KR20210089803A - 가연성 방사성폐기물 감용화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가연성 방사성폐기물 감용화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 감용화 처리과정에서 발생되는 배기가스와 폐액을 환경에 무해한 상태로 처리하는 장치에 관한 것이다. 상기와 같은 본 발명에 따르면, 고체폐기물을 일정 크기 이하로 파쇄하여 과립화 하는 장치를 전단에 배치하여 후단 공정의 효율을 향상시키는 효과가 있다. 더욱 상세하게는 파쇄된 폐기물을 과립화 하여 폐기물의 공극내 존재하는 산소양을 최소화하여 후단의 열분해 감용화 공정에서의 유해한 폐기물 의 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 감용화처리 과정에서 분리된 배기가스를 냉각기를 통해 급속하게 냉각함으로써, 배기가스 내 존재하는 오일, 수분과 미세분진을 용이하게 제거할 수 있는 효과가 있다. 또한, 배기가스 내 잔류하는 가연성 물질을 촉매산화시킴으로써, 열교환기의 에너지 회수율의 향상시키고, 대기환경기준에 충족하는 정화가스로 전화시키는 효과가 있다. 또한, 회수된 오일과 배기가스는 재생 연료로 재이용 할 수도 있다.

Description

가연성 방사성폐기물 감용화 장치{Combustible Radioactive Waste Reduction Device}

본 발명은 가연성 방사성폐기물 감용화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 감용화 처리과정에서 발생되는 배기가스와 폐액을 환경에 무해한 상태로 처리하는 장치에 관한 것이다.

방사성폐기물이란 원자력 관련시설, 연구, 산업, 및 의학용도로 방사성 물질을 사용하는 과정에서 발생하는 방사성 동위원소를 함유하는 폐기물을 총체적으로 말한다.

특히, 원자력 관련시설에서는 시설의 운영 중에 불가피하게 다양한 종류의 방사성폐기물이 발생되며, 이들 방사성폐기물 내의 방사성 물질로부터 환경이 오염되는 것을 방지하기 위하여 인간 환경권으로부터 완벽히 고립시켜 집중관리될 수 있도록 다양한 방법으로 컨디셔닝(conditioning)하는데, 다양한 방사성폐기물 중 가연성 방사성폐기물은 대부분 밀도가 낮아 물리적인 방법으로 가연성 방사성 폐기물의 부피를 감용할 수 있다. 가연성 방사성폐기물은 방사선 관리구역에서 작업 후 폐기되는 작업복, 장갑, 방호화, 플라스틱, 목재 등 유기성 물질로 구성된 가연성 물질을 의미하며, 부피 감용을 위한 물리적인 방법으로는 소각, 압축 등이 있다. 소각의 경우에는 부피를 획기적으로 감용할 수 있으나, 높은 운전온도에 따른 유해물질인 방사선 핵종, 다이옥신, 질소산화물, 황산화물을 발생시키며, 산소 공급에 따른 배기가스 발생량이 많아 안정적인 공정 운영이 어려운 단점이 있다. 또한, 압축의 경우에는 물리적인 힘에 의한 부피 감용을 하며, 소각에 비해 안정적인 운영이 가능하나 부피 감용 효과가 떨어지는 단점이 있다.

대한민국 등록번호 제10-1146176호

본 발명의 목적은, 핵연료 가공시설에 발생되는 가연성 방사성폐기물의 감용화 처리과정에 발생되는 배기가스 및 폐액을 환경에 무해한 상태로 처리하는 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 일 측면은 가연성 방사성폐기물을 분쇄하는 분쇄부; 분쇄된 폐기물을 과립화 하는 과립화부; 상기 과립화된 폐기물을 압밀하기 위해 열분해장치 전단에 설치한 압밀장치; 상기 압밀된 과립화 폐기물을 열분해하는 열분해 장치; 상기 열분해로 발생한 고체폐기물을 보관하는 보관조; 상기 열분해로 발생한 가스를 응축하여 오일을 분리하는 응축기; 상기 응축된 가스를 냉각하는 냉각기; 상기 냉각된 가스 내 잔류분진을 제거하는 스크러버; 및 상기 잔류분진이 제거된 가스에서 가연성 물질들을 산화시켜 제거하는 촉매산화장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 방사성 폐기물 감용화 장치를 제공한다.

상기 분쇄부의 후단, 과립화부 전단에 설치되어 분쇄된 폐기물을 이송하는 이송부를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 열분해 장치의 후단과 상기 보관조 전단에 위치하여 고체폐기물을 냉각하는 냉각장치를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 촉매산화장치는 외부 공기를 공급하는 공기공급용 팬; 외부 공기와 혼합된 가스를 승온시키는 가열기; 승온된 혼합 가스를 산화하는 촉매탑; 및 상기 산화된 혼합가스는 혼합된 가스에 열을 공급하는 열교환기를 포함하는 것일 수 있다.

