DE3815632C2

DE3815632C2 -

Info

Publication number: DE3815632C2
Application number: DE3815632A
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7519 Gondelsheim De Dirks; Wilhelm 7514 Eggenstein De Hempelmann
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1988-05-07
Filing date: 1988-05-07
Publication date: 1991-08-08
Also published as: JPH01320074A; JP2865704B2; DE3815632A1; KR920009568B1; KR890017720A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Asche und anderen keramischen Materialien mit schädlichen Bestandteilen wie z.B. radioaktiven oder toxischen Stoffen als Rückstände einer Verbrennungsanlage mit nachgeschalteter Ab gasreinigung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrich tung zur Durchführung eines solchen Schmelzverfahrens.The present invention relates to a method for melting of ashes and other ceramic materials with harmful Components such as radioactive or toxic substances as Residues from an incinerator with downstream Ab gas cleaning. The invention further relates to a Vorrich tion to carry out such a melting process.

Die bei der Verbrennnung z.B. radioaktiver Abfälle entstehende Asche ist weitgehend staubförmig und von Schlackebrocken sowie von Metallteilen durchsetzt. Dieses Material muß in einen end lagerfähigen Zustand versetzt werden. Dafür sollte das Mate rial möglichst nicht staubförmig sein und eine Auslaugbestän digkeit gegen alle während des Transports und bei der Endlage rung vorkommenden Flüssigkeiten aufweisen.The burns e.g. radioactive waste Ash is largely dusty and of slag chunks as well interspersed with metal parts. This material must end storable condition. For that, the mate rial should be as dust-free as possible and be leachable against everyone during transport and at the end position liquids.

Bisher wurde die Asche und der Kerzenfilterbruch der Abgasrei nigungsanlage in Lochblechkörbe eingefüllt. Diese Lochblech körbe wurden wiederum in ein 200 Literfaß gestellt. Der Zwi schenraum zwischen Lochblechkörben und Asche wurde mit Zement leim aufgefüllt. Auf diese Weise drang ein Teil des Zement leims in die Asche ein und ergab eine teilweise Fixierung, die jedoch nicht homogen und unbefriedigend war. Weiterhin wurde versucht, die Asche mechanisch zu mahlen und sie homogen mit Zement zu fixieren. Das Verfahren mittels Umbetonieren ergibt jedoch keinen homogenen Block. Bei einer Zerstörung des im Block enthaltenen Fasses können staubförmige Schadstoffe aus treten. Die Auslaugbeständigkeit eines solchen Produktes ist schlecht. Das Fixieren der vorher gemahlenen Asche mit Hilfe von Zement hat zwei gravierende Nachteile: So far, the ashes and the broken candle filter have become exhaust gases cleaning system filled in perforated metal baskets. This perforated sheet baskets were again placed in a 200 liter barrel. The two The space between perforated metal baskets and ash was covered with cement filled up glue. In this way part of the cement penetrated glue into the ashes and resulted in a partial fixation that but was not homogeneous and unsatisfactory. Furthermore was tries to grind the ashes mechanically and homogenously with them Fix cement. The method of re-concreting results but not a homogeneous block. If the im Block contained barrel can from dust-like pollutants to step. The leaching resistance of such a product is bad. Fixing the previously ground ash with the help Cement has two major disadvantages:

Durch die in der Asche enthaltenen Metallbrocken kommt es wie derholt zu Schwierigkeiten bei der Zerkleinerung. Das Abschei den dieser Metallbrocken durch Magnetabscheider ist wegen der darin enthaltenen nichtmagnetischen Metallteile nicht möglich. Das Aussortieren auch nur der größeren Metallteile ist mit Handarbeit verbunden, die eine zusätzlichen Strahlenbelastung des Bedienungspersonals darstellt. Derartig erzeugte Produkte können nicht in ein Endlager eingelagert werden. Das homogene Zementieren der Asche ist außerdem wegen der notwendigen Zer kleinerung und der mechanischen Zementiervorrichtung mit mehr eren mechanischen Schritten verbunden, die einen zusätzlichen Aufwand bedeuten.The chunks of metal contained in the ashes make it happen repeated difficulties in shredding. The disgust that this metal chunk by magnetic separator is because of the contained non-magnetic metal parts. Sorting out even the larger metal parts is included Handicraft associated with an additional radiation exposure represents the operating personnel. Products produced in this way cannot be put into a repository. The homogeneous Cementing the ashes is also necessary because of the zer reduction and the mechanical cementing device with more mechanical steps that require an additional Mean effort.

