After Fukushima accident, containment filtered venting systems (CFVS) are being considered as an effective way to protect the integrity of containment against over pressurization. Currently the price of CFVS is relatively high. Even if CFVS is implemented, if an accident involves radioactivity release through containment bypass scenario, a separate system is needed to deal with such release. And for NPPs without CFVS, there is a need for a system to effectively capture the released radioactive materials under severe accident. In all of the cases, a need for a system to treat the captured source term exists. As such, research and development into an alternative effluent treatment system with versatility of design and reasonable cost is necessary.
A conceptual design of a new gaseous effluent treatment system is proposed in this research. The system uses cyclone separators with novel absorbent materials integrated with a commercialized Cesium Removal System (CRS). An initial evaluation of the efficiency of the system was made with an assumption that the aerosols and gases, after separation, can be separately absorbed/treated to meet regulations. Thus the entire system efficiency relies on the performance of cyclone separator.
For the analysis of cyclone performance, a Reynolds average Navier-Stokes (RANS) k-$\varepsilon$ model was used as the turbulent model in a computational fluid dynamics (CFD) approach. Using the open source Field Operation And Manipulation (OpenFOAM) software as a simulation tool, the flow field inside the cyclone was analyzed and the efficiency of the cyclone was calculatedevaluated. Also, a theoretical calculation of novel absorbent’s mass was conducted. Results showed that this gaseous effluent treatment system can separate and treat the gaseous and aerosol parts. Further analyses, based on the result obtained, were performed to increase the cyclone separation efficiency, thus to enhance the whole system performance. The presented conceptual design could serve as an alternative or complementary technology for effluent treatment, in an emergency, prior to atmospheric discharge, and can be the basis for system cost evaluation.
후쿠시마 사고 이후, 과압으로 인해 발생되는 격납건물 파손을 방지하기 위한 효과적인 방법으로 격납건물여과배기계통을 적용하고 있다. 그러나 CFVS의 설치 비용이 매우 높다. CFVS가 적용이 되는 경우에도 원자력 발전소 격납건물 우회 파손에 의해 발생하는 선원항을 제거하기 위해서는 별도의 처리 시스템이 필요하다. 시스템이 개발 중이지만, 포집한 선원항을2차적으로 별도의 처리하는 시스템이 필요하다. 본 연구에서는 경제성 개선을 통해 CFVS를 대체하거나 CFVS가 적용될 수 없는 경우 누출되는 선원항을 처리할 수 있는 다양한 상황에서의 적용 가능성을 고려한 새로운 기체 유출물 처리시스템을 고안하였다.
구체적으로 연구는 기체 유출물 처리를 위해 새로운 흡착제와 함께 상용화된 세슘 제거 시스템 (CRS) 여과 계통을 포함한 사이클론 분리기의 개념설계를 제시하였다. 본 시스템의 초기 효율을 평가하는 과정에서 에어로졸과 기체가 사이클론 분리기 내부에서 분리된 이후에 규제를 만족하기 위해 별도로 흡수된다고 가정하였다. 따라서 전체 시스템의 효율은 사이클론 분리기의 분리 효율에 의해 결정된다고 볼 수 있다.
전산유체역학(CFD) 분석을 위해의 Reynolds average Navier-Stokes (RANS) k-$\varepsilon$ model 난류 모델을 적용하고 open source Field Operation And Manipulation (OpenFOAM) 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여, 사이클론 내부의 흐름장을 분석하고 효율을 평가하였다. 새로운 흡착제의 질량은 이론적인 방법으로 계산하였다.
전산유체분석을 통해 기체 유출물이 사이클론 분리기를 통과한 후, 에어로졸과 기체로 분리되고 별도로 처리됨을 확인검증하였다. 또한 시스템 전체의 성능을 향상시키기 위해 사이클론 분리기의 효율을 높이기 위한 연구를 수행하였다. 제안된이러한 개념 설계는 기체 유출물이 대기 중으로 확산되는 것을 방지하고, 오염 물질을 제염하는 대안 기술로써 적용될 수 있다. 마지막으로, 본 연구의 결과는 사이클론 분리기를 포함한 CFVS의 경제성과 성능을 평가하기 위한 참고자료로도 활용 가능할 것이다.
