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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbrennen und Vitrifizieren
von Abfällen,
insbesondere radioaktiven Abfällen.
Die Erfindung befasst sich mit der Behandlung von gefährlichen
brennbaren (spaltbaren) Abfällen, deren
Verbrennungsrückstände (Aschen)
auf stabile Weise immobilisiert werden sollen. Es gibt seit langem
ein Verfahren zur Neutralisation dieses Typs von Abfällen in
zwei Stufen, wobei jede der genannten Stufen in einer unabhängigen Vorrichtung
durchgeführt
wird:
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- – eine
erste Stufe zur Verbrennung der genannten teilchenförmigen festen
und/oder flüssigen
organischen Abfälle
in einer Verbrennungsvorrichtung;
- – eine
zweite Stufe zur Immobilisierung der am Ende der ersten Stufe erhaltenen
Verbrennungsrückstände, wobei
die zweite Stufe in einer geeigneten Vorrchtung durchgeführt wird,
die ein im geschmolzenen Zustand gehaltenes Glasbad enthält.
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Seit mehreren Jahren werden jedoch
Verfahren zur Behandlung von Abfällen
beschrieben, bei denen die beiden Stufen der Verbrennung der Abfälle und
der Immobilisierung der resultierenden Verbrennungsrückstände in einer
gleichen und neuartigen Vorrichtung durchgeführt werden. Man spricht in
diesem Zusammenhang von einer direkten Vitrifizierung.
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Die in diesem Zusammenhang von den
Anmeldern erhaltenen Ergebnisse wurden insbesondere auf dem KAIF '98, dem "Koreanischen Atomindustrie
Forum" präsentiert,
das vom 14. bis 17. April 1998 in Seoul in Südkorea abgehalten wurde. Die
genannten Ergebnisse haben die Durchfiihrbakeit eines direkten Vitrifizierungsverfahrens
gezeigt, bei dem die Abfälle
hauptsächlich
an der Oberfläche
eines Bades aus geschmolzenem Glas in einer oxidierenden Atmosphäre verbrannt
werden und die gebildeten Verbrennungsrückstände in dem Bad aus geschmolzenem
Glas eingeschlossen und immobilisiert werden; dieses Verfahren wird
in einem kalten Schmelztiegel durchgeführt, wobei das Bad aus geschmolzenem
Glas durch Induktion erhitzt wird.
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Die Anmelder haben die Arbeiten über die
direkte Vitrifizierung fortgesetzt und die vorliegende Erfindung
konzipiert und entwickelt, bei der es sich um eine Verbesserung
der direkten Vitrifizierung, wie sie bis heute bekannt ist, handelt.
Die Verbesserung, die das Hauptziel der vorliegenden Erfindung darstellt, führt zu einem
Verfahren und einer Vorrichtung auf dem Gebiet der Einführung der
Abfälle.
Die genannte Verbesserung, die zur Klartheit der Beschreibung der vorliegenden
Erfindung als Hauptverbesserung bezeichnet wird, wird zweckmäßig zusammen
mit weiteren Verbesserungen durchgeführt, die man in dem gleichen
Sinne als sekundäre
Verbesserungen bezeichnen kann. Die genannten Verbesserungen, die Hauptverbesserungen
und die sekundären
Verbesserungen, werden nachstehend zuerst allgemein, dann detaillierter
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Gegenstand betrifft
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von teilchenförmigen festen
(um ihre Einführung
und Verbrennung zu erleichtern) und/oder flüssigen organischen Abfällen,das
in einem einzigen (neueartigen) Reaktor durchgeführt wird, der ein Bad aus geschmolzenem
Glas enthält,
oberhalb dessen sich eine Gasphase befindet; das Behandlungsverfahren umfasst:
die Verbrennung der Abfälle
an der Oberfläche
des Bades aus geschmolzenem Glas in Gegenwart von Sauerstoff (die
Abfälle
fallen auf die Oberfläche,
zersetzen sich dort und die resultierenden gasförmigen Produkte dieser Zersetzung
werden in der sauerstoffhaltigen Gasphase verbrannt) und die Vitrifizierung
der verbrannten Abfälle
in dem Bad aus geschmolzenem Glas. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist insofern ein Verfahren zur direkten Vitrifizierung.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Abfälle
in den Reaktor (in die Gasphase des Reaktors) unter doppelter Kühlung eingeführt werden.
