DE2819059C3 - Ofen zur Veraschung von nukleare Spalt- und oder Brutstoffe enthaltenden radioaktiven organischen Abfällen - Google Patents

Ofen zur Veraschung von nukleare Spalt- und oder Brutstoffe enthaltenden radioaktiven organischen Abfällen

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Description

Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Veraschung von nukleare Spalt- und/oder Brutstoffe enthaltenden radioaktiven organischen Abfällen durch Pyrohydrolyse mit Wasserdampf oder Verbrennen mit Luftsauerstoff in sicherer Geometrie, der einen feststehenden, nach unten trichterförmig zulaufenden zylinderförmigen Außenmantel aufweist.
Ein derartiger Ofen ist z. B. aus der Zeitschrift Chemie-Ing.-Technik, 42. Jg. (1970) Nr. 9/10, S. 645-653 bekannt.
Für die Veraschung von plutonium- oder uranhaltigen organischen Abfällen ist es aus Kritikalitätsgründen erforderlich, nuklearsichere Geometrien einzuhalten. Den bekannten Ofen einfach auf sichere Geometrie zu verkleinern ist zwar möglich, erweist sich aber im wesentlichen aus folgenden Gründen als schwierig.
1. In der engen Geometrie funktionieren Guttransport und Verbrennung nur unzureichend, so daß ein verkleinerter Ofen störanfällig wird.
2. Die erreichbaren Durchsätze sind für den industriellen Betrieb zu gering.
3. In die Poren der Keramikauskleidungen dringt Kernbrennstoff ein und erhöht das nukleare Kritikalitätsrisiko.
Für die pyrohydrolytische Veraschung organischer Abfälle ist auch ein kontinuierlich zu betreibender Schalendurchstoßofen bekannt geworden, vgl. die DE-OS 26 41264. Die Ausführung dieses Ofens in kritisch sicherer Schichtdicke ist zwar gut machbar, jedoch liegen die erreichbaren Durchsätze dann sehr niedrig, z. B. bei 3 kg Abfall/Stunde. Im geplanten Deutschen Nuklearen Entsorgungszentrum werden aber allein aus der Plutoniumverarbeitung 1000— m3/a an kontaminierten organischen Abfällen anfallen, was einer geforderten Anlagenleistung von etwa 35 kg/h entspricht
Es war daher Aufgabe dieser Erfindung, einen Ofen zu entwerfen, der die Veraschung von nukleare Spaltundyoder Brutstoffe enthaltenden radioaktiven organischen Abfällen in sicherer Geometrie mit hohem erreichbarem Durchsatz und großer Betriebssicherheit gestattet. Der Ofen soll sowohl für die endotherme Pyrohydrolyse als auch für eine Verbrennung oder
ι ο Pyrolyse geeignet sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Ofen gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem Außenmantel zentrisch ein drehbarer, ebenfalls nach unten trichterförmig zulaufender Innenzylinder angeordnet ist, dessen Durchmesser so bemessen ist, daß der Abstand zwischen dem Außenmantel und dem Innenzylinder eine sichere Schichtdicke gewährleistet, und daß Schabemesser auf der Innenfläche des Außenmantels und der Außenfläche des Innenzylinders angebracht sind. Je nach der gemäß dem zu verarbeitenden Abfall erforderlichen sichereren Schichtdicke kann ein entsprechender Innenzylinder mit angepaßtem Durchmesser zur Anwendung kommen.
Um bei höheren Plutoniumkonzentrationen eine Neutronenwechselwirkung zu vermeiden, kann der Innenzylinder mit neutronenabsorbierendem Material, z. B. B4C, ausgekleidet werden. Außerdem kann als Konstruktionsmaterial des Ofens zumindest teilweise neutronenabsorbierendes Material verwendet werden.
Dieses Ofenkonzept läßt große Variationen in der Schichtdicke zu. Je nach vorgesehenem Einsatzmaterial kann eine Schichtdicke von 3,5 bis 15 cm eingestellt werden, wenn man den Innenzylinder entsprechend verändert. Damit ist der Ofen sowohl für hohe Anreicherungsgrade an U-235 oder U-233 als auch für hohe Plutoniumkonzentrationen geeignet.
Die Abbildung zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ofens.
Er besteht aus einem feststehenden, nach unten trichterförmig sich verjüngenden, zylindrischen Außenmantel 4, in dem sich eine Heizung 3 befinden kann. Zentrisch zu diesem Außenmantel 4 ist ein drehbarer, ebenfalls nach unten trichterförmig sich verjüngender Innenzylinder 5 angebracht, der am Kopf beispielsweise durch eine Tauchdichtung 2 gehalten wird. Dieser Innenzylinder 5 ist vorzugsweise doppelwandig ausgeführt und mit einem neutronenabsorbierenden Material 6 gefüllt. An dem drehbaren Innenzylinder 5 und dem feststehenden Außenmantel 4 sind Schaber 7 angebracht, die beide Innenwände des Reaktionsraumes lückenlos abschaben, wenn sich der Innenzylinder 5 dreht.
