JP2001242293A - 放射性黒鉛廃棄物焼却処理方法 - Google Patents

放射性黒鉛廃棄物焼却処理方法

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Kiyotaka Ueda
清隆 上田
Masami Matsuda
将省 松田
Takashi Nishi
高志 西
Takeyuki Kondo
健之 近藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】黒鉛ブロックの破砕処理等の前処理が不要で、
かつ、焼却灰を焼却炉内で溶融・安定化可能な焼却方式
を提供する。 【解決手段】投入口2、空気吹込み口3及び残さ排出口
4を有する炉体1と、炉体の側壁外面に設けられた電磁
誘導コイル5とを備える焼却装置100において、投入
口より黒鉛廃棄物10を投入し、黒鉛廃棄物を誘導加熱
すると共に、空気吹込み口より空気・酸素を投入し、黒
鉛廃棄物を焼却処理する。焼却後の焼却灰を炉体1内に
充填し、その状態で放射性黒鉛廃棄物を投入し、空気の
供給を遮断した状態で放射性黒鉛廃棄物を発熱体として
電磁誘導コイルにより誘導加熱して炉体内を昇温し、焼
却灰を溶融し、この溶融した焼却灰を残さ排出口より排
出し、ガラス固化体にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電所等よ
り発生する放射性黒鉛廃棄物の焼却処理方法に係わり、
特に、黒鉛の粉砕等の前処理が不要で、焼却後の焼却灰
を焼却と同一炉で安定化処理を行うことができる放射性
黒鉛廃棄物焼却処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】原子力発電所、原子力関連の研究所で
は、黒鉛ブロックを中性子減速材、反射材等に使用して
いるものがある。これらの黒鉛ブロックは、使用後は放
射性廃棄物となる。これら、放射性黒鉛廃棄物は、容器
に充填し、空隙部にモルタルを充填して直接処分する方
法が考えられる。しかし、原子炉解体時等は、放射性黒
鉛廃棄物が数千t発生するため、直接処分では、処分費
用がかさんでしまうという問題がある。そこで、放射性
黒鉛廃棄物を焼却することが考えられており、放射性黒
鉛廃棄物を焼却することにより大幅な減容処理が図られ
る。
【0003】焼却処理の方法としては、特開平6−94
896号公報に示すような流動床式焼却炉がある。これ
は、放射性黒鉛廃棄物を粉砕し、800℃〜1200℃で焼却
する方法である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
6−94896号公報に記載の流動床式焼却方式では次
のような問題がある。
【0005】原子力用黒鉛は、中性子の吸収を減らすた
め、不純物の濃度を極力少なくしている。黒鉛の燃焼の
際には、不純物の少ないほど燃えにくいため、原子力用
黒鉛は非常に燃えにくい。燃焼を維持するためには、80
0℃以上の高温であることが必要であるが、高温の維持
には、燃焼による熱を利用するため、持続燃焼させるた
めには、黒鉛を小さく破砕し、燃焼する表面積を大きく
する必要がある。
【0006】しかし、破砕の際に、放射性物質を含んだ
破砕粉が飛散するため、破砕粉を収集する排ガス系が必
要となる。また、破砕機は、破砕粉で汚染されるため、
保守が困難となる。
【0007】また、焼却処理後に焼却灰が発生する。焼
却灰は、処分のために、セメント固化して安定化処理を
行う必要がある。しかし、焼却灰には、Co-60等の放射
性物質が多量に含まれているため、数千ミリシーベルト
毎時程度の非常に強い放射線を発するため、取扱いには
遠隔操作が必要となる。また、セメント混練機を洗浄し
た洗浄水も高い放射能を含むため、処理が困難となる。
【0008】以上のように流動床式焼却方式では、黒鉛
ブロックの破砕が必要であり、破砕粉の飛散や破砕粉に
よる汚染の問題が生じる。また、処理後の焼却灰の安定
化処理が必要であるという問題もある。
【0009】本発明の第1の目的は、黒鉛ブロックの破
砕処理等の前処理が不要な放射性黒鉛廃棄物焼却処理方
法を提供することである。
【0010】本発明の第2の目的は、黒鉛ブロックの焼
却灰を焼却炉内で溶融・安定化可能な放射性黒鉛廃棄物
焼却処理方法を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】(1)上記第1の目的を
