JP6106739B2 - 燃焼装置を用いたセシウムの分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、大気中に放出され、土壌などに付着したセシウムを回収することができる燃焼装置を用いたセシウムの分離方法に関する。

放射性セシウムを熱処理によって気化させることが従来から提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。
特許文献１は、熱処理によって気化させたセシウムを、６００℃未満に冷却することでセシウムを凝縮させ、凝縮したセシウムを除塵装置によって捕集するものである。
特許文献２は、バスケット内に装填された廃棄物を減圧下で加熱してセシウムを気化させ、気化させたセシウムを自然空冷によって凝縮することで、バスケットの下方に配置した回収容器にセシウムを溜めるものである。
特許文献３は、放射性廃棄物を焼却炉で焼却し、発生する排ガス中に、水又は水溶液若しくは水蒸気を注入して放射能除染性能を高めることを提案している。

特開２００６−２６６９６７号公報 特開平１０−２０６５９４号公報 特開昭６３−９８５９８号公報

特許文献１では、除塵装置として耐熱フィルタを用いるが、フィルタで捕集できないセシウムは系外に放出させてしまう危険性がある。
また、特許文献２では、系外に放出させることなく確実にセシウムを捕集できるが、処理能力に限界があり、大量の処理物からセシウムを除去するには不向きである。
特許文献３では、特許文献１と同様にフィルタによって捕集するものであり、水又は水溶液若しくは水蒸気を排ガスに注入するのは、排ガスの湿度を高めるためである。

本発明は、大量のセシウムの処理を可能とするとともに確実にセシウムを捕集して大気にセシウムを放出しない燃焼装置を用いたセシウムの分離方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の燃焼装置を用いたセシウムの分離方法は、燃料を燃焼させて燃焼流を発生させる一次燃焼室と、前記一次燃焼室に連設された二次燃焼室と、前記二次燃焼室で燃焼した燃焼ガスを通過させる排気室と、前記排気室から排出される排気ガスを導入する吸着槽とを有し、前記二次燃焼室には前記一次燃焼室で燃焼した燃焼ガスを導入する燃焼装置を用いたセシウムの分離方法であって、前記二次燃焼室内における燃焼が１５００℃以上の高温で安定した状態になったとき、前記二次燃焼室に、前記セシウムを含む処理物を投入し、前記処理物を前記二次燃焼室で燃焼させることで前記セシウムを気化させ、気化させた前記セシウムを前記吸着槽内の水で捕集することを特徴とすることを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の燃焼装置を用いたセシウムの分離方法において、前記処理物を、堆肥、草木、灰、溶融スラグ、土、砂、瓦礫、木の皮、剪定枝、汚泥、食物残渣、又は活性汚泥ケーキとしたことを特徴とする。

本発明によれば、処理物からセシウムを確実に分離することができ、また分離したセシウムを水中に溶け込ませることで、大気中にセシウムを放出することがない。

本発明の一実施例におけるセシウムの燃焼分離装置の側面構成図 同実施例におけるセシウムの燃焼分離装置の平面構成図

本発明の第１の実施の形態による燃焼装置を用いたセシウムの分離方法は、二次燃焼室内における燃焼が１５００℃以上の高温で安定した状態になったとき、二次燃焼室に、セシウムを含む処理物を投入し、処理物を二次燃焼室で燃焼させることでセシウムを気化させ、気化させたセシウムを吸着槽内の水で捕集するものである。本実施の形態によれば、処理物からセシウムを確実に分離することができ、また分離したセシウムを水中に溶け込ませることで、大気中にセシウムを放出することがない。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による燃焼装置を用いたセシウムの分離方法において、処理物を、堆肥、草木、灰、溶融スラグ、土、砂、瓦礫、木の皮、剪定枝、汚泥、食物残渣、又は活性汚泥ケーキとしたものである。本実施の形態によれば、大気中に放出されたセシウムを確実に回収することができる。

以下、本発明の一実施例におけるセシウムの燃焼分離装置について図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例におけるセシウムの燃焼分離装置の側面構成図、図２は同実施例におけるセシウムの燃焼分離装置の平面構成図である。