Man kann von einer Kühlung
der Einrichtung zur Beschickung des Reaktors mit den Abfällen selbst und
von einer indirekten Kühlung
der Abfälle
mittels der genannten Einrichtung im Verlaufe der Einführung derselben
sprechen. Die Einrichtung zur Einführung der genannten Abfälle in den
Reaktor wird nämlich
gekühlt
einerseits von der Seite der durchquerten Gasphase her und andererseits
zweckmäßig auf
unabhängige
Weise von der Seite des Eintritts der Abfälle her.
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Die erste der Kühlungen ist vor allem dazu bestimmt,
die genannte Beschickungseinrichtung gegen Konosion zu schützen, die
bei ihrem Kontakt mit der Gasphase entsteht; die zweite der Kühlungen
ist vor allem bestimmt zur Minimierung der übertragenen Wärme auf
die eintretenden Abfälle
mit dem Ziel, die Verdampfung der flüssigen Abfälle zu minimieren, das Verkleben
der festen Abfälle
zu vermeiden, da die Verklebung zu einer Verstopfung der Zuführungseinrichtung
führen
kann.
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Zur Durchführung dieser Kühlungen
in der Struktur der Beschickungseinrichtung ist das Zirkulierenlassen
von Kühlmittelfluids,
allgemein von Kühlmittelflüssigkeiten,
vorgesehen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der genannten doppelten
Kühlung
ist es zumindest für
die Durchführung
der ersten der Kühlungen
vorgesehen, mindestens ein Kühlmittelfluid
zirkulieren zu lassen, das bei einer Temperatts oberhalb des Taupunkts
der durchquerten Gasphase gehalten wird. Auf diese Weise wird jede
Kondensation der Gasphase auf den Wänden der Beschickungseinrichtung
vermieden. Dieses Phänomen
der Kondensation ist offensichtlich von Nachteil in bezug auf die
Konosionsprobleme. Es können
darüber
hinaus elektrische Lichtbögen
entstehen und somit schwerwiegende Probleme auftreten bei der Durchführung der
Erwärmung
des Bades aus geschmolzenem Glas durch Induktion. Im Rahmen dieser
vorteilhaften Variante kann man insbesondere als "warmes" Kühlmittelfluid überhitztes Wasser
verwenden.
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Der Vorteil der Verwendung eines
solchen "warmen" Fluids ist offensichtlich
für die
Durchführung
der ersten der Kühlungen
(auf der Seite der durchquerten Gasphase). Für die Durchführung der zweiten
der Kühlungen
(auf der Seite der eintretenden Abfälle) kann die Verwendung eines
solchen "warmen" Fluids nur im Zusammenhang
mit Abfallen erfolgen, welche die Temperatur eines solchen "warmen" Fluids aushalten...
Im allgemeinen wird die zweite der Kühlungen mit einem "kalten" Fluid durchgeführt, z.
B. mit Wasser von Umgebungstemperatur.
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Angesichts des Prinzips der Hauptverbesserung,
die erfmdungsgemaß bei
dem Verfahren zur direkten Vitrifizierung vorgenommen wird (d. h.
mit der doppelten Kühlung,
die bei der Einführung
der Abfälle angewendet
wird) kann seine Durchführung
in verschiedenen Varianten erfolgen in etwas unterschiedlichen Zusammenhängen.
