JP2011174628A

JP2011174628A - 廃イオン交換樹脂の焼却処理方法

Info

Publication number: JP2011174628A
Application number: JP2010037107A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Heta; 勝敏部田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2011-09-08
Anticipated expiration: 2030-02-23
Also published as: JP5385819B2

Abstract

【課題】原子力発電所で使用された廃イオン交換樹脂の焼却後に発生する焼却灰を、取り扱い性に優れかつ低コストな方法で処理する技術を提供すること。
【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を備えた密閉式回転焼却炉の一端部に設けた廃棄物投入部１から、廃イオン交換樹脂とガラスビーズを投入し、排ガス出口部２の下部に設けた放射性廃棄物燃焼用バーナー６から回転ドラム３内に火炎を吹き込みながら、該密閉式回転焼却炉内で、廃イオン交換樹脂の乾燥・熱分解・焼却を行った後に残留した灰分を、ガラスビーズと共に、回転ドラムの他端部に設けた排ガス出口部の底部に設けた焼却残渣排出口７に連結した溶融加熱炉８に導入して溶融固化する。
【選択図】図１

Description

本発明は放射性核種が吸着した廃イオン交換樹脂の焼却処理方法に関するものである。

焼却炉から発生する灰分が、原子力発電所で使用された廃イオン交換樹脂の焼却後に残留する灰分である場合、その主成分は、主に未燃カーボンの微粒子とクラッド（酸化鉄）と呼ばれる微粒子からなる。これらは、いずれも微粒子であるため、そのままでは取り扱いが困難であるという問題があった。

焼却炉から発生する灰分の処理に関する技術として、例えば特許文献１には、焼却灰を溶融処理する技術が開示されている（特許文献１）。しかし、原子力発電所で使用された廃イオン交換樹脂の焼却後に残留する灰分の主成分であるクラッドの溶融温度は１５００℃と高温であって、溶融処理のエネルギーコストが高いという問題があった。

更に、この廃イオン交換樹脂は放射性核種が吸着されている放射性廃棄物であるため、残留する灰分にも放射性物質が含有され、密閉性が完全でない従来の技術をそのまま利用することはできない問題もあった。

特開２００１−１９３９２０号公報

本発明の目的は、前記の問題を解決し、原子力発電所で使用された廃イオン交換樹脂の焼却後に発生する焼却灰を取り扱い性に優れかつ低コストな方法で処理ことができる廃イオン交換樹脂の焼却処理方法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廃イオン交換樹脂の焼却処理方法は、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を備えた密閉式回転焼却炉の一端部に設けた廃棄物投入部から、廃イオン交換樹脂とガラスビーズを投入し、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から回転ドラム内に火炎を吹き込みながら、該密閉式回転焼却炉内で、廃イオン交換樹脂の乾燥・熱分解・焼却を行った後に残留した灰分を、ガラスビーズと共に、回転ドラムの他端部に設けた排ガス出口部の底部に設けた焼却残渣排出口に連結した溶融加熱炉に導入して溶融固化する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記載の廃イオン交換樹脂の焼却処理方法において、回転ドラム内の温度を、廃棄物投入部側の前段では１００〜３００℃、中段では３００〜５００℃、後段では５００〜９００℃に保ち、各温度領域にて廃イオン交換樹脂の乾燥・熱分解・焼却を各々行い、溶融加熱炉内の温度を１０００〜１３００℃として溶融固化を行う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または２記載の廃イオン交換樹脂の焼却処理方法において、廃棄物投入部から、廃イオン交換樹脂を投入し、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から回転ドラム内に火炎を吹き込みながら、該密閉式回転焼却炉内で、廃イオン交換樹脂の乾燥・熱分解・焼却を行った後に、
廃棄物投入部から、ガラスビーズを投入し、回転ドラム内に残留している廃イオン交換樹脂の焼却灰分をガラスビーズに付着させながら溶融加熱炉に導入することを特徴とするものである。

