JPH0145040B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は原子力発電所から低レベル放射性廃棄
物として集められた、発熱量が広範囲にわたり変
化する物質の燃焼に係るものである。更に具体的
にいえば、本発明は焼却による低レベル放射性廃
棄物の減容に係るものである。

背景技術 原子力発電所からの放射汚染廃棄物のすて場所
が少ないということに大きな関心が払われてくる
ようになつた。低レベル放射性汚染廃棄物の量は
恒久的なすて場所を飽和させ始めている。もし将
来この物質を埋めるということになるのであれ
ば、その体積をいちじるしく減少させる手段を講
じることが必要となる。

この体積減少の必要性は、この種の廃棄物の燃
焼、すなわち焼却を直感的に考えさせる。空気調
整、多重室そして流体ベツトの設計を含め、現在
の燃焼のやり方を本発明者は再検討したのであ
る。実用的な産業用ボイラと産業用焼却装置の供
給に採用されてきた４つの基本的燃焼基準にどの
ように各設計が適合しているかを各場合において
考察したのである。有効で、完全且つ安全な燃焼
には十分な滞留時間、高い温度、旋回渦流そして
過剰な空気を必要とする。過剰な空気が常に存在
すると、100％化学量論的に必要とされる量より
も多い空気が燃焼プロセスに供給される。更に、
低レベル放射性廃棄物は特別な配慮を必要とす
る。熱量が広範囲にわたつて変化し、形も変りそ
して面倒な性質のものだからである。

典型的な低レベルの放射性汚染廃棄物は、液体
濃縮物、樹脂スラリーそしてスラツジから成る。
これらの廃棄物の熱量は液体濃縮物の零から乾燥
固体の19000Btu／lb（10000キロカロリ／キログ
ラム）まで変化する。この範囲の熱量の廃棄物の
完全燃焼又は蒸発は、十分な燃焼空気、補充燃料
そして廃棄物の投入量を常にバランスさせておく
ことを必要とする。

放射性廃棄物の形が様々であることも留意すべ
きである。広い範囲の廃棄物の粒子の大きさと密
度とに対処しなければならないからである。これ
らの廃棄物は20ポンド／立方フイート（0.27Kg／
m³）の重さの截断された紙や布のような軽量の固
体から小さいけれども60ポンド／立方フイート
（0.77Kg／m³）の重さの樹脂のビードまである。
廃棄物の性格が面倒であるため、それらの処理の
安全性が常に設計上配慮されていなければならな
い。

原子力施設のうちの多くの放出源から放射性廃
棄物を集めてくる回収システムを設けてそしてそ
の廃棄物を焼却装置に給送するのに都合のよい形
にするための補助システムを設けなければならな
い。放射性廃棄物の連続燃焼を保証するため焼却
装置に燃料の並列供給装置を設けなければならな
い。焼却装置の形は、廃棄物と補充燃料のための
流路を与えていなければならず、廃棄物の体積は
最小とされる。最後に補充の、通常の燃料を調整
して、廃棄物の熱量の変動に応じて焼却装置内の
恒常的な満足すべき燃焼状態を保証していなけれ
ばならない。

発明の開示 本発明は耐熱材で絶縁した室内で２段燃焼もし
くは焼却を意図している。低レベル放射性廃棄物
は補充燃料と並行して第１段で受けとられる。燃
焼のための一次空気を第１段に導入して旋風の形
で廃棄物と混合して点火を開始する。廃棄物と燃
料と空気との着火した混合物は第１段から下降
し、そして二次空気を供給される。一次空気と二
次空気の総量は化学量論量的燃焼に必要とされる
以上の量である。第１段からの燃焼が垂直下降し
て第２段の室に入つて、この室で完全燃焼に必要
とされる時間滞留する。第２段にバツフルを設け
て燃焼生成物の流路を形成し、この生成物は第２
段の室の底から急上昇しそのとき廃棄固体物をそ
の急上昇路の下の火格子の上に沈着させ、その沈
着した固体はそこで完全燃焼する。最後に、温度
検知手段を第２段の室の出口に設けて補充燃料の
変動を調整して炉内の断熱状態での燃焼を保証す
る。炉の２つの段は第２段の放出下流に設けらフ
アンにより負圧とされている。

