WO1996010830A1 - Trocknungsstation für flüssigen oder feuchten abfall - Google Patents

Trocknungsstation für flüssigen oder feuchten abfall Download PDF

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WO1996010830A1
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Johann Lisson
Karl-Heinz Kleinschroth
Klaus Blinn
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04—Treating liquids
    • G21F9/06—Processing
    • G21F9/08—Processing by evaporation; by distillation

Definitions

  • the invention relates to a drying station for
  • Drying of material contained in a container in particular contaminated waste from a nuclear power plant.
  • the radioactively contaminated waste generated in a nuclear power plant can contain moisture.
  • a moisture content of the waste e.g. more than 30% can lead to fermentation and fermentation processes as well as to the formation of a gas, for example methane or hydrogen (H2).
  • the gas released as a result e.g. methane
  • methane can, when the waste is stored, swell and cause damage to the storage container - e.g. a 200-1 barrel - effect.
  • an early and extensive drying of the waste is necessary.
  • the drying of waste in a container of a nuclear power plant which can be radioactively contaminated, is usually carried out in a drying station.
  • the heat of vaporization required for drying the waste is supplied to the container and thus the material contained therein by means of a heated gaseous medium, for example air. Due to the poor thermal conductivity, for example of air, such a drying process is associated with high energy consumption. In addition, a long drying time is necessary, so that the material throughput rate during drying is relatively low.
  • the invention is therefore based on the object of providing a drying station for drying Lich material, in particular contaminated waste from a nuclear power plant, such that a reliable drying of the material with a short drying time is possible with low energy and cost.
  • This object is achieved for a drying station of the type mentioned above in that a heating mat is provided for supplying heat of vaporization into the container.
  • the invention is based on the consideration that by using an inexpensive heating mat which can be brought into direct contact with the container containing the material to be dried, the heat of evaporation necessary for drying is passed directly into the container can be performed. Since the high thermal resistance of a poor heat conductor, such as air, does not have to be overcome, drying with low energy expenditure is guaranteed and the required drying time is shortened. At least one electrically adjustable heating mat allows an individual drying program for each individual container that contains material to be dried.
  • the drying station expediently comprises a holding device which, when the container is introduced into the drying position, automatically makes extensive mechanical contact between the heating mat and the container.
  • the drying station has an insulating shell surrounding the container together with the heating mat in the drying position with a wall area and with a lid area provided with a ventilation opening.
  • the heat input into the container is increased while the heating output of the heating mat remains the same.
  • the ventilation opening in the lid area of the insulating shell and 3 By means of an air circulation device connected to the ventilation opening, in particular with a blower, a directed air flow can be built up inside the insulating shell, which allows the moisture removed from the contaminated waste by the drying to be removed in a targeted manner.
  • a collecting tray for collecting the moisture is arranged in front of the ventilation opening.
  • a condensate measuring device is expediently arranged on a condenser connected to the vent opening.
  • the condenser serves to condense the moisture removed from the waste during the drying process, the amount of which can be measured by the condensate measuring device.
  • the drying station comprises a transport device for transporting the container, for example for introducing it into the drying position.
  • the transport device has a floor heater and a pallet-like floor with insulation.
  • the heat input into the container can be designed particularly effectively in connection with the heating mat.
  • the transport device carrying the container can also be moved, for example, by a forklift.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that the use of the heating mat allows heat of vaporization to be fed into the material to be dried with low energy consumption and with a short drying time.
  • An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to a drawing.
  • the figure shows schematically a drying station, in particular a drum drying unit, for pretreating mixed wastes by drying.
  • the drying station 1 In the drying station 1 according to the figure, several electrically heated heating mats 3 are provided one above the other for supplying heat of vaporization in this container 2 for drying material located in a drum or container 2, in particular contaminated waste from a nuclear power plant. They are placed flat or pressed onto the side wall of the container 2. It can also be an annular heating mat 3 adapted to the contour of the container 2.