本実施例によるセシウムの燃焼分離装置は、一次燃焼室１０、二次燃焼室２０、排気室３０、及び吸着槽４０で構成される。

一次燃焼室１０は、円筒状で縦型に配設される燃焼壁１１と、この燃焼壁１１に連設された底部１２と、燃焼壁１１の上端部を開閉可能に閉塞する蓋部１３で構成されている。底部１２の近傍には点検口１４と燃料供給口１５が設けられ、燃焼壁１１の上部には一次燃焼室１０内部へ空気を供給する空気供給管１６と、一次燃焼室１０で燃焼された燃焼ガスを二次燃焼室２０へ送る一次燃焼室出口部１７が設けられている。燃焼壁１１は耐圧性能面で円筒状が好ましい。
一次燃焼室１０の内部には、空気供給管１６と連設され、燃焼壁１１のほぼ中心軸を通る位置に配置された垂直空気噴出管１８ａと、垂直空気噴出管１８ａの下端部に連設され、底部１２の上部に配置された複数の水平空気噴出管１８ｂとから構成された空気噴出管１８を備えている。

垂直空気噴出管１８ａには、縦列に垂直管空気噴出孔が略等間隔であけられ、この垂直管空気噴出孔は、隣りあう縦列の垂直管空気噴出孔の位置から垂直方向で所定寸法ずらして螺旋状に設けられる。垂直管空気噴出孔は、垂直管空気噴出孔から噴出された空気流が渦状に回転するように一方向に角度を持たせた孔であることが好ましい。複数の水平空気噴出管１８ｂの各々には複数個の水平管空気噴出孔が設けられる。これらの水平管空気噴出孔は、一次燃焼室１０の中心から外方向に広がるスパイラル状の位置に水平管空気噴出孔が設けられる。水平管空気噴出孔は、噴出された空気流が渦状に回転するように斜め上方向に向いた孔であることが好ましい。

空気供給管１６には、空気送風ファン（図示せず）から空気が送られ、この空気は、垂直空気噴出管１８ａおよび水平空気噴出管１８ｂから一次燃焼室１０に送り込まれる。このとき、垂直管空気噴出孔から噴出した空気によって生じる渦の回転方向と、水平管空気噴出孔から噴出した空気によって生じる渦の回転方向が一致するように、垂直管空気噴出孔の噴出方向と、水平管空気噴出孔の噴出方向を選定すると、一次燃焼室１０の燃焼効率がよりよい状態となる。

二次燃焼室２０は、処理物を投入する処理物投入口２１と、処理物投入口２１よりも下流側に気化ガス導出口２２とを設けている。二次燃焼室２０は、支持具２３により支持されている。
二次燃焼室２０は、一次燃焼室出口部１７に連設し、一次燃焼室１０で燃焼した燃焼ガスの取り入れ口である二次燃焼室入口部２４と、二次燃焼室２０の内部に設けられた燃焼流規制板２５と、燃焼した燃焼ガスの取り出し口である二次燃焼室出口部２６で構成される。二次燃焼室２０、二次燃焼室入口部２４、及び二次燃焼室出口部２６はいずれも円筒形状で構成している。二次燃焼室入口部２４の一端は、一次燃焼室出口部１７に連設している。二次燃焼室入口部２４の他端は、二次燃焼室２０の入り口側の壁面２７の上部に設けられた孔から内部に挿入されている。壁面２７の孔の周辺部には開口が設けられ、二次燃焼室２０内に空気を供給する。

燃焼流規制板２５は、燃焼流が水平方向に渦状に回転しながら水平方向に移動するような形状に設けられている。このような形状の燃焼流規制板２５を設けることにより、二次燃焼室２０の中の燃焼ガスは一次燃焼室１０における燃焼流とは異なる方向に渦状に回転しながら水平方向に移動する燃焼流を発生させる。なお、燃焼流規制板２５の形状は燃焼流を渦状に回転させる代わりに、ジグザグ状に複数回屈折させるように形成してもよい。二次燃焼室出口部２６は二次燃焼室２０の下流側胴部の下部、及び他端側端面の下部に接続されている。二次燃焼室２０の下流側胴部の二次燃焼室出口部２６は、気化ガス導出口２２よりも下流側に設けている。
二次燃焼室２０の胴部には、のぞき窓用筒部材６１、６２、６３を設けている。

