JP2013120147A - Method for treating radioactive cesium contaminated materials - Google Patents
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Description
本発明は、特に福島第一原子力発電所事故により原子力発電所の敷地内で大量に発生している放射性セシウム汚染物の処理方法に関するものである。 The present invention relates to a method for treating radioactive cesium contaminants generated in large quantities on the premises of a nuclear power plant, particularly due to the accident at the Fukushima Daiichi nuclear power plant.
2011年3月11日に発生した福島第一原子力発電所事故により、放射性セシウムに汚染した災害廃棄物(以下、放射性セシウム汚染物)が原子力発電所の敷地内外で大量に発生している。 Due to the accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station that occurred on March 11, 2011, a large amount of disaster waste contaminated with radioactive cesium (hereinafter referred to as radioactive cesium pollutants) was generated inside and outside the site of the nuclear power station.
現在、原子力発電所の敷地外で発生した災害廃棄物に関しては、これらの放射性セシウム汚染物の処分に関する環境省の指針として、放射能濃度が8000Bq/kg以下のものについては一般廃棄物最終処分場において埋立処分を行い、放射能濃度が8000Bq/kg超のものについては、放射性セシウムの挙動を適切に把握し、国によって処分の安全性が確認されるまでの間、管理型最終処分場で一時保管することが示されている(非特許文献1)。 As for the disaster waste generated outside the site of the nuclear power plant at present, as a guideline of the Ministry of the Environment regarding the disposal of these radioactive cesium pollutants, the general waste final disposal site for those with a radioactivity concentration of 8000 Bq / kg or less For landfills with a radioactive concentration of over 8000 Bq / kg, the behavior of radioactive cesium will be properly grasped and temporarily managed at the final disposal site until the safety of disposal is confirmed by the government. Storage is shown (Non-patent Document 1).
これに対し、原子力発電所の敷地内で災害により発生している放射性廃棄物の処分に関しては、国の指針は示されていないが、廃棄物の減容化の観点から、可燃物については焼却処理して焼却灰とした後に、一時保管をすることが望ましい。 On the other hand, although no national guidelines are provided for the disposal of radioactive waste generated by disasters on the site of a nuclear power plant, combustibles are incinerated from the viewpoint of volume reduction of waste. It is desirable to store temporarily after incineration ash is processed.
今回、原子力発電所の敷地内では、樹木等や事故処理作業に従事する作業者が着用する衣類等、新たな可燃物が大量に発生しており、これらを減容処理するために焼却炉の増設が急務となっている。 This time, a large amount of new combustibles such as trees and clothing worn by workers engaged in accident handling work are generated on the site of the nuclear power plant. Expansion is an urgent need.
ところで、通常の原子力発電所内で発生する可燃性雑固体廃棄物の処理技術に関しては、本願出願人らが各種技術を開示している。例えば、非特許文献1には、原子力施設での焼却処理では、廃棄物に含まれる放射性セシウムの69%が焼却主灰中に残存することが示されている。今回処理対象としている放射性セシウム汚染物でも同様の挙動を示すことが予想される。この場合、放射性セシウムの31%が飛灰として排ガス系に飛散してセラミックフィルタやHEPAフィルタ等で捕集されることになる。 By the way, regarding the treatment technology of combustible miscellaneous solid waste generated in a normal nuclear power plant, the applicants of the present application disclose various technologies. For example, Non-Patent Document 1 shows that in incineration at a nuclear facility, 69% of radioactive cesium contained in waste remains in the incineration main ash. It is expected that the radioactive cesium contamination that is treated this time will show the same behavior. In this case, 31% of the radioactive cesium is scattered in the exhaust gas system as fly ash and collected by a ceramic filter, a HEPA filter, or the like.
排ガス系の設計に関し、セシウム濃度レベルに応じて、所謂「溶接管理」のレベルも厳しく規定されており、例えば、今回の災害廃棄物である大量の放射性セシウム汚染物を焼却処理し、その31%が飛灰として排ガス系に飛散すると想定した場合、「溶接管理」は、X線による検査等、各種の厳しい検査が求められるレベルになり、コスト高になる問題や、排ガス系のメンテナンス管理が困難になる問題がある。 Regarding the design of the exhaust gas system, the level of so-called “welding management” is also strictly defined according to the cesium concentration level. For example, a large amount of radioactive cesium contamination, which is the disaster waste of this time, is incinerated, 31% of which Is assumed to be scattered in the exhaust gas system as fly ash, “welding management” is at a level that requires various rigorous inspections such as inspection by X-rays, resulting in high costs and difficult exhaust gas system maintenance management There is a problem to become.
