(57)【要約】【課題】  ストーカ炉の後段に設置される燃焼機構を不要とすることにより、設備の大型化を抑制する技術を提供する。【解決手段】  放射性廃棄物焼却装置１０は、ロータリキルン炉１２と、ロータリキルン炉１２から排出される残渣中の未燃分を燃焼するストーカ炉２４を備える。ストーカ炉２４は、炉体３４と、炉体３４の放射性廃棄物搬送方向の一端に設けられ、ロータリキルン炉１２と接続される接続部２５を有する。炉体３４の放射性廃棄物搬送方向の他端には、排ガスを排出する排ガス出口部２８が形成されている。排ガス出口部２８は、排ガスを濾過するフィルタ６０に接続されている。排ガス出口部２８とフィルタ６０を接続する排ガス流路には燃焼器が設けられていない。ロータリキルン炉１２で放射性廃棄物を撹拌燃焼することにより発生する排ガスは、残渣と共に接続部２５を介して炉体３４内に流れ、炉体３４内を経由して排ガス出口部２８から排出される。【選択図】  図１
2015072134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投入された放射性廃棄物を撹拌燃焼するロータリキルン炉と、ロータリキルン炉から排出される残渣中の未燃分を燃焼するストーカ炉を備えており、
ストーカ炉は、炉体と、炉体の放射性廃棄物搬送方向の一端に設けられ、ロータリキルン炉と接続される接続部を有しており、
炉体の放射性廃棄物搬送方向の他端には、排ガスを排出する排ガス出口部が形成されており、
排ガス出口部は、排ガスを濾過するフィルタに接続されており、
排ガス出口部とフィルタを接続する排ガス流路には燃焼器が設けられておらず、
ロータリキルン炉で放射性廃棄物を撹拌燃焼することにより発生する排ガスは、残渣と共に接続部を介して炉体内に流れ、炉体内を経由して排ガス出口部から排出されることを特徴とする、放射性廃棄物焼却装置。
【請求項２】
ストーカ炉は、排ガス出口部が形成された放射性廃棄物搬送方向の他端に、前記接続部側に向かって火炎を放射するバーナをさらに備えており、
排ガス出口部は、バーナの火炎が到達する範囲に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の放射性廃棄物焼却装置。
【請求項３】
接続部からストーカ炉に流れる排ガスの炉体内の移動方向と前記バーナの火炎の放射方向は互いに対向していることを特徴とする、請求項２に記載の放射性廃棄物焼却装置。
【請求項４】
ストーカ炉は、炉体の側壁に設けられ、炉体内へ空気を供給するための複数のノズルをさらに備えており、
ノズルの先端は、ノズルから供給される空気が火格子上の残渣に直接当たるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射性廃棄物焼却装置。
【請求項５】
ロータリキルン炉は、キルンの周囲を覆う密閉式のカバーをさらに備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の放射性廃棄物焼却装置。
【請求項６】
排ガス出口部とフィルタとの間の排ガス流路には、排ガスを冷却するための冷却機構が介在していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の放射性廃棄物焼却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、放射性廃棄物（例えば、樹木、枯葉、樹脂、活性炭、ポリエチレン、ゴムなど）を焼却する技術に関する。特に、放射性廃棄物を焼却する際に発生する微粒カーボンを処理するに適した技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、放射性廃棄物の焼却炉が開示されている。この焼却炉は、原子力施設において発生する放射性廃棄物（例えばポリエチレン、紙、ウエスなど）や、２０１１年３月に発生した東日本大震災によって生じた樹木や枯葉などの放射性廃棄物を焼却処理する。この焼却炉は、ロータリキルン炉の後段にストーカ炉が接続されている。一般に、樹木や枯葉などは比較的に軽量であるため、ロータリキルン炉での撹拌燃焼に伴い飛散し易い。このため、一部は完全に燃えないうちに灰に混入し、ロータリキルン炉のみの焼却処理では、放射性廃棄物を十分に減容できないという問題があった。