JP2010038534A - 密閉式回転焼却炉 - Google Patents

Abstract

【課題】炉外に放射性物質の漏洩が生じない密閉式回転焼却炉であって、金属性廃棄物やガラス製廃棄物を分別せず、そのまま焼却炉に投入できることができ、また、これらの金属性廃棄物やガラス製廃棄物が混在した焼却灰の排出性にも優れた密閉式回転焼却炉を提供すること。
【解決手段】中心軸が水平となるように回転可能に支持された回転ドラム３と、その外周を覆う密閉構造の外殻４と、外殻を貫通して回転ドラムの一端に達する放射性廃棄物投入部１と、回転ドラムの他端に接続された排ガス出口部２とを備え、これらの放射性廃棄物投入部１及び排ガス出口部２はそれぞれ外殻４に気密にフランジ接続されており、排ガス出口部２の下部には回転ドラム３内に火炎を吹き込む放射性廃棄物燃焼用バーナー１１を設け、排ガス出口部２の底部には焼却残渣排出口１７を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は密閉式回転焼却炉に関するものである。

現在、科学研究の分野において放射性同位元素（以下、ＲＩ）を使用することは必須の手段となっている。ＲＩの取り扱いについては「放射性同位元素等による放射性障害の防止に関する法律」が適用される。従って、ＲＩ実験に使用した器具等の放射性廃棄物を廃棄する際には、放射線障害の防止のために必要な措置を講じなければならない。

従来、ＲＩ実験に使用した器具等の放射性廃棄物はそのまま貯蔵されてきたが、貯蔵スペースの観点から、可燃部分を焼却処理する技術への需要があった。放射性廃棄物焼却炉が備えるべき特性としての大前提は、全工程において、炉外に放射性物質の漏洩が生じないことである。

また、ＲＩ実験に使用した器具には注射針やガラス製容器等も含まれているが、被爆量低減の観点から、これらの金属性廃棄物やガラス製廃棄物を分別せず、そのまま焼却炉に投入できることが好ましい。また、金属性廃棄物やガラス性廃棄物は当該焼却炉内で溶融することなく焼却灰とともに排出されることが好ましく、更に、これらの金属性廃棄物やガラス製廃棄物が混在した焼却灰が容易に排出できることが好ましい。

通常の都市ゴミ等の焼却炉に関して、燃焼効率にすぐれ、かつ、焼却灰が容易に排出できる回転式焼却炉の技術が開示されている（特許文献１）。当該回転式焼却炉は、円錐筒状の炉体の中心線が水平となる状態で回転させつつ、当該炉内の一端に設けた焼却対象物投入口から投入された焼却対象物を加熱乾燥させながら他端に向かって移動させ、乾燥工程を経由しながらバーナーの火元に近づくまでに焼却対象物を充分乾燥させることができるものである。また、当該回転式焼却炉において、焼却対象物投入口の他端開口部は煙道部に回転可能に嵌合されており、該煙道部の底部に灰出し口が設けられた構造を有するため、焼却対象物が燃焼して灰となった灰分を連続的に排出でき、焼却灰の排出性にも優れている。

回転式焼却炉では、円錐筒状の炉体の両端部の開口部から燃焼ガスが漏洩することを防止する手段として、開口部を耐熱性の布シール等で覆い、さらに、運転時には排気ファンにより炉内を負圧に保つ方法が一般的に採用されている。しかし、この方法はシール部の密閉性が完全ではないため、例えば、急激に燃焼するアルコールや油等が多量に混入した場合、炉内の負圧を維持することが困難となる場合がある。このため、前記のように、炉外に放射性物質の漏洩が生じないことが大前提として求められる放射性廃棄物焼却炉として従来の回転式焼却炉を採用することは困難であった。

