JP4726678B2 - 溶湯レベル管理方法、および溶湯レベル管理システム - Google Patents

Description

本発明は、溶湯レベル管理方法、および溶湯レベル管理システムに関する。

原子力発電所で発生する低レベル放射性廃棄物のうち、例えば雑固体廃棄物は、ドラム缶に詰められた上でモルタル等の充填を受け、このドラム缶ごと所定の埋設場に埋設処分される。なお、埋設場の広さには限りがあるので、雑固体廃棄物を減容し、埋設されるドラム缶の数を少なくすることが好ましい。

そこで、雑固体廃棄物の減容技術として、高周波誘導加熱方式による溶融減容設備が提案されている。この設備においては、溶融炉内にセットしたキャニスタ内で溶融対象物たる雑固体廃棄物を溶融して減容し固化させた後、キャニスタごとドラム缶に詰める。そして、モルタル等の固型化材料を前記ドラム缶に充填して廃棄体とすることとなる。

こうした溶融設備における、溶融炉の制御手法に関して、例えば、廃棄物を黒鉛含有坩堝に収容し、前記黒鉛含有坩堝の外周に配設された誘導コイルによって前記廃棄物を誘導加熱してスラグ層と金属層に分離溶融する廃棄物溶融方法であって、前記黒鉛含有坩堝内の上部に位置するスラグ層が、前記黒鉛含有坩堝内の下部に位置する金属層よりも高温になるように前記誘導コイルの出力を制御して誘導加熱を行い、前記スラグ層の表面張力が小さくなるようにして溶融する廃棄物溶融方法（特許文献１参照）などが提案されている。

また、廃棄物溶融炉の炉下部側壁に複数段の監視口を設け、それぞれの監視口から、撮像器、輝度計、色彩計測器、赤外線センサーのうちの何れかにより炉内を監視し、画像の平均輝度、輝度、色度数、赤外線量、放射率のうちの何れかに基づいて、各段の監視口のレベルが廃棄物堆積層のレベルであるか、空間のレベルであるかを判定することにより、層高レベルを求めることを特徴とする廃棄物溶融炉内の層高レベル測定方法（特許文献２参照）なども提案されている。
特開２００２−３０３５４号公報 特開２００３−１２１２４３号公報

ところで溶融炉においては、溶融炉内の高周波誘導コイルに電圧を印加することにより磁界およびこれに起因するジュール熱を発生させてキャニスタ内の昇温を実現し、溶融対象物の溶融を行っている。この溶融は、予めキャニスタ内に投入された溶融対象物に対するものと、この溶融対象物の減容がなされた後に追加投入された溶融対象物に対するものとがある。

しかしながら、このようにキャニスタ内に投入される溶融対象物たる雑固体廃棄物が、所定量以上の金属粉または金属片などを含む場合、溶融過程において問題が生じやすかった。その問題とは、前記金属粉等の投入に起因してキャニスタ内に多量の酸化鉄が生成され、この多量の酸化鉄が一酸化炭素を発生させることに起因している。ここで発生した一酸化炭素は、キャニスタ内の溶湯中を液面つまり大気中に向かって上昇し、これに伴って溶湯レベル自体の急激な上昇を招来する惧れがあった。したがって、この溶湯レベルの上昇がキャニスタからの溶湯のふきこぼれにつながって、溶融炉の自動停止やその後の煩雑な復旧措置を余儀なくされていた。これにより雑固体廃棄物の減容処理効率が低下し、処理コストや手間の悪化を招くこととなっていた。

そこで本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、金属粉等に配慮した、雑固体廃棄物の効率よい溶融管理を可能とする、溶湯レベル管理方法および溶湯レベル管理システムを提供することを主たる目的とする。

上記課題を解決する本発明の溶湯レベル管理方法は、低レベル放射性廃棄物の減容設備において、溶湯レベルの上昇抑制用のホウ砂を珪砂と共に、前記減容設備が備える溶融炉内の溶湯に投入する溶湯レベル管理方法であって、
前記溶湯に投入するホウ砂および珪砂の重量比を、X：１（X＞０．６）とし、
低レベル放射性廃棄物中より所定量以上の金属粉または金属片を選別し、この金属粉または金属片を前記溶融炉における溶融対象から除外する、金属粉等除外手順を含むことを特徴とする（第１の発明）。

