JP5202855B2

JP5202855B2 - 溶融物排出機構

Info

Publication number: JP5202855B2
Application number: JP2007049827A
Authority: JP
Inventors: 通章穐山; 克男山崎; 勇二室井; 眞一郎鈴木; 健二酒井; 信一郎穂積
Original assignee: Japan Atomic Power Co Ltd; Toyo Engineering Corp
Current assignee: Japan Atomic Power Co Ltd; Toyo Engineering Corp
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2027-02-28
Also published as: JP2008215641A

Description

本発明は、回転炉床式プラズマ溶融処理装置に関し、特に溶融物を別の容器に移すための排出機構の改善に関するものである。

原子力発電所などから発生する各種の無機物、金属及び有機物を含む放射性雑固体廃棄物の最終処理法として溶融処理が行われる。このような目的の放射性雑固体廃棄物の焼却溶融処理装置としては各種のものが知られている。何れの処理装置においても、加熱による溶融処理後、炉本体の底部に形成された溶融物排出口より、溶融物を自重により排出して容器（受け容器）に払い出すのが一般的である。

ところが、溶融物排出口より溶融物を受け容器に払い出す際、溶融物の表面張力・粘性による排出口での回り込みにより溶融物が意図しない方向へ拡散する飛散現象が避けられない。受け容器が十分に大きく、また、排出口近傍に設置できる場合には、このような溶融物の飛散は問題とならないが、装置設計上、受け容器が小さい場合、または受け容器と溶融物排出口との距離が離れている場合、溶融物が受け容器周囲に飛散し、意図しない箇所へ付着・成長することで、運転継続ができなくなる、周辺設備の損傷を招く、処理物による汚染の拡大等の問題が発生する。

このような問題を解決するため、特許文献１では、誘導加熱により金属を溶解する誘導加熱溶解炉において、(1) 被溶解金属の溶解された溶湯を収容する炉本体の底面壁に設けられた底部出湯機構として、特定の出湯構造体を設け、出湯構造体内における溶湯の流動方向に沿った直流磁場を生成させることによって溶湯が旋回する等の乱れを抑制して受け容器内に溶湯を確実に収容させる構造や、(2) 出湯構造体の出湯穴から垂下されたカーボン製の出湯ノズルを設け、溶湯の流動方向を一方向に規制すると共に、出湯後、出湯ノズルの周囲に配設された誘導加熱コイルにより、出湯ノズル内に残留した溶湯等を誘導加熱し、溶融状態として滴下させる構造が提案されている。

特許文献１の機構によれば、ある程度、溶融物の飛散の問題は解決されるものの、その効果は十分と言えず、特にスラグを含む溶湯の場合には、溶湯の旋回等の乱れに対する直流磁場での抑制効果が小さく、更に装置設備面等から回転炉床式プラズマ溶融処理装置にそのまま適用することは困難であり、実用性を有するものとは言えなかった。
特開２００２−１４７９６４号公報

本発明は上記従来技術に鑑み案出されたもので、回転炉床式プラズマ溶融処理装置により放射性雑固体廃棄物を溶融処理し、溶融物を受け容器に移す際の問題である飛散や付着等を、比較的簡易な設備構造により確実に改善し得る機構の提供を目的とする。

本発明者は、上記目的を達成すべく、鋭意検討した結果、セラミック製ガイドと抵抗加熱ヒータとを組み合わせた溶融物排出機構を見出した。

即ち本発明は、放射性雑固体廃棄物を溶融処理する回転炉床式プラズマ溶融処理装置において、溶融処理装置の底部に設けられ、溶融物を受け容器に移すための溶融物排出口と、溶融物排出口と受け容器の間に介在させる筒状のセラミック製ガイドと、該セラミック製ガイドの周囲に配置される複数本の抵抗加熱ヒータとを組み合わせたことを特徴とする溶融物排出機構である。

本発明で使用する回転炉床式プラズマ溶融処理装置とは、プラズマトーチの電極間に発生するプラズマアークを渦流ガスにより安定化させ、その高いエネルギーを利用して対象物を溶融処理する方式の装置である。炉は15〜50rpmで回転するため、均一な加熱効果による溶融速度の高効率化が期待でき、溶融終了後は回転を落とすことにより、炉内に保持されていた溶融物を底部中央部から排出するものであって、原子力発電所等から発生する放射性雑固体廃棄物を効率良く溶融処理することができる装置である。

本発明の実施の形態を図１〜２に基づいて以下に説明する。

図１は本発明の溶融物排出機構を示す略示断面図である。図１に示すように、炉本体１の底部中央部には、溶融物を受け容器５に移すための溶融物排出口２が設けられている。

前述の通り、受け容器５が十分に大きく、また、溶融物排出口２近傍に設置できる場合には、このような溶融物の飛散は問題とならないが、装置設計上、受け容器５が小さい場合、または受け容器５と溶融物排出口２との距離が離れている場合、溶融物が受け容器５周囲に飛散し、意図しない箇所へ付着・成長することで、運転継続ができなくなる、周辺設備の損傷を招く、処理物による汚染の拡大等の問題が発生する。

特に、本発明の対象とする回転炉床式プラズマ溶融処理装置では、炉の回転により、溶融物の飛散の問題が特に顕著であるという問題がある。

本発明では、溶融物排出口２と受け容器５の間に、筒状のセラミック製ガイド３を介在させる。セラミック製ガイド３の内径は、溶融物排出口２の内径の１．５〜３倍程度が好ましい。この範囲であれば、抵抗加熱ヒータ４との組み合わせにより確実に飛散・付着を防止できると共に、溶融物の流動・排出を阻害することがない。