本発明に係る廃イオン交換樹脂の焼却処理方法では、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を備えた密閉式回転焼却炉の一端部に設けた廃棄物投入部から、廃イオン交換樹脂とガラスビーズを投入し、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から回転ドラム内に火炎を吹き込みながら、該密閉式回転焼却炉内で、廃イオン交換樹脂の乾燥・熱分解・焼却を行った後に残留した灰分を、ガラスビーズと共に、回転ドラムの他端部に設けた排ガス出口部の底部に設けた焼却残渣排出口に連結した溶融加熱炉に導入して溶融固化する構成により、微粒子形状であるためそのままでは取り扱いが困難であり、かつ、溶融温度が１５００℃であるため従来の溶融処理方法では溶融処理コストが高くなるクラッドを、取り扱い性に優れかつ低コストな方法で溶融処理可能とした。

本発明に係る廃イオン交換樹脂の焼却処理方法に用いる装置の一実施形態における中央縦断面図である。

本発明に係る廃イオン交換樹脂の焼却処理方法に用いる装置は、図1に示すように、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からなる密閉式回転焼却炉と、溶融加熱炉８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、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は、回転ドラム３自体の交換・廃棄作業性を考慮して、外径５５０ｍｍ以下としている。

外殻４は、円筒形状の炭素鋼からなり、回転ドラム３を回転式支持手段１２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のうち、一端には放射性廃棄物投入部１が接続され、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には燃焼空気導入口（図示しない）・外殻内圧力検出手段（図示しない）・外殻内圧力調節手段（図示しない）・逃し弁取付ノズル（図示しない）等を備えている。

廃棄物投入部１は、回転ドラムと平行に設けたスラリー供給用パイプ５を、外殻４と回転ドラム３を貫通させて配置して構成している。

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６、底部には焼却残渣排出口７が設けられている。焼却残渣排出口７には、溶融加熱炉８が連結されている。

溶融加熱炉８としては、例えば、図１に示すように、従来から公知の誘導加熱炉８を利用すればよい。誘導加熱炉８は、炉体１０の内側にキャニスタ９を挿入し、外周に配置したコイル電極１１から構成され、５００〜３０００Ｈｚの周波数でキャニスタ９内に収納された被加熱物の溶融処理を行うものである。

以下、上記構成における作用を説明する。

図１に示す密閉式回転焼却炉は、原子力発電所で発生する使用済みの廃イオン交換樹脂を焼却処理するのに最適な焼却炉である。原子力発電所で発生する廃イオン交換樹脂は、放射性核種が吸着されている高線量放射性廃棄物であるため、その焼却処理工程では、完全な密閉性が要求される。この廃イオン交換樹脂は、水中で使用されるために多量の水分を含有したスラリー状態（約５〜３０重量％の樹脂含有率）にあり、通常、該スラリー状態のまま貯蔵されている。本発明では、該スラリー状態のまま密閉式回転焼却炉へ投入して、焼却処理を行う。

スラリー状態（約５〜３０重量％の樹脂含有率）の廃イオン交換樹脂は、まず、放射性廃棄物投入部１から回転ドラム３内へ投入されるが、本実施形態では、廃棄物投入部１を、回転ドラム３と平行に設けたスラリー供給用パイプ５を外殻４と回転ドラム３を貫通させて配置した構造とすることにより、スラリー状態（約５〜３０重量％の樹脂含有率）の廃イオン交換樹脂を直接回転ドラム３内へ直接投入することを可能としている。

回転ドラム３内に導入された廃イオン交換樹脂は、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６の火元付近で燃焼する。燃焼用空気は主に放射性廃棄物燃焼用バーナー６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（図示しない）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（図示しない）を通じて回転ドラム３内に供給される。

回転ドラム３の温度は、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６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を熱源として、制御される。回転ドラム３内温度は、廃棄物投入部側の前段では１００〜３００℃、中段では３００〜５００℃、後段では５００〜９００℃の温度分布となるように制御することが好ましい。前段の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（図示しない）を備えている。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。また、後段の当該温度分布を実現する手段として、排ガス出口部２に温度測定用ノズル（図示しない）と水噴霧ノズル（図示しない）とを備え、回転ドラム３内温度が放射性廃棄物燃焼用バーナー６を停止しても約９００℃を超える過熱状態となった場合、水を噴霧できるようにしている。

回転ドラム３内では、順次、乾燥・熱分解・焼却の各処理が行われる。焼却後に残留する灰分は、回転ドラム３から連続排出されて、誘導加熱炉８のキャニスタ９に収容されていく。

