DE10204814B4 - Vorrichtung zur Entsorgung gefährlicher oder hochenergetischer Materialien - Google Patents

Vorrichtung zur Entsorgung gefährlicher oder hochenergetischer Materialien Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Entsorgung gefährlicher oder hochenergetischer Materialien mit
a) einem druckfesten Außengehäuse, in dem die Materialien. unter kontrollierten Bedingungen zu einer Reaktion bringbar sind, deren Endprodukte ungefährlich sind;
b) mindestens einem in dem Außengehäuse sich von oben nach unten bewegendem Wanderbett, welches im dynamischen Gleichgewicht zwischen der Zufuhr eines Schüttgutes und den zu entsorgenden Materialien einerseits und dem Austrag einer Mischung aus Schüttgut und der Reaktion entstammender Reststoffe andererseits ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
c) in dem Außengehäuse (2) eine Mehrzahl von Innengehäusen (14a bis 14d) angeordnet ist, die gasdicht mit dem Außengehäuse (2) verbunden sind und in denen sich getrennte Wanderbetten von einer Einlaßöffnung im oberen Bereich zu einer Auslaßöffnung im unteren Bereich ausbilden;
wobei
d) die Zwischenräume zwischen dem Außengehäuse (2) und den Innengehäusen (14a bis 14d) und die Zwischenräume zwischen den Innengehäusen (14a bis 14d) mit einem Schüttgut ausgefüllt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entsorgung gefährlicher oder hochenergetischer Materialien mit
    • a) einem druckfesten Außengehäuse, in dem die Materialien unter kontrollierten Bedingungen zu einer Reaktion bringbar sind, deren Endprodukte ungefährlich sind;
    • b) mindestens einem in dem Außengehäuse sich von oben nach unten bewegenden Wanderbett, welches im dynamischen Gleichgewicht zwischen der Zufuhr eines Schüttguts und den zu entsorgenden Materialien einerseits und dem Austrag einer Mischung aus Schüttgut und der Reaktion entstammender Reststoffe andererseits ausgebildet ist.
  • Eine derartige Vorrichtung ist in der DE 199 11 175 C2 beschrieben. Diese ermöglicht eine kontinuierliche, also nicht nur chargenweise Durchführung der Reaktion am Entsorgungsgut. Hierzu bewegt sich letzteres zunächst in eine gewisse Tiefe des Wanderbettes hinein, wo es dann zur Reaktion gebracht werden kann. Das umgebende Wanderbett nimmt dabei freiwerdende Energie sowohl in mechanischer als auch in thermischer Form auf. Das Wanderbett bietet – so dies gewünscht wird – große Oberflächen, an denen eine Reaktion ablaufen kann. Schließlich stellt das Wanderbett auch einen Wärmespeicher dar, der überall dort, wo die zu entsorgenden Materialien auf eine Reaktionstemperatur gebracht werden müssen, für Energieeinsparungen sorgen kann. Schüttgut und zu entsorgende Materialien können dem Wanderbett in vermischten Zustand zugeführt werden oder getrennt auf das Wanderbett "aufgestreut" werden, so daß sich die Mischung erst innerhalb des Wanderbettes bildet. Die Zufuhr bzw. das Aufstreuen kann auch in getrennten Materialströmen erfolgen, wobei das Entsorgungsgut portioniert sein kann.
  • Bei der bekannten Vorrichtung nimmt das Schüttgut den gesamten Innenraum des Außengehäuses ein, so daß sich ein einziges, großes Wanderbett bildet. Dabei müssen verhältnismäßig große Massen bewegt werden, was zu einer gewissen Trägheit bei der Regelung der Reaktionsprozesse, beispielsweise bei der Temperaturführung, führt. Außerdem kann die Vorrichtung bei stark schwankenden Mengen an anfallendem Entsorgungsgut zeitweise schlecht ausgelastet sein.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie in ihrer Kapazität flexibler, mit geringerer Trägheit zu regeln und mit geringeren Wärmeverlusten zu betreiben ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
    • c) in dem Außengehäuse eine Mehrzahl von Innengehäusen angeordnet ist, die gasdicht mit dem Außengehäuse verbunden sind und in denen sich getrennte Wanderbetten von einer Einlaßöffnung im oberen Bereich zu einer Auslaßöffnung im unteren Bereich ausbilden, wobei
    • d) die Zwischenräume zwischen dem Außengehäuse und den Innengehäusen und die Zwischenräume zwischen den Innengehäusen mit einem Schüttgut ausgefüllt sind.