特許文献１の技術によれば、後段のストーカ炉にて灰に混入した未燃分を燃焼することにより、灰に残留する未燃分の割合を低減し、減容率を向上できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１０１０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の焼却炉は、ロータリキルン炉に排ガス出口部が形成されている。排ガス出口部からは、ロータリキルン炉で放射性廃棄物を撹拌燃焼することにより発生する排ガスが排出される。排ガスは、後段のフィルタにて濾過される。ここで、ロータリキルン炉で放射性廃棄物を攪拌燃焼すると、放射性廃棄物から微粒カーボンが発生し、発生した微粒カーボンが排ガスと共に排ガス出口部から排出されることがある。このため、排ガス出口部とフィルタとの間には燃焼器などの燃焼機構（以下では、二次燃焼器と称する）を設け、排ガスに混入した微粒カーボンを燃焼する必要がある。これによると、二次燃焼器により排ガスから微粒カーボンを除去することができるものの、二次燃焼器を設置するために設備が大型化する虞がある。
【０００５】
本明細書では、ストーカ炉の後段に設置される燃焼機構を不要とすることにより、設備の大型化を抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する放射性廃棄物焼却装置は、投入された放射性廃棄物を撹拌燃焼するロータリキルン炉と、ロータリキルン炉から排出される残渣中の未燃分を燃焼するストーカ炉を備える。ストーカ炉は、炉体と、炉体の放射性廃棄物搬送方向の一端に設けられ、ロータリキルン炉と接続される接続部を有する。炉体の放射性廃棄物搬送方向の他端には、排ガスを排出する排ガス出口部が形成されている。排ガス出口部は、排ガスを濾過するフィルタに接続されている。排ガス出口部とフィルタを接続する排ガス流路には燃焼器が設けられていない。ロータリキルン炉で放射性廃棄物を撹拌燃焼することにより発生する排ガスは、残渣と共に接続部を介して炉体内に流れ、炉体内を経由して排ガス出口部から排出される。
【０００７】
この焼却装置では、ロータリキルン炉で発生した排ガスは、接続部を通ってストーカ炉の炉体の一端に送られる。ストーカ炉に流入した排ガスは、炉体内を流れて炉体の他端に形成された排ガス出口部からストーカ炉の外部に排出される。これにより、ロータリキルン炉で燃焼しきれなかった排ガス中の微粒カーボンがストーカ炉にて燃焼される。即ち、ストーカ炉を、残渣中の未燃分を燃焼する燃焼器としてだけではなく、排ガスの二次燃焼器としても使用する。この構成によると、ストーカ炉の後段に燃焼器を設置する必要がなくなり、設備の大型化を抑制することができる。
【０００８】
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び、実施例にて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の放射性廃棄物焼却設備の模式図。
【図２】ストーカ炉の炉体内の模式図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図。
【図４】比較例の放射性廃棄物焼却設備の模式図。
【図５】比較例のストーカ炉の炉体内の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
【００１１】
（特徴１）  本明細書が開示する放射性廃棄物焼却装置は、ストーカ炉が、排ガス出口部が形成された放射性廃棄物搬送方向の他端に、接続部側に向かって火炎を放射するバーナをさらに備えていてもよい。排ガス出口部は、バーナの火炎が到達する範囲に形成されていてもよい。この構成によると、ストーカ炉から排出される排ガスは、バーナの火炎の近傍を通って排ガス出口部から排出される。このため、仮に微粒カーボンが未燃状態で排ガス出口部まで流れてきたとしても、その微粒カーボンを、排ガス出口部近傍でバーナの火炎で加熱して燃焼することができる。
【００１２】
（特徴２）  本明細書が開示する放射性廃棄物焼却装置は、接続部からストーカ炉に流れる排ガスの炉体内の移動方向と前記バーナの火炎の放射方向は互いに対向していてもよい。この構成によると、排ガスは炉体内を流れる過程で火炎と衝突する。このため、排ガスの流れる方向が火炎の放射方向と略同一である構成と比較して、排ガス中の微粒カーボンを火炎と十分に接触させることができ、より効率的に燃焼することができる。
【００１３】
