(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性雑固体廃棄物の溶融炉の排ガス出口に接続された二次燃焼室の内部に固定床が設けられ、この固定床にこぶし大の放射性黒鉛の塊を供給して、酸素濃度が２３〜３５％の富酸素空気により１０００〜１３００℃で燃焼させ、出口のＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下としつつ、その放射性黒鉛を焼却するとともに、放射性黒鉛の燃焼によって発生した高温ガスにより溶融炉から送り込まれる排ガスを二次燃焼させ、かつこの二次燃焼室から取り出される高温ガスを溶融炉に燃焼空気として返送して残余の酸素を放射性雑固体廃棄物中の可燃物の燃焼に利用することを特徴とする放射性黒鉛の処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の放射性黒鉛の処理方法を実施するための放射性黒鉛の処理装置であって、放射性雑固体廃棄物の溶融炉の排ガス出口に接続された二次燃焼室の炉体に、溶融炉からの排ガス導入口、放射性黒鉛の供給口、加熱用バーナ、酸素含有ガス供給口、放射性黒鉛の燃焼用固定床、二次燃焼室排ガス出口、溶融炉への二次燃焼室排ガス返送配管を設けたことを特徴とする放射性黒鉛の処理装置。
【請求項３】
加熱用バーナが酸素含有ガス供給口を備えた富酸素バーナである請求項２に記載の放射性黒鉛の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力施設から発生する放射性黒鉛の処理方法及び装置に関するものであり、特に放射性雑固体廃棄物とともに放射性黒鉛を処理するに適した放射性黒鉛の処理方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
黒鉛減速型原子炉からは、その廃止措置に伴い多量の放射性黒鉛が廃棄物として発生する。またこれとともに、黒鉛以外の金属やコンクリート等の不燃性の雑固体廃棄物も廃炉廃棄物として発生するため、これらを高周波溶融またはプラズマ溶融する計画が進められている。これらの方法は溶融炉内に空気又は酸素を導入することにより、放射性黒鉛の焼却と不燃性の雑固体廃棄物の溶融とを同時に行わせる方法である。
【０００３】
ところが放射性黒鉛と不燃性の雑固体廃棄物とを一緒に高周波溶融またはプラズマ溶融しようとすると、黒鉛は不燃物の溶湯の中に沈んでしまい、酸素との接触が悪くなる。このため黒鉛の燃焼速度が大幅に低下し、実用的な処理速度が得られない。特に廃止措置に伴って発生する放射性黒鉛はこぶし大程度のものが大半であるため溶湯に沈み易くなっている。
【０００４】
そこで所定の黒鉛の処理能力を確保するためには、同一の溶融炉を放射性黒鉛の単独焼却処理と、不燃物の溶融処理との二つの運転モードで運転する必要がある。しかしその結果、不燃物の溶融時間が減少するため、年間の不燃物処理目標を達成するためには大容量の処理設備が必要となって、建設コスト及びランニングコストが高くなるという問題が生ずる。しかもこぶし大の放射性黒鉛は燃焼速度が極めて小さいために、破砕・粉砕等の前処理が必要となり、更に設備コストの高騰を招くこととなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、放射性黒鉛を不燃性の雑固体廃棄物とともにコンパクトな装置で迅速に焼却処理することができる放射性黒鉛の処理方法及び装置を提供するためになされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の放射性黒鉛の処理方法は、放射性雑固体廃棄物の溶融炉の排ガス出口に接続された二次燃焼室の内部に固定床が設けられ、この固定床にこぶし大の放射性黒鉛の塊を供給して、酸素濃度が２３〜３５％の富酸素空気により１０００〜１３００℃で燃焼させ、出口のＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下としつつ、その放射性黒鉛を焼却するとともに、放射性黒鉛の燃焼によって発生した高温ガスにより溶融炉から送り込まれる排ガスを二次燃焼させ、かつこの二次燃焼室から取り出される高温ガスを溶融炉に燃焼空気として返送して残余の酸素を放射性雑固体廃棄物中の可燃物の燃焼に利用することを特徴とするものである。
