CN100445690C - 用于处理危险或高能材料的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于处理危险或高能材料的装置，包括一个耐压壳体(2)，在其中材料在可控条件下发生反应，最终产物没有危险。在壳体(2)中一个流化床从上向下运动，在散料以及待处理材料的导入和散料以及反应产生的残余物的混合物的导出之间动态平衡中形成该流化床。所述流化床设有至少一个分隔装置(6)，该分隔装置将所述流化床分成一个其中所述流化床基本上不受阻碍地运动的核心区域和一个其中使流化床的轴向运动减速的环形区域。此外该分隔装置(6)保护外壳体(2)的壁部，并提供一种可能性，即在一个不是直接朝向发生反应的核心区域的面上设置一个测量反应区域内的物理条件的传感器(8)，并在一些情况下设置用于助剂例如加热或冷却气体或化学物的输入管。

Description

用于处理危险或高能材料的装置

技术领域

本发明涉及一种用于处理危险或高能材料的装置，带有：

a)一个耐压壳体，在其中可使材料在可控的条件下发生反应，反应的最终生成物没有危险；

b)至少一个在壳体中从上向下运动的流化床/移动床(Wanderbett)，在散料及待处理材料的导入和散料及反应产生的残余物的混合物的导出之间动态平衡中形成该流化床。

背景技术

在DE 199 11 175 C2中已说明了一个这种装置。该装置使得待处理物反应可以连续地而不是分批地进行。其中所述待处理物首先移动到流化床的一定深度，然后在这里使待处理物发生反应。周围的流化床吸收此时释放出的机械以及热形式的能量。当需要时，流化床提供一个大的反应可在其上进行的表面。最后所述流化床还形成一个热量存储器，该热量存储器在所有待处理材料必须被加热到反应温度的地方保证节约能量。可以以混合的状态向流化床输入散料和待处理材料，或分开地将其“铺撒”在流化床上，这样在流化床内部才形成混合物。输入和铺撒也可以以分开的物质流进行，在一些情况下也可以分成等份地(portionieren)进行。

在已知的装置中外壳体内的全部散料都以相同的方式参与流化床的形成。特别是，除了壳体壁附近可忽略的作用效果，各处的散料都以基本上相同的速度向下运动。由此运动的质量较大，这具有两个后果：一方面应该用来控制流化床内的反应过程的控制过程-例如确定温度分布的设定-较为迟缓(

)。另一方面，由于导出较大量的散料较多的热量离开所述装置，这会使得节热性能恶化。

发明内容

由此本发明的目的在于，这样设计一种用于处理危险或高能材料的装置，使其在能量上是经济的且其运行过程较易于控制。

根据本发明这样来实现所述目的：

c)所述流化床设有至少一个分隔装置(Schikane)，该分隔装置将所述流化床分成一个其中所述流化床基本上不受阻碍地运动的核心区域和一个其中使流化床的轴向运动减速的环形区域。

本发明基于这样的认知，即流化床内的待处理物基本上沿一直线从上向下运动，即只有很少的沿侧向的游离物。由此可以在流化床中限定“核心区域”，待处理物穿过所述核心区域移动，且在所述核心区域内出于处理能力的原因应处于其全速状态。与此相对，在待处理物通常不会到达的流化床的周边区域流化床只具有较小的速度就足够了，因为流化床在该区域的功能不是运送待处理物，而主要是用来吸收在反应中产生的热和机械能。由于在“核心区域”的外部使流化床的运动减速，单位时间内从所述装置中排出的散料的量较小，这就意味着较少的热量损失。此外较小的运动质量使得可以对在外壳体内进行的处理过程进行快速控制。

此外，在适当的构形中，所述分隔装置可保护外壳体不受机械损坏，降低外壳体的升温，并由此有助于使外壳体具有较高的强度。

在本发明的一个优选的实施形式中，所述分隔装置包括至少一个漏斗形构件。这种漏斗形的构件不仅使流化床在相应区域内的速度降低，而且此外还促使沿径向方向输送材料，其中所述输送方向取决于所述漏斗形构件是向下逐渐变窄还是逐渐变宽。通过选择漏斗形构件的锥角可以调整制动效果。

通常要求所述分隔装置包括一叠相互重叠设置的漏斗形构件。

其中所有漏斗形构件可同方向地设置在所述叠中。由此总体上促成径向的材料输送，如上所述，输送方向取决于所述漏斗形构件朝哪个方向逐渐变宽。通常漏斗形构件向下逐渐变细是适当的。在这种情况下，流化床由所述分隔装置引起的径向运动分量径向指向内。这具有这样的优点，即将从所述核心区域游离出来(auswandern)的处理物重新导回核心区域内。此外，由所述专门设计的漏斗形构件将从外部输入外壳体内的助剂例如加热或冷却气体，还有其它化学物质向内导入发生反应的所述核心区域中。