Weiterhin ist bekannt, daß Asche und ähnliche keramische Pro dukte durch Aufheizen auf Temperaturen über 800°C unter gleichzeitiger Zugabe von Glasbildnern in ein glasähnliches Produkt überführt werden kann. Um dies zu erreichen werden aufwendige Induktionsöfen benötigt, die einen sehr hohen An schlußwert haben, so daß ein zusätzlicher Energieverbrauch ge geben ist. Diese Einrichtungen benötigen außerdem wegen der dabei entstehenden Abgase eine zusätzliche Abgasreinigung.It is also known that ash and similar ceramic pro products by heating to temperatures above 800 ° C simultaneous addition of glass formers in a glass-like Product can be transferred. To accomplish this elaborate induction furnaces required, which are very high have final value, so that an additional energy consumption ge give is. These facilities also require because of resulting exhaust gases an additional exhaust gas purification.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, aus der Asche einer Verbrennungsanlage durch Schmelzen ein möglichst homo genes und nicht mehr auslaugfähiges Produkt zu erzeugen, wel ches unter geringem mechanischem Aufwand durchgeführt werden kann und welches möglichst wenig zusätzliche Energie benötigt.The object of the present invention is now out of the ashes an incinerator by melting as homo as possible to produce a genes and no longer leachable product, wel ches can be carried out with little mechanical effort can and which requires as little additional energy as possible.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfin dung vor, daß die in den Rauchgasen hinter der Verbrennungsan lage selbst enthaltene Wärmeenergie unmittelbar zum Schmelzen der Asche bzw. Verbrennungsrückstände verwendet wird und - nach einem weiteren Gedanken der Erfindung, daß neben der Asche aus der Verbrennungsanlage selbst auch Asche aus anderen Anlagen auf diese Weise geschmolzen wird. The present inventor proposes to solve this task that the flue gases behind the combustion thermal energy contained directly to melt the ashes or combustion residues are used and - after a further idea of the invention that in addition to the Ash from the incinerator itself also ash from others Equipment is melted in this way.

Eine erfindungsgemäß vorgesehene Anlage zur Durchführung die ses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Rauch gasleitung einer Verbrennungsanlage unmittelbar hinter dieser ein die Rückstände aufnehmendes Schmelzrohr vorhanden ist, welches von den heißen Rauchgasen umspült wird. Weitere vor teilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus den Kennzeichen der Unteransprüche 4 und 5.An inventive system for performing the ses procedure is characterized in that in the smoke gas pipe of an incineration plant immediately behind it there is a melting tube that absorbs the residues, which is washed by the hot smoke gases. More before partial features of the device according to the invention The procedure follows from the characteristics of sub-claims 4 and 5.

Mit der Erfindung wird nun erstmals ohne zusätzliche Energie die in der Anlage produzierte Asche geschmolzen, wobei die vorhandene Abgasreinigungseinrichtung die beim Schmelzen ent stehenden Abgase übernimmt, so daß eine solche zusätzliche Reinigungsvorrichtung gespart werden kann. Die Verwendung von Rauchgas zum Schmelzen der Asche ist dabei neu. Bei bekannten Anlagen, die geschmolzene Asche produzieren, werden zusätz liche Ölbrenner benützt, um die Asche über einen Schmelzpunkt zu bringen. Mit der erfindungsgemäßen Anlage ist es möglich, auch Aschen aus anderen Anlagen sowie andere keramische Pro dukte mit Hilfe des im Ofen während des Betriebes vorhandenen Rausgases zu schmelzen und in eine schwer auslaugbare Form zu überführen.With the invention is now for the first time without additional energy the ashes produced in the plant melted, the Existing emission control device ent during melting standing exhaust gases, so that such an additional Cleaning device can be saved. The use of Flue gas for melting the ashes is new. At acquaintances Plants that produce molten ashes will be added Used oil burner to raise the ashes above a melting point bring to. With the system according to the invention it is possible also ashes from other plants as well as other ceramic pro products with the help of the existing in the furnace during operation Melt out gases and turn them into a form that is difficult to leach convict.

