(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部を解放したルツボ本体の底部から下方に延びる出湯ノズルを有する、焼却溶融対象物を収容するために誘導加熱可能なＣ−ＳｉＣ系またはＣ−Ａｌ２Ｏ３系セラミック発熱体で形成したルツボと、そのルツボ本体と出湯ノズルの外周に各々に配置された誘導加熱用コイルを具備した放射性廃棄物の焼却溶融処理装置であって、前記ルツボ本体の底部排出孔に、ルツボ本体とは別個に作製した前記出湯ノズルを、出湯ノズルの上端部分とルツボ本体の排出孔部分とをあらかじめ上方拡径形状に形成して斜面当接構造として組付けて接続するとともに、前記ルツボの上方には、バーナノズルを前記焼却溶融対象物に向けた加熱バーナを配設したことを特徴とする放射性廃棄物の焼却溶融処理装置。
【請求項２】
上部を解放したルツボ本体の底部から下方に延びる出湯ノズルを有する、焼却溶融対象物を収容するために誘導加熱可能なＣ−ＳｉＣ系またはＣ−Ａｌ２Ｏ３系セラミック発熱体で形成したルツボと、そのルツボ本体と出湯ノズルの外周に各々に配置された誘導加熱用コイルを具備した放射性廃棄物の焼却溶融処理装置であって、ルツボ本体を耐火物からなる支持台座に載置するとともに、ルツボ本体とは別個に作製した前記出湯ノズルの上端に設けられたフランジを前記ルツボ本体の排出孔に嵌着させ、かつ前記支持台に支持させた状態に配置して、ルツボ本体と出湯ノズルとを組付けて接続するとともに、前記ルツボの上方には、バーナノズルを前記焼却溶融対象物に向けた加熱バーナを配設したことを特徴とする放射性廃棄物の焼却溶融処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の放射性廃棄物の焼却溶融処理装置を用いて、放射性廃棄物をルツボに収容して、その外周に配置した誘導加熱用コイルによる誘導加熱と、前記加熱バーナによる火炎加熱の少なくともいずれかの加熱により、焼却した後、溶融したうえ、前記誘導加熱用コイルの出力を制御して溶融物の温度を調節するとともに、前記出湯ノズルの外周に配置された誘導加熱用コイルの出力を制御して溶融物の温度を制御して、ルツボ内の溶融物の出湯開始および出湯停止の操作を行うことを特徴とする放射性廃棄物の焼却溶融処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
原子力施設などから発生する可燃性、難燃性及び不燃性の雑固体廃棄物の焼却溶融に用いるのに適した放射性廃棄物の焼却溶融処理装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所などから発生する雑固体廃棄物の最終処理法として溶融処理が行われる。このような目的の放射性廃棄物の焼却溶融処理装置としては、次の特許公開公報などに記載されたものが知られている。
（１）特開昭６１−２０９３９９号公報
ここには、導電性を有し誘導加熱可能なＣ−ＳｉＣ系、またはＣ−Ａｌ2 Ｏ3 系のセラミック発熱体からなる容器（ルツボ）に不燃性放射性廃棄物を収容して、常用溶融温度１３００〜１６００℃で溶融した後、そのまま冷却して溶融物をその容器中に固化させる、いわゆるインキャン方式といわれる方法が開示されている。この場合、固化物は容器とともに、ドラム缶などに収容されて所定の廃棄処理に供される。
【０００３】
ところで、雑固体廃棄物は発電所内で一般的に２００リットルドラム缶で貯蔵さている。一方、溶融後の固化体も２００リットルドラム缶に入れて埋設処分されるものである。そこで、このインキャン方式では、溶融用容器（ルツボ）ごと２００リットルドラム缶に入れる必要があることから、ルツボの大きさに制限を受けるとともに、ルツボは繰り返し使用ができないため処理コストが高額になるという問題があった。
