(57)【要約】【課題】エネルギー効率が良好な溶融炉の廃ガス洗浄システム及びその温度調節方法を提供するものである。【解決手段】本発明に係る溶融炉の廃ガス洗浄システムは、溶融炉３１内で発生した高温の廃ガスＧ２を洗浄水３４で洗浄・冷却する廃ガス洗浄器３３と、溶融炉３１と廃ガス洗浄器３３とを接続する廃ガスライン２と、廃ガスライン２の溶融炉３１側端に設けられ、廃ガスＧ中に含まれる物質が廃ガスライン２に付着するのを防ぐための筒状のエアフィルムクーラ３５とを有するものであり、上記廃ガスライン２のエアフィルムクーラ３５の後段に熱交換器１１を設け、その熱交換器１１を通して圧縮空気Ａをエアフィルムクーラ３５に供給する空気供給ライン１７ａ，１７ｂを設け、圧縮空気Ａを、一旦、熱交換器１１に導入して圧縮空気Ａと高温の廃ガスＧ１とを熱交換し、その後、熱交換により高温に加熱した圧縮空気Ａをエアフィルムクーラ３５に供給するものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融炉内で発生した高温の廃ガスを洗浄水で洗浄・冷却する廃ガス洗浄器と、溶融炉と廃ガス洗浄器とを接続する廃ガスラインと、廃ガスラインの溶融炉側端に設けられ、廃ガス中に含まれる物質が廃ガスラインに付着するのを防ぐための筒状のエアフィルムクーラとを有する溶融炉の廃ガス洗浄システムにおいて、上記廃ガスラインのエアフィルムクーラの後段に熱交換器を設け、その熱交換器を通して圧縮空気をエアフィルムクーラに供給する空気供給ラインを設け、圧縮空気を、一旦、熱交換器に導入して圧縮空気と高温の廃ガスとを熱交換し、その後、熱交換により高温に加熱した圧縮空気をエアフィルムクーラに供給することを特徴とする溶融炉の廃ガス洗浄システム。
【請求項２】
上記空気供給ラインの、熱交換器とエアフィルムクーラとの間に冷却手段を設け、その冷却手段で、上記熱交換により過熱された圧縮空気を冷却する請求項１記載の溶融炉の廃ガス洗浄システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載した溶融炉の廃ガス洗浄システムの、圧縮空気の温度を調節する方法において、熱交換により加熱した圧縮空気の温度を、温度センサにより測定し、その測定温度が予め設定しておいたある温度域よりも低い場合、温度調節器により熱交換前の圧縮空気を予熱し、また、その測定温度がある温度域よりも高い場合、温度調節器により熱交換後の圧縮空気を冷却することを特徴とする溶融炉の廃ガス洗浄システムの温度調節方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融炉の廃ガス洗浄システム及びその温度調節方法に係り、特に、溶融炉内で発生した高温の廃ガスの廃熱を回収して圧縮空気の加熱に用いるシステム及び圧縮空気の温度を調節する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶融炉、例えば、図３に示すように、原子力プラントの使用済み核燃料の再処理設備の１つであり、高レベル放射性廃液のガラス固化装置であるガラス溶融炉３１では、ガラス溶融の際に、その内部で高温の廃ガスＧが発生する。
【０００３】
廃ガスＧ中には、有害物質も含めて様々な物質が含まれていることから、ガラス溶融炉３１を含む一連のガラス固化施設は、負圧に保たれた固化セル３０内に配置されている。このため、この廃ガスＧを固化セル３０外に排気するためには、廃ガスＧの洗浄・除染を行う必要がある。具体的には、溶融炉３１から排出された廃ガスＧを、廃ガスライン３２を介して廃ガス洗浄器３３に導入し、冷却水循環手段３８により一定の温度に保持された洗浄水３４で洗浄・冷却している。この洗浄・冷却後の廃ガスＧ３を、後段の処理系（図示せず）に排気している。
【０００４】
廃ガスライン３２の溶融炉３１側端には、空気供給ライン３７に接続されたエアフィルムクーラ３５が設けられている。このエアフィルムクーラ３５は、図４に示すように、筒体４１に多数の孔４２を形成してなるものであり、前段の空気加熱器３６を用いて加熱（約３５０〜４００℃）した圧縮空気Ａを、空気供給ライン３７及び孔４２を介して筒体４１内部に供給している。これによって、筒体４１の内壁にエアカーテン層が形成されるため、廃ガスＧが筒体４１の内壁に直接接触することがなくなり、廃ガスＧ中に含まれる物質が廃ガスライン３２に付着するのを防いでいる。ここで、エアフィルムクーラ３５に供給する圧縮空気Ａとして、常温のものではなく加熱したものを用いているのは、ヒートショックを緩和するためである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の廃ガス洗浄システムは、溶融炉３１内で発生した高温（約６００〜７００℃）の廃ガスＧに、エアフィルムクーラ３５において約３５０〜４００℃に加熱した圧縮空気Ａを供給し、この廃ガスＧ１（廃ガスＧ＋圧縮空気Ａ）を廃ガス洗浄器３３の洗浄水３４で洗浄・冷却し、高温の廃ガスＧ１の温度を、例えば約５０℃に下げていた。
