DE3914198C2 - Nachbrennkammer - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine als Nachbrennkammer
bezeichnete Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1, welche unmittelbar im Anschluß an eine Brennkammer
angeordnet ist und welche zum Ziel hat, eine Reinigung der
von der Brennkammer ausströmenden Abgase sicherzustellen.
Derartige gattungsgemäße Nachbrennkammern sind
grundsätzlich bereits in der FR-PS 1 578 136 oder der CH-557
503 beschrieben.
Die Verbrennung von Stoffen ist nicht immer vollständig,
insbesondere im Fall von Abfällen, welche Zellulose oder
Kunststoffmaterialien enthalten. Aus der Brennkammer treten
Gase aus, welche Ruß, giftige Verunreinigungen (Phosphine,
Dioxine...) aufgrund einer unvollständigen Zersetzung und
unverbrannte Rückstände enthalten.
Die FR-PS 1 578 136 zeigt, daß solche Gase zum Zweck der
Reinigung in einer Nachbrennkammer behandelt werden können,
welche unmittelbar im Anschluß an die Brennkammer angeordnet
ist. In der Nachbrennkammer herrscht eine Temperatur, die
höher ist als die der Brennkammer, und die Gase verbleiben
dort länger, derart, daß eine zweite Verbrennungsreaktion
stattfindet.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1, die die aus der FR-PS 1
578 136 bekannte Nachbrennkammer zeigt, gelangen die von der
Brennkammer 1 abgegebenen Gase, welche mit Ruß, der die
Filter 2 verschmutzt, beladen sind, in eine Nachbrennkammer
3, welche mit Granulat aus feuerfesten Materialien 4 in loser
Schüttung, welches eine große Strömungsoberfläche bietet,
gefüllt ist. Diese Materialien können aus Siliziumcarbid,
Korund, und dgl. bestehen.
Die Schicht 3 aus feuerfestem Granulat wird auf einer
hohen Temperatur (mehr als 850°C) in oxidierender Atmosphäre
gehalten, beispielsweise durch direkte Beheizung mit Hilfe
eines Brenners 5.
Die Anordnung des Brenners ist derart, daß die mit Ruß
beladenen Gase an der Flamme des Brenners vorbeistreichen,
bevor sie in die Schicht von feuerfesten Materialien
eindringen.
Der Beginn des Lufteintritts in den Brennofen ist derart
geregelt, daß die aus der Verbrennung abgegebenen Gase
ständig einige Prozent an Sauerstoff enthalten.
Die Gase, die auf eine genügend erhöhte Temperatur gebracht
wurden, um die Verbrennung des Rußes zu gewährleisten,
strömen durch die Schicht, welche selbst auf Temperatur
gehalten wird. Dadurch werden aufeinanderfolgende Stöße und
Richtungsänderungen auf die Gase ausgeübt, was eine
Vergrößerung der Aufenthaltszeit der Gase und vor allem der
Rußpartikel bewirkt und günstig für die Verbrennung ist.
Die Filtrierschicht verschlammt auf die Dauer, und ihr
Austausch ist notwendig. Bisher leerte man dabei die gesamte
Kammer aus und füllte sie dann mit neuem Material.
Die entnommenen feuerfesten Materialien sind
technologische Abfälle, welche gelagert werden müssen. In
dem Fall, wo nukleare Abfälle verbrannt werden, muß die
verbrauchte Filtrierschicht, welche mit radioaktiven
Partikeln beladen ist, in Behältern gelagert werden, welche
in besonderer Weise eine sichere Lagerung gewährleisten, d. h.
ohne ein Risiko der Verbreitung von radioaktiven Partikeln in
die Umwelt. Die Vorgänge des Ersatzes und der Lagerung der
gesamten feuerfesten Materialien wären auf die Dauer
kostspielig.
Der Erfinder hat jedoch festgestellt, daß der obere Teil
der Filtrierschicht aufgrund dessen, daß er der Brennerflamme
ausgesetzt ist, mehr verunreinigt ist als die restliche
Schicht.
Die Körner, welche in neuem Zustand vielfache Spitzen
aufweisen, sind nunmehr an ihrer Oberfläche beschädigt,
abgetragen (die Spitzen sind stumpf), und man beobachtet
zugleich eine Sinterung in Höhe der Körneroberflächen.
Man muß also dazu kommen, den oberen Teil der Schicht zu
entfernen.
Um die Menge an feuerfesten Materialien für den Gebrauch
und für die Lagerung zu vermindern, hat die Anmelderin eine
Nachbrennkammer mit einem Unterteil in Form eines Y
vorgeschlagen, wobei die zwei Arme des Y in unterschiedlichen
Höhen mit feuerfesten Materialien gefüllt sind.
