本發(fā)明涉及一種利用過熱蒸汽的低水平放射性廢棄物的體積減量系統(tǒng)，更詳細而言，涉及利用在過熱蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的過熱蒸汽碳化干燥低水平放射性廢棄物來減少體積的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通常，若將壓力保持預(yù)定的狀態(tài)下加熱液體，則溫度上升，達到預(yù)定溫度時開始蒸發(fā)。此時，即便再加熱，直到液體全部蒸發(fā)為止溫度不變，液體和蒸汽共存。將其叫做濕飽和蒸汽(wetsaturatedvapor)，液體全部變成蒸汽的狀態(tài)叫做干飽和蒸汽(drysaturatedvapo)。并且，將干飽和蒸汽再次加熱時，蒸汽的溫度上升，此時的蒸汽叫做過熱蒸汽(superheatedvapor)。

圖1a中，過熱蒸汽是在大氣壓下對飽和蒸汽施加熱而同時具有冷凝潛熱和顯熱的蒸汽，保有熱量非常高，可在大氣壓下生成，因此，容易適用于低壓高溫設(shè)備。并且，圖1b中，過熱蒸汽通過由對流、輻射及冷凝的復(fù)合傳熱進行加熱，因此，傳熱效率非常出色。過熱蒸汽在100℃以上不能使用冷凝傳熱，因此，只能使用對流及輻射傳熱。

圖1c中，作為因過熱蒸汽而產(chǎn)生的被加熱物質(zhì)的質(zhì)量和溫度變化，在升溫初期的被加熱物質(zhì)的表面產(chǎn)生冷凝現(xiàn)象，質(zhì)量一時增加。然后，在100℃以上的被加熱物質(zhì)的表面的冷凝現(xiàn)象消失，轉(zhuǎn)換為蒸發(fā)，回復(fù)原狀態(tài)的質(zhì)量后逐漸減少。

圖1d中，在大氣壓下被加熱物質(zhì)的干燥速度變化中，當(dāng)加熱介質(zhì)的溫度低時，因加熱空氣而干燥速度變快，當(dāng)加熱介質(zhì)的溫度高時，因過熱蒸汽而干燥速度變快。所以，過熱蒸汽的傳熱能力及干燥能力非常高，達熱風(fēng)能力的約10倍。

過熱蒸汽在低氧氣氛下加熱水蒸氣而成為氧氣幾乎不存在的狀態(tài)。通過加熱的空氣來加熱空氣時，由于周圍存在氧氣而會發(fā)生氧化反應(yīng)。過熱蒸汽有效適用于能引起氧化反應(yīng)的物質(zhì)的加熱，可以防止爆發(fā)性。

目前，在韓國的慶州已建設(shè)低水平放射性廢棄物的永久處理場并運行，當(dāng)?shù)竭_將包括已送到處理場的放射性廢棄物、以及目前在核電站保管中的中低水平放射性廢棄物桶全部送到處理場的時點時，會存在超過儲藏容量的可能性，并發(fā)生需要提前設(shè)置新處理場的建設(shè)計劃的情況，所以，迫切需要減少在核電站發(fā)生的放射性廢棄物。目前，放射性廢棄物桶的處理費用每桶約1300萬韓幣。今后放射性廢棄物會更增加，處理費用也會隨之增多。

在核電站發(fā)生的需要移送到處理場的放射性廢棄物是濃縮液體廢棄物、廢樹脂、廢過濾器、雜固體、泥漿等，其中雜固體的發(fā)生量占放射性廢棄物的總量的約80％。雜固體廢棄物是防護服、襪子、手套、中和紙、塑料、塑膠、木材、金屬類、橡膠、保溫材料等，壓縮后儲藏及保管在滾筒。

雜固體放射性廢棄物中能減少體積的廢棄物占相當(dāng)量，因此，若能減少體積，則能大大減少需要移送到處理場的廢棄物桶的數(shù)量，這不僅能延長處理場的壽命，還能減少處理費用，從而，能提高核電站的運營效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明是為解決所述問題點而提出的，其目的在于，利用過熱蒸汽干燥碳化能減少體積的可燃性雜固體低水平放射性廢棄物之后進行壓縮而減少放射性廢棄物的體積。