排気室３０は、二次燃焼室出口部２６に連設し、二次燃焼室２０で燃焼した燃焼ガスの取り入れ口である排気室入口部３１と、排気ダクト３２に連設された排気室出口部３３とを備えている。排気室３０の内部には規制板３４を有している。規制板３４は、一端側と他端側とで交互に外部壁との間に間隙が設けられている。
排気室３０の中の燃焼ガスは、下部に設けた排気室入口部３１から上方に向かうが、規制板３４の一端側と他端側とを交互に折り返しつつ上昇する。排気室出口部３３に導かれた燃焼ガスは、排気ファン３５によって、排気ダクト３２からバグフィルタ５１を通過して、吸着槽４０に導かれる。排気ファン３５に接続された導出管３６は、吸着槽４０内の水中に開口している。

気化ガス導出口２２には、導出ダクト２８が接続され、導出ダクト２８は、バグフィルタ５２に接続されている。バグフィルタ５２は、排気ファン５３を介して吸着槽４０に接続されている。
気化ガス導出口２２から導出される気化ガスは、排気ファン５３によって、導出ダクト２８からバグフィルタ５２を通過して、吸着槽４０に導かれる。排気ファン５３に接続された導出管５４は、吸着槽４０内の水中に開口している。
排気室入口部３１に対向する位置には、燃焼残渣取り出し口３７を設けている。

吸着槽４０内には、水４１を貯留するとともに、水４１中にはゼオライト４２を配設している。
吸着槽４０は排気筒４３を備え、この排気筒４３には、吸着剤４４を配設することが好ましい。

本実施例における処理物は、セシウムを含む堆肥、草木、灰、溶融スラグ、土、砂、瓦礫、木の皮、剪定枝、汚泥、食物残渣、又は活性汚泥ケーキである。
排気ファン３５には水冷式ファンを用いることが好ましく、排気ファン５３には空冷式ファンを用いることが好ましいが、バグフィルタ５１、５２の上流側に冷却用熱交換器を配置してもよい。

つぎに、本実施例による燃焼装置の燃焼方法について説明する。
まず、一次燃焼室１０の底部１２に設けられた燃料供給口１５から燃料となる廃油を供給する。底部１２には燃焼される廃油が溜まり、底部１２は燃焼皿の働きをする。つぎに、点検口１４から点火用燃焼物を廃油の溜まっている底部１２の上に供給し、送風ファンにより空気供給管１６から空気を送り込むと、垂直空気噴出管１８ａおよび水平空気噴出管１８ｂから一次燃焼室１０に空気が送り込まれて燃焼を開始する。一方、底部１２の近傍では、水平管空気噴出孔から空気が回転を生じるように供給され、廃油は気化しつつ燃焼し、燃焼が盛んになるにつれて燃焼温度が上昇し、水平管空気噴出孔から供給される空気によって燃焼ガスと空気の攪拌が促進される。
このとき、排気ファン５３を回転させることによって一次燃焼室１０、二次燃焼室２０および排気室３０内の燃焼ガスは吸引される。そのため、一次燃焼室１０内の燃焼ガスは一次燃焼室１０内を上昇し、渦状に回転する流れとなり、空気と燃焼ガスとの混合が促進されるとともに、垂直管空気噴出孔から供給される新たな空気によって更に燃焼が促進される。

一次燃焼室１０の上部に至った燃焼ガスは、一次燃焼室出口部１７から二次燃焼室入口部２０を通って二次燃焼室２０に導入される。二次燃焼室２０内に導入された燃焼ガスは、燃焼流規制板２５によって渦状に回転する流れとなって二次燃焼室出口部２６に移動する。このとき、空気がガス供給孔から二次燃焼室２０内に導入され、燃焼ガスは渦状に回転する流れによって、燃焼ガスと空気の攪拌が更に促進され、燃焼が盛んになり、燃焼温度は１５００℃以上に上昇して完全燃焼する。

