TVF3号溶融炉運転条件確認試験

Experimental verification of operational conditions for the 3rd glass melter in TVF

朝日 良光; 福田 茂樹; 白水 大貴; 宮田 晃志; 刀根 雅也; 勝岡 菜々子; 前田 裕太 ; 青山 雄亮; 新妻 孝一; 小林 秀和 ; 小高 亮

Asahi, Yoshimitsu; Fukuda, Shigeki; Shiramizu, Daiki; Miyata, Koshi; Tone, Masaya; Katsuoka, Nanako; Maeda, Yuta; Aoyama, Yusuke; Niitsuma, Koichi; Kobayashi, Hidekazu; Kodaka, Akira

東海再処理施設で発生した高レベル放射性廃液のガラス固化に用いるTVF3号溶融炉(以下、3号炉)を製作し、この溶融炉でガラス固化体18本分のガラスを溶融・流下するコールド運転を行った。ガラス原料には、ホット運転で処理するものと同等の廃液成分を非放射性元素で置き換えた模擬廃液とガラスファイバーカートリッジを使うことで、溶融ガラス液面に仮焼層を形成させた。TVF2号溶融炉(以下、2号炉)と3号炉の構造の違いに起因する溶融炉固有の温度特性を考慮し、運転操作に用いるパラメータには、2号炉で使ってきたものを修正して適用した。本試験の結果、溶融炉各部の温度推移を確認しながら適切に運転できるパラメータ値を見出すことができ、2号炉のコールド運転に比べ、溶融ガラス温度は高く、二つある主電極の冷却は片側あたり約1kW小さいとき、安定的に運転できることが分かった。主電極間のジュール加熱電力を39kW、主電極冷却空気流量を26Nm/hで運転し炉底加熱方法を改良することで、流下前の炉底加熱時間をこれまでより2時間短い約5時間で完了できる見通しを得た。運転期間中は、炉内のガラス温度分布やケーシング表面の温度推移を計測し、今後のシミュレーションモデル開発に有効なデータが得られた。炉内の溶融ガラスの白金族元素濃度が飽和した後に、原料供給と流下を2日間停止する保持運転を行い、炉底部への白金族元素の沈降を遅らせる一定の効果があることを確認した。保持運転中に仮焼層の溶融過程を観察し、薄膜状の流動しない層が確認されたことから、流動計算で液面にNo-slip境界条件を設定する根拠を得た。流下ガラスの成分を分析して白金族元素の流下特性を調査した結果、運転中に溶融炉に蓄積する白金族元素の量は2号炉と比較して少なかった。溶融ガラスを全量流下した後の炉内には、残留ガラスやレンガ片などの異物は確認されなかった。白金族元素の蓄積による運転停止を判断する基準は、流下終了から炉底ガラス温度850Cへ低下するまでの時間を10.3h以上、主電極間補正抵抗値を0.12以下と試算したが、今後のホット運転の結果に応じ再検討が必要である。

A glass melter for the vitrification process of highly active liquid waste in the Tokai Reprocessing Plant, TVF's 3rd melter, was built, and the glass of 18 vitrified waste canisters in weight was melted and poured through a cold test operation. The molten glass surface was covered by a cold cap from feeding fiberglass cartridges saturated with non-radioactive simulant liquid waste as raw material, whose components are equivalent to actual waste. Differences in inherent characteristics of the thermal behavior between the 2nd and the 3rd melter due to the difference in design were considered to establish the procedure to control the new melter. The melter's condition was stabilized at a higher glass temperature and the cooling of 1 kW less in each of the two main electrodes, compared to the 2nd one. Under 39 kW joule heating of the main electrodes with 26 Nm3/h coolant flow rate, it showed the capability to finish heating the bottom furnace in 5 hours before pouring, 2 hours shorter than the 2nd melter. Measurements of the temperature distributions in molten glass and casing surface yielded data that is efficient for developing a simulation model. After Platinum Group Elements (PGE) concentration saturates in the molten glass, feeding raw material and discharging glass were suspended to examine a holding state, indicating PGE settling could retard. During the holding test, observation of the melting process of the cold cap declared that the surface was covered by a thin layer with almost non-fluidity. It will be a reason for choosing the no-slip condition of a fluid calculation, even in the hot-top condition. The investigation of PGE discharging behavior by analyzing the elemental composition of poured glass showed the accumulated PGE amount in the 3rd melter is small compared to the 2nd melter. Inspection of the melter inside after draining out concluded that there were neither significant residual glass nor refractory fragments.