JP2011174776A - 粒状放射性廃棄物の焼却処理方法およびその焼却処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原子力発電所で使用後に高含水率のスラリーとして貯蔵されている廃イオン交換樹脂を、焼却後に残留する灰分の割合を小さくして減容性を向上させた廃イオン交換樹脂の焼却処理方法を提供すること。
【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から回転ドラム内に火炎を吹き込みながら、該密閉式回転焼却炉内で乾燥・熱分解・焼却を行った後、焼却残渣排出口７への入口部に設けた燃焼用ダンパ８表面で保持し、該燃焼用ダンパ８表面の温度を灰分中に含有される微粒カーボンの燃焼温度以上として、灰分中に含有される微粒カーボンの燃焼を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は放射性核種が吸着した粒状放射性廃棄物の焼却処理方法およびその焼却処理装置に関するものである。

原子力発電所で大量に使用されているイオン交換樹脂は、その吸着能力が低下したときに交換され大量の廃棄物が発生する。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、密閉性が完全でない通常の焼却炉では焼却することができない。

高線量放射性廃棄物である廃イオン交換樹脂の処理方法として、乾留処理後に、乾留残渣を焼却する技術が開示されている（特許文献１）。しかし、廃イオン交換樹脂は、燃焼に伴い微粒カーボンとなって飛散しやすく、その一部が未燃の状態で灰分に混入して残留してくるため灰分量が増加し、従来の方法では、減容比の観点から不十分であるという問題があった。

特開昭６３−１７１４００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後に高含水率のスラリーとして貯蔵されている廃イオン交換樹脂を、焼却後に残留する灰分の割合を小さくして減容性を向上させた廃イオン交換樹脂の焼却処理方法およびその焼却処理装置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粒状放射性廃棄物の焼却処理方法は、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、粒状放射性廃棄物を投入し、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乾燥・熱分解・焼却を行った後、残留した灰分を、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への排出前に、焼却残渣排出口への入口部に設けた燃焼用ダンパ表面で保持し、該燃焼用ダンパ表面の温度を灰分中に含有される微粒カーボンの燃焼温度以上として、灰分中に含有される微粒カーボンの燃焼を行う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記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理方法において、燃焼用ダンパ表面の温度を６００〜１０００℃にす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記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理方法において、粒状放射性廃棄物が、水中に５〜３０重量％分散している廃イオン交換樹脂であ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記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理方法において、粒状放射性廃棄物が、脱水処理後の廃イオン交換樹脂であ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の何れかに記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理方法に用いる粒状放射性廃棄物の焼却処理装置であって、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廃棄物投入部、他端部に排ガス出口部を有し、該排ガス出口部の下部には放射性廃棄物燃焼用バーナーを、排ガス出口部の底部には焼却残渣排出口を設け、該焼却残渣排出口への入口部に燃焼用ダンパ設けた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記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理装置において、放射性廃棄物燃焼用バーナーの火口直下に燃焼用ダンパを設けた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３記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理方法に用いる粒状放射性廃棄物の焼却処理装置であって、廃棄物投入部が、回転ドラムの回転軸と水平に設けたスラリー供給用パイプであることを特徴とするものである。

請求項８記載の発明は、請求項４記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理方法に用いる粒状放射性廃棄物の焼却処理装置であって、廃棄物投入部が、二重ダンパ構造を有することを特徴とするものである。

本発明に係る粒状放射性廃棄物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、粒状放射性廃棄物を投入し、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乾燥・熱分解・焼却を行い、焼却後に残留した灰分を、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への排出前に、焼却残渣排出口への入口部に設けた燃焼用ダンパ表面で保持し、該燃焼用ダンパ表面温度を灰分中に含有される微粒カーボンの燃焼温度以上として、灰分中に含有される微粒カーボンの燃焼を行う構成により、従来法では焼却後に残留していた灰分の割合を小さくし、減容率の向上を実現した。

なお、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１０質量％の樹脂含有率）にあり、従来、焼却炉の負荷を軽減するため、焼却に先立って脱水処理を行っていた。しかし、高線量放射性廃棄物の焼却に先立って脱水処理を行った場合、大量の放射性排水が発生するため、その処理に多くの設備とコストが必要となり好ましくないという問題があったが、本発明の請求項７記載の構成によれば、原子力発電所で使用後に高含水率のスラリーとして貯蔵されている廃イオン交換樹脂を、焼却に先立つ脱水処理工程を経ることなく高含水率のまま焼却処理することが可能となり、脱水処理工程を省略することが可能となる。

本発明に係る粒状放射性廃棄物の焼却処理装置の一実施形態における中央縦断面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 燃焼用ダンパの説明図である。 パージ空気供給口周辺の拡大説明図である。 パージ空気により微粒カーボンが再浮遊する説明図である。 他の実施形態における焼却処理装置の中央縦断面図である。

（実施形態１）
図１は本発明に係る粒状放射性廃棄物の焼却処理装置の一実施形態における中央縦断面図を示し、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図を示し、図３は燃焼用ダンパの説明図である。

本発明に係る粒状放射性廃棄物の焼却処理装置は、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。

外殻４は、炭素鋼からなり、回転ドラム３を回転式支持手段１４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。更に、焼却残渣排出口７への入口部の、放射性廃棄物燃焼用バーナー６の火口下に燃焼用ダンパ８を設けている。当該燃焼用ダンパ８は、回転ドラム３に近接した位置に設けることが好ましい。