本發(fā)明的其他目的在于，利用過熱裝置碳化干燥低水平放射性廢棄物來減少體積的系統(tǒng)中，通過將電能變換為熱能，將以煙霧狀態(tài)供給的蒸汽產(chǎn)生低壓超高溫的過熱蒸汽并供給，從而，碳化干燥能減少體積的可燃性雜固體低水平放射性廢棄物來減少放射性廢棄物的體積。

本發(fā)明的其他另一目的在于，在利用過熱蒸汽干燥及碳化低水平放射性廢棄物的工藝中，抑制發(fā)生粉塵飛散，最大限度地減少環(huán)境污染。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明為達成所述目的，提供一種利用過熱蒸汽的低水平放射性廢棄物的體積減量系統(tǒng)，包括：再熱蒸汽發(fā)生器，加熱從噴霧器噴射的煙霧生成過熱蒸汽之后向蒸汽供應(yīng)管排放；干燥爐，對投入至在所述再熱蒸汽發(fā)生器供應(yīng)的一次蒸汽及過熱蒸汽的低水平放射性廢氣物進行碳化干燥后，將經(jīng)碳化干燥的低水平放射性廢棄物冷卻至預(yù)定溫度；換熱器，將在所述干燥爐對低水平放射性廢棄物進行碳化干燥后從蒸汽排放管排放的蒸汽進行熱交換后，通過蒸汽輸送管供應(yīng)至再熱蒸汽發(fā)生器，將在排放蒸汽的熱交換后發(fā)生的冷凝水向冷凝水輸送管排放，向干燥爐通過冷卻輸送管供應(yīng)經(jīng)熱交換的冷卻水；以及冷卻塔，冷卻在所述換熱器熱交換后在干燥爐循環(huán)的冷卻水，然后，再次傳送至換熱器。

并且，本發(fā)明可以包括將對在所述干燥爐碳化干燥低水平放射性廢棄物的期間產(chǎn)生的排放蒸汽及排放氣體進行冷凝而產(chǎn)生的冷凝水，在換熱器熱交換之后通過過濾器進行過濾，然后，儲藏在冷凝水儲藏槽，用冷凝水泵按壓冷凝水后通過冷凝水輸送管傳送至噴霧器。

并且，本發(fā)明可包括所述再熱蒸汽發(fā)生器用電能產(chǎn)生過熱蒸汽，或者燃燒燃料來產(chǎn)生過熱蒸汽。

并且，本發(fā)明中，在所述冷卻水輸送管可以設(shè)置用于供應(yīng)或切斷冷卻水的開閉閥。

并且，本發(fā)明中，所述再熱蒸汽發(fā)生器，可以包括：外殼，在上部形成有流入管，在下部形成有排放管，在內(nèi)側(cè)面結(jié)合有隔熱材料，所述流入管用于使從所述換熱器流入的蒸汽以及從噴霧器噴射的煙霧狀態(tài)的蒸汽流入，所述排放管用于排放過熱蒸汽；多層蒸汽發(fā)生管，形成有空間部，在所述空間部通過所述流入管流入的蒸汽成為過熱蒸汽；電熱器，在所述蒸汽發(fā)生管的內(nèi)部分別設(shè)置有一個以上，用于將施加的電能變換為熱能，而加熱蒸汽發(fā)生管內(nèi)部的蒸汽；以及連接管，連接于所述多層蒸汽發(fā)生管的各蒸汽發(fā)生管之間做通道作用，使經(jīng)加熱的蒸汽循環(huán)排放。

并且，本發(fā)明中，所述連接管相交替結(jié)合于每個蒸汽發(fā)生管的左側(cè)及右側(cè)，在各蒸汽發(fā)生管之間以之字形連接結(jié)合，在流入管與排放管之間可以提供蒸汽流動的路徑。