（特徴３）  本明細書が開示する放射性廃棄物焼却装置は、ストーカ炉が、炉体の側壁に設けられ、炉体内へ空気を供給するための複数のノズルをさらに備えていてもよい。ノズルの先端は、ノズルから供給される空気が火格子上の残渣に直接当たるように配置されていてもよい。この構成によると、残渣中の未燃分をより効率的に燃焼することができる。また、ノズルを設置することで炉体内の空気の流れが改善される。このため、ノズルが設置されない構成と比較して、排ガス中の微粒カーボンもより効率的に燃焼することができる。ストーカ炉での燃焼効率を向上することができる。
【００１４】
（特徴４）  本明細書が開示する放射性廃棄物焼却装置は、ロータリキルン炉が、キルンの周囲を覆う密閉式のカバーをさらに備えていてもよい。この構成によると、仮にキルン内の圧力が上昇してキルンのシール部分などから放射性物質が流出したとしても、キルンの周囲にカバーを設けることにより、カバーの外部に放射性物質が漏洩することを防止することができる。
【００１５】
（特徴５）  本明細書が開示する放射性廃棄物焼却装置は、排ガス出口部とフィルタとの間の排ガス流路には、排ガスを冷却するための冷却機構が介在していてもよい。ストーカ炉の排ガス出口部から排出される排ガスは高温である。このため、ストーカ炉からの排ガスを冷却機構で冷却した後にフィルタに送ることで、排ガスの熱によりフィルタを構成する部材が損傷されることがなくなる。排ガスの熱に起因してフィルタの性能が劣化することを防止できる。
【実施例１】
【００１６】
実施例１の放射性廃棄物焼却装置１０について説明する。図１に示すように、放射性廃棄物焼却設備１は、放射性廃棄物焼却装置１０（ロータリキルン炉１２，ストーカ炉２４）と、冷却器５０と、フィルタ装置６０がこの順に接続された構成を有する。ロータリキルン炉１２では、投入された放射性廃棄物を撹拌燃焼する。ストーカ炉２４では、ロータリキルン炉１２から排出される残渣中の未燃分及び排ガス中の微粒カーボンを燃焼する。冷却器５０では、ストーカ炉２４から排出される高温の排ガスを所定の温度まで冷却する。フィルタ装置６０では、冷却器５０から排出される排ガスを濾過して粉塵を除去する。粉塵が除去された排ガスは後段の排ガス処理装置（図示省略）に送られ、無害化された後に大気に放出される。
【００１７】
放射性廃棄物焼却装置１０は、ロータリキルン炉１２とストーカ炉２４を備える。ロータリキルン炉１２は、円筒状のキルン１４と、キルン１４を取り囲む密閉式のカバー２２を有する。キルン１４は、略水平軸心回りで回転可能に支持されたキルン本体１４ａと、キルン本体１４ａのｘ方向側の端部の開口を覆うように設けられたキルン底部１４ｂを有する。キルン本体１４ａが回転することでキルン本体１４ａ内の放射性廃棄物が撹拌される。キルン底部１４ｂは回転せず、カバー２２に対して固定されている。キルン本体１４ａとキルン底部１４ｂとの間はシール部材（図示省略）によって封止されている。キルン１４は、厳密には、ｘ方向に向かうにつれて僅かに下方（−ｚ方向）に傾斜している。キルン１４は、密閉式のカバー２２によって覆われている。カバー２２は略直方体形状をしており、キルン１４との間には空間が形成されている。
【００１８】
キルン本体１４ａの−ｘ方向側は円錐形状をしており、その端部には放射性廃棄物投入部１５が接続されている。放射性廃棄物投入部１５はカバー２２を貫通してカバー２２の外部に延びている。放射性廃棄物投入部１５は、筒状の放射性廃棄物投入筒１６とプッシャ１７を有している。プッシャ１７は、放射性廃棄物投入筒１６の開口部から投入された放射性廃棄物をｘ方向に押し出し、キルン１４内に送り込む。放射性廃棄物投入筒１６は開口部を開閉する第１開閉板（図示省略）を有しており、第１開閉板が開くことで放射性廃棄物が開口部から投入される。放射性廃棄物投入筒１６内には、第１開閉板が開いているときには外部とキルン１４との連通を遮断する第２開閉板（図示省略）が設けられている。第２開閉板は、第１開閉板が閉じるまでは開かないように構成されている。これにより、ロータリキルン炉１２の密閉性を確保しながら放射性廃棄物をキルン１４内に投入することができる。放射性廃棄物投入部１５には、空気供給口２０が形成されている。空気供給口２０からはキルン１４の前部に空気が供給される。
【００１９】
キルン底部１４ｂにはバーナ１８と空気供給口２１が設置されている。バーナ１８と空気供給口２１はカバー２２を貫通して外部に延びている。バーナ１８はキルン１４内に火炎を放射し、キルン１４内の放射性廃棄物を焼却する。空気供給口２１からはキルン１４の後部に空気が供給される。空気供給口２０、２１は配管（図示省略）を経由してロータリキルン用空気供給装置（図示省略）に接続されている。ロータリキルン用空気供給装置から供給される空気は、上記の配管を経由して空気供給口２０，２１に供給される。キルン底部１４ｂには出口部２６が形成されている。出口部２６には第３開閉板２６ａが設けられており、第３開閉板２６ａが開くと、キルン１４内で燃焼された放射性廃棄物の残渣及び排ガスを出口部２６から排出することができる。ロータリキルン炉１２が燃焼処理する間は、第３開閉板２６ａが開放される。