特開平５−５２３１４号公報

本発明の目的は炉外に放射性物質の漏洩が生じない密閉式回転焼却炉であって、金属性廃棄物やガラス製廃棄物を分別せず、そのまま焼却炉に投入できることができ、また、これらの金属性廃棄物やガラス製廃棄物が混在した焼却灰の排出性にも優れた密閉式回転焼却炉を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る密閉式回転焼却炉は、中心軸が水平となるように回転可能に支持された回転ドラムと、その外周を覆う密閉構造の外殻と、外殻を貫通して回転ドラムの一端に達する放射性廃棄物投入部と、回転ドラムの他端に接続された排ガス出口部とを備え、これらの放射性廃棄物投入部及び排ガス出口部はそれぞれ外殻に気密にフランジ接続されており、排ガス出口部の下部には回転ドラム内に火炎を吹き込む放射性廃棄物燃焼用バーナーを設け、排ガス出口部の底部には焼却残渣排出口を設けたことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項1記載の密閉式回転焼却炉において、外殻は燃焼空気導入口を備え、該燃焼空気導入口から外殻内に導入されて、回転ドラム表面からの熱吸収により昇温した空気を、回転ドラム内に導入する燃焼空気流動手段を備えることを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項1記載の密閉式回転焼却炉において、外殻内圧力検出手段と外殻内圧力調節手段とを備えることを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項1〜３の何れかに記載の密閉式回転焼却炉において、回転ドラム電動駆動手段を外殻外部に備えることを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項1〜４の何れかに記載の密閉式回転焼却炉において、放射性廃棄物投入部が二重ダンパ構造であることを特徴とするものである。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の密閉式回転焼却炉において、放射性廃棄物投入部に、更に回転ドラムからの輻射熱を遮熱するための遮熱用ダンパを備えることを特徴とするものである。

請求項７記載の発明は、請求項1〜６の何れかに記載の密閉式回転焼却炉において、放射性廃棄物投入部には、回転ドラム内へ噴霧水を供給するための水噴霧ノズルを備え、排ガス出口部には、温度測定用ノズルと回転ドラム方向に開口した水噴霧ノズルとを備えたことを特徴とするものである。

本発明に係る密閉式回転焼却炉は、回転ドラムを内装する外殻を放射性廃棄物投入部と排ガス出口部とに、各々フランジ接続して外殻内を密閉構造としているため、回転ドラム内に急激に燃焼するアルコールや油等が多量に混入し、回転ドラム内の負圧を維持することが困難となり、回転ドラムの外部に燃焼ガスが漏れた場合であっても、外殻の外部には放射性物質が漏洩する心配はない。

また、本発明に係る密閉式回転焼却炉は、放射性廃棄物投入部から投入された放射性廃棄物を、回転ドラム内で回転させつつ、排ガス出口部の下部に設けた放射性廃棄物燃焼用バーナーの火元に近づくまでに充分加熱乾燥させることができるため、外部からの攪拌による粉塵飛散の問題を生じることなく、かつ、燃焼効率よく放射性廃棄物を燃焼させることができる。更に、本発明に係る密閉式回転焼却炉は、排ガス出口部の底部焼却残渣排出口を設けてあり、焼却灰の排出性に優れるため、金属性廃棄物やガラス製廃棄物が混在した焼却灰を容易に排出することができる。したがって、放射性の金属性廃棄物やガラス製廃棄物を分別せず、そのまま焼却炉に投入でき、焼却炉工程における作業者の被爆量低減を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、外殻に備えた燃焼空気導入口から外殻内に導入された空気が回転ドラム表面からの熱吸収を行うため、回転ドラムの表面温度上昇抑制を目的として回転ドラム内部にライニングされる耐火材厚を薄肉化することができ、回転ドラムの小型化が可能となる。また、回転ドラム表面からの熱吸収により昇温した空気を、燃焼用空気として回転ドラム内に導入することができるため、熱効率に優れ、二酸化炭素排出量削減に資する。

請求項３記載の発明によれば、外殻内圧力検出手段と外殻内圧力調節手段とにより、密閉式回転焼却炉の負圧管理が可能となり、密閉式回転焼却炉外への放射性物質漏洩をより確実に防止することができる。

請求項４記載の発明によれば、回転ドラム電動駆動手段を外殻外部に備えることにより、保守性が向上し、メンテナンス時に作業者の被爆量低減を図ることができる。

請求項５記載の発明によれば、放射性廃棄物投入部を二重ダンパ構造とすることにより、廃棄物投入時にも外殻内を負圧に維持することが可能となり、密閉式回転焼却炉外への放射性物質漏洩をより確実に防止することができる。