Als besonderen Vorteil stellt nun die Erfindung eine einfache und bildlich herstellbare und betreibbare Vorrrichtung dar, mit der ohne zusätzlichen Energieaufwand und ohne zusätzlichen Aufwand für die Abgasreinigung ein schwer auslaugbares Produkt erzielt werden kann. Die Asche wird dabei in ihrem Volumen etwa um den Faktor 3 verringert, wodurch die Wirtschaftlich keit einer Verbrennungsanlage erheblich erhöht wird.As a particular advantage, the invention now provides a simple one and imaginably producible and operable device, with that without additional energy expenditure and without additional Exhaust gas cleaning effort a product that is difficult to leach can be achieved. The volume of the ash becomes reduced by about a factor of 3, making the economic incinerator is significantly increased.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im fol genden und anhand der Figur näher erläutert: Further details of the present invention are described in the fol genden and explained in more detail with reference to the figure:

Die Vorrichtung, in welcher das eingangs erwähnte Verfahren durchgeführt werden soll, besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1, das ein Stück der Rauchgasleitung eines Verbren nungsofens selbst sein kann, mit einem Eintrittsstutzen 2 und einem Austrittsstutzen 3, durch welchen das Rauchgas 4 aus ei ner nicht dargestellten Rausgasleitung den Innenraum 7 des Ge häuses 1 durchströmt. Oberhalb und unterhalb sind an das Ge häuse 1 ein oberer und ein unterer Handschuhkasten 5 und 6 an geflanscht. Der Innenraum 7 des Gehäuses 1 wird von oben nach unten nach einem Schmelzrohr 8 durchsetzt, welches senkrecht stehen kann und die beiden Handschuhkästen 5 und 6 verbindet und im Innenraum 7 vom Rauchgas 4 umspült wird. Zum oberen Handschuhkasten 5 hin ist das Schmelzrohr 8 an seinem oberen Ende 9 mittels eines Stopfens 10 verschlossen, der manuell - wie dargestellt - oder aber auch mechanisch oder pneumatisch betätigt wird. Das untere Ende 12 des Schmelzrohres 8 ist mit einer Verschlußkappe 11 verschlossen, die geöffnet und nach unten oder seitlich in den unteren Handschuhkasten 6 ge schwenkt werden kann. Unter diesem unteren Ende 12 und unter dem Handschuhkasten 6 ist ein Transportbehälter 13 ange flanscht, der einen Innenbehälter 14 zur Aufnahme der Schmelze 15 aufweist, wenn diese aus dem Schmelzrohr 8 abgelassen wird. Das Anflanschen des Behälters 13 kann mittels eines nicht dar gestellten Doppeldeckelsystemes erfolgen. Die untere Hand schuhbox 6 besitzt darüber hinaus noch Schaugläser 16, die eine Beobachtung des Austragvorganges aus dem Schmelzrohr 8 in den Behälter 14 ermöglichen. Der untere Teil des Gehäuses 1 bzw. sein Innenraum 7 ist gegenüber dem unteren Handschuhka sten 6 durch eine Platte 17 verschlossen, damit die Rauchgase nicht in den Handschuhkasten 6 gelangen können. Das Schmelz rohr 8 durchdringt dabei abgedichtet diese Platte 17. The device in which the aforementioned method is to be carried out consists essentially of a housing 1 , which can be a piece of the flue gas line of a combustion furnace itself, with an inlet nozzle 2 and an outlet nozzle 3 , through which the flue gas 4 from egg ner Rausgasleitung, not shown, flows through the interior 7 of the Ge housing 1 . Above and below, an upper and a lower glove box 5 and 6 are flanged to the housing 1 . The interior 7 of the housing 1 is penetrated from top to bottom by a melting tube 8 , which can be vertical and connects the two glove boxes 5 and 6 and in which the flue gas 4 flows around the interior 7 . Towards the upper glove box 5 , the melting tube 8 is closed at its upper end 9 by means of a stopper 10 which is actuated manually — as shown — or else mechanically or pneumatically. The lower end 12 of the melting tube 8 is closed with a cap 11 which can be opened and swung down or laterally into the lower glove box 6 . Under this lower end 12 and under the glove box 6 , a transport container 13 is flanged, which has an inner container 14 for receiving the melt 15 when it is drained from the melting tube 8 . The flanging of the container 13 can be done by means of a double lid system, not shown. The lower hand shoe box 6 also has inspection glasses 16 , which allow observation of the discharge process from the melting tube 8 in the container 14 . The lower part of the housing 1 or its interior 7 is opposite the lower glove box 6 most closed by a plate 17 so that the flue gases can not get into the glove box 6 . The melting tube 8 penetrates sealed this plate 17th