達成するために、本発明は、投入口、空気吹込み口及び
残さ排出口を有する炉体と、この炉体の側壁外面に設け
られた電磁誘導コイルとを備える焼却装置を用いた放射
性黒煙廃棄物焼却処理方法において、前記投入口より前
記炉体内に放射性黒鉛廃棄物を投入し、前記電磁誘導コ
イルによりその投入した黒鉛廃棄物を誘導加熱すると共
に、前記空気吹込み口より空気・酸素を投入し、前記黒
鉛廃棄物を焼却するものとする。
【0012】黒鉛の加熱方法としては、特許25030
04号公報にあるように、黒鉛を発熱体として電磁誘導
加熱により加熱する方法がある。本発明は、この加熱方
法を用いて放射性黒鉛廃棄物の焼却に際し、上記第1の
目的を達成するものである。
【0013】つまり、上記のように構成した本発明にお
いては、誘導加熱により黒鉛が燃焼に十分な温度に加熱
できるため、更に空気・酸素を投入することにより黒鉛
を粉砕する必要なくブロックのまま燃焼できる。
【0014】(2)また、上記第2の目的を達成するた
めに、本発明は、上記(1)の放射性黒鉛廃棄物焼却処
理方法において、前記黒鉛廃棄物の焼却により生じた焼
却灰を前記炉体内に充填し、その状態で前記炉体内に新
たな放射性黒鉛廃棄物を投入し、空気の供給を遮断した
状態で前記放射性黒鉛廃棄物を発熱体として前記電磁誘
導コイルにより誘導加熱して炉体内を昇温し、前記焼却
灰を溶融し、この溶融した焼却灰を前記残さ排出口より
排出し、ガラス固化体とする。これにより焼却灰を安定
な固化体にすることができる。また、焼却灰の溶融のた
めの熱源として放射性黒鉛廃棄物(発熱体)を利用する
ことで、発熱体の節約ができる。また、焼却灰を溶融後
に再び空気を吹込むことで、そのまま、残存した放射性
黒鉛廃棄物の焼却処理を継続できる。
【0015】(3)上記(2)において、前記炉体内に
金属を一緒に投入し、前記焼却灰を溶融してもよい。こ
れにより、酸化物よりも、金属中で安定に存在するCo-6
0等の核種は、より安定な金属中に均一に溶解すること
ができる。
【0016】(4)また、上記(1)において、好まし
くは、前記黒鉛廃棄物の焼却時に前記空気・酸素を前記
炉体内の中央部のみに吹込む。
【0017】これにより、燃焼域を炉の中心部に限定す
ることができ、炉内壁付近の温度を低く保つことができ
るため、炉内壁の耐火材の寿命を延ばすことができる。
【0018】(5)また、上記(1)において、好まし
くは、前記空気吹込み口を前記炉体内の底部より高い位
置に設ける。
【0019】これにより、焼却灰の溶融時に空気吹込み
口に溶融物が流入することを防ぐことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に
よる放射性黒鉛廃棄物焼却方法を実施するシステムの概
略構成図である。
【0021】図1において、100は本実施の形態の放
射性黒鉛廃棄物焼却方法で用いる焼却装置であり、焼却
装置100は投入口2、空気吹込口3及び残さ排出口4
を有する炉体1と、炉体1の外周に巻かれた電磁誘導コ
イル5とで構成されている。
【0022】投入口2より、放射性黒鉛廃棄物10を投
入装置6を用いて炉体1内へ投入し、電磁誘導コイル5
により誘導加熱する。誘導加熱により昇温した放射性黒
鉛廃棄物10は、空気吹込口3より空気または酸素を吹
込むことにより燃焼する。
【0023】燃焼により発生した排ガスは、排気口7を
通って排ガス処理系へ導かれる。排ガス処理系では、サ
イクロン21により大まかな粒子が取り除かれる。その
後、セラミックフィルタ22で大半のダスト及び放射性
核種を捕集する。さらに、HEPAフィルタ23で微小
な粒子を捕集し、ブロア24を通って排気塔25より排
出される。サイクロン21、セラミックフィルタ22で
捕集された飛灰31、32は回収され、安定化処理され
る。
【0024】放射性黒鉛廃棄物10に含まれるC−14
は、二酸化炭素となって排気塔25より大気中へ放出さ
れる。C−14の排出量を抑制するために、HEPAフ
ィルタ23の後段に、炭素同位体分離装置を設置するこ
とが考えられる。炭素同位体分離装置としては、沸点の
差により分離する方法や、ゼオライトの吸着能の差を利
用して分離する方法などがある。
【0025】原子炉で使用する黒鉛は、1000℃程度まで
は、温度の増加に伴い燃焼速度が速くなるが、1000℃以
上では、温度上昇によらずほぼ一定の燃焼速度となり、
空気吹込み量にのみ依存するようになる。これにより、
空気の吹込み量を制御することで、燃焼速度を制御する
ことができる。
