JP5880835B2

JP5880835B2 - 放射性セシウムを含む可燃物の焼却処理方法

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Publication number: JP5880835B2
Application number: JP2012013685A
Authority: JP
Inventors: 多田　光宏; 光宏多田; 泰敏平本; 内山　武; 武内山
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2032-01-26
Also published as: JP2013152175A

Description

本発明は、放射性セシウムを含む可燃物の焼却処理方法に関するものである。

原子力発電所等の放射性物質を取扱う施設からは可燃物を含む廃棄物が大量に排出される。そして、その多くは放射性物質が含まれており、そのなかで放射性セシウムは半減期が^１３４Ｃｓで約２年、^１３７Ｃｓで約３０年と長いので、その保管には細心の注意を払う必要がある。特に、最近では福島県の原子力発電所の事故により多量の放射性物質が放出されて広範囲にわたって汚染を引起し、その汚染地域から出される可燃物の処理も問題になっている。

そして、これら可燃物を含む廃棄物の保管場所を確保するためには、その廃棄物を減容化することが必要である。放射性セシウムを含有する可燃物を多く含む廃棄物を減容化する方法としては、焼却による方法と発酵による方法がある。

例えば、特許文献１には、汚泥貯留槽から移送した汚泥液を凝集させて汚泥ケーキとし、これに杉チップを担体として高温好気性微生物を生息させ、この杉チップを用いて汚泥ケーキを発酵分解させる方法が開示されている。この方法では、可燃物中の放射性セシウムは汚泥ケーキに集まり、さらに発酵分解した残渣に濃化されている。

焼却する場合には、ストーカ炉や流動層炉などを用いて直接燃焼し、燃焼排ガスは集塵機、熱交換器などを経由して大気中に放出していた（非特許文献１、２）。その際の放射性セシウムの挙動についての報告もある（非特許文献３）。

特許第３７５３３２２号公報

難波ら、「粉体ゴミ燃料の熱分解・燃焼ガス特性」、廃棄物学会論文誌、１９９８年、ｖｏｌ．９、Ｎｏ．７、ｐ３０２〜３０９魚住ら、「キルンストーカ式産業廃棄物焼却発電設備」、エバラ時報、２００７年７月、Ｎｏ．２１６、ｐ２１〜２４藤森ら、「廃棄物熱処理実験プラントを用いた災害廃木材燃焼時の放射性セシウムの熱分配挙動および溶出特性」、第２２回廃棄物資源循環学会研究発表会講演論文集」、２０１１年、Ｃ３−５、ｐ３７１〜３７２

発酵によって減容化する方法は、発酵に、例えば４ヶ月という長期間を要し、発酵を行うための広大な場所の確保が現実的に難しい。

焼却による方法は、場所は比較的小規模ですむが、焼却によって放射性セシウムが主灰と飛灰の両方に分配される。放射性セシウムの分配量は飛灰に多く主灰には少ないが、それでも廃棄物中の放射性セシウム濃度が高ければ、主灰の放射性セシウム濃度がクリアランスレベルの１００Ｂｑ／ｋｇを超えるため有効利用が困難になっていた。

本発明は、放射性セシウムを含有する可燃物を焼却して減容化する方法において、発生する量が圧倒的に多い主灰の放射性セシウムの濃度を低下させて無害化し、その有効利用を可能にする方法を提供することを目的としている。

本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討の結果、従来の焼却灰に含まれている放射性セシウムは主灰、飛灰のいずれにおいても主に酸化物等の形態で存在していることを見出した。そして、放射性セシウムを含む可燃物をまず還元雰囲気で加熱して部分酸化することによって、放射性セシウムを塩化セシウムの形態で揮発させて飛灰側に濃縮することができ、残った残渣を燃焼することにより放射性セシウムをほとんど含有しない無害な焼却灰が得られることを見出した。

本発明は、このような知見に基いてなされたものであり、放射性セシウムを含有する可燃物を、４００〜１０００℃で還元雰囲気で加熱して部分酸化する第一工程と、第一工程で生成した炭素を多量に含む残渣を酸化雰囲気で燃焼させて焼却灰にする第二工程よりなる放射性セシウムを含む可燃物の焼却処理方法を提供するものである。

本発明により、放射性セシウムを含有する可燃物を焼却して減容化する際に発生する主灰を放射性セシウムをほとんど含有しない灰に変えることができ、その際発生する飛灰のみを埋立処理すればよいので埋立量を大幅に減少させることができる。また、主灰は放射性セシウムをほとんど含有しないのでセメント原料などに有効利用することができる。

本発明の方法に使用される炉の一例の概略構造を示す図である。

放射性セシウムを含有する可燃物の種類は問わないが、典型的なものは燃焼によって一酸化炭素や二酸化炭素を生成するものであり、主成分が炭素化合物のものである。具体的には、木や草などの植物、洪水で発生した廃棄物などである。

第一工程では、この可燃物を概ね４００〜１０００℃で、還元雰囲気で加熱して部分酸化する。還元雰囲気は、通常、可燃物を不完全燃焼させて生じる一酸化炭素で形成することができる。この不完全燃焼は炉内に吹込む空気の量を絞ればよい。加熱温度は概ね４００〜１０００℃、好ましくは８００〜１０００℃であり、この温度で還元雰囲気で加熱することによって、可燃物に含まれる放射性セシウムを塩化セシウムとして揮発させて排ガスとともに炉外に排出する。これによって部分酸化された残渣には放射性セシウムがほとんどなくなる。