  • the container 2 is placed on a transport device 4, e.g. a rack or container on wheels.
  • the transport device 4 has a floor heater 5 and a pallet-like floor with insulation.
  • the transport device 4 is e.g. a rail-bound car.
  • the drying station 1 comprises an insulating shell 6 surrounding a drying room with a ventilation opening 7 in its cover area.
  • the insulating shell 6 is equipped to receive the container 2 with two pivotable 1/4 circular segment doors, to which the three heating mats 3 are fastened by means of a holding device (not shown) such that when the container 2 is introduced into the dry position within the insulating shell 6, the segment doors automatically close and the heating mats 3 are automatically brought into extensive mechanical contact with the container 2.
  • the heating mats 3 are stretched, for example, by means of spring elements (not shown) on both segment doors in such a way that they run through the opening formed by the doors when the doors are open.
  • spring elements not shown
  • the heating mats 3 and the floor heater 5 are used to heat the Container 2 is heated to the temperature required for drying the material in it. This temperature can be selected and set for each individual container 2, depending on the exact nature of the contents.
  • a motor-driven blower 10 which is connected to the ventilation opening 7 via a line 11, and by means of A ventilation opening 13 for air L, which can be throttled by a valve 12, produces an air flow within the insulating shell 6 directed from bottom to top.
  • the resultant supply of heat of vaporization via the wall of the container 2 into the material contained therein reduces the moisture content of the material.
  • the moisture emerging in vapor form is fed via line 11 to a condenser 20 connected into line 11. There it condenses after a heat exchange with supplied coolant K.
  • the amount of the condensed moisture is quantitatively recorded in a condensate measuring container 21 arranged on the condenser 20.
  • the end point of the drying process can be determined by means of the detected amount of condensed moisture.
  • the drain line 23 which can be shut off by the valve 22, the condensed moisture can be supplied, for example, to a sewer. Due to the large-area mechanical contact of the heating mats 3 with the container 2, drying of the material is possible with low expenditure of energy and a short drying time.

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Abstract

Um die Trocknung von in einem Behälter (2) befindlichen Material, insbesondere von kontaminiertem Abfall einer Kernkraftwerksanlage, mittels einer Trocknungsstation (1) mit geringem Energieverbrauch und kurzer Trocknungszeit vollständig und zuverlässig zu gewährleisten, ist erfindungsgemäss mindestens eine Heizmatte (3) zur Zuführung von Verdampfungswärme in den Behälter (2) vorgesehen. Beim Einbringen des Behälters (2) in die Trockenposition stellt eine Haltevorrichtung selbsttätig einen grossflächigen mechanischen Kontakt zwischen der Heizmatte (3) und dem Behälter (2) her.

Description

Beschreibung
TrocknungsStation für flüssigen oder feuchten Abfall
Die Erfindung bezieht sich auf eine Trocknungsstation zur
Trocknung von in einein Behälter befindlichem Material, insbe¬ sondere von kontaminiertem Abfall einer Kernkraftwerksanlage.
Aus verschiedenen Gründen, beispielsweise aufgrund von Be- handlungsvorgangen oder nach einer Lagerung, kann der in ei¬ nem Kernkraftwerk anfallende radioaktiv kontaminierte Abfall Feuchtigkeit enthalten. Ein Feuchtigkeitsgehalt des Abfalls von z.B. mehr als 30% kann zu Faul- und Gärprozessen sowie zur Bildung eines Gases, beispielsweise Methan oder Wasser- Stoff (H2), führen. Das infolgedessen freigesetzte Gas (z.B. Methan) kann bei einer Lagerung des Abfalls ein Aufblähen und eine damit verbundene Beschädigung des Lagerbehältnisses - z.B. eines 200-1-Fasses - bewirken. Um die durch den Feuch¬ tigkeitsgehalt des Abfalls hervorgerufenen chemisch-physika- lischen Reaktionen zu unterbinden, ist eine frühzeitige und weitreichende Trocknung des Abfalls erforderlich.