如果希望沿径向不进行或只进行较少的材料输送，至少几个漏斗形构件可在叠中反方向设置。

但通过设置在流化床中的在确定区域制动流化床的运动的分隔构件，在流化床中不会产生空腔。因此本发明的一种实施形式是适当的，其中至少一个漏斗形构件具有允许散料跌落到所述漏斗形构件下方的缺口。

如果所述漏斗形构件由薄板制成，则所述缺口可以设置在漏斗形构件具有较大直径的边缘上。

可选地，还可以将所述漏斗形构件设计成带孔板件或由筛分材料制成。这样所述散料通过带孔板件的孔或通过所述筛分材料的孔眼落入漏斗形构件下方，并在那里重新填充正在形成的相关空腔。

本发明的一个有利的实施形式的特征在于，在所述分隔装置的一个不是直接朝向所述核心区域的面上设置一个电传感器。该电传感器原则上可以测量核心区域即反应区域内的任何物理参数。目前为止在如DE19911175 C2中所述的装置中这是不可能的，因为这里在运动的流化床中这种类型的传感器会被破坏。

根据本发明的另一个实施形式，以相同的方式还可以在所述分隔装置的一个不是直接朝向所述核心区域的面上铺设一个用于一种助剂的输入管。这种输入管在DE 19911175 C2的主题的装置中也会由于运动的流化床而受到破坏。

特别优选的是本发明的装置的这样一种实施形式，其中在外壳体中设置多个分隔装置，且所述分隔装置围绕(多个)平行的核心区域，通过所述核心区域分别引导一个用于待处理物的移动路径。以这种方式可以成倍地提高根据本发明的装置的处理能力，而不会以相应的方式必须也成倍地增加散料的量。整个装置可建造得极为紧凑。

在一些情况下，所述多个分隔装置分别由一与外壳体密封地相连的内壳体包围是适当的，其中外壳体和内壳体之间的中间空间和各内壳体之间的中间空间由一种不参与移动运动的散料填充。这样一个这种类型的装置就具有多个设有分隔装置的包容在一个共同的外壳体中“单个装置”。设置在中间空间中的且不参与移动运动本身的散料基本上只吸收机械能，并提高直接与装置运行安全性相关联的、可用散料的总质量。即使在不同的反应条件下，总装置中的“单个装置”也可以相互独立地运行，从而或者可以在不同的“单个装置”中处理不同的待处理物，或者可以出于处理能力的原因在以给定的时间只有所述“单个装置”中的一个或另一个运行。

外壳体和内壳体之间的中间空间中的和各内壳体之间的中间空间中的散料可由与内壳体中的材料相同的材料组成。这对于装置的操作者来说是一种简化，因为只需要准备一种散料。

但由于流动床上的中间空间中的散料不参与移动运动，所述散料原则上不必是可流动的。由此也可以采用本发明的一种实施形式，其中外壳体和内壳体之间的中间空间中的以及各内壳体之间的中间空间中的散料由碎片、陶瓷特别是碎陶瓷材料等组成。因此总体上用散料填充所述装置是经济的。

附图说明

下面根据附图对本发明的实施例进行详细说明；其中

图1示出通过本发明的装置的第一实施例的中部区域的轴向剖视图；

图2示出图1中线II-II上的剖视图；

图3与图1类似，示出通过本发明的装置的第二实施例的轴向剖视图；

图4示出图3中线IV-IV上的剖视图；

图5与图1和图3类似，示出通过本发明的装置的第三实施例的轴向剖视图；

图6示出图5中线VI-VI上的剖视图。

具体实施方式

图中示出通过一个立炉的中部区域的轴向剖视图，该立炉的基本结构可由上述DE 19911175 C2中已知。下面关于立炉的说明基本上限于所示立炉与已知立炉不同的特征；可补充参考DE 19911175 C2的内容。

可以设想在图1中所示的立炉的壳体2的区段上在下方安装有一其中有一导出口的导出区段。在壳体2的上端盖装有一未示出的盖，在所述盖中设有不同的入口和出口。通过所述入口中的一个沿箭头3的方向向壳体2的内部空间输送一种由钢珠组成的散料，所述散料在运行准备就绪状态基本上填满整个壳体2的内部空间；在此这样确定所述钢珠的尺寸，即钢珠在壳体2内根据流化床的形式形成可流动的散料。

