JP5311810B2 - 放射性雑固体廃棄物焼却炉 - Google Patents

Description

本発明は、熱分解性廃棄物だけでなく、木材、活性炭、イオン交換樹脂等の表面燃焼する廃棄物も短時間でかつ安定して焼却処理することができる放射性雑固体廃棄物焼却炉に関するものである。

原子力発電所等から発生する雑固体廃棄物中には、塩化ビニルシート、ゴム手袋、ポリエチレン等の急激に分解燃焼する廃棄物がある。このような熱分解性廃棄物を対象にした焼却炉として、本件出願人は特許文献１に示されるような焼却炉を先に出願した。この焼却炉は、縦型水冷ジャケット式焼却炉の底蓋の上面を皿状に凹ませて溶融物の流出を防止し、また炉体底部の側壁に残燃ノズルを設け、底蓋上の残燃物に空気を吹き付けて残燃時間の短縮を図ることを目的としたものである。

一方、最近では原子力発電所等から発生する雑固体廃棄物中には、前記のような熱分解性廃棄物のみでなく、木材、活性炭、イオン交換樹脂等の表面燃焼する廃棄物も含まれるようになってきており、この表面燃焼する廃棄物も同時に処理することが要求されるようになってきた。

しかしながら、特許文献１に示したような従来の焼却炉は、比較的短時間で燃焼する塩化ビニル等の熱分解性廃棄物を主たる処理対象として開発されたものであり、これに比べて表面燃焼のため燃え尽きるのに長時間を要する木材、活性炭、イオン交換樹脂等は、従来の焼却炉において短時間で燃焼処理することは難しいという問題点があった。そこで、残燃時の温度を極力高くする等して、燃え残り分である熱灼減量の低減や、残燃時間の短縮を図ってきたが、十分に効果があるとは言えなかった。

更に、最近は灰中のダイオキシン濃度を極力低減することが望まれているが、塩化ビニルを多量に処理する場合や、燃え残りが多量にある場合には、十分にダイオキシン濃度を低減することができないという問題点があった。また、この場合には、ダイオキシン濃度を規定値以下に低減するために、後工程で別途処理する必要が生じ、処理コストが大幅に高くなるという問題点があった。
特開平５−１６４８９７号公報

本発明は上記のような問題点を解決して、従来処理できなかった表面燃焼する廃棄物を、短時間で焼却処理することができ、またダイオキシン濃度の低減もできてダイオキシン低減のための後処理を省略することができる放射性雑固体廃棄物焼却炉を提供することを目的として完成されたものである。

上記課題を解決するためになされた本発明の放射性雑固体廃棄物焼却炉は、炉体底部に設けられた底蓋の上面を皿状に凹ませるとともに、底蓋の上面で残燃する難燃物に向かって空気を噴射する残燃ノズルを炉体底部の側壁に設けた放射性雑固体廃棄物焼却炉であって、前記残燃ノズルとは別に、残燃時に着火されてバーナ火炎を燃焼灰に直接吹き付け燃え残りの灰の燃焼を促進する空気過剰タイプの補助バーナを炉下部に設け、さらに底蓋の周囲の隙間からシール用空気を噴出して、燃焼時における底蓋上の溶融物の流入を防止するシール用空気ラインを設けたことを特徴とするものである。

前記補助バーナが、炉体底部の側壁あるいは炉体の水冷ジャケット部に設けられており、これを請求項２に係る発明とする。

また、炉の側壁部下部には、底蓋の上面に付着した燃焼灰を掻き落とす突き棒を設けることが好ましく、これを請求項３に係る発明とする。

前記突き棒は、炉体の側壁に設けた筒状支持部材により底蓋の上面に向け摺動自在に取り付けられており、先端に燃焼灰掻き落とし用の切削部を有し、また筒状支持部材の外側部分は伸縮管で覆われた構造となっており、これを請求項４に係る発明とする。

また、炉体の上部には、放射性雑固体廃棄物の投入口と、この投入口に放射性雑固体廃棄物を少量ずつ連続的に投入する定量スクリューフィーダが設置されていることが好ましく、これを請求項５に係る発明とする。

