JPH02306200A - 廃棄物固化用電気溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ジュール熱を利用して廃棄物をガラス固化処
理する電気溶融炉に関し、更に詳しくは、少なくとも溶
融槽内の中央と側壁に電極を配設した廃棄物固化用電気
溶融炉に関するものである。

この溶融炉は、各種産業廃棄物の固化処理、特に高放射
性液体廃棄物のガラス固化処理に使用される。

［従来の技術］ 従来の廃棄物固化用電気溶融炉は、耐火れんかにより炉
体および溶融槽を形成し、溶融槽内の側壁に１対ないし
数対の耐熱金属（合金）または耐熱金属酸化物型の電極
を配設した構造である。

溶融ガラスが導電性を有することを利用し、前記電極を
介して溶融槽内の溶融ガラスに電流をｉｔことにより発
生するジュール熱によって溶融ガラスを加熱する。放射
性液体廃棄物およびガラス原料を、溶融炉の上部から溶
融ガラス液面上に供給すると、ここで溶融ガラスによっ
て加熱されて、昇温、水分の蒸発、仮焼の過程を経て溶
融ガラスになる。

溶融炉を構成する耐火れんが及び電極材料の健全性は、
それらと接触する溶融ガラスの温度によって左右される
ため、炉内の溶融ガラスの温度分布が均一であることが
望ましい。このため炉の形状、廃棄物処理量などに応じ
て様々な電極配置が試みられている。

近年、高放射性液体廃棄物を処理した場合、炉底部の異
常温度上昇が生じ、廃棄物処理能力が低下する問題が生
している。これは高放射性液体廃棄物に含まれているＲ
ｕ、Ｐｄ、Ｒｈ等の白金族元素がガラスに難溶性の導電
性物質を形成して炉底に堆積し、電極間電流がその導電
性堆積物に集中するため、発生するジュール熱が上方の
溶融ガラス液面に十分に供給されないことが原因である
。

例えば、米国ワシントン州パスコで１９８８年９月１１
日から１５日にわたって開催された国際廃棄物管理会議
スペクトラム８日の議事録（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　
ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｏｐｉ
ｃａｌＭｅｅｔｉｎｇ　ｏｎ　Ｎｕｃｌｅａｒ　ａｎｄ
　Ｈａｚａｒｄｏｕｓ　Ｈａｓｔｅ　Ｍａ−ｎａｇｅｍ
ｅｎｔ　ＳＰＥＣＴＲＵＭ’８８）の７６頁に記載され
ているホルスト・ヴイーゼ（ｌｌｏｒｓｔ−Ｗｉｅｓｅ
）の［ベルギーのパメラプラントでの高放射性液体廃棄
物の工業的ガラス固化Ｊ　（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｖ
ｉｔｒｉｆｉ−ｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈ４ｇｈ　Ｌｅｖ
ｅｌ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｗａｓｔｅ　ｗｉｔｈ　ＴｈｅＰ
ＡＭＥＲＡ　Ｐｌａｎｔ　ｉｎ　Ｂｅｌｇｉｕｍ）では
、通常の３分の１の電気抵抗値を有する白金族元素から
なる導電性物質が炉底に５ｃｍ堆積したことによって、
通電特性が変化し、ガラス製造速度が３０ｋｇ／ｈｒか
ら２０ｋｇ／ｈｒに低下したと報告されている。

また同会議の議事録の８２頁に記載された虎田真一部（
Ｓｈｉｎ−１ｃｈｉｒｏ　Ｔｏｒａｔａ）の［動産東海
ガラス固化技術開発施設のためのガラス溶融炉の開発Ｊ
　　（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｇｌａｓｓ　Ｍ
ｅｌｔｅｒ　ｆｏｒＰＮＣＴｏｋａｉ　Ｖｉｔｒｉｆｉ
ｃａｔｉｏｎ　Ｆａｃｉｌｉｔｙ）には、炉底勾配を持
つ実験室規模の溶融炉を使用した数種の実験の結果、４
５°の勾配が白金族元素からなる堆積物の排出に有効で
あることが判り、同勾配を持つ実規模大の溶融炉の試験
結果からも、その効果が評価されたと報告されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし従来の溶融炉では、炉底勾配を有するにもかかわ
らず、若干量の導電性物質がガラス溶融炉の底部あるい
は勾配面に堆積することが予想され、その場合には前述
したような通電異常あるいは廃棄物処理能力の低下とい
う現象が生じることが考えられる。これは従来の溶融炉
ではサイド電極間通電が加熱電流の供給源であるため、
電流が一方のサイド電極−一方の勾配面の導電性堆積物
−底部の導電性堆積物→他方の勾配面の導電性堆積物−
他方のサイド電極へと流れてしまうからである。この結
果、炉底付近の異常発熱および溶融ガラス上方の加熱電
流密度の低下のため、廃棄物処理能力の低下が生じるこ
とになる。