通过壳体2的盖中的另一个入口沿箭头4的方向输送待处理物5。下面的说明由此出发，即这里所述待处理物是一种弹药。所述弹药与钢珠相混合，并且与一体地形成在流化床中的所述钢珠一同在立炉的内部向下运动。

上面所述的在附图中不再示出的导出口与一个同样未示出的导出装置相连，该导出装置排出用作散料的钢珠和在待处理物的反应中产生的碎片和其它残余物。在一个分离装置中将所述散料从其它残余物特别是碎片中分离出来。通过一管道将所述分散物输送给壳体的盖中的相应的入口，而可将所述碎片和其它由反应产生的固态残余物无危险地输送给一个最终处理过程。

到此为止图1中所示的立炉的结构形式与DE 19911175 C2的立炉一致。

图1中所示的立炉中的新特征是一系列同心地相互重叠设置的漏斗形构件6，所述漏斗形构件以下面还要说明的方式用作“分隔装置”并在壳体2的边缘区域对散料轴向向下的流动进行制动。每个所述由薄板制成的构件6在其上边缘具有一大致相应于壳体2的内径的直径；在所述构件6的下边缘处的流出口的直径大小确定成即使是待处理物中包含的最大的部分也可以毫无问题地通过所述流出口。

如图2所示，每个所述构件6在其上边缘设置有四个相互成对地相对的缺口7，所述缺口的大小总是确定成至少允许三个包含在散料中的钢珠(当然还有被携带引导的未被所述分离装置分离出的且由弹药产生的碎片颗粒)通过。下面将说明其意义。

在图1中可看到所述构件6中的一个的下侧上的一个传感器8，所述传感器可用于在反应区域附近测量任何运行参数，例如用于测量这里存在的温度或这里存在的NO_x份额。传感器8的电缆和/或其它的连接管线例如气体抽吸管通过一个同样铺设在构件6下侧的保护管9引导出立炉并与一个合适的处理电路(未示出)相连。以类似的方式在一构件6的保护下贴靠地沿其下侧可有管件通入壳体2的内部空间，通过所述管件可向反应器中输入助剂，例如加热或冷却气体或化学物。这种助剂的输入在图1中由箭头10象征性示出。

以循环气体流过图1中所示的立炉，所述循环气体从下方沿箭头11的方向进入立炉的壳体2，并在上部沿箭头12的方向又流出。所述循环气体一方面用于在需要时加热位于壳体2内的流化床，另一方面将气态的反应产物带出。

上述立炉的工作原理如下：

通过输入主要由钢珠组成的、随着运行时间的增加还包括来自被处理的炮弹壳的碎片颗粒的散料，如所述那样，对应于箭头3在壳体2中形成一流化床。由于分隔装置6，在壳体2的径向位于外侧的区域所述流化床轴向的流动速度变慢。所述散料和所有出现在构件6的锥形面上的其它物质具有径向向内的运动分量。从而在所述流化床的一径向位于内侧的核心区域中-即大约在其直径相当于构件6下部的流出口的直径的所述区域的内部-形成一“核心流”。在边缘区域所述散料沿构件6上部锥形倾斜的表面向下和向内运动，其中通过缺口7保证在构件6的下方不会形成空腔。更确切地说散料通过缺口7以相应需要的程度轴向向下跌落。

通过漏斗形构件6所具有的锥角的大小可以调整壳体2的径向外侧的区域内的散料流动速度的降低程度。

与DE 19911175 C2中所述的已知立炉不同，以这种方式可以明显降低循环的散料的量。由此一方面可以使热量损失降至最低，因为从壳体2导出的材料量较少。另一方面对在立炉的壳体2中进行的处理过程的调整例如温度控制可以以小得多的惯性进行，因为参与调整过程的质量较小。

构件6的另一个优点在于，壳体2的壁部总体上保持较凉，因为来自壳体2内部较热的区域的一径向流向外被所述构件6阻滞或重新转向为轴向向内。由此可希望壳体2的壁部具有较高的强度。

此外构件6还向传感器8和用于助剂的输入管提供保护。在径向内侧的“核心区域”中由流化床引导的弹药5的爆炸对容器的壁部没有直接的作用。

在图3和4中示出的立炉的实施例与上面参考图1和2所述的实施例非常类似；相对应的部分用相同的标号加上100来表示。

在图3中基本上未变化的是立炉的壳体102。箭头103还是象征性地表示在壳体102的上部区域用于形成一流化床的散料的输入；箭头110象征性地表示在壳体102不同的轴向高度处的助剂的输入。箭头111代表壳体102下端处的循环气体的输入，而箭头112代表在壳体102的上端处的循环气体的导出。