【0026】焼却後の焼却灰は排出口4より取り出し、
固形化処理される。
【0027】本実施の形態によれば、誘導加熱により、
放射性黒鉛廃棄物10が燃焼に十分な温度に加熱できる
ため、黒鉛ブロックを粉砕する必要がない。本発明の第
2の実施の形態による放射性黒鉛廃棄物焼却方法を図2
により説明する。
【0028】本実施の形態は、第1の実施形態の処理方
法により焼却し、炉体1内に溜まった焼却灰33を、高
温で溶融し、安定なガラス質の物質として残さ排出口4
より排出するものである。
【0029】溶融方法は下記の通りである。焼却灰33
の上に放射性黒鉛廃棄物10を投入口2より炉体内に投
入する。電磁誘導コイル5により、放射性黒鉛廃棄物1
0を誘導加熱する。即ち、本実施の形態において、放射
性黒鉛廃棄物10を発熱源として使用する。放射性黒鉛
廃棄物10の誘導加熱による加熱温度は、焼却灰の溶融
温度の1200℃以上とする。溶融した焼却灰33は、
残さ排出口4より受け容器41へ排出され、安定なガラ
ス固化体34となる。
【0030】放射性黒鉛廃棄物10は炉体1内に残る
が、空気吹込み口3より、空気を吹込むことで、そのま
ま、焼却モードに移行できる。
【0031】焼却灰33を溶融した安定なガラス固化体
34は、核種及び、重金属の閉じ込め性能が高く、セメ
ントと混練して安定化する必要がないため、焼却灰の混
練機は不要となる。
【0032】また、サイクロン21、セラミックフィル
タ22で捕集した飛灰31、32を炉体1の中に戻し、
溶融処理することも考えられる。これにより、二次廃棄
物の発生量を減少することができる。本発明の第3の実
施の形態による放射性黒鉛廃棄物焼却方法を図3により
説明する。本実施の形態は、第2の実施の形態の焼却灰
溶融時に、放射性黒鉛廃棄物10の投入後、更に金属1
1を炉体1内に投入し、金属11を焼却灰33と共に溶
融し、排出するものである。
【0033】本実施の形態によれば、Co-60,Ni-63等の
ように、酸化物としてガラス中に存在するよりも、金属
中に合金化した方が安定する物質は、金属中に取り込ま
れて、第2の実施の形態で作成される固化体34よりも
さらに安定な固化体34Aが得られる。
【0034】投入する金属11には、放射性金属廃棄物
を使用すると効率的である。本発明の第4の実施の形態
による放射性黒鉛廃棄物焼却方法を図4及び図5により
説明する。本実施の形態は、第1〜第3の実施の形態に
おいて、焼却装置を図4に示す焼却装置100Aに置き
換えたものである。
【0035】図4において、本実施の形態で用いる焼却
装置100Aは、空気吹込み口3Aを、ろ中心部のみに
通風されるような構造とし、炉中心部に燃焼域51を形
成できるようにしたものである。空気吹込み口3Aの具
体的構造としては、例えば、空気吹込み口3Aの開口面
積を小さく絞り、ノズル構造とすればよい。
【0036】炉内全体へ通風した場合と、炉中心のみへ
通風した場合の炉内温度の分布を図5に示す。
【0037】炉中心のみに通風した場合、炉壁の温度は
大幅に下がる。炉壁で使用する耐火材は、温度が低いほ
ど耐久性が高いため、炉壁の長寿命化につながる。本発
明の第5の実施の形態による放射性黒鉛廃棄物焼却方法
を図6により説明する。本実施の形態は、第1〜第3の
実施の形態において、焼却装置を図6に示す焼却装置1
00Bに置き換えたものである。
【0038】図6において、本実施の形態で用いる焼却
装置100Bは、空気吹込み口3Bを、炉体1内の底部
から突き出た構造としている。
【0039】空気吹込み口3Bの突き出る高さは、炉体
1内で焼却灰の堆積する高さより高くする。これによ
り、焼却灰溶融時に空気吹込み口3Bに溶融物が流れ込
み、空気吹込み口3Bが閉塞することを押さえることが
できる。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、放射性黒鉛廃棄物を粉
砕処理等の前処理をせずに焼却処理可能である。
【0041】また、本発明によれば、黒鉛焼却後の焼却
灰を同一の焼却炉で溶融・安定化できるため、放射能の
強い残さの安定化処理のための設備が不要となる。
【0042】更に、本発明によれば、Co-60等の放射性
物質を、より安定な金属中に安定化できる。
【0043】また、本発明によれば、炉体内壁の寿命を
大幅に延ばすことができる。
【0044】また、本発明によれば、焼却灰溶融時の空