【００２０】
ストーカ炉２４は、略直方体形状の炉体３４を有する。炉体３４の−ｘ方向側の端部には導入部２７が形成されており、ｘ方向側の端部には排ガス出口部２８が形成されている。ロータリキルン炉１２の出口部２６とストーカ炉２４の導入部２７は、接続管２５により接続されている。このため、接続管２５はカバー２２を貫通してロータリキルン炉１２の外部に延びている。本実施例では接続管２５の一部及び炉体３４の外表面は外部に露出しているが、この構成に限られず、接続管２５及び炉体３４の周囲に密閉式のカバーを設けてもよい。排ガス出口部２８には配管４８の一端が接続されており、配管４８の他端は冷却器５０の上部に形成された供給口５１に接続されている。冷却器５０の後段には、内部が負圧に保たれたフィルタ装置６０が接続されている。このため、導入部２７から流入した排ガスは、炉体３４内を排ガス出口部２８に向かって（即ち、ｘ方向に）流れる。なお、接続管２５は「接続部」の一例に相当する。
【００２１】
炉体３４内には、６つの火格子３８が階段状に設けられている。火格子３８は、ｘ方向に摺動する３つの可動火格子３８ａと、炉体３４に対して固定されている３つの固定火格子３８ｂから構成される。可動火格子３８ａと固定火格子３８ｂはｘ方向にずれながらｚ方向に交互に配置されている。可動火格子３８ａは油圧シリンダ３９によって駆動される。導入部２７の下方には、火格子３８に残渣を供給するフィーダ３７が設けられている。フィーダ３７から供給された残渣（未燃分を含む）は、可動火格子３８ａ及び固定火格子３８ｂによって順次ｘ方向に搬送され、この搬送過程で燃焼される（後述）。燃焼後の灰は、炉体３４に形成された出口部３２から排出される。出口部３２には第４開閉板３２ａが設けられている。第４開閉板３２ａは、ロータリキルン炉１２の出口部２６に設けられた第３開閉板２６ａが開いているときには閉じており、第３開閉板２６ａが閉じるまでは開かないように構成されている。なお、ｘ方向は「放射性廃棄物搬送方向」の一例に相当する。
【００２２】
炉体３４内には、火格子３８の側方及び下方から空気が供給される（後述）。また、炉体３４のｘ方向側の側壁（ｙｚ平面上の側壁）には、炉体３４の天井の近傍にバーナ３０が設置されている。バーナ３０は、−ｘ方向側に火炎を放射し、火格子３８上の残渣中の未燃分を燃焼させると共に、導入部２７から流入し炉体３４内をｘ方向に移動する排ガス中の微粒カーボンを燃焼させる。ストーカ炉２４内の温度は約８００℃以上に保たれる。本実施例では、バーナ３０からの火炎が伸びる範囲内に排ガス出口部２８が配置されている。これにより、ストーカ炉２４内を流れる排ガスが加熱されることなく炉外に排出されることが防止されている。なお、バーナ３０から放射される火炎の長さ（−ｘ方向の長さ）は、例えば５０ｃｍ程度とすることができる。
【００２３】
ここで、図２，３を参照してストーカ炉２４についてより詳細に説明する。図２では、接続管２５、配管４８及び第４開閉板３２ａの図示を省略している。炉体３４の２つの側壁（ｚｘ平面上の側壁）のそれぞれには、６組の空気供給口３６が形成されている。各組の空気供給口３６は、ｚ方向に等間隔に配置された３つの供給口を有する。以下では、この３つの供給口を、下方に向かって順に、上段供給口３６ａ，中段供給口３６ｂ、下段供給口３６ｃと称する。本実施例では、空気供給口３６の組数は火格子３８の数と等しくされており、１組の空気供給口３６から供給される空気は、１つの火格子３８上の残渣に供給される構成となっている。図２は、ｘ方向の摺動を開始する前の可動火格子３８ａの状態を示す。この状態では、火格子３８の上面のうち炉体内へ露出する部分の大きさは、各火格子３８において略同一となっている。即ち、火格子３８の上面の露出部分のｘ方向の幅ｗ１は、各火格子３８において略同一となっている。各組の空気供給口３６のｘ方向の位置は、各火格子３８の幅ｗ１の略中央とされている。
【００２４】