また、筒状のセラミック製ガイド３の長さは特に制限されず、装置の設計の点から定まる、溶融物排出口２と受け容器５の間の距離とほぼ同等にすればよい。

一般に溶融物は炉内で１４００℃以上の温度で溶融されるが、排出に際し、セラミック製ガイド３を１２００℃程度以上に加熱することで、セラミック製ガイド３に溶融物を付着させずに受け容器に導くことができる。

セラミック製ガイド３の素材であるセラミックとしては、このような耐熱性を有するものであれば特に限定されず、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＣ−Ｃ系セラミック等を用いることができる。

セラミック製ガイド３を上記温度に加熱するため、本発明では、該セラミック製ガイド３の周囲に複数本の抵抗加熱ヒータ４を配置し、排出時に抵抗加熱ヒータ４に通電することによって、溶融物の付着を防止する。

回転炉床式プラズマ溶融処理装置では、装置の構造からして、組み込む付属設備の大きさが制限され、セラミック製ガイド３の加熱装置もシンプルであることが要求される。

前述の特許文献１に示すような、コイルに高周波電流を通電する誘導加熱方式は、加熱構造がシンプルであるという利点があるが、加熱対象が導電性と耐久性を兼ねた材料に制限され高コストになり、加熱対象を大きくすることが困難であり、特許文献１でも細いノズルを加熱する方式としている。特許文献１では、出湯穴から垂下されたカーボン製の出湯ノズルを設け、溶湯の流動方向を一方向に規制すると共に、出湯後、出湯ノズルの周囲に配設された誘導加熱コイルにより、出湯ノズル内に残留した溶湯等を誘導加熱し、溶融状態として滴下させる方式であり、このような方式では飛散は防止できるものの、細いノズルを通過させるため、溶融物の排出に際し、流動性の低下、目詰まり等が懸念される。また、誘導コイルだけでなく、給電ケーブル自体にも磁場が生じ、周囲を加熱してしまう。これを防止するため、シールド対策が必要となり、給電ケーブルダクトのスペースが大きくなり、配置上の制約となる。

これに対し、本発明では、セラミック製ガイド３の加熱方式として、抵抗加熱ヒータ４を用いているため、以下のような利点がある。

即ち、従来技術では、ノズルを細くする必要があるが、本願ではセラミック製ガイド３の太さに応じるように、セラミック製ガイド３の抵抗加熱ヒータを配置しているので、セラミック製ガイド３を太くすることが可能で、目詰まり等の懸念がない。また、本願では給電ケーブル自体の磁場の発生がないので、周囲を加熱する心配がないので、シールド対策が不要であり、給電ケーブルダクトスペースが大きくなるといったことがなく、配置上の制約が小さい。

本発明における、抵抗加熱ヒータ４によるセラミック製ガイド３の加熱方式として具体的には、セラミック製ガイド３の周囲に複数本（３〜８本程度）の棒状の抵抗加熱ヒータを、セラミック製ガイド３の外周を取り囲むように立設し（図２参照）、溶融物排出時に抵抗加熱ヒータに通電することによって、セラミック製ガイド３を間接的に加熱し、溶融物の付着を防止している。

抵抗加熱ヒータ４としては、ＳｉＣ製の電気ヒータ等を用いれば、上記温度にセラミック製ガイド３を加熱することが可能である。このような抵抗加熱ヒータ４を用いることにより、非導電性の溶湯の付着防止も可能であり、必要な電力消費量も誘電加熱方式に比較して少なくて済むという利点もある。

また、筒状のセラミック製ガイド３の外周を超高温環境で使用できる金属製支持金具６で支持することにより、冷却が不要となるので、セラミック製ガイド３の局所的な温度低下を防止することが可能となる。このような金属としては、耐熱性のクロム基鋳造合金等を用いることができる。また、７は水冷支持プレートであり、水冷支持プレートは給電部の端子、電気ケーブル等を保護するため、適宜冷却する。

このような方式を採用した本発明の溶融物排出機構は、全体構造がシンプルで、形状・寸法の点で自由度があり、各構成部品（セラミック製ガイド３、抵抗加熱ヒータ４）の交換も簡単に行えるという利点もある。

本発明の溶融物排出機構を示す略示断面図である。本発明の溶融物排出機構を示す斜視図である。

符号の説明

１炉本体
２溶融物排出口
３セラミック製ガイド
４抵抗加熱ヒータ
５受け容器
６金属製支持金具
７水冷支持プレート

Claims

放射性雑固体廃棄物を溶融処理する回転炉床式プラズマ溶融処理装置において、
溶融処理装置の底部に設けられ、溶融物を受け容器(5)に移すための溶融物排出口(2)と、
溶融物排出口(2)と受け容器(5)の間に介在させる筒状のセラミック製ガイド(3)であり、内径が溶融物排出口(2)の内径の１．５〜３倍であるものと、
該セラミック製ガイド(3)の周囲に配置される複数本の抵抗加熱ヒータ(4)とを組み合わせたことを特徴とする溶融物排出機構。
筒状のセラミック製ガイドの外周を超高温環境で使用できる金属で支持することを特徴とする請求項１記載の溶融物排出機構。