本発明の他の目的、利点、特徴は以下の説明か
ら理解されよう。

本発明の最良実施例 一般的考察 こゝで開示する焼却装置又は炉は低レベルの放
射性汚染廃棄物を最終処分の準備として体積を著
しく減少させるものである。炉又は焼却装置の上
流には炉に送り込む前に低放射レベルの廃棄物を
収集しそして処理するシステムがある。廃棄物の
供給と並行して、普通の燃料を炉に供給して廃棄
物の燃焼を維持する。燃焼のための空気の総量は
化学量論量的燃焼に必要とされるよりも過剰に供
給される。炉は耐熱ライニングを施されていて断
熱状態で燃焼させるため熱的慣性を与えるように
なつていることに注意されたい。廃棄物の発熱量
は広範囲に変化すると予想される。制御システム
を設けて燃料供給速度を変えられるようにする。
補充燃料供給速度の調整は、炉から出る燃焼生成
物の温度に応答するシステムによつて行なわれ
る。耐熱ライニングにより与えられる熱的慣性
は、燃料制御システムをバツクアツプし、そして
廃棄物の連続断熱燃焼を保証する。

炉内の燃焼プロセスは負圧の下で行なわれる。
炉の下流側の吸引フアンによりつくられる負圧は
炉からの放射能漏洩を防止する。

炉の内側の全体の形状は燃料と廃棄物と過剰空
気との混合物の旋回状態を保証して浮遊状態の廃
棄物を大量に焼きつくすようにしている。浮遊し
ていて燃焼しなかつた廃棄物は火格子に落下して
必らず燃焼を完了するようになつている。

意図しているシステムは、種々の乾燥固体廃棄
物、液体廃棄濃縮物及びイオン交換樹脂スラリー
とスラツジを処理するよう設計している。これら
の廃棄物はそれぞれの貯蔵場所に集められ、一台
の焼却装置によつて別々に処理される。濃縮され
た液体と樹脂スラリーとは直接焼却装置に入れら
れる。固体の可燃性廃棄物は截断装置によつて処
理されて焼却装置へ入れる前に小さい寸法とされ
る。焼却装置は浮遊燃焼を行ない、常に負圧の通
風状態と過剰空気状態とで作動して完全且つ安全
な燃焼を保証している。吸込みフアンが燃焼空気
を供給しており、このフアンは全装置を負圧に維
持してもいる。燃焼プロセスは、酸化物の小粒子
と乾燥塩の小粒子をつくり、これらの小粒子は煙
道ガスにより運ばれてフイルターにより取除かれ
る。バツグハウスフイルターと燃焼格子とから放
出された灰とはアスフアルト、コンクリート、ペ
リマーバインダーを含む種々の廃棄物定着剤によ
つて固態とされる。

上に述べたシステムは、可燃性の低レベルの放
射性廃棄物をそれの最初の体積の２％へ減少する
ことができる。このように廃棄物の体積を減少さ
せるので上述のシステムは従来のシステムの処理
コストをかなり低減する。種々の形の廃棄物はす
べて乾燥し安定した灰にされる。既に述べたよう
に、この灰は定着固定プロセスにより容易にひと
まとめにされる。油や天然ガスの補充燃料を使用
すると、可燃性固体物質を毎時215ポンド（97.5
Kg）まで処理できるし、液体廃棄物を毎時1000ポ
ンド（450Kg）まで処理できる。