【０００６】
つまり、従来の廃ガス洗浄システムにおいては、廃ガスＧ，Ｇ１及び圧縮空気Ａの熱効率が非常に悪いという問題があり、その結果、システム全体のエネルギー効率の低下を招いていた。
【０００７】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、エネルギー効率が良好な溶融炉の廃ガス洗浄システム及びその温度調節方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る溶融炉の廃ガス洗浄システムは、溶融炉内で発生した高温の廃ガスを洗浄水で洗浄・冷却する廃ガス洗浄器と、溶融炉と廃ガス洗浄器とを接続する廃ガスラインと、廃ガスラインの溶融炉側端に設けられ、廃ガス中に含まれる物質が廃ガスラインに付着するのを防ぐための筒状のエアフィルムクーラとを有する溶融炉の廃ガス洗浄システムにおいて、上記廃ガスラインのエアフィルムクーラの後段に熱交換器を設け、その熱交換器を通して圧縮空気をエアフィルムクーラに供給する空気供給ラインを設け、圧縮空気を、一旦、熱交換器に導入して圧縮空気と高温の廃ガスとを熱交換し、その後、熱交換により高温に加熱した圧縮空気をエアフィルムクーラに供給するものである。
【０００９】
具体的には、請求項２に示すように、上記空気供給ラインの、熱交換器とエアフィルムクーラとの間に冷却手段を設け、その冷却手段で、上記熱交換により過熱された圧縮空気を冷却してもよい。
【００１０】
以上のシステムによれば、溶融炉からの高温の廃ガスの顕熱が回収され、エアフィルムクーラに供給する圧縮空気の加熱に用いられるため、システムのエネルギー効率が良好となる。
【００１１】
一方、本発明に係る廃ガス洗浄システムの温度調節方法は、前述した溶融炉の廃ガス洗浄システムの、圧縮空気の温度を調節する方法において、熱交換により加熱した圧縮空気の温度を、温度センサにより測定し、その測定温度が予め設定しておいたある温度域よりも低い場合、温度調節器により熱交換前の圧縮空気を予熱し、また、その測定温度がある温度域よりも高い場合、温度調節器により熱交換後の圧縮空気を冷却するものである。
【００１２】
以上の温度調節方法によれば、熱交換後の圧縮空気の温度を略一定に保つことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１４】
本発明の好適一実施の形態に係る溶融炉の廃ガス洗浄システムの概略図を図１に示す。尚、図３及び図４と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態に係る溶融炉の廃ガス洗浄システムは、主に、固化セル３０内に配置されたガラス溶融炉３１と廃ガス洗浄器３３とで構成される。
【００１６】
溶融炉３１と廃ガス洗浄器３３とは廃ガスライン２で接続され、廃ガスライン２の溶融炉３１側端にはエアフィルムクーラ３５が設けられる。また、廃ガスライン２におけるエアフィルムクーラ３５の後段には、熱交換器１１が設けられる。
【００１７】
熱交換器１１には、圧縮空気Ａを導入する側の第１供給ライン（空気供給ライン）１７ａと、熱交換後の圧縮空気Ａをエアフィルムクーラ３５へと供給する側の第２供給ライン（空気供給ライン）１７ｂとが接続される。第１供給ライン１７ａには空気加熱器３６が、また、第２供給ライン１７ｂには冷却手段１２が設けられる。
【００１８】
冷却手段１２は、第２空気供給ライン１７ｂの中途に設けた冷却器１３と、冷却器１３と冷却水循環手段３８の循環ライン３８ａ，３８ｂとをそれぞれ接続し、冷却水Ｗが流れる冷却ライン１４ａ，１４ｂと、冷却ライン１４ａの中途に設けたバルブ１５とで構成される。
【００１９】
第２供給ライン１７ｂの冷却器１３の後段には、圧縮空気Ａの温度を測定する温度センサ（例えば、熱電対など；以下、ＴＥと表す）２１が設けられる。この温度センサ２１は、図２に示すように、温度調節器（以下、ＴＣと表す）２２ａ，２２ｂに接続されており、また、ＴＣ２２ａ，２２ｂは、それぞれ空気加熱器３６及び冷却手段１２のバルブ１５に接続されている。