【０００４】
また、焼却溶融する場合、まず可燃物と難燃物を燃焼させて灰化させた後、不燃物と一緒に溶融する方法（特開平７- ２６０１１９号公報）もあるが、廃棄物の持つエネルギーを有効に活用されないので、熱効率に劣り、処理時間もかかるという不具合があった。
また、可燃物と不燃物とを分別せずに焼却、溶融するのに、上記容器（ルツボ）を使用し、その加熱に誘導加熱と、液体または気体燃料を用いたバーナーの加熱を併用する方法（特許第２８８９５５８号明細書  発行：平成１１年５月１０日）も知られているが、この場合も前記した容器の問題を解決するものではなかった。
【０００５】
（２）特開昭６１−２１０９９８号公報
ここに記載のものは、上記（１）と同様なＣ−ＳｉＣ系、またはＣ−Ａｌ2 Ｏ3 系のセラミック発熱体からなる容器に不燃性放射性廃棄物を収容して、常用溶融温度１３００〜１６００℃で溶融する点は前記に類似するが、この容器（ルツボ）の底には誘導加熱される出湯ノズルが設けられており、この部分を誘導加熱して溶融物を半連続的に取り出し可能とした、いわゆるメルター方式といわれるものである。
【０００６】
この方式では、溶融後の固化物を容器ごと廃棄処理することなく、容器自体は繰り返し使用が可能となる点で先の（１）のものより処理コスト面で大幅な改良が期待された。しかしながら、この実用化に際して、容器本体と出湯ノズルとを一体成形する場合、製作コストが高くなるうえ、容器本体と出湯ノズルとの境界部分が熱衝撃に対する弱点となり、短時間のうちに破損するという問題が生じて、その解決が実用上の課題となった。
【０００７】
（３）特開平６- ２７３５８７号公報
前記（１）インキャン方式または（２）メルター方式において、高融点廃棄物を溶融するために容器の上方から高温加熱が可能な非移行型プラズマ装置を設置したものである。
このようなプラズマ装置を併用する方式では、プラズマ装置自体の設備費用が高価であるうえ、プラズマトーチが極めて高温下で使用されるので損耗が激しく寿命が短い、さらに使用中にプラズマトーチを冷却して保護する必要があり、エネルギー効率が悪くなる他、プラズマガスには窒素や空気を使用するため、可燃物、難燃物を燃焼するには別途、多量の空気が必要となり、大型の排ガス系が必要となるなど、処理コストが高額になるという深刻な問題があった。
【０００８】
（４）特開平１１- ２６９６号公報
この方式は、上記（１）〜（３）の導電性材のルツボを用いるものとは異なり、耐火物で構築される溶融炉形式のものであり、外部からの誘導加熱にプラズマトーチを併用して、金属廃棄物は誘導加熱で、可燃物、難燃物および金属以外の不燃物をプラズマトーチで処理するようにしたものである。そして溶融物は、スライドバルブで制御され、出湯口から排出される。
【０００９】
この場合、処理容量を大きくできる利点があるものの、耐火物レンガなどを組み合わせて炉床、炉壁、炉天井などを構築した溶融炉を用いるので、使用中に炉構造体自体が損耗するため、定期的に大改修を行う必要があるうえ、寿命がルツボタイプの場合の耐火物より短く、解体された耐火物屑が放射性廃棄物として大量に発生するという問題もあった。
【００１０】
以上に説明したメルター方式では、例えばＣ−ＳｉＣ系、またはＣ−Ａｌ2 Ｏ3 系のセラミック発熱体からなる導電性材のルツボを用いる場合には、可燃物、難燃物、不燃物、金属質廃棄物など焼却、溶融対象物の種類や性状に関係なく処理でき、誘導加熱による熱効率にも優れているが、高温下での酸化や溶湯による浸食などによって溶損するのが避けられず、その耐用命数は、５０〜１００時間程度と短く、処理コストの点に問題があり、その長寿命化が期待される課題となっていた。
【００１１】