Die Trocknung von in einem Behälter befindlichem Abfall einer Kernkraftwerksanlage, der radioaktiv kontaminiert sein kann, wird üblicherweise in einer Trocknungsstation durchgeführt. In dieser Station wird die für die Trocknung des Abfalls er¬ forderliche Verdampfungswärme mittels eines aufgeheizten gas¬ förmigen Mediums, beispielsweise Luft, dem Behälter und somit dem in ihm befindlichen Material zugeführt. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise von Luft, ist ein derartiger Trocknungsvorgang jedoch mit hohem Energiever¬ brauch verbunden. Darüber hinaus ist eine lange Trocknungs¬ zeit nötig, so daß die Materialdurchsatzrate bei der Trocknung relativ gering ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Trocknungsstation zur Trocknung von in einem Behälter befind- lichem Material, insbesondere von kontaminiertem Abfall einer Kernkraftwerksanlage, derart auszubilden, daß eine zuverläs¬ sige Trocknung des Materials bei kurzer Trocknungszeit mit geringem Energie- und Kostenaufwand möglich ist.
Diese Aufgabe wird für eine Trocknungsstation der obengenann¬ ten Art dadurch gelöst, daß eine Heizmatte zur Zuführung von Verdampfungswärme in den Behälter vorgesehen ist.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß durch die Ver¬ wendung einer kostengünstig verfügbaren Heizmatte, die in di¬ rekten Kontakt mit dem das zu trocknende Material enthalten¬ den Behälter gebracht werden kann, die zur Trocknung notwen¬ dige Verdampfungswärme direkt in den Behälter geführt werden kann. Da somit der hohe Wärmewiderstand eines schlechten Wär¬ meleiters, wie beispielsweise Luft, nicht überwunden werden muß, ist eine Trocknung bei geringem Energieaufwand gewähr¬ leistet, und die erforderliche Trocknungszeit ist verkürzt. Mindestens eine elektrisch regulierbare Heizmatte erlaubt da- bei ein individuelles Trocknungsprogramm für jeden einzelnen Behälter, der zu trocknendes Material enthält.
Um beim Umgang mit radioaktiv kontaminiertem Abfall einer Kernkraftwerksanlage zu vermeiden, daß Bedienungspersonal mit dem den Abfall enthaltenden Behälter in Kontakt treten muß, umfaßt die Trocknungsstation zweckmäßigerweise eine Haltevor¬ richtung, die beim Einbringen des Behälters in die Trocken¬ position selbsttätig einen großflächigen mechanischen Kontakt zwischen der Heizmatte und dem Behälter herstellt.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist die Trocknungsstation eine den Behälter mitsamt der Heizmatte in der Trocknungspo¬ sition umgebende Isolierschale mit einem Wandbereich und mit einem mit einer Entlüftungsόffnung versehenen Deckelbereich auf. Dadurch wird bei gleichbleibender Heizleistung der Heiz¬ matte der Wärmeeintrag in den Behälter vergrößert. Mittels der Entlüftungsöffnung im Deckelbereich der Isolierschale und 3 mittels einer mit der Entlüftungsöffnung verbundenen Luftum- wälzvorrichtung, insbesondere mit einem Gebläse, kann inner¬ halb der Isolierschale ein gerichteter Luftstrom aufgebaut werden, der ein gezieltes Abführen der durch die Trocknung dem kontaminierten Abfall entnommenen Feuchtigkeit ermög¬ licht. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vor der Entlüftungsöffnung eines Sammelschale zur Sammlung der Feuch¬ tigkeit angeordnet.
Zur Endpunktkontrolle des Trocknungsvorgangs, d.h. zur Fest¬ stellung des Zeitpunkts, von dem an der Restfeuchtigkeitsge- halt des zu trocknenden Materials unterhalb eines zulässigen Grenzwerts liegt, ist zweckmäßigerweise an einem mit der Ent¬ lüftungsöffnung verbundenen Kondensator ein Kondensatmeßgerät angeordnet. Der Kondensator dient zum Kondensieren der dem Abfall während des Trocknungsvorgangs entnommenen Feuchtig¬ keit, deren Menge durch das Kondensatmeßgerät gemessen werden kann.
