측정기를 설치하고, 이 전류량 측정기에 의해 각 주전극으로 공급되는 전류값이 설정된 전류치 이하로 감지되면 주전극을 교환하도록 구성된다.

바람직하게는, 전기저항식 용융로 및 가열로의 주전극은 전극 소모량에 따른 교환을 용이하게 하도록 그 각각의 상하단부에 나선형의 탭이 형성된다.

바람직하게는, 전기저항식 용융로 및 파쇄호퍼 사이의 이송기구에는 냉각 송풍기가 더 구비된다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 중ㆍ저준위 방사성 폐기물을 처리하는 시스템을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 고안은 고체 상태의 중ㆍ저준위 방사성 폐기물을 고온에서 소각하는 다수의 열분해 소각로(11, 12, 13)와, 다수의 열분해 소각로(11, 12, 13)에서 소각되고 남은 소각재를 일시 저장하는 애쉬 호퍼(20)와, 저전압의 전기저항열을 이용하여 애쉬 호퍼(20)로부터 이송된 소각재(1)를 용융시키는 전기저항식 용융로(30)와, 전기저항식 용융로(30)에서 발생된 슬래그(2)를 이송기구를 통해 이송시켜 입자 형태로 파쇄하는 파쇄 호퍼(50)와, 파쇄 호퍼(50)에서 파쇄된 슬래그를 소정온도 이하로 냉각시키는 냉각 호퍼(60)를 포함한다.

방사성 폐기물은 저장용 드럼 내에 밀봉적으로 수용된 상태에서 임시 폐기물 저장조(14) 내에 임시로 저장되고, 이러한 임시 폐기물 저장조(14)에 저장된 고체 상태의 방사성 폐기물은 크래브 크레인(17)을 통해 열분해 소각로(11, 12, 13) 측으로 이송된다.

다수의 열분해 소각로(11, 12, 13)는 그 상부면에 슬라이딩 도어(11a, 12a, 13a)가 원격제어 방식에 의해 개폐되도록 구성되고, 이 슬라이딩 도어가 개방되면 임시 폐기물 저장조(14)로부터 크래브 크레인(17)을 통해 이송된 고체 상태의 중ㆍ저준위 방사성 폐기물이 각 열분해 소각로(11, 12, 13) 내로 투입되며, 이렇게 투입된 방사성 폐기물은 대략 1000℃ 이상에서 소각된다. 이 때, 방사성 폐기물은 대부분이 소각되고, 그 투입량의 10% 정도로 소각재가 발생되며, 그 소각 도중에 발생하는 배기가스는 집진시설(미도시)로 유입되어 정화처리된다. 여기서, 발생하는 소각재의 성분은 Si0₂(70%), C, Fe, Pb, 기타 방사성 함유물질 등으로 이루어진다.

애쉬 호퍼(20)는 상술한 열분해 소각로(11, 12, 13)로부터 로터리 밸브(21) 및 스크류 컨베이어(22) 등과 같은 이송기구를 통해 이송되어 온 소각재를 일시 수용하도록 구성된다.

전기저항식 용융로(30)는 애쉬 호퍼(20)로부터 로터리 밸브(21) 및 스크류 컨베이어(22) 등과 같은 이송기구를 통해 이송되어 온 소각재를 약 1400℃ 이상의 고온에서 용융시키도록 구성된다.

바람직하게는, 전기저항식 용융로(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 소각재(1)를 수용하기 위한 수용공간(31a)을 구비한 본체(31)와, 이 본체(31)의 상부로부터 수용공간(31a) 내로 연장되어 설치된 다수의 주전극(32)과, 본체(31)의 하부 측에 배치된 하부전극(33)으로 이루어진다.

본체(31)는 그 측벽(31b)이 내화물 및 단열재 등으로 이루어지고, 그 내부에 소각재를 수용하는 수용공간(31a)을 구비하며, 그 상부면에는 소각재가 투입되는 투입구(31c) 및 용융과정에 발생하는 배기가스를 배출하는 가스배출구(31d)를 구비한다.

다수의 주전극(32)은 탄소재질의 봉형태로 이루어져, 본체(31)의 상부로부터 수용공간(31a) 내측으로 연장되어 설치되며, 이러한 다수의 주전극(32)은 본체(31) 내에서 소각재가 용융될 때 용융의 사각지대가 발생되지 않도록 적절히 배치됨이 바람직할 것이다.

하부전극(33)은 본체(31)의 하부 측에 주전극(32)과 마주보게 배치된다.

이러한 전기저항식 용융로(30)는, 주전극(32) 및 하부전극(33)에 24V 및 10,000~15,000A의 저전압 고전류가 통전되면, 주전극(32) 및 하부전극(33) 사이에 발생하는 고온의 전기저항열에 의해 본체(31)의 수용공간(31a) 내에서 약 2200℃의 고열이 발생하여 소각재(1)를 용융시키게 되고, 이렇게 소각재(1)가 용융됨에 따라 수용공간(31a)의 하부 측에 슬래그(2)가 되어 그 용량이 대략 1/2 내지 1/3 정도로 감량된다.

