(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体上部に使用済イオン交換樹脂の投入口と排ガス排出口を有し、炉底から焼却灰を排出する炉底ダンパを有する竪型のイオン交換樹脂焼却処理装置であって、
炉体下部の側壁には、炉内の使用済イオン交換樹脂に向けてバーナ火炎を吹き付けて燃焼を促進する燃焼用バーナと、炉底上部に向けて空気を噴射して旋回流を形成する燃焼空気ノズルと、炉底に堆積した燃え残り灰に向けて空気を噴射して燃え残り灰を噴き上げる残燃空気ノズルを備え、
前記燃焼空気ノズルを、燃焼用バーナと略同一高さ位置で、炉体側壁の接線方向に複数本配置し、
前記残燃空気ノズルを、燃焼空気ノズルよりも下部位置で、そのノズル口を、前記炉底ダンパの上面に形成した皿状の凹みに向けて、複数本配置したことを特徴とするイオン交換樹脂の焼却処理装置。
【請求項２】
該炉底ダンパの外周に設けられた環状パッキン部分に、炉底ダンパの周囲から炉内に向けて均一に圧縮空気を噴出するシール空気供給手段を設けた炉底シール構造を備えることを特徴とする請求項１記載のイオン交換樹脂の焼却処理装置。
【請求項３】
炉体の上部には、投入口に使用済イオン交換樹脂を少量ずつ連続的に投入する定量スクリューフィーダが設置されている請求項１記載のイオン交換樹脂の焼却処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のイオン交換樹脂の焼却処理装置を用いて使用済イオン交換樹脂を単独で焼却処理する方法であって、
炉内を６５０℃以上まで昇温させる予熱工程と、
炉内を６５０〜１０００℃に維持するとともに、燃焼空気ノズルから空気を噴射して炉底上部に旋回流を形成しながら、炉内の使用済イオン交換樹脂に向けてバーナ火炎を吹き付けて使用済イオン交換樹脂を焼却処理する助燃工程と、
助燃工程で炉底に堆積した燃え残り灰に向けて、残燃空気ノズルから空気を噴射して対向流を形成し、該対向流により炉底から噴き上げられた燃え残り灰に向けてバーナ火炎を吹き付けて燃え残り灰の燃焼を促進する残燃工程
からなることを特徴とするイオン交換樹脂焼却処理方法。
【請求項５】
バーナ火炎の先端部が、炉底に堆積した燃え残り灰に到達しない位置にあるように、燃焼用バーナを使用することを特徴とする請求項４記載のイオン交換樹脂焼却処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所等から排出される使用済イオン交換樹脂の単独処理を可能とするイオン交換樹脂焼却処理装置およびイオン交換樹脂焼却処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所では、機器の腐食防止のため、系統水の浄化や系統に注入する水の浄化に大量のイオン交換樹脂が使用されている。これらのイオン交換樹脂は性能が経年劣化するため、所定期間使用した後、廃棄物となる。使用済イオン交換樹脂は、高含水かつ粒粉状であるため焼却速度が遅く従来技術では焼却処理が困難であり、従来、原子力発電所で発生する使用済のイオン交換樹脂は、放射能レベルにより分別され、それぞれ貯蔵タンクに水とともに貯留されていた。
【０００３】
前記のように、高含水かつ粒粉状であるため焼却速度が遅く従来技術では焼却処理が困難であった使用済のイオン交換樹脂を燃焼処理する技術に関し、本願出願人は、熱分解性廃棄物・木炭・活性炭等の易燃焼性の廃棄物と共に焼却処理(以下、混焼という)する技術を開示している（特許文献１）。
【０００４】
