DE2915273C2 - Vorrichtung zum dosierten Abfüllen von radioaktive Abfälle enthaltenden Glasschmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dosierten Abfüllen von radiaktive Abfälle enthaltenen Glasschmelzen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es wird heute der Weg eingeschlagen, die hochradioaktiven Abfallösungen nach Eintrocknen unter Zugabe geeigneter Zuschläge zu glasierten Massen zu verschmelzen, wobei als Glasbildner vor allem Silizium-, Phosphor- und Boroxide eingesetzt werden, die das Glasnetzwerk aus Borsilikat — bei Einsatz von Mischungen aus Siliziumoxid und Bortrioxid — bzw. Phosphatglas — bei Einsatz von Phosphorpentaoxid — bilden.

Die chemischen Probleme bei der Glasherstellung liegen einerseits in der Forderung, ein homogenes Glas mit möglichst hohem Gehalt an Spaltproduktoxiden zu erhalten, und andererseits in der Aggressivität der Schmelze, wobei die Aggressivität der Schmelze und ihre Aufnahmefähigkeit für Spaltproduktoxide — 30 bis Gew.-% für Phosphaltglas und etwa - 20 Gew. -% für Borosilikatglas — in einem direkt proportionalen Zusammenhang stehen. Hierbei treten als Folge der hohen Arbeitstemperaturen von 1200 bis 1500 Grad C starke Korrosionserscheinungen an der inneren, aus feuerfestem Material bestehenden Ausmauerung des Ofens auf, wobei sich die Korrosionsprodukte am Boden absetzen und ansammeln und von Zeit zu Zeit ausgetragen und dekontaminiert werden müssen bei gleichzeitiger Ausbesserung des Ofens, der zu diesem Zweck normalerweise über mehrere Wochen und gegebenenfalls Monate hinweg stillgelegt werden muß.

Die Schmelze wird zu Blöcken oder Perlen vergossen, wobei die Größe und Gestalt der Blöcke von dem Abfluß der durch den radioaktiven Zerfall entstehenden

ίο Wärme aus dem Inneren der Blöcke zur Blockoberfläche bestimmt werden und daher kleiner als das Ofenvolumen gehalten werden müssea Bei hochradioaktiven Abfallprodukten werden Perlen in eine Matrix aus Blei suspendiert; um eine gute Abfuhr der Zerfallwärme zu gewährleisten. Dabei kommt es entscheidend darauf an, jeweils möglichst genau gleiche Mengen an Schmelze intermittierend vergießen, um in den Blöcken gleiche Bedingungen der Wärmeabfuhr zu erhalten, da bei Erreichen von Temperaturen über 500 Grad C die Glasstruktur zerstört wird und die Auslaugfähigkeit der radioaktiven Anteile der Matrix durch Wasser sehr ansteigt Die Besonderheiten der Verfahrensweise unter einem radioaktiven Zerfall lassen es nicht zu, größere Perlenmengen zu sammeln oder zu lagern.

Es ist aus der französischen Patentanmeldung 20 54 464 sowie der Zeitschrift »Atomwirtschaft«, Juli/ August 1977 bekannt, die Schmelze aus dem Ofen mit Hilfe von B-jdendüsen — sog. Einfrierventilen — auszutragen. Diese Art des Schmelzaustrages macht wegen der sich am Boden des Ofens absetzenden Korrosionsprodukte die Einhaltung der Betriebsvorschriften sowohl in bezug auf die vorgeschriebenen und optimierten Dimensionen der Düsen als auch auf die Menge der pro Charge erzeugten Glasperlen unmöglich, da die Durchflußmenge in den Düsen stark durch die sich absetzenden Korrosionsprodukte beeinflußt wird. Darüber hinaus unterliegen die Düsen einer starken Korrosion und müssen des öfteren ausgewechselt werden, was wieder einen länger andauernden Stillstand und langwierige Instandsetzungsarbeiten bedingt

Es ist weiterhin aus der DE-PS 1 82 088 eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der die Glasschmelze mittels eines doppelwirkenden Zylinders direkt in eine Form eingedrückt wird, die somit durch ihre Größenbemessung die Portionierungsmenge bestimmt.