本発明の目的は前記の問題を解決し、福島第一原子力発電所事故により大量に発生している放射性セシウム汚染物の内、原子力発電所の敷地内外で大量に発生している樹木や作業者の衣類等の可燃物を焼却灰として減容化するための焼却炉において、排ガス系に飛散する放射性セシウムのセシウム濃度レベルを低減する技術を提供することである。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and among the radioactive cesium pollutants generated in large quantities due to the accident at the Fukushima Daiichi nuclear power plant, trees and workers generated in large quantities inside and outside the site of the nuclear power plant It is to provide a technique for reducing the cesium concentration level of radioactive cesium scattered in an exhaust gas system in an incinerator for reducing the volume of combustible materials such as clothing as incineration ash.
上記課題を解決するためになされた本発明に係る放射性セシウム汚染物の処理方法は、Cs2CO3型及びCs2O型の放射性セシウムが付着した可燃物と塩素化合物とを、焼却炉内に投入後、混合しながら該Cs2CO3型及びCs2O型の放射性セシウムの分解温度域になるまで加熱し、該分解温度域で生じた放射性セシウムを塩化セシウムとするとともに、可燃物を塩化セシウムの融点以上かつ沸点以下の焼却温度で焼却し、該焼却により生じた焼却主灰に、該塩化セシウムを取り込むことを特徴とするものである。 The method for treating radioactive cesium contaminants according to the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, includes combustible substances and chlorine compounds, to which Cs 2 CO 3 type and Cs 2 O type radioactive cesiums are attached, in an incinerator. After charging, the mixture is heated to the decomposition temperature range of the Cs 2 CO 3 type and Cs 2 O type radioactive cesium while mixing, and the radioactive cesium generated in the decomposition temperature range is converted to cesium chloride and the combustible material is chlorinated. Incineration is carried out at an incineration temperature not lower than the melting point and lower than the boiling point of cesium, and the cesium chloride is taken into the incineration main ash generated by the incineration.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の放射性セシウム汚染物の処理方法において、該焼却炉が、炉内に向けて塩化ナトリウム水溶液を噴霧する塩化ナトリウム水溶液噴霧ノズルを備えたロータリーキルンであることを特徴とするものである。
Invention of
請求項3記載の発明は、請求項2記載の放射性セシウム汚染物の処理方法において、ロータリーキルンが、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ことを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the method for treating radioactive cesium contaminants according to the second aspect, wherein the rotary kiln is rotatably supported by a horizontal rotary drum, an outer shell having a sealed structure covering the outer periphery thereof, and an outer shell A radioactive waste input part that reaches one end of the rotary drum and an exhaust gas outlet part connected to the other end of the rotary drum, each of the radioactive waste input part and the exhaust gas outlet part being external It is connected to the shell in an airtight manner, the exhaust gas outlet is provided with a burner for burning radioactive waste that blows flame into the rotating drum, and the incineration residue discharge port is provided at the bottom of the exhaust gas outlet. It is a feature.
請求項4記載の発明は、請求項3記載の放射性セシウム汚染物の処理方法において、ロータリーキルンは、更に、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ものである According to a fourth aspect of the present invention, in the method for treating radioactive cesium contaminants according to the third aspect, the rotary kiln is further connected to the incineration residue discharge port with a stalker portion whose outer periphery is covered with an outer shell having a sealed structure. It is characterized by
本発明に係る放射性セシウム汚染物の処理方法は、Cs2CO3型及びCs2O型の放射性セシウムが付着した可燃物と塩素化合物とを、焼却炉内に投入後、混合しながら該Cs2CO3型及びCs2O型の放射性セシウムの分解温度域になるまで加熱し、該分解温度域で生じた放射性セシウムを塩化セシウムとするとともに、可燃物を塩化セシウムの融点以上かつ沸点以下の焼却温度で焼却し、該焼却により生じた焼却主灰に、該塩化セシウムを取り込むことにより、放射性セシウムが飛灰として焼却炉外の排ガス系に飛散する現象を効果的に抑制することができる。 In the method for treating radioactive cesium contaminants according to the present invention, a combustible material to which Cs 2 CO 3 type and Cs 2 O type radioactive cesium adheres and a chlorine compound are introduced into an incinerator and then mixed with the Cs 2 Heating to the decomposition temperature range of CO 3 type and Cs 2 O type radioactive cesium, the radioactive cesium generated in the decomposition temperature range to cesium chloride, incineration of the combustible material above the melting point and below the boiling point of cesium chloride By incinerating at a temperature and incorporating the cesium chloride into the incinerated main ash generated by the incineration, it is possible to effectively suppress the phenomenon that radioactive cesium is scattered as fly ash in the exhaust gas system outside the incinerator.
