JP5990417B2 - 放射性廃棄物の減容処理装置 - Google Patents

Description

本明細書に開示する技術は、流動性及び非流動性の放射性廃棄物を減容処理する装置に関する。本明細書において、流動性の放射性廃棄物とは、放射性廃棄物のうち、比較的流動し易いものを意味し、例えば、廃棄溶剤や油脂等の液体廃棄物、イオン交換樹脂や活性炭等の粉体状・粒状の廃棄物、あるいは、粉体状・粒状の廃棄物に水等の液体を混合したもの等、が相当する。また、非流動性の放射性廃棄物とは、放射性廃棄物のうち、比較的流動し難いものを意味し、例えば原子力関連施設で使用される作業用具類等（例えばゴム手袋等）の、雑固体の廃棄物等が相当する。

原子力関連施設から排出される放射性廃棄物には、廃棄溶剤や油脂等の液体廃棄物、イオン交換樹脂や活性炭等の粉体状・粒状廃棄物、あるいは、作業用具類等（例えばゴム手袋等）の雑固体の廃棄物がある。これらの廃棄物をそのまま保管すると、放射性物質としての管理や保管場所の確保が問題となる。従って、これらの廃棄物は、無機化・減容化処理することが好ましい。しかし、無機化・減容化処理の一つである焼却処理を行う場合には、以下のような問題がある。すなわち、原子力関連施設から排出される放射性廃棄物のうち難燃性のものは、単独で燃焼させることが困難である。このため、可燃物（例えば可燃性を持つ廃棄物等）を一定以上の割合で混合して燃焼させなくてはならない等の制約がある。又、可燃性の放射性廃棄物についても、燃焼させた場合に発生するダストの処理が問題となる。上記の問題に対し、本出願人は、除染廃液等の液体廃棄物を、焼却することなく不活性ガス雰囲気下で熱分解する減容処理装置を開示している（特許文献１）。この減容処理装置では、液体の放射性廃棄物をセラミック製等のボールと共に撹拌することで効率的に熱分解する。

特開昭６３−１７１３９８

しかし、特許文献１の減容処理装置では、原子力関連施設から排出される作業用具類等の雑固体の放射性廃棄物は処理できないという問題があった。本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書は、液体と雑固体の両方の放射性廃棄物を減容処理することが可能な技術を提供する。

本明細書では、放射性廃棄物の減容処理装置を開示する。その減容処理装置は、放射性廃棄物に過熱水蒸気を接触させて熱分解する減容処理装置である。その減容処理装置は、流動性の放射性廃棄物が供給される第１反応炉と、非流動性の放射性廃棄物が供給される第２反応炉とを備えている。その減容処理装置は、流動性及び非流動性の放射性廃棄物に過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給部と、第１反応炉と第２反応炉との間に配置されている隔壁とを備えている。その減容処理装置では、第１反応炉に供給された流動性の放射性廃棄物の分解ガス及び残渣は、隔壁を介して第１反応炉から第２反応炉へ移動する。その減容処理装置の第２反応炉は、第２反応炉内に非流動性の放射性廃棄物を供給する非流動性廃棄物供給口と、第２反応炉の内部の排気ガスを濾過して第２反応炉の外部へ排出するフィルター部とを備えている。その減容処理装置の第２反応炉は、流動性及び非流動
性の放射性廃棄物の残渣を排出する排出口を備えている。

上記の処理装置では、第１反応炉において流動性の放射性廃棄物を熱分解できる。また、第２反応炉において、非流動性の放射性廃棄物を熱分解できる。従って、上記の処理装置では、一台の装置で、流動性及び非流動性の両方の放射性廃棄物を減容処理することができる。

実施例にかかる放射性廃棄物の減容処理システムを説明するための図である。

以下、本明細書で開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している

（特徴１）
本明細書で開示する放射性廃棄物の減容処理装置では、第１反応炉は、第２反応炉の上側に設けられていてもよい。

上記の処理装置では、第１反応炉が第２反応炉の上側に設けられているため、第１反応炉で発生した残渣が第２反応炉に移動し易い。

（特徴２）
本明細書で開示する放射性廃棄物の減容処理装置では、過熱水蒸気供給部は、第１反応炉に設けられた第１過熱水蒸気供給ノズルと、第２反応炉に設けられた第２過熱水蒸気供給ノズルと、を有していてもよい。過熱水蒸気供給ノズルから第２反応炉に供給された過熱水蒸気は、隔壁を介して第２反応炉から第１反応炉へと移動可能であってもよい。