Es ist weiterhin bereits bekannt, die Schmelze über einen Überlauf auszutragen. Die bekannten Anordnungen erlauben jedoch keine ausreichend genaue Mengenbestimmung und Dosierung, so daß ein Vergießen von Perlen aus derart ausgetragenen Schmelzen nicht möglich ist. Sie erlauben lediglich ein Vergießen zu Blöcken.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung einer Vorrichtung zugrunde, mit deren Hilfe ein dosiertes Abfüllen der sich im Mittelbereich des Ofens ansammelnden Glasschmelze aus einem Ofen im kontinuierlichen Schmelzbetrieb ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale ge-

eo löst.

Durch die Erfindun" ist eine Vorrichtung geschaffen, mit deren Hilfe eine genau dosierte Menge an hochradioaktive Abfälle enthaltender Glasschmelze im kontinuierlichen Betrieb abgezogen werden kann, wobei die Entnahme der Schmelze aus geklärten und keinerlei Korrosionsprodukte enthaltenden Zonen des Ofens möglich ist. Das Entnehmen der Schmelze aus dem Ofen erfolgt darüber hinaus — was als besonderer Vorteil der

erfindungsgemäßen Vorrichtung anzusehen ist — ohne besondere Armaturen, wie z. B. Absperrorgane, Standanzeiger, Kontrollgeräte und dgl. erforderlich sind, deren Verwendung aus temperaturbedingten und chemischen Gründen bedenklich sein würde. Die Steuerung erfolgt vielmehr auf der »kalten« Seite durch Druckabfall.

Der Schmelzofen, die beiden Leitungen und der Portionierungsbehälter bilden ein geschlossenes System kommunizierender Gefäße, in dem die seitlichen Behälter angesetzte Saugleitung die Aufnahmekapazität des Poitionierungsbehälters bestimmt, wobei die Pufferleitung zweckmäßig einen größeren Querschnitt als die Saugleitung aufweist

Vorteilhaft ist im Ofen eine Bodenwanne zur Aufnahme der Korrosionsprodukte angeordnet, wobei das im Ofen mündende Ende der Saugleitung mindestens etwa 300 mm oberhalb der Bodenwanne endet Hierdurch wird auf einfache Weise eine Entfernung der abgesetzten Korrosionsprodukte und deren Entleerung ohne Betriebsunterbrechung möglich dadurch, daß in zeitlichen Abständen die die Korrosionsprodukte enthaltende Wanne entnommen und durch eine leere Wanne ersetzt wird.

Zur Erleichterung des Abziehens der portionierten Schmelze aus dem Portionierungsbehälter ist vorteilhaft im Portionierungsbehälter ein Ventil vorgesehen, das aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten und gegeneinander verdrehbaren Rohren mit Wandöffnungen besteht, von denen das innere Rohr am unteren Ende mit einer aus dem verjüngten unteren Teil dos Portionierungsbehälters herausragenden Abtropfdüse ausgerüstet ist

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Ventils, F i g. 3 einen Schnitt nach HI-IlI durch F i g. 2.

Die in F i g. 1 dargestellte Einrichtung besteht aus dem Ofen 2 mit Mannlochöffnung 3 in dem die als Ganzes mit 13 bezeichnete, radioaktive Abfälle enthaltende Glasschmelze erschmolzen wird. Über dem Ofen 2 ist ein mit einem Vakuumaggregat verbundener Portionierungsbehälter 6 angeordnet, der mit zwei in den Ofen 2 einragenden Leitungen 4,5 versehen ist, von denen die Leitung 5 als Saugleitung im oberen Bereich seitlich am Portionierungsbehälter ansetzt und soweit in den Ofen 2 einragt, daß zwischen ihrem unteren Ende und dem betriebsüblichen normalen Badspiegel etwa ein dem Volumen des Portionierungsbehälters 6 und der beiden Leitungen 4, 5 entsprechendes Volumen gebildet ist, während die andere Leitung 4 als Pufferleitung von oben am Deckel des Portionierungsbehälters b ansetzt und bis unterhalb des Endes der Saugleitung in den Ofen einragt. Hierbei weist die Pufferleitung 4 einen größeren Querschnitt als die Saugleitung 5 auf, um ein im Verhältnis zur Absaugleistung großes Reservoir zur Verfügung zu haben. Im Ofen ist eine Bodenv/anne 1 zur Aufnahme der Korrosionsprodukte angeordnet, wobei das im Ofen mündende Ende der Saugleitung 5 mindestens etwa 300 mm oberhalb der Bodenwanne 1 endet.

