JP4236555B2 - 放射性廃棄物溶融炉の排ガス処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、原子力発電所に代表される放射性物質取り扱い設備から排出される放射性廃棄物を溶融処理する放射性廃棄物溶融炉の排ガス処理方法に関するものである。
原子力発電所などから排出される低レベルの放射性廃棄物の処理方法として、特許文献１に示される溶融処理法が従来から広く用いられている。放射性廃棄物中に含まれる金属やコンクリートなどをも溶融するために溶融温度は１５００℃を越える高温となり、放射性廃棄物溶融炉からはダスト、塩化物、金属類を含有する高温の排ガスが排出される。この放射性廃棄物溶融炉の排ガスは、耐熱性、耐久性に優れたセラミックフィルタにより処理されたうえ、さらにＨＥＰＡフィルタなどの排ガス処理系統を経て放出されている。
このセラミックフィルタ自体は１０００℃を越える耐熱性を持つが、排ガス中に含まれる塩化物の融点が約２８０℃であるため、高温のままセラミックフィルタに導くと塩化物がセラミックフィルタを素通りしてしまう。このため溶融炉の排ガスをセラミックフィルタに導く煙道の途中で冷却空気を混合し、２５０℃以下にまで冷却して塩化物を固化させたうえ、セラミックフィルタに通している。実際の原子力発電所では設備レイアウトの関係上、この空気導入位置は溶融炉出口から５ｍ程度離れている。
ところがある原子力発電所において、溶融炉排ガスをセラミックフィルタに導く煙道の圧力損失が急速に増加する傾向が認められ、またセラミックフィルタの目詰まりが短期間に進行する傾向が認められた。発明者等がその原因を分析したところ、煙道の内面に亜鉛が凝縮して煙道の有効断面積が減少していることが判明した。また多孔質のセラミックフィルタの内部にまで亜鉛の微細粒子が侵入し、逆洗によっても除去できないためにフィルタの目詰まりが短期間に進行することが判明した。
特公平３−２４４０号公報
本発明は上記した従来の問題点を解決し、溶融炉排ガスをセラミックフィルタに導く煙道の亜鉛による閉塞を抑制するとともに、亜鉛の微細粒子の侵入によるセラミックフィルタの目詰まりをも抑制することができる放射性廃棄物溶融炉の排ガス処理方法を提供するためになされたものである。
上記の課題を解決するためになされた本発明の放射性廃棄物溶融炉の排ガス処理方法は、放射性廃棄物溶融炉から排出される亜鉛ガスを含む１５００℃前後の高温排ガスをセラミックフィルタに導く煙道中に、炉出口から１ｍ以内の直近位置で、空気又は空気と水とを導入し、該空気中の酸素と排ガス中に含有される亜鉛（ガス）との酸化反応に由来する酸化亜鉛粒子（固体）を析出させつつ、該空気または空気と水との熱交換により排ガス温度を亜鉛の沸点よりも低温である６００℃以下にまで冷却し、その後段の煙道中において該酸化亜鉛粒子（固体）を凝集核とした、排ガス中の亜鉛（ガス）の凝縮（液化）反応を促進させ、セラミックフィルタの表面において捕捉できる粒径にまで成長させた上で、煙道中物質をセラミックフィルタに導くことを特徴とするものである。なお、排ガスを煙道の途中で更に２５０℃以下にまで冷却したうえ、セラミックフィルタに導くことが好ましい。また、放射性廃棄物の溶融炉を高周波溶融炉とすることが好ましい。
本発明の放射性廃棄物溶融炉の排ガス処理方法によれば、放射性廃棄物の溶融炉から排出される高温の排ガスに、溶融炉の出口直近位置で空気又は空気と水とを混合して排ガスを８５０℃以下にまで冷却する。亜鉛の沸点は９０７℃であり、この温度以上ではその全量が気化しているが、排ガス中に空気を導入することにより亜鉛ガスの一部が酸化亜鉛粒子として析出する。このため、溶融炉の出口直近位置で空気又は空気と水とを混合すると、排ガス中の亜鉛ガスは酸化亜鉛粒子を核として凝縮して大きな粒子に成長する。
このように溶融炉の出口直近位置で排ガス中の亜鉛を凝縮させれば、従来のように煙道の内面に亜鉛が付着して閉塞を招くことが防止される。また排ガス中の亜鉛を大きな粒子に成長させたうえでセラミックフィルタに導いてろ過処理すれば、セラミックフィルタの表面において捕捉されるので、内部にまで侵入する量が減少する。このためにセラミックフィルタは通常の逆洗処理により容易に圧力損失を回復することができ、セラミックフィルタの目詰まりを抑制することができる。しかも空気と水を混合して高温の排ガスを炉出口で冷却した場合は排ガスボリュームを減少させ、後段の排ガス処理設備を小型化できる効果も得ることができる。
図１は本発明の実施形態を示すブロック図である。図中、１は原子力発電所などから排出される低レベル放射性廃棄物を溶融処理する放射性廃棄物溶融炉であり、例えば特許文献１に示されたような誘導加熱コイルを備えた溶融炉が用いられる。この形式の放射性廃棄物溶融炉１は、放射性廃棄物をキャニスタに投入して高周波により誘導加熱を行い、そのまま冷却してキャニスタに収納された固化体を得ることができるため、各地の原子力発電所で採用されている。しかし本発明において放射性廃棄物溶融炉１の形式は特に限定されるものではない。