Zum Transport des Behälters, beispielsweise zum Einbringen in die Trocknungsposition, umfaßt die Trocknungsstation in zweckmäßiger Ausgestaltung eine Transportvorrichtung. In be¬ sonders vorteilhafter Weiterbildung weist die Transportvor¬ richtung einen Bodenheizer sowie einen palettenartig ausge- bildeten Boden mit einer Isolierung auf. Durch den Bodenhei¬ zer kann in Verbindung mit der Heizmatte der Wärmeeintrag in den Behälter besonders effektiv gestaltet werden. Mittels des palettenartig ausgebildeten Bodens der TransportVorrichtung kann die den Behälter tragende Transportvorrichtung bei- spielsweise auch durch einen Gabelstapler bewegt werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson¬ dere darin, daß durch die Verwendung der Heizmatte eine Zu¬ führung von Verdampfungswärme in das zu trocknende Material bei geringem Energieverbrauch und unter kurzer Trocknungszeit erfolgen kann. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt schematisch eine Trocknungsstation, insbeson- dere eine Faßtrockeneinheit, zur Vorbehandlung von Mischab¬ fällen durch Trocknung.
In der Trocknungsstation 1 gemäß der Figur sind zur Trocknung von in einem Faß oder Behälter 2 befindlichem Material, ins- besondere von kontaminiertem Abfall einer Kernkraftwerksanla¬ ge, mehrere elektrisch beheizte Heizmatten 3 übereinander zur Zuführung von Verdampfungswärme in diesen Behälter 2 vorgese¬ hen. Sie sind auf die Seitenwand des Behälters 2 flächig auf¬ gelegt oder aufgepreßt. Es kann sich auch jeweils um eine ringförmige, der Kontur des Behälters 2 angepaßte Heizmatte 3 handeln. Zu Beginn des Trocknungsvorgangs wird der Behälter 2 auf eine Transportvorrichtung 4 gesetzt, z.B. ein Gestell oder Behältnis auf Rollen. Die Transportvorrichtung 4 weist einen Bodenheizer 5 sowie einen palettenartig ausgebildeten Boden mit einer Isolierung auf. Im Ausführungsbeispiel ist die Transportvorrichtung 4 z.B. ein schienengebundener Wagen. Die Trocknungsstation 1 umfaßt eine einen Trockenraum umge¬ bende Isolierschale 6 mit einer Entlüftungsöffnung 7 in ihrem Deckelbereich. Die Isolierschale 6 ist zur Aufnahme des Be- hälters 2 mit zwei schwenkbaren 1/4-Kreissegmenttüren ausge¬ stattet, an denen mittels einer nicht dargestellten Haltevor¬ richtung die drei Heizmatten 3 derart befestigt sind, daß bei dem Einbringen des Behälters 2 in die Trockenposition inner¬ halb der Isolierschale 6 die Segmenttüren automatisch schließen und die Heizmatten 3 selbsttätig in großflächigen mechanischen Kontakt mit dem Behälter 2 gebracht werden.
Zu diesem Zweck sind die Heizmatten 3 beispielsweise mittels (nicht gezeigter) Federelemente derart an beiden Segmenttüren aufgespannt, daß sie bei geöffneten Türen durch die von den Türen gebildete Öffnung verlaufen. Beim Heranfahren des Be¬ hälters 2 an die von den Türen gebildete Öffnung kommt er mit den Heizmatten 3 in Kontakt. Beim weiteren Einbringen des Be¬ hälters 2 legen sich die Heizmatten 3 somit selbsttätig an den Behälter 2 an und bewirken letztlich mittels der Feder¬ elemente ein Schließen der Türen.