상기 스크러버에서 발생하는 폐액을 저장하는 폐액 저장조; 상기 폐액을 감압증발건조하는 감압증발건조기를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 고체폐기물을 일정 크기 이하로 파쇄하여 과립화 하는 장치를 전단에 배치하여 후단 공정의 효율을 향상시키는 효과가 있다. 더욱 상세하게는 파쇄된 폐기물을 과립화 하여 폐기물의 공극내 존재하는 산소양을 최소화하여 후단의 열분해 감용화 공정에서의 유해한 폐기물 의 발생을 최소화할 수 있다.

또한, 감용화처리 과정에서 분리된 배기가스를 냉각기를 통해 급속하게 냉각함으로써, 배기가스 내 존재하는 오일, 수분과 미세분진을 용이하게 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 배기가스 내 잔류하는 가연성 물질을 촉매산화시킴으로써, 열교환기의 에너지 회수율의 향상시키고, 대기환경기준에 충족하는 정화가스로 전화시키는 효과가 있다.

또한, 회수된 오일과 배기가스는 재생 연료로 재이용 할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감용화 장치 전체를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분쇄장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감용화장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐액처리장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매산화반응장치를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 명세서에 첨부된 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.

이하 폐기물을 파쇄하는 분쇄장치(100)에 대해 상세히 설명한다.

상기 분쇄장치(100)는 폐기물을 분쇄하는 분쇄부(110), 분쇄된 폐기물을 과립화부(130)으로 이송하는 이송부(120)를 구비한다. 상기 분쇄된 폐기물의 공극 내 존재하는 산소를 제거하기 위해 과립화부(130)를 이용하여 폐기물을 과립화한다. 파쇄된 방사성폐기물은 밀도(0.05~0.1 g/cc)가 낮은 부산물인 바, 보관상 부피의 증가, 폐기물 공극 내 산소잔류, 열전달 효율 감소 등 감용화 설비의 처리효율을 저하시킬 수 있으므로 과립화시킬 필요가 있다. 과립화물의 밀도를 0.2 내지 0.4 g/cc로 높여주는 것이 후단 공정 효율향상 측면에서 바람직하다. 상기의 과립화는 파쇄물을 유사 형태 및 밀도를 형성하도록 뭉쳐주기 위해 필요한 것이므로, 과립의 정도가 높은 응집성을 요구하는 정도는 아니다.

폐기물 파쇄시 발생하는 분진을 여과하는 여과부(150)을 더 구비한다. 분쇄장치(100)의 후단에 위치한 감용화 장치(200)으로 이동시키기 위한 승강부(140)를 더 구비한다.

이하 감용화 장치(200)에 대해여 상세히 설명한다.

상기 감용화 장치(200)은 과립화된 폐기물이 저장되는 호퍼(210)와 감용화 설비에 과립화된 폐기물이 일정량으로 투입될 수 있도록 하는 로터리밸브(211)를 구비한다.

상기 일정량으로 투입되는 폐기물은 스크류콘베어(220)에 의해서 다시 한번 압밀하여 내부의 공기를 제거하고 열분해 장치(230)으로 투입된다.

열분해 장치(230)는 전기 발열기(240)에 의해 열을 공급받아 폐기물을 열분해 한다. 열분해 장치에는 산소가 거의 없는 상태로 400 내지 650℃ 로 운전 되어 산소를 이용한 연소반응이 일어나지 않는다. 그 결과 대기 오염의 원인이 되는 방사선 핵종과 질소산화물, 황산화물, 다이옥신 등 산화부산물이 발생하지 않는다. 무산소 조건에서 발생하는 수소, 메탄, 일산화탄소 등의 합성가스는 후공정에서 배출기준에 적합하도록 처리되어 배출되므로 환경오염을 방지할 수 있다.

상기 열분해 장치(230)는 유입되는 산소를 최소화하기 위하여 열분해 장치에 질소가스를 주입하는 질소 주입장치(231, 232)를 구비한다. 열분해 시 부피가 80%이상 감량된 고온의 고형 폐기물들은 고형물 분리기(250)로 이동되어 분리되고, 고형물 분리기(250)의 후단에 설치된 냉각설비(260)을 통해 냉각이 완료된 상태로 준비된 보관조(270)에 저장한다.

이하 폐액처리장치(300)에 대해여 상세히 설명한다.

