JP2013101088A - 放射性廃棄物焼却炉および放射性廃棄物焼却処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリーキルン内での撹拌燃焼に伴って焼却炉内で飛散しやすい軽量の放射性廃棄物が、未燃の状態で灰分に残留する割合を低減して、減容性に優れた焼却処理を行うことができる放射性廃棄物焼却炉および放射性廃棄物焼却処理方法を提供すること。
【解決手段】回転可能に支持された横型の回転ドラム３と、その外周を覆う密閉構造の外殻４と、外殻を貫通して該回転ドラムの一端に達する放射性廃棄物投入部１と、該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、該放射性廃棄物投入部及び排ガス出口部は、各々、外殻と気密にフランジ接続されており、該排ガス出口部には該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１１を設け、該排ガス出口部の底部には焼却残渣排出口１７を設けた放射性廃棄物焼却炉であって、該焼却残渣排出口に、外周を密閉構造の外殻２２で覆ったストーカ部５を接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射性廃棄物焼却炉および放射性廃棄物焼却処理方法に関するものである。

放射性廃棄物焼却炉に関し、ロータリーキルンの外周を密閉構造の外殻で覆うことにより放射性物物質の漏洩を回避しつつ、効率よく放射性廃棄物を減容処理する技術が開示されている（特許文献１）。

従来、原子力施設で発生するポリエチレン、紙、ウエス、樹脂などを主体とする放射性廃棄物に対しては、特許文献１記載の焼却炉によって、十分なレベルの減容処理が行われていた。

ところが、２０１１年３月に発生した東日本大震災では、従来の原子力施設では経験のない放射性廃棄物が発生している。つまり、原子力発電所の外で、放射能汚染したガレキ、樹木、枯葉、汚泥などである。

これらの新たな放射性廃棄物のうち可燃性の物は、焼却処理により、減容安定化することが望ましい。当該観点および、放射能の漏洩防止の観点から、原子力発電所の外で、放射能汚染したガレキ、樹木、枯葉、汚泥などの焼却処理は、特許文献１記載の焼却炉のような密閉構造のにより行うことが望ましい。

しかし、樹木や枯葉は軽量のため、ロータリーキルン内での撹拌燃焼に伴って飛散しやすく、一部は完全に燃えないうちに、灰と一緒に排出されてしまい、減容性を損なうという問題があった。

また、２０１１年３月に発生した東日本大震災以降、前記のように、従来の放射性廃棄物（原子力施設で発生するポリエチレン、紙、ウエス、樹脂など）に加えて、新たな放射性廃棄物（原子力発電所の外で放射能汚染したガレキ、樹木、枯葉、汚泥など）も放射性廃棄物として焼却処理することが求められ、焼却処理対象となる放射性廃棄物量が著しく増大しているため、従来の放射性廃棄物に関しても更なる減容化が求められている。特に、樹脂や活性炭など軽量の廃棄物は、ロータリーキルン内での撹拌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、減容性が損なわれるため、これらの軽量の放射性廃棄物の減容化が課題となる。

特開２０１０−３８５３４号公報

本発明の目的は前記の問題・課題を解決し、ロータリーキルン内での撹拌燃焼に伴って焼却炉内で飛散しやすい軽量の放射性廃棄物が、未燃の状態で灰分に残留する割合を低減して、減容性に優れた焼却処理を行うことができる放射性廃棄物焼却炉および放射性廃棄物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の放射性廃棄物焼却炉は、回転可能に支持された横型の回転ドラムと、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放射性廃棄物焼却炉であって、焼却残渣排出口に、外周を密閉構造の外殻で覆ったストーカ部を接続し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記載の放射性廃棄物焼却炉において、ストーカ部は、内部温度を７００〜９００℃に維持するバーナ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または２記載の放射性廃棄物焼却炉を用いた放射性廃棄物焼却処理方法であって、燃焼空気の５〜３０％をストーカ部の側壁または下部からストーカ部内に供給し、焼却残渣のストーカ部における滞留時間を１５分〜２時間とす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３記載の放射性廃棄物焼却処理方法において、焼却処理される放射性廃棄物が、樹木や枯葉、樹脂や活性炭など、含水性かつ軽量の廃棄物を含み、該含水性かつ軽量の廃棄物を、回転ドラム内で燃焼後、その未燃分をストーカ部で完全燃焼させることを特徴とするものである。

本発明に係る放射性廃棄物焼却炉は、回転可能に支持された横型の回転ドラムと、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放射性廃棄物焼却炉であって、焼却残渣排出口に、外周を密閉構造の外殻で覆ったストーカ部を接続する構成からなり、回転ドラムでの焼却処理を経て灰分として残留してくる微粒カーボンや、樹木や枯葉等、回転ドラムでの撹拌燃焼に伴って未燃のまま飛散してきた軽量の廃棄物を、ストーカ部に導いて燃焼させることができ、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る。

前記減容率の向上効果は、特に、請求項４記載の発明のように、焼却処理される放射性廃棄物が、樹木や枯葉、樹脂や活性炭など、含水性かつ軽量の廃棄物を含むものであるとき顕著となる。

本実施形態における放射性廃棄物焼却炉の縦断面図である。

図１は本実施形態における放射性廃棄物焼却炉の側面断面図を示している。

本発明の放射性廃棄物焼却炉は、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とストーカ部５と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、中心線が略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と燃焼空気供給手段１３とを備えている。外殻４の内部は、後述するように負圧に保たれている。

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。

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孔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。