気吹込み口の溶融物による閉塞を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による放射性黒鉛廃
棄物焼却方法を実施するシステムの概略構成図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態による放射性黒鉛廃
棄物焼却方法を実施するシステムの概略構成図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態による放射性黒鉛廃
棄物焼却方法を実施するシステムの概略構成図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態による放射性黒鉛廃
棄物焼却方法で用いる焼却装置の断面図である。
【図5】図4に示した焼却装置による炉体内温度分布を
示す図である。
【図6】本発明の第5の実施の形態による放射性黒鉛廃
棄物焼却方法で用いる焼却装置の断面図である。
【符号の説明】
1…炉体 2…投入口 3,3A,3B…空気吹込み口 4…残さ排出口 5…電磁誘導コイル 6…投入装置 7…排気口 10…放射性黒鉛廃棄物 11…金属 21…サイクロン 22…セラミックフィルタ 23…HEPAフィルタ 24…ブロア 25…排気塔 31…サイクロン飛灰 32…セラミックフィルタ飛灰 33…焼却灰 34…固化体 34A…固化体 41…受け容器 51…燃焼域 100,100A,100B…焼却装置
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F23J 1/00 G21F 9/30 551D G21F 9/30 B09B 3/00 ZAB 551 303J 303K (72)発明者 西 高志 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 近藤 健之 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 Fターム(参考) 3K061 NB01 NB05 3K065 AA16 AB03 AC09 BA05 DA08 4D004 AA16 AA36 AA50 AB09 AC05 BB10 CA28 CA29 CB04 CB33 CC01 CC02 DA06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】投入口、空気吹込み口及び残さ排出口を有
    する炉体と、この炉体の側壁外面に設けられた電磁誘導
    コイルとを備える焼却装置を用いた放射性黒煙廃棄物焼
    却処理方法において、 前記投入口より前記炉体内に放射性黒鉛廃棄物を投入
    し、前記電磁誘導コイルによりその投入した黒鉛廃棄物
    を誘導加熱すると共に、前記空気吹込み口より空気・酸
    素を投入し、前記黒鉛廃棄物を焼却することを特徴とす
    る放射性黒鉛廃棄物焼却処理方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の放射性黒鉛廃棄物焼却処理
    方法において、 前記黒鉛廃棄物の焼却により生じた焼却灰を前記炉体内
    に充填し、その状態で前記炉体内に新たな放射性黒鉛廃
    棄物を投入し、空気の供給を遮断した状態で前記放射性
    黒鉛廃棄物を発熱体として前記電磁誘導コイルにより誘
    導加熱して炉体内を昇温し、前記焼却灰を溶融し、この
    溶融した焼却灰を前記残さ排出口より排出し、ガラス固
    化体とすることを特徴とする放射性黒鉛廃棄物焼却処理
    方法。
  3. 【請求項3】請求項2記載の放射性黒鉛廃棄物焼却処理
    方法において、 前記炉体内に金属を一緒に投入し、前記焼却灰を溶融す
    ることを特徴とする放射性黒鉛廃棄物焼却処理方法。
  4. 【請求項4】請求項1記載の放射性黒鉛廃棄物焼却処理
    方法において、 前記黒鉛廃棄物の焼却時に前記空気・酸素を前記炉体内
    の中央部のみに吹込むことを特徴とする放射性黒鉛廃棄
    物焼却処理方法。
  5. 【請求項5】請求項1記載の放射性黒鉛廃棄物焼却処理
    方法において、 前記空気吹込み口を前記炉体内の底部より高い位置に設
    けることを特徴とする放射性黒鉛廃棄物焼却処理方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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