  • Durch den erfindungsgemäßen Einbau von Innengehäusen, denen jeweils ein eigenes Wanderbett zugeordnet ist, in ein gemeinsames Außengehäuse entsteht eine Gesamtvorrichtung, die gewissermaßen voneinander unabhängig betreibbare "Einzelvorrichtungen" umfasst. Die "Einzelvorrichtungen" teilen sich dabei in gewisser Weise die Gesamtmenge des Schüttgutes, das sich im Außengehäuse befindet. Diese Gesamtmenge des Schüttgutes ist ein unmittelbares Maß für die Sicherheit, mit welcher die Gesamtvorrichtung und die Einzelvorrichtungen gefahren werden können. Da jede "Einzelvorrichtung" gesondert betrieben werden kann, ist die Menge des durch das entsprechende Wanderbett zirkulierenden Schüttgutes vergleichsweise gering, was eine schnellere Regelung der Prozeßabläufe gestattet. Kapazitätsanpassungen sind ohne weiteres möglich, da bei geringerem Anfall an Entsorgungsgut bestimmte "Einzelvorrichtungen" innerhalb der Gesamtvorrichtung stillgelegt werden können. Ein weiterer Vorteil ist, daß das in den Zwischenräumen zwischen dem Außengehäuse und den Innengehäusen sowie in den Zwischenräumen zwischen den Innengehäusen vorhandene Schüttgut sich nicht bewegen, insbesondere nicht aus dem Gehäuse herausgebracht werden muß, was mit einem entsprechenden Wärmeverlust verbunden wäre.
  • Im allgemeinen ist es nicht erforderlich, die aus den Innengehäusen austretenden Schüttgutströme voneinander getrennt zu halten. In vielen Fällen genügt daher eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher den verschiedenen Innengehäusen eine gemeinsame Austragöffnung zugeordnet ist. Die Abscheidung des Schüttgutes von den Reststoffen des Entsorgungsgutes kann dann in einer gemeinsamen Abscheideinrichtung vorgenommen werden.
  • Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die verschiedenen, aus den "Einzelvorrichtungen" austretenden Schüttgutströme getrennt zu halten. Dann wird eine Ausführungsform der Erfindung eingesetzt, bei welcher den verschiedenen Innengehäusen jeweils eine eigene Austragöffnung zugeordnet ist.
  • Das Schüttgut in den Zwischenräumen zwischen dem Außengehäuse und den Inngengehäusen und in den Zwischenräumen zwischen den Innengehäusen kann aus demselben Schüttgut bestehen wie das Schüttgut innerhalb der Innengehäuse. Dies stellt insoweit für den Betreiber der Vorrichtung eine Vereinfachung dar, als er nur eine Art von Schüttgut bereithalten muß.
  • Da aber das Schüttgut in den Zwischenräumen an der Wanderbettbewegung nicht teilnimmt, braucht es grundsätzlich nicht fließfähig zu sein. Es ist daher auch eine Ausgestaltung der Erfindung möglich, bei welcher das Schüttgut in den Zwischenräumen zwischen dem Außengehäuse und den Innengehäusen sowie in den Zwischenräumen zwischen den Innengehäusen aus Metallschrott, Keramik, insbesondere Keramikbruchstücken, oder Ähnlichem besteht. Insgesamt wird so die Befüllung der Vorrichtung mit Schüttgut preiswerter.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
  • 1: einen Axialschnitt durch den mittleren Bereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 2: einen Schnitt durch 1
  • 1 stellt einen Axialschnitt durch den mittleren Bereich eines Schachtofens dar, wie er in seinem grundsätzlichen Aufbau aus der oben erwähnten DE 199 11 175 C2 bekannt ist. Die nachfolgende Beschreibung dieses Schachtofens beschränkt sich im wesentlichen auf diejenigen Merkmale, in denen sich der dargestellte Schachtofen von dem bekannten unterscheidet; ergänzend wird auf den Inhalt der DE 199 11 175 C2 verwiesen.