代替如图1所示的唯一一叠同心地重叠设置的构件6，图3和4的实施例共具有四叠同心地相互重叠设置的构件106a、106b、106c和106d，所述叠轴线平行地分布在图4所示的通过壳体2的布置形式中。每个所述构件106a也是漏斗形地向下逐渐变细地由一薄板制成。当然在图3的实施例中构件106a到106d在上边缘不再具有壳体102的直径。但所有的构件在其上边缘的一个位置处贴靠在壳体102的壁部上，且分别在另外两个位置处贴靠在相邻的构件106a至106d上，如图4所示的那样。特别是不再要求在构件106a至106d的上边缘设置缺口，因为在单个构件106a至106d之间保持有足够的空间，在所述空间中散料跌落到构件106a至106d的下侧，并以这种方式禁止空腔的形成。

通过四叠构件106a至106d，在壳体102中存在的流化床的内部形成四个“核心区域”，所述核心区域基本上由这样一个圆柱形区域形成，所述圆柱形区域是通过假想的、通过构件106a至106d的下部流出口的圆柱体限定的。围绕所述核心区域分别存在一个环形区域，所述环形区域的直径大致对应于构件106a至106d的外径，在所述环形区域中散料的轴向流动被减速且在一些情况下还叠加有一径向流动。

所有四个“核心区域”都是弹药105可穿过流化床的区域。即在图3和4的实施例中存在四个这种弹药105的“移动区域”，所述移动区域的四个入口配设在壳体102的未示出的盖中。通过箭头104a、104b和104c象征性地表示朝向被构件106a、106b和106c包围的核心区域或者说移动区域的弹药105的输入流。

图3中所示一个立炉的实施例的优点是，在成倍提高处理能力的情况下可同样紧凑地建造该立炉。该立炉不需要同样多倍数的散料，因为其中发生反应和爆炸的不同的“移动路径”或者说核心区域可以“平分”所述散料。在一定程度上可以将不同的“核心区域”中的物理参数设计成不同的，即例如设定不同的温度分布。当应该同时处理不同的待处理物时，这尤其是重要的。

上述设想在图5和6所示的立炉的另一个实施例中的得到了进一步的改进。该实施例与图3和4的实施例非常类似；因此相对应的部分也用相同的标号再加上100来表示。

特别如图3和4的实施例那样，图5和6的实施例再一个共同的外壳体202的内部也具有四叠同心地重叠布置构件206a至206d，所述构件通过其下部的具有较小直径的边缘限定了四个核心区域，在所述核心区域内进行比围绕所述核心区域的环形区域中快的散料轴向流动，且同时形成四个用于待处理弹药205的“移动路径”。表示在外壳体202的上部区域中的散料的输入的箭头203，表示在外壳体202不同的轴向高度处的助剂的输入的箭头210，表示在下部壳体区域内循环气体的输入的箭头211，表示从上部壳体区域导出循环气体的箭头212，和表示向由构件206a、206b和206c的核心区域的输入的箭头204a、204b和204c，分别与图3中的相应箭头一致。

图5和6的实施例与图3和4的实施例的区别在于，每叠相互重叠设置的构件206a至206d分别由一个自身的内壳体214a至214d包围，所述内壳体在其上端和下端处气密封地与外壳体202或其盖和其导出区段相连。这样以这种方式在共同的外壳体202内部形成四个可分开运行的立炉，在所述立炉中可保持不同的物理参数，即特别是形成不同的温度分布，添加不同的助剂，以及处理不同类型的待处理物。

如果应该对离开所述四个内壳体214a至214d的材料流分开进行进一步的处理，所述四个内壳体214a至214d可分别通向外壳体202下端上专门的导出口。但在许多情况下设有唯一一个配设给所有内壳体214a至214d共同使用的导出口就足够了。

外壳体202和单个内壳体214a至214d之间的中间空间以及各内壳体214a至214d之间的空间在图5和6的实施例中由一种散料填充，所述散料与图3和4的实施例不同，不参与流化床的形成，因此永久地停留在外壳体202中且也不必被引导进行循环。这又具有这样的优点，即只需使较小量的散料运动，这有利于所述立炉节约能量。

