DE10125926C2

DE10125926C2 - Munitions- und Restsprengstoff-Verbrennungsanlage

Info

Publication number: DE10125926C2
Application number: DE2001125926
Authority: DE
Inventors: Irmtraud Oberlaender; Christian Koch
Original assignee: HEINRICH LUTHE GmbH
Current assignee: GRV LUTHE KAMPFMITTELBESEITIGUNG GMBH, 14974 LUDWI
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2021-05-29
Also published as: DE10125926A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Verbrennung von Munitions- und Restsprengstoff mit interner Entstickung, die bei einem Einsatz von stickstoffhaltigem Brennmaterial und extrem schneller Verbrennung zu einem sauberen Abgas mit geringen Werten an Stickoxiden und anderen Schadgasen führen und die Einhaltung der gültigen Abgasrichtlinien gewährleistet.

Es ist bekannt, bei der Verbrennung von Munition und Restsprengstoffen die Umsetzung des Sprengstoffes in speziellen starkwandigen Behältern durchzuführen. Für die Behandlung der Abgase ist ein Auswaschen, Deponieren oder eine thermische Nachverbrennung erforderlich. So wird in der DE 195 08 322 C2 als Nachbehandlung eine Wäsche oder thermische Nach verbrennung bzw. die Deponie der kondensierbaren Teile aufgeführt. Die DE 41 17 504 C1 offenbart zur Reinigung der entstehenden Abgase keine explizite Lösung, jedoch gibt sie die Verwendung von Filtern an.

Nachteilig an der Gasreinigung gemäß dem bekannten Stand der Technik ist die hohe Belastung der Abgase mit Stickoxiden-NOx aus dem im Brennstoff enthaltenen Stickstoff. Mit den in den Schriften enthaltenen technischen Lösungen können die vorgeschriebenen Grenzwerte der TA-Luft und andere Vorschriften nicht eingehalten werden. Insbesondere die offenbarten Wäscher zeigen hier keinen nennenswerten Vorteil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Verbrennung von Munitions- und Restsprengstoff mit interner Entstickung zu schaffen, mit der es möglich ist, die vorge schriebenen Abgasgrenzwerte einzuhalten, den apparativen Aufwand für die Verwendung von Wasch- und Reduktionsmitteln zu verringern und damit auch die Entstehung problem behafteter Rückstände zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 6 gelöst. Durch die vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung ist es gewähr leistet, die Abgase aus der Munitionsverbrennung durch einen großen Unterdruckbehälter mit Reflektions- und Ausgleichseinbauten zu einem kontinuierlichen, ammoniakhaltigen Abgas umzuwandeln. Die Zusammensetzung des Abgases ist umso gleichmäßiger je kontinuierlicher die Munitionsverbrennung erfolgt. Die Munition, vorrangig Geschosse, werden dabei nicht nur durch die Wandererwärmung gezündet, sondern auch durch einen Heißluftstrom aus einem in der Anlage eingebauten keramischen Wärmetauscher. Der Wärmetauscher und die Wanderwärmung der Brennkammer werden vorteilhaft mit einem Abgas aus einem Brenner bedient, der gleichzeitig 60 bis 90% der Abgase aus der Verbrennung mit Frischluft ansaugt. Der Brenner weist nicht nur auf der Abgasseite eine thermische Nachverbrennungskammer auf, sondern nachgeschaltet auch die Teilabkühlung in dem keramischen Wärmetauscher und den Gaskanälen der Brennkammer. Die Hauptluftmenge der Verbrennungsluft des Brenners wird aus einem Luftvorwärmer am Ende der Anlage zugeführt.