高温下で酸化や溶湯による浸食などによって溶損するのを防止するため、対象廃棄物の組成に応じた融点降下材を配合して溶融温度を低下させ、ルツボ温度を低くして運転することで前記酸化や溶損の速度を抑制してルツボの長寿命化を図ることもできるが、配合する融点降下材によって全体が増容量になり、コストアップにもなるという問題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、次の利点が得られる放射性廃棄物の焼却溶融処理装置を提供する。
（１）放射性廃棄物の可燃物、難燃物および不燃物を分別することなく一緒に焼却し、かつ溶融する。
（２）メルター方式を前提とし、構造を改良して、耐用命数を延長させ、ルツボのランニングコストを大幅に削減する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の問題は、本件出願の第１の発明である次の２種類の形態の放射性廃棄物の焼却溶融処理装置によって解決できる。
（第１形態）上部を解放したルツボ本体の底部から下方に延びる出湯ノズルを有する、焼却溶融対象物を収容するために誘導加熱可能なＣ−ＳｉＣ系またはＣ−Ａｌ２Ｏ３系セラミック発熱体で形成したルツボと、そのルツボ本体と出湯ノズルの外周に各々に配置された誘導加熱用コイルを具備した放射性廃棄物の焼却溶融処理装置であって、前記ルツボ本体の底部排出孔に、ルツボ本体とは別個に作製した前記出湯ノズルを、出湯ノズルの上端部分とルツボ本体の排出孔部分とをあらかじめ上方拡径形状に形成して斜面当接構造として組付けて接続するとともに、前記ルツボの上方には、バーナノズルを前記焼却溶融対象物に向けた加熱バーナを配設したことを特徴とする放射性廃棄物の焼却溶融処理装置。
（第２形態）上部を解放したルツボ本体の底部から下方に延びる出湯ノズルを有する、焼却溶融対象物を収容するために誘導加熱可能なＣ−ＳｉＣ系またはＣ−Ａｌ２Ｏ３系セラミック発熱体で形成したルツボと、そのルツボ本体と出湯ノズルの外周に各々に配置された誘導加熱用コイルを具備した放射性廃棄物の焼却溶融処理装置であって、ルツボ本体を耐火物からなる支持台座に載置するとともに、ルツボ本体とは別個に作製した前記出湯ノズルの上端に設けられたフランジを前記ルツボ本体の排出孔に嵌着させ、かつ前記支持台に支持させた状態に配置して、ルツボ本体と出湯ノズルとを組付けて接続するとともに、前記ルツボの上方には、バーナノズルを前記焼却溶融対象物に向けた加熱バーナを配設したことを特徴とする放射性廃棄物の焼却溶融処理装置。
【００１４】
また、本件出願の第２の発明である次の放射性廃棄物の焼却溶融処理方法によって解決できる。すなわち、前記第１、２形態の放射性廃棄物の焼却溶融処理装置を用いて、放射性廃棄物をルツボに収容して、その外周に配置した誘導加熱用コイルによる誘導加熱と、前記加熱バーナによる火炎加熱の少なくともいずれかの加熱により、焼却した後、溶融したうえ、前記誘導加熱用コイルの出力を制御して溶融物の温度を調節するとともに、前記出湯ノズルの外周に配置された誘導加熱用コイルの出力を制御して溶融物の温度を制御して、ルツボ内の溶融物の出湯開始および出湯停止の操作を行うことを特徴とする放射性廃棄物の焼却溶融処理方法である。
【００１５】
本発明によれば、誘導加熱される導電性材からなるルツボ本体によって、不燃物を効果的に溶融でき、底部から出湯ノズルを経て溶融物を適宜取り出すことができるメルター方式の利点を備える上、焼却溶融対象物に向けた加熱バーナを配設して可燃物、難燃物を効果的に焼却できるようにし、導電性ルツボ本体と同じく導電性出湯ノズルを組付けて接続し、従来の出湯ノズルの構造的弱点を改良して、耐用命数を大幅に向上することができた。
【００１６】
