JPH0653276B2 - 復水脱塩装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は脱塩装置に係り、特に、イオン交換樹脂を用い
た復水脱塩装置に好適な脱塩装置に関する。

〔発明の背景〕

従来の原子炉系、特に沸騰水型原子炉系は第１図に示す
ような構造からなり、炉浄化系１０を備える原子炉圧力
容器１から流出した蒸気は高圧タービン２，湿分分離器
３および低圧タービン４を経て復水器５に流入し、この
復水器５において凝縮されて復水となる。前記低圧ター
ビン４は抽気系１１を介して給水ヒータ９に連通し、こ
の給水ヒータ９はヒータドレン系１２を介して復水器５
に連通している。したがつて復水器５，抽気系１１およ
び給水ヒータ９などで発生した腐食生成物（以下クラツ
ドと称す）は復水中の不純物となり、この不純物は復水
脱塩塔７で脱塩，ろ過される。その不純物を排除された
復水は給水ヒータ９を経て原子炉圧力器１へ流入し、以
降はこれと同様にして復水が繰り返し循環される。

上記のような構成の原子炉では、復水脱塩器７でろ過さ
れなかつたクラツドが原子炉容器１へ流入して放射化さ
れ、この放射化を経て前記機器および配管内に付着する
ことにより，プラント線量率（被曝量率）が上昇するこ
とが問題となつている。ところが最近は給水持込鉄の低
減により、プラント線量の上昇率を低減できることが明
確となつてきた。ところで既設のプラントの大部分は上
記のような復水脱塩器単体により復水を脱塩、ろ過して
いるため、クラツドが除去率が低く６０〜７０％であ
り、復水脱塩器入口における復水のクラツド濃度が１５
〜２５ｐｐｂであるのに対し、復水脱塩器出口における
復水のクラッド濃度は４〜１０ｐｐｂある。したがつて
原子炉へ持ち込まれクラツド（主成分は粒径0.45μｍ以
上の酸化鉄）は１１００ＭＷｅ級の原子炉においては年
間２００〜５００kgにも達する。

これは、従来の脱塩器が復水器の冷却水（例えば海水）
リーク等を想定し、これによる機器配管の腐食防止の為
に設置されており、脱塩器はイオン除去能を発揮するよ
う考慮されており、クラツド除去能については、配慮さ
れていなかつた。

尚、この種の装置として関連するものに例えば、「火力
原子力発電」ｖｏ１３５，No，１２，１９８４「ＢＷＲ
復水脱塩装置の除鉄性能向上」等があげられる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、カチオン樹脂を有効利用することによ
りプラントの放射線量率の低減及び放射性廃棄物量の低
減を効果的に行なうことができる復水脱塩装置を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明は、カチオン樹脂及
びアニオン樹脂を内蔵し復水の脱塩処理を行う復水脱塩
塔と、該復水脱塩塔から前記２つの樹脂を導入し、その
比重差により両者を分離する第１の分離塔と、該第１の
分離塔で分離されたアニオン樹脂を導入して廃棄物処理
系に排出し、新たなアニオン樹脂を導入するアニオン樹
脂処理塔と、前記第１の分離塔から前記２つの樹脂の混
合物を導入し、該２つの樹脂をその比重差により再分離
する第２の分離塔と、該第２の分離塔で分離されたカチ
オン樹脂を前記第１の分離塔に戻すラインと、前記第１
の分離塔からは分離されたカチオン樹脂を、前記アニオ
ン樹脂処理塔からは前記新たなアニオン樹脂を夫々導入
し、これらを混合して前記復水脱塩塔に戻す混合塔とを
備えるようにしたものである。

樹脂による鉄の捕獲機能としては、イオン交換、表
層ろ過、吸着が有るが、復水中の鉄は主に不溶解物
（クラツド）として存在し、その粒径が、第３図に示す
ように、樹脂および樹脂間の空隙に比べて極めて小さ
く、単なる機械的なろ過とは考えにくいことから、吸
着が支配的であると考えられる。

吸着の基本となる樹脂とクラツドの親和力は、復水中で
の各々の界面電気的性能の寄与が大きいものと推定され
る。

第４図は、水中におけるクラツドとイオン交換樹脂の帯
電状態をＰＨの関係でまとめたものである。復水処理に
中性純粋処理を用いる沸騰水型原子力発電所（以下ＢＷ
Ｒ）では、ＰＨは中性領域、すなわち７近傍の値とな
る。第４図より、ＰＨが７近傍であると、カチオン樹脂
は、−側に帯電し、アニオン樹脂は、＋側へ帯電する。
一方、クラツドは、ＰＨが７近傍であると＋側に帯電す
る。従つて、中性領域においてクラツドは、電気的に考
えて、カチオン樹脂に吸着する。従つてクラツドは、Ｂ
ＷＲ環境下では主にカチオン樹脂に吸着する。