本発明の目的は、ガラス固化処理すべき廃棄物中に白金
族元素が含まれていても、電気的弊害や廃棄物処理能力
の低下が生じないようにした廃棄物固化用電気溶融炉を
提供することにある。

［！ｌ！題を解決するための手段］ 前記のような技術的課題を解決できる本発明は、溶融槽
内の側壁にサイド電極を配設し、溶融槽内の中央付近に
該サイド電極の対極となる中央電極を配置した廃棄物固
化用電気溶融炉である。

例えば中央電極はサイド電極とほぼ同じ水平位置に設け
られる。勿論、本特許請求の範囲を逸脱しない範囲で中
央電極の設置位置を適宜上下させることは可能であり、
これにより適切な通電特性を発現させることができる。

溶融槽は各種耐火れんかにより組積し、上部にガラス原
料および廃棄物の供給口、下部に廃棄物を含む溶融ガラ
スの排出口を設ける０通常、溶融ガラス接液部は耐食耐
火れんが、その外側はバックアップれんが、各種断熱れ
んがから構成し、その構造維持および強度維持のため金
属ケーシングで覆う。これによって溶融炉は、耐食性、
耐火性、断熱性に優れ、十分な強度をもつ。

より好ましい構成は次の通りである。溶融槽底部には、
底部中央に位置する溶融ガラスの排出口に向かって３０
〜６０″程度の勾配を設ける。また中央電極と対極とな
る底部電極を溶融槽底部に設ける。上記の各電極は耐熱
合金から構成し、内部に冷却ガス管路などの冷却手段を
設ける。サイド電極と底部電極の垂直距離はサイド電極
間距離の２分の１以上にする。

［作用］ 各電極を介して溶融槽内の溶融ガラスに通電することに
よってジュール熱が発生し、溶融ガラスを加熱する０本
発明の溶融炉では、一方のサイド電極と中央電極、他方
のサイド電極と中央電極という通電状態を有しているた
め、たとえ相当量の導電性物質が炉内に堆積したとして
も、電流は選択的にサイド電極と中央電極間を流れ、導
電性堆積物には流れない。

また中央電極とサイド電極が溶融ガラス表面の近くに位
置すると、その近辺の発熱が大きくなり、原料への熱の
供給を大きくでき、廃棄物処理能力が向上する。

底部電極を設けると、中央電極と底部電極間で通電加熱
が行われ、炉底部の発熱を促し、炉内溶融ガラス全体の
温度分布の均一化を図ることができる。底部電極上には
導電性物質が堆積すると考えられるが、対極となる中央
電極が炉底および炉側面から離れた溶融ガラス中に位置
しているため、底部電極上の導電性物質には底部電極の
一部として電流が流れるが、他の部分の導電性堆積物に
は電流は流れない。

上記の各電極を耐熱合金で構成し、冷却手段によって冷
却することにより電極の寿命は長くなる。

溶融槽底部に３０〜６０°程度の勾配を設けると、廃棄
物に含まれる白金族元素がガラスに難溶性の導電性物質
を形成しても、容易に排出できるようになる。

サイド電極と底部電極の垂直距離をサイド電極間距離の
２分の１以上にすると、前記の炉底勾配を設けたにもか
かわらず若干量の導電性物質が堆積した場合でも、加熱
電流が導電性堆積物に選択的に流れることを防止できる
。

［実施例］ 図面は本発明に係る廃棄物固化用電気溶融炉の一実施例
を示しており、第１図は正面断面図、第２図はそのＡ−
Ａ矢視図、第３図はＢ−Ｂ矢視図である。

溶融槽１０は、溶融ガラス接液部が耐食耐火れんが１２
及びバックアップ耐火れんが１４で、上部空間部は耐火
れんが１６で構成される。それらの外側には断熱れんが
１８ａ、１８ｂが配置され、炉全体は金属ケーシング２
０で覆われる。溶融炉の上面及び側壁面の断熱れんが１
８ａと金属ケーシング２０との間には、温度上昇に伴う
各種れんがの膨張を吸収するための膨張吸収材２２を配
設する。

溶融槽１０の上部には廃棄物とガラス原料を供給するた
めの原料供給口２３と、廃棄物処理時に発生する廃ガス
を排出するための排気口２４とを設ける。また溶融槽１
０の底部には溶融ガラスの排出口２６を設ける。

溶融槽１０の溶融ガラス接液部の側壁にサイド電極２８
ａ、２８ｂを設置する。このサイド電極は複数対設置す
ることが可能である。サイド電極２８ａ、２８ｂに対し
て対極となる中央電極３０を、溶融槽１０内のほぼ中央
、サイド電極２８ａ、２８ｂとほぼ同じ水平高さに設置
する。この中央電極も複数設置することが可能である。