請求項６記載の発明によれば、放射性廃棄物投入部の下部先端側に、遮熱用ダンパを設けることにより、回転ドラム内からの輻射熱によって、放射性廃棄物投入部内の温度が上昇し、放射性廃棄物投入部内で、溶剤等の易燃性物質が発火する等の危険を回避することができる。

請求項７記載の発明によれば、放射性廃棄物投入部には、回転ドラム内へ噴霧水を供給するための水噴霧ノズルを備え、排ガス出口部には、温度測定用ノズルと回転ドラム方向に開口した水噴霧ノズルとを備えたことにより、回転ドラム内の入口部と出口部とでそれぞれ好ましい温度となるように、温度分布を制御することができる。また、回転ドラム内温度の過熱を防止して、廃棄物に含まれるガラス製廃棄物の溶融を防止し、耐火物の寿命を延ばすことができる。

本発明に係る密閉式回転焼却炉の一実施形態における側面断面図 図１におけるＡ−Ａ断面図 他の実施形態における密閉式回転焼却炉の側面断面図 回転ドラムと放射性廃棄物投入部とのシール構造を示す断面図 回転ドラムと排ガス出口部とのシール構造を示す断面図

図１は本発明に係る密閉式回転焼却炉の一実施形態における側面断面図を表わし、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図を表わしている。図３は他の実施形態における密閉式回転焼却炉の側面断面図を表わしている。

以下、図面に基づいて本発明の構成を説明する。
本発明の密閉式回転焼却炉は、図1に示すように、放射性廃棄物投入部１と排ガス出口部２と回転ドラム３と外殻４から構成されている。

回転ドラム３は、ＳＵＳまたは炭素鋼の内面に耐火材をライニングした構造を有し、放射性廃棄物投入部１と排ガス出口部２との間で、中心線が水平となるように回転可能に支持されている。回転ドラム３と放射性廃棄物投入部１との間隙５は、図４に示すようにシール部材７で覆われ、回転ドラム３と排ガス出口部２との間隙６は、図５に示すようにシール部材７覆われている。

該シール部材７は、耐熱性の布シール等であって、回転ドラム３が摺動可能に接している。なお、電動駆動手段１４は保守性の観点から、外殻４の外部に設けられ、回転ドラム電動駆動手段１４が外殻４を貫通する部分はオイルシールにより、外殻４の密閉性を確保している。

外殻４は、炭素鋼からなり、図２に示すように、回転ドラム３を回転式支持手段２０により回転可能に内装する構造を有する。外殻４両端に設けられた開口部８のうち、一端には放射性廃棄物投入部１がフランジ接続され、他端には排ガス出口部２がフランジ接続され、外殻４内を密閉構造としている。外殻４は燃焼空気導入口１２と燃焼空気流動手段１３とを備え、更に、外殻内圧力検出手段１５と外殻内圧力調節手段と、逃し弁取付ノズル１６を備えている。

放射性廃棄物投入部１は、投入口に放射性廃棄物投入用ダンパ９a、９bを二重に重ねて備え、下部にはプッシャー１０を備えている。

放射性廃棄物投入部１は、更に、下部先端側に、回転ドラム３内からの輻射熱を遮熱するための遮熱用ダンパ２１を備えている。該遮熱用ダンパ２１は、放射性廃棄物投入部１内で可能な限り回転ドラム３側に設け、放射性廃棄物投入部１内の温度上昇を阻止することが好ましい。また、該遮熱用ダンパ２１には、開閉機構を備え、通常は閉状態として放射性廃棄物を回転ドラム３に投入する際にのみ開状態として、放射性廃棄物投入部１内の温度上昇を阻止している。

また、放射性廃棄物投入部１の下部先端の外周には、回転ドラム３内へ噴霧水を供給するための水噴霧ノズル２２を備えている。該水噴霧ノズル２２は、放射性廃棄物投入部１の下部先端の外周側に固定形成された水噴霧ノズル収納用ボックス部２３に収納されている。