Nach einem Einbringen des Behälters 2 in den Trockenraum in¬ nerhalb der Isolierschale 6 mit Hilfe der Transportvorrich¬ tung 4 und nach der Herstellung des großflächigen mechani¬ schen Kontakts zwischen den Heizmatten 3 und dem Behälter 2 wird mittels der Heizmatten 3 und des Bodenheizers 5 der Be¬ hälter 2 auf die zur Trocknung des in ihm befindlichen Mate¬ rials benötigte Temperatur aufgeheizt. Diese Temperatur ist für jeden individuellen Behälter 2, je nach der genauen Be¬ schaffenheit des Inhalts, wählbar und einstellbar.Im Anschluß daran wird mittels eines motorisch betriebenen Gebläses 10, das über eine Leitung 11 mit der Entlüftungsöffnung 7 verbun¬ den ist, und mittels einer durch ein Ventil 12 drosselbaren Belüftungsöffnung 13 für Luft L eine von unten nach oben ge¬ richtete Luftströmung innerhalb der Isolierschale 6 herge- stellt. Am Ende der Leitung 11 befindet sich ein Abluftventil 15, mit dem Abluft A gesteuert abgelassen werden kann.
Durch die somit erzielte Zuführung von Verdampfungswärme über die Wand des Behälters 2 in das in ihm befindliche Material wird der Feuchtigkeitsgehalt des Materials reduziert. Die da¬ bei in Dampfform austretende Feuchtigkeit wird mittels der Leitung 11 einem in die Leitung 11 geschalteten Kondensator 20 zugeführt. Dort kondensiert sie nach einem Wärmetausch mit zugeführtem Kühlmittel K. In einem am Kondensator 20 angeord- neten Kondensatmeßbehälter 21 wird die Menge der kondensier¬ ten Feuchtigkeit quantitativ erfaßt. Mittels der erfaßten Menge an kondensierter Feuchtigkeit kann der Endpunkt des Trocknungsvorgangs festgelegt werden. Mittels der durch das Ventil 22 absperrbaren Ablaßleitung 23 kann die kondensierte Feuchtigkeit z.B. einem Abwasserkanal zugeführt werden. Durch den großflächigen mechanischen Kontakt der Heizmatten 3 mit dem Behälter 2 ist eine Trocknung des Materials bei ge¬ ringem Energieaufwand und kurzer Trocknungszeit möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Trocknungsstation (1) zur Trocknung von in einem Behälter (2) befindlichem Material, insbesondere von kontaminiertem Abfall einer Kernkraftwerksanlage, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß minde¬ stens eine Heizmatte (3) zur Zuführung von Verdampfungswärme in den Behälter (2) vorgesehen ist.
2. Trocknungsstation (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Hal¬ tevorrichtung vorgesehen ist, die beim Einbringen des Behäl¬ ters (2) in die Trockenposition selbsttätig einen großflächi¬ gen mechanischen Kontakt zwischen der Heizmatte (3) und dem Behälter (2) herstellt.
3. Trocknungsstation (1) nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine den Behälter (2) mitsamt der Heizmatte (3) in der Trocknungsposition umge- bende Isolierschale (6) , die einen Wandbereich sowie einen mit einer Entlüftungsöffnung (7) versehenen Deckelbereich aufweist.
4. Trocknungsstation (1) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein an einen Kondensatmeßbehälter (21) angeschlossener Kondensator (20) mit der Entlüftungsöffnung (7) verbunden ist.
5. Trocknungsstation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine zum
Transport des Behälters (2) vorgesehene Transportvorrichtung (4) einen Bodenheizer (5) sowie einen palettenartig ausgebil¬ deten Boden mit einer Isolierung umfaßt, wobei der Boden zum Tragen des Behälters (2) vorgesehen ist.
6. Trocknungsstation (1) nach einem der Ansürüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Ver- teilung der Verdampfungswärme in der Isolierschale (6) eine Belüftungsöffnung (13) vorgesehen ist, über die ein Belüf¬ tungsmittel (L) einleitbar ist.
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