【００２０】
ＴＣ２２ａ（２２ｂ）は、設定値と制御値との差（偏差）を演算する偏差演算部２３ａ（２３ｂ）と、偏差入力からＰＩＤ演算により制御出力を得る変換部２４ａ（２４ｂ）とで構成される。
【００２１】
ここで、廃ガスライン２にエアフィルムクーラ３５を接続することで、廃ガスＧ中に含まれる物質が廃ガスライン２に付着するのを防いでいるが、長期間に亘って使用すると、エアフィルムクーラ３５に物質が付着してしまう。このため、エアフィルムクーラ３５に対して、定期的に洗浄（水蒸気洗浄）を施す必要がある。この洗浄時に、水蒸気Ｓをエアフィルムクーラ３５に供給するべく、エアフィルムクーラ３５に、純水供給ライン１７ｃが接続される。エアフィルムクーラ３５内に供給された純水は、瞬時に水蒸気Ｓとなり、この水蒸気Ｓを用いて洗浄を行う。
【００２２】
次に、本発明に係る廃ガス洗浄システムの作用を説明する。
【００２３】
ガラス溶融炉３１で発生した廃ガスＧは、先ず、エアフィルムクーラ３５へと導かれる。エアフィルムクーラ３５において、廃ガスＧは圧縮空気Ａによりその周りを層状に取り囲まれ、この廃ガスＧ１（廃ガスＧ＋圧縮空気Ａ）が廃ガスライン２を通って熱交換器１１に供給される。ここで、ガラス溶融炉３１の運転開始時は、空気加熱器３６で所定の温度（約３５０〜４００℃）に加熱した圧縮空気Ａが、エアフィルムクーラ３５に供給される。
【００２４】
熱交換器１１に供給された廃ガスＧ１は、第１供給ライン１７ａを通じて供給される圧縮空気Ａと熱交換される。熱交換により高温となった圧縮空気Ａは、第２供給ライン１７ｂを通じて、エアフィルムクーラ３５に供給される。また、熱交換により顕熱を回収された廃ガス（熱交換後の廃ガス）Ｇ２は、廃ガスライン２を通って廃ガス洗浄器３３に供給される。
【００２５】
廃ガス洗浄器３３に導入された廃ガスＧ２は、冷却水循環手段３８により一定の温度に保持された洗浄水３４により洗浄・冷却される。この洗浄・冷却後の廃ガスＧ３は、後段の処理系（図示せず）に排気される。
【００２６】
ここで、熱交換器１１において、廃ガスＧ１の顕熱を回収して圧縮空気Ａの加熱に用い、この加熱した圧縮空気Ａをエアフィルムクーラ３５に供給することによって、廃ガスＧの温度が上昇するにつれて、空気加熱器３６において圧縮空気Ａを加熱するのに必要な熱量を、低減することができる。また、廃ガスＧの温度が十分に上昇した場合、空気加熱器３６による圧縮空気Ａの加熱自体が不要となる。その結果、従来と比較して、空気加熱器３６の電力消費量を低減することができる。
【００２７】
また、廃ガスＧの温度が上昇し過ぎると、熱交換後の圧縮空気Ａの温度が約３５０〜４００℃よりも高くなることが考えられるが、この場合、第２供給ライン１７ｂの耐熱性の問題から、供給ライン１７ｂに損傷が生じるおそれがある。そこで、本実施の形態の廃ガス洗浄システムにおいては、第２供給ライン１７ｂに冷却手段１２を設けている。この冷却手段１２に、冷却水循環手段３８で用いる冷却水Ｗを供給することで、過熱された圧縮空気Ａを適正な温度に冷却することができる。
【００２８】
また、ガラス溶融炉３１が配置される固化セル３０内は、通常、負圧に保たれている。固化セル３０内の温度が上がりすぎると、セル３０内の空気が膨張し、セル３０内が揚圧になってしまう。これを防ぐために、固化セル３０内にはインセルクーラ（図示せず）が設けられており、このインセルクーラを用いてセル３０内の空気を冷却し、セル３０内を負圧に保っている。
【００２９】
従来の廃ガス洗浄システムにおいては、高温の廃ガスＧ１が廃ガスライン３２（図３参照）を通ることから、この廃ガスライン３２が固化セル３０内の温度上昇を招く主要な熱源となっていた。これに対して、本実施の形態の廃ガス洗浄システムにおいては、廃ガスライン２、特に熱交換器１１より後段の廃ガスライン２を通る廃ガスＧ２は、廃ガスＧ１と比較して温度が低く、例えば、約５０〜１００℃ほど低温となっている。この温度差は、熱交換器１１の効率や運転温度（つまり、廃ガスＧ１の温度）等によって変動する。
【００３０】
このため、従来の廃ガス洗浄システムにおける廃ガスライン３２と比較して、廃ガスライン２から放熱される放熱量が減少し、固化セル３０内の温度上昇も穏やかとなる。よって、従来と比較して、インセルクーラの熱交換量、すなわち稼働させるインセルクーラの台数を減らすことができ、その結果、インセルクーラの消費エネルギーを減らすことができる。
【００３１】