排ガス出口部２の下部には回転ドラム３方向に開口したノズルを備えた放射性廃棄物燃焼用バーナー１１、底部には焼却残渣排出口１７が設けられている。更に、排ガス出口部は温度測定用ノズル１８と回転ドラム方向に開口した水噴霧ノズル１９とを備えるものである。

以下、上記構成における作用を説明する。

本発明に係る密閉式回転焼却炉は、ＲＩ実験に使用した器具等の放射性廃棄物を焼却処理するための焼却炉である。ＲＩ実験に使用した器具には注射針やガラス製容器等も含まれるが、被爆量低減の観点から、これらの金属性廃棄物やガラス製廃棄物を分別せず、そのまま焼却炉に投入することが好ましい。一般に放射性廃棄物はＲＩ施設等で袋詰めや容器詰めされて保管されており、本発明に係る密閉式回転焼却炉は、これらをそのまま（分別せず袋や容器ごと）放射性廃棄物投入部１に投入可能としたものである。

放射性廃棄物投入部１の投入口には放射性廃棄物投入用ダンパ９a、９bが２段に設けられているため、廃棄物投入時には、まず放射性廃棄物投入用ダンパ９aを開き、放射性廃棄物投入用ダンパ９ｂは閉じて放射性廃棄物を投入し、次に放射性廃棄物投入用ダンパ９aを閉じた後、放射性廃棄物投入用ダンパ９ｂを開いて放射性廃棄物を放射性廃棄物投入部１の下部に投入する。

放射性廃棄物投入用ダンパ９ｂを開いて放射性廃棄物投入部１の下部に投入された放射性廃棄物が所定量となった段階で、遮熱用ダンパ２１を開き、プッシャー１０により回転ドラム３内に押し出し投入する。

このように、放射性廃棄物投入部１に放射性廃棄物投入用ダンパ９a、９bを２段に設けることにより、放射性廃棄物投入時にも外殻４及び回転ドラム３内部を負圧に保つことが可能となり、放射性物質の漏洩が有効に防止でき、作業者の被爆量低減が図られる。

また、更に、放射性廃棄物投入部１の下部先端側に、遮熱用ダンパ２１を設けることにより、回転ドラム３内からの輻射熱によって、放射性廃棄物投入部１内の温度が上昇し、放射性廃棄物投入部１内で、溶剤等の易燃性物質が発火する等の危険を回避することができる。

回転ドラム３は放射性廃棄物投入部１と排ガス出口部２との間で、中心線が水平となるように回転可能に支持されており、間隙５、６はシール部材７覆われているが、シール部材７は、耐熱性の布シール等であって、回転ドラム３が摺動可能に接する構造を有する。当該部分のシール性は完全ではないが、通常運転時には、排ガス出口部２に繋がる排ガスファンにより、回転ドラム３内の空気は負圧に保たれており、当該シール部材７の隙間から放射性物質の漏洩が生じることはない。しかし、例えば、回転ドラム３内にアルコールや油等の揮発性成分が多量に混入し燃焼条件変動に伴う暴走が生じた場合には、回転ドラム３内の空気を負圧に保つことが困難となり、当該シール部材７の隙間から放射性物質の漏洩が生じる可能性がある。そこで、本発明では、回転ドラム３全体を覆うように外殻４を設け、外殻４内を密閉構造とすることにより、前記のような燃焼条件変動にも対応可能な構造としている。

回転ドラム３内に導入された放射性廃棄物は、回転ドラム３の回転に伴って、回転ドラム３の他端に向かって移動しながら加熱乾燥され、排ガス出口部２の下部に設けられた放射性廃棄物燃焼用バーナー１１の火元付近で燃焼する。

燃焼用空気は主にバーナー１１の下端から供給される。また、その他に、外殻４に設けた燃焼空気導入口１２から導入した燃焼用空気が、放射性廃棄物投入部１に接続した配管１３ａを通じて回転ドラム３内に供給される。なお、放射性廃棄物投入部１の下部先端側には、遮熱用ダンパ２１を設けているが、該遮熱用ダンパ２１は、仕切り空間の密閉性確保を目的とするものではなく、遮熱効果を奏するものであれば良く、該配管１３ａから回転ドラム３内への燃焼空気の流動を確保するための隙間を有している。

