Plasmapolttoprosessin kehittäminen ja optimointi
Järvinen, Joonas (2007)
Diplomityö
Järvinen, Joonas
2007
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20071783
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20071783
Tiivistelmä
Ydinvoimaloidenprimaarivesikierron puhdistukseen käytetään ioninvaihtohartsia.
Käytönjälkeen ioninvaihtohartsi luokitellaan matalaja
keskiaktiivisiin jätteisiin.
Plasmakäsittelyllä käytetyn ioninvaihtohartsin tilavuutta voidaan pienentää sekä sen
orgaaninen luonne poistaa. Plasmakäsittelyn tarkoituksena on hapettaa orgaaninen
aines oksideiksi, jotka poistuvat prosessista savukaasuina. Epäorgaaninen aines, joka
sisältää radioaktiivisen aineksen, on tarkoitus hapettaa oksideiksi ja sulfideiksi, jotka
voidaan kerätä talteen tuhkana. Tässä diplomityössä käsitellään käytetyn ioninvaihtohartsin
käsittelyyn suunnitellun plasmapolttoprosessin kehittämistä ja optimointia.
Ioninvaihtohartsin plasmakäsittelyssä syntyvien reaktiotuotteiden selvittäminen suoritettiin
tarkastelemalla ainetaseita sekä aihetta käsitteleviä tutkimuksia. Näiden perusteella
parannettiin jäähdytystä, suunniteltiin jatkuvatoiminen syöttömenetelmä sekä
laadittiin toimintaalueen
reunaehdot laitteistolle.
Koelaitteistossa 6,5 kW:n rfteho
syötetään sovitinpiirin ja kuparisen induktiokelan
kautta plasmaan. Plasmakaasuna on käytetty hapenja
argonin seoskaasua. Plasmapolttoa
on seurattu massaspektrometrilla, optisella emissiospektrometrilla, lämpösekä
painemittareilla. Laskennan ja kokeiden pohjalta selvitettiin optimaalinen seossuhde
plasmakaasulle, paineen ja tehon noston vaikutus hartsin polttonopeuteen sekä
jatkuvatoimisen syöttömenetelmän edut panostoimiseen syöttöön. Rfgeneraattorin
teho rajoitti jatkuvatoimisen polttonopeuden 130 g/h ja hetkellisen polttonopeuden
175 g/h. Radioaktiivisten aineiden pidätys oli 93,5 % cesiumin osalta.
Tulosten perusteella 4 kg/h ioninvaihtohartsia polttavan laitteiston tehon lähteeksi
tarvitaan 65 kW rfgeneraattori.
Palamattoman hartsin ja tuhkan kulkeutuminen partikkelisuodattimille
sekä reaktiotuotteena syntyvien rikinoksidien käsittely vaatii vielä
jatkotutkimusta.
Käytönjälkeen ioninvaihtohartsi luokitellaan matalaja
keskiaktiivisiin jätteisiin.
Plasmakäsittelyllä käytetyn ioninvaihtohartsin tilavuutta voidaan pienentää sekä sen
orgaaninen luonne poistaa. Plasmakäsittelyn tarkoituksena on hapettaa orgaaninen
aines oksideiksi, jotka poistuvat prosessista savukaasuina. Epäorgaaninen aines, joka
sisältää radioaktiivisen aineksen, on tarkoitus hapettaa oksideiksi ja sulfideiksi, jotka
voidaan kerätä talteen tuhkana. Tässä diplomityössä käsitellään käytetyn ioninvaihtohartsin
käsittelyyn suunnitellun plasmapolttoprosessin kehittämistä ja optimointia.
Ioninvaihtohartsin plasmakäsittelyssä syntyvien reaktiotuotteiden selvittäminen suoritettiin
tarkastelemalla ainetaseita sekä aihetta käsitteleviä tutkimuksia. Näiden perusteella
parannettiin jäähdytystä, suunniteltiin jatkuvatoiminen syöttömenetelmä sekä
laadittiin toimintaalueen
reunaehdot laitteistolle.
Koelaitteistossa 6,5 kW:n rfteho
syötetään sovitinpiirin ja kuparisen induktiokelan
kautta plasmaan. Plasmakaasuna on käytetty hapenja
argonin seoskaasua. Plasmapolttoa
on seurattu massaspektrometrilla, optisella emissiospektrometrilla, lämpösekä
painemittareilla. Laskennan ja kokeiden pohjalta selvitettiin optimaalinen seossuhde
plasmakaasulle, paineen ja tehon noston vaikutus hartsin polttonopeuteen sekä
jatkuvatoimisen syöttömenetelmän edut panostoimiseen syöttöön. Rfgeneraattorin
teho rajoitti jatkuvatoimisen polttonopeuden 130 g/h ja hetkellisen polttonopeuden
175 g/h. Radioaktiivisten aineiden pidätys oli 93,5 % cesiumin osalta.
Tulosten perusteella 4 kg/h ioninvaihtohartsia polttavan laitteiston tehon lähteeksi
tarvitaan 65 kW rfgeneraattori.
Palamattoman hartsin ja tuhkan kulkeutuminen partikkelisuodattimille
sekä reaktiotuotteena syntyvien rikinoksidien käsittely vaatii vielä
jatkotutkimusta.