冷凝水脫鹽裝置及冷凝水脫鹽方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及冷凝水脫鹽裝置及冷凝水脫鹽方法。本發(fā)明提供一種在原子能發(fā)電設備中，通過將存在于冷凝水中的氧化促進物質(zhì)分解，從而延長冷凝水脫鹽裝置中的離子交換樹脂的壽命，減少離子交換樹脂的更換頻率的方法及裝置。本發(fā)明的解決手段為一種原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽方法及裝置，其中，在通水線性流速為20m/h至200m/h的范圍的條件下，向填充有離子交換樹脂層的原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽裝置(6)中通入冷凝水，從而將冷凝水中含有的氧化促進物質(zhì)分解，并且用離子交換樹脂除去雜質(zhì)，所述離子交換樹脂層是向離子交換樹脂的混合床中，以體積比計為2％至50％的范圍混合金屬負載樹脂而成的。
【專利說明】
冷凝水脫鹽裝置及冷凝水脫鹽方法
技術(shù)領域
[0001] 本發(fā)明涉及原子能發(fā)電站設備的冷凝水脫鹽方法及裝置，特別涉及分解除去冷凝 水中含有的過氧化氫等氧化促進物質(zhì)的冷凝水脫鹽方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在原子能發(fā)電站設備中，出于凈化冷凝水的目的，設置有使用了中空纖維膜過濾 器的冷凝水過濾裝置、使用了粒狀離子交換樹脂的脫鹽裝置。該冷凝水脫鹽裝置是出于下 述目的而設置的，即，通過抑制核反應堆構(gòu)成材料的腐蝕，除去核反應堆水中的放射性物 質(zhì)，從而減少對操作者的輻射暴露量等目的。
[0003] 對于包含離子交換樹脂的冷凝水脫鹽裝置而言，離子交換樹脂的能力降低時必須 更換離子交換樹脂，此時，除了新的離子交換樹脂的費用之外，由于使用完畢的離子交換樹 脂作為放射性廢棄物產(chǎn)生，所以還需要伴隨放射性廢棄物的處理而產(chǎn)生的費用及場所。因 此，期望實現(xiàn)離子交換樹脂的長壽命化。
[0004]但是，在沸水型原子能發(fā)電設備的核反應堆水中含有過氧化氫(水受到由燃料棒 產(chǎn)生的放射線的照射而被分解從而產(chǎn)生）、及由過氧化氫生成的氫過氧自由基 (hydroperoxy radical )、羥基自由基等氧化促進物質(zhì)（以下稱為"氧化促進物質(zhì)"。）。另外， 存在于核反應堆內(nèi)的氧化促進物質(zhì)，從核反應堆經(jīng)由渦輪機、冷凝器而存在于冷凝水中。通 常，核反應堆水中含有數(shù)ppm至數(shù)百ppm量級的過氧化氫。
[0005] 上述氧化促進物質(zhì)由于具有非常強的氧化作用，所以會將離子交換樹脂中的陽離 子樹脂氧化，使聚苯乙烯磺酸(PSS)溶出。溶出的PSS附著于陰離子交換樹脂，使陰離子交換 樹脂的反應速度降低。此外，由于陽離子交換樹脂被過氧化氫氧化而發(fā)生劣化，所以硫酸根 離子等從陽離子交換樹脂中溶出，使冷凝水脫鹽裝置的出口的電導率上升。
[0006] 認為離子交換樹脂劣化的主要原因是：由水中含有的氧化促進物質(zhì)與陽離子交換 樹脂接觸而導致的陽離子交換樹脂的氧化。因此，提出了下述方法:在與陽離子交換樹脂接 觸之前，使包含氧化促進物質(zhì)的水與陰離子交換樹脂接觸而進行堿解的方法(專利文獻1); 與粒狀活性炭接觸從而除去氧化促進物質(zhì)的方法，與負載有鉑族系催化劑粒子的離子交換 樹脂接觸從而除去氧化促進物質(zhì)的方法(專利文獻2);使水通過涂布有鉑的催化劑涂布膜 從而除去氧化促進物質(zhì)的方法(專利文獻3);與活性炭接觸從而吸附除去氧化促進物質(zhì)的 方法(專利文獻4);使水通過錳過濾器從而除去氧化促進物質(zhì)的方法(專利文獻5)。但是，迄 今為止所提出的方法是涉及原子能發(fā)電設備的放射性廢液的凈化處理的方法，并沒有用于 作為一次冷卻水的冷凝水的凈化的例子。另外，采取了在冷凝水脫鹽裝置的前段設置除去 氧化促進物質(zhì)的裝置、使氧化促進物質(zhì)不與冷凝水脫鹽裝置內(nèi)的離子交換樹脂接觸的方 案，而并未提出將已流入至冷凝水脫鹽裝置內(nèi)的氧化促進物質(zhì)除去的方法。
[0007] 專利文獻1:日本特開2000 - 002787號公報 [0008] 專利文獻2:日本特開平10 -111387號公報 [0009] 專利文獻3:日本特開2003 -156589號公報
