JP4936769B2

JP4936769B2 - 溶融炉管理方法、および溶融炉管理システム

Info

Publication number: JP4936769B2
Application number: JP2006098505A
Authority: JP
Inventors: 睦男生田; 英樹西村; 博之深田
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007271185A

Description

本発明は、溶融炉管理方法、および溶融炉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、放射温度計により連続的に計測される温度計測結果を取り込む温度取込ステップと、該温度取込ステップで取り込まれた温度計測結果の内で少なくとも最新の温度計測結果を含む１以上の計測値群と、該少なくとも最新の温度計測結果を含む１以上の計測値群を含まない１以上の計測値群とに基づき放射温度計の異常判定を行う突発異常判定ステップとを有することを特徴とする温度計の異常検知方法（特許文献１参照）などが提案されている。

また、内部を加熱する複数の加熱手段が設けられ、傾斜する底面の上部にテルミット剤を混在させた被溶融物が投入される投入口が設けられるとともに下部に溶融スラグの排出口が設けられ、上記底面の上方から下方に向けて順次上記被溶融物の投入域、溶融域および排出域が連続的に形成されるテルミット式溶融炉の炉内温度制御方法であって、上記底面と対向する天井部または側壁部に設けた赤外放射温度計によって、少なくとも上記溶融域および排出域から発せられる赤外放射エネルギーを検出し、この検出信号に基づいて上記溶融域および排出域が所定の温度範囲になるように各々の上記加熱手段による炉内加熱を制御することを特徴とするテルミット式溶融炉の炉内温度制御方法（特許文献２参照）なども提案されている。

また、廃棄物が熱分解されて生じた熱分解ガスが導入され、この熱分解ガスに一次燃焼空気を供給することにより当該熱分解ガスを燃焼させる一次燃焼部と、この一次燃焼部と連通され、当該一次燃焼部から排出されたガスに二次燃焼空気を供給することにより当該ガスを二次燃焼させる二次燃焼部とを備えた溶融炉の燃焼状態を制御する方法であって、上記一次燃焼部内の温度及び二次燃焼部内の温度を検出し、これらの温度の比較に基づき一次燃焼部内での空気の過不足を推定して上記一次燃焼空気の供給量を調節することを特徴とする溶融炉の燃焼制御方法（特許文献３参照）なども提案されている。