本発明は廃イオン交換樹脂の焼却処理方法に係るものであり、廃イオン交換樹脂は、燃焼に伴い微粒カーボンとクラッドを主体とする焼却灰となる。廃イオン交換樹脂の焼却灰分には放射性物質が含有されており、回転ドラム内に残留する焼却灰分が、回転ドラム内の線量を高くしていた。

本発明では、廃イオン交換樹脂の焼却後に、放射性廃棄物投入部１からガラスビーズを投入する。ガラスビーズの溶融温度は１０００〜１２００℃であり、回転ドラム３内温度は、廃棄物投入部側の前段では１００〜３００℃、中段では３００〜５００℃、後段では５００〜８００℃に制御されているため、ガラスビーズは回転ドラム内では、溶融しない。ただし、回転ドラム内温度が５００〜９００℃になる後段ではガラスビーズの表面が軟化しはじめ、ここに廃イオン交換樹脂の焼却灰分を付着させながら誘導加熱炉８内に排出されていくため、本発明によれば、回転ドラム内の線量を低下させることができる。

誘導加熱炉８のキャニスタ９に一定量の焼却灰とガラスビーズが収容されたのち、キャニスタ９内を１０００〜１３００℃として、溶融処理を行う。このようにして、溶融を行った後、溶融物は冷却固化されて、ガラス固化体として取り出される。ただし、本実施形態には限定されず、焼却残渣排出口７に高周波溶融炉を設けて、連続的に溶融処理をすることもできる。

焼却炉から発生する灰分が、原子力発電所で使用された廃イオン交換樹脂の焼却後に残留する灰分である場合、その主成分は、主に未燃カーボンの微粒子とクラッド（酸化鉄）と呼ばれる微粒子からなり、クラッドの溶融温度は１５００℃と高温であって、溶融処理のエネルギーコストが高いという問題があったが、本発明では、クラッドを溶融させる代わりに、ガラス固化体として処理する構成により、溶融処理のエネルギーコストの低下を図ることができる。

また、焼却炉から発生する灰分が微粒子の場合、そのままでは取り扱いが困難であるという問題があったが、ガラス固化体として処理する構成により、当該問題も解消される。

なお、回転ドラム３内での焼却処理の後、回転ドラム３内にガラスビーズを投入して、ガラスビーズとその表層に付着した焼却灰を回転ドラム３の他端部に設けた排ガス出口部２の底部に設けた焼却残渣排出口７に連結した溶融加熱炉８に導入して溶融固化する構成は、雑固体の焼却処理にも適用することができる。

１廃棄物投入部
２排ガス出口部
３回転ドラム
４外殻
５スラリー供給用パイプ
６放射性廃棄物燃焼用バーナー
７焼却残渣排出口
８溶融加熱炉（誘導加熱炉）
９キャニスタ
１０炉体
１１電極
１２回転式支持手段

Claims

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を備えた密閉式回転焼却炉の一端部に設けた廃棄物投入部から、廃イオン交換樹脂とガラスビーズを投入し、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から回転ドラム内に火炎を吹き込みながら、該密閉式回転焼却炉内で、廃イオン交換樹脂の乾燥・熱分解・焼却を行った後に残留した灰分を、ガラスビーズと共に、回転ドラムの他端部に設けた排ガス出口部の底部に設けた焼却残渣排出口に連結した溶融加熱炉に導入して溶融固化することを特徴とする廃イオン交換樹脂の焼却処理方法。
回転ドラム内の温度を、廃棄物投入部側の前段では１００〜３００℃、中段では３００〜５００℃、後段では５００〜９００℃に保ち、
各温度領域にて廃イオン交換樹脂の乾燥・熱分解・焼却を各々行い、
溶融加熱炉内の温度を１０００〜１３００℃として溶融固化を行うことを特徴とする請求項１記載の廃イオン交換樹脂の焼却処理方法。
廃棄物投入部から、廃イオン交換樹脂を投入し、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から回転ドラム内に火炎を吹き込みながら、該密閉式回転焼却炉内で、廃イオン交換樹脂の乾燥・熱分解・焼却を行った後に、
廃棄物投入部から、ガラスビーズを投入し、回転ドラム内に残留している廃イオン交換樹脂の焼却灰分をガラスビーズに付着させながら溶融加熱炉に導入することを特徴とする請求項１または２記載の廃イオン交換樹脂の焼却処理方法。