第２の発明は、第１の発明において、前記溶融炉内の溶湯に投入する、ホウ砂および珪砂の重量比を１：１とすることを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記溶融炉内における溶湯レベルを検知する溶湯レベル検知手順と、前記検知した溶湯レベルが所定範囲以上に上昇しているか判定するレベル判定手順と、前記判定により前記溶湯レベルが所定範囲以上に上昇していると判定された場合に前記ホウ砂および珪砂を前記溶融炉内の溶湯へ投入する添加剤投入手順と、を含むことを特徴とする。

第４の発明は、低レベル放射性廃棄物の減容設備における溶湯レベルの管理システムであって、前記減容設備が備える溶融炉内における溶湯レベルを検知する溶湯レベル検知手段と、前記検知した溶湯レベルが所定範囲以上に上昇しているか判定するレベル判定手段と、前記判定により前記溶湯レベルが所定範囲以上に上昇していると判定された場合にホウ砂および珪砂を溶融炉内の溶湯へ投入する添加剤投入手段と、低レベル放射性廃棄物中より所定量以上の金属粉または金属片を選別し、この金属粉または金属片を前記溶融炉における溶融対象から除外する、金属粉等除外手段と、を含むことを特徴とする。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明の実施の形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、金属粉等に配慮した、雑固体廃棄物の効率よい溶融管理が可能となる。

以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明が適用される放射性廃棄物処理設備の全体構成を示す説明図である。先に本出願人は、図１に示す雑固体廃棄物の減容設備３００を開発し、現在実用に供している。本実施形態においては、この雑固体廃棄物の減容設備３００において本発明の雑固体廃棄物の溶湯レベル管理システムを実現すると同時に、雑固体廃棄物の溶湯レベル管理方法を行う状況を想定する。

この雑固体廃棄物の減容設備３００は、雑固体廃棄物を仕分する前処理設備１と、仕分された雑固体廃棄物のうち溶融可能な廃棄物を溶融するための溶融設備２と、溶融終了後の溶融廃棄物を収納したドラム缶に、モルタルを充填して充填固化体とするモルタル固化設備３と、充填固化体を一時保管する保管設備４とからなる。

前処理設備１は、原子力発電施設にて発生する、性状（材質、寸法、形状等）の異なる雑固体廃棄物５を、処理対象外廃棄物６、直接充填物７、溶融対象物８に分別する仕分け台９を備える。

また、溶融対象物８を溶融し易い大きさに切断する切断機１０と、溶融対象物８を投入容器１１、キャニスタ１２のそれぞれに収納する収納手段１３と、投入容器１１及びキャニスタ１２を溶融設備２に搬出する搬出手段１４と、直接充填物７が充填されたドラム缶１５をモルタル固化設備３に搬出する搬出手段１６とを備える。

前記仕分け台９は、原子力発電施設から送られてくる雑固体廃棄物５を受けつけて回転するターンテーブル等の回転部１７と、回転部１７を支持する固定部１８とを備える。この仕分け台９における雑固体廃棄物５の分別作業は、前記回転部１７を囲むように配置された複数人員の手作業により実施するとしてもよい。雑固体廃棄物５を例えば、処理対象外廃棄物６、直接充填物７、溶融対象物８の３区分に分別することとなる。

この仕分け台９は、本発明における、低レベル放射性廃棄物中より所定量以上の金属粉または金属片を選別し、この金属粉または金属片を前記溶融炉２１における溶融対象から除外する金属粉除外手段となる。そのため、例えば、所定量以上の金属粉または金属片に特有の性状や形態を識別する適宜なセンサや機構を備えて、前記雑固体廃棄物中より、所定量以上の金属粉または金属片を含む雑固体廃棄物を選別・除外するものとすれば好適である。

前記処理対象外廃棄物６は、例えば、鉛等の有害物及び可燃物であり、有害物は貯蔵所に搬出され、可燃物は別途焼却施設にて焼却処理される。

一方、直接充填物７は、溶融することにより溶融設備２に好ましくない影響を与える、例えば、塩化ビニル類、ゴム類等の難燃性の廃棄物及び真鍮等の非鉄金属類である。この直接充填物８は、例えば手作業にてそのままドラム缶１５に充填され、移動台車又はクレーン等の搬出手段１６にてモルタル固化設備３に搬出される。