In vorteilhafterweise werden die Abgase nach dem Verlassen der Brennkammer mit den verbleibenden 10 bis 40% der Gase aus der Munitionsverbrennung gemischt, die nicht in die thermische Nachverbrennung eingeleitet worden sind. Das Gemisch gelangt in eine DeNOx- Katalysatorschicht, welche die beiden Gase miteinander reagieren lässt, wobei die Reaktion NO_x + NH₂ = N₂ + H₂O abläuft. Die Stickoxide zerfallen im DeNOx-Katalysator in Stickstoff und Wasserdampf. Restliche Kohlenwasserstoffe, welche aus den 10 bis 40% Verbrennungs gasen verbleiben, werden in der nachgeschalteten Oxidations-Katalysatorschicht verbrannt. Die aus dieser Schicht kommenden Gase werden in einem Luftvorwärmer für die Verbren nungsluft abgekühlt und in einer nachfolgenden Schicht aus Aktivsubstanzen (Molekularsieb) von eventuell enthaltenen Sonderstoffen wie Quecksilber befreit.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles und der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Die Munition, als Geschosse und Restsprengstoff sowie abgesägte Geschossscheiben, werden in einen Einfülltrichter 1 eingegeben. Eine Schleuse 2 sorgt für ein wechselseitiges Öffnen des Einfülltrichters 1 und einer luftdichten Einfüllung in einen dickwandigen Verbrennungs behälter 3. Durch die Beheizung der Wände des Behälters 3 mit den Rauchgasen einer thermischen Verbrennungsanlage 8 und einem direkt eingeleiteten heißen Luftstrom 9 mit einer Temperatur von 100 bis 1.300°C aus dem keramischen Wärmetauscher 10 wird die Munition entzündet und mit dem eingegebenen Luftstrom 9 konzentriert verbrannt. Die metallischen Reste der Geschosse werden taktweise über eine Klappe 4 mit einem gegen überliegenden Hydraulik- oder Pneumatikstempel in einen Restmetallbehälter 5 geschoben und dort zyklisch entleert. Die Verbrennungsgase aus dem Luftstrom 9 und dem verbrannten Sprengstoff gelangen über Trümmerlastrohre 11, welche die nach oben geschleuderten Metallteile reflektieren, und über eine Schicht 12 in den oberen Teil des Behälters 3. Die Schicht 12 ist eine Mischeinrichtung, die aus einem Metallschaum gebildet wird und dafür Sorge trägt, dass die sporadisch entstehenden Rauchgase zu einem kontinuierlichen Rauch gasstrom vergleichmäßigt werden. Eine Vakuumpumpe 17, die als Kolben- oder Seitenkanal pumpe ausgebildet sein kann, sorgt für einen Unterdruck im Verbrennungsbehälter 3 sowie für die kontinuierliche Rauchgasabsaugung. Das anstehende. Rauchgas ist stark ammoniak haltig und wird deshalb zu 60 bis 90% über ein Ventil 18 in die Ansaugluft des Brenners 7 sowie zu 10 bis 40% über eine direkte Zuleitung in eine Katalysatorkammer geleitet. Die über den Brenner 7 geleiteten Teile des Rauchgases wandeln die Ammoniakteile in Stick oxide und Stickstoff um. Die direkt in die Katalysatorkammer geleiteten Rauchgase besitzen das Ammoniak noch als Reduktionsmittel. Beide Anteile werden in einem Mischer 6, bestehend aus Sulzer-Mischer-Blechen, gemischt und in den DeNOx-Katalysator 13 zu einem NOx-armen Abgas umgewandelt. Der DeNOx-Katalysator 13 besteht aus den drei Kompo nenten TiO₂; WO₂ und V₂O₂ im Verhältnis 85 : 10 : 5.

Der Entstickung ist ein Oxidationskatalysator 14 nachgeschaltet, der noch unverbrannte Anteile der zu 10 bis 40% direkt eingeleiteten Abgasanteile verbrennt. Die an dieser Stelle noch mit einer Temperatur von 300°C anstehenden Abgase werden in einem nachfolgenden Wärmetauscher 15 für die Vorwärmung der Verbrennungsluft einer thermischen Nachver brennung über den Brenner 7 genutzt. Die so abgekühlten Rauchgase werden in einem nachfolgenden Polizeifilter 16 für eine Zurückhaltung von dampfförmigen Problemstoffen, wie Quecksilber, geleitet. Dieser Filter 16 besteht je nach den vorliegenden Anforderungen aus Aktivkohle oder einem Molekularsieb.

