DE3234017C2 - Durchlaufofen zur Veraschung fester organischer Substanzen - Google Patents

Durchlaufofen zur Veraschung fester organischer Substanzen

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Abstract

Es wird ein Durchlaufofen zur Veraschung fester organischer Substanzen unter Zuführung von Reaktionsgasen und Energie, insbesondere zur Veraschung radioaktiver organischer Feststoffabfälle, bestehend aus einem von außen beheizten Reaktionsrohr, einer Eintrags- und einer Austragsvorrichtung, beschrieben. Als Eintragsvorrichtung wird eine Feststoffpumpe verwendet, die mit dem Reaktionsrohr eine gemeinsame Längsachse besitzt. In Transportrichtung des Veraschungsrohres ist das Reaktionsrohr aufgeweitet, wobei der Winkel zwischen Längsachse und Rohrwand 0,5 bis 5 ° beträgt. Die Rohrwand ist ganz oder teilweise gasdurchlässig. Im Durchlaufofen kann die thermische Behandlung der festen organischen Substanzen sowohl durch Verbrennung als auch durch Pyrohydrolyse oder Pyrolyse erfolgen.

Description

— daß die Eintragsvorrichtung als Feststoff-Kolbenpumpe (1) ausgebildet ist, deren Zylinder mit dem Reaktionsrohr (2) eine gemeinsame Längsachse (5) besitzt und unmittelbar in das Reaktionsrohr (2) übergeht,
— daß das Reaktionsrohr (2) in Transportrichtung des Veraschungsgutes aufgeweitet ist, wobei der Winkel (λ) zwischen Längsachse (5) und Rohrwand (3) 0,5 bis 5° beträgt,
— und daß die Rohrwand (3) ganz oder teilweise aus einem gasdurchlässigen porösen Sinterwerkstoff besteht
2. Durchlaufofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsrohr (2) und die Feststoff-Kolbenpumpe (1) einen kreisförmigen Querschnitt besitzen.
3. Durchlaufofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsrohr (2) und die Feststoff-KolL_npumpe (1) horizontal angeordnet sind.
4. Durchlaufofen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel {-) zwischen Γ und 3° liegt, insbesondere 2° beträgt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Durchlaufofen zur Veraschung fester organischer Substanzen unter Zuführung von Reaktionsgasen und Energie, insbesondere zur Veraschung radioaktiver organischer Feststoffabfälle, bestehend aus einem von außen beheizten Reaktionsrohr, einer Eintrags- und einer Austragsvorrichtung. Ein solcher Ofen ist durch die DE-OS 26 41 264 bekannt.
In vielen Fällen müssen feste organische Abfälle vor ihrer Deponierung in ihren Volumen reduziert oder aber überhaupt erst in ein lagerfähiges Produkt überführt werden. Das Überführen erfolgt überwiegend durch thermische Behandlung der Abfälle, wobei die Verbrennung mit Luftzusatz, die Vergasung mit Luft/ Wasserdampf (Pyrohydrolyse) oder die Entgasung unter Inertbedingungen (Pyrolyse) mögliche thermische Verfahren sind.
Die umweltfreundliche Beseitigung fester organischer Abfälle, die bioschädlich bzw. radioaktiv kontaminiert sind, hat dabei weltweit besondere Bedeutung erlangt.
Für die thermische Behandlung von festen organischen Abfällen sind verschiedene Ofenbauweisen bekannt, die sich sowohl in ihrer chemisch/thermischen als auch in ihrer verfahrenstechnischen Funktionsweise unterscheiden. So wird in der DE-OS 22 51 007 über einen ausgemauerten Schachtofen zur Verbrennung radioaktiver fester organischer Substanzen berichtet.
Der Schachtofen hat jedoch den Nachteil, daß die Ausmauerung Aktivitätsträger absorbiert, die nicht entfernt werden können. Daher gestaltet sich die Erneuerung dieser Ausmauerung, die üblicherweise alle 5000 bis 10 000 Betriebsstunden notwendig wird, als ausgesprochen schwierig, es sei denn, man nimmt lange Still-Standzeilen zum Zwecke des Abklingens von Strahlung beispielsweise von radioaktiver Verunreinigung in Kauf.