Die Funktion der Anlage ist nun wie folgt:The function of the system is now as follows:

Die Asche wird mittels eines Doppeldeckelsystemes oder einer ähnlichen bekannten Schleuseneinrichtung dem oberen Handschuh kasten 5 zugeführt. In diesem Handschuhkasten 5 kann der Stop fen 10 mit Hilfe eines pneumatischen Zylinders oder anderer mechanischer Vorrichtungen aus dem Rohr 8 gehoben und dieses geöffnet werden. Über das obere Ende 9 des Rohres 8 wird ihm nun Asche in der vorliegenden Form d.h. einschließlich der darin enthaltenen metallischen Bestandteile zugeführt. Dieses Rohr besteht aus einem hitzebeständigen Material. Gleichzeitig wird der Asche über eine nicht dargestellte Dosiereinrichtung ein Fließmittel, wie z.B. Borax zugegeben. Das Rohr 8 befindet sich in dem Gehäuse 1 z.B. als Erweiterung der Rauchgasleitung eines Verbrennungsofens. Die Vorrichtung kann direkt hinter dem Ofen oder nach dem Nachbrenner installiert werden. Das Rauchgas strömt durch den Eintrittstutzen 2 ein und umströmt dabei das metallische Schmelzrohr 8. Am oberen Ende des Gehäu ses 1 tritt das Rauchgas durch den Stutzen 3 wieder aus. Die Rauchgastemperatur beträgt im Normalbetrieb zwischen 800° und 1000°C. Das Schmelzrohr 8 besitzt am oberen Ende einige Ent lüftungsöffnungen 18, über die eventuell beim Schmelzen auf tretende Gase mit dem Rauchgas 4 abgezogen werden können. Über diese Öffnungen 18 strömt auch aufgrund des in der Anlage vor handenen Unterdruckes beim Öffnen des Stopfens 10 kalte Luft in das eigentliche Schmelzrohr 8. Die in dem Schmelzrohr 8 enthaltene Asche 19 schmilzt bei den dort vorhandenen Tempera turen und bildet eine Schmelze 20, die sich am Boden des Roh res 8 ansammelt. Aufgrund der am unteren Teil 12 dieses Rohres 8 niedrigeren Temperatur wird die Schmelze 20 dort erstarren, so daß sie zugleich einen Abschluß des Schmelzrohres 8 nach unten bildet.The ash is fed to the upper glove box 5 by means of a double lid system or a similar known lock device. In this glove box 5 , the stop fen 10 can be lifted out of the tube 8 with the aid of a pneumatic cylinder or other mechanical devices and opened. Ash in the present form, ie including the metallic components contained therein, is then fed to it via the upper end 9 of the pipe 8 . This tube is made of a heat-resistant material. At the same time, a flux, such as borax, is added to the ash via a metering device (not shown). The tube 8 is located in the housing 1, for example as an extension of the flue gas line of an incinerator. The device can be installed directly behind the furnace or after the afterburner. The flue gas flows through the inlet nozzle 2 and flows around the metallic melting tube 8 . At the upper end of the housing 1 , the flue gas exits through the nozzle 3 again. The flue gas temperature in normal operation is between 800 ° and 1000 ° C. The melting tube 8 has at the upper end some Ent vents 18 , which can be withdrawn with the flue gas 4 possibly during the melting on occurring gases. Cold air flows through these openings 18 into the actual melting tube 8 due to the negative pressure present in the system when the plug 10 is opened . The ash 19 contained in the melting tube 8 melts at the temperatures present there and forms a melt 20 which accumulates at the bottom of the tube res 8 . Because of the lower part 12 of the tube 8 lower temperature, the melt 20 is solidified there, so that it also forms a termination of the melting tube 8 downwards.

