JP3844327B2 - 放射性黒鉛の処理方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力施設から発生する放射性黒鉛の処理方法及び装置に関するものであり、特に放射性雑固体廃棄物とともに放射性黒鉛を処理するに適した放射性黒鉛の処理方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
黒鉛減速型原子炉からは、その廃止措置に伴い多量の放射性黒鉛が廃棄物として発生する。またこれとともに、黒鉛以外の金属やコンクリート等の不燃性の雑固体廃棄物も廃炉廃棄物として発生するため、これらを高周波溶融またはプラズマ溶融する計画が進められている。これらの方法は溶融炉内に空気又は酸素を導入することにより、放射性黒鉛の焼却と不燃性の雑固体廃棄物の溶融とを同時に行わせる方法である。
【0003】
ところが放射性黒鉛と不燃性の雑固体廃棄物とを一緒に高周波溶融またはプラズマ溶融しようとすると、黒鉛は不燃物の溶湯の中に沈んでしまい、酸素との接触が悪くなる。このため黒鉛の燃焼速度が大幅に低下し、実用的な処理速度が得られない。特に廃止措置に伴って発生する放射性黒鉛はこぶし大程度のものが大半であるため溶湯に沈み易くなっている。
【0004】
そこで所定の黒鉛の処理能力を確保するためには、同一の溶融炉を放射性黒鉛の単独焼却処理と、不燃物の溶融処理との二つの運転モードで運転する必要がある。しかしその結果、不燃物の溶融時間が減少するため、年間の不燃物処理目標を達成するためには大容量の処理設備が必要となって、建設コスト及びランニングコストが高くなるという問題が生ずる。しかもこぶし大の放射性黒鉛は燃焼速度が極めて小さいために、破砕・粉砕等の前処理が必要となり、更に設備コストの高騰を招くこととなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、放射性黒鉛を不燃性の雑固体廃棄物とともにコンパクトな装置で迅速に焼却処理することができる放射性黒鉛の処理方法及び装置を提供するためになされたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の放射性黒鉛の処理方法は、放射性雑固体廃棄物の溶融炉の排ガス出口に接続された二次燃焼室の内部に固定床が設けられ、この固定床にこぶし大の放射性黒鉛の塊を供給して、酸素濃度が23〜35%の富酸素空気により1000〜1300℃で燃焼させ、出口のCO濃度を10ppm以下としつつ、その放射性黒鉛を焼却するとともに、放射性黒鉛の燃焼によって発生した高温ガスにより溶融炉から送り込まれる排ガスを二次燃焼させ、かつこの二次燃焼 室から取り出される高温ガスを溶融炉に燃焼空気として返送して残余の酸素を放射性雑固体廃棄物中の可燃物の燃焼に利用することを特徴とするものである。
【0007】
また上記の課題を解決するためになされた本発明の放射性黒鉛の処理装置は、如上の放射性黒鉛の処理方法を実施するための放射性黒鉛の処理装置であって、放射性雑固体廃棄物の溶融炉の排ガス出口に接続された二次燃焼室の炉体に、溶融炉からの排ガス導入口、放射性黒鉛の供給口、加熱用バーナ、酸素含有ガス供給口、放射性黒鉛の燃焼用固定床、二次燃焼室排ガス出口、溶融炉への二次燃焼室排ガス返送配管を設けたことを特徴とするものである。なお、加熱用バーナが酸素含有ガス供給口を備えた富酸素バーナとすることができる。
【0008】
