DE3207308A1

DE3207308A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die trocknung und trockenlagerung von bestrahltem kernbrennstoff oder stark radioaktivem abfall

Info

Publication number: DE3207308A1
Application number: DE19823207308
Authority: DE
Inventors: Francis Thomas William Warrington Cheshire Paget; Robert Dempster Leigh Lancashire Tolmie
Original assignee: National Nuclear Corp Ltd
Current assignee: National Nuclear Corp Ltd
Priority date: 1981-03-03
Filing date: 1982-03-01
Publication date: 1982-11-18
Also published as: ES8402106A1; ES510099A0; JPS57158599A

Description

Verfahren und Vorrichtung für die Trocknung
und Trockenlagerung von bestrahltem Kernbrennstoff oder stark radioaktivem Abfall B e s c h r e i b u n g Beschreibunß Die Erf-Lndung bezieht sich auf die Trockenlagerung von bestrahltem gern. Brennstoff und stark radioaktivem Abfall.
Bei der Entnahme aus einem Kernreaktor stark radioaktive, bestrahlte Kernbrennstoffe werden gewöhnlich über eine Zeitspanne von wenigstens einhundert Tagen in einem Kühlbecken gelagert. Das im Becken enthaltene Wasser dient dazu, die Radioaktivität zurückzuhalten und die durch den Zerfall von Spaltungsprodukten freigesetzte Wärme zu absorbieren. Die Wasserkühlung in einem Becken ist jedoch für sie Langzeitlagerung von bestrahltem Kernbrennstoff über eine Zeitspanne von beispielsweise fünfzig bis und dert Jahren kaum geeignet, da die Ummantelung des Brennstoffs korrodieren kann und die Unterhaltung des wassergefüllten Beckens Schwierigkeiten bereiten kann. Bei einem anderen Verfahren für die Langzeitlagerung von bestrahltem Kernbrennstoff oder stark radioaktivem Abfall wird dieser in hermetisch abgedichteten Behältern eingeschlossen und in diesen in Betonbunkern gelagert, in denen die Behälter, vorzugsweise mit Luftumwälzung durch natürlichen Zug, luftgekühlt werden, wodurch sich wartungs-und sicherheitsbedingte Probleme auf ein Mindestmaß verringern. Gewisse Kernbrennstoffe und radioaktive Abfälle enthalten wasserabsorbierende Stoffe, z.B. Grafit, welches aufgrund seiner Porosität mehrere Vol.% Wasser aus dem Kühlbecken aufnehmen kann. Bevor derartige Kernbrennstoffe oder Abfälle für die Langzeitlagerung in den abgedichteten Behältern eingeschlossen werden können, muß ihr Wassergehalt auf einen äußerst niedrigen Wert verringert werden, um der Bildung von Salpetersäure und dadurch hervorgerufener Korrosion vorzubeugen.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Trocknen von bestrahltem Kernbrennstoff und stark radioaktivem Abfall sowie eine Vorrichtung für die Trockenlagerung und Trocknung von derartigen Brennstoffen und Abfällen.
Bei einem Verfahren zum Trocknen von bestrahltem Kernbrennstoff oder stark radioaktivem Abfall ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß in einem geschlossenen Primärkreis Luft über den Brennstoff oder Abfall umgewälzt wird, um darin enthaltenes Wasser zu verdampfen, und daß ein Teil der Umwälzluft zum Kondensieren von darin enthaltenem Dampf durch einen Sekundärkreis hindurchgeleitet und anschließend wieder dem Primärkreis zugeführt wird.
Eine Vorrichtung für die Trockenlagerung von bestrahltem Kernbrennstoff oder stark radioaktivem Abfall, mit einer Luftumwälzeinrichtung zum Trocknen des Brennstoffs oder Abfalls, ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch einen Primärkreis mit einer Röhrenheizkammer für die Aufnahme des Brennstoffs oder Abfalls in Rohren und einem Umwälzgebläse zum Umwälzen von Luft durch die Rohre hindurch in Kontakt mit dem Brennstoff oder Abfall, und durch einen Sekundärkteis mit einem Kondensator und Einrichtungen zum Hindurchleiten eines Teils der im Primärkreis umgewälzten Luft durch den Kondensator.
Der Ausdruck "Röhrenheizkammer" bezeichnet einen Behälter, welcher eine Anzahl von in Rohrwänden gehaltenen, offenen Rohren enthält und durch die Rohrwände in eine einlaß-, eine Auslaß- und eine Röhrenkammer unterteilt ist. Die in der Anlage umgewälzte Luft wird durch den Zerfall von Spaltungsprodukten in dem in den Rohren enthaltenen Kernbrennstoff oder Abfall erhitzt, so daß sich ihr Feuchtigkeitsgehalt durch Aufnahme von Wasser aus dem Brennstoff oder Abfall erhöht. Ein Teil der Umwälzluft wird durch den Kondensator hindurchgeleitet, um den Feuchtigkeitsgehalt durch Absenken der Temperatur bis unter den Taupunkt zu verringern.