一方、国内Ａプラントの復水脱塩塔除去性能の経時変化
から、第５図に示すように、除去性能は、経年的に向上
しており、樹脂の使用履歴による除去性能への影響が大
きい事が、明らかになつてきた。

国内Ｂプラントでの、クラツド負荷に対する除鉄性能の
変化を第６図に示す。

第６図により、クラツド負荷が大きくなるにつれて、除
去性能は向上する。従つて、脱塩塔内イオン交換樹脂
は、使用履歴、及びクラツド負荷の増大により、その除
鉄性能が向上することが判明した。この原因を推定する
ための試験を実施した。その結果を第７図に示す。第７
図は新樹脂と旧樹脂を組み合わせた試験の結果である。
第７図より、アニオン樹脂は新，旧樹脂にかかわらず、
カチオン樹脂が旧樹脂であれば、除去性能は良好である
事がわかる。従つて、復水脱塩塔除去性能の経年的な向
上はカチオン樹脂の表面状態（電位）の変化によるもの
と推定される。

以上の試験結果より、復水脱塩塔の除鉄性能は、カチオ
ン樹脂によるものであり、また、カチオン樹脂の除鉄性
能は使用年数による表面状態（電位）の変化により、経
年的に向上することが明らかになつた。従つて、復水脱
塩塔の除去性能向上方法としては、復水脱塩塔内イオン
交換樹脂を、アニオン樹脂だけ交換し、カチオン樹脂
は、そのまま使用することが有効である。

復水脱塩塔内のイオン交換樹脂は、イオン交換能力、及
び樹脂強度の劣化状態から判断して、アニオン＋カチオ
ン樹脂を同時に交換してきた。

アニオン、カチオン樹脂を同時に交換する理由として
は、復水脱塩塔のイオン交換能力を一定に保つためであ
る。

第８図にアニオン，カチオン樹脂のイオン交換能力経年
変化を示す。アニオン樹脂は６〜７年程度で、海水リー
クを想定した場合の最低必要量以下となるが、カチオン
樹脂は２０年以上使用しても最低必要量以下とは成り得
ない。一方、イオン交換樹脂強度の使用年数に対する劣
化状態を第９図に示す。アニオン樹脂は、使用年数に対
し、強度劣化が著しいがカチオン樹脂は、８年使用して
も、樹脂強度には、大きな劣化はみられない。

従つて、イオン交換能力、および樹脂強度の面から判断
して、アニオン樹脂は６〜７年で、交換が必要である
が、カチオン樹脂については継続して使用可能である事
が明らかになつた。

上述したように、復水脱塩塔は、カチオン樹脂の経年的
な表面状態の変化により、除去性能が向上し、またイオ
ン交換能力、樹脂強度の面から、アニオン樹脂交換後
も、継続して使用可能であることから、復水脱塩塔除鉄
性能向上には、カチオン樹脂を残し、アニオン樹脂だけ
を交換することが有効である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

復水脱塩装置７の中には、イオン交換樹脂１３が充填さ
れており、復水は復水系１８より導入され、復水脱塩装
置７で処理される。アニオン交換樹脂のイオン交換能
力、強度劣化の面で、交換が必要となつた時、イオン交
換樹脂１３（アニオン樹脂，カチオン樹脂）は、再生系
のカチオン樹脂再生塔１４へ圧送される。ここで、イオ
ン交換樹脂は、カチオン樹脂再生塔１４底部よりも注入
される用水により、比重差に応じてアニオン樹脂とカチ
オン樹脂に分離される。分離されたアニオン樹脂は、ア
ニオン樹脂再生塔１５に、用水とともに移送される。カ
チオン樹脂は、カチオン樹脂移送ライン１９より、樹脂
混合塔１６へ移送される。一方、アニオン樹脂再生塔１
５へ移送されたアニオン樹脂は、廃樹脂移送ライン２１
より、廃棄物処理系の廃樹脂貯蔵タンクへ移送される。
次に、新樹脂投入口１７より、アニオン樹脂の新樹脂を
アニオン樹脂再生塔へ投入し、アニオン樹脂移送ライン
２２を経て、樹脂混合塔へ移送される。ここで、アニオ
ン新樹脂とカチオン旧樹脂を混合した後、再び復水脱塩
装置７に、樹脂移送ライン２０を経て充填される。