本発明では、残燃ノズルを炉体底部の側壁に設けた放射性雑固体廃棄物焼却炉であって、残燃ノズルとは別に、残燃時に着火されてバーナ火炎を燃焼灰に直接吹き付け燃え残りの灰の燃焼を促進する空気過剰タイプの補助バーナを炉下部に設けたので、この補助バーナの火炎によって、表面燃焼のため燃え尽きるのに長時間を要する木材、活性炭、イオン交換樹脂等であっても、燃え残ることなく短時間に燃焼を終了でき、さらにシール用空気ラインを設けたことにより、燃焼時における底蓋上の溶融物の流入を防止することができる。

また補助バーナを、炉体底部の側壁あるいは炉体の水冷ジャケット部に設ければ、簡単に取り付けることができ、またスペース的にも問題がない。

更に補助バーナを、空気過剰タイプのバーナとすれば、燃え残りの灰に対し高温度と酸素を付与でき、短時間に燃焼を終了できるとともに、ダイオキシンの発生も防止して大幅な低減が可能となる。

また、炉の側壁部下部に、底蓋の上面に付着した燃焼灰を掻き落とす突き棒を設けた場合は、底蓋の上面に残る燃焼灰の付着を防止でき、燃焼時間の短縮が図れる。

突き棒を、炉体の側壁に設けた筒状支持部材により底蓋の上面に向け摺動自在に取り付けられており、先端に燃焼灰掻き落とし用の切削部を有し、また筒状支持部材の外側部分は伸縮管で覆われた構造とすれば、簡単に取り付けができ、またガス漏れも防ぐことができる。

更に炉体の上部に、放射性雑固体廃棄物の投入口と、この投入口に放射性雑固体廃棄物を少量ずつ連続的に投入する定量スクリューフィーダを設置した構造とすれば、従来のバッチ投入式に比べて、大幅な燃焼促進が図れる。

以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は焼却設備を示す概略フロー図、図２は放射性雑固体廃棄物焼却炉を示す要部の断面図、図３は図２とは直交する角度から見た断面図である。
本発明の放射性雑固体廃棄物焼却炉は、原子力発電所等から発生する塩化ビニルシート、ゴム手袋、ポリエチレン等の急激に分解燃焼する雑固体廃棄物や、木材、活性炭、イオン交換樹脂等の表面燃焼する廃棄物等を焼却するための焼却炉であり、円筒状の炉壁内部に水冷ジャケットを内蔵した縦型水冷ジャケット式の炉体からなるものである。

図１において、１は水冷ジャケットを備えた円筒状の炉体、２は耐火物からなる炉体底部、３は炉体底部２の中央部に設けられた上面が皿状に凹んでいる底蓋、４は底蓋３の下方に設けられた灰取り出しボックスである。また、７は底蓋３の上面で残燃する放射性雑固体廃棄物に向かって空気を噴射する残燃ノズル、８は炉体１の上部に設置された投入口１ａに木材、活性炭、イオン交換樹脂等の表面燃焼する廃棄物等を少量ずつ連続的に投入するための定量スクリューフィーダである。なお、塩化ビニルシート、ゴム手袋、ポリエチレン等の急激に分解燃焼する廃棄物は従来の廃棄物投入機より投入される。

このような放射性雑固体廃棄物焼却炉では、投入された放射性雑固体廃棄物が炉内で焼却されて、排ガスは上部より後工程へ導入され、一方、燃焼灰は下部の灰取出コンベヤ上へ搬出されるものであり、この点は従来の放射性雑固体廃棄物焼却炉と基本的に同じである。
なお、図１に示すように、炉体１は外周を水冷ジャケットで覆われ、冷却水により炉内温度が所定値以上に上昇しないよう制御されており、放射性雑固体廃棄物の確実な焼却が図られている。

図２は、焼却炉の要部の断面図を示すものであり、図において、１ｂは水冷ジャケットである。また、前記底蓋３は、軸５ａを中心に回動する支持アーム５に取り付けられており、燃焼処理後に反時計方向へ回動して底蓋上に溜まった灰分を灰取り出しボックス４内へ落下させる構造となっている。なお、６は炉体底部２に設けられるシール用空気ラインであり、底蓋３の周囲の隙間からシール用空気を噴出して、燃焼時における底蓋上の溶融物の流入を防いでいる。