Nach dem Wegschwenken der Klappe 11 wird eine am unteren Ende 12 des Schmelzrohres 8 befindliche Heizeinrichtung 21 einge schaltet. Diese kann z.B. aus einem ringförmigen Gasbrenner oder aus einer elektrischen Widerstandsheizung bestehen. Nach Aufheizen des unteren Rohrteiles über 800°C löst sich der am unteren Ende 12 befindliche Schmelzstopfen 22 und die gesamte geschmolzene Asche 15 kann in den Behälter 13 bzw. 14 auslau fen.After pivoting away the flap 11 , a heating device 21 located at the lower end 12 of the melting tube 8 is switched on. This can consist, for example, of an annular gas burner or an electrical resistance heater. After heating the lower pipe part above 800 ° C, the melting plug 22 located at the lower end 12 is released and the entire molten ash 15 can be fed into the container 13 or 14 .

Nun wird die Klappe 11 wieder geschlossen und die Befüllung des Schmelzrohres 8 kann erneut erfolgen. Aufgrund der beim Schmelzen auftretenden Volumenreduktion wird sich das Rohr 8 jeweils nur teilweise füllen, so daß auch ein Nachfüllen des Rohres 8 mit Asche und Schmelzhilfsmitteln möglich ist.Now the flap 11 is closed again and the melting tube 8 can be filled again. Due to the volume reduction occurring during melting, the tube 8 will only partially fill, so that a refilling of the tube 8 with ash and melting aids is also possible.

Bezugszeichenliste:Reference symbol list:

1 Gehäuse
2 Eintrittsstutzen
3 Austrittsstutzen
4 Rauchgas
5 oberer Handschuhkasten
6 unterer Handschuhkasten
7 Innenraum
8 Schmelzrohr
9 oberes Ende
10 Stopfen
11 Verschlußkappe
12 unteres Ende
13 Transportbehälter
14 Innenbehälter
15 Schmelze
16 Schauglas
17 Platte
18 Entlüftungsöffnungen
19 Asche
20 Schmelze
21 Heizeinrichtung
22 Schmelzstopfen 1 housing
2 inlet sockets
3 outlet connections
4 flue gas
5 upper glove box
6 lower glove box
7 interior
8 melting tube
9 top end
10 stoppers
11 sealing cap
12 bottom end
13 transport containers
14 inner container
15 melt
16 sight glass
17 plate
18 vents
19 ashes
20 melt
21 heating device
22 melting plugs

Claims

1. A method for melting ash and other ceramic materials with harmful components, such as radioactive or toxic substances as residues of an incinerator with downstream exhaust gas purification, characterized in that the thermal energy contained in the flue gases behind the incinerator itself bar for melting the ash or the combustion residue is used.

2. Melting process according to claim 1, characterized in that that in addition to the ashes from the incinerator itself Ash from other plants is melted.

3. A device for performing a method according to claim 1 or claim 2 in the flue gas line of a combus tion system, characterized in that immediately behind this a residue ( 19 ) receiving the melting tube ( 8 ) is present, which of the hot flue gases ( 4 ) is rinsed.

4. The device according to claim 3, characterized in that the melting tube ( 8 ) is vertical in a housing ( 1 ), the interior ( 7 ) via flanges ( 2 , 3 ) is flanged into the flue gas line, the ends ( 9 , 10 ) of the melting tube ( 8 ) with its closable openings protrude up and down from the housing ( 1 ) and there is in each case a tight glove box ( 5 , 6 ), from which chem the melting tube ( 8 ) can be loaded and emptied.

5. The device according to claim 4, characterized in that the melting tube ( 8 ) in the upper region of the interior ( 7 ) to this open vent ( 18 ).