  • An den in 1 dargestellten Ausschnitt eines Außengehäuses 2 des Schachtofens ist unten ein Austragabschnitt angesetzt zu denken, in dem sich eine Austragöffnung befindet. Auf das obere Ende des Außengehäuses 2 ist ein nicht dargestellter Deckel aufgesetzt, in dem sich verschiedene Einlaß- und Auslaßöffnungen befinden.
  • Im Innenraum des Außengehäuses 2 befinden sich vier im Querschnitt kreisförmige Innengehäuse 14a bis 14d, die an ihrem oberen und unterem Ende gasdicht mit dem Außengehäuse 2 bzw. dessen Deckel und dessen Austragabschnitt verbunden sind. Die Innengehäuse 14a bis 14d verlaufen achsparallel durch das Außengehäuse 2 in einer Anordnung, wie diese insbesondere der 2 zu entnehmen ist.
  • Über vier Einlaßöffnungen des in der Zeichnung nicht dargestellten Deckels wird dem Innenraum der verschiedenen Innengehäuse 14a bis 14d im Sinne der Pfeile 3a, 3c eine Schüttung von Stahlkugeln zugeführt, welche im betriebsbereiten Zustand im wesentlichen den gesamten Innenraum der Innengehäuse 14a bis 14d ausfüllt; die Stahlkugeln sind dabei so dimensioniert, daß sie innerhalb der Innengehäuse 14a bis 14d eine fließfähige Schüttung nach Art eines Wanderbettes bilden. Während des Betriebes des Schachtofens gelangen in das Schüttgut zunehmend auch Schrottreste, die aus dem Entsorgungsgut stammen, wie nachfolgend noch deutlich wird.
  • Über weitere vier Einlaßöffnungen im Deckel des Außengehäuses 2 wird im Sinne der Pfeile 4a bis 4c das Entsorgungsgut 5 in die vier sich innerhalb der Innengehäuse 14a bis 14d bewegenden Wanderbetten eingeführt. Nachfolgend wird davon ausgegangen, daß es sich dabei um Munition handelt. Diese vermischt sich mit dem Schüttgut und bewegt sich gemeinsam mit diesem, in das Wanderbett integriert, innerhalb der Innengehäuse 14a bis 14d nach unten, bis die Munition 5 in der geeigneten Tiefe aufgrund der dort herrschenden Temperatur, gegebenenfalls unter zusätzlicher Energiezufuhr, zur Reaktion gebracht wird.
  • Die Stahlkugeln und die Reaktionsprodukte sowie Schrott gelangen bei ihrer Weiterbewegung zu der allen Wanderbetten gemeinsamen Austragöffnung. Diese ist mit einer ebenfalls nicht dargestellten Austrageinrichtung verbunden, welche die Mischung aus den als Schüttgut verwendeten Stahlkugeln, dem Schrott und sonstigen Reststoffen, die bei der Reaktion des Entsorgungsgutes entstehen, abzieht. In einer Abscheideeinrichtung wird das Schüttgut von den sonstigen Reststoffen, insbesondere dem groben Schrott, getrennt. Das Schüttgut wird über eine Leitung den entsprechenden Einlaßöffnungen im Deckel des Außengehäuses 2 wieder zugeführt, während der grobe Schrott und die sonstigen aus der Reaktion stammenden festen Reststoffe einer endgültigen Entsorgung gefahrlos zugeführt werden können.
  • Alternativ ist es auch möglich, für jedes Innengehäuse 14a bis 14d eine eigene Austragöffnung vorzusehen, so daß auch im Auslaufbereich die Materialströme, die sich durch die einzelnen Innengehäuse 14a bis 14d bewegen, vollständig getrennt gehalten werden können.