図３を参照して、１組の空気供給口３６が１つの火格子３８上に空気を供給する構成を説明する。なお、この構成は残りの５組の空気供給口３６と残りの５つの火格子３８についても同様である。図３では、図を見易くするために、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面のみを図示しており、その奥側（−ｘ方向側）の図示を省略している。図３に示すように、空気供給口３６の内部にはノズル４２が設置されている。ただし、図３では、一方の側壁に形成された空気供給口３６にのみノズル４２を図示している。以下では、上段供給口３６ａに設置されるノズルを上段ノズル４２ａ、中段供給口３６ｂに設置されるノズルを中段ノズル４２ｂ、下段供給口３６ｃに設置されるノズルを下段ノズル４２ｃと称する。図３の矢印は、空気の向きと流速を模式的に示す。ノズル４２先端の向きは、上段ノズル４２ａ、中段ノズル４２ｂ、及び下段ノズル４２ｃによって異なっている。具体的には、上段ノズル４２ａの先端は、火格子３８上のｙ方向における中央部分に向けられる。中段ノズル４２ｂの先端は、火格子３８上のｙ方向における中央部分と端部部分の間の部分に向けられる。下段ノズル４２ｃの先端は、火格子３８上のｙ方向における端部部分に向けられる。また、各ノズル４２ａ〜４２ｃから供給される空気の流速は、各ノズル４２ａ〜４２ｃから供給される空気が火格子３８上に到達するように調整される。具体的には、ノズル４２は配管４７を経由してストーカ炉用空気供給装置に接続されている。配管４７は、途中で３つの分配管４７ａ〜４７ｃに分岐しており、分配管４７ａが上段ノズル４２ａに接続され、分配管４７ｂが中段ノズル４２ｂに接続され、分配管４７ｃが下段ノズル４２ｃに接続されている。各分配管４７ａ〜４７ｃには空気量調整弁４６がそれぞれ設置されている（但し、図３では空気量調整弁４６を１つのみ図示している）。各分配管４７ａ〜４７ｃの空気量調整弁４６を調整することにより、各分配管４７ａ〜４７ｃに供給する空気量を制御することができる。これにより、各ノズル４２ａ〜４２ｃから供給される空気の流速を制御することができる。
【００２５】
図３から明らかなように、上段ノズル４２ａから火格子３８の上面のｙ方向の中央部分までの距離は比較的に長く、下段ノズル４２ｃから火格子３８の上面のｙ方向の端部部分までの距離は比較的に短い。このため、各ノズル４２ａ〜４２ｃから供給される空気の流速は、上段ノズル４２ａが最も速く、中段ノズル４２ｂ、下段ノズル４２ｃの順に遅くされる。本実施例では、ノズル４２の先端部における空気の流速は約１０〜３０ｍ毎秒とされる。これは、流速が約１０ｍ毎秒未満の場合には空気が火格子３８上に到達せず、流速が約３０ｍ毎秒より大きい場合には空気により火格子３８上の残渣が飛散するためである。このように、上段ノズル４２ａ、中段ノズル４２ｂ及び下段ノズル４２ｃ毎にノズル先端の向き及び空気の流速を変えることにより、火格子３８の上面のｙ方向全体に空気を供給することができる。また、各ノズル４２ａ〜４２ｃから供給される空気は、火格子３８の上面のｘ方向においても幅ｗの長さに亘って到達するように各ノズル４２ａ〜４２ｃの先端の形状が調整される。また、図３に示すように、固定火格子３８ｂは複数の略同一の大きさを有するサブ火格子がｙ方向に並んだ構成となっている（可動火格子３８ａについても同様である）。サブ火格子の間には僅かな隙間が形成されている。火格子３８の下方からは、ストーカ炉用空気供給装置から空気が供給される。この空気供給装置から供給された空気は、上記の隙間を通って火格子３８上の残渣に供給される。本実施例では、サブ火格子のｙ方向の幅ｗ２は約１０ｃｍとなっている。ノズル４２から供給される空気量と、火格子３８の下方から供給される空気量との比は、約１０：１とされる。
【００２６】
図１に戻って説明を続ける。残渣中の未燃分を燃焼することで発生した排ガス、及び微粒カーボンを燃焼することで微粒カーボンが除去された排ガスは、排ガス出口部２８から配管４８を経由して冷却器５０の供給口５１に送られる。冷却器５０は従来公知の装置であるため詳細な説明は省略する。冷却器５０の下方には排出口５３が形成されている。排出口５３近傍の圧力は、後段にフィルタ装置６０が接続されているために供給口５１近傍の圧力よりも低くなっている。このため、供給口５１から流入した高温の排ガスは、冷却器５０内を排出口５３に向かって下方に流れ、その過程で冷却される。排ガスを冷却する際に生じる粉塵は、冷却器５０の底部に貯留される。冷却器５０の底部には、開閉可能な開口部５２が形成されている。開口部５２は、排ガスを冷却処理する際は閉じられ、冷却処理しないときに開かれる。開口部５２が開かれると、冷却器５０から外部に粉塵が排出される。なお、この粉塵は、移送コンベア（図示省略）によりストーカ炉２４へ送られ、ストーカ炉２４にて再度燃焼させることも可能である。