また、熱交換後の、廃ガス洗浄器３３で洗浄・冷却される廃ガスＧ２の温度が、従来と比較して低くなるため、洗浄水３４の温度上昇は従来と比較して穏やかとなる。その結果、洗浄水３４を冷却するための冷却水Ｗの循環量を減らすことができ、延いては冷却水Ｗを供給する冷凍機システムの消費電力の低減を図ることができる。
【００３２】
以上より、従来と比較して、廃ガス洗浄システム全体の消費エネルギーが少なくなることから、エネルギー効率が良好となる。
【００３３】
また、原子力プラントの使用済み核燃料の再処理設備の１つであり、高レベル放射性廃液のガラス固化装置であるガラス溶融炉３１において、本発明のシステムを用いることで、核燃料サイクル費用の低減を図ることができ、火力発電などの他の発電プラントとの競争力が増し、延いては原子力分野の産業発展に資することになる。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る廃ガス洗浄システムの圧縮空気温度の調節方法を、添付図面に基づいて説明する。
【００３５】
図１におけるＴＥ及びＴＣを用いた温度調節のフローを図２に示す。尚、図１と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
【００３６】
図２に示すように、偏差演算部２３ａ，２３ｂに、予め設定値（Ｓｅｔ　Ｖａｌｕｅ）ＳＶ１，ＳＶ２として、例えば、３５０℃を入力しておく。
【００３７】
先ず、ＴＥ２１で測定された圧縮空気Ａの温度（制御値）は、偏差演算部２３ａ，２３ｂに入力される。偏差演算部２３ａ，２３ｂにおいて、入力された制御値が設定値よりも小さい場合、偏差入力ＩＰ１が変換部２４ａに出力される。反対に、入力された制御値が設定値よりも大きい場合、偏差入力ＩＰ２が変換部２４ｂに出力される。
【００３８】
次に、偏差入力ＩＰ１（又はＩＰ２）が変換部２４ａ（又は２４ｂ）に入力されると、偏差入力ＩＰ１（又はＩＰ２）から、ＰＩＤ演算により制御出力ＯＰ１（又はＯＰ２）が得られる。
【００３９】
制御出力ＯＰ１により、空気加熱器３６のバルブＭＶ１の開度が０〜１００％の間で調節され（この時、冷却手段１２におけるバルブ１５の開度は０％）、空気加熱器３６による圧縮空気Ａの加熱量が調節される。これによって、熱交換器１１に供給する前の圧縮空気Ａの温度が高まり、この圧縮空気Ａを熱交換器１１に供給することで、熱交換後の圧縮空気Ａの温度がより高くなる。この温度調節を、圧縮空気Ａの温度が約３５０〜４００℃になるまで繰り返し行う。
【００４０】
また、制御出力ＯＰ２により、バルブ１５の開度が０〜１００％の間で調節され（この時、ＭＶ１の開度は０％）、冷却ライン１４ａ，１４ｂを流れる冷却水Ｗの量が調節される。これによって、冷却器１３において圧縮空気Ａが冷却され、エアフィルムクーラ３５に供給される圧縮空気Ａの温度が下がる。この温度調節を、圧縮空気Ａの温度が約３５０〜４００℃になるまで繰り返し行う。
【００４１】
以上の温度調節方法を行うことで、エアフィルムクーラ３５に供給される圧縮空気Ａの温度を、常に略一定（約３５０〜４００℃の範囲）に調節することができる。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
（１）　溶融炉からの高温の廃ガスの顕熱を回収し、エアフィルムクーラに供給する圧縮空気の加熱に用いることで、溶融炉の廃ガス洗浄システムにおける消費エネルギーが少なくなり、エネルギー効率が良好となる。
（２）　熱交換後の圧縮空気の温度を測定し、その測定温度を基に圧縮空気の温度調節を行うことで、圧縮空気の温度を略一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適一実施の形態に係る溶融炉の廃ガス洗浄システムの概略図である。
【図２】図１におけるＴＥ及びＴＣを用いた温度調節のフローを示す図である。
【図３】従来の、溶融炉の廃ガス洗浄システムの概略図である。
【図４】エアフィルムクーラの断面拡大図である。
【符号の説明】
２　廃ガスライン
１１　熱交換器
１２　冷却手段
１７ａ　第１空気供給ライン（空気供給ライン）
１７ｂ　第２空気供給ライン（空気供給ライン）
２１　温度センサ
２２ａ，２２ｂ　温度調節器
３１　ガラス溶融炉（溶融炉）
３３　廃ガス洗浄器
３４　洗浄水
３５　エアフィルムクーラ
Ａ　圧縮空気
Ｇ　廃ガス
Ｇ１　廃ガス
Ｇ２　熱交換後の廃ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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