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Man kann insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren
durchführen
mit einem praktisch vorher hergestellten Bad aus geschmolzenem Glas (das
in dem Reaktor vor der Einführung
der Abfälle) vorliegt,
oder mit einem Bad aus geschmolzenem Glas, das aus einer minimalen
Ausgangscharge allmählich
gebildet wird. Im Rahmen dieser zweiten bevorzugten Variante enthält der Reaktor
zu Beginn ein Bad aus geschmolzenem Glas mit einem geringen Anfangsvolumen
(einem Bodensatz) und ihm werden anschließend zugeführt einerseits Abfälle, andererseits
Elemente, die das Bad aus geschmolzenem Glas aufbauen. Die Abfälle und
die das Bad aufbauenden Elemente werden im übrigen in vorteilhafter Weise
im Gemisch eingefürtrt...
wobei die Abfälle
an Vorläuferelemente
angepasst werden können,
die das Bad aus geschmolzenem Glas aufbauen. Dem Reaktor werden
kontinuierlich Abfälle
und Elemente, die das Bad aus geschmolzenem Glas aufbauen, ja sogar
Zusätze
zu den Elementen zugeführt.
Wenn ein bestimmtes Niveau eneicht ist, werden die beiden Zuführungstypen
gestoppt und das so gebildete Bad aus geschmolzenem Glas kann abgezogen
werden.
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Die auf charakteristische Weise eingeführten "gekühlten" Abfälle werden
an der Oberfläche
des Bades aus geschmolzenem Glas in Gegenwart von Sauerstoff verbrannt.
Der Sauerstoff wird der Gasphase zugeführt, um seine Funktion als
Sauerstoff Träger
(Brennstoff) zu gewährleisten.
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Der genannte Sauerstoff wird in vorteilhafter Weise
in einer Menge verwendet, die höher
ist als die theoretisch erforderliche stöchiometrische Menge, um die
gewünschte
Verbrennung zu optimieren. Er wird zweckmäßig in einer Menge verwendet,
die dem 1,25- bis 1,5-fachen der stöchiometrischen Menge entspricht.
Die genannte Menge wird in jedem Fall kontrolliert und beeinflusst
nicht den Unterdruck, der in dem Reaktor auf klassische Weise aufrechterhalten
wird aus Gründen
der Sicherheit. Der Unterdruck wird aufrechterhalten durch Absaugen
von Verbrennungsgasen, wobei das Absaugen unter solchen Bedingungen
durchgeführt
wird, dass die Mitnahme von Abfällen
und vor allem von Verbrennungsrückständen (Aschen)
minimiert wird.
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Die Verteilung des Sauerstoffs in
der Gasphase, die sich oberhalb des Bades aus geschmolzenem Glas
befindet, wird in vorteilhafter Weise optimiert. Bei der Einführung der
Abfälle
wird insbesondere die Vermischung der Abfälle mit dem Sauerstoff vervollständigt. Die
genannten Abfälle
werden auf diese Weise in vorteilhafter Weise eingefülrt, umgeben
von einem Sauerstoffstrom. Um ein solches Ergebnis zu erzielen,
verwendet man zweckmäßig in der
Struktur der Zuführungseinrichtung
für die
Abfälle mindestens
einen Sauerstoff Zuführungskreislauf. Ein
solcher Kreislauf wird im allgemeinen zusätzlich zu der Einrichtung zur
Einführung
von Sauerstoff verwendet, die den Sauerstoff in die Gasphase des
Reaktors einführt,
wobei die Einrichtungen unabhängig von
der Einrichtung zur Einführung
der Abfälle
sind.
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Zusätzlich zu dem Sauerstoff, der
als Brennstoff in die Gasphase eingeführt wird, führt man zweckmäßig im Rahmen
der Durchfiührung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
Sauerstoff in das Bad aus geschmolzenem Glas ein. Das Verfahren
umfasst nämlich
in vorteilhafter Weise die Injektion von Sauerstoff in das Bad aus
geschmolzenem Glas in einer Menge, die ausreicht, um die Bildung
von Metall im Innern des Bades aus geschmolzenem Glas zu minimieren
oder sogar zu vermeiden; zweckmäßig in einer
Menge, die ausreicht, um die Bildung von Metall im Innern des Bades
aus geschmolzenem Glas zu minimieren oder zu vermeiden und um eine
mäßige Durchrührng des
Bades aus geschmolzenem Glas zu gewährleisten.