Weiterhin hat der beschriebene Schachtofen den Nachteil geringer spezifischer Feuerraumleistung und
ίο — bedingt durch die Einleitung der Verbrennungsluft an einer oder wenigen Stellen — den Nachteil örtlich stark unterschiedlicher Temperaturen. Dadurch kann es zu schädlichen Ascheverflüssigungen und störenden Verbackungen kommen.
Auch Durchlaufofen werden für die thermische Behandlung von organischen Abfällen eingesetzt Je nach dem Arbeitsprinzip entsprechend den jeweiligen Kombinationen bewegtes/feststehendes Wärmegut — bewegter/Feststehender Herd ergeben sich jedoch erhebliehe Nachteile, die fallweise u. a. in umfangreichen mechanischen Einrichtungen, Gefährdung des Betriebspersonals, Flugaschebildung, Korrosion in heißen Zonen oder großen Antriebseinheiten, weiche der Verwendung in Heißen Zellen oder in engen Räumen entgegenstehen, begründet sind.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Durchlaufofen der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der die beschriebenen Nachteile vermeidet, wirtschaftlich günstig arbeitet, mechanisch einfach, weitgehend störungsfrei, wartungsfreundlich und ohne Ausmauerung aufgebaut ist, in engen heißen Zellen und kleinen Räumen aufgestellt werden kann und das Betriebspersonal bei der thermischen Behandlung von radioaktivem oder anderem bioschädlichen Abfall nicht durch Kontamination gefährdet.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Eintragsvorrichtung als Feststoff-Kolbenpumpe ausgebildet ist, deren Zyünd^r mit dem Reaktionsrohr eine gemeinsame Längsachse besitzt und unmittelbar in das Reaktionsrohr übergeht, daß das Reaktionsrohr in Transportrichtung des Veraschungsgutes aufgeweitet ist, wobei der Winkel (λ) zwischen Längsachse und Rohrwand 0,5 bis 5° beträgt, und daß die Rohrwand ganz oder teilweise aus einem gasdurchlässigen porösen Sinterwerkstoff besteht.
Vorzugsweise besitzen das Reaktionsrohr und die Feststoff-Kolbenpumpe einen kreisförmigen Querschnitt und sind horizontal angeordnet. Auch ist es vorteilhaft, wenn der Winkel (λ) zwischen 1° und 3° liegt, insbesondere 2° beträgt.
Der erfindungsgemäße Durchlaufofen weist vor alleni folgende Vorteile auf:
— Keine Mechanik im heißen Teil der Anlage,
— Beschränkung der Mechanik auf die ohnehin notwendige Feststoff-Kolbenpumpe, daher wenig störanfällig, also wartungsarm,
— gleichmäßige kontinuierliche Reaktionsführung,
— kleine Abmessungen, trotzdem überraschend große Mengendurchsätze bei geringem Personaleinsatz,
— bedingt durch die kleinen Abmessungen boxen- bzw. heißzellen — freundlich,
— keine Umwel'belästigungen, also umweltfreundlieh,
— mögliche Sicherheitsauslegung gegen Kritikalität bei der Behandlung von radioaktivem Abfall.
Anhand der schematischen Abbildungen I und II wird
der erfindungsgemäße Durchlaufofen beispielhaft nachstehend näher erläutert.
In einem Mischbunker (9) befindet sich fester organischer Abfall (10), der vorher in einem Zerkleinerer (8) auf eine gewünschte Teilchengröße gebracht wurde.