二次燃焼室２０内で燃焼した燃焼ガスは、排気ファン３５により二次燃焼室出口部２６から排気室３０に導かれ、排気室３０内で熱を奪われながら上昇して燃焼温度を低下させつつ排気ダクト３２から外部に放出される。このとき、燃焼は完全燃焼しているので、廃油は完全分解されて、ダイオキシン、ＳＯｘなどの公害物質の含有量が数１０分の１〜数百分の１と非常に小さいきれいな排気が得られる。ＮＯｘはダイオキシンやＳＯｘよりも減少割合は小さいものの、数分の１に減少する。
こうして一次燃焼室１０および二次燃焼室２０内における燃焼が１５００℃以上の高温で安定した状態になったとき、処理物投入口２１から処理物が二次燃焼室２０内に導入される。導入された処理物は一次燃焼室１０からの燃焼ガスとともに渦状に回転する流れになって攪拌されながら高温で燃焼する。水酸化セシウムの沸点は９９０℃であるため、処理物は１５００℃以上の高温で燃焼されると、処理物に含まれるセシウムは気化され、燃焼残渣物から効果的に分離される。なお、投入される処理物は、粉砕された乾燥物としておくことが好ましい。

このように、二次燃焼室２０内に処理物を導入して高温で燃焼させることによりセシウムが気化され、気化されたセシウムは、気化ガス導出口２２から導出される。また、燃焼ガスとともに二次燃焼室２０内を流れるセシウムは、二次燃焼室出口部２６から排気室３０に導かれる。
気化ガス導出口２２から導出されるセシウムは、バグフィルタ５２で一部のセシウムが捕集された後に、吸着槽４０にて水中で捕集される。
また、排気室３０に導かれるセシウムは、バグフィルタ５１で一部のセシウムが捕集された後に、吸着槽４０にて水中で捕集される。
吸着槽４０内の水４１中に溶けたセシウムはゼオライト４２に吸着される。

本実施例によるセシウムの燃焼分離装置は、処理物を二次燃焼室２０で燃焼させることでセシウムを気化させ、気化させたセシウムを吸着槽４０内の水４１で捕集し、水４１中に溶けたセシウムをゼオライト４２に吸着することで、処理物からセシウムを確実に分離することができ、また分離したセシウムを水４１中に溶け込ませることで、大気中にセシウムを放出することがない。
また、本実施例によるセシウムの燃焼分離装置は、気化したセシウムを二次燃焼室２０からも導出することで、燃焼残渣物にセシウムが再付着することを防止し、特に処理物に高濃度のセシウムが含まれる場合に確実にセシウムを分離することができる。
また、本実施例によるセシウムの燃焼分離装置は、燃焼残渣物にはセシウムを含まないため、浄化灰として安全に処理することができる。

本発明による燃焼装置を用いたセシウムの分離方法は、大気中に放出され、風雨によって、堆肥、草木、灰、溶融スラグ、土、砂、瓦礫、木の皮、剪定枝、汚泥、食物残渣、又は活性汚泥ケーキに付着したセシウムを除去する上で、低濃度で大量処理に適した装置である。

１０ 一次燃焼室
２０ 二次燃焼室
３０ 排気室
４０ 吸着槽

Claims (2)

1. 燃料を燃焼させて燃焼流を発生させる一次燃焼室と、前記一次燃焼室に連設された二次燃焼室と、前記二次燃焼室で燃焼した燃焼ガスを通過させる排気室と、前記排気室から排出される排気ガスを導入する吸着槽とを有し、
   前記二次燃焼室には前記一次燃焼室で燃焼した燃焼ガスを導入する燃焼装置を用いたセシウムの分離方法であって、
   前記二次燃焼室内における燃焼が１５００℃以上の高温で安定した状態になったとき、前記二次燃焼室に、前記セシウムを含む処理物を投入し、
   前記処理物を前記二次燃焼室で燃焼させることで前記セシウムを気化させ、気化させた前記セシウムを前記吸着槽内の水で捕集することを特徴とする燃焼装置を用いたセシウムの分離方法。
2. 前記処理物を、堆肥、草木、灰、溶融スラグ、土、砂、瓦礫、木の皮、剪定枝、汚泥、食物残渣、又は活性汚泥ケーキとしたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置を用いたセシウムの分離方法。