【００２７】
冷却器５０の排出口５３には配管５４の一端が接続されており、配管５４の他端はフィルタ装置６０に接続されている。フィルタ装置６０は従来公知の装置であるため詳細な説明は省略する。排出口５３から排出された排ガスは、配管５４を経由してフィルタ装置６０に送られる。フィルタ装置６０にはセラミックフィルタ６１が設置されている。セラミックフィルタ６１は排ガスを濾過して排ガス中の粉塵を除去する。排ガスを濾過する際に生じる粉塵は、フィルタ装置６０の底部に貯留される。フィルタ装置６０の底部には、開閉可能な開口部６２が形成されている。開口部６２は、排ガスを濾過処理する際は閉じられ、濾過処理しないときに開かれる。開口部６２が開かれると、フィルタ装置６０から外部に粉塵が排出される。濾過された排ガスは排出口６４から排出され、後段の排ガス処理装置（図示省略）に送られる。なお、フィルタ装置６０から排出される粉塵は、移送コンベア（図示省略）によりストーカ炉２４へ送られ、ストーカ炉２４にて再度燃焼させることも可能である。なお、フィルタ装置６０に設置されるフィルタはセラミックフィルタ６１に限られず、例えばバグフィルタであってもよい。なお、配管４８，５４は「排ガス流路」の一例に相当する。
【００２８】
次に、上記の構成を有する放射性廃棄物焼却設備１による放射性廃棄物焼却処理の流れについて説明する。以下では、上述した内容と重複する内容については詳細な説明を省略する。まず、ロータリキルン炉１２の放射性廃棄物投入部１５からキルン１４に放射性廃棄物が投入される。本実施例では、放射性廃棄物として樹木、枯葉、樹脂、活性炭、ポリエチレン、ゴムなどが投入される。キルン１４はｘ方向に向かうにつれて僅かに−ｚ方向に傾斜している。このため、キルン１４内に投入された放射性廃棄物は、キルン本体１４ａの回転に伴いキルン本体１４ａ内を移動し、その過程で加熱乾燥されるとともに、バーナ１８により燃焼される。ロータリキルン炉１２内の温度は、約８００〜９００℃に保たれる。放射性廃棄物の投入量、キルン本体１４ａの回転速度、空気供給口２０，２１から供給される空気量、及びキルン１４内の温度は、制御装置（図示省略）によって制御される。これにより、ロータリキルン炉１２における放射性廃棄物の燃焼効率は最適化される。放射性廃棄物が撹拌燃焼されることで放射性廃棄物は熱分解して残渣と排ガスが発生する。しかしながら、上記に列挙した放射性廃棄物は燃焼速度が比較的に遅いため、一部は燃焼しきれずに未燃分として残渣に混入する。また、上記の放射性廃棄物は撹拌燃焼に伴い微粒カーボンを生じ易い。微粒カーボンのうち比較的に重いものは残渣に混入し（以下では、残渣に混入する微粒カーボンも「未燃分」と称する）、比較的に軽いものは排ガスに混入する。ロータリキルン炉１２で燃焼後の残渣（未燃分を含む）及び排ガス（微粒カーボンを含む）は、出口部２６から排出され、接続管２５を介して導入部２７からストーカ炉２４へと送られる。
【００２９】
ストーカ炉２４に送られた残渣（未燃分を含む）は、火格子３８上をｘ方向に搬送される。ストーカ炉２４内の温度は約８００℃以上に保たれる。本実施例では、残渣（未燃分を含む）が火格子３８上に滞留する時間が１時間以上となるように火格子３８の搬送速度が制御されている。上述したように、空気供給口３６に設置されたノズル４２は火格子３８の上面全体に空気を供給する。ノズル４２先端での空気の流速を約１０〜３０ｍ毎秒とすることで、各火格子３８の上面から約５ｃｍの高さまで均一に空気が供給される。このため、ノズル４２から供給される空気は、火格子３８上の残渣中の未燃分に直接当たる構成となる。また、火格子３８の下方からも空気が供給される。火格子３８上の残渣中の未燃分は、ｘ方向に移動しながらバーナ３０により燃焼され、その大部分が灰となって出口部３２から排出され、残渣回収設備（図示省略）に送られる。一方、ストーカ炉２４に送られた排ガス中の微粒カーボンは、炉体３４内をｘ方向に移動する過程でバーナ３０により燃焼される。排ガスが炉体３４内で約２秒以上滞留することにより、排ガス中の微粒カーボンがストーカ炉２４内で完全燃焼され、排ガスから微粒カーボンが除去される。
【００３０】
排ガス出口部２８から排出される排ガスは、配管４８を経由して冷却器５０に送られる。冷却器５０で所定の温度まで冷却された排ガスは、配管５４を経由してフィルタ装置６０に送られる。フィルタ装置６０のセラミックフィルタ６１で濾過された排ガスは後段の排ガス処理装置に送られ、無害化されて大気に放出される。一方、開口部５２，６２から排出される粉塵は、残渣回収設備（図示省略）に送られる。