また炉下部には、前記残燃ノズル７とは別に、残燃時に着火されてバーナ火炎を燃焼灰に直接吹き付け燃え残りの灰の燃焼を促進する補助バーナ１０が設けられている。
この補助バーナ１０は、表面燃焼のため燃え尽きるのに長時間を要する木材、活性炭、イオン交換樹脂等が燃焼灰中に含まれていても、それらが燃え残ることなく短時間で確実に燃焼終了するように、残燃時のみに着火されて燃え残りの灰を高温の火炎により燃焼させるものである。なお、補助バーナ１０は通常の廃棄物燃焼時に着火されていても問題ない。

従って、補助バーナ１０はバーナ火炎を燃焼灰に直接吹き付けるように、炉体底部の側壁、あるいは炉体の水冷ジャケット部の下部に設けることが好ましい。また、補助バーナ１０は、燃焼灰に多量の酸素を供給するように、空気過剰タイプのバーナとすることが好ましい。
通常のバーナの場合、空気比は１．１〜１．２であるが、本発明では空気比は１．２〜２．０のものを使用する。更に、燃焼灰中の未燃分の燃焼を促進するのと、燃焼灰中のダイオキシン濃度を低減するために、バーナ温度が８００℃以上になるバーナを使用することが好ましい。

また、図３に示されるように、炉の側壁部下部には、底蓋３の上面に付着した燃焼灰を掻き落とす突き棒１１が設けられている。
この突き棒１１は、炉体１の側壁に設けた筒状支持部材１２により底蓋３の上面に向け摺動自在に取り付けられており、先端に燃焼灰掻き落とし用の切削部１１ａを有し、また筒状支持部材１２の外側部分は蛇腹管のような伸縮管１３で覆われた構造となっている。
突き棒１１を使用する際は、上端にあるハンドル１１ｂを下方へ押し込んで切削部１１ａを底蓋３の上面に押し付け、その状態でハンドル１１ｂを左右に揺動させ、付着している燃焼灰を簡単かつ短時間で掻き落とすのである。

また、図１に示されるように、炉体１の上部には、従来の廃棄物投入機に加え、放射性雑固体廃棄物の投入口１ａと、この投入口１ａに放射性雑固体廃棄物を少量ずつ連続的に投入する定量スクリューフィーダ８が設置されている。
従来は、塩化ビニルシート、ゴム手袋、ポリエチレン等の急激に分解燃焼する廃棄物を縦型水冷ジャケット式の焼却炉において処理する場合、廃棄物の投入は従来の投入機により数kgのバッチ式投入が普通であり、木材、活性炭、イオン交換樹脂等の表面燃焼する廃棄物の場合には燃焼性が悪いという問題があったが、本発明のように、定量スクリューフィーダ８により少量ずつ連続的に投入すれば燃焼が促進されるので、短時間で処理が可能となり好ましい。

このように構成されたものでは、炉体１内に投入された廃棄物が焼却される際に、ポリエチレン等が溶融して炉体底部２に溜まっても、底蓋３の上面を皿状に凹ませてあるので、溶融物はこの凹みに溜まって外部へ流出することはない。また、底蓋３の周囲にはシール用空気ライン６から供給されたシール用空気が噴出しているので、底蓋上の溶融物の流下が防止される。また、残燃ノズル７が底蓋上の残燃物に空気を噴射するので、残燃物中の可燃分を短時間で燃焼させることができる。

更に、前記残燃ノズル７とは別に、残燃時に着火されてバーナ火炎を燃焼灰に直接吹き付け燃え残りの灰の燃焼を促進するための補助バーナ１０が設けられているので、この補助バーナ１０の火炎により、廃棄物中に表面燃焼のため燃え尽きるのに長時間を要する木材、活性炭、イオン交換樹脂等があっても、それらが燃え残ることなく、短時間に燃焼を終了させることができる。