  • Auf diese Weise entstehen im Ergebnis innerhalb des gemeinsamen Außengehäuses 2 vier getrennt betreibbare Schachtöfen, in denen auch unterschiedliche physikalische Parameter eingehalten, insbesondere also unterschiedliche Temperaturprofile gefahren, unterschiedliche Hilfsstoffe zugesetzt, unterschiedliche Arten von Entsorgungsgut bearbeitet und unterschiedliche Atmosphären aufrecht erhalten werden können.
  • Soweit bisher beschrieben, stimmt die Bau- und Funktionsweise jedes einzelnen der vier in den 1 und 2 dargestellten Schachtöfen mit derjenigen der DE 199 11 175 C2 überein.
  • Neu bei den in 1 dargestellten einzelnen Schachtöfen sind vier Reihen oder Stapel von koaxial übereinander angeordneten trichterförmigen Einbauten 6a bis 6d, die jeweils in einem der Innengehäuse 14a bis 14d angeordnet sind. Diese dienen in nachfolgend noch zu beschreibender Weise als "Schikanen" und bremsen die axial nach unten gerichtete Strömung des Schüttgutes in den Randbereichen der Innengehäuse 14a bis 14d. Jede dieser aus Blech bestehender Einbauten 6a bis 6d besitzt an ihrem oberen Rand einen Durchmesser, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des zugeordneten Innengehäuses 14a bis 14d ist. Der Durchmesser der Austrittsöffnung am unteren Rand der Einbauten 6a bis 6d ist so groß, daß auch die größten im Entsorgungsgut 5 enthaltenen Teile diese Austrittsöffnung mühelos passieren können.
  • Die vier in den 1 und 2 dargestellten Innengehäuse 14a bis 14d bzw. die sich hierin bewegenden Wanderbetten werden jeweils von einem Kreislaufgas durchströmt, das von unten im Sinne der Pfeile 11a, 11b in die Innengehäuse 14a bis 14d eintritt und oben im Sinne des Pfeiles 12 wieder austritt. Dabei wird angenommen, daß alle vier Innengehäuse 14a bis 14d eine gemeinsame obere Gasaustrittsöffnung besitzen. Selbstverständlich ist es auch hier möglich, die verschiedenen Gaskreisläufe für die vier Innengehäuse 14a bis 14d vollständig voneinander getrennt zu halten und dementsprechend im Deckel des Außengehäuses 2 vier Austrittsöffnungen für Kreislaufgas vorzusehen.
  • Das Kreislaufgas dient zum einen bei Bedarf zur Erwärmung der in den Innengehäusen 14a bis 14d befindlichen Wanderbetten und trägt zum anderen gasförmige Reaktionsprodukte aus.
  • Die Zwischenräume zwischen dem Außengehäuse 2 und den einzelnen Innengehäusen 14a bis 14d sowie die Zwischenräume zwischen den Innengehäusen 14a bis 14d sind mit einem Schüttgut angefüllt, das an der Bildung der Wanderbetten nicht teilnimmt, daher permanent in dem Außengehäuse 2 verbleibt und auch nicht im Kreise geführt werden muß. Bei diesem Schüttgut kann es sich um das gleiche Schüttgut handeln, das innerhalb der verschiedenen Innengehäuse 14a bis 14d Wanderbetten bildet, also beispielsweise um Stahlkugeln. Da jedoch das Schüttgut in diesen Zwischenräumen nach dem oben Gesagten nicht fließfähig sein muß, kann hier auch unregelmäßig geformter Metallschrott, Keramik, insbesondere in Form von Keramikbruchstücken, oder Ähnliches eingebracht werden. Die Funktion des Schüttgutes in diesen Zwischenräumen besteht ausschließlich darin, die mechanische und im kleineren Umfang auch thermische Energie aufzunehmen, die bei der Reaktion bzw. Detonation des Entsorgungsgutes 5 gebildet wird. Dieses Schüttgut stützt gleichzeitig die Innengehäuse 14a bis 14d ab, so daß diese mechanisch keinen großen Beanspru chungen ausgesetzt sind.