Die erfindungsgemäße Anlage hat folgende Funktionsweise:
Über ein Transportband 19 werden je 5 Min. eine Geschossscheibe mit 300 g Sprengstoff TNT und 500 g Geschosshülsenmaterial aus Eisen eingegeben. Die Schleusen 2 sind so geschaltet, dass sie alle 5 Min. zweimal auf und zugehen und damit sicherstellen, dass alle Geschossscheiben sowie alles zu verbrennende Material in den Verbrennungsbehälter 3 gelangen. Im Verbrennungsbehälter 3 entsteht eine Wärmeentwicklung von 0,53 kW und mit einer eingegebenen Heißluftmenge von 3 m³/h über dem Wärmetauscher 10 ist eine Rauch gasmenge von 3,1 m³/h i. N vorhanden. Die sehr ungleichmäßige Verbrennung wird über den großen Raum der Einheit des Verbrennungsbehälters 3 mit seinen Einbauten, bestehend aus Rohren 11 und der Schicht 12 aus Aluminium-Schwammguss, mit insgesamt 1 m³ Raum inhalt und 0,2 bar Unterdruck (0,8 bar absolut) vergleichmäßigt. Unter der Annahme, dass die 0,3 kg Sprengstoff in beliebig kurzer Zeit in Rauchgas umgesetzt werden, steigt der Druck im Verbrennungsbehälter 3 höchstens auf 0,05 bar Überdruck je Verbrennungseinheit. Werden die realen Verhältnisse berücksichtigt, weist der Behälter 3 ständig einen schwankenden Unter druck auf, wodurch die Rauchgaslieferung in der Vakuumpumpe 17 max. 20% unterschied lich zu einer kontinuierlichen Förderung ist.

Dieser Gasanfall macht die erfindungsgemäße Art der Gasreinigung möglich und bringt die Katalysatoren 13; 14 in eine fast kontinuierliche Arbeitsweise mit einem wirkungsvollen Reinigungsvolumen. Dabei gehen gemäß dem Ausführungsbeispiel 2,1 m³/h Rauchgas in den Brenner 7 der eine Leistung von 32 kW hat. Die Ansaugluftmenge des Brenners 7 beträgt 30 m³/h, wobei die Ansaugmenge an Rauchgas einen Anteil von 7% aufweist. Die restlichen 93% werden über den Wärmetauscher 15 vorgewärmt mit einer Temperatur von 200°C angesaugt. Zusammen mit einer Ölmenge von 3 kg/h ergibt sich bei einem λ-Wert von 1,3 eine Verbrennungstemperatur von 1.700°C und damit eine mittlere Temperatur in der thermischen Verbrennungsanlage 8 von 1.300°C. Die Eingangstemperatur in den Wärme tauscher 10 beträgt damit 1.300°C. Die hierin erwärmte Luftmenge von 3 m³/h besteht zu 10% aus Rauchgasen. Die Erwärmung von 20°C auf 1.100°C bringt deshalb eine Abküh lung von 55°C, zuzüglich Wärmeverluste, auf 100°C. Das Rauchgas kommt somit in die Wandkanäle des Verbrennungsbehälters 3 mit einer Temperatur von 100°C und verlässt diese mit einer Temperatur von 450°C. Gemischt mit dem relativ kalten Rauchgas über die Vakuumpumpe 17 ergibt sich daraus eine Temperatur von 300°C im Mischer 6.