また、対象廃棄物を前記加熱バーナで直接加熱して焼却、溶融できるので、誘導加熱コイルによるルツボの加熱温度を低く制御できる。これにより、ルツボ素材の酸化や溶湯による浸食の速度を抑制し、ルツボの溶損を最小限にできるから、ルツボ自体の耐用命数を大幅に改善できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の焼却溶融処理装置に係る実施形態について、図１〜６を参照しながら説明する。
本発明の焼却溶融処理装置では、全体図である図１に示すように、焼却溶融対象物を収容するルツボ１として、上部を解放したルツボ本体１１の底部１２から下方に延びる出湯ノズル２１を有する構造を持ち、そのルツボ本体１１と出湯ノズル２１とを導電性材で形成し、かつそれぞれの外周には誘導加熱用コイル３１、３２を具備した点は従来と同様である。
【００１８】
そして、本発明の特徴とするところは、前記の導電性材で形成した前記ルツボ本体１１の底部１２には排出孔が設けられ、この排出孔の部分に、導電性材で形成した前記した出湯ノズルの端部を追って説明する第１、２形態のように組付けて接続し、溶融部物を下方に排出できるようにするとともに、前記ルツボ１の上方には、バーナノズル３３ａを前記焼却溶融対象物に向けた加熱バーナ３３を配設した点にある。
【００１９】
なお、図１の事例では、前記ルツボ１は、炉本体４内部に収容され、ルツボ１の上方は可燃ガスの燃焼ゾーン４１とされ、ルツボ１自体は耐火物からなる支持台座４２に載置され、その出湯ノズル２１は支持台座４２内の上下貫通孔４２ａ内に収容された状態で、炉本体の下部から出湯できるよう配置されている。また、炉本体の上部には、廃棄物送入口４３、必要に応じて空気を供給できる給気口４４、排ガス出口４５などを備えており、また炉本体の下部には、前記出湯ノズル２１から排出される溶融物を受け入れる受容器４６が準備され、この受容器４６は、昇降自在な台車４７に載置され、台車４７ごと系外から搬入され、また系外へ搬出される。
【００２０】
この焼却溶融処理装置を用いる処理方法が、本件第２の発明である放射性廃棄物の焼却溶融処理方法であって、この処理方法の第１の特徴とするところは、ルツボ１に収容した放射性廃棄物を加熱するに当たり、前記加熱バーナ３３による火炎加熱と、ルツボの外周に配置した誘導加熱用コイル３１による誘導加熱を併用可能とする点にあり、加熱バーナ３３による火炎加熱で対象廃棄物を直接加熱し、焼却、溶融できるので、誘導加熱用コイル３１によるルツボの誘導加熱温度を１３００〜１４００℃に低く制御できる利点がある。
【００２１】
また、この処理方法の第２の特徴とするころは、焼却した後、溶融したうえ、前記誘導加熱用コイル３１の出力を制御してルツボをさらに発熱させ、ルツボの誘導加熱温度を、例えば１５００〜１６００℃の高温度に調節して、または、出湯ノズル２１の外周に設けられた誘導加熱コイル３２の出力を制御して出湯ノズルを発熱させ、その温度を１２００〜１６００℃、好ましくは１５００〜１６００℃に調節して、溶融物の粘性を低下させて出湯開始させる点にある。
【００２２】
次に本発明において採用され得る各形態についてさらに説明する。
（１）焼却、溶融用ルツボ
本発明のルツボは、誘導加熱可能なＣ−ＳｉＣ系、またはＣ−Ａｌ2 Ｏ3 系セラミック発熱体から形成され、常用溶融温度１３００〜１６００℃の加熱下で可燃性、難燃性および不燃性の放射性廃棄物を焼却溶融するものであり、ルツボを収容する炉構造体を形成する耐火物、例えば支持台座４２などには溶融物が接触しないので、炉構造体の寿命が非常に長く、耐火物の取り替えなどの補修作業の負荷が激減できるとともに、それに伴う２次廃棄物発生量も非常に少ない。
【００２３】
処理対象は、可燃物、難燃物および不燃物のうちの１種類のみまたは２種類以上の組み合わせでもよい。それらを一緒に焼却溶融してもよいし、可燃物及び難燃物を焼却、灰化させてから不燃物と一緒に溶融しても差し支えない。