【００３１】
実施例１に係る放射性廃棄物焼却装置１０の作用効果について、比較例として図４，５を参照しながら説明する。図４は、従来の放射性廃棄物焼却設備１０１（以下では、単に焼却設備１０１と称する）を示す。従来の焼却設備１０１では、ロータリキルン炉１１２のキルン底部１４ｂに排ガス出口部７２が形成されている。また、排ガス出口部７２と冷却器５０との間には、二次燃焼器７０が設置されている。具体的には、二次燃焼器７０の上方には排ガスが供給される供給口７７が形成されており、下方には排ガスが排出される排出口７８が形成されている。排ガス出口部７２と供給口７７とは配管７４によって接続されており、排出口７８と冷却器５０の供給口５１とは配管８０によって接続されている。ロータリキルン炉１１２で放射性廃棄物を撹拌燃焼すると微粒カーボンが発生し、排ガスに混入する。このため、従来は、排ガス出口部７２の後段に二次燃焼器７０を設置して、二次燃焼器７０にて排ガス中の微粒カーボンを燃焼し、排ガスから微粒カーボンを除去していた。この構成によると、冷却器５０に送られる排ガスから微粒カーボンを除去できるものの、二次燃焼器７０を設置するために焼却設備が大型化するという問題があった。しかしながら、本実施例の焼却装置１０では、排ガス出口部２８をロータリキルン炉１２ではなくストーカ炉２４のｘ方向側の端部に形成している。そして、ロータリキルン炉１２で発生する排ガスがストーカ炉２４の炉体３４内を経由してから排ガス出口部２８から排出される構成としている。これにより、排ガス中の微粒カーボンをストーカ炉２４にて燃焼でき、排ガス出口部２８から排出される排ガスから微粒カーボンを除去することができる。即ち、ストーカ炉２４を、二次燃焼器７０として利用している。この構成によると、排ガス出口部２８と冷却器５０との間に二次燃焼器７０を設置する必要がなくなるため、設備の大型化を抑制できる。
【００３２】
上記の作用効果は、次のように説明することもできる。従来の焼却装置の中には、ストーカ炉が上方に長く延びる煙道を有しており、ロータリキルン炉の底部がこの煙道と連通している構成を有するものがある。煙道には、ロータリキルン炉より高い位置にバーナが設置されている。この焼却装置では、ロータリキルン炉で発生した排ガス及びストーカ炉で発生した排ガスが上昇する過程で合流し、煙道に設置されたバーナによって燃焼されることで排ガスの不完全燃焼を抑制したり、排ガス中の未燃分を燃焼したりする。即ち、バーナが設置されている部分の煙道内の空間が、二次燃焼室として機能している。この構成では、ストーカ炉は煙道まで含んでいる。しかしながら、このストーカ炉は、火格子上で残渣中の未燃分を燃焼するスペースと、ロータリキルン炉で発生した排ガス中の未燃分を二次燃焼するスペース（即ち、バーナが設置されている部分の煙道内の空間）とが分離されている点で本実施例の焼却装置１０とは異なっている。本実施例の焼却装置１０は、火格子上で残渣中の未燃分を燃焼するスペース（即ち、炉体３４内の空間）で、ロータリキルン炉１２で発生した排ガス中の微粒カーボンを二次燃焼する。これにより、煙道で排ガスを二次燃焼する必要がなくなるため、二次燃焼室としての煙道を不要とすることができ、結果として焼却設備の大型化を抑制できる。別言すれば、本実施例の焼却装置１０は、ロータリキルン炉１２で発生した排ガスが、ロータリキルン炉１２の高さ以下に設置されたストーカ炉２４で二次燃焼されることを特徴としている。
【００３３】
また、本実施例の構成によると、二次燃焼器（二次燃焼室）を昇温するための加熱手段や送気ブロワなどが不要となるため、二次燃焼器に付随するコストを低減できる。また、微粒カーボンを二次燃焼する場合は雰囲気温度が８００℃以上に維持される必要がある。このため、従来の焼却設備では二次燃焼器（二次燃焼室）を昇温する時間（例えば２時間）を確保するために、焼却装置の燃焼時間を短縮せざるを得ず、作業効率が低下する場合があった。しかしながら、本実施例の焼却装置１０では、既に８００℃以上の温度を保つストーカ炉２４を二次燃焼器として用いるため、昇温時間が不要となり、作業効率を向上できる。
【００３４】