[0010] 專利文獻4:日本特開2008 - 232773號公報 [0011] 專利文獻5:日本特開2014 - 071004號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 發(fā)明所要解決的課題
[0013] 本發(fā)明的目的在于減少原子能發(fā)電設備的冷凝水中的氧化促進物質(zhì)，延長冷凝水 脫鹽裝置中的離子交換樹脂的壽命，減少離子交換樹脂的更換頻率。
[0014] 用于解決課題的手段
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，可提供一種原子能發(fā)電設備中的冷凝水處理技術(shù)，所述冷凝水處理 技術(shù)中，在原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽裝置中，利用離子交換樹脂對包含在核反應堆內(nèi) 產(chǎn)生的過氧化氫(通過輻射分解而產(chǎn)生)等氧化促進物質(zhì)的被處理水進行脫鹽處理時，使其 與特定的金屬負載樹脂接觸從而減少被處理水中的氧化促進物質(zhì)，降低對冷凝水脫鹽裝置 中使用的離子交換樹脂造成的負荷，從而將處理水的水質(zhì)維持在高純度，并且延長離子交 換樹脂的壽命，減少作為放射性二次廢棄物的使用完畢的離子交換樹脂的產(chǎn)生量。
[0016] 對于現(xiàn)有的原子能發(fā)電設備而言，在冷凝水脫鹽裝置的前段重新設置填充有金屬 負載樹脂的處理裝置的方案，在經(jīng)濟上需要巨額費用，不僅如此，設置的空間也有限制，并 不實用。
[0017] 另外，冷凝水脫鹽裝置中使用的離子交換樹脂由于在通水的過程中逐漸被壓密， 所以需要定期地進行使用水和空氣的反洗操作。因此，即使將金屬負載樹脂置于填充在冷 凝水脫鹽裝置內(nèi)的離子交換樹脂的最表層，在反洗運轉(zhuǎn)時金屬負載樹脂也會與下層的離子 交換樹脂混合，無法將金屬負載樹脂保持在最上層。一般認為，為了發(fā)揮金屬負載樹脂的效 果，需要將金屬負載樹脂配置在最表層，因此，并沒有在冷凝水脫鹽裝置中使用金屬負載樹 脂的實例。
[0018] 本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，相反地，通過將金屬負載樹脂與離子交換樹脂混合，能夠?qū)?氧化促進物質(zhì)分解，減輕對離子交換樹脂造成的負荷，從而發(fā)現(xiàn)這能夠延長離子交換樹脂 的壽命。
[0019] 具體而言，本發(fā)明包括以下方案。
[0020] (1)-種原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽方法，其中，在原子能發(fā)電設備的冷凝水處 理中，在通水線性流速為20m/h至200m/h的范圍的條件下，向填充有離子交換樹脂層的冷凝 水脫鹽裝置中通入冷凝水，所述離子交換樹脂層是向強酸性陽離子樹脂與強堿性陰離子樹 脂的混合床(mixed bed)中，以體積比計為2%至50%的范圍混合金屬負載樹脂而成的。 [0021] (2)如（1)所述的原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽方法，其中，所述金屬負載樹脂所 負載的金屬選自鈀、鉑、錳、鐵或鈦的微粒中。
[0022] (3)如（1)或(2)所述的原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽方法，其中，所述金屬負載樹 脂為負載下述金屬而成的強堿性凝膠型陰離子樹脂，所述金屬選自鈀、鉑、錳、鐵或鈦的微 粒中。
[0023] (4)-種原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽裝置，其中，在原子能發(fā)電設備的冷凝水處 理中，所述冷凝水脫鹽裝置中填充有向強酸性陽離子樹脂與強堿性陰離子樹脂的混合床中 以體積比計為2%至50%的范圍混合金屬負載樹脂而成的離子交換樹脂層，該離子交換樹 脂層以能夠在通水線性流速為20m/h至200m/h的范圍的條件下通入冷凝水的方式進行填 充。
[0024] (5)如(4)所述的原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽裝置，其中，所述金屬負載樹脂所 負載的金屬選自鈀、鉑、錳、鐵或鈦的微粒中。