Der zerkleinerte Abfall (10) gelangt mittels einer Feststoff-Kolbenpumpe (1) in ein Reaktionsrohr (2), wobei der Pumpenkolben (4) den Abfall (10) in das Reaktionsrohr (2) aus hochwarmfestem Stahl oder einem anderen geeigneten Metall schiebt. Die Feststoff-Kolbenpumpe (1) und das Reaktionsrohr besitzen die gleiche Längsachse (5). Der Pumpenkolben (4) ist so dimensioniert, daß er den Auslaß des Mischbunkers (9) verschließt, wenn er den vorderen ofenseitigen Totpunkt (14) erreicht. Der Auslaß des Mischbunkers (9) wird bei der Gegenbewegung des Pumpenkolbens (4) für die Abfallchargierung freigegeben. Das Reaktionsrohr (2) ist in Transportrichtung des Veraschungsgutes aufgeweitet, wobei der Winkel (a) zwischen Längsachse (5) und der Rohrwand (3) 0,5 bis 5° beträgt Dadurch wird eine überraschende Selbsthemmung des ständig durch die Feststoff-Kolbenpumpe (1) nachgedrückten Ahfallmaterials (10) erreicht, so daß es durch die Rückbewegung des Pumpenkolbens (4) nicht zurückgesaugt werden kann. Durch das Einpressen des Abfalls in das Reaktionsrohr (2) baut sich vor dem Pumpenkolben (4) ein Druck des Veraschungsgutes auf die Wände von ca. 100 bar auf, während beim Übergang des Reaktionsrohres (2) in die Austragsvorrichtung (15) für die Asche (11) lediglich ein Druck von <! bar herrscht Das Reaktionsrohr (2) ist mittels Einrichtungen (13) beheizt Ein großer Teil der Rohrwand (3) besteht aus einem porösen Sinterwerkstoff, wobei die Poren (6) so dimensioniert und angeordnet sind, daß keine Asche austreten kann. Durch die Poren (6) gelangt das Reaktionsgas, z. B. Luft (7), durch freies Ansaugen infolge des Verbrennungsvorgangs in das heiße Innere des Reaktionsrohres (2) und reagiert mit den zu veraschenden Abfällen (10) über eine längere Reaktionsrohrzonenlänge hinweg. Dadurch werden örtliche Überhitzungen weitgehend vermieden. Je nach Prozeßführung laufen im Reaktionsrohr (2) die Trocknung sowie die Reaktionen Entgasung, Vergasung oder Verbrennung ab. Die Länge des Reaktionsrohres (2) ist auf die Frequenz der Feststoff-Kolbenpumpe und auf den Kohlenstoffgehalt der organischen Feststoffabfälle, z. B. Filnmaterialabfäüe, schwach radioaktive Krankenhausabfälle oder Ionentauscherharze, so abgestimmt, daß die jeweils erforderliche minimale Verweilzeit im Reaktionsrohr (2) sichergestellt ist. Das ReaktionjTohr (2) enthält keine Ausmauerung aus feuerfesten Steinen oder dergleichen. In der Austragsvorrichtung (15) wird unter Verwendung von Heißgasfiltern die Asche (11), fallweise auch koksartiges Produkt und Wertstoffe, vom Abgas (12) getrennt. Das Abgas (i2) kann fallweise nachverbrannt und weiter gereinigt werden.
Der erfindungsgemäße Durchlaufofen kann geneigt oder vertikal von unten nach oben mit überlaufartigem Ascheaustrag betrieben werden, da das Abfallgut wegen der beschriebenen Geometrie- bzw. Druckverhältnisse selbsthemmend ist, also nicht zurückrutschen kann. Besonders vorteilhaft ist jedoch in zahlreichen Fällen die horizontale Anordnung des Reaktionsrohres (2) und der Feststoffpumpe (1), da sich der Gesamtaufbau mit der Eintrags- und der Austragsvorrichtung vereinfacht. Auch hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Reaktionsrohr (2) und d:<? Feststoffpumpe (1) einen kreisförmigen Querschnitt besitzen. Dadurch ergeben sich keine »toten Ecken« für das Abfallmaterial, und die Reaktionsgeschwindigkeit wird vergleichmäßigt Bei entsprechend gewähltem Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts kann weiterhin im Fall der thermischen Behandlung von radioaktiven Abfällen eine kritikalitätssichere Geometrie eingestellt werden.