并且，本發(fā)明中，所述各蒸汽發(fā)生管通過支架固定結(jié)合。

并且，本發(fā)明中，所述電熱器中將從外部施加的電能變換為熱能的加熱棒在各蒸汽發(fā)生管的兩側(cè)端以預(yù)定長度朝內(nèi)側(cè)突出設(shè)置。

(三)有益效果

根據(jù)本發(fā)明具有以下優(yōu)點；在再熱蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生低壓超高溫過熱蒸汽而碳化干燥包括可燃性雜固體的低水平放射性廢棄物來減少體積，從而，將在核電站發(fā)生的中低水平放射性廢棄物筒一年能減少約1/4，從而，不僅減低放射性廢棄物的處理費用，通過延長永久處理場的使用壽命，能節(jié)儉建設(shè)費用。并且，通過延長永久處理場的壽命，可以穩(wěn)定核電站的運行，解決地區(qū)糾紛，并通過永久處理放射性廢棄物而可以延長附加建設(shè)費用。

附圖說明

圖1是示出對一般的過熱蒸汽的概念的圖，圖1a是定義過熱蒸汽的圖表，圖1b是示出具有復(fù)合傳熱的過熱蒸汽的特征的圖，圖1c是示出因過熱蒸汽而產(chǎn)生的被加熱物質(zhì)的質(zhì)量及溫度變化的圖表，圖1d是分別示出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的過熱蒸汽、濕空氣及干空氣的干燥速度的圖表。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的利用過熱蒸汽的低水平放射性廢棄物的體積減量系統(tǒng)的框圖。

圖3是示出利用本發(fā)明的過熱蒸汽的低水平放射性廢棄物的體積減量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的再熱蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖。

圖5是示出為了利用根據(jù)本發(fā)明的過熱蒸汽減少低水平放射性廢棄物的體積將在再熱蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的一次蒸汽供應(yīng)至干燥爐的初期工藝圖。

圖6是示出為了利用根據(jù)本發(fā)明的過熱蒸汽減少低水平放射性廢棄物的體積將過熱蒸汽供應(yīng)至干燥爐進行碳化的干燥工藝圖。

圖7是示出為了利用根據(jù)本發(fā)明的過熱蒸汽減少低水平放射性廢棄物的體積將冷卻水供應(yīng)至碳化干燥結(jié)束的干燥爐而冷卻干燥爐的冷卻工藝圖。

具體實施方式

以下，參照附圖詳細說明根據(jù)本發(fā)明的利用過熱蒸汽的低水平放射性廢棄物的體積減量系統(tǒng)。

圖2及圖3中，本發(fā)明的系統(tǒng)是在再熱蒸汽發(fā)生器10發(fā)生的過熱蒸汽供應(yīng)至干燥爐20，碳化干燥被投入至干燥爐20的低水平放射性廢棄物之后，將在換熱器30及冷卻塔40經(jīng)交換的冷卻水供應(yīng)至干燥爐20，然后，儲藏在換熱器30熱交換的冷凝水并供應(yīng)至噴霧器60，使得在再熱蒸汽發(fā)生器10發(fā)生再熱蒸汽。

圖4中，再熱蒸汽發(fā)生器10加熱在噴霧器60噴射的煙霧狀態(tài)的蒸汽，然后排放低壓超高溫的過熱蒸汽。進一步，再熱蒸汽發(fā)生器10，在啟動初期將內(nèi)部空氣加熱至約100℃以上，若空氣被加熱至預(yù)定溫度，則將在噴霧器60以煙霧狀態(tài)供應(yīng)的蒸汽加熱成約150℃以上的一次蒸汽后排放，將經(jīng)干燥爐20再次流入的一次蒸汽再次加熱成約600℃以上的過熱蒸汽后排放至干燥爐20。

再熱蒸汽發(fā)生器10的外殼12，在上部結(jié)合流入管11，在下部結(jié)合排放管19，所述流入管用于使從換熱器30流入的蒸汽及從噴霧器60流入的煙霧狀態(tài)的蒸汽流入，所述排放管19用于排放一次蒸汽或過熱蒸汽。在外殼12的內(nèi)側(cè)面結(jié)合與外部隔熱的隔熱材料13。再熱蒸汽發(fā)生器10的流入管11設(shè)置在上部，排放管19設(shè)置在下部是因為投入至再熱蒸汽發(fā)生器10的蒸汽可以在內(nèi)部停留長時間而被過熱。