Im folgenden rind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, deren einzige Figur ein Flußdiagramm einer Vorrichtung für die Trocknung und Trocken lagerung von bestrahltem Kernbrennstoff oder stark radioaktivem Abfall zeigt.
Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung für die Trocknung und Trockenlagerung von Kernbrennstoffen und Abfällen enthält ine Luftumwälzanlage mit einem Primärkreis 1 und einem Sekundärkreis 2. Zum Primärkreis 1 gehören eine den Brennstoff oder Abfall in Rohren 4 enthaltenQ Röhrenheizkammer 3 und ein Gebläse 5 für die Umwälzung von Luft durch die Rohre 4 hindurch in Kontakt mit dem Brennstoff oder Abfall. Der Sekundärkreis 2 enthält einen wassergekühlten Kondensator 6 und Einrichtungen zum Hindurchleiten eines Teils der im Primärkreis 1 umgewälzten Luft durch den Kondensator.
Im Betrieb der Anlage für die Trocknung von Eernbrennstoff oder Abfall wird die umgewälzte Luft durch Zerfallswärme erhitzt und nimmt dabei Wasser auf, welches ihr mittels des Kondensators 6 fortlaufend wieder entzogen wird.
Zum Primärkreis 1 gehören ferner noch eine elektrische Zusatz-ileizvorrichtung 7 und ein Zentrifugalabscheider 8, und der Sekundärkreis 2 enthält außerdem einen mit Freon gekühlten Kondensator 9 und ein Sauggebläse 10.
Die Röhrenheizkammer 3 hat ein Gehäuse, welches fünf senkrecht angeordnete, in Rohrwänden gehaltene, offene Rohre 4 enthält und durch die Rohrwände in eine Einlaßkammer 11, eine Auslaßkammer 12 und eine dazwischen liegende Röhrenkammer 13 unterteilt ist. Die Rohre 4 enthalten jeweils eine Reihe von bestrahlten Brennstoffelementen 14, welche mit Wasser versetztes Grafit enthalten, oder stark radioaktiven Abfall, und die Röhrenkammer 13 enthält eine Anordnung von Leitblechen 15, welche den durch einen Einlaß 16 eintretenden atmosphärischen Luftstrom um die Rohre 4 herum zu einem Auslaß 17 l iten. Der Auslaß 17 der Röhrenkammer 13 ist an einem mit natürlichem Zug arbeitenden Kamin 18 angeschlossen, so daß atmosphärische Luft in Wärmeaustauschbeziehung mit den Rohren 4 durch die Röhrenkammer 13 hindurchgesaugt wird, wobei die Strömung durch den aufgrund des Wärmetauschs mit den Rohren 4 entstehenden Wärmegradienten aufrechterhalten wird. Die Einlaß- und Auslaßleitungen der Röhrenkammer 13 enthalten in Abhängigkeit von der Temperatur der das Sauggebläse 10 durchströmenden Luft steuerbare. Ventile 19 bzw. 20, und die Röhrenheizkammer 3 hat einen AblaB 21.
Eine Berstscheibe 22 schützt die Leitungskreise vor über druck.
Unt r Fernsteuerung der beschriebenen Anordnung erfolgt die Trocknung in vier Schritten: Ablassen vonvorhandener Flüssigkeit, Erhitzen bis zur Siedetemperatur, Absieden bis zum trockenen Zustand und schließlich Kühlen der Anlage. Nach dem anfänglichen Ablassen von frei vorliegender Flüssigkeit aus der Röhrenheizkammer 3 über den Ablaß 21 wird das Gebläse 5 in Gang gesetzt, und die in der Anlage vorhandene Luft beginnt sich, gegebenenfalls mit Unterstützung durch die Zusatz-Heizvorrichtung 7, durch die Zerfallswärme der Brennstoffelemente zu erhitzen. Nach einigen Studen beginnt das in dem Brennstoff oder Abfall vorhandene Wasser zu sieden, so daß der Feuchtigkeitsgehalt der Umwälzluft durch Verdampfen der freien Feuchtigkeit ohne nennenswerte Temperaturerhöhung zunimmt.
Ein Teil der im Primärkreis umgewälzten Luft wird jeweils durch die Kondensatoren 6 und 9 hindurchgeleitet, in welchen die Temperatur bis unter den Taupunkt abgesenkt wird, um die Luft zu entfeuchten, bevor sie wieder dem Primärkreis zugeführt wird. Ist dann das vorhandene Wasser vollständig verdampft, so steigt die Temperatur der Luft schneller an, und ihr Feuchtigkeitsgehalt sinkt schnell, da die weitere Freisetzung von Feuchtigkeit durch Diffusion durch den Grafit hindurch begrenzt ist. Wird dann in diesem Zustand eine Temperatur von 1600 überschritten, so wird die Kühlung der Röhrenheizkammer 3 durch natürliche Zirkulation über den Kamin 18 eingeleitet. Dieser Vorgang wird solange aufrechterhalten, bis die angestrebte Trockenheit erreicht ist. Der mit Freon gekühlte Eondensator 9 ergänzt die Wirkung des wassergekühlten Kondensators C) insbesondere bei niedrigem Feuchtigkeitsgehalt.
Der Zentrifugalabscneider 8 ist dazu vorgesehen, nach dem vollständigen Trocknen des Brennstoffs gegebenenfalls von diesem abgespaltete Oxide aufzufangen. In einem etwa durch Ausfall der Umwälzeinrichtungen hervorgerufenen Notfall erfolgt die Kühlung durch natürlichen Zug über den Kamin 18.
Leerseite