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Der in der Glasbad injizierte Sauerstoff
erlaubt die Einstellung des Oxidations-Reduktions-Potentials des
Glasbades und erlaubt somit die Begrenzung des reduzierenden Charakters
des Glases.
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Wenn man auf diese Weise das Oxidations-Reduktionspotential
des Bades aus geschmolzenem Glas einstellt, kann man im Innern des
Glasbades eine Reduktion der Oxide und damit die Bildung von Metallen
verhindern. Die Anwesenheit dieser Metalle im Innern des Bades schadet
beträchtlich der
Homogenität
des Bades und damit der Qualität der
durchgeführten
Vitrifizierung. Darüber
hinaus können
durch diese Anwesenheit auch tatsächliche Schwierigkeiten bei
der Durchführung
einer Erwärmung
durch Induktion entstehen...
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Der in das Glasbad injizierte Sauerstoff
um die Bildung von Metall zu minimieren, ja sogar zu vermeiden,
liegt vorzugsweise in einer Menge vor, die ausreicht, um gleichzeitig
einen bestimmten Grad der Durchmischung des Glasbades zu gewährleisten. Der
Fachmann kann die zu diesem Zweck erforderliche Sauerstoffmenge
optimieren. In jedem Fall muss sie ausreichend sein, um den erhofften
Effekt zu ergeben in bezug auf den Wert des Oxidations-Reduktions-Potentials,
ja sogar der erhofften Effekte in bezug auf den Wert des genannten
Potentials und den gewünschten
Rühreffekt,
sie darf jedoch nicht übermäßig hoch
sein, sodass das Glasbad, auch wenn es gerührt und durchmischt ist, ein
Glasbad bleibt und sich nicht in einen Schaum umwandelt...
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Wenn man hier von Sauerstoff spricht,
der als Brennstoff in der Gasphase und zweckmäßig als oxidierendes Gas in
dem Glasbad verwendet wird, so gilt dies in dem Sinne, dass der
verwendete Sauerstoff im allgemeinen ein "reines" Gas ist. Im Rahmen der vorliegenden
Erfindung ist es jedoch nicht völlig ausgeschlossen,
ein Gas, das Sauerstoff enthält,
und insbesondere Lufi, die an Sauerstoff angereichert ist oder nicht,
sowohl als Brennstoff als auch als oxidierendes Gas zu verwenden.
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Der in das Glasbad als oxidierendes
Gas eingeleitete Sauerstoff wird zweckmäßig unterhalb der Oberfläche des
Glasbades in den Reaktor eingeleitet. Auf diese Weise durchqueren
die Einrichtungen zum Einleiten des Sauerstoffs nicht die Gasphase des
Reaktors, sodass sie nur einem Typ von Konosion unterliegen, derjenigen,
die im Glasbad auftritt.
