-
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.