しかし、原子力発電所において、使用済イオン交換樹脂は貯蔵タンクに水とともに貯留されてきたのに対し、易燃焼性の廃棄物は従来から焼却処理の対象とされてきているため、混焼のために必要十分な易燃焼性の廃棄物を確保できない場合もある。このような場合、従来技術では、使用済イオン交換樹脂単独での焼却処理は困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１３９０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は前記の問題を解決し、原子力発電所等で大量に発生する使用済イオン交換樹脂を、易燃焼性の廃棄物との混焼によらず、単独で焼却処理を可能とするイオン交換樹脂焼却処理装置およびイオン交換樹脂焼却処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明のイオン交換樹脂の焼却処理装置は、炉体上部に使用済イオン交換樹脂の投入口と排ガス排出口を有し、炉底から焼却灰を排出する炉底ダンパを有する竪型のイオン交換樹脂焼却処理装置であって、炉体下部の側壁には、炉内の使用済イオン交換樹脂に向けてバーナ火炎を吹き付けて燃焼を促進する燃焼用バーナと、炉底上部に向けて空気を噴射して旋回流を形成する燃焼空気ノズルと、炉底に堆積した燃え残り灰に向けて空気を噴射して燃え残り灰を噴き上げる残燃空気ノズルを備え、前記燃焼空気ノズルを、燃焼用バーナと略同一高さ位置で、炉体側壁の接線方向に複数本配置し、前記残燃空気ノズルを、燃焼空気ノズルよりも下部位置で、そのノズル口を、前記炉底ダンパの上面に形成した皿状の凹みに向けて、複数本配置したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のイオン交換樹脂の焼却処理装置において、該炉底ダンパの外周に設けられた環状パッキン部分に、炉底ダンパの周囲から炉内に向けて均一に圧縮空気を噴出するシール空気供給手段を設けた炉底シール構造を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のイオン交換樹脂の焼却処理装置において、炉体の上部には、投入口に使用済イオン交換樹脂を少量ずつ連続的に投入する定量スクリューフィーダが設置されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載のイオン交換樹脂の焼却処理装置を用いて使用済イオン交換樹脂を単独で焼却処理する方法であって、炉内を６５０℃以上まで昇温させる予熱工程と、炉内を６５０〜１０００℃に維持するとともに、燃焼空気ノズルから空気を噴射して炉底上部に旋回流を形成しながら、炉内の使用済イオン交換樹脂に向けてバーナ火炎を吹き付けて使用済イオン交換樹脂を焼却処理する助燃工程と、助燃工程で炉底に堆積した燃え残り灰に向けて、残燃空気ノズルから空気を噴射して対向流を形成し、該対向流により炉底から噴き上げられた燃え残り灰に向けてバーナ火炎を吹き付けて燃え残り灰の燃焼を促進する残燃工程からなることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項４記載のイオン交換樹脂焼却処理方法であって、バーナ火炎の先端部が、炉底に堆積した燃え残り灰に到達しない位置にあるように、燃焼用バーナを使用することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、炉体上部に使用済イオン交換樹脂の投入口と排ガス排出口を有し、炉底から焼却灰を排出する炉底ダンパを有する竪型のイオン交換樹脂焼却処理装置において、炉体下部の側壁には、炉内の使用済イオン交換樹脂に向けてバーナ火炎を吹き付けて燃焼を促進する燃焼用バーナと、炉底上部に向けて空気を噴射して旋回流を形成する燃焼空気ノズルと、炉底に堆積した燃え残り灰に向けて空気を噴射して燃え残り灰を噴き上げる残燃空気ノズルを備え、前記燃焼空気ノズルを、燃焼用バーナと略同一高さ位置で、炉体側壁の接線方向に複数本配置し、前記残燃空気ノズルを、燃焼空気ノズルよりも下部位置で、そのノズル口を、前記炉底ダンパの上面に形成した皿状の凹みに向けて、複数本配置する構成とすることにより、原子力発電所等で大量に発生する使用済イオン交換樹脂を、易燃焼性の廃棄物との混焼によらず、イオン交換樹脂単独で、燃え残ることなく完全に焼却処理を行うことを可能とした。