また、溶融対象物８は、溶融により減容化がはかれる、例えば、炭素鋼、ステンレス等の金属類、コンクリート、保温材、ガラスの無機物類の不燃物である。この溶融対象物８のうち、大型の雑固体廃棄物や異形の雑固体廃棄物は、投入容器１１又はキャニスタ１２に入る大きさに切断機１０にて切断される。こられの溶融対象物８は、手作業又はコンベア等の収納手段１３により投入容器１１又はキャニスタ１２に収納され、クレーン又はコンベア等の搬出手段１４により溶融設備２へ搬出される。

他方、前記溶融設備２は、略円筒形状であって、内側表面の下部に高周波誘導コイル２０が螺旋状に巻回されている溶融炉２１を有する。また、この溶融炉２１の下部側から初期装荷として予め溶融対象物８を詰め込んだキャニスタ１２を上昇させて高周波誘導コイル２０の内側に装填し、溶融終了後はキャニスタ１２を下降させ、冷却装置２２まで移動させる移動装置２３を備える。

更に、前記溶融設備２は、初期装荷した溶融対象物８が溶融し減容することで生じたキャニスタ１２内の余裕空間に、溶融炉２１の上部側から投入容器１１を降下させ、当該投入容器１１下部のゲートを開けることでキャニスタ１２内に溶融対象物８を投入する投入装置２４を備える。

また、キャニスタ１２内部の溶融状況を常時監視する監視カメラ２５と、溶融炉２１から発生する排気を排出する煙道２６と、排気中の粉塵を濾過するフィルター２７と、排気を吸引する排ガスブロワと、排ガスブロワにより吸引した排気を無害化する排気処理装置２９とを備える。なお、前記監視カメラ２５は、本発明における、前記溶融炉２１内における溶湯レベルを検知する溶湯レベル検知手段となる。

また、キャニスタ１２の炉内への装荷や炉外への取り出し等、キャニスタ１２のハンドリングを容易にするため、また、キャニスタ１２の外表面温度の測定のため、溶融炉２１の内壁とキャニスタ１２との間には空隙を持たせている。

このような溶融設備２においては、溶融炉２１内の高周波誘導コイル２０に電圧を印加することにより磁界が発生し、ジュール熱を生ずることでキャニスタ１２の内部を１５００℃程度に昇温させ、溶融対象物８を溶融させる。そして、キャニスタ内に余裕ができると投入容器１１内の溶融対象物８を順次キャニスタ１２内に追加投入しながら溶融させ、所定の溶湯レベルに至るまで追加投入を継続する。溶湯レベル及び溶融状態は、キャニスタ１２内部が見渡せる溶融炉２１の上部付近に設けられた前記監視カメラ２５によって常時監視されている。

さらに、溶融炉２１の上部付近には、排気排出用の煙道２６が開口されており、この煙道２６には煙道配管３０が接続されている。また、この煙道配管３０はフィルタ２７を介して排気処理装置２９に接続されている。排ガスブロアの吸引動作により溶融炉内は負圧に常時保たれ、排気の外部拡散を防止している。また、排気については、フィルタ２７で濾過を行って排気中の粉塵を除去した後、排気処理装置２９を通過させて無害化し、大気中に放出される。

キャニスタ１２において溶融終了後の溶融廃棄物３１は、キャニスタ移動装置２３にてキャニスタ１２ごと溶融炉２１から取り出され、冷却装置２２まで搬送される。また、この冷却装置２２にて外気等で所定温度まで冷却された溶融廃棄物３１は、キャニスタ１２ごとドラム缶３２内に収容されることとなる。

図２は本実施形態における雑固体廃棄物の溶湯レベル管理システムを含む溶融設備概要図である。本実施形態における前記溶融設備２は、図２に示すように、前記減容設備３００が備える溶融炉２１内における溶湯レベルを検知する溶湯レベル検知手段２５（例：監視カメラ）と、前記検知した溶湯レベルが所定範囲以上に上昇しているか判定するレベル判定手段２０１と、前記判定により前記溶湯レベルが所定範囲以上に上昇していると判定された場合にホウ砂および珪砂を溶融炉内の溶湯へ投入する添加剤投入手段２０２とからなる溶湯レベル管理システム２００を備える。