[0025] (6)如(4)或(5)所述的原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽裝置，其中，所述金屬負載樹 脂為負載下述金屬而成的強堿性凝膠型陰離子樹脂，所述金屬選自鈀、鉑、錳、鐵或鈦的微 粒中。
[0026] 發(fā)明的效果
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽方法及裝置，能夠有效地將通過水的 輻射分解（由核反應堆中產(chǎn)生的放射線所導致)而生成的過氧化氫等氧化促進物質(zhì)分解，因 此，能夠防止填充于冷凝水脫鹽裝置中的離子交換樹脂的氧化劣化，將處理水的水質(zhì)維持 在高純度，并且能夠延長離子交換樹脂的壽命，減少作為放射性二次廢棄物的使用完畢的 離子交換樹脂的產(chǎn)生量。對于原子能發(fā)電設備中的冷凝水處理而言，放射性二次廢棄物的 體積減小化是重要的課題，能夠達成上述技術(shù)效果的本發(fā)明具有重大意義。
【附圖說明】
[0028] [圖1]圖1是表示沸水型原子能發(fā)電設備的一次冷卻水系統(tǒng)的流程的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0029] [圖2]圖2是表示實施例1中使用的閉環(huán)循環(huán)裝置的簡要流程的概念圖。
【具體實施方式】
[0030] 以下，一邊參照附圖一邊說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于此。
[0031] 圖1中示出了沸水型原子能發(fā)電設備的一次冷卻水系統(tǒng)的流程。
[0032] 形成了下述循環(huán)線路:核反應堆1中產(chǎn)生的蒸汽在高壓渦輪機2及低壓渦輪機3中 被用于發(fā)電后，在冷凝器4中被冷卻，在冷凝水過濾裝置5、冷凝水脫鹽裝置6中被凈化，被送 回到核反應堆1中。
[0033] 在核反應堆1中，核反應堆水經(jīng)輻射分解，產(chǎn)生過氧化氫、羥基自由基、氫過氧自由 基等氧化促進物質(zhì)。由于這些氧化促進物質(zhì)與蒸汽一同在上述循環(huán)線路內(nèi)移動，所以冷凝 水脫鹽裝置6的離子交換樹脂被氧化分解。
[0034] 在冷凝水脫鹽裝置6中，通常以混合狀態(tài)(稱為"混合床"。）填充有強酸性陽離子樹 脂和強堿性陰離子樹脂。通常，樹脂層的高度為800mm至2000mm，在通水線性流速為20m/h至 200m/h的范圍、優(yōu)選80m/h至130m/h的范圍的條件下向其中通入冷凝水，進行凈化及脫鹽 后，回到核反應堆1。對于在沸水型原子能發(fā)電設備中廣泛使用的冷凝水脫鹽裝置而言，樹 脂層的高度為1000mm左右，通水線性流速為l〇〇m/h左右。
[0035] 本發(fā)明中，通過向填充于冷凝水脫鹽裝置6內(nèi)的離子交換樹脂混合床中以2%至 50%的范圍、優(yōu)選10%至30%的范圍混合金屬負載樹脂，將冷凝水中含有的氧化促進物質(zhì) 分解，從而減輕對離子交換樹脂造成的負荷。
[0036] 作為金屬負載樹脂，優(yōu)選為將選自鈀、鉑、錳、鐵或鈦的微粒中的金屬粒子負載于 聚合物樹脂上而成的強堿性凝膠型球形樹脂。作為強堿性凝膠型球形樹脂，可合適地使用 LEWATIT MonoPlus M500(LEWATIT(注冊商標）MonoPlus M500)、LEWATIT ASB1(LEWATIT(注 冊商標)ASB1)、Diaion(注冊商標)SA10A、Dowex(注冊商標)SBR-P等市售品。理想的是，金 屬粒子的負載量為〇. 1 g/L至1 Og/L，優(yōu)選在0.5g/L至5g/L的范圍內(nèi)。
[0037] 如果在混合床中的添加率低于2%，則無法充分地進行氧化促進物質(zhì)的分解。金屬 負載樹脂的添加率的上限沒有特別限制，大致50%足矣，即使高于50%，分解效果也不會大 幅增加，因此，可以基于對成本效率(cost efficiency)的考慮而確定合適的添加率。
[0038] 作為以混合床的形式填充于冷凝水脫鹽裝置6中的離子交換樹脂，可以使用通常 的用于原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽裝置中的強堿性陰離子交換樹脂及強酸性陽離子交 換樹脂。
[0039] 實施例
[0040]以下，通過實施例對本發(fā)明進行更詳細的說明。
[0041 ] 實施例1