上記の減容処理装置では、第２過熱水蒸気供給ノズルから第２反応炉に供給された過熱水蒸気によって非流動性の放射性廃棄物を減容処理できる。また、第１過熱水蒸気供給ノズルから第１反応炉に供給された過熱水蒸気と、第２反応炉から第１反応炉に移動した過熱水蒸気の両方によって、流動性の放射性廃棄物を減容処理できる。これにより、流動性の放射性廃棄物の減容処理の効果を向上させつつ、流動性・非流動性の両方の放射性廃棄物を減容処理することができる。

以下に、実施例にかかる減容処理システムを説明する（図１）。この減容処理システムは、原子力施設から排出された放射性廃棄物に過熱水蒸気を接触させて熱分解する。この減容処理システムは、流動性放射性廃棄物供給装置１１と、過熱水蒸気供給装置７６と、減容処理装置１０と、排気ガス処理装置８６とを備えている。

流動性放射性廃棄物供給装置１１は、流動性の放射性廃棄物を減容処理装置１０に供給する。以下の説明では、流動性の放射性廃棄物の一例として、液体の放射性廃棄物を処理する場合について述べる。流動性の放射性廃棄物として液体以外の廃棄物を処理する場合については後述する。流動性放射性廃棄物供給装置１１は、受け入れタンク１２とポンプ１７とを備える。受け入れタンク１２には、原子力施設から排出された廃棄溶剤や油脂等の液体の放射性廃棄物が貯留される。流動性の放射性廃棄物は、駆動モータ１４によって回転する回転翼１５によって撹拌され均一化される。流動性の放射性廃棄物は、ポンプ１７によって受け入れタンク１２から吸引され、減容処理装置１０に向けて送出される。

原子力関連施設で使用される作業用具類など（例えばゴム手袋など）の雑固体の放射性廃棄物は、減容処理装置１０に設けられた非流動性放射性廃棄物供給口７０から減容処理装置１０に供給される。容器７３は、原子力発電所で発生した非流動性放射性廃棄物を受け入れる容器である。容器７３内の非流動性廃棄物は、図示しない供給装置（例えば、スクリューフィーダ等）により非流動性放射性廃棄物供給口７０に送られる。過熱水蒸気供給装置７６は、水を過熱して過熱水蒸気とし、減容処理装置１０に供給する。過熱水蒸気供給装置７６は、例えば、水から蒸気を発生させる蒸気発生器と、その発生した蒸気を過熱する蒸気過熱器等によって構成することができる。

減容処理装置１０は、供給された流動性及び非流動性の放射性廃棄物に過熱水蒸気を接触させて熱分解する。減容処理装置１０については後に詳しく説明する。排気ガス処理装置８６は、減容処理装置１０において放射性廃棄物を熱分解することによって発生した排気ガスを無害化して外部に排出する。排気ガス処理装置８６は、減容処理装置１０から排出された排気ガスに含まれる可燃物を燃焼する排気ガス燃焼炉８８、排気ガス燃焼炉８８から供給されたガスを濾過する一次、二次のＨＥＰＡフィルター９４、９５、排気ガスを減容処理装置１０から吸引する排気ガスブロワ９７、排気ガスを外部に排出する排気塔９８を備える。

以下に減容処理装置１０について詳しく説明する。減容処理装置１０は、流動性の放射性廃棄物が供給される第１反応炉１８と、非流動性の放射性廃棄物が供給される第２反応炉５０とを備えている。

第１反応炉１８は、ボール充填部である流動物反応容器２０と、流動物反応容器２０の内部を容器外から加熱する外部電気式ヒータ３６と、流動物反応容器２０の内部に充填されたセラミック製または金属製のボール２４と、ボール２４を機械的に撹拌する撹拌翼２６とを備えている。また、第１反応炉１８は、流動物反応容器２０の上部からボール２４上へ流動性の放射性廃棄物を供給する流動性廃棄物供給ノズル２２と、第１反応炉１８に過熱水蒸気を供給する第１過熱水蒸気供給ノズル２３と、を備えている。