溶湯レベル管理システム２００は、溶融設備２に備わるコンピュータであり、前記溶湯レベル検知手段２５からの溶湯レベル情報を取得する一方で、この溶湯レベル情報と自身が備えるメモリに格納された溶湯レベルの許容上昇範囲とを比較する。この比較により、現在の溶融炉２１つまりキャニスタ１２における溶湯レベルが所定範囲以上に上昇しているか否か判定することとなる。この判定結果が前記所定範囲以上との旨であれば、ホウ砂および珪砂の溶湯投入指示を生成し、これを前記添加剤投入手段２０２に通知するのである。

ここで、前記ホウ砂は、溶湯内にあって溶湯自体の粘性を抑制することで溶湯レベルの流動性を確保することが可能なものである。一方、珪砂は、溶湯内にあって生成された前記酸化鉄に起因する一酸化炭素発生を抑制可能なものである。したがって本発明は、ホウ砂により溶湯の粘性を抑制して流動性を高めると共に、溶湯内を液面つまり大気に向かって上昇して溶湯自体のレベル上昇を招来する一酸化炭素の発生を珪素により抑制し、溶湯の粘性および一酸化炭素の両面から溶湯レベル上昇という課題にアプローチしたものである。

また、前記溶融炉２１内の溶湯に投入する、溶湯レベルの上昇抑制用のホウ砂および珪砂の重量比は、１：１とすることが好適である。或いは、溶融炉２１（のキャニスタ１２）毎の前記ホウ砂の投入重量を１ｋｇとし、溶融炉２１（のキャニスタ１２）毎の前記珪砂の投入重量を１ｋｇとすることとしてもよい。いずれにしても、従来は投入するホウ砂および珪砂の重量比が０．６：１であったから、ホウ砂の投入量を珪砂に比して従来より増大させ、溶湯の粘性により配慮したものとも言える。

また、前記ホウ砂および珪砂としては、一例として、ホウ砂：Ｎａ _２ Ｂ _４ Ｏ _７ １０Ｈ _２ 、珪砂：フェロシリコン、を想定できるが、その他の成分構成のホウ砂、珪砂であっても適用可能である。

なお、前記溶湯レベル検知手段２５は、上述した監視カメラ２５の例だけでなく、他の種々のレベル検知手段を採用することが可能である。また、前記添加剤投入手段２０２についても、キャニスタ１２内の溶湯へホウ砂および珪砂を投入可能な装置であれば、キャニスタ１２や溶融炉２１の形態や構造などに応じて適宜採用するものとできる。

図３は本実施形態における雑固体廃棄物の溶湯レベル管理方法の処理手順を示すフロー図である。次に、雑固体廃棄物の溶湯レベル管理方法の処理手順について説明する。まず、金属粉等除外手段たる仕分け台９において、低レベル放射性廃棄物中より所定量以上の金属粉または金属片について選別および除去を実行する（ｓ１０００）。ここで選別・除去された所定量以上の金属粉または金属片は、直接充填物７としてドラム缶１５に充填され、搬出手段１６によりモルタル固化設備３に搬出される。

一方、前記溶融炉２１内（のキャニスタ１２）における溶湯レベルを、前記監視カメラ２５などの溶湯レベル検知手段により検知する（ｓ１００１）。前記レベル判定手段２０１は、前記検知した溶湯レベルを所定の許容上昇範囲（所定範囲レベル）と比較し（ｓ１００２）、所定範囲以上であるか否か判定する（ｓ１００３）。この判定により、溶湯レベルが所定の範囲以下であった場合（ｓ１００３：ＮＯ）、処理をステップｓ１００１に戻し、通常操業の状態を維持する。

