JP5276487B2 - 原子力施設から排出されるシリコンオイルの焼却方法 - Google Patents
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Description
本発明は、原子力発電所に代表される原子力施設から排出されるシリコンオイルの焼却方法に関するものである。
原子力施設から排出される可燃性の廃棄物は焼却して減容化することが好ましく、可燃性の雑固体廃棄物や廃油の大部分は、焼却炉において焼却処理されている。焼却炉から排出される高温の排ガスは耐熱性に優れたセラミックフィルタによってダスト分を除去したうえ、その後段のHEPAフィルタにより放射性物質を完全に除去し、さらに必要に応じて吸着塔において酸性成分を吸着除去して大気中に放出されている（特許文献１）。
ところが焼却する廃油中にシリコンオイルが含まれていると、セラミックフィルタの膜差圧が短時間で急速に上昇し、逆洗操作を行っても膜差圧を回復させることができないというトラブルが発生した。このような状態に至るとセラミックフィルタのフィルタエレメントを交換しなければ運転を継続することができず、焼却炉を長時間停止しなければならなくなる。
そこで本発明者はシリコンオイルの焼却時にセラミックフィルタの膜差圧が急上昇した原因を究明したところ、シリコンオイルに含まれる珪素が気相で酸化反応して微粉体のシリカを生成し、このシリカがセラミックフィルタの表面に付着して膜差圧を上昇させるとともに、シリカの一部がセラミックフィルタの内部にまで侵入し、逆洗による膜差圧の回復を困難にしていることが判明した。さらに、雑固体焼却時に発生する焼却灰のサイズはほとんどが１０μｍ以上であるのに対して、シリコンオイルの焼却時に発生するシリカの粒径分布を測定すると１μｍ以下が６５％と多く、セラミックフィルタの細孔の内部に侵入しやすいことも判明した。
なお、廃油の焼却において行われているように、紙などの可燃物にシリコンオイルをしみ込ませて焼却するテストも行ったが、やはり微粉体のシリカが発生することは同様であり、セラミックフィルタの目詰まりを防止する効果はなかった。
本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、シリコンオイルをセラミックフィルタを目詰まりさせることなく安定に焼却処理することができ、しかも放射性物質が大気中に漏洩するおそれのない原子力施設から排出されるシリコンオイルの焼却方法を提供することである。
上記の課題を解決するためになされた本発明は、原子力施設から排出されるシリコンオイルをオイル専焼炉で焼却し、その排ガスを平均細孔径が1〜５μmの多孔質セラミックスよりなるハニカムフィルタに導いて集塵したうえ、このハニカムフィルタを通過した排ガスを、原子力施設から排出される雑固体焼却炉の排ガスを処理するために設置されている１次セラミックフィルタ、２次セラミックフィルタ、HEPAフィルタからなる排ガス処理ラインの１次セラミックフィルタの入口側に送り、さらに排ガス処理したうえで大気中に放出することを特徴とするものである。
なお請求項２に記載のように、原子力施設から排出されるシリコンオイルを、オイル専焼炉に設置されたバーナーに噴霧用空気及び燃焼用空気とともに供給して焼却することが好ましい。また請求項３に記載のように、１次セラミックフィルタと２次セラミックフィルタとして、平均細孔径が３０〜６０μｍの多孔質セラミックフィルタを用いることが好ましい。
本発明によれば、シリコンオイルをオイル専焼炉で焼却し、その排ガスを平均細孔径が1〜５μmの多孔質セラミックスよりなるハニカムフィルタに導いて集塵する。平均細孔径の細かいハニカムフィルタを用いることにより、シリカ粒子が目詰まりすることはなく、またハニカムフィルタの細孔内部にシリカ粒子が侵入することもないので、容易に逆洗も可能である。従って長期間にわたり安定してシリコンオイルの焼却処理が可能である。