流動物反応容器２０は、例えば、径が４００ｍｍで長さが５００ｍｍである金属製の円筒体により構成される。流動物反応容器２０は密閉されている。流動物反応容器２０内の圧力は、圧力制御機構（図示しない）によって−０．５〜−１０ｋＰａに維持される。外部電気式ヒータ３６は、流動物反応容器２０の内部を反応時に例えば４００℃〜７００℃に維持する。流動物反応容器２０の軸心部には、流動物反応容器２０の上部に設置された駆動モータ３４によって低速（約０．１〜２．０ｒｐｍ）で回転される回転軸２８が設けられている。回転軸２８の周部には、支持骨３０を介して螺旋翼である撹拌翼２６が取り付けられている。撹拌翼２６は、支持骨３０に取り付けられた状態で外縁が流動物反応容器２０の内周面に近接位置し、また内縁が回転軸２８との間に空間を形成している。流動物反応容器２０内のボール２４は、耐蝕性のあるセラミックボールあるいは、高ニッケル系合金であるハステロイ又はインコネル製であって、１０〜２５ｍｍの粒径を有している。ボール２４は、撹拌翼２６により撹拌されながら流動物反応容器２０内の周縁部を上昇し、これに伴って形成される空間部に、流動物反応容器２０内の上部に位置しているボールが順次下降していく。流動性廃棄物供給ノズル２２は、流動物反応容器２０の上端部に設けられており、流動性放射性廃棄物供給装置１１とパイプで接続されている。第１過熱水蒸気供給ノズル２３は、流動物反応容器２０の上端部に設けられており、過熱水蒸気供給装置７６とパイプで接続されている。第１過熱水蒸気供給ノズル２３からは、例えば４００℃〜７００℃の過熱水蒸気が供給される。

流動物反応容器２０の下端には、ボール２４を流動物反応容器２０内に保持するための隔壁３２が配置されている。隔壁３２は、例えば有孔板である。隔壁３２は、ボール２４の通過を禁止する一方、分解ガス・水蒸気等の気体、及び、残渣を通過させる。これにより、流動物反応容器２０内に充填されたボール２４が第２反応炉５０に落下することが防止される一方、流動物反応容器２０内で熱分解されなかった残渣及び熱分解により発生したガスが第２反応炉５０に移動することができる。

第２反応炉５０は、第１反応炉１８の下側に位置している。第２反応炉５０は、非流動物反応容器５１と、外部電気式ヒータ６６と、第２過熱水蒸気供給ノズル８０と、フィルター部４０と、非流動性放射性廃棄物供給口７０と、残渣排出口５８を備えている。

非流動物反応容器５１は、円筒部５４と、円錐状の円錐部５６と、天井板５２とから構成されている。円筒部５４は、径が例えば９００ｍｍの円筒状に形成されている。円筒部５４の上端部は、天井板５２によって塞がれている。円筒部５４の下端部には、円錐部５６の上端（大径側の端部）が接続されている。円錐部５６の小径側は、大径側の下側に位置している。天井板５２には開口部５２ａが設けられている。開口部５２ａは、流動物反応容器２０の下端に接続されている。開口部５２ａには、先述の隔壁３２が配置されている。隔壁３２を介して流動物反応容器２０と、非流動物反応容器５１とが接続されている。外部電気式ヒータ６６は、非流動物反応容器５１の内部を反応時に例えば４００℃〜７００℃に維持する。

非流動性放射性廃棄物供給口７０は、天井板５２に設けられている。非流動性放射性廃棄物供給口７０は、天井板５２から上方向に向かって形成された筒部７１と、筒部７１の開口部を開閉する蓋部７２とから構成されている。非流動性放射性廃棄物供給口７０からは、非流動性の放射性廃棄物が、非流動物反応容器５１の内部へ供給される。

