Hintergrund der Erfindung
(1) Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abfall-Schmelzofen und ein
Abfall-Schmelzverfahren, das sich zum Entsorgen von festem Abfall, der in normalen Industrieanlagen
anfällt, Hausmüll, festem radioaktivem Abfallgemisch aus Atomkraftwerken usw. eignet.
(2) Stand der Technik
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Fester Abfall, der in normalen Instrustrieanlagen anfällt, Hausmüll, festes radioaktives
Abfallgemisch aus Atomkraftwerken usw. enthalten nicht-entflammbare Materialien, wie
z. B. Metalle und Keramikmaterialien, und entflammbare Materialien, wie z. B. Papier
und Harz. Um solchen Abfall zu entsorgen, ist es nach dem Stand der Technik bekannt,
den Abfall in nicht-entflammbares und entflammbares Material zu unterteilen, das
entflammbare Material wird verbrannt, und - insbesondere radioaktives -
nichtentflammbares Material wird in verfestigtes Glas umgewandelt, indem es in einem
Hochfrequenzwellen-Schmelzofen oder dergleichen geschmolzen wird. Da dieses Verfahren jedoch
erfordert, das nicht-entflammbare Material vom entflammbaren zu trennen, kann ein
Arbeiter während des Trennvorgangs Strahlung ausgesetzt sein, wenn das feste radioaktive
Abfallgemisch entsorgt wird.
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Die JP-A-64 6611 nennt ein Verfahren zur Lösung des obigen Problems. Mit einer
Vorrichtung, die in dieser Veröffentlichung beschrieben wird, werden nicht-entflammbares
Material und entflammbares Material gemeinsam einem Ofen mit einer Plasmakanone
zugeführt, und unter Einsatz hoher Temperaturen im Bereich von Zigtausend Grad
Celsius, die mit der Plasmakanone erreicht werden, kann das entflammbare Material
ausgebrannt und das nicht-entflammbare Material geschmolzen werden.
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Bei der in dieser Veröffentlichung beschriebenen Vorrichtung ist jedoch in einem
mittleren Abschnitt eines hitzebeständigen Rotationsgefäßes, dem der Abfall zugeführt wird,
eine Erdungselektrode angeordnet, und durch die Plasmakanone, die am Ofenkörper
angebracht ist, wird ein Plasmaschleier zur Elektrode innerhalb des hitzeempfindlichen
Rotationsgefäßes geblasen. Demzufolge steht die Elektrode mit einer Schmelze in
Kontakt, so daß die Wartung nicht einfach ist, wenn die Elektrode beschädigt oder
abgenutzt wird. Wenn das feuerfeste Material des hitzebeständigen Rotationsgefäßes durch
den Kontakt zwischen der Schmelze und dem feuerfesten Material beschädigt oder
abgenutzt wird, müssen die Elektrode sowie das gesamte feuerfeste Material ausgetauscht
werden. Folglich erhöhen sich die Betriebskosten. Außerdem war es bisher notwendig,
einen komplizierten Arbeitsgang durchzuführen, um die Schmelze nach dem
Verfestigen nach oben oder durch den Boden des hitzebeständigen Rotationsgefäßes aus dem
hitzebeständigen Rotationsgefäß zu entleeren.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die obengenannten Probleme nach dem
Stand der Technik zu lösen. Sie kann einen Abfall-Schmelzofen und ein
Abfall-Schmelzverfahren bereitstellen, bei denen nicht-entflammbares Material nicht von
entflammbarem Material getrennt werden muß, die Wartung der Elektrode und des feuerfesten
Materials einfach ist, die Betriebskosten niedrig sind und der Betrieb einfach ist.
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Der Abfall-Schmelzofen gemäß vorliegender Erfindung ist durch Anspruch 1 definiert.
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Das Abfall-Schmelzverfahren gemäß vorliegender Erfindung ist durch Anspruch 4
definiert.
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Als bevorzugte Ausführungsform des Abfall-Schmelzofens gemäß vorliegender
Erfindung umfaßt der Abfall-Schmelzofen einen Hebetisch, um das hitzebeständige
Rotationsgefäß vertikal zu bewegen. Weiters ist vorzugsweise eine Einheit zum Kippen des
hitzebeständigen Rotationsgefäßes vorgesehen, um das hitzebeständige Rotationsgefäß
aufzunehmen und es in einer Position zu kippen, wenn der Hebetisch gesenkt ist. Die
Kippeinheit ist vorzugsweise in einer untersten Endposition angeordnet, bis zu welcher
der Hebetisch gesenkt wird.