Der Portionierungsbehälter 6 ist mit einem Ventil 7 versehen, das aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten und gegeneinander verdrehbaren Rohren 8, 9 mit Wandöffnungen ti bzw. 12 besteht, von denen das innere Rohr 9 am unteren Ende mit einer aus dem verjüngten unteren Teil des Portionierungsbehälters 6 herausragenden Abtropfdüse 10 ausgerüstet ist Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet wie folgt: An den Portionierungsbehälter 6 wird ein nicht dargestelltes Vakuumaggregat angeschlossen. Aufgrund des Saugzugunterdruckes im Behälter 6 wird Schmelze über die Saugleitung 5 in den Portionierungsbehälter angesaugt, wobei durch regelmäßiges Chargieren der Badspiegel in einer Höhe gehalten wird, daß das über der Ansaugöffnung der Ansaugleitung 5 befindliche Schmelzbadvolumen Bi- vor Beginn der Ansaugphase — der in den Portionierungsbehälter 6 zu portionierenden Menge, zuzüglich etwa des Ansaugvolumens der Leitungen entspricht Hierbei steigt zunächst die Badsäule in der Leitung 4 nicht oder nur wenig über die Höhe der Zuflußöffnung der Ansaugleitung 5 in den Portionierungsbehälter 6. Sollte hierbei wegen zu geringer Materialzugabe zum Ofen der Badspiegel vor der Füllung des Portionierungsbehälters unter die Höhe der Ansaugöffnung der Leitung 5 absinken, so bricht in der nachstehend für den Normalbetrieb beschriebenen Weise das Vakuum im Portionierungsbehälter zusammen und es wird ohne weiteren Nachteil das Ansaugen vorzeitig, d. h. bei nur teilweise gefülltem Behälter unterbrochen.

Während des Normalbetriebes senkt sich der Badspiegel im Ofen 2 bis zur Füllung des Portionierungsbehälters 6 bis auf das Niveau B 2, d. h. bis wenig über die Höhe der Ansaugöffnung der Leitung 5, wobei die Schmelze über die Höhe der Mündung der Leitung 5 im Portionierungsbehäiter ansteigt und diese Leitung schließt Hierdurch verändern sich die physikalischen Bedingungen im System grundlegend insofern, als nunmehr ein Ansaugsystem mit zwei Ansaugleitungen gebildet wird, über deren eine Leitung 5 weiterhin eine — aufgrund des geringen Ansaugquerschnittes — kleine Mengen Schmelze weiterhin über die Leitung 5 in den Portionierungsbehälter angesaugt wird, während in die andere Leitung 6 eine — aufgrund des großen Querschnittes — große Menge unter entsprechend starkem Abfall des Badspiegels eingesaugt wird. Dieser Zustand bleibt erhalten, bis der Badspiegel unter die Höhe der Ansaugöffnung der Leitung 5 abgefallen ist, wobei — je nach Überschußmenge im Ofen 2 — auch ein Übertritt von Schmelze in den Portionierungsbehälter über die Leitung 4 erfolgen kann. Die Chargen der Rohmaterialzugabe in den Ofen werden jedoch zweckmäßig so eingestellt, daß lediglich ein geringfügiger Anstieg der Badsäule in der Leitung 4 bis zum Absinken des Badspiegels unter die Höhe der Ansaugöffnung der Leitung 5 eintritt.

Nach Freigabe der Ansaugöffnung der Leitung 5 wird die Ansaugung von Material aus dem Bad unterbrochen, es tritt jedoch noch das in der Leitung 5 befindliche Material über, wonach der Unterdruck im Portionierungsbehälter zusammenbricht. Der Zusammenbruch des Unterdruckes im System dient nunmehr als Steuermittel zur Abstellung der Vakuumpumpe mit der Folge, daß das in den Portionierungsbehälter atigesaugte Überschußmaterial über die Ansaugleitung 5 in den Ofen zurückfließt.