収集システム 本発明の好ましい実施例の開示に伴なつて焼却
減少しようとする放射性廃棄物の源を考察する。
廃棄物蒸発装置からの放出物、放出されたイオン
交換樹脂、フイルターカートリツジ、そして原子
炉設備からの他の種々の低レベル放射性固体物質
が焼却装置へ送られる。典型的な1000MWの加圧
水型原子炉からの廃棄物の予測体積を次に示す。

源 毎年当りの予測廃棄物体積 濃縮液体廃棄物(1) 188000ガロン （712000リツトル） イオン交換樹脂廃棄物 700立方フイート （19.8m³） フイルターカートリツジ 100立方フイート （2.83m³） 種々の可燃性くず(2) 10000立方フイート （283m³） (1) 硼酸廃棄物について濃縮係数を20とし、硫酸
ナトリウム廃棄物について濃縮係数を６として
いる。

(2) 容積密度を１立方フイート当り10ポンド
（0.128Kg／m³）としている。

典型的な1000MW沸騰水型原子炉からの廃棄物
の予測体積を次表に示す。

源 毎年当りの予測廃棄物の体積 濃縮液体廃棄物(1) 387000ガロン （1490000リツトル） イオン交換樹脂廃棄物 1200立方フイート （34m³） フイルターカートリツジ 100立方フイート （2.8m³） 種々の可燃性くず(2) 12000立方フイート （340m³） フイルター／デミネラライザースラツジ
10000立方フイート （280m³） (1) 硼酸廃棄物について濃縮係数を20とし、硫酸
ナトリウム廃棄物について濃縮係数を６として
いる。

(2) 容積密度を１立方フイート当り10ポンド
（0.13Kg／m³）としている。

放射性廃棄物の収集サブ・システムについては
説明しない。焼却装置そのものを以下に説明す
る。焼却装置へ廃棄物として供給される物質につ
いては上に説明した。

焼却装置の構造 焼却装置の一実施例は内輪に見積もつて、不燃
性（発熱量零）供給物質例えば水を毎時1000ポン
ド（450Kg）処理するように設計されている。従
来のバーナーの能力に基礎を置いて、焼却装置の
実施例は、平均発熱量が8000Btu／ポンド（4000
キロカロリ／キログラム）質量の固体可燃性物質
を時間当り約215ポンド処理できた。処理した固
体物質の量は、焼却装置へ供給される可燃性廃棄
物の発熱量により変化した。

一般に、本発明の焼却装置を実際に設計すると
きは良好に絶縁された、耐熱ライニングを施した
室を設ける。この焼却装置の予期される特徴の幾
つかは次のようなものである。

廃棄物の固体物質の実質的に完全な浮遊燃焼； 火格子を設置して、その上に多少にかゝわらず
放射性固体廃棄物を沈積させて完全燃焼に必要と
されるだけ滞留時間をのばすこと； 段階式に一定流量の空気を流すこと； 毎時当り1000ポンド（450キログラム）までの
H₂Oの蒸発能力； 通常の燃料を補充するための普通の燃料着火設
備； 断熱操作と称される、燃焼生成物の出口への温
度変動の制限 焼却装置は２つの部分に分けられ、これらの部
分は垂直に配置されて接続している。第１の部分
は燃焼により体積を減少させようとしている廃棄
物と補充燃料並びに燃焼空気の第１の部分とを直
接受け入れるので、バーナーハウジングとみなさ
れる。本発明の目的は、このバーナハウジングの
中へ一次空気として、廃棄物と補充燃料との両方
と混ぜると実質的に化学量論的な燃焼をつくるだ
けの量の空気を最初に注入することである。この
燃料に対する空気の配分の目的は、その混合物の
燃焼温度をできるだけ高めるということにある。
この最も高くした温度が、液体廃棄物を蒸発させ
ることを保証している。