放射性セシウムが飛灰として焼却炉外の排ガス系に飛散する現象を効果的に抑制することにより、排ガス系の「溶接管理」を、各種の厳しい検査が求められるレベルから引き下げることができ、「溶接管理」に伴うコストを削減することができる。その他、排ガス系の設備構成の簡素化や、メンテナンス作業時における作業者の被ばく事故の危険性も回避することができる。 By effectively suppressing the phenomenon where radioactive cesium is scattered as fly ash in the exhaust gas system outside the incinerator, it is possible to lower the "welding management" of the exhaust gas system from the level where various strict inspections are required. Costs associated with “management” can be reduced. In addition, it is possible to simplify the equipment configuration of the exhaust gas system and avoid the danger of exposure accidents of workers during maintenance work.
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。 Preferred embodiments of the present invention are shown below.
震災で発生した放射性セシウムは、事故直後には金属Csで存在するが、大気と接触後Cs2Oとなり、最終的にはCs2CO3となった後、降雨等により水中に溶け込みCs2CO3として地上に降り注いで樹木等に付着していると想定される。 The radioactive cesium generated by the earthquake is present in the metal Cs immediately after the accident, but becomes Cs 2 O after contact with the atmosphere and finally becomes Cs 2 CO 3, and then dissolves in the water due to rain or the like Cs 2 It is assumed that CO 3 has fallen on the ground and is attached to trees.
Cs2CO3は、610℃で溶融し、かつ、同時に分解するという化学的性質があり、分解により、Cs2O(400℃で分解)またはCs(沸点678℃)となるが、いずれも、一般的な焼却温度である800℃では分解温度、沸点以上であり、理論上では焼却灰中にセシウムは残存できず、飛灰中に飛散することになる。 Cs 2 CO 3 has a chemical property that it melts at 610 ° C. and decomposes at the same time, and becomes Cs 2 O (decomposed at 400 ° C.) or Cs (boiling point 678 ° C.) by decomposition. At a general incineration temperature of 800 ° C., the decomposition temperature is equal to or higher than the boiling point. Theoretically, cesium cannot remain in the incineration ash and is scattered in the fly ash.
これに対し、本発明は、焼却炉内に塩化ナトリウム水溶液を供給しながら、放射性セシウム汚染物の処理を行い、放射性セシウムを塩化セシウムとして焼却主灰に残留させ、放射性セシウムが飛灰中へと飛散すること回避するものである。 In contrast, the present invention treats radioactive cesium contaminants while supplying a sodium chloride aqueous solution into the incinerator, leaving the radioactive cesium as cesium chloride in the incineration main ash, and the radioactive cesium is put into the fly ash. It is to avoid scattering.
塩化セシウムは融点が645℃、沸点が1290℃であり、焼却温度700〜900℃の範囲では液体であり、揮発しにくく、かつ、固体粒子ではないため、飛散しにくく、焼却主灰に残留させることができる。焼却温度域は、塩化セシウムの融点以上で沸点以下とし、特に、700〜900℃とすることが好ましい。 Cesium chloride has a melting point of 645 ° C. and a boiling point of 1290 ° C., and is a liquid in an incineration temperature range of 700 to 900 ° C., is not easily volatilized, and is not a solid particle. be able to. The incineration temperature range is not less than the melting point of cesium chloride and not more than the boiling point, particularly preferably 700 to 900 ° C.