また、アニオン，カチオン樹脂の分離の際には古いアニ
オン樹脂を完全に排除するために、カチオン再生塔１４
でのアニオン樹脂抜き取りノズルを下方に下げて実施す
る。

その他の古いアニオン樹脂の排除のため、予備分離塔２
３を設置し、カチオン樹脂再生塔１４内でのカチオン樹
脂，アニオン樹脂混合層は、予備分離塔２３へ移送し、
樹脂の分離を完全に実施することにより、古いアニオン
樹脂が残らない方法で樹脂分離を実施する。

本実施例によれば、古いアニオン樹脂を完全に排除し、
クラツドの除去性能が使用履歴により向上するカチオン
樹脂を、交換することなく、使用でき、復水脱塩塔の除
去性能向上に効果がある。

第１０図は、従来通り、アニオン樹脂、カチオン樹脂を
交換していた場合の年間Ｆｅ持込み量と、本発明による
年間Ｆｅ持込み量を１１００ＭＷｅ級プラントでの比較
を示したものである。

第１０図より、本発明によれば、復水脱塩塔除去性能向
上により、年間Ｆｅ持込み量は従来のカチオン，アニオ
ン樹脂同時交換と比較して、約１／２低減可能である。
樹脂交換頻度はアニオン樹脂は従来と同一であるが、カ
チオン樹脂は従来の５回／３０年に対し少なくとも２回
／３０年に減少することができる。１１００ＭＷｅ級の
原子力発電所での樹脂量で試算すると、１回のドラム缶
発生量は約４００本となり、プラント運転寿命の３０年
では、１２００本が低減できる。また樹脂コストでは１
回８０Ｍ￥程度であり、同様に３０年では２４０Ｍ￥の
低減となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、使用履歴により除鉄性能が向上するカ
チオン樹脂を最大限に利用できるので、炉内への鉄の持
込み量を抑制し、プラントで放射線量率を効果的に低減
することができる。

また、イオン交換樹脂の交換に伴う放射性廃棄物発生量
を効果的に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は復水脱塩装置再生系の系統図、第２図はプラン
トの系統概略図、第３図は樹脂とクラツドの粒径比較を
示した図、第４図は水中におけるクラツドとイオン交換
樹脂の帯電状態を示した図、第５図は実機の復水脱塩装
置出口鉄濃度の経年変化を示した図、第６図はクラツド
負荷量と出口鉄濃度の関係を示した図、第７図は樹脂の
新旧による出口鉄濃度の影響を示した図、第８図は樹脂
の貫流イオン交換容量の経年変化を示した図、第９図は
樹脂破砕強度の経年変化を示した図、第１０図は従来通
り、アニオン樹脂，カチオン樹脂を交換していた場合の
年間Ｆｅ持込み量と、本発明による年間Ｆｅ持込み量を
１１００ＭＷｅ級プラントでの比較を示した図である。 １……原子炉、２……高圧タービン、３……湿分分離
器、４……低圧タービン、５……復水器、６……復水ポ
ンプ、７……復水脱塩装置、８……給水ポンプ、９……
給水加熱機、１０……炉浄化系、１１……抽気系、１２
……ヒータドレン系、１３……イオン交換樹脂、１４…
…カチオン樹脂再生塔、１５……アニオン樹脂再生塔、
１６……樹脂混合塔、１７……新樹脂投入口、１８……
復水系、１９……カチオン樹脂移送ライン、２０……樹
脂移送ライン、２１……廃樹脂移送ライン、２２……ア
ニオン樹脂移送ライン、２３……予備分離器、２４……
アニオン樹脂抜き取りノズル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大角 克己 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭57−71689（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−101782（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カチオン樹脂及びアニオン樹脂を内蔵し復
   水の脱塩処理を行う復水脱塩塔と、 該復水脱塩塔から前記２つの樹脂を導入し、その比重差
   により両者を分離する第１の分離塔と、 該第１の分離塔で分離されたアニオン樹脂を導入して廃
   棄物処理系に排出し、新たなアニオン樹脂を導入するア
   ニオン樹脂処理塔と、 前記第１の分離塔から前記２つの樹脂の混合物を導入
   し、該２つの樹脂をその比重差により再分離する第２の
   分離塔と、 該第２の分離塔で分離されたカチオン樹脂を前記第１の
   分離塔に戻すラインと、 前記第１の分離塔からは分離されたカチオン樹脂を、前
   記アニオン樹脂処理塔からは前記新たなアニオン樹脂を
   夫々導入し，これらを混合して前記復水脱塩塔に戻す混
   合塔とを 備えたことを特徴とする復水脱塩装置。