フィルター部４０は、天井板５２に設けられている。フィルター部４０は、天井板５２の一部に形成された容器状のフィルター室４２と、フィルター室４２の内側に水平に配置された支持板４４と、下端部に底４６ａを有する有底筒状のフィルター４６とを有している。フィルター４６の上端部は支持板４４に固定されている。フィルター４６は焼結金属製である。なお、フィルター４６はセラミック製等であってもよい。フィルター室４２の支持板４４の上側には、フィルター４６で濾過除塵された排気ガスをフィルター室４２から排出するガス排出口４７が設けられている。ガス排出口４７は、排気ガス処理装置８６とパイプで接続されている。

円錐部５６の下端部には、残渣排出口５８が形成されている。残渣排出口５８には、ダンパ６０が配置されている。ダンパ６０が開かれると、放射性廃棄物の熱分解によって発生した残渣が残渣排出口５８から非流動物反応容器５１の外部に排出される。排出された残渣は、固化設備（図示しない）によって固化処理される。

第２過熱水蒸気供給ノズル８０は、非流動物反応容器５１の下端部に設けられており、過熱水蒸気供給装置７６とパイプで接続されている。第２過熱水蒸気供給ノズル８０は、非流動物反応容器５１の下部空間６４に近接して設けられている。第２過熱水蒸気供給ノズル８０からは、例えば４００℃〜７００℃の過熱水蒸気が供給される。本実施例における第１過熱水蒸気供給ノズル２３と第２過熱水蒸気供給ノズル８０は、請求項でいう「過熱水蒸気供給部」の構成の一例である。

流動性の放射性廃棄物は、流動性廃棄物供給ノズル２２から、第１反応炉１８の内部に供給される。第１反応炉１８の内部に供給された流動性の放射性廃棄物は、ボール２４の表面に付着して炉内を移動する。第１過熱水蒸気供給ノズル２３から、第１反応炉１８の内部に過熱水蒸気が供給される。また、第２過熱水蒸気供給ノズル８０から供給された過熱水蒸気は第２反応炉５０の内部空間６２に充満した後、その一部が隔壁３２を介して第１反応炉１８に進入する。つまり、第１反応炉１８の内部には、第１過熱水蒸気供給ノズル２３と、第２過熱水蒸気供給ノズル８０の両方から過熱水蒸気が供給される。第１反応炉１８において、流動性の放射性廃棄物が熱分解されて分解ガス及び残渣が発生する。放射性廃棄物がボール２４と共に撹拌されるため、効率良く熱分解される。分解ガスは、隔壁３２を介して第２反応炉５０へ移動する。残渣は、隔壁３２を介して第２反応炉５０へ落下する。円錐部５６の内面５６ａは斜面となっている。このため、残渣は円錐部５６の内面５６ａに誘導されて下部空間６４に蓄積される。

非流動性の放射性廃棄物は、非流動性放射性廃棄物供給口７０から、第２反応炉５０の内部に供給される。非流動性の放射性廃棄物は、斜面となっている内面５６ａに誘導されて下部空間６４に落下する。非流動性の放射性廃棄物は、第２過熱水蒸気供給ノズル８０ら供給された過熱水蒸気に接触して熱分解される。熱分解により生じる非流動性放射性廃棄物の残渣は、下部空間６４に蓄積される。

流動性及び非流動性の放射性廃棄物から発生した残渣は、ダンパ６０を開くことにより残渣排出口５８から第２反応炉５０の外部へ排出される。内面５６ａが斜面となっているため残渣の排出性が良い。流動性及び非流動性の放射性廃棄物から発生した分解ガスは、フィルター部４０で濾過除塵された後、ガス排出口４７から排気ガス処理装置８６に送られる。

本実施例の減容処理装置１０では、一台の装置で、流動性及び非流動性の両方の放射性廃棄物を減容処理することができる。その結果、流動性及び非流動性放射性廃棄物のそれぞれを減容処理する装置を設置する負担を避けることができる。

本実施例の減容処理装置１０では、第１反応炉１８が第２反応炉５０の上側に設けられているため、第１反応炉１８での熱分解によって発生した残渣が第２反応炉５０に落下し易い。