  • Der oben beschriebene Schachtofen funktioniert wie folgt:
    Durch die Zugabe von Schüttgut entsprechend den Pfeilen 3a, 3b, bilden sich, wie schon erwähnt, innerhalb der Innengehäuse 14a bis 14d Wanderbetten aus. Aufgrund der Einbauten 6a bis 6d wird die axiale Strömungsgeschwindigkeit dieser Wanderbetten im radial außenliegenden Bereich der Innengehäuse 14a bis Tod verlangsamt. Dem Schüttgut und allen anderen Substanzen, welche auf die konischen Flächen der Einbauten 6a bis 6d auftreffen, wird eine radial nach innen gerichtete Bewegungskomponente verliehen.
  • Im Ergebnis entstehen in dem Schachtofen vier "Kernströmungen" in einem radial innen liegenden Kernbereich der vier Wanderbetten, also innerhalb des Bereiches, dessen Durchmesser den unteren Austrittsöffnungen der Einbauten 6a bis 6d entspricht. In den Randbereichen der Innengehäuse 14a bis 14d, welche die "Kernbereiche" ringförmig umgeben, bewegt sich das Schüttgut entlang der oberen, konisch geneigten Flächen der Einbauten 6a bis 6d nach unten und innen, wobei durch den Spalt zwischen den Einbauten 6a bis 6d und den Wänden der Innengehäuse 14a bis 14d dafür gesorgt ist, daß unterhalb der Einbauten 6a bis 6d keine Hohlräume entstehen. Vielmehr rutscht das Schüttgut durch die Spalte in dem jeweils erforderlichen Ausmaß axial nach unten nach.
  • Durch die Größe des Konuswinkels, den die trichterförmigen Einbauten 6a bis 6d aufweisen, läßt sich das Ausmaß einstellen, in dem die Strömungsgeschwindigkeit des Schüttgutes in den radial außen liegenden Bereichen der Innengehäuse 14a bis 14d reduziert wird.
  • Gegenüber dem in der DE 199 11 175 C2 beschriebenen, bekannten Schachtofen läßt sich die Gesamtenge des zirkulierenden Schüttgutes auf diese Weise erheblich reduzieren. Dadurch werden zum einen die Wärmeverluste minimiert, da geringere Materialmengen aus dem Schachtofen ausgetragen werden. Zum anderen kann die Regelung der in den Innengehäusen 14a bis 14d des Schachtofens ablaufenden Prozesse, beispielsweise die Temperaturführung, mit sehr viel geringerer Trägheit erfolgen, da an den Regelprozessen geringere Massen beteiligt sind.
  • Dieser gewünschte Effekt wird zusätzlich dadurch unterstützt, daß, wie oben erwähnt, das in den Zwischenräumen zwischen dem Außengehäuse 2 und den Innengehäusen 14a bis 14d sowie in den Zwischenräumen zwischen den Innengehäusen 14a bis 14d befindliche Schüttgut überhaupt nicht an einer Kreisströmung teilnimmt.
  • Ein weiterer Vorteil der Einbauten 6a bis 6d besteht darin, daß die Wände der Innengehäuse 14a bis 14d insgesamt kälter bleiben, da eine radiale Strömung aus den inneren, heißeren Bereichen der Innengehäuse 14a bis 14d nach außen durch die Einbauten 6a bis 6d verhindert bzw. wieder radial nach innen umgelenkt wird. Für die Wände der Innengehäuse 14a bis 14d sowie für die Wand des Außengehäuses 2 sind somit höhere Festigkeiten zu erwarten.