蒸汽發(fā)生管14形成有空間部，所述空間部用于將通過流入管11流入的蒸汽成為過熱蒸汽，所述空間部上下層疊多層，根據(jù)需要，不僅是上下，前后或左右也可以配置。蒸汽發(fā)生管14形成為圓筒形或多邊形柱形態(tài)，根據(jù)排放的蒸汽的溫度決定層疊數(shù)。在多層蒸汽發(fā)生管14之間連接做通道作用的連接管15，所述連接管用于排放循環(huán)在蒸汽發(fā)生管14加熱的蒸汽。連接管15在每個蒸汽發(fā)生管14的左右相交替結(jié)合，即在各蒸汽發(fā)生管14之間以之字形連接，從而，能最大限度地擴大在流入管11與排放管19之間蒸汽流動的路徑，為佳。即在相鄰接的上側(cè)的蒸汽發(fā)生管與下側(cè)的蒸汽發(fā)生管的右側(cè)相連通地連接連接管15，則下側(cè)的蒸汽發(fā)生管的相鄰接的直下面的蒸汽發(fā)生管的左側(cè)相連通地連接連接管15。在外殼12內(nèi)以多層設(shè)置的蒸汽發(fā)生管14在內(nèi)部通過支架18固定結(jié)合。

電熱器16在蒸汽發(fā)生管14的內(nèi)部分別設(shè)置一個以上，將施加的電能變換為熱能而加熱蒸汽發(fā)生管14內(nèi)部的蒸汽。電熱器16中用于將從外部施加的電能變換為熱能的加熱棒17在各蒸汽發(fā)生管14的兩側(cè)端以預(yù)定長度朝內(nèi)側(cè)突出設(shè)置。加熱棒17的長度及設(shè)置數(shù)量可根據(jù)所排放的蒸汽的溫度而變更。電熱器16優(yōu)選采用能連接于從外部施加的電源的連接器以及用于絕緣的絕緣材料。

并且，還可以適用利用再熱蒸汽發(fā)生器10燃燒燃料并產(chǎn)生過熱蒸汽的鍋爐。

接著，干燥爐20形成有與外部密封的內(nèi)部空間，將投入到在再熱蒸汽發(fā)生器10供應(yīng)的一次蒸汽及過熱蒸汽的低水平放射性廢棄物碳化干燥后，將經(jīng)碳化干燥的低水平放射性廢棄物冷卻至預(yù)定溫度。在干燥爐20形成有用于流入從再熱蒸汽發(fā)生器10供應(yīng)的蒸汽的流入口21以及向外部排放的排放口22。并且，在干燥爐20形成有從換熱器30流入冷卻水的入口23以及向外部排放的出口24。在干燥爐20設(shè)置有用于噴射過熱蒸汽的噴射管及用于冷卻干燥爐20的冷卻線圈，所述過熱蒸汽用于碳化干燥低水平放射性廢棄物。

換熱器30使在干燥爐20碳化干燥低水平放射性廢棄物之后排放的蒸汽進行熱交換，然后供應(yīng)至再熱蒸汽發(fā)生器10。并且，換熱器30排放排放蒸汽的熱交換后產(chǎn)生的冷凝水。換熱器30向碳化干燥工藝結(jié)束的干燥爐20供應(yīng)冷卻水，并使從干燥爐20排放的冷卻水進行熱交換。在換熱器30與干燥爐20之間設(shè)置有開閉閥31，所述開閉閥根據(jù)干燥爐20的碳化干燥工藝和冷卻工藝向干燥爐20供應(yīng)或切斷冷卻水。

冷卻塔40冷卻在換熱器30熱交換后在干燥爐20循環(huán)的冷卻水，然后，再次傳送至換熱器30。冷卻水可以適用水或冷媒。在冷卻塔40設(shè)置有將冷卻的冷卻水供應(yīng)至換熱器30的冷卻水泵41。