Wenn die Wanne 1 mit Korrosionsprodukten gefüllt ist, wird sie über das schnei"! zu öffnende Mannloch 3 ausgetragen und durch eine neue, leere Wanne ersetzt. Die Wanne besitzt im Boden und seitlich Abtropföffnungen, um bei dem Herausnehmen die Schmelze abtropfen zu lassen.

Zum Ablassen der Schmelze ist in den Portionierungsbehälter 6 ein sog. öffnungsverschlußschieberven-

til 7 eingesetzt, dessen Konstruktion und Arbeitsweise aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich sind.

Es sind zwei konzentrisch angeordnete Rohre 8, 9 ineinandergeschoben. Das innere Rohr 9 ist am unteren Ende mit einer Abtropfdüse 10 versehen, die mit einer elektrischen Heizung ausgestattet sein kann. Auf diese Weise können die Zähigkeit der Schmelze geregelt und die volle Entleerung des Portionierungsbehälters 6 sichergestellt werden.

Die beiden Rohre sind mit über die Länge und ringsum verteilten runden oder ovalen Öffnungen 11 bzw. 12 an der Rohrwand versehen. Deren Durchmesser nach der benötigten Durchflußleistung der Schmelze zum Abtropfen gewählt wird. Durch Drehen des inneren Rohres 9 werden teilweise oder voll die Öffnungen in dem äußeren Rohr S freigelegt.

Die Öffnungen in beiden Rohren können auch versetzt in der Höhe oder gegen die Achse so angeordnet werden, daß durch fortschreitendes Umdrehen des inneren Rohres zuerst obere, dann mittlere und zuletzt untere Schichten geöffnet werden können. Es können auch nur die unteren Öffnungen angeordnet werden.

Die volle Entleerung des Portionierungsbehälters 6 wird dadurch gesichert, daß der unterste an die Abtropfdüse angeschlossene Teil dieser Rohranordnung sich in einer kegelförmigen Vertiefung 6¹ des Portionierungsbehälters 6 befindet (siehe F i g. 1).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum dosierten Abfüllen von radioaktive Abfälle enthaltenden Glasschmelzen aus einem Schmelzofen in kontinuierlichem Betrieb, bei der der Ofen mit einer in die Schmelze eintauchenden Absaugleitung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Ofen (2) ein mit einem Vakuumgerät verbundener Portionierungsbehälter (6) angeordnet ist, der mit zwei in den Ofen (2) einragenden Leitungen (4, 5) versehen ist, von denen die eine Leitung (5) als Saugleitung seitlich am Portionierungsbehäiter (6) ansetzt und soweit in den Ofen (2) einragt, daß zwischen ihrem unteren Ende und dem betriebsüblichen normalen Badspiegel etwa ein dem Volumen des Portionierungsbehälters (6) und der beiden Leitungen (4, 5) entsprechendes Volumen gebildet ist, während die andere Leitung (4) als Pufferleitung von oben her in den Deckel des Portionierungsbehälters (6) mündet und bis unterhalb des Endes der Saugleitung in den Ofen einragt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferleitung (4) einen größeren Querschnitt als die Saugleitung (5) aufweist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ofen eine Bodenwanne (1) zur Aufnahme der Korrosionsprodukte angeordnet ist, wobei das im Ofen mündende Ende der Saugleitung (S) mindestens etwa 300 mm oberhalb der Bodenwanne (1) endet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Portionierungsbehäiter (6) ein Ventil (7) enthält, das aus zwei konzentrisch ineinander angeordnete und gegeneinander verdrehbaren Rohren (8, 9) mit Wandöffnungen (11 bzw. 12) besteht von denen das Innere Rohr (9) am unteren Ende mit einer aus dem verjüngten unteren Teil (6) des Portionierungsbehälters (6) herausragenden Abtropfdüse (10) ausgerüstet ist.