このようにして焼却が完了したら、底蓋３を下方へ回動して焼却灰を灰取出ボックス４へ排出する。排出した焼却灰は下部の灰取出コンベヤにより次工程へ搬出される。一方、燃焼ガスは、セラミックフィルタやHEPAフィルタにより放射性物質を含むダストを完全に除去されたうえ、大気中へ放出されることとなる。

図示の放射性雑固体廃棄物焼却炉において、原子力発電所から発生した塩化ビニルを４０質量％含む廃棄物を１５kg/hで１０時間処理した後、補助バーナ（２０万kJ/h）により、底蓋の上面にある燃え残りの灰を１時間燃焼した。また、残燃ノズルからも同時に熱風（４００℃、３０Nm³/h）を供給した。なお、残燃時間は、耐火物の表面温度が８００℃で１０分以上維持できる時間を求めて設定した。
この条件下で燃焼を行った結果、廃棄物を完全に燃焼することができた。また、灰中のダイオキシン濃度を測定した結果は、１．０ng・TEQ/g以下であり、環境省令で定める基準値の３．０ng・TEQ/g以下をクリアしていることも確認できた。
なお、補助バーナで燃焼しない場合の、灰中のダイオキシン濃度を測定した結果は、３０ng・TEQ/gであり、環境省令で定める基準値はクリアしていなかった。

塩化ビニルを４０質量％含み、かつ活性炭を５質量％含む廃棄物を１５kg/hで１０時間処理した後、実施例１と同様の条件で、補助バーナ（２０万kJ/h）により、底蓋の上面にある燃え残りの灰を１時間燃焼した。なお、活性炭は焼却炉の上部より、０．７５kg/hの割合で定量供給した。
この条件下で燃焼を行った結果、廃棄物の燃え残り分（熱灼減量）は５質量％であり、補助バーナを用いない従来の燃焼法では１５質量％であったのに対し、１／３以下にできたことが確認できた。また、灰中のダイオキシン濃度も、１．０ng・TEQ/g以下であり、環境省令で定める基準値をクリアしていることも確認できた。

本発明の焼却炉設備を示す概略フロー図である。 本発明の放射性雑固体廃棄物焼却炉を示す要部の断面図である。 図２とは別角度の断面図である。

符号の説明

１ 炉体
１ａ 投入口
１ｂ 水冷ジャケット
２ 炉体底部
３ 底蓋
４ 灰取り出しボックス
５ 支持アーム
６ シール用空気ライン
７ 残燃ノズル
８ 定量スクリューフィーダ
１０ 補助バーナ
１１ 突き棒
１２ 筒状支持部材
１３ 伸縮管

Claims (5)

1. 炉体底部に設けられた底蓋の上面を皿状に凹ませるとともに、底蓋の上面で残燃する難燃物に向かって空気を噴射する残燃ノズルを炉体底部の側壁に設けた放射性雑固体廃棄物焼却炉であって、前記残燃ノズルとは別に、残燃時に着火されてバーナ火炎を燃焼灰に直接吹き付け燃え残りの灰の燃焼を促進する空気過剰タイプの補助バーナを炉下部に設け、さらに底蓋の周囲の隙間からシール用空気を噴出して、燃焼時における底蓋上の溶融物の流入を防止するシール用空気ラインを設けたことを特徴とする放射性雑固体廃棄物焼却炉。
2. 補助バーナが、炉体底部の側壁あるいは炉体の水冷ジャケット部に設けられている請求項１に記載の放射性雑固体廃棄物焼却炉。
3. 炉の側壁部下部に、底蓋の上面に付着した燃焼灰を掻き落とす突き棒を設けた請求項１に記載の放射性雑固体廃棄物焼却炉。
4. 突き棒は、炉体の側壁に設けた筒状支持部材により底蓋の上面に向け摺動自在に取り付けられており、先端に燃焼灰掻き落とし用の切削部を有し、また筒状支持部材の外側部分は伸縮管で覆われた構造となっている請求項３に記載の放射性雑固体廃棄物焼却炉。
5. 炉体の上部には、放射性雑固体廃棄物の投入口と、この投入口に放射性雑固体廃棄物を少量ずつ連続的に投入する定量スクリューフィーダが設置されている請求項１に記載の放射性雑固体廃棄物焼却炉。