また、図４に示される二次燃焼器７０では、バーナ７６が上部に設置されている。このため、排ガスが二次燃焼器７０内を移動する方向と、バーナ７６が火炎を放射する方向がほぼ同じ向きとなっている。しかしながら、本実施例のストーカ炉２４では、バーナ３０が−ｘ方向側に向かって火炎を放射する。即ち、バーナ３０は、導入部２７から流入した排ガスの移動方向（ｘ方向）と対向する方向に火炎を放射する。この構成によると、排ガスは炉体３４内を流れる過程で火炎と衝突し、排ガス中の微粒カーボンが火炎と十分に接触する。このため、従来と比較して微粒カーボンの燃焼効率が向上する。
【００３５】
また、本実施例のストーカ炉２４では、バーナ３０が導入部２７側ではなく、排ガス出口部２８側に設置されている。そして、バーナ３０の火炎が到達する位置に排ガス出口部２８が設置されている。これにより、排ガス中に含まれる微粒カーボンは、排ガス出口部２８から排出される前に、排ガス出口部２８の近傍でより確実に燃焼することができる。
【００３６】
ここで、図５は、従来のストーカ炉の断面図を示す。従来のストーカ炉では、空気供給口３６から水平方向（ｙ方向）に空気が供給されていた。また、各供給口３６ａ〜３６ｃから供給される空気の流速は略同一であった。空気供給口３６から供給される空気量と、火格子３８の下方から供給される空気量との割合は、約３：７であった。即ち、火格子３８の下方から比較的に多くの空気が供給されていた。しかしながら、火格子３８の下方からは、サブ火格子の隙間からしか空気が供給されない。このため、残渣中の未燃分の粒径が小さい場合（例えば、樹脂や活性炭の粒径は約１〜５ｍｍ）は、未燃分が空気と直接的に接触しないまま火格子３８によって搬送されることがあり、出口部３２から排出される灰に残留する未燃分の割合が高い一因となっていた。本実施例のストーカ炉２４では、空気供給口３６に複数のノズル４２を設置することにより、火格子３８上の残渣中の未燃分に対して、空気が直接かつ均一に当たるように供給される。これにより、残渣中の未燃分の燃焼効率を格段に上昇させながら、ノズル４２から供給される空気量を大幅に低減することが可能となる。このため、後段に設置される排ガス処理装置の大型化を抑制することができる。本発明者らの実験によると、ストーカ炉２４で焼却処理した後の未燃分は、従来の未燃分の約５％まで低減した。また、ノズル４２を用いて残渣中の未燃分に直接空気を当てることにより、ストーカ炉２４での焼却処理に必要とされる空気量は、従来の約２分の１まで低減した。このときのノズル４２から供給される空気量と、火格子３８の下方から供給される空気量との割合は、約１０：１であった。
【００３７】
また、ノズル４２を設置することで、ストーカ炉２４の炉体３４内の空気の流れが改善される。これにより、ノズル４２が設置されない構成と比較して、排ガス中の微粒カーボンもより効率的に燃焼することができる。
【００３８】
上述したように、本実施例の焼却装置１０では、ロータリキルン炉１２における焼却処理により発生した排ガスは、ストーカ炉２４を経由して排ガス出口部２８から排出される。これにより、微粒カーボンの燃焼効率は、従来の二次燃焼器７０を用いるときよりも向上する。本発明者らの実験によると、セラミックフィルタ６１の差圧上昇速度は、従来（１ｋＰａ毎時）の約２分の１まで低減した。また、セラミックフィルタ６１から回収される粉塵の量は従来の約３分の１まで低減した。
【００３９】
また、通常はロータリキルン炉１２の動作中はキルン１４内の圧力は負圧に保たれるため、放射性物質がキルン１４外に流出することはない。しかしながら、放射性廃棄物中に揮発性物質が混入するなどしてキルン１４内の圧力が上昇した場合は、放射性物質がキルン本体１４ａとキルン底部１４ｂとのシール部分などから漏洩することがある。本実施例ではキルン１４は密閉式のカバー２２で覆われているため、仮に放射性物質がキルン１４外に漏洩したとしても、カバー２２の外部に漏洩することは防止される。このため、安全に放射性廃棄物を焼却処理できる。
【００４０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４１】
１：放射性廃棄物焼却設備
１０：放射性廃棄物焼却装置
１２：ロータリキルン炉
１４：キルン
２４：ストーカ炉
２５：接続管
２７：導入部
２８：排ガス出口部
３４：炉体
３６：空気供給口
３８：火格子
４２：ノズル
４６：空気量調整弁
５０：冷却器
６０：フィルタ装置
６１：セラミックフィルタ
【図１】
2015072134.tif 000003
【図２】
2015072134.tif 000004
【図３】
2015072134.tif 000005
【図４】
2015072134.tif 000006
【図５】
2015072134.tif 000007