廃棄物送入口４３の上部には廃棄物送入機（図示せず）が設置されており、放射性の雑固体廃棄物が収納されたドラム缶（図示せず）を吊り下げ、ドラム缶ごと炉内のルツボ１に送入することもできるし、廃棄物がバラの状態または圧縮された状態の場合には、これらを開閉式のバケット（図示せず）等に充填して、ルツボ中に送入するようにすればよい。
【００２４】
第２の発明のように、焼却、溶融時の誘導加熱コイルによる導電性ルツボの加熱温度を、常用の溶融温度１３００〜１６００℃に比べて、１３００〜１４００℃程度に低く抑制できるので、高温下での酸化や溶湯による浸食などの溶損を低減でき、本発明では、耐用命数が１００〜２００時間以上となり、平均して約２倍に延びるなど大幅に改善されるにいたった。
【００２５】
（２）熱源として加熱バーナを併設する。
ルツボ本体１１の加熱用の誘導加熱用コイル３１とは別に設置する加熱バーナ３３には、可燃物や難燃物に着火して焼却を促進し、さらには残留しがちな未燃炭素分を燃焼する、ルツボ内の溶湯上部に浮いた未溶融物を溶融する、また溶融処理能力（速度）を高める、などの対象物を直接加熱する効用の他、放熱によって処理速度が遅くなりがちな溶湯上部の放熱を抑える保温効果もある。
このような目的のため、加熱バーナ３３は、焼却溶融対象物の量に応じて効率よく加熱できるように、上下に移動ができる構造とするのが好ましい。
【００２６】
本発明の加熱バーナ３３には、設備費や維持費がコスト高なプラズマトーチを用いる必要はなく、燃料と純酸素または高濃度酸素とを供給して、比較的高温度の燃焼火炎を生じさせることができる酸素バーナが好適であるが、石油系燃料または炭化水素系液化ガス燃料を用いる通常の燃焼バーナも適用できる。
【００２７】
また、加熱バーナ３３の燃料には、発電所から発生する廃油、廃活性炭、廃樹脂を活用すると経済性で好ましい。この場合、加熱バーナとしては油用（廃油との兼用可能）、廃活性炭兼廃樹脂用の２種類が必要となるが、交換式にして、いずれか１種が設置できるようにしても良い。勿論、発電所の廃棄物処理計画に応じて、いずれかの１種類のみでもよい。
また、加熱バーナ３３の過熱防止手段には空冷方式でもよいが、水冷方式とすることで、より高温な火炎を生じさせることができ、ガス量も減らすことができるので施設後段の排ガス処理系の容量を減らすことができ、より好ましい。
【００２８】
（３）ルツボ本体と出湯ノズルの組付け構造
本発明では、ルツボ本体１１の底部に組付けた導電性セラミック材からなる出湯ノズル２１を、外周に配置した誘導加熱コイル３２によって誘導加熱することにより、出湯ノズル２１先端から溶融物を半連続的に取り出すことを可能としたもので、出湯ノズル２１は、ルツボ本体１１の底部の排出孔部分に、溶湯の漏れが無いように接合する。
【００２９】
この接合は、耐熱耐食性モルタルを適用してもよいが、溶湯の漏れを確実に防止するには、その接合形状として、本発明の第１形態では、図６に示すように、出湯ノズル２１の上端部分とルツボ本体１１の排出孔部分とを上方拡径形状に形成して斜面当接構造とし、接合面を密着させるのである。
【００３０】
このように、ルツボ本体と出湯ノズルとを別個に作製してから、上記のように組付ける構造とすることにより、溶湯の漏れを防止することができ、従来のルツボの場合の耐用命数１０回に比較して、本発明では５０回以上となり、大幅に向上するにいたった。
【００３１】
図５に、ルツボ本体と出湯ノズルの組付け構造の第２の形態を示す。
この実施形態では、ルツボ本体１１を耐火物からなる支持台座４２に載置するとともに、出湯ノズル２１を、支持台座４２内の上下貫通孔４２ａ内に収容し、かつ出湯ノズル２１の上端に設けられたフランジ２１ａを前記ルツボ本体の排出孔に嵌着させ、かつ前記支持台座４２に支持させた状態に配置するものである。この事例では、出湯ノズル２１をルツボ本体１１が支持しない構造であるから、ルツボ本体１１側の応力負担が少なく、構造強度が向上する利点が得られる。