また、装入された被処理物を溶融処理する主室（１）に、前記主室（１）内に燃焼用酸素含有ガス又は燃焼用酸素含有ガス及び燃料を供給する燃焼装置（２）を設けてある廃棄物溶融炉の燃焼制御方法であって、前記主室（１）からの燃焼ガス中の排出酸素濃度及び一酸化炭素濃度を検出し、実測した前記主室（１）への酸素含有ガス供給量と、前記供給した酸素含有ガスの供給酸素濃度と、前記検出した排出酸素濃度と一酸化炭素濃度とに基づき、計算式として、Ｓoe＝ＧoD×（Ｐo −Ｐo2＋０．５×Ｐco）／１００（但し、Ｓoe：主室内の可燃物に対する理論酸素量(Nm3/h）、ＧoD：主室への酸素含有ガス供給量(Nm3／h)、Ｐo ：供給する酸素含有ガスの供給酸素濃度(%）、Ｐo2：排出酸素濃度(%）、Ｐco：一酸化炭素濃度(%））を用いて、前記主室（１）内の可燃物に関する理論酸素量を演算導出し、前記演算導出した理論酸素量を基に、計算式として、Ｇoe＝Ｓoe／（Ｐo／１００）（但し、Ｇoe：主室内の可燃物に対する理論酸素含有ガス供給量(Nm3/h））を用いて、前記主室（１）内の可燃物に対する理論酸素含有ガス供給量を演算導出し、前記演算導出した理論酸素含有ガス供給量と、設定された目標酸素過剰係数を基に、計算式として、ＧoP＝Ｇoe×αP （但し、ＧoP：目標酸素含有ガス供給量(Nm3／h)、αP：目標酸素過剰係数）を用いて、前記主室（１）内の可燃物に対する目標酸素含有ガス供給量を演算導出して、前記主室（１）に供給する酸素含有ガスの供給量を、前記演算導出した目標酸素含有ガス供給量を基準に調節して、前記主室（１）内を所定の酸素過剰係数範囲内に維持する廃棄物溶融炉の燃焼制御方法（特許文献４参照）なども提案されている。
特開２００２−９０２２４号公報特開２００３−５６９８９号公報特開平１１−３５１５３８号公報特開２００１−１０８２０８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、例えば所定量以上の金属粉または金属片などを含む場合、溶融過程においてキャニスタ内での急激な燃焼が生じて問題を生じることがあった。例えば、前記キャニスタ内での急激な燃焼に伴う炎がキャニスタ温度を測定する放射温度計付近まで回り込む一方で、当該放射温度計は前記の炎の延伸をもってキャニスタの温度上昇と誤認識してしまう惧れがあった。この放射温度計における温度値の誤認識は、誤認識された温度値が溶融炉の制御システムへ通知されることで溶融炉の自動停止につながり、その後の煩雑な復旧措置を招来することとなっていた。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、放射温度計における誤認識を抑制し雑固体廃棄物の効率よい溶融管理を可能とする、溶融炉管理方法および溶融炉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融炉管理方法は、低レベル放射性廃棄物の減容設備における溶融炉の管理方法であって、前記溶融炉における放射性廃棄物の収納容器外周について放射温度計が検知した温度値を取得し、当該温度値が所定時間にわたって同一値で継続したかを判定する継続判定手順と、前記判定により所定時間にわたって継続した温度値を前記放射温度計の測定温度とする温度決定手順と、前記温度決定手順において前記放射温度計の測定温度とされた温度値が所定温度以上であった場合に、溶融炉制御装置に対して溶融炉停止指示を送る、停止指示通知手順と、を含むことを特徴とする。

なお、前記溶融炉管理方法において、前記所定時間を約２０秒とするとしてもよい。

また、前記溶融炉管理方法において、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溶融前に除外する、金属粉等除外手順を含むとしてもよい。

また、本発明の溶融炉管理システムは、低レベル放射性廃棄物の減容設備における溶融炉の管理システムであって、前記溶融炉における放射性廃棄物の収納容器外周について放射温度計が検知した温度値を取得し、当該温度値が所定時間にわたって同一値で継続したかを判定する継続判定手段と、前記判定により所定時間にわたって継続した温度値を前記放射温度計の測定温度とする温度決定手段と、前記温度決定手段において前記放射温度計の測定温度とされた温度値が所定温度以上であった場合に、溶融炉制御装置に対して溶融炉停止指示を送る、停止指示通知手段、を含むことを特徴とする。

なお、前記溶融炉管理システムにおいて、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溶融前に除外する、金属粉等除外手段を含むとしてもよい。

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、放射温度計における誤認識を抑制し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において本発明の溶融炉管理システムを実現すると同時に、溶融炉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。

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を介して排ガスブロワ及び排気処理装置２９に接続されている。この排ガスブロワ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溶融炉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における放射温度計２０１が検知したキャニスタ１２周囲の温度値を取得し、当該温度値が所定時間にわたってほぼ同一値で継続したかを判定する継続判定手段２０２と、前記判定により所定時間にわたって継続した温度値を前記放射温度計２０１の測定温度とする温度決定手段２０３ととからなる溶融炉管理システム２００を備える。

また、この溶融炉管理システム２００は、前記温度決定手段２０３において前記放射温度計２０１の測定温度とされた温度値が所定温度以上であった場合に、溶融炉制御装置に対して溶融炉停止指示を送る、停止指示通知手段２０４を含むこととできる。

ここで、前記溶融炉管理システム２００は溶融設備２に備わるコンピュータであり、ＣＰＵ、メモリ、およびインターフェイスを備える。この溶融炉管理システム２００は、本発明の溶融炉管理方法を実現するプログラムを前記メモリに読み出してにＣＰＵにて各種演算処理を行い、インターフェイスを通じて各データの授受を外部装置と実行する。

