JPS5897700A - 低レベル放射性廃棄物の減容焼却装置 - 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】 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
却によシ低しベル放射性廃棄物の体積減少に係るもので
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った。

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
て流体ベッドの設計を含め、現在の燃焼のやシ方を本発
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
が広範囲にわたって変化し、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ッジから成る。

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
１９，０００　Ｂｔｕ　／　ｌｂ　（１０，０００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ボン
ド／立方フイート（ｏ、２７Ｋｉ／ｍ８）の重さの裁断
された紙や布のような軽量の固体から小さいけれども６
０ボンド／立方フイー）　（０，７７Ｋ１７ｍ”　）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、そのらの処理の安全性
が常に設計上配慮されていなければならない。

核設備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だめの補助システム
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に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。

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。−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
段の室に入って、この室で完全燃焼に必要とされる時間
滞留する。第２段にバック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ァ／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。

一般的考察 こ＼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、普通の焼料を炉に
供給して廃棄物の燃焼を維持する。燃焼のだめの空気の
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っているこ
とに注意されたい。廃棄物の発熱量は広範囲に変イリす
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って行
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
システムをバックアップし、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ァ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った
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
なっている。

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ＩＪ　＋とスラッジ
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って別々
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裁断装置
によっ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。吸込みファンが燃焼空気を供給してお
り、このファンは全装置を負圧に維持してもいる。燃焼
プロセスは、酸化物を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ィルターにより取
除かれる。バッグハウスフィルターと燃焼格子とから放
出された灰とはアスファルト、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って固態とさ
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
Ｋｙ　）まで処理できるし、液体廃棄物を毎時１，００
０ポンド（４５０Ｋり）まで処理できる。

本発明の好ましい実施例の開示に伴なって焼却減少しよ
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・イルターカートリッジ、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１０１００Ｏ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
物濃縮液体廃棄物（１）　　　　　　　　　１８８．０
００ガロン（７１２，０００リットル） イオン交換樹脂廃棄物　　　　　　７００立方フイート
（１９，８♂） フィルターカートリッジ　　　　　　１００立方フイー
ト（２，８３Ｍ） 種々の可燃性ぐず（２）　　　　　　　　　１０，００
０立方フイート（２８３♂） （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立方フィート当り１０ポンド（０，
１２８Ｋｇ／　ｍ”　）としテイル。

典型的々１０００　ＭＷ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　　　　　　　　　　　　　　　毎年当シの予測廃棄
物の体積 濃縮液体廃棄物（１）’　　　　　　３８７，０００ガ
ロン（１４９０，０００リットル） イオン交換樹脂廃棄物　　　　　　１，２００立方フイ
ート（３４♂） フィルターカートリッジ　　　　　　　　１００　立方
フィート（２，８♂） 種々の可燃性ぐず（２１１２，，０００立方フイート（
３４０１１１１”　　） フィルター／デミネジライザースラッジ　　　１０，０
００立方フイート（２８０♂　） （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立方フィート当り１０ボンド（０，
１３Ｋｙ／ｒｒ？　）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。

焼却装置の一実施例は内輪に見積もって、不燃性（発熱
量零）供給物質例えば水を毎時１０００　　ポンド（４
５０Ｋｆ）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５ｏｏｏ　Ｂｔｕ／ボンド（４００
０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ボンド処理できた。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＼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
ばすとと；段階式に一定流量の空気を流すとと； 毎時当り　１０００ボンド（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の部分とを直接骨は入れるので、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０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、化学量論的量
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
ーナーノ・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ってもよい。その手段がどのよ
うな構造であってもよいが、渦流又は旋風状態をつくっ
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段ノ・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ｊ７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ってそしてその炉空間の床に形成
された太平火格子に向って下降しつソける。

第２段炉空間を通っ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載量を供給
する６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
物質を慣性によシその方向を急に変えた位置の下にある
火格子の上に放シ出す。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〈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
燃料生成物中に存在する熱をカロリーメータで測って炉
空間の状態を知るようにする。

本発明のこの構成では、炉空間を出る燃料生成物は第、
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
せることによりノ・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と炉空所Ｂと
を含んでいる。バーナーハウジングＡは円筒状であシ、
そして廃棄燃料案内管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。補充燃料取入れ組立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
空気のの全部のはソ半分を一次空気人口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
は二次空気人口１４を通って燃焼域に入る。浮遊してい
る廃棄物の完全燃焼を最大０゜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は有している。

燃焼混合物は炉空間Ｂ内を下降するときそれは火格子１
５の表面に近づく。火格子１５は下降燃焼混合物の下、
炉空所Ｂの下方端に取付けられている。バッフル１６は
炉空所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
ソまる。それ故、その燃焼混合物は炉空間Ｂの下方部分
か′ら通路１７へ跳ね上がって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。吸入ファン１９は出口１８の下流にあって、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、情動装置の内側は絶縁耐熱材料２ｏで裏打ちされて
いることに注意されたい。この絶縁耐熱材２０′によっ
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、温度要素２１により出口１８で感知された温度
は入口管１】全通っ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とと＼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、温度要素２１による出口温度の計測に
よっ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。温度要素２１は制御ステーション２２へ接
続されている。要素２１により表わされているような温
度要素からの信号を補充燃料導入組立体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制御ステーノヨ
ン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Ｉ８
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シ出し、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ったガス状
流体は本発明の関心事ではない。廃廃物の体積を小さく
するということこそが本発明の関心事であり、こ＼に開
示した実施例が実施していることである。

結論 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った。図面に示
さなかったからといって、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−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。補充燃料を導管１２を通してバ
ーナーハウジングに入れ、−次燃焼空気は導管１３を通
して入れる。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、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
ァン１９によシ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素子２１により感知され
る。最後に、要素２１を使用して制御ステーション２２
は、導管１２を通ってバーナー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＼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
。 ｌＯ・・焼却装置、Ａ・・バーナーハウジング、１１−
−第１導管、１２−−第２導管、１３−−第３導管、１
４・・第４導管、Ｂ・・炉空間、１８・ｅ炉空間の出口
、１９−−ファン、２ｏ・・耐熱ライニング、２１−・
温度感知手段、２２拳・制御ステーション。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 下方に開いているバーナーハウジング、この・・ウジノ
   ブ内へ低し角ル放射性廃棄物を送り込むためバーナーハ
   ウジング内へのびる第１の導管、 前記バーナーノーウジノブ内へ補充燃料を流し込むかめ
   前言ざバーナーノーウジノブ内へのびる第２の導管、 化学量論的割合で前記バーナーノ・ウジノブ内へ一次燃
   焼空気を流し込むため前記バーナーノ・ウジノブ内への
   びる第３の導管、 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ノ・ウジノブ内に設けた旋
   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
   ナーノ・ウジノブの下に配置された炉空間、 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ノ・ウジノブへ接続された第４
   の導管、 廃棄物が浮遊状態で燃焼する前記バーナーノ・ウジノブ
   から炉空間内を下方に垂直にのびる路、前記バーナーハ
   ウジングと炉空間の耐熱ライニング、 前記バーナーノ・ウジノブと炉空間とを負圧に保つため
   前記炉空間の出口に取付けた吸入ファン、前記炉空間を
   出る燃焼生成物の温度を感知する手段、及び この温度感知手段と補充燃料導管との間に接続されて出
   口温度の関数として燃料の流量を調整する装置、 を備えたことを特徴とする、燃焼により低レベル放射裡
   廃棄物の体積を減少する焼却装置。