第１段ハウジングをバーナーとして考え、化学
量論量的の一次空気を旋風又は渦流状態で注入す
る手段を講じる。この手段は幾つかの形をとるこ
とができる。それはバーナーハウジングの内壁に
対して切線方向に空気、燃料、廃棄物の方向を揃
えるだけのものでもよい。その手段は混合物を旋
風又は渦流状態とするために混合物の流路に配置
した衝突物であつてもよい。その手段がどのよう
な構造であつてもよいが、渦流又は旋風状態をつ
くつて廃棄物と燃料と空気との混合を促進させて
その後の化学量論的燃焼が到達可能の最高温度で
できるだけ速く進行するようにさせる。

旋風渦流状態の燃焼混合物は第１段ハウジング
の下流にあるので、固体廃棄物が浮遊している間
に燃焼を完全とさせるようにするだけの量の二次
空気を供給する。この二次空気は上方の、第一段
バーナーハウジングと下方の、第二段炉空間との
間の接続部近くに機械的に注入される。燃焼混合
物が下方の炉空間に入るまでに、旋風状態は消滅
し始めている。二次空気と組合せて、燃焼混合物
は炉空間の底に向つてそしてその炉空間の床に形
成された水平火格子に向つて下降しつゞける。

第２段炉空間を通つて燃焼が下降しようとする
とき、二次空気が過剰分の酸素、化学量論的量を
越える量を供給する。それ故、必要とされるすべ
てのことは廃棄物の燃焼を完全にするに十分な時
間だけ滞留させておくということである。炉空間
の底近くから上方へ燃焼混合物を急に偏向させる
ことにより滞留時間を長くさせる。この方向を急
に変えることにより、燃焼を完了していない固体
物質を慣性によりその方向を急に変えた位置の下
にある火格子の上に放り出す。その結果、これら
の固体粒子はこの火格子の上に保持されて過剰空
気の雰囲気中でそれらの燃焼を完了する。急激に
上向きにされた燃焼生成物は、その方向転換位置
より上の中間点で炉空間を出る。

第２段の炉空間内でのこの浮遊・格子燃焼は炉
空間からの熱の損失を伴なうことなく実施され
る。炉空間の耐熱ライニングによる絶縁はこの熱
損失を防止している。実際に、炉空間の中で放出
され、炉の出口の燃焼生成物中に存在する熱をカ
ロリーメータで測つて炉空間の状態を知るように
する。本発明のこの構成では、炉空間を出る燃焼
生成物は第一段のバーナーハウジングが受けた廃
棄物の熱量の変動を表わしている。

一次と二次の両方の全空気量を一定値に維持し
て第１段のバーナーハウジングに供給される補充
燃料を変化させることによりハウジング内の化学
量論的燃焼を維持する。第２段の炉空間の出口に
一つの点制御要素を設けて第１段バーナーハウジ
ングへ供給される補充燃料を調節して、焼却装置
の第１段と第２段とで所望の燃焼状態を維持す
る。

本発明の実施例を添付図に示す。焼却装置の全
体を１０で示す。焼却装置はバーナーハウジング
Ａと炉空間Ｂとを含んでいる。バーナーハウジン
グＡは円筒状であり、そして廃棄燃料案内のため
の第１の導管１１を通して収集と前処理システム
から廃棄燃料を受けとる。補充燃料導入の第２の
導管１２を通してバーナーハウジングＡに補充燃
料を入れる。燃料空気の全部のほゞ半分を一次空
気入口である第３の導管１３を通してバーナーへ
供給する。バーナーハウジングＡ内のこの一次空
気はバーナーハウジングの内壁に対し切線方向に
向けられる。バーナーハウジングＡ内の強い旋風
渦流は急速に廃棄物と補充燃料とを混合する。こ
の混合物は直ちに着火されて、化学量論的燃焼の
高温で燃える。既に説明したように、これは液体
廃棄物を蒸発させるに必要とされる高温である。