在干燥爐20碳化干燥低水平放射性廢棄物的期間產(chǎn)生的排放蒸汽與排放氣體在換熱器30通過熱交換被冷凝成為冷凝水后被排放。從換熱器30排放的冷凝水通過過濾器50過濾去除異物后儲藏在冷凝水儲藏槽51。冷凝水泵52按壓儲藏在冷凝水儲藏槽51的冷凝水后，通過冷凝水輸送管5傳送至噴霧器60。

參照圖5至圖7說明如上述構(gòu)成的本發(fā)明的利用過熱蒸汽的低水平放射性廢棄物的體積減量系統(tǒng)的作用。

首先，圖5中，作為一次蒸汽的產(chǎn)生工藝，開放干燥爐20投入需要碳化干燥的低水平放射性廢棄物。然后啟動再熱蒸汽發(fā)生器10加熱蒸汽發(fā)生管14內(nèi)部的空氣直到達到約100℃以上。接著，啟動噴霧器60，將煙霧狀態(tài)的蒸汽供應(yīng)至再熱蒸汽發(fā)生器10的流入管11。此時，向噴霧器60供應(yīng)自來水。然后，將從干燥爐20排放的排放蒸汽中分離的冷凝水供應(yīng)至噴霧器60。

從噴霧器60供應(yīng)的煙霧狀態(tài)的蒸汽成為在再熱蒸汽發(fā)生器10內(nèi)被加熱至預(yù)定溫度的空氣、和通過電熱器16的加熱棒17被加熱至約150℃以上的一次蒸汽。一次蒸汽從再熱蒸汽發(fā)生器10的排放管19通過蒸汽供應(yīng)管1投入至干燥爐20的流入口21。被投入至干燥爐20的一次蒸汽施加至低水平放射性廢棄物，從低水平放射性廢棄物產(chǎn)生排放蒸汽及氣體，通過排放口22向蒸汽排放管2排放。

向蒸汽排放管2排放的包括一次蒸汽的排放蒸汽及氣體被投入至換熱器30進行熱交換。經(jīng)熱交換的排放蒸汽及氣體通過蒸汽輸送管3供應(yīng)至再熱蒸汽發(fā)生器10的流入管11。此時，在換熱器30與排放蒸汽熱交換的期間發(fā)生冷凝水并向冷凝水輸送管5排放。冷凝水在過濾器50過濾異物后儲藏在冷凝水儲藏槽51。儲藏在冷凝水儲藏槽51的冷凝水被冷凝水泵52按壓而通過冷凝水輸送管5供應(yīng)至噴霧器60成為煙霧狀態(tài)的蒸汽。

由此，通過蒸汽輸送管3投入至再熱蒸汽發(fā)生器10的包括一次蒸汽的排放蒸汽與從噴霧器60噴射的再熱蒸汽一起通過再熱蒸汽發(fā)生器10的流入管11供應(yīng)至內(nèi)部。

接著，圖6示出碳化及干燥工藝，再熱蒸汽發(fā)生器10使排放蒸汽及以煙霧狀態(tài)的供應(yīng)的蒸汽經(jīng)由設(shè)置有多個電熱器16的多層蒸汽發(fā)生管14生成約600℃以上的過熱蒸汽。在再熱蒸汽發(fā)生器10產(chǎn)生的過熱蒸汽通過蒸汽供應(yīng)管1供應(yīng)至干燥爐20而碳化干燥被投入至干燥爐20的低水平放射性廢棄物。此時，過熱蒸汽是低氧的低壓超高溫蒸汽，碳化低水平放射性廢棄物。

將以下的碳化干燥工藝執(zhí)行預(yù)定時間期間，即在再熱蒸汽發(fā)生器10產(chǎn)生的過熱蒸汽通過蒸汽供應(yīng)管1供應(yīng)至干燥爐20而碳化干燥低水平放射性廢棄物，在再熱蒸汽發(fā)生器10重新加熱從干燥爐20通過蒸汽排放管經(jīng)由換熱器30供應(yīng)至蒸汽輸送管3及噴霧器60的排放蒸汽，然后，再次供應(yīng)至干燥爐20。