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Diese Bemerkung gilt für jede Einrichtung, die
dazu bestimmt ist, in das Glasbad einzudringen, um ein beliebiges
Element zuzuführen
(wie die oben genannte Einleitung von Sauerstoff) oder um einen beliebigen
Parameter zu messen (beispielsweise die Temperatur, das Oxidations-Reduktions-Potential...). Auf
diese Weise wird jede Einrichtung, die in das Glasbad eindringen
soll, zweckmäßig unterhalb
der Oberfläche
des Glasbades in den Reaktor eingeführt, um jeden Kontakt mit der
Gasphase zu vermeiden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren, das mit einer
doppelten Kühlung
der Einrichtung zur Einführung
der zu verbrennenden und zu vitrifizierenden Abfälle in den Reaktor durchgeführt wird,
wird im allgemeinen vorteilhaft unter Kühlen der Wände des Reaktors und/oder jeder
Einrichtung, die in den Reaktor eingeführt wird, sowohl im Bereich
der Gasphase als auch im Bereich des Glasbades durchgeführt. Zusätzlich zu
der spezifischen Kühlung
der Einrichtung zur Einführung
der Abfälle,
die bereits erwähnt wurde,
sieht man hier vor die Kühlung
aller anderer Einrichtungen, die in den Reaktor eingeführt werden können und
insbesondere derjenigen, die geeignet sind für die Einführung von Sauerstoff sowohl
im Bereich seiner Gasphase (der genannte Sauerstoff dient dann als
Brennstoff) als auch zweckmäßig im Bereich
des Glasbades (der genannte Sauerstoff dient dann als Oxidationsmittel
zur Einstellung des Oxidations-Reduktions-Potentials des Glasbades und
zweckmäßig als
Rühreinrichtung).
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Diese Liste von Einrichtungen zum
vorteilhaften Kühlen
ist nicht beschränkend.
Es können
beispielsweise noch genannt werden Einrichtungen zur Messung der
Temperatur der Gasphase, Einrichtungen zur Messung der Temperatur
des Glasbades, Einrichtungen zur Einstellung des Oxidations-Reduktions-Potentials
des Glasbades, Einrichtungen zur Messung des Niveaus des Glasbades...
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Eine solche Kühlung dient vor allem dazu, die
Wände und
die Einrichtungen vor Konosion zu schützen. Sie ist auch zweckmäßig, um
die im Bereich der Durchgänge
durch die Wände
installierten Abdichtungseinrichtungen zu schützen.
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Für
die Anwendung einer solchen Kühlung im
Bereich der Reaktorwände
und der in den Reaktor eingeführten
verschiedenen Einrichtungen verwendet man in klassischer Weise Kühlmittelfluids,
im allgemeinen Kühlmittelflüssigkeiten.
Man ordnet den Wänden
und Einrichtungen Kreisläufe
zur Zirkulation solcher Fluids zu. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante
der Kühlung
ist mindestens in den Wänden,
die in Kontakt stehen mit der Gasphase und/oder mindestens in den
Einrichtungen, die im Kontakt mit der Gasphase in den Reaktor eingefiilürt werden,
ein Kreislauf mindestens eines Kühhnittelfluids
vorgesehen, das bei einer Temperatur oberhalb des Taupunktes der
Gasphase gehalten wird. Es wurde bereits oben unter Bezugnahme auf
die doppelte Kühlung
der Einrichtung zur Einführung
der Abfälle hingewiesen
auf den Vorteil, ein "warmes" Kühlmittelfluid,
wie z. B. überhitztes
Wasser, zu verwenden. Dadurch wird die Kondensation an der Oberfläche der
Wände und/oder
der Einrichtungen vermieden...
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann man zur Erwärmung
und Aufrechterhaltung des geschmolzenen Glasbades bei einer geeigneten
Temperatur verschiedene Methoden anwenden. Das Glasbad kann so durch
Induktion, mit der Flamme, mit einem Plasmabrenner oder mit eingetauchten
Elektroden erwärmt
werden. Es ist nicht ausgeschlossen, mehrere dieser Verfahren in
Kombination anzuwenden. Die Erwärmung
durch Induktion ist bevorzugt; die Erwärmung durch Induktion, durchgeführt in einem
kalten Schmelztiegel, ist ganz besonders bevorzugt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird im allgemeinen
durchgeführt
unter kontinuierlicher Zufuhr der Abfälle, wobei die genannten Abfälle oberhalb
der Oberfläche
des Glasbades, gegebenenfalls im Gemisch mit Elementen, die das
Glasbad aufbauen, eingeführt
werden. Am Ende der Verbrennung einer Beschickung und der Verteilung
der erzeugten Verbrennungsrückstände in dem
Glasbad wird das beladene Glasbad abgezogen. Es erfolgt somit im
allgemeinen eine kontinuierliche Zufuhr (eine kontinuierliche Aufrechterhaltung
der Charge) und ein diskontinuierlicher Austrag.