【００１６】
更に炉体の上部に、投入口に使用済イオン交換樹脂を少量ずつ連続的に投入する定量スクリューフィーダを設置した構造とすれば、従来のバッチ投入式に比べて、大幅な燃焼促進を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のイオン交換樹脂の焼却処理装置を示す要部の垂直断面図である。
【図２】本発明のイオン交換樹脂の焼却処理装置を示す炉体下部の水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
本発明のイオン交換樹脂の焼却処理装置は、原子力発電所等で大量に発生する使用済イオン交換樹脂を、易燃焼性の廃棄物との混焼によらず、単独で焼却処理するための焼却炉であり、円筒状の炉体からなるものである。
【００１９】
図１において、１は円筒状の炉体、２は耐火物からなる炉体下部、３は炉底の中央部に設けられた上面が皿状に凹んでいる底蓋、４は底蓋３の下方に設けられた灰取り出しボックスである。
【００２０】
底蓋３は、水平軸５ａを中心に回動する支持アーム５に取り付けられており、燃焼処理後に反時計方向へ回動して底蓋上に溜まった灰分を灰取り出しボックス４内へ落下させるダンパ構造となっている。なお、６はシール用空気ラインであり、底蓋３の周囲の隙間からシール用空気を噴出して、燃焼時における底蓋上のイオン交換樹脂が隙間へ入り込み、燃え残りとなることを防いでいる。シール用空気の空気流速は１ｍ/ｓ以上とすることが好ましい。
【００２１】
炉体１の上部には、使用済イオン交換樹脂の投入口（図示しない）と、この投入口に使用済イオン交換樹脂を少量ずつ連続的に投入する定量スクリューフィーダ（図示しない）が設置されている。定量スクリューフィーダにより少量ずつ連続的に投入すれば燃焼が促進されるので、短時間で処理が可能となり好ましい。
【００２２】
投入された使用済イオン交換樹脂は炉内で焼却されて、排ガスは上部の排ガス排出口（図示しない）より後工程へ導入され、一方、燃焼灰は下部の灰取出コンベヤ上へ搬出される。この点は従来の混焼用焼却炉と基本的に同じである。
【００２３】
本実施形態では、底蓋上のイオン交換樹脂が、底蓋３の周囲の隙間へ入り込むことを回避するために、前記のシール用空気を噴出の他、底蓋３の上面を皿状に凹ませる構造も合わせて採用している。
【００２４】
炉体下部２の側壁には、炉内にバーナ火炎を直接吹き付けて燃焼を促進する燃焼用バーナ９と、炉底上部に向けて空気を噴射して旋回流を形成し燃焼を促進する燃焼空気ノズル７と、炉底に堆積した燃え残り灰に向けて空気を噴射し、燃え残り灰を噴き上げ燃焼を促進する残燃空気ノズル８を備えている。図２に示すように、燃焼空気ノズル７は、１２０°配向で炉壁の接線方向に３本配置され、残燃空気ノズル８は、ノズル口を底蓋の凹みに向けて、１２０°配向で３本配置されている。
【００２５】
以下、本発明の焼却処理装置により使用済イオン交換樹脂を単独焼却処理する方法について説明する。
【００２６】
本発明のイオン交換樹脂焼却処理方法は、炉内を昇温させる予熱工程と、昇温後に、燃焼空気ノズル７から空気を噴射しつつ、炉内の使用済イオン交換樹脂に向けてバーナ火炎を吹き付けて使用済イオン交換樹脂を焼却処理を行う助燃工程と、助燃工程で炉底に堆積した燃え残り灰に向けてバーナ火炎を吹き付けて燃え残り灰の燃焼を促進する残燃工程を有するものである。
【００２７】
予熱工程では、炉内を６５０℃以上まで昇温させる。本実施形態では、燃焼用バーナ９を使用して炉内の昇温を行っているが、昇温手段は特に限定されるものではない。炉内が６５０℃となった時点で、使用済イオン交換樹脂の投入を開始する。
【００２８】