圖7示出冷卻工藝，結(jié)束被投入至干燥爐20的內(nèi)部的低水平放射性廢棄物的碳化干燥之后，停止再熱蒸汽發(fā)生器10的運行切斷過熱蒸汽通過蒸汽供應(yīng)管1供應(yīng)至干燥爐20。此時，冷凝水泵52也停止運行以防冷凝水供應(yīng)至冷凝水輸送管5，噴霧器60也停止運行。

并且，開放與連接在換熱器30與干燥爐20之間的冷卻水輸送管4結(jié)合的開閉閥31，啟動與連接在換熱器30與冷卻塔40之間的冷卻水輸送管4結(jié)合的冷卻水泵41。由此，從換熱器30通過冷卻水輸送管4經(jīng)由干燥爐20的入口23供應(yīng)冷卻水，并循環(huán)在設(shè)置在干燥爐20的內(nèi)部的冷卻線圈。干燥爐20的內(nèi)部溫度由冷卻水而下降。這是因為在干燥爐20內(nèi)由于過熱蒸汽碳化干燥的低水平放射性廢棄物為約150℃以上的高溫，因此，突然被暴露在外部時，與氧氣接觸而會起火，所以，將低水平放射性廢棄物的溫度冷卻至150℃以下。

經(jīng)由干燥爐20內(nèi)部的冷卻線圈排放的冷卻水通過與出口24連接的冷卻水輸送管4再投入至換熱器30。并且，冷卻水被供應(yīng)至冷卻塔40并在冷卻塔40冷卻至預(yù)定溫度以下而循環(huán)后供應(yīng)至換熱器30通過冷卻水輸送管4再供應(yīng)至干燥爐20。

經(jīng)過冷卻工藝投入至干燥爐20的內(nèi)部的低水平放射性廢棄物的溫度成為預(yù)定溫度以下，則低水平放射性廢棄物的碳化干燥結(jié)束。通過碳化干燥，低水平放射性廢棄物以被減量的狀態(tài)回收?；厥盏牡退椒派湫詮U棄物經(jīng)過以后的聚合物固化處理工藝積載在桶內(nèi)在中低水平放射性廢棄物永久處理場進行后處理。

通過對低水平放射性廢氣物的處理減少廢棄物的體積，不僅可以確保處理場的儲藏空間，還可以節(jié)儉處理費用。進一步，通過適用本發(fā)明的利用過熱蒸汽的低水平放射性廢棄物的體積減量系統(tǒng)，通過全部回收排放蒸汽的廢熱，可以提高投入蒸汽的溫度，使干燥爐的溫度均勻，而能夠節(jié)儉電能，并且，最大限度地減少傳送設(shè)備及管道設(shè)備等而節(jié)儉維修費用，通過對主要設(shè)備適用高效率電動機、適合電動機特性的逆變器進行控制，可以節(jié)儉電費。并且，本發(fā)明的利用過熱蒸汽的低水平放射性廢棄物的體積減量系統(tǒng)，在韓國運行中的全部核電站一年發(fā)生的中低水平固體放射性廢棄物為約1800至1900桶，其中，低水平干放射性廢棄物為與1400至1500桶，因此，能減少整體放射性廢棄物量的約1/4以下，從而，能節(jié)儉處理費用。

以上，雖參照附圖說明了本發(fā)明的特定實施例，但是，對本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不脫離權(quán)利要求范圍所記載的發(fā)明的思想及區(qū)域的范圍內(nèi)可以進行多樣的改變及變化是明確的。

工業(yè)實用性

本發(fā)明在再熱蒸汽發(fā)生裝置發(fā)生低壓超高溫的過熱蒸汽來碳化干燥包含可燃性雜固體的低水平放射性廢棄物來減少體積，從而，在核電站發(fā)生的中低水平放射性廢棄物筒每年能減少約1/4，通過處理放射性廢棄物，不僅確保儲藏空間、節(jié)儉處理費用，通過延長永久處理場的使用壽命，能夠節(jié)儉建設(shè)費用，因此，具有工業(yè)上的利用可能性。