更に、図３に示すように、外殻４に設けた燃焼空気導入口１２から導入した燃焼用空気を、バーナー１１の火元付近から回転ドラム３内に挿入された、噴出ノズル付配管１３ｂを通じて回転ドラム３内に送り込む方法を採用することもできる。

該外殻４に設けた燃焼空気導入口１２から導入した燃焼用空気は、回転ドラム３表面及び外殻４表面からの熱吸収を行う作用も有する。回転ドラム３表面温度は、許容応力の観点から３５０〜４００℃以下とし、外殻４表面温度は、外傷防止の観点から、８０℃以下とすることが望ましい。このような表面温度とする手段として、外殻４内面に保温材を施工したり、回転ドラム３の内面にライニングする耐火材を厚くしたり、断熱性にすぐれた素材を用いる方法もあるが、いずれも、焼却炉の大型化や、高コスト化に繋がり望ましくない。この点、本発明のように、燃焼空気を利用した熱交換方法によれば、前記デメリットを回避して、焼却炉の小型化や、低コスト化が可能となる。なお、熱吸収後の燃焼用空気の一部はシール部材７の隙間から回転ドラム３内に入り、残りは、前記配管１３ａ、１３ｂを通じて回転ドラム３内に供給される。

本発明に係る密閉式回転焼却炉は、ＲＩ実験に使用した器具等の放射性廃棄物を焼却処理するための焼却炉であり、廃棄物に溶剤等の易燃性物質が多く含まれることもある。このような場合、回転ドラム３の入口側３aを３００〜４００℃、出口側３ｂを７００〜８００℃の温度分布となるように制御して、易燃性物質の急激な燃焼を防止することが好ましい。本発明では、当該温度分布を実現する手段として、放射性廃棄物投入部１の下部先端の外周には、回転ドラム３内へ噴霧水を供給するための水噴霧ノズル２２を備えている。該水噴霧ノズル２２から噴霧する液体によって、回転ドラム３の入口側３aの耐火物温度を低下させることができる。なお、該水噴霧ノズル２２から噴霧する液体として、ＲＩ実験に使用した廃水の希釈液を用いることにより、ＲＩ実験廃液の処理も同時に行うこともできる。但し、該温度分布を得る手段は、水噴霧に限定されるものではなく、圧縮空気の供給等の手段を採用することも可能である。

回転ドラム３の出口側３ｂは、排ガス出口部２の下部に設けられた放射性廃棄物燃焼用バーナー１１の熱源からのエネルギーと、放射性廃棄物の燃焼エネルギーとで回転ドラム３内温度は８００℃程度に維持されている。回転ドラム３内温度が約９００℃を超えると放射性廃棄物に混入しているガラスの粘性が増してくるが、耐火物寿命の観点から、当該ガラス溶融は防止することが好ましい。当該ガラス溶融防止手段として、排ガス出口部２に温度測定用ノズル１８と水噴霧ノズル１９とを備え、回転ドラム３内温度がバーナ１１を停止しても約９００℃を超える過熱状態となった場合、回転ドラム３の出口側３ｂ温度が８００℃程度となるように水を噴霧できるようにしている。

回転ドラム３内での廃棄物焼却後に残った焼却残渣は排ガス出口部２の底部に設けられた焼却残渣排出口１７から排出される。当該焼却残渣排出口１７には密閉構造の振動コンベアー又はスクリュードライバーコンベア−が接続され、密閉状態を保ったまま次工程に送られるため、本発明の焼却残渣排出工程においても放射性物質が外部に漏洩することなく、安全に処理可能な構造となっている。

外殻４に備えられた外殻内圧力検出手段１５では、外殻４内の圧力を検出し、外殻４内の圧力が−０．５〜−５ｋＰａ、望ましくは−１〜−２ｋＰａとなるように外郭内圧力調節手段で調節している。外殻内圧力調節手段としては、例えば、排ガスブロワ及び圧力調整弁を採用することができる。なお、外殻４には、逃し弁取付ノズル１５を設け、逃し弁、ＨＦＰＡフィルタに接続することにより、廃棄物中に多量の揮発性物質が混入して急激に燃焼し、回転ドラム３内及び外殻４内の圧力が正圧となった場合でも、放射性物質が外殻４外に漏洩することなく、安全に処理することができる。