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Was die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
angeht, sei noch auf das Folgende hingewiesen. Die Einführung von
Abfällen
und von Sauerstoff in den Reaktor wird offensichtlich in vorteilhafter
Weise optimiert, um eine maximale Verbrennung der Abfälle und
einen minimalen Austrag der Abfälle,
ob verbrannt oder nicht, durch das Verbrennungsgas zu gewährleisten.
Diese Optimierung beruht auf der gleichzeitigen Steuerung zahlreicher Parameter,
von denen einige bereits erwähnt
worden sind, und insbesondere der Steuerung:
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- – der
Teilchengröße der Abfälle,
- – der
zugeführten
Sauerstoffmenge,
- – des
Niveaus der Einleitung der Abfälle
in Bezug auf die Oberfläche
des Glasbades (zweckmäßig ist
es vorgesehen, das Niveau der Einleitung der Abfälle zu regulieren durch eine
Regulierung der Tiefe der Einführung
der Einrichtung zur Einführung
der Abfalle in den Reaktor),
- – der
Qualität
der Mischung aus Abfällen
und Sauerstoff bei der Einleitung der Abfälle. Es wurde bereits gezeigt,
dass zweckmäßig die
Abfälle
so eingeführt werden,
dass sie von Sauerstoff umgeben sind. Zu diesem Zweck verwendet
man in vorteilhafter Weise in der Struktur der Einrichtung zur Einführung der
Abfälle
mindestens einen Sauerstoffeinleitungs-Kreislauf.
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Nachstehend wird in allgemeiner Weise
der zweite Gegenstand der vorliegenden Erfindung beschrieben, d.
h. eine Vonichtung zur Behandlung von feinteiligen festen und/oder
flüssigen
organischen Abfällen
durch Verbrennen und Vitrifizieren, wobei die Vonichtung geeignet
ist zur Durchführung
des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Die genannte Vorrchtung
umfasst auf klassische Weise einen Reaktor, dem einerseits Erwärmungseinrichtungen
zugeordnet sind, die geeignet sind, im Boden des Reaktors ein Bad
aus geschmolzenem Glas aufrechtzuerhalten, und andererseits die
nachstehend angegebenen Einrichtungen vorgesehen sind:
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- – Einrichtungen
zur Entleerung des Bades aus geschmolzenem Glas,
- – eine
Einrichtung zur Einführung
der zu verbrennenden und zu vitrifizierenden Abfälle, wobei diese Einrichtung
oberhalb der Oberfläche
des Bades aus geschmolzenem Glas mündet und ihre Einleitungstiefe in
den Reaktor in vorteilhafter Weise einstellbar ist;
- – Einrichtungen
zur Einführung
von Sauerstoff, wobei der Sauerstoff oberhalb der Oberfläche des
Bades aus geschmolzenem Glas eingeleitet wird (zur Durchführung der
Verbrennung);
- – mindestens
ein Auslass für
Verbrennungsgase, der in dem oberen Abschnitt des Reaktors vorgesehen ist,
weit oberhalb der Oberfläche
des Bades aus geschmolzenem Glas (in dem Bestreben, die Mitnahme von
Verbrennungsrückständen zu
minimieren).
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Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
sie eine spezifische Einrichtung zur Einfühnrug der zu verbrennenden
und zu vitrifizierenden Abfälle umfasst.