本発明によれば、放射性雑固体廃棄物の溶融炉からの排ガス中に含まれる未燃分を完全燃焼させるために設けられている二次燃焼室の床を利用して、放射性黒鉛を酸素含有ガスで燃焼させる。この結果、二次燃焼室内の温度を1000℃以上の高温に維持しつつ、こぶし大の放射性黒鉛をも迅速に燃焼させることができる。しかもこれにより発生したCO濃度を10ppm以下の高温ガスを溶融炉に返送して溶融炉における燃焼空気として利用することにより、熱効率の向上と溶融処理速度の向上とを図ることができる。この結果、設備を大型化することなく放射性黒鉛を不燃性の雑固体廃棄物とともに迅速に焼却処理することができ、また放射性黒鉛を予め破砕・粉砕する必要もない。なお、廃活性炭等炭素質の廃棄物も黒鉛と同様に処理することができる。以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を示す。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の装置全体の概略的な断面図、図2は二次燃焼室の拡大断面図である。
図1に示される1は溶融炉、2はその出口に接続された二次燃焼室である。金属、コンクリート等の放射性雑固体廃棄物は炉内のるつぼ3に投入され、加熱源4により加熱されて溶融される。この図1では溶融炉1は高周波溶融炉であるため加熱源4として高周波コイルが設置されているが、プラズマトーチを加熱源4としたプラズマ溶融炉としてもよい。このような放射性雑固体廃棄物の溶融炉自体は公知のものである。
【0010】
この溶融炉1の排ガスは、二次燃焼室2に導かれて未燃分を完全燃焼させる。通常は二次燃焼室2は単にバーナーを備えた空間であるが、本発明の二次燃焼室2には、溶融炉1からの排ガス導入口5及び排ガス出口6のほかに、放射性黒鉛の供給口7と放射性黒鉛の燃焼用固定床8とが設けられている。前記したように廃止措置に伴い発生する放射性黒鉛はほぼこぶし大の大きさであり、そのような放射性黒鉛の塊が図2に示すように供給口7から燃焼用固定床8に供給される。供給はバッチ供給としてもよいが、連続的に定量供給することが安定性を確保するうえで好ましい。
【0011】
二次燃焼室2には溶融炉1から数百℃の排ガスが流入してくるが、前記したように黒鉛の塊はそのままでは燃焼速度が小さい。そこで本発明では二次燃焼室2に、加熱用バーナと酸素含有ガス供給口とを設け、放射性黒鉛を1000〜1300℃で富酸素燃焼させるようにした。酸素含有ガス供給口は加熱用バーナと別に設けてもよいが、この実施形態では酸素含有ガス供給口を備えた富酸素バーナ9を用い、燃焼用固定床8上の放射性黒鉛を酸素含有ガスで燃焼させる。
【0012】
この燃焼は、二次燃焼室2の内部への供給酸素濃度が21%でも燃焼が可能であるが、21%よりやや高いことが好ましく、実験の結果では23〜35%程度とすればよいことが判明した。酸素濃度が21%の通常燃焼の場合には放射性黒鉛の燃焼速度が低く、しかも二次燃焼室2の出口のCO濃度が1000ppmを越えるためにバーナで助燃する必要があった。しかし23%を越えれば放射性黒鉛の燃焼速度は向上し、出口のCO濃度も10ppm以下となり、バーナの助燃も不要であった。なお酸素濃度が高すぎると二次燃焼室2の温度が上昇し過ぎるうえ、不経済となる。このため、二次燃焼室2の内部の酸素濃度は23〜35%程度が好ましく、より好ましくは25〜32%である。
【0013】
この結果、放射性黒鉛は迅速に燃焼するとともに、1000℃以上の高温ガスを発生する。この高温によって溶融炉1から送り込まれてくる排ガス中の未燃分は完全燃焼され、図1に示される冷却塔10、セラミックフィルタ11、HEPAフィルタ12等を経由して放射性を除去されたうえで更に脱硝装置等に送られる。また、二次燃焼室2のCO濃度が10ppm以下の高温ガスの一部は配管13を経由して溶融炉1に送られ、不燃物中に含まれる可燃物の燃焼用空気として利用することができる。このように高温ガスを溶融炉1に返送すれば、高温ガス中の残余の酸素を放射性雑固体廃棄物中の可燃物の燃焼に利用でき、溶融炉1の熱効率及び溶融処理速度を向上させることができる。
【0014】