外殻４には燃焼空気導入口１２を備え、燃焼用空気の一部を当該燃焼空気導入口１２から外殻４内に導入して、回転ドラム３表面及び外殻４表面から熱吸収を行わせている。これにより、回転ドラム３表面及び外殻４表面を冷却することができる。回転ドラム３表面温度は、許容応力の観点から３５０〜４００℃以下とし、外殻４表面温度は、外傷防止の観点から、８０℃以下とすることが望ましい。このような表面温度とする手段として、外殻４内面に保温材を施工したり、回転ドラム３の内面にライニングする耐火材を厚くしたり、断熱性にすぐれた素材を用いる方法もあるが、いずれも、焼却炉の大型化や、高コスト化に繋がり望ましくない。この点、本発明のように、燃焼空気を利用した熱交換方法によれば、前記デメリットを回避して、焼却炉の小型化や、低コスト化が可能となる。なお、熱吸収後の燃焼用空気の一部はシール部材７の隙間から回転ドラム３内に入り、残りは、燃焼空気流動手段により回転ドラム３内に送り込まれる。

１ 放射性廃棄物投入部
２ 排ガス出口部
３ 回転ドラム
３a 入口側
３ｂ 出口側
４ 外殻
５ 回転ドラムと放射性廃棄物投入部との間隙
６ 回転ドラムと排ガス出口部との間隙
７ シール部材
８ 開口部
９a、９b 放射性廃棄物投入用ダンパ
１０ プッシャー
１１ 放射性廃棄物燃焼用バーナー
１２ 燃焼空気導入口
１３ 燃焼空気流動手段
１３ａ、１３ｂ 配管
１４ 回転ドラム電動駆動手段
１５ 外殻内圧力検出手段
１６ 逃し弁取付ノズル
１７ 焼却残渣排出口
１８ 温度測定用ノズル
１９ 水噴霧ノズル
２０ 回転式支持手段
２１ 遮熱用ダンパ
２２ 水噴霧ノズル
２３ 水噴霧ノズル収納用ボックス部

Claims (7)

1. 中心軸が水平となるように回転可能に支持された回転ドラムと、その外周を覆う密閉構造の外殻と、外殻を貫通して回転ドラムの一端に達する放射性廃棄物投入部と、回転ドラムの他端に接続された排ガス出口部とを備え、
   これらの放射性廃棄物投入部及び排ガス出口部はそれぞれ外殻に気密にフランジ接続されており、
   排ガス出口部の下部には回転ドラム内に火炎を吹き込む放射性廃棄物燃焼用バーナーを設け、
   排ガス出口部の底部には焼却残渣排出口を設けたことを特徴とする密閉式回転焼却炉。
2. 外殻は燃焼空気導入口を備え、
   該燃焼空気導入口から外殻内に導入されて、回転ドラム表面からの熱吸収により昇温した空気を、回転ドラム内に導入する燃焼空気流動手段を備えることを特徴とする請求項1記載の密閉式回転焼却炉。
3. 外殻部内圧力検出手段と外殻内圧力調節手段とを備えることを特徴とする請求項1記載の密閉式回転焼却炉。
4. 回転ドラム電動駆動手段を外殻外部に備えることを特徴とする請求項1〜３の何れかに記載の密閉式回転焼却炉。
5. 放射性廃棄物投入部が二重ダンパ構造であることを特徴とする請求項1〜４の何れかに記載の密閉式回転焼却炉。
6. 放射性廃棄物投入部に、更に回転ドラムからの輻射熱を遮熱するための遮熱用ダンパを備えることを特徴とする請求項５記載の密閉式回転焼却炉。
7. 放射性廃棄物投入部には、回転ドラム内へ噴霧水を供給するための水噴霧ノズルを備え、排ガス出口部には、温度測定用ノズルと回転ドラム方向に開口した水噴霧ノズルとを備えたことを特徴とする請求項1〜６の何れかに記載の密閉式回転焼却炉。

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