보다 바람직하게는, 상술한 전기저항식 용융로(30)의 측벽에는 가열로(40)가 연통되어 직렬설치되어 전기저항식 용융로(30)에서 소각재(1)가 용융됨에 따라 발생하는 슬래그(2)를 적정온도까지 가열하도록 구성된다.

이러한 가열로(40)는 전기저항식 용융로(30)에서 용융된 소각재를 수용하기 위한 수용공간(41a)을 구비한 본체(41)와, 이 본체(41)의 상부로부터 수용공간(41a) 내로 연장되어 설치된 다수의 주전극(42)과, 본체(41)의 하부 측에 배치된 하부전극(43)으로 이루어진다.

본체(41)는 그 측벽(41b)이 내화물 및 단열재 등으로 이루어지고, 그 내부에 상술한 전기저항식 용융로(30)에서 소각재가 용융됨에 따라 발생하는 용융된 소각재를 수용하는 수용공간(41a)이 구비되고, 그 일측벽에는 전기저항식 용융로(30)의 본체(31)와 연통하는 개구(41c)가 구비되며, 그 타측벽에는 가열된 슬래그(2)를 배출하는 슬래그 출탕구(41d)가 구비된다.

주전극(42)은 탄소재질의 봉형태로 이루어져, 본체(41)의 상부로부터 수용공간(41a) 내측으로 연장되어 설치되며, 이러한 다수의 주전극(42)은 본체(41) 내에서 슬래그(2)가 가열될 때 가열의 사각지대가 발생되지 않도록 적절히 배치됨이 바람직할 것이다.

하부전극(43)은 본체(41)의 하부 측에 주전극(42)과 마주보게 배치된다.

이러한 가열로(40)는, 전기저항식 용융로(30)에서 발생한 슬래그(2)가 고화되지 않을 정도로 가열시킨 후에, 본체(41)의 슬래그 출탕구(41d)를 통해 출탕시키며, 이러한 슬래그 출탕구(41d)의 출탕량 조절방식은 그 투입되는 슬래그의 중량을 연속측정하고, 이렇게 측정된 슬래그 중량에 따른 전력소모량을 연산함으로써 그 슬래그 출탕량을 적절히 조절하도록 이루어진다.

한편, 이러한 전기저항식 용융로(30) 및 가열로(40)의 주전극(32, 42)은 사용시간이 경과함에 따라 소모되므로, 적절한 시점에서 각 주전극(32, 42)을 교환하여야 할 필요가 있다.

이와 같은 전극 소모에 따른 주전극(32, 42)의 교환기구는 주전극(32, 42) 측으로 전류를 공급하는 배전반 측에 전류량 측정기를 설치하고, 이 전류량 측정기에 의해 각 주전극(32, 42)으로 공급되는 전류값이 설정된 전류치 이하로 감지되면 소정의 교환로봇에 의해 주전극(32, 42)을 교환하도록 구성된다.

또한, 이러한 전기저항식 용융로(30) 및 가열로(40)의 주전극(32, 42)은 전극 소모량에 따른 교환을 용이하게 하도록 도 3에 도시된 바와 같이, 그 각각의 상하단부에 나선형 탭(32a, 42a)이 형성됨이 바람직할 것이다. 이에 따라, 탄소전극 교환용 로봇(미도시)에 의해 주전극(32, 34) 교환 작업을 실시할 경우, 탄소전극 교환용 로봇의 핑커(미도시)가 주전극(32, 42)의 나선형 탭(32a, 42a)에 간단하게 척킹됨으로써 그 교환작업이 매우 간편하게 이루어지게 된다.

파쇄 호퍼(50)는 전기저항식 용융로(30) 또는 가열로(40)로부터 버켓 컨베이어(45) 등과 같은 이송기구를 통해 이송되어 온 슬래그를 대략 5cm 이하의 입자 형태로 파쇄하도록 구성된다.

바람직하게는, 전기저항식 용융로(30) 및 파쇄 호퍼(50) 사이에는 냉각 송풍기(70)가 더 구비되어, 파쇄 호퍼(50) 상에서의 슬래그 파쇄를 보다 용이하게 할 수도 있을 것이다.

냉각 호퍼(60)는 파쇄 호퍼(50)에서 파쇄된 슬래그를 300℃이하의 온도로 냉각시키도록 구성된다.

이상과 같이 구성된 본 고안의 작동관계를 아래와 같이 상세히 설명한다.

먼저, 방사성 폐기물은 저장용 드럼 내에 밀봉적으로 수용된 상태에서 임시 폐기물 저장조(14) 내에 임시로 저장되고, 이러한 임시 폐기물 저장조(14)에 저장된 고체 상태의 방사성 폐기물은 크래브 크레인(17)을 통해 열분해 소각로(11, 12, 13) 측으로 이송된다.

이송된 방사성 폐기물은 그 슬라이딩 도어(11a, 12a, 13a)를 통해 열분해 소각로(11, 12, 13) 내로 투입된 후에 1000℃ 이상에서 소각되어, 그 투입된 폐기물량의 약 10% 정도가 소각재로 된다. 여기서, 폐기물이 1/10로 감량처리된다.