Claims

Verfahren und Vorrichtung für die Trocknung und Trockenlagerung von bestrahltem Kernbrennstoff oder stark radioaktivem Abfall P a t e n t a n s p r ü c h e e Verfahren zum Trocknen von bestrahltem Kernbrennstoff oöer stark radioaktivem Abfall, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß in einem geschlossenen Primärkreis Luft über den Kernbrennstoff oder Abfall umgewälzt wird, um in dem Kernbrennstoff oder Abfall enthaltenes Wasser zu verdampfen, und daß ein Teil der Umwälzluft zum Kondensieren von darin enthaltenem Damof durch einen Sekundärkreis geleitet und anschließend wieder dem Primärkreis zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Umwälzluft an der Zuströmseite des Brennstoffs oder Abfalls erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Trocknen so ausgeführt wird, daß in dem Brennstoff oder Abfall enthaltenes Wasser nacheinander abgelassen, zum Sieden gebracht und verdampft wird und der Brennstoff oder Abfall anschließend gekühlt wird.
4. Vorrichtung für die Trockenlagerung von bestrahltem Kernbrennstoff oder stark radioaktivem Abfall, mit einer Luftumwälzeinrichtung zum Trocknen des Brennstoffs oder Abfalls, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Primärkreis (1) mit einer Röhrenheizkammer (3) für die Aufnahme des Brennstoffs oder Abfalls in Rohren(4) und einem Umwälzgebläse (5) zum Umwälzen von Luft durch die Rohre hindurch in Kontakt mit dem Brennstoff oder Abfall, und durch einen Sekundärkreis (2) mit einem Kondensator (6) und Einrichtungen zum Hindurchleiten eines Teils der im Primärkreis umgewälzten Luft durch den Kondensator.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, g e k e n n -z e i c h n e t durch einen an der Zuströmseite der Röhrenheizkammer (3) und an der Abströmseite des Gebläses (5) angeordneten Lufterhitzer.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, g e k e n n -z e i c h n e t durch einen an der Abströmseite der Röhrenheizkammer (3) und an der Zuströmseite des Gebläses (5) angeordneten Zentrifugalabscheider (8).