【００３２】
（４）出湯ノズルからの出湯の調節
出湯ノズル２１と支持台座４２の下面とはほぼ同一のレベルとされ、その出湯ノズル２１と支持台座４２の直下には受容器４６を配置する。受容器４６は昇降可能とし、支持台座４２側下面に密着させることで、出湯ノズル２１から排出された溶湯は、外部に漏れることなく受容器４６内部に収納される。
【００３３】
出湯ノズル２１からの溶融物の出湯の調節は、その外周に設けられた誘導加熱コイル３２による溶湯の温度制御により行うことができる。すなわち、溶湯の温度を下げることにより、いわゆるコールドバルブが形成され、出湯は抑制され、温度を上げることにより出湯を加速できる。
この場合、図２に示すように、出湯ノズル２１下方から排出孔に向けたガスノズル４８を設け、空気または不活性ガスを吹き付けて出湯ノズル部または溶湯を直接冷却することで、出湯を遮断したり、出湯量をコントロールするようにできる。
【００３４】
また、図３に示すように、出湯ノズル２１と支持台座４２の直下にスライディングゲート４７を配置し、受容器４６をこのスライディングゲート４７下面に密着させる方法もある。スライディングゲート４７は孔の開いたスライドプレート４７ａをスライドすることにより出湯ノズル２１から流下する溶湯を遮断したり、出湯量をコントロールすることができる。この方式には前記空気または不活性ガスの吹きつけと組あわせてもよい。
【００３５】
（５）本発明の焼却溶融処理装置から発生する排ガスの処理装置システム
本発明の焼却溶融処理装置から発生する排ガスは、放射性成分を含むので、次のような構成の排ガス処理装置で処理するのが適当である。
0003912717.tif 000002
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したように構成されているので、下記の通りの優れた効果がある。よって本発明は従来の問題点を解消した放射性廃棄物の焼却溶融処理装置およびその焼却溶融処理方法として、その工業的価値は極めて大なるものがある。
（１）出湯ノズル付きルツボの耐用命数が従来比約２〜５倍以上となり、大幅なコストダウンが期待できる。
（２）インキャン方式のような溶融用容器サイズの制約が無いため、２００リットルドラム缶単位の供給が可能となる。
（３）ルツボ方式なので、炉構造体部分が損傷しにくく、メンテナンスが簡単、容易になる。
（４）高周波誘導炉に加熱用バーナを設置することにより、可燃物、難燃物及び不燃物を一緒に焼却、溶融することができる。
（５）プラズマトーチである必要がないので、設備費、維持費とも低コストでかつ長期間の使用に適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための装置全体の断面略図。
【図２】実施形態を説明するための要部断面図。
【図３】他の実施形態を説明するための要部断面図。
【図４】ルツボ本体と出湯ノズルの組付け構造を示す要部断面図。
【図５】ルツボ本体と出湯ノズルの他の組付け構造を示す要部断面図。
【図６】同上
【符号の説明】
１  ルツボ、１１  ルツボ本体、１２  底部、２１  出湯ノズル、２１ａ  フランジ、３１、３２  誘導加熱用コイル、３３  加熱バーナ、３３ａ  バーナノズル、４  炉本体、４１  燃焼ゾーン、４２  支持台座、４２ａ  貫通孔、４３  廃棄物送入口、４４  給気口、４５  排ガス出口、４６  受容器、４７  台車。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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