Eine derartige Anordnung war Gegenstand einer Mitteilung
durch den Erfinder auf der internationalen Konferenz von
Honkong vom 29. November bis zum 5. Dezember 1987 (ASME
International Waste Management Conference).
Die Fig. 2 zeigt mehr im Detail eine solche
Ausführungsform, bei welcher die von der Brennkammer 6
abgegebenen Gase mit einem Brenner 7 beheizt werden, bevor
sie in die Nachbrennkammer 8 strömen.
Ebenso wie bei dem Stand der Technik nach der FR-PS 1
578 136 weist die Nachbrennkammer 8 einen konischen Boden 9
auf. Dieser Boden wird durch einen Rohrstutzen 10 in der
Weise verlängert, daß er der Kammer die geometrische Form
eines Y unter Bildung eines Siphons gibt.
Die Filtrierschicht 11 wird so mit Hilfe der Schwerkraft
abgelassen, durch Öffnen eines Drosselschiebers 13 und durch
Gleiten der Körner auf dem konischen Boden in ein Faß 12.
Die Nachbrennkammer 8 ist durch eine senkrechte Wand 14
in zwei Räume 15 und 16 unterteilt, welche eine
Filtrierschicht der gleichen Art wie die nach dem Stand der
Technik des vorher zitierten Patents enthält.
Die zwei Arme des Siphons sind ungleich in der Höhe
gefüllt. Die Höhe der Schicht ist in dem Raum, der dem
Eintritt der Gase entspricht (Raum 15 in Fig. 2), niedriger.
Dieser Höhenunterschied der Filtrierschicht ermöglicht
einerseits eine Ausdehnung der in den Raum 15 eintretenden
Gase vor ihrem Kontakt mit der Schicht, was die
Durchlaufgeschwindigkeit der Gase in dieser Schicht
vermindert, und andererseits, daß die Verbrennungsreaktion
und die Filtrierung vorzugsweise in dem Raum 16 stattfinden.
Lediglich der obere Teil der in dem Raum 15 gelegenen
Filtrierschicht wird den Brennerflammen und den höchsten
Temperaturen ausgesetzt. Man hat somit die Menge der
ausgesetzten Körner, deren Oberfläche geschädigt ist,
vermindert.
Wenn eine Verschlammung vorliegt, erlaubt das Entleeren
durch den Siphon die Körner des Raumes 15 vollständig und die
des Raumes 16 teilweise abzulassen.
Auf diese Weise wird eine Ersparnis an feuerfesten
Materialien verwirklicht.
Die Schicht wird mit ihren zwei Höhen durch Einschüttung
der Körner von feuerfesten Materialien von einer Öffnung 17,
welche oberhalb des Raumes 16 angeordnet ist, wieder
hergestellt.
Da die zwei Räume in Verbindung stehen, steigt die
Füllhöhe zugleich in dem Raum 15.
Die Anmelderin hat beobachtet, daß die Entleerung und
die Wiederauffüllung gemäß Beschreibung nicht immer leicht
sind: Die mehr oder weniger verunreinigten und mehr oder
weniger zusammengeklumpten Körner können Vorsprünge auf dem
konischen Boden bilden und das Abfließen durch den
Siphonbehindern. Außerdem fließen die Körner nicht immer gut
von dem Raum 16 zum Raum 15, derart, daß man in dem Raum 15
einer Füllhöhe nicht sicher sein kann.
Ebenso wurde ein weiterer Nachteil für die Realisierung
der genannten Nachbrennkammer festgestellt. Die senkrechte
Wand 14 zur Trennung der genannten Kammer in zwei Räume muß
nämlich den seitlichen Drücken der Materialmengen und der
Körner einerseits standhalten und andererseits die
thermischen Ausdehnungen im Betrieb kompensieren können.
Die Wand wird üblicherweise aus feuerfesten Steinen
gebildet, und sie wird entlastet durch äußere Aufnahme von
Stößen über Profileisen. Man verwendet generell zur
Sicherung der Anordnung federnde Klammern bzw.
Druckvorrichtungen.
Diese Art der Sicherung ist unhandlich und sehr
schwierig anzubringen, wenn die Kammer einen doppelten
Dichtungsmantel besitzt, beispielsweise zur Luftzirkulation,
wie man ihn braucht, wenn die Gefahr einer Kontamination
besteht (beispielsweise im Fall der Verbrennung von nuklearen
Abfällen). Der doppelte Mantel, der keine Widerstandskraft
besitzt, ermöglicht nämlich nur schwer die Anbringung einer
festen Verankerung für Kräftekompensatoren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung
einer gattungsgemäßen Nachbrennkammer derart, daß die
vorstehend geschilderten Nachteile behoben sind.
Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe eine
Nachbrennkammer vorgeschlagen, welche einen konischen, mit
einem Stutzen verlängerten Boden aufweist, außerdem eine
vertikale Wand, welche die Kammer in zwei eine
Filtrierschicht aufweisende Räume unterteilt, wobei die
Filtrierschicht in dem Raum, über den die Gase eintreten,
eine geringere Höhe besitzt und wobei diese Kammer zugleich
eine Öffnung zur Ausbringung der Gase, wenn sie durch die
Filtrierschicht geströmt sind, sowie in dem oberen Teil
desjenigen Raumes, durch den die Gase austreten, eine Öffnung
zum Einbringen des Materials der Filtrierschicht aufweist,
wobei in der Kammer die senkrechte Wand an ihrer Unterseite
durch einen Bogen aus feuerfesten Steinen begrenzt wird,
welcher sich an gegenüberliegenden Oberflächen des konischen
Bodens der Nachbrennkammer abstützt.
Die genaue Form des "konischen Bodens" der
Nachbrennkammer kann beliebig sein; sie kann durch einen oder
mehrere in geeigneter Weise verbundene Kegelabschnitte
gebildet sein, sie kann jedoch in gleicher Weise ebene
Flächen enthalten, welche gegenüber der Senkrechten geneigt
sind, und sie kann sogar nur aus ebenen Oberflächen bestehen,
welche einen Tetraeder-Stumpf bilden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung an
Ausführungsbeispielen im Vergleich zum Stand der Technik
näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 und 2 Nachbrennkammern, wie sie aus dem in der
Beschreibungseinleitung beschriebenen Stand der Technik
bekannt sind;
Fig. 3 bis 5 bevorzugte Ausführungsformen bzw. Details
der Erfindung.
Da sich die vorliegende Erfindung auf die Verbesserung
einer Nachbrennkammer gemäß den Fig. 1 und 2 bezieht, werden
deren Merkmale, soweit sie mit der erfindungsgemäßen
Nachbrennkammer übereinstimmen und bereits beschrieben
wurden, im folgenden nicht noch einmal beschrieben.
In den Fig. 3 bis 5 sieht man im einzelnen die
Konstruktionselemente der erfindungsgemäßen Nachbrennkammer,
welche in Fig. 3 in einer Ansicht in einer zur
Darstellungsweise von Fig. 2 senkrechten Ebene gezeigt ist.
Diese Kammer besitzt Wände 18 aus feuerfesten Steinen
mit einer geeigneten Dicke entsprechend der gewünschten
thermischen Isolation; sie weist senkrechte Wände 19 und
geneigte Wände 20 auf, welche den konischen Boden 21 (9 in
Fig. 2) bilden.
Die Kammer ist an ihrer Unterseite durch einen Boden 22
und an ihrer Oberseite durch eine Decke 23 geschlossen,
welche jeweils aus feuerfesten Steinen bestehen.
Die Öffnungen, die notwendig sind zum Durchtritt der
Gase, zum Einfüllen und zum Ausbringen der Filtrierschicht
usw., sind in den genannten Wänden und der Decke vorgesehen.
In Fig. 3 ist insbesondere eine Nachbrennkammer mit
einem doppelten Mantel 24 zur Luftzirkulation und mit
Klammern und Trägern 25 bzw. 26 zur Befestigung in der
Konstruktion gezeigt.
Die Wand 27 (14 in Fig. 2) nach der Erfindung ist aus
feuerfesten Steinen gebildet, vorzugsweise mit Nuten und
Federn (Stegen), wie die Fig. 4A bis 4C zeigen, und um eine
monolitsche Anordnung zu erhalten, wird sie mit einem
Spezialzement gesichert.
Sie ist an ihrer Unterseite mit einem Bogen 28 aus
feuerfesten Steinen begrenzt, welcher sich auf den Wänden der
Nachbrennkammer abstützt. Vorteilhafterweise ist der Bogen
aus Steinen in Trapezform (Fig. 5) gebildet, deren
Abmessungen entsprechend ihrer Anordnung in dem Bogen
unterschiedlich sein können. Man kann ebenso auch Steine in
Parallelogrammform verwenden, welche mit Vorsprung und
Aussparung derart versehen sind, daß sie ohne Beifügung von
Zement ineinander passen.
Der Bogen 28 stützt sich auf den geneigten Wänden 20 des
konischen Bodens 21 der Kammer ab, derart, daß eine Wand
erhalten wird, welche genügend tief in der Kammer
hinabreicht, um die Menge an feuerfesten Materialien zum
Entleeren zu verringern.