[0042]使用圖2所示的閉環(huán)試驗裝置（圖中，"P"表示栗，"D0"表示溶存氧計，"FI"表示流 量計，"ΤΓ表示溫度計），向樹脂柱中循環(huán)地通入在原水罐(tank)中將過氧化氫(H2〇2)濃度 調(diào)整為5m g//L而得到的純水，在體系內(nèi)使從離子交換樹脂溶出的T0C(總有機碳)濃縮，經(jīng)時 地測定該T0C的濃度，對T0C從離子交換樹脂的溶出速度進行評價。T0C濃度的測定使用總有 機碳分析儀(島津制作所制T0C-V)進行。主要的試驗條件如下所述。
[0043] ?柱內(nèi)徑：25mmC>
[0044] ?通水線性流速:40m/h
[0045] ?被處理水(純水)溫度:40°C
[0046] ?過氧化氫濃度:5mg/L
[0047] 作為樹脂柱，使用表1所示的三種樹脂柱，測定通水200小時左右時的TOC濃度，以 將對照2的T0C濃度作為"Γ時的相對值進行評價。填充于樹脂柱中的各離子交換樹脂如下 所述。
[0048] "Pd負載樹脂"：負載有約lg/L的Pd的強堿性凝膠型球形陰離子交換樹脂(LANXESS 公司Lewatit (注冊商標)K7333)
[0049] "陽離子交換樹脂" ：Dow Chemical公司制HCR-W2H
[0050] "陰離子交換樹脂" ：Dow Chemical公司制SBR-PC 0H
[0051] 表 1
[0052]
[0053] 在對照1中，由于能夠在樹脂層表層部將過氧化氫完全分解，所以能夠使TOC濃度 降低至1/10左右。但是，對于對照1的填充形態(tài)而言，由于進行反洗再生會導致各離子交換 樹脂混合，所以在需要進行反洗再生的冷凝水脫鹽裝置的實際運轉(zhuǎn)中無法實現(xiàn)。
[0054] 在實施例1中，雖然T0C濃度的降低效果低于對照1，但是能夠降低至對照2的4成。 在假設離子交換樹脂的壽命僅取決于T0C濃度的情況下，能夠?qū)渲膲勖纳浦?.5倍。 根據(jù)本發(fā)明的冷凝水脫鹽裝置及冷凝水脫鹽方法，能夠防止需要實施反洗再生的冷凝水脫 鹽裝置中的離子交換樹脂的氧化劣化，將處理水的水質(zhì)維持在高純度，并且能夠延長離子 交換樹脂的壽命，減少作為放射性二次廢棄物的使用完畢的離子交換樹脂的產(chǎn)生量。
【主權(quán)項】
1. 一種原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽方法，其特征在于，在原子能發(fā)電設備的冷凝水 處理中，在通水線性流速為20m/h至200m/h的范圍的條件下，向填充有離子交換樹脂層的冷 凝水脫鹽裝置中通入冷凝水，所述離子交換樹脂層是向強酸性陽離子樹脂與強堿性陰離子 樹脂的混合床中，以體積比計為2%至50%的范圍混合金屬負載樹脂而成的。2. 如權(quán)利要求1所述的原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽方法，其特征在于，所述金屬負載 樹脂所負載的金屬選自鈀、鉑、錳、鐵或鈦的微粒中。3. 如權(quán)利要求1或2所述的原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽方法，其特征在于，所述金屬 負載樹脂為負載下述金屬而成的強堿性凝膠型陰離子樹脂，所述金屬選自鈀、鉑、錳、鐵或 鈦的微粒中。4. 一種原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽裝置，其特征在于，在原子能發(fā)電設備的冷凝水 處理中，所述冷凝水脫鹽裝置中填充有向強酸性陽離子樹脂與強堿性陰離子樹脂的混合床 中以體積比計為2%至50%的范圍混合金屬負載樹脂而成的離子交換樹脂層，所述離子交 換樹脂層以能夠在通水線性流速為20m/h至200m/h的范圍的條件下通入冷凝水的方式進行 填充。5. 如權(quán)利要求4所述的原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽裝置，其特征在于，所述金屬負載 樹脂所負載的金屬選自鈀、鉑、錳、鐵或鈦的微粒中。6. 如權(quán)利要求4或5所述的原子能發(fā)電設備的冷凝水脫鹽裝置，其特征在于，所述金屬 負載樹脂為負載下述金屬而成的強堿性凝膠型陰離子樹脂，所述金屬選自鈀、鉑、錳、鐵或 鈦的微粒中。
【文檔編號】G21F9/20GK106024087SQ201610193181
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】出水丈志, 出口達也, 小松誠
【申請人】株式會社荏原制作所