이렇게 소각되고 남은 소각재들은 로터리 밸브(21) 및 스크류 컨베이어(22)를 통해 애쉬 호퍼(20) 측으로 이송되고, 이 애쉬 호퍼(20)는 이렇게 이송된 소각재를 일시 저장하고, 이러한 소각재는 다시 애쉬 호퍼(20)의 하단부에 배치된 로터리 밸브(21) 및 스크류 컨베이어(22)를 통해 후술하는 전기저항식 용융로(30) 측으로 이송시킨다.

이렇게 전기저항식 용융로(30) 내로 이송된 소각재는 고온으로 용융되어 소정의 슬래그(2)가 되고, 이러한 슬래그(2)들은 가열로(40) 상에서 출탕이 용이한 소정 온도로 가열된 후에, 가열로(40)의 슬래그 출탕구(41d)를 통해 출탕된다. 여기서, 슬래그는 1/2~1/3로 감량처리된다.

이렇게 출탕된 슬래그는 버켓 컨베이어(45)를 통해 파쇄호퍼(50)로 이송되고, 이 때 버켓 컨베이어(45)의 하부 측에 배치된 냉각 송풍기(70)에 의해 슬래그는 파쇄 호퍼(50)에서의 파쇄가 용이한 소정 온도로 냉각된다.

파쇄 호퍼(50)에서 파쇄된 슬래그는 다시 냉각 호퍼(60)로 보내져 소정 온도 이하로 냉각된 후에, 저장용 드럼(80) 내에 밀봉적으로 보관된다.

상기와 같은 본 고안은, 중ㆍ저준위의 방사성 폐기물을 1/20 ~1/30으로 감량 처리함으로써 방사성 폐기물의 저장용량을 증대시키고, 또한 방사성 폐기물의 안전한 처리를 도모할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상에서는, 본 고안을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 고안은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 방사성 폐기물 처리시스템을 도시한 구성도.

도 2는 본 고안의 방사성 폐기물 처리시스템의 전기저항식 용융로 및 가열로를 도시한 단면도.

도 3은 본 고안의 용융로 및 가열로에 이용되는 주전극을 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

11, 12, 13 : 열분해 소각로 20 : 애쉬 호퍼

30 : 전기저항식 용융로 50 : 파쇄 호퍼

60 : 냉각호퍼

Claims

고체 상태의 중ㆍ저준위 방사성 폐기물을 고온에서 소각하는 다수의 열분해 소각로와;

상기 다수의 열분해 소각로에서 소각되고 남은 소각재를 일시 저장하는 애쉬 호퍼와;

저전압전류에 의한 전기저항열을 이용하여 애쉬 호퍼로부터 이송된 소각재를 용융시키는 전기저항식 용융로와;

상기 전기저항식 용융로에서 발생된 슬래그를 이송기구를 통해 이송시켜 입자 형태로 파쇄하는 파쇄 호퍼와;

상기 파쇄 호퍼에서 파쇄된 슬래그를 소정온도 이하로 냉각시키는 냉각 호퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기저항식 용융로를 이용한 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리시스템.
제1항에 있어서,

상기 전기저항식 용융로는

소각재를 수용하기 위한 수용공간을 구비한 본체와,

상기 본체의 상부로부터 수용공간 내로 연장되어 설치된 다수의 주전극과, 본체의 하부 측에 배치된 하부전극으로 이루어지고;

상기 주전극은 탄소재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기저항식 용융로를 이용한 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전기저항식 용융로의 측벽에는 가열로가 연통되어 직렬설치되고,

상기 가열로는

상기 전기저항식 용융로에서 용융된 소각재를 수용하기 위한 수용공간을 구비한 본체와,

상기 본체의 상부로부터 수용공간 내로 연장되어 설치된 다수의 주전극과,

상기 본체의 하부 측에 배치된 하부전극으로 이루어지고;

상기 주전극은 탄소재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기저항식 용융로를 이용한 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리시스템.
제3항에 있어서,

상기 전기저항식 용융로 및 가열로의 주전극을 사용시간의 경과에 따라 교환하는 교환기구가 더 구비되고,

상기 주전극 교환기구는 주전극 측으로 전류를 공급하는 배전반 측에 전류량 측정기를 설치하고, 상기 전류량 측정기에 의해 각 주전극으로 공급되는 전류값이 설정된 전류치 이하로 감지되면 주전극을 교환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기저항식 용융로를 이용한 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리시스템.
제4항에 있어서,

상기 전기저항식 용융로 및 가열로의 주전극은 전극 소모량에 따른 교환을 용이하게 하도록 그 각각의 상하단부에 나선형의 탭이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기저항식 용융로를 이용한 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리시스템.
제5항에 있어서,

상기 전기저항식 용융로 및 파쇄호퍼 사이의 이송기구에는 냉각 송풍기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기저항식 용융로를 이용한 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리시스템.