溶融槽１０の側壁ないし底部構造は、サイド電８ｉ２８
ａ、２８ｂの下端から下方に若干の垂直部を設け、そこ
から溶融ガラス排出口２６に向かって３０〜６０６、よ
り好ましくは４５°の勾配を設け、その延長上に底部電
極３２を設ける。

これら３種の電極は、溶融ガラスを必要な温度にまで加
熱昇温できるような十分な大きさとする。また、それら
の冷却を行うため、各電極の内部に管路を設け、空気等
を流通させるようにすることも可能である。

加熱電源回路は、サイド電極２８ａと中央電極３０間の
加熱交流電源３４ａ、サイド電極２８ｂと中央電極３０
間の加熱交流電源３４ｂ、及び底部電極３２と中央電極
３０間の加熱交流電源３４Ｃの３回路から構成される。

これら３回路は、定電力制御、定電流制御、あるいは定
電圧制御などにより通電制御可能である。これにより溶
融ガラスを適切な温度に維持し、均一な温度分布を実現
する。

底部電極３２の下方には溶融ガラスの排出口２６と連通
ずる流下ノズル３６を設ける。ガラス排出は底部電極３
２及び耐食耐火れんかに設けた排出口２６を経て、流下
ノズル３６から行う。この流下ノズル３６は耐熱合金製
のスリーブで、加熱用コイルを設けて誘導加熱するか、
または直接通電することにより発熱昇温させうるように
なっており、これにより溶融ガラスの流下の開始及び停
止を制御する。

この溶融炉は、基本的には従来同様、溶融ガラス３８が
導電性を有することを利用して前記各電極２８ａ、２８
ｂ、３０．３２を介して溶融槽１０内の溶融ガラス３日
に電流を流し、それにより発生するジュール熱によって
該溶融ガラス３８を加熱する。放射性液体廃棄物および
ガラス原料を、溶融炉の上部の原料供給口２３から溶融
ガラス液面上に供給すると、ここで溶融ガラスによって
加熱されて、昇温、水分の蒸発、仮焼の過程を経て溶融
ガラスになり、排出口２６から排出される。溶融処理時
に発生する廃ガスは排気口２４から排出する。

［発明の効果］ 本発明は上記のように、溶融槽側壁にサイド電極を設け
、それと対極となる中央電極を溶融槽内部はぼ中央に配
置したので、導電性物質が炉底および溶融槽底部に堆積
したとしても、加熱電流が選択的にサイド電極と中央電
極間を流れるため、導電性堆積物に電流が流れず、炉底
部での異常発熱を防止できる。またサイド電極と中央電
極間通電により発生した熱が効率よく、溶融ガラス液面
上の原料に供給され、処理能力が向上する。これに伴っ
て溶融炉の小型化が可能となる。

また炉底に底部電極を設けると、中央電極と底部電極間
での通電が可能となり、従来構造よりも炉内溶融ガラス
の温度調節が容易になり、炉内溶融ガラスの温度分布の
均一化を図ることができる。これによりガラスの流下な
どの運転制御が容易になり、均一な廃棄物含有ガラスを
製造できる。更に、炉底に勾配をもたせ、炉底温度を上
げることにより、導電性堆積物がガラス流下に伴ってス
ムーズに排出され、導電性堆積物による電気的弊害発生
の可能性は更に低減する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る廃棄物固化用電気溶融炉の一実施
例を示す正面断面図、第２図はそのＡ−Ａ矢視図、第３
図はそのＢ−Ｂ矢視図である。 １０・・・溶融槽、１２・・・耐食耐火れんが、２３・
・・原料供給口、２４・・・排気口、２６・・・溶融ガ
ラス排出口、２８ａ、２８ｂ・・・サイド電極、３０・
・・中央電極、３２・・・底部電極、３４ａ、３４ｂ。 ３４Ｃ・・・加熱交流電源、３６・・・流下ノズル、３
８・・・溶融ガラス。 特許出願人　動力炉・核燃料開発事業団化　　理　　人
　　　　　茂　　見　　　　　穣第１図 溶融がラス 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガラス原料および廃棄物の供給口、並びに廃棄物を
   含む溶融ガラスの排出口を備え、耐火れんが製の溶融ガ
   ラス浴壁を有する溶融槽と、該溶融槽内の側壁に配設し
   たサイド電極と、該サイド電極に対して対極となり前記
   溶融槽内の中央付近に位置する中央電極とを具備してい
   ることを特徴とする廃棄物固化用電気溶融炉。 ２、溶融槽底部の溶融ガラス浴壁に、底部中央に位置す
   る溶融ガラスの排出口に向かう傾斜を設けた請求項１記
   載の溶融炉。 ３、溶融槽底部に、溶融槽中央付近に設けた中央電極に
   対して対極となる底部電極を設けた請求項１又は２記載
   の溶融炉。 ４、各電極が、冷却手段を内蔵した耐熱合金からなる請
   求項１、２又は３記載の溶融炉。