本実施例の減容処理装置１０では、第２過熱水蒸気供給ノズル８０から第２反応炉５０に供給された過熱水蒸気によって非流動性の放射性廃棄物を減容処理できる。また、第１過熱水蒸気供給ノズル２３から第１反応炉１８に供給された過熱水蒸気と、第２反応炉５０から第１反応炉１８に移動した過熱水蒸気の両方によって、流動性の放射性廃棄物を減容処理できる。これにより、流動性の放射性廃棄物の減容処理の効果を向上させつつ、流動性・非流動性の両方の放射性廃棄物を減容処理することができる。

本実施例の減容処理装置１０では、第１反応炉１８の上部に設けられた第１過熱水蒸気供給ノズル２３と、第１反応炉１８の下部にある第２反応炉５０との、両方から第１反応炉１８に過熱水蒸気が供給される。このため、第１反応炉１８に充填されているボール２４の隙間に過熱水蒸気が供給され易い。これにより、流動性の放射性廃棄物に過熱水蒸気が接触し易い。

本実施例の減容処理装置１０では、第２反応炉５０に設けられた第２過熱水蒸気供給ノズル８０から見て、第１反応炉１８は上側に配置されている。過熱水蒸気は、空気よりも比重が小さい。また、第２過熱水蒸気供給ノズル８０から供給された高温の過熱水蒸気は、容器内に残留して温度が低下した水蒸気よりも比重が小さい。このため、過熱水蒸気が第２過熱水蒸気供給ノズル８０から第１反応炉１８に移動し易い。

本実施例の減容処理装置１０では、第２過熱水蒸気供給ノズル８０が、非流動性の放射性廃棄物が落下する下部空間６４に設けられている。このため、非流動性の放射性廃棄物を効率良く熱分解することができる。

上記の説明では、第１反応炉１８に供給される流動性の放射性廃棄物が、液体である場合について説明した。しかし、流動性の放射性廃棄物は液体に限られない。流動性の放射性廃棄物は、例えば、粉体状・粒状の放射性廃棄物、又は、粉体状・粒状の放射性廃棄物と水等の混合物等であってもよい。これらの放射性廃棄物を減容処理する場合には、流動性放射性廃棄物供給装置１１として、例えばスクリューフィーダー（図示しない）を使用してもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ 減容処理装置
１１ 流動性放射性廃棄物供給装置
１８ 第１反応炉
２０ 流動物反応容器
２２ 流動性廃棄物供給ノズル
２３ 第１過熱水蒸気供給ノズル
２４ ボール
３２ 隔壁
４０ フィルター部
５０ 第２反応炉
５１ 非流動物反応容器
５６ａ 内面
５８ 残渣排出口
６４ 下部空間
７０ 非流動性放射性廃棄物供給口
８０ 第２過熱水蒸気供給ノズル

Claims (3)

1. 放射性廃棄物に過熱水蒸気を接触させて熱分解する減容処理装置であって、
   流動性の放射性廃棄物が供給される第１反応炉と、
   非流動性の放射性廃棄物が第１反応炉を介することなく供給される第２反応炉と、
   流動性及び非流動性の放射性廃棄物に過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給部と、
   第１反応炉と第２反応炉との間に配置されている隔壁と、を備え、
   第１反応炉に供給された流動性の放射性廃棄物の分解ガス及び残渣は、隔壁を介して第１反応炉から第２反応炉へ移動し、
   第２反応炉は、
   第２反応炉内に非流動性の放射性廃棄物を供給する非流動性廃棄物供給口と、
   第２反応炉の内部の排気ガスを濾過して第２反応炉の外部へ排出するフィルター部と、
   流動性及び非流動性の放射性廃棄物の残渣を排出する排出口と、を備える、放射性廃棄物の減容処理装置。
2. 第１反応炉は、第２反応炉の上側に設けられている、請求項１に記載の放射性廃棄物の減容処理装置。
3. 過熱水蒸気供給部は、
   第１反応炉に設けられた第１過熱水蒸気供給ノズルと、
   第２反応炉に設けられた第２過熱水蒸気供給ノズルと、を有しており、
   第２過熱水蒸気供給ノズルから第２反応炉に供給された過熱水蒸気は、隔壁を介して第２反応炉から第１反応炉へと移動可能である、請求項１又は２に記載の放射性廃棄物の減容処理装置。

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