焼却炉形式は、ロータリーキルン式が好適で、特に、本願出願人により出願済の密閉構造のロータリーキルン(特開2010−38534)に、更に、炉内に向けて塩化ナトリウムを噴霧する塩化ナトリウム噴霧ノズル6を備えたものが最適である。
The incinerator type is preferably a rotary kiln type. In particular, a sodium
具体的には、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とから構成されたものであり、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、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ものである。
Specifically, as shown in FIG. 1, it is composed of a radioactive waste input part 1, an exhaust
前記外殻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、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。その他、焼却残渣排出口17の下部には、密閉式のストーカ炉5を接続してもよい。ストーカ炉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たものとすることが好ましい。
Of the
ロータリーキルンによれば、廃棄物と塩化ナトリウム水溶液を同一方向から供給し、かつ回転機能により、いち早く、炭酸セシウムなどが付着している廃棄物と、塩化ナトリウムを混合でき、炭酸セシウムが分解する500℃の温度域になるまでに十分混合し、接触させることができる。その結果、より確実に塩化セシウムとすることができる。ロータリーキルンに投入された廃棄物中の可燃物は、塩化セシウムの融点以上かつ沸点以下の焼却温度で焼却される。ロータリーキルンの前段で生成された塩化セシウムの大部分は、ロータリーキルンの中段以降で生成された焼却主灰に付着して取り込まれる。 According to the rotary kiln, the waste and the aqueous sodium chloride solution are supplied from the same direction, and the rotation function allows the waste to which cesium carbonate or the like adheres to be quickly mixed with sodium chloride, and cesium carbonate decomposes at 500 ° C. Can be mixed and brought into contact until the temperature range is reached. As a result, cesium chloride can be more reliably obtained. The combustible material in the waste thrown into the rotary kiln is incinerated at an incineration temperature not lower than the melting point and not higher than the boiling point of cesium chloride. Most of the cesium chloride produced in the previous stage of the rotary kiln is taken in by adhering to the incineration main ash produced in the middle stage or later of the rotary kiln.
塩化ナトリウムの形態で焼却主灰に付着した放射性セシウムは、ロータリーキルンでは連続的に排出されるため、炉内で放射性セシウムの沸点近い高温となることはなく、飛灰として排ガス系に飛散する現象を確実に回避することができる。また、ロータリーキルン式の焼却炉とすることで、炉内での滞留時間を充分確保できるため、安定したセシウムの残留率を得ることができる。 The radioactive cesium adhering to the incineration main ash in the form of sodium chloride is continuously discharged in the rotary kiln, so it does not reach a high temperature close to the boiling point of the radioactive cesium in the furnace, and the phenomenon of scattering to the exhaust gas system as fly ash It can be avoided reliably. In addition, by using a rotary kiln type incinerator, a sufficient residence time in the furnace can be ensured, so that a stable cesium residual rate can be obtained.
なお、塩化ナトリウムは、塩化ナトリウム水溶液の噴霧水として供給する方法が最適である。当該方法によれば、塩化ナトリウムを廃棄物に均一に供給することができる。例えば、原子力発電所で多用されている保護具(タイベック)などは、ポリエチレンの袋に入れ、保管されており、これをロータリーキルンに投入すると、供給されたばかりのときは、ポリエチレン袋は元の形状を保っているが、時間とともに熱収縮し、内部の保護具が露出し炉内でばらけた状態となる。次に保護具の熱収縮がはじまり、約500℃の分解温度となるとガス化し燃焼を開始する。このような燃焼経過をたどるため、塩化ナトリウムは、水溶液として、連続的に噴霧することが必要となる。 In addition, the method of supplying sodium chloride as spray water of sodium chloride aqueous solution is optimal. According to the method, sodium chloride can be uniformly supplied to the waste. For example, protective equipment (Tyvek) frequently used in nuclear power plants is stored in a polyethylene bag. When this is put into a rotary kiln, the polyethylene bag will have its original shape when it is just supplied. Although it is kept, it shrinks with time, and the internal protective equipment is exposed and scattered in the furnace. Next, when the thermal contraction of the protective equipment starts and the decomposition temperature reaches about 500 ° C., gasification starts and combustion starts. In order to follow such a combustion process, it is necessary to spray sodium chloride continuously as an aqueous solution.
ロータリーキルンを用いて、模擬廃棄物(木材、布、紙、ポリエチレン、ゴム)を800℃で焼却処理した。セシウムの形態は、Cs2CO3として模擬廃棄物にふりかけて添加した。 Simulated waste (wood, cloth, paper, polyethylene, rubber) was incinerated at 800 ° C. using a rotary kiln. The form of cesium was added as sprinkled to the simulated waste as Cs 2 CO 3 .