しかも本発明によれば、このハニカムフィルタを通過した排ガスを、原子力施設から排出される雑固体焼却炉の排ガスを処理するために従来から設置されている１次セラミックフィルタ、２次セラミックフィルタ、HEPAフィルタからなる排ガス処理ラインの１次セラミックフィルタの入口側に送り、さらに排ガス処理したうえで大気中に放出する。この排ガス処理ラインは国の安全基準を満たす除染係数を達成可能な設備として認可されているものであるから、万一ハニカムフィルタの一部が破損して放射性物質がハニカムフィルタを通過することがあっても、放射性物質が大気中に漏洩するおそれはない。
なお、雑固体焼却炉の焼却量に比較してシリコンオイルの焼却量は小さいため、既設の排ガス処理ラインの負荷は少なく、オイル専焼炉とハニカムフィルタを既設の設備に追加するだけでよいので、設備コストを抑制することができる。
以下に本発明の好ましい実施形態を説明するが、最初にシリコンオイルについて説明する。
シリコンオイルは原子力施設において潤滑油として使用されている合成油であり、無機質のシロキサン結合と有機質のメチル基及びフェニル基などから構成されている。その代表例であるメチルフェニルシリコーンオイルの分子構造は、化１に示すとおりである。
シリコンオイルは原子力施設において潤滑油として使用されている合成油であり、無機質のシロキサン結合と有機質のメチル基及びフェニル基などから構成されている。その代表例であるメチルフェニルシリコーンオイルの分子構造は、化１に示すとおりである。
シリコンオイルは水や他の鉱物油に対して溶解し難い性質を有し、比重も０．９５〜０．９９と大きく、化学的にも熱的にも非常に安定である。なおセラミックフィルタを目詰まりさせる原因となる低融点物質を生成するＳ、Ｐ、Ｋ、Ｎａ、Ｚｎ、Ｐｂ等はほとんど含有されておらず、目詰まり原因物質としてはシリカ以外には考えられない。また実験室にてシリコンオイルを焼却して測定した燃焼ダスト（シリカ）の粒径分布は表１の通りであり、大部分が１μｍ以下である。
次に本発明の実施形態を説明する。図１に示すように、廃油タンク１に貯留されたシリコンオイルを供給ポンプ２によりオイル専焼炉３に送る。オイル専焼炉３は図２に示すように炉体４の一端にバーナー５を設置したものであり、バーナー５の中心管６にシリコンオイルが供給される。また中心管６に噴霧用空気が供給されてシリコンオイルを噴霧するとともに、バーナー５の外周管７に燃焼用空気が供給され、噴霧されたシリコンオイルを焼却する。
前記したように、この焼却により発生する排ガス中にはシリカの微粒子が含まれているため、排ガスをセラミックス製のハニカムフィルタ８に導いて集塵を行う。このハニカムフィルタ８は缶体９の内部に水平断面が正方形のハニカムフィルタエレメント１０を多数配置したものである。各ハニカムフィルタエレメント１０は図４に示すように縦長のセルの上下の端部を交互に目封じしたものである。このハニカムフィルタエレメント１０は平均細孔径が1〜５μmの多孔質セラミックスよりなるもので、図３に示される排ガス導入口１１から供給された排ガスはハニカムフィルタエレメント１０の下側からセル内部に入り、セルの壁面を通過する際にろ過されて上端から清浄ガスとなって流出し、清浄ガス出口１２から次工程に送られる。なおセラミックス製のハニカムフィルタエレメント１０は耐熱性、耐熱衝撃性に優れるため、５００℃前後の排ガスを処理することができる。
このハニカムフィルタエレメント１０のセル間の隔壁は１ｍｍ以下の薄いものであるが、平均細孔径が1〜５μmと小さいため、排ガスを通過させれば前記の表１に示した粒度分布を持つシリカ微粒子は確実に捕捉される。平均細孔径を1〜５μmとしたのは、これよりも平均細孔径が大きいとシリカ微粒子の捕捉率が低下し、逆にこれよりも細かいと実用的なろ過速度を達成ににくいためである。なおろ過面にシリカ微粒子が次第に堆積することによってハニカムフィルタ８の膜差圧は次第に上昇するが、シリカ微粒子は細孔内部にまで侵入することはない。このため、缶体９の天井部に設けた逆洗ノズル１３からハニカムフィルタエレメント１０の上端に向けて逆洗空気をパルス状に噴出してパルス逆洗を行えば、シリカ微粒子は下方のホッパー１４に落下し、膜差圧を容易に回復させることができる。
このようにしてシリカの微粉末が除去された排ガスは十分に清浄なものであるが、上記したように隔壁が非常に薄いため、万一隔壁の一部が破損していると放射性物質が通過する可能性がゼロではない。そこで本発明では図１に示したように、ハニカムフィルタ８を通過した排ガスを、既設の排ガス処理ラインで処理する。