なお、運転開始時の二次燃焼室2の温度が上昇していない状態で放射性黒鉛を投入してもうまく燃焼させることができないので、予めオイル等を燃料としてバーナーを焚き、所定温度まで昇温させてからため放射性黒鉛を投入すべきである。なお、富酸素燃焼する場合には黒鉛の燃焼が開始したらバーナを焚く必要はない。また、二次燃焼室2で焼却すべき放射性黒鉛の量が多い場合には、二次燃焼室2の炉体を水冷構造としたり、炉内に水を吹き込むことによって出口温度を調整することもできる。
【0015】
このように、本発明によれば二次燃焼室2を利用して放射性黒鉛を酸素含有ガスで燃焼させるので、設備を大型化することなく、放射性黒鉛を不燃性の雑固体廃棄物とともに迅速に焼却処理することができる。しかも放射性黒鉛を予め破砕・粉砕する必要もない。
【0016】
【実施例】
図1に示した本発明の装置を用いて、放射性雑固体廃棄物の溶融と放射性黒鉛の焼却とを行った。溶融炉1への放射性雑固体廃棄物の投入速度は250kg/hであり、二次燃焼室2への放射性黒鉛の投入速度は50kg/hである。二次燃焼室2の酸素濃度を21%、26%、32%、37%に変化させて放射性黒鉛を燃焼させた。
【0017】
この結果、酸素濃度を21%とした場合には放射性黒鉛の投入速度を10kg/hまで落とさねばならず、しかも二次燃焼室出口のCO濃度が1400ppmに達した。このためバーナを焚いてCO濃度を低減する必要があった。しかし酸素濃度を26%、32%とした場合にはバーナを焚くことなく、放射性黒鉛を迅速に燃焼させることができ、しかも二次燃焼室出口のCO濃度は10ppm以下となった。なお酸素濃度を37%とすると放射性黒鉛の燃焼速度は多少増加するが、二次燃焼室2の温度が1300℃を越えて上昇傾向を示すため、安定運転のためには好ましくないと評価した。
【0018】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、黒鉛減速型原子炉の廃止措置に伴い大量に発生する放射性黒鉛を、不燃性の雑固体廃棄物とともにコンパクトな装置で迅速に焼却処理することができ、また放射性黒鉛を予め破砕・粉砕する必要もない等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の装置の実施形態を示す断面図である。
【図2】二次燃焼室の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 溶融炉、2 二次燃焼室、3 るつぼ、4 加熱源、5 排ガス導入口、6 排ガス出口、7 放射性黒鉛の供給口、8 放射性黒鉛の燃焼用固定床、9 富酸素バーナ、10 冷却塔、11 セラミックフィルタ、12 HEPAフィルタ、13 配管
Claims (3)
- 放射性雑固体廃棄物の溶融炉の排ガス出口に接続された二次燃焼室の内部に固定床が設けられ、この固定床にこぶし大の放射性黒鉛の塊を供給して、酸素濃度が23〜35%の富酸素空気により1000〜1300℃で燃焼させ、出口のCO濃度を10ppm以下としつつ、その放射性黒鉛を焼却するとともに、放射性黒鉛の燃焼によって発生した高温ガスにより溶融炉から送り込まれる排ガスを二次燃焼させ、かつこの二次燃焼室から取り出される高温ガスを溶融炉に燃焼空気として返送して残余の酸素を放射性雑固体廃棄物中の可燃物の燃焼に利用することを特徴とする放射性黒鉛の処理方法。
- 請求項1記載の放射性黒鉛の処理方法を実施するための放射性黒鉛の処理装置であって、放射性雑固体廃棄物の溶融炉の排ガス出口に接続された二次燃焼室の炉体に、溶融炉からの排ガス導入口、放射性黒鉛の供給口、加熱用バーナ、酸素含有ガス供給口、放射性黒鉛の燃焼用固定床、二次燃焼室排ガス出口、溶融炉への二次燃焼室排ガス返送配管を設けたことを特徴とする放射性黒鉛の処理装置。
- 加熱用バーナが酸素含有ガス供給口を備えた富酸素バーナである請求項2に記載の放射性黒鉛の処理装置。
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