상기 열분해로 발생한 고온의 합성가스는 응축기(310)를 통해 냉각되어, 배기가스 내 포함된 오일 성분을 분리해 낸 후 냉각기(320)으로 이송되어 물과 반응하여 추가 냉각된다. 상기 냉각된 배기가스는 스크러버(330)에 의해 잔류 미세분진이 제거된다.

감압증발처리기(340) 및 폐액 저장조(350)는 상기 스크러버(330)에서 배기가스의 냉각 및 분진 제거 시 발생하는 부유물을 함유한 폐액을 처리하기 위한 장치이다. 감압증발처리기(340)는 폐액을 감압증발시켜 응축수와 농축물을 분리한다. 응축수는 스크러버(330)으로 순환하여 재이용하고, 농축물은 폐액저장조(350)로 이동하여 함수율이 낮은 고형물 형태로 분리 배출된다.

상기 미세분진이 제거된 가스는 촉매산화반응장치(400)으로 이동된다. 촉매산화반응장치는 가스 내 잔류하는 VOCs, CO, 수소, 메탄, 에탄 및 프로판 등 가연성 물질들을 촉매를 이용하여 산화시키는 장치이다.

촉매산화반응장치(400)으로 유입되는 가스는 공기공급용 팬(410)으로부터 외부공기를 공급받아 혼합된다. 유입되는 가스를 그대로 이용하면 온도가 과도하게 상승하므로 유입되는 가스를 외부공기와 혼합한 후 촉매산화반응을 수행한다.

가열기(430)는 상기 혼합가스의 촉매반응을 활성화하기 위하여 혼합가스를 200 내지 300℃으로 승온시킨다.

상기 승온된 혼합가스는 촉매탑(440)으로 유입되고, 촉매탑에 충진된 촉매와 산화 발열반응 하여 이산화탄소와 물로 변환된 최종 정화가스형태로 방출된다.

상기 산화 발열반응을 마친 혼합가스는 최종 배출 시 열교환기(420)을 통해 촉매반응조로 유입되는 배기가스의 온도를 상승시키는 데 재이용되고, 냉각기(450)를 통해 60℃이하로 냉각되어 최종 배출된다. 이때 배출되는 최종적인 정화가스는 대기환경보전법에 명시된 모든 항목기준을 안정적으로 처리하여 환기설비(HVAC)를 통해 배출된다.

이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.

100 : 분쇄장치
110 : 분쇄부
120 : 이송부
130 : 과립화부
140 : 승강부
150 : 여과부
200 : 감용화 장치
210 : 호퍼
211 : 로터리밸브
220 : 스크류콘베어
230 : 열분해 장치
231 : 질소주입장치
232 : 질소주입장치
240 : 전기 발열기
250 : 고형물 분리기
260 : 냉각설비
270 : 보관조
300 : 폐액처리장치
310 : 응축기
320 : 냉각기
330 : 스크러버
340 : 감압증발처리기
350 : 폐액 저장조
400 : 촉매산화 반응장치
410 : 공기곱급용팬
420 : 열교환기
430 : 가열기
440 : 촉매탑
450 : 냉각기

Claims (5)

1. 가연성 방사성폐기물을 분쇄하는 분쇄부;
   분쇄된 폐기물을 과립화 하는 과립화부;
   상기 과립화된 폐기물을 압밀하기 위해 열분해 장치 전단에 설치한 압밀장치;
   상기 압밀된 과립화 폐기물을 열분해하는 열분해 장치;
   상기 열분해로 발생한 고체폐기물을 보관하는 보관조;
   상기 열분해로 발생한 가스를 응축하여 오일을 분리하는 응축기;
   상기 응축된 가스를 냉각하는 냉각기;
   상기 냉각된 가스 내 잔류분진을 제거하는 스크러버; 및
   상기 잔류분진이 제거된 가스에서 가연성 물질들을 산화시켜 제거하는 촉매산화반응장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 방사성 폐기물 감용화 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 분쇄부의 후단, 과립화부 전단에 설치되어 분쇄된 폐기물을 이송하는 이송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 방사성폐기물 감용화 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 열분해 장치의 후단과 상기 보관조 전단에 위치하여 고체폐기물을 냉각하는 냉각설비를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 방사성폐기물 감용화 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 촉매산화장치는
   외부 공기를 공급하는 공기공급용 팬;
   외부 공기와 혼합된 가스를 승온시키는 가열기;
   승온된 혼합 가스를 산화하는 촉매탑; 및
   상기 산화된 혼합가스는 혼합된 가스에 열을 공급하는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 방사성폐기물 감용화 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 스크러버에서 발생하는 폐액을 저장하는 폐액 저장조;
   상기 폐액을 감압증발건조하는 감압증발건조기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 방사성폐기물 감용화 장치.
   

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