この排ガス処理ラインは、雑固体焼却炉１５の排ガスを処理するために設置されているもので、１次セラミックフィルタ１６、２次セラミックフィルタ１７、HEPAフィルタ１８からなる。これらの１次セラミックフィルタ１６及び２次セラミックフィルタ１７としては、平均細孔径が３０〜６０μｍの多孔質セラミックフィルタが用いられており、雑固体焼却炉１５の排ガス中に含有されているダストを除去している。なお雑固体焼却炉１５の排ガス温度は約８００℃であるから、１次セラミックフィルタ１６では約７００〜８００℃、２次セラミックフィルタ１７では約５００〜６００℃でろ過が行われる。
さらにその後段のHEPAフィルタ（ハイ・エフィシェンシィ・パティキュレート・エアフィルタ）１８は従来からこの技術分野において使用されているものであり、放射性物質を確実に除去することができる。HEPAフィルタ１８はペーパーフィルターであるが、この段階では排ガス温度は２００℃以下にまで低下しているため、支障なく使用することができる。なおこの排ガス処理ラインは国の安全基準を満たす除染係数を達成可能な設備として認可されているものであるから、ハニカムフィルタ８を通過した排ガスをこの排ガス処理ラインに導くことによって安全性が確保され、ハニカムフィルタの一部が破損して放射性物質がハニカムフィルタを通過することがあっても、放射性物質が大気中に漏洩するおそれはない。
パイロットプラントにより実験を行ったところ、シリコンオイルを雑固体焼却炉で直接焼却した場合には、焼却開始後の約１０分間で１次セラミックフィルタ１６の膜差圧が４００ｍｍ水柱から７００ｍｍ水柱まで急上昇した。これに対して本発明によればハニカムフィルタ８の膜差圧は逆洗を繰り返すことによって一ヶ月以上の長期間にわたり１００〜２００ｍｍ水柱の間で安定しており、１次セラミックフィルタ１６の膜差圧も一ヶ月以上の長期間にわたり４００〜５００ｍｍ水柱の間で安定していた。またシリカ粒子の９９．９％以上がハニカムフィルタ８によって除去されたことも確認された。
このように、本発明によれば従来は焼却処理に困っていたシリコンオイルをセラミックフィルタを目詰まりさせることなく安定に焼却処理することができ、しかも放射性物質が大気中に漏洩するおそれを確実に防止することができる。
１ 廃油タンク
２ 供給ポンプ
３ オイル専焼炉
４ 炉体
５ バーナー
６ 中心管
７ 外周管
８ ハニカムフィルタ
９ 缶体
１０ ハニカムフィルタエレメント
１１ 排ガス導入口
１２ 清浄ガス出口
１３ 逆洗ノズル
１４ ホッパー
１５ 雑固体焼却炉
１６ １次セラミックフィルタ
１７ ２次セラミックフィルタ
１８ HEPAフィルタ
２ 供給ポンプ
３ オイル専焼炉
４ 炉体
５ バーナー
６ 中心管
７ 外周管
８ ハニカムフィルタ
９ 缶体
１０ ハニカムフィルタエレメント
１１ 排ガス導入口
１２ 清浄ガス出口
１３ 逆洗ノズル
１４ ホッパー
１５ 雑固体焼却炉
１６ １次セラミックフィルタ
１７ ２次セラミックフィルタ
１８ HEPAフィルタ
Claims (3)
- 原子力施設から排出されるシリコンオイルをオイル専焼炉で焼却し、その排ガスを平均細孔径が1〜５μmの多孔質セラミックスよりなるハニカムフィルタに導いて集塵したうえ、このハニカムフィルタを通過した排ガスを、原子力施設から排出される雑固体焼却炉の排ガスを処理するために設置されている１次セラミックフィルタ、２次セラミックフィルタ、HEPAフィルタからなる排ガス処理ラインの１次セラミックフィルタの入口側に送り、さらに排ガス処理したうえで大気中に放出することを特徴とする原子力施設から排出されるシリコンオイルの焼却方法。
- 原子力施設から排出されるシリコンオイルを、オイル専焼炉に設置されたバーナーに燃焼用空気とともに供給して焼却することを特徴とする請求項１記載の原子力施設から排出されるシリコンオイルの焼却方法。
- １次セラミックフィルタと２次セラミックフィルタとして、平均細孔径が３０〜６０μｍの多孔質セラミックフィルタを用いることを特徴とする請求項１記載の原子力施設から排出されるシリコンオイルの焼却方法。
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