ロータリーキルンでは、炉内温度コントロールのために水を噴霧することもあるが、本実施例では、この水に塩化ナトリウムを加え、1%濃度として炉内に連続的に噴霧供給した。この場合の塩素供給量は、模擬廃棄物量に対して、0.67wt%である。ロータリーキルン式の焼却炉に、噴霧状態の塩化ナトリウム水溶液を廃棄物に吹き付けるとともに、投入される廃棄物は、炉の回転で撹拌され、塩化ナトリウムと十分に混合されるため、放射性セシウムを塩化セシウムの形態に変換するのに極めて好都合である。噴霧状態の塩化ナトリウムは、廃棄物の投入側から供給することが優先的に放射性セシウムと塩素を反応させる面より望ましい。従来原子力発電所で使用されている竪型、或いは横型の固定床式焼却炉では、このように塩化ナトリウムと廃棄物の混合ができないため、通常の廃棄物の性状では、例え、塩化ナトリウムを供給してもロータリーキルンのような効果は得られない。 In the rotary kiln, water may be sprayed to control the temperature in the furnace, but in this example, sodium chloride was added to this water and sprayed continuously into the furnace at a concentration of 1%. In this case, the chlorine supply amount is 0.67 wt% with respect to the simulated waste amount. Spraying sodium chloride aqueous solution in a rotary kiln type incinerator to waste, and the waste to be charged is stirred by the rotation of the furnace and mixed well with sodium chloride. Therefore, radioactive cesium is mixed with cesium chloride. Very convenient to convert to form. Sprayed sodium chloride is preferably supplied from the waste input side in terms of preferential reaction between radioactive cesium and chlorine. In vertical or horizontal fixed-bed incinerators used in conventional nuclear power plants, sodium chloride and waste cannot be mixed in this way. Therefore, for example, sodium chloride is supplied in normal waste properties. However, the effect like a rotary kiln cannot be obtained.
上記条件で焼却主灰を作成した。尚、比較評価のため、塩化ナトリウムを含まないで処理した焼却主灰も作成した。 Incinerated main ash was prepared under the above conditions. For comparison evaluation, an incinerated main ash treated without containing sodium chloride was also prepared.
焼却主灰中のCs濃度を測定した結果、焼却灰中のセシウム残存率は、塩化ナトリウムを供給したものは95%で、供給しないものは60%であり、本発明の方法によれば放射性セシウムを塩化セシウムとして焼却主灰に取り込み、飛灰として焼却炉外の排ガス系に飛散する現象を効果的に抑制できるすることが確認された。これにより、排ガス煙道中の放射能濃度を低下できるため、下流の排ガス処理装置の放射能濃度を低減でき、しゃへい設計の簡易化か、メンテナンスが容易になるという利点も生じる。 As a result of measuring the Cs concentration in the incinerated main ash, the residual ratio of cesium in the incinerated ash was 95% when sodium chloride was supplied and 60% when sodium chloride was not supplied. According to the method of the present invention, radioactive cesium As cesium chloride, it was confirmed that it was possible to effectively suppress the phenomenon of fly ash scattering into the exhaust gas system outside the incinerator as fly ash. Thereby, since the radioactivity density | concentration in exhaust gas flue can be reduced, the radioactivity density | concentration of a downstream exhaust gas processing apparatus can be reduced, and the advantage that simplification of a shield design or an easy maintenance will also arise.
以上は、原子力発電所内の可燃物について記載したが、原子力発電所外で放射性セシウムに汚染した可燃物処理において、排ガス系の放射能濃度を低減する手段として適用できることは、自明のことである。 Although the above describes the combustible material in the nuclear power plant, it is obvious that it can be applied as a means for reducing the radioactive concentration of the exhaust gas system in the treatment of combustible material contaminated with radioactive cesium outside the nuclear power plant.
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
6 塩化ナトリウム噴霧ノズル
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
12 燃焼空気導入口
13 燃焼空気供給手段
17 回焼却残渣排出口
18 温度測定用孔
19 水噴霧ノズル
20 回転式支持手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Radioactive
Claims (4)
該分解温度域で生じた放射性セシウムを塩化セシウムとするとともに、
可燃物を塩化セシウムの融点以上かつ沸点以下の焼却温度で焼却し、該焼却により生じた焼却主灰に、該塩化セシウムを取り込むことを特徴とする放射性セシウム汚染物の処理方法。 Combustion material to which Cs 2 CO 3 type and Cs 2 O type radioactive cesium is attached and a chlorine compound are put into an incinerator and then decomposed while mixing with mixing Cs 2 CO 3 type and Cs 2 O type radioactive cesium Heat until it reaches the temperature range,
The radioactive cesium generated in the decomposition temperature range is cesium chloride,
A method for treating radioactive cesium contaminants, comprising combusting combustible materials at an incineration temperature not lower than the melting point and lower than the boiling point of cesium chloride, and incorporating the cesium chloride into incineration main ash generated by the incineration.
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