旋風渦流の混合物が下降してバーナーハウジン
グＡからその下の炉空間Ｂに吹き出すとき、その
残りの燃焼空気は二次空気入口である第４の導管
１４を通つて燃焼域に入る。浮遊している廃棄物
の完全燃焼を最大O₂濃度で行なわせるに十分な
時間だけ滞留させておくだけでの体積と容量とを
炉空間Ｂを有している。

燃焼混合物は炉空間Ｂ内を下降するときそれは
火格子１５の表面に近づく。火格子１５は下降燃
焼混合物の下、炉空間Ｂの下方端に取付けられて
いる。バツフル１６は炉空間の下方部分を横切つ
て取付けられていて出口通路１７を与え、この出
口通路の中へと燃焼物は急に方向を変えられる。
この方向を変えるときに燃焼混合物は燃焼してい
ない固体廃棄物を降ろす。燃焼混合物から慣性に
より放り出されたこの固体物質は火格子１５の上
にのり、それの燃焼を完了するに必要とされる滞
留時間中そこにとゞまる。それ故、その燃焼混合
物は炉空間Ｂの下方部分から出口通路１７へ跳ね
上がつて出口１８から出ていく。

バーナーハウジングＡと炉空間Ｂとの両方が負
圧とされている。吸入フアン１９は出口１８の下
流にあつて、負圧を発生しそれにより燃焼中焼却
装置から放射性物質が漏出しないようにしてい
る。又、焼却装置の内側は絶縁耐熱ライニング２
０で裏打ちされていることに注意されたい。この
絶縁耐熱ライニング２０によつて焼却装置の断熱
状態での燃焼が保証されているのである。要する
に、バーナーハウジングＡへの熱入力のすべてが
出口１８から放出される燃焼生成物に現われる。
その結果、温度感知手段２１により出口１８で感
知された温度は第１の導管１１を通つてバーナー
ハウジングＡへ送られる廃棄物の発熱量の変動を
示すことゝなる。

本発明の目的は、供給される燃焼空気の全体積
を実質的に一定に維持し、温度感知手段２１によ
る出口温度の計測によつてバーナーハウジングＡ
内への補充燃料を調整することである。温度感知
手段２１は流量調整装置２２へ接続されている。
温度感知手段からの信号を補充燃料導入用の第２
の導管１２のような供給管を調整する信号に組み
入れることはよく知られている。この信号の実効
性を調節することは流量調整装置２２における標
準構造により行なえるものと考える。

焼却装置内で固体廃棄物の燃焼を確立すると、
出口１８から放出される燃焼生成物は出口ガス中
に浮遊している灰分である。固体の体積は焼却に
より減少する。これらの固体をそれを乗せている
ガスからこして取り出し、小さく圧縮して最終的
に棄てる。すべての低レベル放射性物質はこれら
の粒子に含まれており、それらを捕捉することは
ガス状流体を清浄としそれを大気中に放出しても
汚染するということはない。勿論、既に説明した
ように、焼却装置からこれらの放射性物質を取り
去つたガス状流体は本発明の関心事ではない。廃
棄物の体積を小さくするということこそが本発明
の関心事であり、こゝに開示した実施例が実施し
ていることである。

結 論 第１の導管１１の上流側で低レベル放射廃棄物
を収集し、前処理することは説明したけれども、
図面には示されていない。この収集前処理装置と
して重要な作用は、本発明の実施例内で焼却して
体積を減少しようとする物質を供給することであ
る。炉空間の出口１８の下流側の装置についても
説明したが、図面には示されなかつた。図面に示
さなかつたからといつて、排出ガスから少量の固
体を分離して固まりとし、安全に貯蔵するように
するそれらの下流側の装置が重要ではないという
ことではない。