図３は本実施形態における溶融炉管理方法の処理手順を示すフロー図である。次に、溶融炉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、溶融炉管理システム２００は、前記溶融炉２１における放射温度計２０１が検知したキャニスタ１２周囲の温度値を取得し（ｓ１００１）、この温度値と予め定めた所定の設定温度とを比較する（ｓ１００２）。そして、前記温度値が所定条件に合致していれば前記温度値を前記放射温度計２０１の制御温度として決定し（ｓ１００３）、当該温度を所定の記録装置にて記録する（ｓ１００４）。

上述のごとく決定された放射温度計２０１の制御温度が、所定温度以上で所定時間以上継続していなければ（ｓ１００５：ＮＯ）、処理をステップｓ１００１に戻す。他方、前記測定温度が所定温度以上で所定時間以上継続していれば（ｓ１００５：ＹＥＳ）、溶融炉制御装置（溶融炉の運転を制御する装置）に対して溶融炉停止指示を送り（ｓ１００６）、本フローは終了する。

つまり、所定量以上の金属粉や金属片などが溶融対象物に含まれている際に生じやすい、キャニスタ１２での溶融対象物の急激な燃焼とその炎の延伸といった事象に際しても、本発明の溶融炉管理システム２００ではこれをあくまでも一時的な現象として認識することができるのである。従って、こうした一時的な現象のみをもって溶融炉２１の自動停止等を措置を行うといった、非効率的な設備運営を改善することが可能となる。

なお、前記所定時間は約２０秒とすることとできるが、キャニスタ１２、溶融対象物８、あるいは放射温度計２０１といった、溶融炉の特性や運営状況などに応じて適宜設定できるものとする。

なお、前記溶融炉管理システム２００は、前記監視カメラ２５やマイクロ波レベル計４０による溶湯レベルの監視手段と連動することで、例えば、前記放射温度計２０１の測定温度が所定温度以上であるかを判定すると共に、溶湯レベルが所定レベル以上であるか否かも判定し、どちか一方の判定結果でも溶融炉管理上で不適なものであれば、溶融炉の一時停止やホウ砂および珪砂等のキャニスタ１２への投入など対応措置を実施するといったことが可能である。

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溶融炉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融炉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４０マイクロ波レベル計
２００溶融炉管理システム２０１放射温度計
２０２継続判定手段２０３温度決定手段
２０４停止指示通知手段３００雑固体廃棄物溶融設備

Claims

低レベル放射性廃棄物の減容設備における溶融炉の管理方法であって、
前記溶融炉における放射性廃棄物の収納容器外周について放射温度計が検知した温度値を取得し、当該温度値が所定時間にわたって同一値で継続したかを判定する継続判定手順と、
前記判定により所定時間にわたって継続した温度値を前記放射温度計の測定温度とする温度決定手順と、
前記温度決定手順において前記放射温度計の測定温度とされた温度値が所定温度以上であった場合に、溶融炉制御装置に対して溶融炉停止指示を送る、停止指示通知手順と、
を含むことを特徴とする溶融炉管理方法。
請求項１において、前記所定時間を約２０秒とすることを特徴とする溶融炉管理方法。
請求項１または２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溶融前に除外する、金属粉等除外手順を含むことを特徴とする溶融炉管理方法。
低レベル放射性廃棄物の減容設備における溶融炉の管理システムであって、
前記溶融炉における放射性廃棄物の収納容器外周について放射温度計が検知した温度値を取得し、当該温度値が所定時間にわたって同一値で継続したかを判定する継続判定手段と、
前記判定により所定時間にわたって継続した温度値を前記放射温度計の測定温度とする温度決定手段と、
前記温度決定手段において前記放射温度計の測定温度とされた温度値が所定温度以上であった場合に、溶融炉制御装置に対して溶融炉停止指示を送る、停止指示通知手段、
を含むことを特徴とする溶融炉管理システム。
請求項４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溶融前に除外する、金属粉等除外手段を含むことを特徴とする溶融炉管理システム。