Damit wird gleichzeitig das beispielsweise über eine Schnecke 1 eingetragene Gut über den gesamten Ringspalt verteilt und nach dem durch Carbonisieren bzw. Veraschen bewirkten Verspröden zerkleinert. Bevor sich der Ofenraum trichterförmig zum sicheren Zylinderdurchmesser verjüngt, ist ein Ofenrost 8 ringförmig vorgesehen, unter dem die Reaktionsgase eingeführt werden. Für die Pyrohydrolyse ist dies überhitzter Wasserdampf, für die Verbrennung kann es aber auch Wasserdampf mit Sauerstoff oder Luft sein. Für die endotherme Pyrohydrolyse ist es vorteilhaft, den Reaktionsraum zu beheizen, damit die überhitzte Wasserdampfmenge nicht zu groß gewählt werden muß. Die erzeugte radioaktive Asche wird über den Sammelstutzen 9 in kritisch sicherem Zylinderdurchmesser entweder kontinuierlich oder absatzweise
mittels einer Schleuse ausgetragen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung näher erläutert:
Für die pyrohydrolytische Veraschui g von plutoniumhaltigen organischen Abfällen mit einem Pu-Gehalt 120 g/m3 entsprechend 0,6 g Pu/kg Abfall, und einer Zusammensetzung von
PVC = 50%
Gummi = 20%
Zellstoff = 15%
Andere Kunststoffe = 15%
Dichte = 200 kg/m3
wurde ein Ringspaltofen gemäß der Abbildung für einen Durchsatz von *7,5 kg Abfall pro Stunde ausgelegt. Die Strömungsgeschwindigkeit wurde auf 0,2 m/sec begrenzt, um Staubaustrag zu verhindern.
Zur völligen Vergasung der organischen Anteile mit Wasserdampf bei 800 bis 10000C wurde eine maximale Verweilzeit von 4 Stunden angenommen. Wie die Versuchsserie zeigt, liegt der Pu-Gehalt in der entstehenden Asche kleiner oder bei 1.2%. Für den maximalen Störfall wird angesetzt, daß der Pu-Gehalt in der Asche 10% nicht übersteigt. Unter diesen Bedingungen hat der Ringspaltofen folgende Dimensio
Lichte Weite des Außenmantels = 1000 mm Außendurchmesser des
Innenzylinders = 780 mm Ringspalt = 110 mm Lichte Weite des Sammelstutzens (9) = 100 mm Länge der Reaktionszone (D) = 1200 mm
Nach unten wird die Asche absatzweise, z. B. in Kannen, ausgeschleust. Ein neutronenabsorbierendes Material ist unter obigen Bedingungen nicht nötig, aus Störfallgründen ist eine Schicht aus Borcarbid-Pulver als Zwischenschicht angeordnet, die hier durch die Doppelwand auf 80 bis 90 mm begrenzt wird.
Durch vergrößerte Durchmesser von Außenmantel und Innenzylinder kann ein Durchsatz auch von über 35 kg/h erreicht werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Ofen zur Veraschung von nukleare Spalt- und/oder Brutstoffe enthaltenden radioaktiven organischen Abfällen durch Pyrohydrolyse mit Wasserdampf oder Verbrennen mit Luftsauerstoff in sicherer Geometrie, der einen feststehenden, nach unten trichterförmig zulaufenden, zylinderförmigen Außenmantel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Außenmantel (4) zentrisch ein drehbarer, ebenfalls nach unten trichterförmig zulaufender Innenzylinder (5) angeordnet ist, dessen Durchmesser so bemessen ist, daß der Abstand zwischen dem Außenmantel (4) und dem Innenzylinder (5) eine sichere Schichtdicke gewährleistet und daß Schabemesser (7) auf der Innenfiäche des Außenmantels (4) und der Außenfläche des Innenzylinders (5) angebracht sind.
2. Ofen nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest teilweise aus neutronenabsorbierendem Material (6) besteht.
3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenzylinder (5) doppelwandig ausgeführt und mit dem neutronc-nabsorbierenden Material (6) gefüllt ist.
4. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (4) mit einer Heizung (3) versehen ist.
DE2819059A 1978-04-29 1978-04-29 Ofen zur Veraschung von nukleare Spalt- und oder Brutstoffe enthaltenden radioaktiven organischen Abfällen Expired DE2819059C3 (de)

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