本発明の概念では、焼却装置は先ず、廃棄物、
補充燃料及び一次燃焼空気を入れるバーナーハウ
ジングＡを有するものであるといえる。補充燃料
を第２の導管１２を通してバーナーハウジングに
入れ、一次燃焼空気は第３の導管１３を通して入
れる。第３の導管１３の方向かもしくはそらせ構
造体のどちらかに、バーナーハウジングＡ内で一
次空気を渦流として廃棄物と補充燃料とを化学量
論量的量の空気とよく混ぜてこの混合物の燃焼を
最高温度で行なう手段を講じる。更に本発明の思
想では、第４の導管１４を通して二次空気がバー
ナーハウジングＡから旋風渦流状態の燃焼混合物
へ加えられる。この二次空気が加えられると酸素
の量は化学量論的状態を上回り浮遊している廃棄
物の焼却を促進する。この燃焼は炉空間Ｂ内を燃
焼混合物が下降するときも継続している。バーナ
ーハウジングＡと炉空間Ｂの耐熱ライニング２０
はその中の断熱燃焼状態を保証している。バーナ
ーと炉空間内の燃焼のすべては吸込みフアン１９
によりつくられる負圧の下で続けられている。

燃焼生成物が出口１８を通して炉空間Ｂから引
き出され、これらの燃焼生成物の温度は温度感知
手段２１により感知される。最後に、温度感知手
段２１を使用して流量調整装置２２は、第３の導
管１２を通つてバーナーハウジングＡへ供給され
る燃料を連続的に制御する。

叙上から本発明が冒頭に述べた目的を達成し、
種々の効果を奏することが理解されたものと思
う。

本発明の思想内で種々変更実施することは可能
であり、こゝに説明した実施例は限定的な意味に
解決されるべきものではない。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例の焼却装置の断面略
図である。 １０……焼却装置、Ａ……バーナーハウジン
グ、１１……第１の導管、１２……第２の導管、
１３……第３の導管、１４……第４の導管、Ｂ…
…炉空間、１６……バツフル、１７……出口通
路、１８……出口、１９……吸入フアン、２０…
…耐熱ライニング、２１……温度感知手段、２２
……流量調整装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下方に開いているバーナーハウジングＡ、 このバーナーハウジング内へ低レベル放射性廃
   棄物を送り込むため該バーナーハウジング内への
   びる第１の導管１１、 前記バーナーハウジング内へ補充燃料を流し込
   むため前記バーナーハウジング内へのびる第２の
   導管１２、 実質的に化学量論的割合で前記バーナーハウジ
   ング内へ一次燃焼空気を流し込むため前記バーナ
   ーハウジング内へのびる第３の導管１３、 一次燃焼空気を旋回渦流として着火時に空気と
   廃棄物と燃料とを混合させるため前記ハウジング
   内に設けた旋回渦流手段、 廃棄物と燃料と空気との燃焼混合物をうけとる
   ため前記バーナーハウジングの出口に頂部入口を
   揃えて前記バーナーハウジングの下に配置された
   炉空間１３、 空気の全量を化学量論量的燃焼に必要とされる
   量よりも過剰な量とする量の二次燃焼空気を前記
   の燃焼混合物に加えるため前記バーナーハウジン
   グへ接続された第４の導管１４、 前記炉空間の底部に装架された水平の火格子１
   ５、 前記炉空間に垂懸設置されたバツフル１６によ
   り画成され前記バーナーハウジングから前記炉空
   間内を下方に垂直にのびる通路、 前記バツフルの下端部と前記火格子との間の間
   〓を通つて下向きから上向きに急に偏向される燃
   焼混合物が前記炉空間を出てゆく出口通路１７、 前記バーナーハウジングと前記炉空間の耐熱ラ
   イニング２０、 前記バーナーハウジングと前記炉空間とを負圧
   に保つため前記炉空間の出口１８に取付けた吸入
   フアン１９、 前記炉空間を出る燃焼生成物の温度を感知する
   手段２１、及び 前記温度感知手段と前記補充燃料用の第２の導
   管との間に接続されて出口温度の関数として補充
   燃料の流量を調整する装置２２、 を備えたことを特徴とする、燃焼により低レベル
   放射性廃棄物を減容する焼却装置１０。