前記したように、放射性廃棄物中に含まれる金属やコンクリートなどをも溶融するために放射性廃棄物溶融炉１の溶融温度は１５００℃に達するのが普通であり、ダスト、塩化物、金属類を含有する高温の排ガスが発生する。この１５００℃前後の高温の排ガスは１０ｍ程度の煙道２を経由してセラミックフィルタ３に導かれるが、本発明では放射性廃棄物溶融炉１の出口直近位置に冷却流体混合手段４を設け、空気単独、又は空気と水とを高温の排ガスに混合する。この実施形態ではファン５から供給される冷却用空気を冷却流体混合手段４から出口直近の煙道２内に供給し、排ガスを６００℃以下にまで急速に冷却する。空気の供給量は温度センサ６と連動するバルブ７により自動制御される。
このように排ガス中に空気を導入すれば、空気中の酸素と亜鉛の一部が反応して確実に酸化亜鉛粒子（融点１７２５℃）を形成する。また冷却温度を６００℃以下としたことにより、排ガスは亜鉛の沸点である９０７℃よりも十分に冷却されることとなり、排ガス中に含まれる亜鉛は酸化亜鉛粒子を核として凝縮し大きな粒子となる。また空気と水とを導入した場合には、空気単独で導入した場合よりも更に優れた冷却効果を得ることができ、排ガス中に含まれる亜鉛を酸化亜鉛粒子を核として凝縮させることができる。このようにして形成される亜鉛粒子径は２０μｍ前後であり、従来法において煙道中で形成される亜鉛粒子径が１μｍ未満であるのに対し、２０倍以上となる。
このようにして放射性廃棄物溶融炉１の出口直近位置で排ガス中の亜鉛を凝縮させれば、それよりも後方の煙道２の内壁に亜鉛が凝縮することがなくなり、従来のように煙道２の有効断面積が減少することによる圧力損失の増加を防止することができる。なお、この効果を十分に発揮させるためには冷却流体混合手段４をなるべく放射性廃棄物溶融炉１の出口に近づけることが好ましいが、冷却流体を放射性廃棄物溶融炉１の内部に導入すると炉内温度が低下するため、冷却流体混合手段４は出口側に設置する必要がある。前記したように従来設備ではこの位置は炉出口から５ｍ程度の位置であったが、本発明では炉出口から１ｍ以内とすることが好ましい。
煙道２の途中には別の冷却流体混合手段８が設けられており、冷却用の空気を供給している。これにより排ガスは２５０℃以下にまで冷却されたうえで、セラミックフィルタ３に導かれる。なお空気の供給量は、温度センサ９と連動するバルブ１０により自動制御される。このように排ガスを塩化物の融点（約２８０℃）よりも十分に低い温度にまで冷却すると、排ガス中の塩化物は固化するため、酸化亜鉛粒子を核として凝縮させた亜鉛粒子やその他のダストとともに、セラミックフィルタ３により捕集される。尚、冷却流体混合手段８、温度センサ９及び連動するバルブ１０を削除して、冷却流体混合手段４、温度センサ６及びバルブ７のみで排ガスを２５０℃以下まで冷却しても良い。
これらの粒子の捕集は大部分がフィルタ表面において行われるため、逆洗により容易に圧力損失を回復することができる。これに対して冷却空気を炉出口から離れた位置で導入していた場合には、核がないために亜鉛粒子が成長しにくく、微細粒子のままセラミックフィルタ３の内部に侵入してしまうため、逆洗しても圧力損失を回復させにくい。図２は従来（対策前）と本発明（対策後）のセラミックフィルタ３のベース差圧の推移を示したグラフであり、本発明によりセラミックフィルタ３の使用寿命が１.５倍以上となることが確認できる。なおベース差圧とは、逆洗直後のろ過差圧を意味する。
セラミックフィルタ３によりろ過された排ガスは、従来と同様にＨＥＰＡフィルタ１１により更にろ過処理されたうえで煙突１２から大気中に放出される。
このように本発明によれば、放射性廃棄物溶融炉から排出される高温の排ガスに、炉出口直近位置で空気又は空気と水とを混合して排ガスを６００℃以下にまで冷却し、排ガス中の亜鉛を酸化亜鉛粒子を核として凝縮させたうえセラミックフィルタに導くことにより、煙道の亜鉛による閉塞を抑制するとともに、亜鉛の微細粒子の侵入によるセラミックフィルタの目詰まりをも抑制することができる。
１ 放射性廃棄物溶融炉
２ 煙道
３ セラミックフィルタ
４ 冷却流体混合手段
５ ファン
６ 温度センサ
７ バルブ
８ 冷却流体混合手段
９ 温度センサ
１０ バルブ
１１ ＨＥＰＡフィルタ
１２ 煙突
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Claims (3)
- 放射性廃棄物溶融炉から排出される亜鉛ガスを含む１５００℃前後の高温排ガスをセラミックフィルタに導く煙道中に、
炉出口から１ｍ以内の直近位置で、空気又は空気と水とを導入し、
該空気中の酸素と排ガス中に含有される亜鉛（ガス）との酸化反応に由来する酸化亜鉛粒子（固体）を析出させつつ、
該空気または空気と水との熱交換により排ガス温度を亜鉛の沸点よりも低温である６００℃以下にまで冷却し、その後段の煙道中において
該酸化亜鉛粒子（固体）を凝集核とした、排ガス中の亜鉛（ガス）の凝縮（液化）反応を促進させ、セラミックフィルタの表面において捕捉できる粒径にまで成長させた上で、
煙道中物質をセラミックフィルタに導くことを特徴とする
放射性廃棄物溶融炉の排ガス処理方法。 - 排ガスを煙道の途中で更に２５０℃以下にまで冷却したうえ、セラミックフィルタに導くことを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物溶融炉の排ガス処理方法。
- 放射性廃棄物溶融炉が高周波溶融炉であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性廃棄物溶融炉の排ガス処理方法。
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