Es hat sich für zahlreiche Abfallarten eine optimale Selbsthemmung im Sinne des erfindungsgemäßen Durchlaufofens herausgestellt, wenn der Winkel (λ) zwischen 1° und 3° liegt insbesondere 2° beträgt.
Besteht das Reaktionsgas je nach Reaktionsführur.g nicht aus Luft (7), sondern aus Stickstoff, Sauerstoff oder Wasserstoff, wird dieser Reaktionsgasstrom (18) — Abbildung II — durch einen Gaseinlaßstutzen (19), der sich in einem das Reaktionsrohr (2) umschließenden Mantelrohr (16) befindet, auf die Sintermetall — Reaktionsrohrwand (17) geleitet Es liegt natürlich im Rahmen der Erfindung, diese Anordnung mit einem Mantelrohr (16) auch bei einer Reaktionsführung mitteis Luft (7) als Reaktionsgas zu verwenden.
Anhand der folgenden Beispiele soi die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Durchlaufof^ns näher erläutert werden.
Beispiel 1
Es waren schwach radioaktive feste organische Krankenhausabfälle thermisch durch Pyrohydrolyse zu behandeln. Die Zuführung des Reaktionsgases, eines Wasserdampf-Luft-Gemisches, erfolgte über ein horizontal angeordnetes Reaktionsrohr aus Sintermetall (Inconel 625, Porenweite ca. 30 μιη). Der Winkel («) zwischen der gemeinsamen Längsachse Feststoff-Kolbenpumpe-Reaktionsrohr und der Reaktionsrohrwand betrug 2°. Das elektrisch beheizte Reaktionsrohr wies eine Länge von nur 2 m und einen mittleren Durchmesser von etwa 100 mm auf.Die Reaktion wurde mit einem sogenannten Luftfaktor λ — 0,6 geführt. Dabei wurde durch die Feststoff-Kolbenpumpe mit 1 Hub/min Abfall mii einem Durchsatz von 10 kg/h in das Reaktionsrohr geschoben. Es entstanden etwa 0,5 kg/h kohlenstofffreie Asche und ca. 50 kg/h Abgas. Der erfindungsgemäße Durchlaufofen arbeitete störungsfrei ohne Umweltbeeinträchtigung und ohne nennenswerten Bedienungsaufwand.
Beispiel 2
Bei der thermischen Behandlung von zerkleinerten Filmmaterialabfällen durch Verbrennen betrug bei gleicher kurzer Reaktion;;rohrlänge wie im Beispiel 1 der mittlere Rohrdurchmesser etwa 250 mm (ebenfalls Sintermetall). Das Reaktionsrohr war mit einem Winkel (λ) von 1° ausgeweitet. Als Reaktionsgas wurde Luft verwendet.
Die VerbrennuRgsreaktion lief bei einem sogenannten Luftfaktor λ = 1,1 ab. Bei 1,3 Hüben/min förderte die Feststoff-Kolbenpumpe Filmmaterial mit einem Durchsatz von 50 kg'h durch das Reaktionsrohr. Es entstanden ca. 5 kg/h kohlenstofffreie silberhaltige Asche und etwa 250 kg/h Abgas bei einwandfreiem Betriebsverhalten über einen langen Zeitraum ohne Umweltbelästigung. Vor dem Deponieren der Asche wurde der Wertstoff Silber auf bekannte Weise abgetrennt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Durchlaufofen zur Veraschung fester organischer Substanzen unter Zuführung von Reaktionsgasen und Energie, insbesondere zur Veraschung radioaktiver organischer Feststoffabfälle, bestehend aus einem von außen beheizten Reaktionsrohr, einer Eintrags- und einer Austragsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet,
DE19823234017 1982-09-14 1982-09-14 Durchlaufofen zur Veraschung fester organischer Substanzen Expired DE3234017C2 (de)

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