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Weiters ist nahe dem Kipptisch vorzugsweise eine Form vorgesehen, so daß die
Schmelze durch Kippen des Gefäßes mit dem Kipptisch aus dem hitzebeständigen
Rotationsgefäß in die Form gegossen werden kann.
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Diese und andere optionale Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die
folgende Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
deutlich werden, wobei es sich versteht, daß Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung
problemlos gewisse Modifikationen, Variationen und Änderungen daran vornehmen
können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Zum leichteren Verständnis der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen
Bezug genommen, worin:
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Fig. 1(a) eine vertikale Schnittansicht eines Abfall-Schmelzofens ist;
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Fig. 1(b) eine schematische Ansicht ist, die einen gekippten Zustand eines
Rotationsgefäß-Kipptisches zeigt;
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Fig. 2 eine Draufsicht eines Hauptabschnitts des Abfall-Schmelzofens aus Fig.
1(a) ist; und
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Fig. 3 eine horizontale Schnittansicht des Abfall-Schmelzofens ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen detaillierter beschrieben.
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In den Fig. 1(a) und 1(b), Fig. 2 und Fig. 3 bezeichnet eine Bezugszahl 1 einen
zylindrischen Ofenkörper ohne Boden, und innerhalb des Ofenkörpers 1 ist ein
hitzebeständiges Rotationsgefäß 2 angeordnet. Der Ofenkörper 1 kann aus einer Außenhülle aus
Stahl und einer feuerfesten Auskleidung an der Innenseite der Außenhülle bestehen. Als
feuerfestes Auskleidungsmaterial können Aluminiumoxid-Ziegel oder Magnesiumoxid-
Ziegel verwendet werden. Der Ofenkörper 1 kann gegebenenfalls mit Wasser gekühlt
werden. Das hitzebeständige Rotationsgefäß 2 besteht ebenfalls aus einer Außenhülle
aus Stahl und einer feuerfesten Auskleidung 3, welche die Innenfläche der Außenhülle
bedeckt. Das hitzebeständige Rotationsgefäß ist über ein Einsatzzwischenelement 4 auf
einem Hebetisch 3 angeordnet, während ein Buchsenzylinder und eine Rotationswelle
6 an einem Ende davon mit dem mittleren Abschnitt der Bodenfläche des
Rotationsgefäßes 2 verbunden sind. Das andere Ende der Rotationswelle 6 ist über ein
Verbindungsmittel 8, wie z. B. ein Laufband, mit einem Motor 7 verbunden, der fix unter dem
Hebetisch vorgesehen ist. Das Rotationsgefäß 2 wird vom Motor 7 in eine bestimmte
Richtung gedreht, während das Gefäß 2 auf dem Zwischeneinsatzelement 4 gleitet.
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Wie in den Fig. 1 (a) und 1 (b) gezeigt, wird ein Paar Klemmeinheiten 9 so durch
Schraubenwellenführungen 10 geführt, daß es vertikal beweglich ist, und Klemmbacken 9a
sind lösbar in Klemmlöcher an den Seiten des Hebetisches 3 eingefügt, um den
Hebetisch 3 zu halten. Unter dem Ofenkörper 1 ist ein gasdichter Kasten 11 vorgesehen, in
dem die Führungen 10 vertikal verlaufen.
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Eine wassergekühlte Elektrode 12 und eine Bogentransfer-Flammenplasmakanone 13
sind durch allseitige Kugelzapfenstützelemente A bzw. B in einen Raum über dem
Abfall W, der in das hitzebeständige Rotationsgefäß 2 geladen ist, so eingesetzt, daß die
Spitzen der Elektroden 12 und die Plasmakanone 13 einander gegenüberliegen und
voneinander beabstandet sind. Wie in den Fig. 1(a) und 1(b) und in Fig. 3 gezeigt, liegt
die Spitze der wassergekühlten Elektrode 12 nahe dem Rotationsmittelpunkt des
hitzebeständigen Rotationsgefäßes 2, während die Plasmakanone 13 so angeordnet ist, daß
sich ihre Spitze nahe der Umfangsseite des hitzebeständigen Rotationsgefäßes 2
befindet.