燃焼用ダンパ８は、図２に示すように、樹脂焼却時には、焼却残渣排出口７への入口部を塞ぐように閉じて使用され、燃焼後に残留した灰分を表面で保持する。その表面温度は、灰分中に含有される微粒カーボンの燃焼温度以上となるように、放射性廃棄物燃焼用バーナー６の燃焼エネルギーによって６００〜１０００℃に昇温されている。

燃焼用ダンパ８の上部には、図３〜図５に示すように、チューブ９を介して外部からパージ空気を供給するパージ空気供給口１０が設けられ、燃焼用ダンパ８のクリアランスに未燃の微粒カーボンが残らないようにパージ空気を供給できる構造としている。パージ空気が供給されると、図５に示すように、燃焼用ダンパ８の上部に保持された微粒カーボンは、燃焼あるいは再浮遊する。再浮遊した粒子は排ガスと一緒に排ガス出口部２から排出されて後段の二次燃焼室で完全燃焼される。

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。焼却作業者の被爆量低減の観点から、焼却に先立つ脱水処理を行わず、スラリー状態のまま焼却炉に投入することが好ましく、本発明は、該スラリー状態のまま密閉式回転焼却炉へ投入して、焼却処理を可能としたものである。

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。入口側３aが３００〜４００℃、出口側３ｂが８００〜９００℃、燃焼用ダンパ８の表面温度が７００〜９００℃の温度分布となるように制御することが好ましい。入口側３a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、出口側３a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１０００℃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。

密閉式回転焼却炉内では、順次、乾燥・熱分解・焼却の各処理が行われる。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なって飛散しやすく、該微粒カーボンのうち、特に細かい粒子は排ガスと一緒に排ガス出口部から排出されて後段の二次燃焼室で完全燃焼させることが可能であるが、粒子径がやや大きいために、排ガスと一緒に排ガス出口部から排出されない微粒カーボンは、未燃の状態で灰分として残留してくる。本発明では、灰分として残留してくる微粒カーボンを、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へ排出する前に、焼却残渣排出口７への入口部に設けた燃焼用ダンパ８の表面で保持して燃焼させる。燃焼用ダンパ８表面での燃焼後の灰分は、主にクラッド（酸化鉄）等からなる。クラッドは廃イオン交換樹脂に極微量に含まれるに過ぎないため、本発明の方法によれば、最終的な灰分の割合を従来法に比べて小さくすることができ、減容率の向上が図られる。

最終的な焼却残渣である灰分は、一日の操業終了時にまとめて排ガス出口部２の底部に設けられた焼却残渣排出口７から排出される。当該焼却残渣排出口７には密閉構造の振動コンベアー又はスクリューコンベア−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。

（実施形態２）
図４は、他の実施形態における焼却処理装置の中央縦断面図を示している。本実施形態は、スラリー供給用パイプ５に代えて、廃棄物投入部１の構造を、投入口に放射性廃棄物投入用ダンパ１１a、１１bを二重に重ねて備え、下部にプッシャー１２を備えるものとした以外は、実施形態１と同様である。

廃イオン交換樹脂の放射線量レベルが低い場合には、前段に脱水処理工程を設け脱水処理をおこなった後、本実施形態の密閉式回転焼却炉により、減容性に優れた焼却処理を行うこともできる。

本実施形態では、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１１a、１１b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１１aを開き、放射性廃棄物投入用ダンパ１１b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１１aを閉じた後、放射性廃棄物投入用ダンパ１１ｂ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１１ｂ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１３を開き、プッシャー１２により回転ドラム３内に押し出し投入する。

このように、廃棄物投入部１に放射性廃棄物投入用ダンパ１１a、１１b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。

１ 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 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 燃焼用ダンパ
９ チューブ
１０ パージ空気供給口
１１a、１１b 放射性廃棄物投入用ダンパ
１２ プッシャー
１３ 遮熱用ダンパ
１４ 回転式支持手段

Claims (8)

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、粒状放射性廃棄物を投入し、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乾燥・熱分解・焼却を行った後、残留した灰分を、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への排出前に、焼却残渣排出口への入口部に設けた燃焼用ダンパ表面で保持し、該燃焼用ダンパ表面の温度を灰分中に含有される微粒カーボンの燃焼温度以上として、灰分中に含有される微粒カーボンの燃焼を行うことを特徴とする粒状放射性廃棄物の焼却処理方法。
2. 燃焼用ダンパ表面の温度を600〜1000℃にすることを特徴とする請求項１記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理方法。
3. 粒状放射性廃棄物が、水中に5〜30重量％分散している廃イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項１記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理方法。
4. 粒状放射性廃棄物が、脱水処理後の廃イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項１記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理方法。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理方法に用いる粒状放射性廃棄物の焼却処理装置であって、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廃棄物投入部、他端部に排ガス出口部を有し、該排ガス出口部の下部には放射性廃棄物燃焼用バーナーを、排ガス出口部の底部には焼却残渣排出口を設け、該焼却残渣排出口への入口部に燃焼用ダンパ設けたことを特徴とする粒状放射性廃棄物の焼却処理装置。
6. 放射性廃棄物燃焼用バーナーの火口直下に燃焼用ダンパを設けたことを特徴とする請求項５記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理装置。
7. 請求項３記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理方法に用いる粒状放射性廃棄物の焼却処理装置であって、廃棄物投入部が、回転ドラムの回転軸と水平に設けたスラリー供給用パイプであることを特徴とする請求項５記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理装置。
8. 請求項４記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理方法に用いる粒状放射性廃棄物の焼却処理装置であって、廃棄物投入部が、二重ダンパ構造を有することを特徴とする請求項５記載の粒状放射性廃棄物の焼却処理装置。

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