助燃工程では、炉内を６５０〜１０００℃に維持しつつ、燃焼空気ノズル７から空気を噴射して炉底上部に旋回流を形成しながら、使用済イオン交換樹脂の焼却処理を行う。本実施形態では、図２に示すように、燃焼空気ノズル７を３本、１２０°配向で炉壁の接線方向に配置することにより、炉底上部に旋回流を形成し効率のよい燃焼を実現している。本実施形態では、燃焼用バーナ９の燃料調整により炉内温度の維持を図っているが、炉内温度の維持手段は特に限定されるものではない。
【００２９】
本発明のイオン交換樹脂焼却処理方法では、空気比（ｍ比）を１．６とすることにより、炉内温度を前記範囲に維持し、燃焼効率の向上を実現している。ｍ比が１．６に満たない場合には、燃え残りが多くなり好ましくない。一方、ｍ比が１．６を超えると、炉内温度が低下してくるため、炉内温度維持のための必要燃料量が増加し、省エネルギーの観点からも好ましくない。
【００３０】
使用済イオン交換樹脂は燃焼速度が遅く燃え尽きるのに長時間を要するため、助燃工程で発生する灰中には、燃え残ったイオン交換樹脂が含まれる。残燃工程では、炉底に堆積した燃え残り灰に向けて、残燃空気ノズル８から空気を噴射して対向流を形成し、該対向流によりバーナ口高さまで噴き上げられた燃え残り灰に高温のバーナ火炎直近の高温の熱風を直接吹き付けて燃焼を促進する。本実施形態では、図２に示すように、残燃空気ノズル８を３本、１２０°配向で配置することにより対向流を形成し、炉底に堆積した燃え残り灰の効果的な噴き上げを可能としている。更に、噴き上げた燃え残り灰に、高温のバーナ火炎直近の高温の熱風を直接吹き付けることにより、短時間での燃え残り灰完全燃焼を実現可能としている。
【００３１】
なお、灰中に含まれるクラッド（酸化鉄）が溶融して炉底に固着することを回避するために、バーナ火炎の先端部は、炉底に堆積した燃え残り灰に到達しない位置にあることが好ましく、灰温度を１５００℃以下に維持することが好ましい。
【００３２】
このように構成されたものでは、炉体１内に投入された使用済イオン交換樹脂が焼却される際に、底蓋３の上面を皿状に凹ませてあるので、燃え残り灰はこの凹みに溜まり、また、底蓋３の周囲にはシール用空気ライン６から供給されたシール用空気が噴出しているので、底蓋上の燃え残り灰の底蓋３の周囲の隙間への落下を防止することができる。  
【００３３】
このようにして焼却が完了したら、底蓋３を下方へ回動して焼却灰を灰取出ボックス４へ排出する。排出した焼却灰は下部の灰取出コンベヤにより次工程へ搬出される。一方、燃焼ガスは、セラミックフィルタやＨＥＰＡフィルタにより放射性物質を含むダストを完全に除去されたうえ、大気中へ放出されることとなる。
【実施例】
【００３４】
図１のイオン交換樹脂の焼却処理装置を使用して模擬試験を行った。当該試験では、使用済イオン交換樹脂を模擬した粉末及び粒状のアニオン樹脂とカチオン樹脂とクラッド（酸化鉄）を混合した試験用焼却物を前記本発明の方法により焼却した。具体的には、６．３ｄｒｙ ｋｇ/ｈ（乾燥重量）、水分５０wt％（重量基準）以上の試験用焼却物を、図１のイオン交換樹脂の焼却処理装置に投入し、予熱工程の後、６５０〜１０００℃の炉内で１０時間燃焼処理し、その後、炉底に堆積した燃え残り灰に向けて、残燃空気ノズルから空気を噴射して燃え残り灰を噴き上げながら、燃焼用バーナ（２０万ｋＪ／h）により燃え残り灰を１時間燃焼した。なお、試験用焼却物は焼却炉の上部の投入口より、６．３ｄｒｙ ｋｇ/ｈの割合で定量供給した。この条件下で燃焼を行った結果、試験用焼却物を単独で完全に燃焼することができた。
【符号の説明】
【００３５】
１  炉体
２  炉体下部
３  底蓋
４  灰取り出しボックス
５  支持アーム
５ａ  水平軸
６  シール用空気ライン
７  燃焼空気ノズル
８  残燃空気ノズル
９  燃焼用バーナ
【図１】
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【図２】
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