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Der Hebetisch 3 wird entlang der Führungen 10 vertikal bewegt, indem die Führungen
10 durch ein nicht gezeigtes geeignetes Antriebsmittel gedreht werden.
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Obwohl dies nicht im Detail gezeigt wird, umfaßt die wassergekühlte Elektrode 12 bei
dieser Ausführungsform einen Elektrodenkörper aus Kupfer und eine wassergekühlte
Ummantelung, die einen äußeren Umfang des Elektrodenkörpers umgibt, wobei jedoch
ein Spitzenabschnitt nicht bedeckt ist. Die Positionseinstellung der Elektrode 12 erfolgt
in Längs- und Umfangsrichtung, wie durch Pfeile gezeigt, durch das Stützelement A.
Obwohl dies nicht im Detail gezeigt wird, ist die Plasmakanone 13 in dieser
Ausführungsform eine wassergekühlte Bogentransfer-Flammenplasmakanone, die einen
Plasmakanonenkörper aus Kupfer und eine wassergekühlte Ummantelung umfaßt, die einen
äußeren Umfang des Plasmakanonenkörpers mit Ausnahme eines unbedeckt bleibenden
Spitzenabschnitts umgibt. Die Position der Plasmakanone wird durch das Stützelement
B ebenfalls in Längs- und Umfangsrichtung eingestellt, wie durch Pfeile gezeigt.
Argongas wird durch die Plasmakanone 14 in den Ofenkörper 1 eingeleitet. Für die Elektrode
12 und die Plasmakanone 13 kann anstelle von Kupfer Kohlenstoff verwendet werden.
Weiters kann anstelle von Kupfer ein anderes Metall, wie z. B. Wolfram, verwendet
werden. Anstelle von Argongas können Stickstoffgas oder Luft verwendet werden. Plasma
mit Zigtausend ºC kann erzeugt werden, indem eine Gleichspannung zwischen der
wassergekühlten Elektrode 12 und der Plasmakanone 13 angelegt wird.
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Im Ofenkörper 1 sind eine Abfall-Zufuhröffnung 14 und ein Abgasauslaß 15 sowie eine
nicht gezeigte Verbrennungsluft-Zufuhröffnung vorgesehen. Eine Kippeinheit 16 für das
hitzebeständige Rotationsgefäß ist in einem unteren Abschnitt zwischen den Führungen
10 vorgesehen, die auf einem Basistisch 17 vorgesehen sind. Die Kippeinheit 16 umfaßt
ein Paar einander gegenüberliegender Aufnahmeplatten 16-1, Scharniere 16-2 und
angelenkte Zylinderfortsätze 16-3. Die Scharniere 16-2 und die Zylinder 16-3 sind an
einem Ende am Basistisch 17 befestigt, und ihre anderen Enden sind schwenkbar an
Seiten der Aufnahmeplatten 16-1 befestigt. Der Kipptisch 16 nimmt das hitzebeständige
Rotationsgefäß 2 auf, das vom Hebetisch 3 hinuntergesenkt wird, und das
hitzebeständige Rotationsgefäß 2 wird vom Hebetisch 3 auf die Kippeinheit 16 bewegt, indem die
Klemmbacken 9a der Klemmeinheit 9 gelöst werden. Die Kippeinheit 16 für das
hitzebeständige Rotationsgefäß wird durch Ölhydraulikzylinder 16-3 gekippt. An einer Seite
der Kippeinheit 16 und des Basistisches 17 ist eine Form 18 zum Aufnehmen einer
Schmelze aus dem hitzebeständigen Rotationsgefäß 2 vorgesehen. Bei dieser
Ausführungsform ist die Form 18 auf einem Räderkarren 19 angeordnet, so daß die Form 18
zur späteren Handhabung leicht herausgenommen werden kann. Die Führungen 10, die
Kippeinheit 16, der Basistisch 17 und die Form 18 sind im gasdichten Kasten 11
untergebracht.
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Als nächstes wird die Art der Verwendung der obengenannten
Abfall-Schmelzvorrichtung beschrieben.