【０００７】
また上記の課題を解決するためになされた本発明の放射性黒鉛の処理装置は、如上の放射性黒鉛の処理方法を実施するための放射性黒鉛の処理装置であって、放射性雑固体廃棄物の溶融炉の排ガス出口に接続された二次燃焼室の炉体に、溶融炉からの排ガス導入口、放射性黒鉛の供給口、加熱用バーナ、酸素含有ガス供給口、放射性黒鉛の燃焼用固定床、二次燃焼室排ガス出口、溶融炉への二次燃焼室排ガス返送配管を設けたことを特徴とするものである。なお、加熱用バーナが酸素含有ガス供給口を備えた富酸素バーナとすることができる。
【０００８】
本発明によれば、放射性雑固体廃棄物の溶融炉からの排ガス中に含まれる未燃分を完全燃焼させるために設けられている二次燃焼室の床を利用して、放射性黒鉛を酸素含有ガスで燃焼させる。この結果、二次燃焼室内の温度を１０００℃以上の高温に維持しつつ、こぶし大の放射性黒鉛をも迅速に燃焼させることができる。しかもこれにより発生したＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下の高温ガスを溶融炉に返送して溶融炉における燃焼空気として利用することにより、熱効率の向上と溶融処理速度の向上とを図ることができる。この結果、設備を大型化することなく放射性黒鉛を不燃性の雑固体廃棄物とともに迅速に焼却処理することができ、また放射性黒鉛を予め破砕・粉砕する必要もない。なお、廃活性炭等炭素質の廃棄物も黒鉛と同様に処理することができる。以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を示す。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の装置全体の概略的な断面図、図２は二次燃焼室の拡大断面図である。
図１に示される１は溶融炉、２はその出口に接続された二次燃焼室である。金属、コンクリート等の放射性雑固体廃棄物は炉内のるつぼ３に投入され、加熱源４により加熱されて溶融される。この図１では溶融炉１は高周波溶融炉であるため加熱源４として高周波コイルが設置されているが、プラズマトーチを加熱源４としたプラズマ溶融炉としてもよい。このような放射性雑固体廃棄物の溶融炉自体は公知のものである。
【００１０】
この溶融炉１の排ガスは、二次燃焼室２に導かれて未燃分を完全燃焼させる。通常は二次燃焼室２は単にバーナーを備えた空間であるが、本発明の二次燃焼室２には、溶融炉１からの排ガス導入口５及び排ガス出口６のほかに、放射性黒鉛の供給口７と放射性黒鉛の燃焼用固定床８とが設けられている。前記したように廃止措置に伴い発生する放射性黒鉛はほぼこぶし大の大きさであり、そのような放射性黒鉛の塊が図２に示すように供給口７から燃焼用固定床８に供給される。供給はバッチ供給としてもよいが、連続的に定量供給することが安定性を確保するうえで好ましい。
【００１１】
二次燃焼室２には溶融炉１から数百℃の排ガスが流入してくるが、前記したように黒鉛の塊はそのままでは燃焼速度が小さい。そこで本発明では二次燃焼室２に、加熱用バーナと酸素含有ガス供給口とを設け、放射性黒鉛を１０００〜１３００℃で富酸素燃焼させるようにした。酸素含有ガス供給口は加熱用バーナと別に設けてもよいが、この実施形態では酸素含有ガス供給口を備えた富酸素バーナ９を用い、燃焼用固定床８上の放射性黒鉛を酸素含有ガスで燃焼させる。
【００１２】