填充到所述中间空间中的散料可以是与在不同的内壳体214a至214d中形成流化床的散料相同的散料，即例如是钢珠。但由于根据上面所述内容所述中间空间中的散料不必是可流动的，可以在这里装入不规则形成的金属碎片、陶瓷碎块等。所述中间空间中的散料的功能只在于吸收机械能以及在较小的范围内吸收热能，所述能量是在所述装置所具有的四个核心区域内待处理物205的反应或爆炸形成的。所述散料同时还支承内壳体214a至214d，从而所述内壳体不会承受大的机械应力。

在图5和6的实施例中，不同的构件206a至206d在上边缘具有一略小于不同的内壳体214a至214d的内径的外径。通过构件206a至206d的上边缘和内壳体214a至214d的壳面之间的中间空间，散料可“跌落”到构件206a至206d下方以避免空腔，而不必为此在构件206a至206d的上边缘设置对应于图1和2的实施例中的缺口7的缺口。

在上述各实施例中构件6、106、206分别由漏斗形接缝的薄板件制成，所述构件不仅使“核心区域”外部的流化床的轴向流动减速，此外还使得形成径向从外向内的一材料流。如果这种径向流动是不希望的，还可以使用设计成平的棒条筛和带孔板件的构件作为使核心区域外部的运动减速的分隔装置。也可以采用这样一种构形，其中尽管所述构件还是设计成漏斗，但相互叠置的漏斗的走向是相反的，这样例如位于上部的漏斗向下逐渐变细，而位于其下方的漏斗向下逐渐变宽。这样就在围绕引导快速散料流的核心区域的环形区域内形成一种散料的曲折运动。

在图1和2的实施例中也可以省略保证散料“跌落”到所述构件6下方的缺口7；代替该缺口可以由带孔薄板或筛分件制成所述构件6。

可以这样改变图1和2所示的本发明的实施例，即相互重叠放置的构件6中的缺口7不是轴向对齐的。相互重叠放置的构件6而是可以这样地相互转动，使得所述散料通过一个穿过构件6的堆叠的不是直线和轴线平行的路径。

Claims (16)

1.一种用于处理危险或高能材料的装置，带有

a)一个耐压壳体，在其中使所述材料在受控条件下发生反应，反应的最终产物没有危险；

b)至少一个在所述壳体中从上向下运动的流化床，在一种散料及所述待处理材料的导入和散料及反应产生的残余物的混合物的导出之间动态平衡中形成该流化床；

其特征在于

c)所述流化床设有至少一个分隔装置(6；106；206)，该分隔装置将所述流化床分成一个其中所述流化床基本上不受阻碍地运动的核心区域和一个其中使流化床的轴向运动减速的环形区域。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分隔装置(6；106；206)包括一个漏斗形构件。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述分隔装置(6；106；206)包括一叠相互重叠设置的漏斗形构件。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述漏斗形构件(6；106；206)同向地设置在叠中。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，至少一些所述漏斗形构件反向地设置在叠中。

6.如权利要求3至5中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个所述漏斗形构件(6)具有允许散料跌落到所述漏斗形构件(6)下方的缺口(7)。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述缺口(7)设置在至少一个所述漏斗形构件(6)具有较大直径的边缘上。

8. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，至少一个所述漏斗形构件形成为带孔板件。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，至少一个所述漏斗形构件由筛分材料制成。

10.如权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，在所述分隔装置(6)的一个不是直接朝向所述核心区域的面上设置一个传感器(8)。

11.如权利要求中1至5任一项所述的装置，其特征在于，在所述分隔装置的一个不是直接朝向所述核心区域的面上铺设至少一个用于至少一种助剂的输入管。

12.如权利要求中1至5任一项所述的装置，其特征在于，多个分隔装置(106a至106d；206a至206d)设置在外壳体(102；202)中且围绕平行的核心区域，分别有一用于待处理物的移动路径通过所述核心区域。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述分隔装置(206a至206d)分别由一与外壳体(202)密封地相连的内壳体(214a至214d)包围，其中外壳体(202)和内壳体(214a至214d)之间的中间空间和各内壳体(214a至214d)之间的中间空间由一种不参与流化床运动的散料填充。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，外壳体(202)和内壳体(214a至214d)之间的中间空间和各内壳体(214a至214d)之间的中间空间中的散料由与内壳体(214a至214d)中的散料相同的材料组成。

15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，外壳体(202)和内壳体(214a至214d)之间的中间空间以及各内壳体(214a至214d)之间的中间空间中的散料由金属碎片、陶瓷组成。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述陶瓷是陶瓷碎块。

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