焼却する可燃物を含む廃棄物に含まれている塩素成分を利用することによって、放射性セシウムを塩化セシウムの形態にして揮発させることができる。塩素成分の必要量は、塩素濃度で０．１重量％以上、好ましくは０．１〜０．３重量％程度である。塩素成分が不足していれば追加してもよく、追加する場合には、存在するセシウム化合物を塩化セシウムに変えることができるものであればよく、多種多様のものを利用できる。例示すれば、塩化ビニル樹脂、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物等が挙げられる。アルカリ金属の塩化物として、塩化ナトリウム、塩化カリウムなどがあり、アルカリ土類金属の塩化物として、塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどがある。これらは粉、粒体や破砕片の形で添加することが好ましい。

第一工程での部分酸化は、可燃物の熱分解あるいは炭化を意味する。

第一工程を実施する炉は、密閉型の焼却炉であればよいが、攪拌機構の付いているものが好ましい。その外、放射性セシウムを含有する可燃物の投入口、必要により投入する塩素成分の投入口、この可燃物を部分酸化するためのバーナー、排ガスの排気口、部分酸化した残渣の排出口などが必要である。本発明を適用できる炉を例示すればキルンストーカ式焼却炉、ストーカ炉、流動床炉等を挙げることができる。

揮発した塩化セシウムは、炉内に供給されるガス、例えば加熱のためのバーナーから供給される燃焼ガスによって炉外に出され、二次燃焼された後冷却される。そして飛灰とともに集塵機で捕集される。集塵機には煙道の煤塵を捕集するものなどを用いることができ、例えばバグフィルターやセラミック製の高温除塵装置などが利用できる。捕集した飛灰には放射性セシウムが高濃度で含まれており、これは埋立処理等が行われる。

第二工程では、第一工程で生成した炭素を多量に含む残渣を酸化雰囲気で燃焼させて焼却灰にする。これは、酸素含有ガス、例えば空気を送って通常の燃焼を行えばよく、燃焼を助けるために、通常はバーナーを用いる。燃焼温度は残渣に残留する炭素分を除去できればよいが、通常７００〜１０００℃程度である。燃焼の程度は熱灼減量が基準の５重量％以下になるようにする。熱灼減量とは、６００℃で３時間強熱することにより、ごみ焼却残渣中に残っている未燃分の重量％を表す値で、熱灼減量が小さいほど良好な燃焼ができたことになる。

燃焼は、前記の第一工程とは別の燃焼炉で行うのがよい。両炉は別体であってもよく、一つの炉を２室に仕切った形態のものでもよい。

燃焼されて残った主灰は放射性セシウムがほとんどなく、セメント原料などに有効利用できる。

本発明の第一工程から排出される排ガスは一酸化炭素を多く含むためこれを燃焼して除去する必要がある。また、第二工程から排出される排ガスにも一部一酸化炭素が含まれている。そこで第一工程の排ガスを第二工程の排ガスと混合し、燃焼炉で一酸化炭素を燃焼する。第一工程と第二工程の排ガスはもともと温度が高く、さらに、燃焼によって熱が発生するのでこれを発電などに有効利用できる。その場合、排ガスをボイラーで熱回収してこれを発電に利用することができる。熱回収した排ガスはバグフィルター等で除塵し、必要によりＮＯ_Ｘを除去して煙突から排出する。除塵で得た飛灰には放射性セシウムはほとんど無くセメント等に有効利用できる。

炉には、図１に示すものを用いた。この炉は、二段式のロータリーキルンで構成され、第一工程における炉の左端の投入口から放射性セシウム濃度１，０００Ｂｑ／ｋｇの廃棄物を４１７０ｋｇ／ｈｒ、ＣａＣｌ_２を１ｋｇ／ｈｒで炉内に連続投入した。第一工程における炉の左端のバーナーから火炎を吹込んで還元雰囲気で加熱した。この雰囲気でのＣＯ濃度は２０体積％であり、炉内の温度は１０００℃であった。上記廃棄物の炉内での平均滞留時間は１時間であった。第一工程における炉の排気口から排出される排ガスは減温塔で２００℃に減温されてバグフィルターで集塵された。

第一工程における炉から排出された残渣は第二工程の炉に移り、そこで、燃焼用空気とともに供給されるバーナーの火炎でさらに熱せられて残留する炭素分が燃焼除去された。この炉内の温度は８００℃であり、残渣の炉内での平均滞留時間は１時間であった。

得られた主灰の放射性セシウムの濃度は１００Ｂｑ／ｋｇであり、そのままセメントの原料に用いても何ら問題がないことが分った。

第一工程のバグフィルターで除塵した排ガスと第二工程における炉の排ガスとを混合し、発電機のボイラーで排ガス中の一酸化炭素を燃焼させた。ボイラーの排ガスは、減温塔で温度を低下させてバグフィルターで飛灰を捕集後煙突から放出した。バグフィルターで捕集した飛灰中の放射性セシウムの濃度は９９０，０００Ｂｑ／ｋｇであった。

本発明の方法によれば、放射性セシウムを含有する可燃物から放射性セシウムを第一工程でほぼ完全に飛灰を集めることができるため、埋立量をその際分離された飛灰のみ大幅に節減でき、かつ、放射性セシウムを除去された第一工程の残渣は第二工程で燃焼してセメント原料などに有効利用できるので、各種の放射性セシウムを含有する可燃物の処理に利用できる。

Claims

放射性セシウムを含有する可燃物を、４００〜１０００℃で還元雰囲気で加熱して部分酸化する第一工程と、第一工程で生成した炭素を多量に含む残渣を酸化雰囲気で燃焼させて焼却灰にする第二工程よりなる放射性セシウムを含む可燃物の焼却処理方法であって、
前記第一工程において、前記可燃物に含まれている塩素成分、又は、追加される塩素成分を塩素源として用いることによって、放射性セシウムを塩化セシウムの形態で揮発させることを特徴とする放射性セシウムを含む可燃物の焼却処理方法。