この燃焼は、二次燃焼室２の内部への供給酸素濃度が２１％でも燃焼が可能であるが、２１％よりやや高いことが好ましく、実験の結果では２３〜３５％程度とすればよいことが判明した。酸素濃度が２１％の通常燃焼の場合には放射性黒鉛の燃焼速度が低く、しかも二次燃焼室２の出口のＣＯ濃度が１０００ｐｐｍを越えるためにバーナで助燃する必要があった。しかし２３％を越えれば放射性黒鉛の燃焼速度は向上し、出口のＣＯ濃度も１０ｐｐｍ以下となり、バーナの助燃も不要であった。なお酸素濃度が高すぎると二次燃焼室２の温度が上昇し過ぎるうえ、不経済となる。このため、二次燃焼室２の内部の酸素濃度は２３〜３５％程度が好ましく、より好ましくは２５〜３２％である。
【００１３】
この結果、放射性黒鉛は迅速に燃焼するとともに、１０００℃以上の高温ガスを発生する。この高温によって溶融炉１から送り込まれてくる排ガス中の未燃分は完全燃焼され、図１に示される冷却塔１０、セラミックフィルタ１１、ＨＥＰＡフィルタ１２等を経由して放射性を除去されたうえで更に脱硝装置等に送られる。また、二次燃焼室２のＣＯ濃度が１０ｐｐｍ以下の高温ガスの一部は配管１３を経由して溶融炉１に送られ、不燃物中に含まれる可燃物の燃焼用空気として利用することができる。このように高温ガスを溶融炉１に返送すれば、高温ガス中の残余の酸素を放射性雑固体廃棄物中の可燃物の燃焼に利用でき、溶融炉１の熱効率及び溶融処理速度を向上させることができる。
【００１４】
なお、運転開始時の二次燃焼室２の温度が上昇していない状態で放射性黒鉛を投入してもうまく燃焼させることができないので、予めオイル等を燃料としてバーナーを焚き、所定温度まで昇温させてからため放射性黒鉛を投入すべきである。なお、富酸素燃焼する場合には黒鉛の燃焼が開始したらバーナを焚く必要はない。また、二次燃焼室２で焼却すべき放射性黒鉛の量が多い場合には、二次燃焼室２の炉体を水冷構造としたり、炉内に水を吹き込むことによって出口温度を調整することもできる。
【００１５】
このように、本発明によれば二次燃焼室２を利用して放射性黒鉛を酸素含有ガスで燃焼させるので、設備を大型化することなく、放射性黒鉛を不燃性の雑固体廃棄物とともに迅速に焼却処理することができる。しかも放射性黒鉛を予め破砕・粉砕する必要もない。
【００１６】
【実施例】
図１に示した本発明の装置を用いて、放射性雑固体廃棄物の溶融と放射性黒鉛の焼却とを行った。溶融炉１への放射性雑固体廃棄物の投入速度は２５０ｋｇ／ｈであり、二次燃焼室２への放射性黒鉛の投入速度は５０ｋｇ／ｈである。二次燃焼室２の酸素濃度を２１％、２６％、３２％、３７％に変化させて放射性黒鉛を燃焼させた。
【００１７】
この結果、酸素濃度を２１％とした場合には放射性黒鉛の投入速度を１０ｋｇ／ｈまで落とさねばならず、しかも二次燃焼室出口のＣＯ濃度が１４００ｐｐｍに達した。このためバーナを焚いてＣＯ濃度を低減する必要があった。しかし酸素濃度を２６％、３２％とした場合にはバーナを焚くことなく、放射性黒鉛を迅速に燃焼させることができ、しかも二次燃焼室出口のＣＯ濃度は１０ｐｐｍ以下となった。なお酸素濃度を３７％とすると放射性黒鉛の燃焼速度は多少増加するが、二次燃焼室２の温度が１３００℃を越えて上昇傾向を示すため、安定運転のためには好ましくないと評価した。
【００１８】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、黒鉛減速型原子炉の廃止措置に伴い大量に発生する放射性黒鉛を、不燃性の雑固体廃棄物とともにコンパクトな装置で迅速に焼却処理することができ、また放射性黒鉛を予め破砕・粉砕する必要もない等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の実施形態を示す断面図である。
【図２】二次燃焼室の拡大断面図である。
【符号の説明】
１  溶融炉、２  二次燃焼室、３  るつぼ、４  加熱源、５  排ガス導入口、６  排ガス出口、７  放射性黒鉛の供給口、８  放射性黒鉛の燃焼用固定床、９  富酸素バーナ、１０  冷却塔、１１  セラミックフィルタ、１２  ＨＥＰＡフィルタ、１３  配管
【図１】
0003844327.tif 000002
【図２】
0003844327.tif 000003