他方、前記溶湯レベルが所定範囲以上であると判定された場合に（ｓ１００３：ＹＥＳ）、前記レベル判定手段２０１より添加剤投入手段２０２に対し、前記ホウ砂および珪砂の溶湯へ投入処理の指示を行う。これを受けた添加剤投入手段２０２は、例えばキャニスタ１２の溶湯液面に対向する位置に備えた開閉扉２０３を所定時間開放するなどして自身の添加剤格納容器２０４より所定量（例：ホウ砂と珪砂の重量比１：１、またはホウ砂１ｋｇ：珪砂１ｋｇ）のホウ砂および珪砂の投入処理を実行し（ｓ１００４）、本フローは終了する。このホウ砂および珪砂の溶湯投入処理によって、ホウ砂により溶湯の粘性を抑制して流動性を高めると共に、溶湯内を液面つまり大気に向かって上昇して溶湯自体のレベル上昇を招来する一酸化炭素の発生を珪素により抑制することとなる。

本発明によれば、金属粉等に配慮した、雑固体廃棄物の効率よい溶融管理が可能となる。

以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

本発明が適用される放射性廃棄物処理設備の全体構成を示す説明図である。 本実施形態における雑固体廃棄物の溶湯レベル管理システムを含む溶融設備概要図である。 本実施形態における溶湯レベル管理方法の処理手順を示すフロー図である。

符号の説明

１ 前処理設備 ２ 溶融設備
３ モルタル固化設備 ４ 保管設備
５ 雑固体廃棄物 ６ 処理対象外廃棄物
７ 直接充填物 ８ 溶融対象物
９ 仕分け台、金属粉除外手段 １０ 切断機
１１ 投入容器 １２ キャニスタ
１３ 収納手段 １４、１６ 搬出手段
１５、３２ ドラム缶 １７ 回転部
１８ 固定部 ２０ 高周波誘導コイル
２１ 溶融炉 ２２ 冷却装置
２３ 移動装置 ２４ 投入装置
２５ 監視カメラ、溶湯レベル検知手段 ２６ 煙道
２７ フィルター ２９ 排気処理装置
３０ 煙道配管 ３１ 溶融廃棄物
３３ 固形化材サイロ ３４ 固形化材投入機
３５ 練り混ぜ機 ３６ ホッパ
３７ 充填固化体
２００ 溶湯レベル管理システム ２０１ レベル判定手段
２０２ 添加剤投入手段 ２０３ 開閉扉
２０４ 添加剤格納容器 ３００ 雑固体廃棄物溶融設備

Claims (4)

1. 低レベル放射性廃棄物の減容設備において、溶湯レベルの上昇抑制用のホウ砂を珪砂と共に、前記減容設備が備える溶融炉内の溶湯に投入する溶湯レベル管理方法であって、
   前記溶湯に投入するホウ砂および珪砂の重量比を、X：１（X＞０．６）とし、
   低レベル放射性廃棄物中より所定量以上の金属粉または金属片を選別し、この金属粉または金属片を前記溶融炉における溶融対象から除外する、金属粉等除外手順を含むことを特徴とする溶湯レベル管理方法
2. 請求項１において、前記溶融炉内の溶湯に投入する、ホウ砂および珪砂の重量比を１：１とすることを特徴とする溶湯レベル管理方法。
3. 請求項１又は２において、前記溶融炉内における溶湯レベルを検知する溶湯レベル検知手順と、前記検知した溶湯レベルが所定範囲以上に上昇しているか判定するレベル判定手順と、前記判定により前記溶湯レベルが所定範囲以上に上昇していると判定された場合に前記ホウ砂および珪砂を前記溶融炉内の溶湯へ投入する添加剤投入手順と、を含むことを特徴とする溶湯レベル管理方法。
4. 低レベル放射性廃棄物の減容設備における溶湯レベルの管理システムであって、
   前記減容設備が備える溶融炉内における溶湯レベルを検知する溶湯レベル検知手段と、
   前記検知した溶湯レベルが所定範囲以上に上昇しているか判定するレベル判定手段と、
   前記判定により前記溶湯レベルが所定範囲以上に上昇していると判定された場合にホウ砂および珪砂を溶融炉内の溶湯へ投入する添加剤投入手段と、
   低レベル放射性廃棄物中より所定量以上の金属粉または金属片を選別し、この金属粉または金属片を前記溶融炉における溶融対象から除外する、金属粉等除外手段と、を含むことを特徴とする溶湯レベル管理システム。

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