焼却残渣排出口１７の下部には、密閉式のストーカ部５が接続されている。焼却残渣排出口１７とストーカ部５との接続部は、伸縮継手２９により熱膨張を吸収する構造を有している。

ストーカ部５は、外面全体が鋼製外殻で密閉され、内面に耐火物が施工されている。

ストーカ部５は、焼却残渣の入り口１４と、温度測定口１８ｂと、ストーカ部５内を７００〜９００℃に維持するバーナ１５を備えている。回転ドラム３内における自燃時は、メインの放射性廃棄物燃焼用バーナ１１は消して、ストーカ部５内のバーナ１５のみを運転する。

ストーカ部内の火格子１６は、耐熱鋳鋼やステンレス鋳鋼等の金属製で、複数の可動火格子２３と固定火格子２４で構成され、可動火格子２３は油圧シリンダー２５で駆動する。

火格子１６の下方には、焼却灰を一時的に貯留する空間２６を設け、その下部にドラム缶２７を設置して焼却灰を受け入れる。火格子１６の下部には、火格子１６の間から落下した焼却灰をドラム缶２７に排出するためのスクリューコンベヤ２８が配置されている。ドラム缶２７に焼却灰が所定量堆積したら、油圧シリンダー等（図示しない）により、ドラム缶２７を装置外に排出する。なお、駆動用の油圧シリンダーは耐熱性を考慮し、外殻外に設置し、貫通部はオイルシールでシールする構造としている。

ストーカ部５の側壁または下部には、燃焼空気供給口１２b、１２cが設けられ、ストーカ部内において燃焼空気が、火格子１６の上部及び下部から炉内に供給されるようになっている。本発明に係る放射性廃棄物焼却炉では、大部分の廃棄物は回転ドラム３内で燃焼するため、ストーカ部５には使用される全燃焼空気の内、５〜３０％が該燃焼空気供給口からストーカ部内に供給される。

以下、上記構成の放射性廃棄物焼却炉による放射性廃棄物焼却処理方法を説明する。

焼却処理対象となる放射性廃棄物は、従来の放射性廃棄物（原子力施設で発生するポリエチレン、紙、ウエス、樹脂など）および、２０１１年３月に発生した東日本大震災以降、新たに発生した大量の放射性廃棄物（原子力発電所の外で放射能汚染したガレキ、樹木、枯葉、汚泥など）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、間隙はシール部材７で覆われている。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１１の火元付近で燃焼する。

燃焼用空気は主にバーナ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１３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１３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。

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、火傷防止の観点から、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１３を通じて回転ドラム３内に供給される。

回転ドラム３の出口側は、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に温度測定用孔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。

外殻４には、外殻内圧力検出手段と外郭内圧力調節手段（図示しない）を備え、外殻４内の圧力を検出して、外殻４内の圧力が−０．５〜−５ｋＰａ、望ましくは−１〜−２ｋＰａとなるように調節している。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。

焼却処理対象となる放射性廃棄物のうち、樹木や枯葉、樹脂や活性炭など軽量の廃棄物は、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１７からストーカ部５に導いて、ストーカ部５内で１５分〜２時間の滞留時間を確保して燃焼させることにより、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。

また、廃棄物に金属やガラス等の不燃物の混入した場合であっても、ストーカ部５で焼却処理が可能であるため、焼却処理対象となる放射性廃棄物の前処理が簡略化され、被ばくを低減することができる。

１ 放射性廃棄物投入部
２ 排ガス出口部
３ 回転ドラム
４ 外殻
５ ストーカ部
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
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 燃焼空気導入口
１３ 燃焼空気供給手段
１４ 焼却残渣の入り口
１５ バーナ
１６ 火格子
１７ 焼却残渣排出口
１８ａ．１８ｂ 温度測定用孔
１９ 水噴霧ノズル
２０ 回転式支持手段
２１ 遮熱用ダンパ
２２ 外殻
２３ 可動火格子
２４ 固定火格子
２５ 油圧シリンダ
２６ 空間
２７ ドラム缶
２８ スクリューコンベヤ
２９ 伸縮継手
３０ 逃し弁取付ノズル

Claims (4)

1. 回転可能に支持された横型の回転ドラムと、その外周を覆う密閉構造の外殻と、外殻を貫通して該回転ドラムの一端に達する放射性廃棄物投入部と、該回転ドラムの他端に接続された排ガス出口部とを備え、該放射性廃棄物投入部及び排ガス出口部は、各々、外殻と気密にフランジ接続されており、該排ガス出口部には該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を設け、該排ガス出口部の底部には焼却残渣排出口を設けた放射性廃棄物焼却炉であって、
   該焼却残渣排出口に、外周を密閉構造の外殻で覆ったストーカ部を接続したことを特徴とする放射性廃棄物焼却炉。
2. 該ストーカ部は、内部温度を７００〜９００℃に維持するバーナを備えることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物焼却炉。
3. 請求項１または２記載の放射性廃棄物焼却炉を用いた放射性廃棄物焼却処理方法であって、
   燃焼空気の５〜３０％をストーカ部の側壁または下部からストーカ部内に供給し、
   焼却残渣のストーカ部における滞留時間を１５分〜２時間とすることを特徴とする放射性廃棄物焼却処理方法。
4. 焼却処理される放射性廃棄物が、樹木や枯葉、樹脂や活性炭など、含水性かつ軽量の廃棄物を含み、該含水性かつ軽量の廃棄物を、回転ドラム内で燃焼後、その未燃分をストーカ部で完全燃焼させることを特徴とする請求項３記載の放射性廃棄物焼却処理方法。

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