  • Die Einbauten 6a bis 6d bieten darüber hinaus für Sensoren und Zufuhrrohre für Hilfsstoffe einen Schutz. Auf diese Weise können Sensoren unmittelbar in der Nähe der "Kernbereiche" der einzelnen Wanderbetten angeordnet werden und dort die physikalischen Parameter über wachen, was bei konventionellen Schachtöfen bisher wegen der Bewegung des Wanderbettes nicht möglich war. Hilfsstoffe, z. B. Heiz- oder Kühlgase oder Chemikalien, können bis sehr nahe in den Kernbereich des Wanderbettes eingebracht werden, was ebenfalls bei der konventionellen Bauweise des Schachtofens unmöglich war.
  • Mit dem beschriebenen Schachtofen ist gegenüber dem Stande der Technik eine Vervielfachung der Entsorgungskapazität möglich; gleichwohl baut er kompakt. Er benötigt nicht dasselbe Vielfache an Schüttgut, da sich die verschiedenen Kernbereiche, in denen Reaktionen und Explosionen stattfinden können, das Schüttgut gewissermaßen "teilen".
  • Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel bestanden die Einbauten 6a bis 6d jeweils aus trichterförmig zusammengefügten Blechen, die nicht nur die Axialströmung der Wanderbetten außerhalb der Kernbereiche verzögerten, sondern außerdem eine Materialströmung radial von außen nach innen zur Folge hatten. Wird eine derartige Radialbewegung nicht gewünscht, können als die Bewegung des Schüttgutes außerhalb der Kernbereiche verzögernde Schikanen auch Einbauten verwendet werden, die als ebene Roste oder Lochplatten ausgebildet sind. Auch eine Ausgestaltung wäre möglich, bei der die Einbauten zwar weiterhin als Trichter gestaltet sind, die Orientierung von übereinander liegenden Trichtern jedoch umgekehrt wird, so daß beispielsweise ein oben liegender Trichter sich nach unten verjüngt, während der darunter liegende Trichter sich nach unten erweitert. Auf diese Weise entstünde eine Zick-Zack-Bewegung des Schüttgutes in den Ringbereichen, welche die die schnelle Schüttgutströmung führenden Kernbereiche umgeben.

Claims (5)

  1. Vorrichtung zur Entsorgung gefährlicher oder hochenergetischer Materialien mit a) einem druckfesten Außengehäuse, in dem die Materialien. unter kontrollierten Bedingungen zu einer Reaktion bringbar sind, deren Endprodukte ungefährlich sind; b) mindestens einem in dem Außengehäuse sich von oben nach unten bewegendem Wanderbett, welches im dynamischen Gleichgewicht zwischen der Zufuhr eines Schüttgutes und den zu entsorgenden Materialien einerseits und dem Austrag einer Mischung aus Schüttgut und der Reaktion entstammender Reststoffe andererseits ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß c) in dem Außengehäuse (2) eine Mehrzahl von Innengehäusen (14a bis 14d) angeordnet ist, die gasdicht mit dem Außengehäuse (2) verbunden sind und in denen sich getrennte Wanderbetten von einer Einlaßöffnung im oberen Bereich zu einer Auslaßöffnung im unteren Bereich ausbilden; wobei d) die Zwischenräume zwischen dem Außengehäuse (2) und den Innengehäusen (14a bis 14d) und die Zwischenräume zwischen den Innengehäusen (14a bis 14d) mit einem Schüttgut ausgefüllt sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den verschiedenen Innengehäusen (14a bis 14d) eine gemeinsame Austragöffnung zugeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den verschiedenen Innengehäusen (14a bis 14d) jeweils eine eigene Austragöffnung zugeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut in den Zwischenräumen zwischen dem Außengehäuse (2) und den Innengehäusen (14a bis 14d) sowie in den Zwischenräumen zwischen den Innengehäusen (14a bis 14d) aus demselben Material besteht wie das Schüttgut innerhalb der Innengehäuse (14a bis 14d).
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut in den Zwischenräumen zwischen dem Außengehäuse (2) und den Innengehäusen (14a bis 14d) sowie in den Zwischenräumen zwischen den Innengehäusen (14a bis 14d) aus Metallschrott, Keramik, insbesondere Keramikbruchstücken oder Ähnlichem besteht.
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