Im Katalysator 13 der Entstickung steigt die Temperatur über die Redox-Reaktion um 20°C. Das Rauchgas hat damit im Oxidationskatalysator 14 immer noch eine Temperatur von 300°C trotz der Wärmeverluste von außen. Der Luftvorwärmer 15 kühlt dann die Rauchgase auf 100°C ab und erwärmt die Frischluft auf 200°C. Damit sind die Verhältnisse für den nachfolgenden Adsorber, Polizeifilter 16, auf die richtige Temperatur eingestellt.

Im dargestellten Anwendungsfall ergibt sich ein Rückstand an Metall von 5,5 kg in dem Restmetallbehälter 5, der über eine Betriebszeit von 10 Std. mit 55 kg Metall gefüllt wird. Der Restmetallbehälter 5 ist luftdicht an die Klappe 4 des Verbrennungsbehälters 3 angeflanscht und wird alle 10 Std. ausgewechselt. Die Entleerung des Verbrennungsbehälters 3 über einen Stößel und die Klappe 4 erfolgt alle 15 Min. mit einer Geschosshülsenmenge von 1,5 kg. Das Transportband 19 bewegt mit jeder zweiten Transportlasche eine Geschossscheibe, welches somit eine Transportgeschwindigkeit von mindestens 24 Laschen je Stunde ergibt.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

Einfülltrichter

2

Schleuse

3

Verbrennungsbehälter

4

Klappe

5

Restmetallbehälter

6

Mischer

7

Brenner

8

Verbrennungsanlage

9

Luftstrom

10

Wärmetauscher

11

Trümmerlastrohr

12

Metallschaumachicht

13

Katalysator

14

Oxidations-Katalysator

15

Wärmetauscher

16

Adsorber/Polizeifilter

17

Vakuumpumpe

18

Ventil

19

Transportband

Claims

1. Munitions- und Restsprengstoff-Verbrennungsanlage mit interner Entstickung, dadurch gekennzeichnet, dass die entstehenden Rauchgase in einem über der dickwandigen Verbrennungskammer (3) liegenden, unter Unterdruck stehenden Reflektions- und Mischkammer zu einem kontinuierlichen Rauchgasstrom umgewandelt und teilweise als Zusatz zu einem Brenner (7) sowie teilweise als Zusatz für eine Entstickungsanlage aufgeteilt und nach der thermischen Abgasreinigung (8) und der Verbrennungskammer- Wandheizung wieder gemischt, in einen Entstickungskatalysator (13) geleitet und in einem Nachverbrennungskatalysator (14) nachverbrannt werden.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der thermischen Nach verbrennung (8) und der Wandheizung des Verbrennungsbehälters (3) ein keramischer Wärmetauscher (10) aus molybdänhaltigen SiC zwischengeschaltet ist, der die Verbren nungsluft (9) des Munitionsmaterials auf mindestens 1.000°C erwärmt.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dickwandige Munitions verbrennungskammer des Verbrennungsbehälters (3) zwei Ausfräsungen besitzt, die mit einer hydraulischen oder pneumatischen Schiebevorrichtung und mit einer gegen überliegenden federbelasteten Klappe (4) versehen ist, um die metallischen Rückstände periodisch in einen Restmetallbehälter (5) ohne ein Öffnen der Anlage zu entleeren.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Verbren nungsgase aus der Munitionsverbrennung in Zuluft für den Brenner (7) und Reduktionsgas für die Entstickung mit Ventilen (18) im Verhältnis von 60 bis 90% zu 40 bis 10% erfolgt.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dickwandige Verbrennungs behälter (3) und die darüberliegende Ausgleichskammer ein Volumen von 0,5 bis 5 m³ und ein Vakuum von 0,1 bis 0,5 bar Unterdruck aufweisen.

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vergleichmäßigung der Strömung der Verbrennungsgase des Sprengstoffs in dem oberen Teil des Verbrennungs behälters (3) zwei in Strömungsrichtung hintereinander liegenden Schichten aus versetzten Rohren (11) und einem Metallschaumguss (12) angeordnet sind.