Der Ersatz der Unterseite der senkrechten Wand durch
einen Bogen ermöglicht eine Verbesserung des Entleerens und
des Wiederfüllens der Filtrierschicht. Der Bogen gibt
nämlich einen Raum frei, welcher es erlaubt, den geneigten
Wänden, die den konischen Boden bilden, jeweils eine Neigung
von mindestens 45° zu geben, was so das Ausbringen der
feuerfesten Materialien sehr leicht macht. Vorzugsweise
wählt man für die geneigte Wand des Raumes 15, durch welchen
die Gase eintreten, eine größere Neigung gegenüber der des
anderen Raumes, derart, daß das Ausbringen der feuerfesten
Materialien vom Raum 15 sehr gegenüber denen vom Raum 16
bevorzugt wird.
Dieser durch den Bogen freigesparte Raum ermöglicht
zugleich einen verbesserten Durchlauf der feuerfesten
Materialien bei dem Wiederauffüllen. Die Körner verfügen
über ausreichenden Freiraum, um von dem einen Raum zu dem
anderen zu gelangen, und die niedrigere Höhe wird schneller,
leichter und sicherer erreicht.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise für die
Verbrennung von Haushaltsabfällen verwendbar. Sie wird aber
mit Erfolg auch für die Verbrennung von nuklearen Abfällen
angewendet. Das sind Abfälle auf der Basis von Zellulose
(Papier, Pappe, Lumpen) und von Kunststoffen (Polyethylen,
Polyvinylchlorid). Ihr Wärmewert beträgt mindestens 30.000
kJ/kg.
Die Brennkammer wird durch einen Pyrolyseofen gebildet.
In der Nachbrennkammer herrscht eine Temperatur von mehr als
1200°C, während sie in dem Ofen 1000°C beträgt.
Der konische Boden weist eine Neigung von 45° in dem
Raum 16 und eine Neigung von 55° in dem Raum 15 auf. Der
Bogen besitzt eine Pfeilhöhe von 250 mm für eine Tragweite
von Im. Er stützt sich praktisch jeweils in der Mitte der
Wände des konischen Bodens ab (welcher zwei Abschnitte
besitzt).
Auf diese Weise braucht man lediglich ein Drittel der
Filtrierschicht zu wechseln. Die Resultate der
Radioaktivitätsmessungen zeigen, daß ein großer Teil der
radioaktiven Substanzen, welche in die Nachbrennkammer
eintreten, in der Filtrierschicht aus Siliziumcarbid
festgehalten wird. Man mißt z. B.
- - in dem in die Kammer eintretenden Gas 4000 Ausschläge/s;
- - in dem aus der Kammer austretenden Gas 100 Ausschläge/s.
Die Meßergebnisse zeigen zugleich, daß die Kombination
der Brennkammer und der Nachbrennkammer es ermöglicht, 95%
der Asche und der Flugasche zurückzuhalten.
Claims (1)
1. Nachbrennkammer zur Behandlung von aus einer Brennkammer
abgegebenen Gasen,
mit einem konischen Boden (9), der durch einen Rohr stutzen (10) verlängert ist,
einer vertikalen Wand (14), welche die Kammer in zwei eine Filtrierschicht enthaltende Räume unterteilt, wobei die Filtrierschicht sich in dem Raum, durch den die Gase eintreten, auf einer niedrigeren Höhe befindet und wobei die Kammer zugleich eine Öffnung zum Ausbringen der Gase nach Durchströmen der Filtrierschicht und eine Öffnung im oberen Teil des Raumes, durch welchen die Gase aus treten, zum Einbringen des Materials der Filtrierschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Wand (14, 27) an ihrer Unterseite durch einen Bogen (28) aus feuerfesten Steinen begrenzt ist, welcher sich auf entgegengesetzten Oberflächen des konischen Bodens der Nachbrennkammer abstützt.
mit einem konischen Boden (9), der durch einen Rohr stutzen (10) verlängert ist,
einer vertikalen Wand (14), welche die Kammer in zwei eine Filtrierschicht enthaltende Räume unterteilt, wobei die Filtrierschicht sich in dem Raum, durch den die Gase eintreten, auf einer niedrigeren Höhe befindet und wobei die Kammer zugleich eine Öffnung zum Ausbringen der Gase nach Durchströmen der Filtrierschicht und eine Öffnung im oberen Teil des Raumes, durch welchen die Gase aus treten, zum Einbringen des Materials der Filtrierschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Wand (14, 27) an ihrer Unterseite durch einen Bogen (28) aus feuerfesten Steinen begrenzt ist, welcher sich auf entgegengesetzten Oberflächen des konischen Bodens der Nachbrennkammer abstützt.
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