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Zunächst wird Abfall, wie z. B. ein festes radioaktives Abfallgemisch, durch die Abfall-
Zufuhröffnung 14 dem hitzebeständige Rotationsgefäß 2 zugeführt, ohne daß
nicht-entflammbare Komponenten von entflammbaren Komponenten getrennt werden. Während
das hitzebeständige Rotationsgefäß 2 gedreht wird, wird zwischen der wassergekühlten
Elektrode 12 und der Plasmakanone 14 Plasma mit Zigtausend ºC erzeugt, indem
dazwischen eine Gleichspannung angelegt wird. Das teste Abfallgemisch wird innerhalb
des hitzebeständigen Rotationsgefäßes 2 mit Strahlungswärme vom Hochtemperatur-
Plasma und Strahlungswärme von der Innenwand des erhitzten Ofenkörpers 1 erhitzt.
Als Ergebnis wird die entflammbare Komponente mit Luft verbrannt, die durch die
Luftzufuhröffnung oder die Plasmakanone 13 zugeführt wird, und nicht-entflammbares
Material, wie z. B. Metall und Keramik, wird geschmolzen. Plasma wird entlang eines
Radius an einer Seite des Mittelpunkts des hitzebeständigen Rotationsgefäßes 2 erzeugt.
Da das hitzebeständige Rotationsgefäß 2 jedoch gedreht wird, wird der Abfall
gleichmäßig erhitzt.
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Wenn das feste Abfallgemisch auf diese Weise im hitzebeständigen Rotationsgefäß 2
geschmolzen ist, wird dem Gefäß 2 frisches festes Abfallgemisch zugeführt und auf die
gleiche Weise darin geschmolzen. Wenn die Schmelze im Inneren des hitzebeständigen
Rotationsgefäßes 2 eine bestimmte Menge erreicht, wird die Plasmaproduktion
unterbrochen, und das hitzebeständige Rotationsgefäß 2 wird durch die Führungen 10
ge
senkt. Dann wird das Gefäß auf die Kippeinheit 16 gestellt, indem die Klemmbacken 9a
gelöst werden, und durch die Kippeinheit 16 für das hitzebeständige Rotationsgefäß
gekippt, wie in Fig. 1(b) gezeigt. Dadurch wird die Schmelze in die Form 18 gegossen.
Die Schmelze wird innerhalb der Form 18 zu einem verfestigten Glaskörper gehärtet,
und dieser wird schließlich entsorgt.
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Die Plasmakanone kann intermittierend betrieben werden. Weiters können der Betrieb
der Elektrode 12 und der Plasmakanone 13 in einem Computer programmiert und so
gesteuert werden. Da die wassergekühlte Elektrode 12 und die Plasmakanone 13 gemäß
vorliegender Erfindung über dem Abfall im hitzebeständigen Rotationsgefäß 2
angeordnet sind, stehen sie nicht mit der Schmelze in Kontakt, und die Wartung der
wassergekühlten Elektrode 12 ist einfach. Auch wenn das feuerfeste Material 2-2 des
hitzebeständigen Rotationsgefäßes 2 beschädigt oder abgenutzt wird, kann das feuerfeste Material
allein därch einen einfachen Vorgang ausgetauscht werden, wenn sich das
hitzebeständige Rotationsgefäß 2 in abgesenktem Zustand befindet. Daher ist die Wartung des
hitzebeständigen Rotationsgefäßes 2 extrem einfach.
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Wie erklärt worden ist, können mit dem Abfall-Schmelzofen und dem
Abfall-Schmelzverfahren gemäß vorliegender Erfindung das nicht-entflammbare Material und das
entflammbare Material gleichzeitig behandelt werden, ohne daß sie voneinander getrennt
werden. Weiters ist, da weder die Elektrode noch die Plasmakanone mit der Schmelze
in Kontakt kommt, die Wartung des Abfall-Schmelzofens, einschließlich des
Austauschens des feuerfesten Materials des hitzebeständigen Rotationsgefäßes, einfach, so daß
die Betriebskosten im Vergleich zur herkömmlichen Vorrichtung verringert werden
können. Weiters kann, da das hitzebeständige Rotationsgefäß gesenkt und gekippt wird, die
Schmelze leicht aus dem Gefäß entleert werden. Daher löst die vorliegend Erfindung
die nach dem Stand der Technik bestehenden Probleme und eignet sich als Abfall-
Schmelzofen und Abfall-Schmelzverfahren zur Behandlung verschiedener Abfälle.