Letztere weist eine rohrförmige
Struktur auf, die durch eine äußere Oberfläche und
eine innere Oberfläche
begrenzt ist; wobei die Struktur in ihrem Körper mindestens zwei Zirkulationskreisläufe, die zweckmäßig voneinander
unabhängig
sind, für
Kühhnittelfluids
umfasst:
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- – mindestens
einen Kreislauf, um die Kühlung
ihres Körpers
und ihrer äußeren Oberfläche zu gewährleisten
(um die Konosionsprobleme zu minimieren) und
- – mindestens
einen weiteren Kreislauf, um die Kühlung ihrer inneren Oberfläche zu gewährleisten
(um eine minimale Wärmemenge
auf die ankommenden Abfälle
zu übertragen).
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Die genannte Struktur kann mehrere
voneinander unabhängige
Kreisläüfe umfassen,
um jeden der genannten beiden Kühlungstypen
zu gewährleisten.
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Sie kann in vorteilhafter Weise Einrichtungen zum
Transportierenn und Einführen
von Sauerstoff durch ihr freies bzw. offenes Ende (oberhalb des Glasbades)
aufweisen. Die Einführung
des Sauerstoffs kann insbesondere durch eine Ringfläche gewährleistet
werden, die um das offene Ende der Einrichtung herum angeordnet
ist, wobei die genannte Ringfläche
von geeigneten, sinnvoll verteilten Öffnungen durchbohrt ist. Der
Kontakt zwischen den Abfällen
und dem Sauerstoff (dem Brennstoff) kann auf diese Weise optimiert
werden.
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Die Einfiihrungen und Austräge der Kühhnittelfluids,
die in der Struktur der Vonichtung zur Einfühiung der Abfälle in den
Reaktor im Kreislauf geführt werden,
sowie die Einführung
von Sauerstoff, die zweckmäßig im Kreislauf
in der genannten Struktur vorgesehen ist, stehen mit geeigneten
Verteilungs- und Abzugs-Einheiten in Verbindung. Die Verteilung der
Fluids und des Sauerstoffs in ihren jeweiligen Zirkulations-Kreisläufen im
Innern der Zuführungseinrichtung
erfolgt zweckmäßig mittels
einer Gesamtlüeit
von sinnvoll angeordneten Kammern und Verteilungskanälen.
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Die wesentlichen Elemente der eifmdungsgemäßen Vonichtung,
die für
die Durchfüihrung
des Verfahrens zur Verbrennung und Vitrifizierung erforderlich sind,
sind die oben genannten. Den oben genannten Elementen können weitere
Elemente zugeordnet werden, wie z. B. Einrichtungen zur Messung der
Temperatur der Gasphase, Einrichtungen zur Messung der Temperatur
des Bades aus geschmolzenem Glas, Einrichtungen zur Messung des
Niveaus des Glasbades, Einrichtungen zur Messung des Oxidations-Reduktions-Potentials
des Bades aus geschmolzenem Glas...
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Den Elementen, seien es wesentliche
oder nicht wesentliche Elemente, werden zweckmäßig weitere Einrichtungen zur
Injektion von Sauerstoff in dem Bad aus geschmolzenem Glas zugeordnet.
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Die genannten Einrichtungen werden
zweckmäßig in den
unteren Teil des Reaktors unterhalb der Oberfläche des Glasbades so eingeführt, dass
sie nicht mit der Gasphase in Kontakt kommen, sodass sie nur einem
Konosionstyp unterliegen (demjenigen, der von dem Glasbad ausgeht).
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Die genannten Einrichtungen sind
zweckmäßig auch
so angeordnet, dass bei Beendigung der Einführung von Sauerstoff an ihrem öffenen (freien) Ende
kein Glaspfropfen entsteht. Die genannten Einrichtungen zum Einleiten
von Sauerstoff in das Glasbad sind zweckmäßig vertikal im Boden (der
unteren Fläche)
des Reaktors angeordnet mit einer Einmündung, die unter einem Winkel
von 90° zu
ihrer vertikalen Achse angeordnet ist.
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Es wurde ganz allgemein gezeigt,
dass alle Einrichtungen, die in den genannten Reaktor eingeführt werden,
diejenigen, die in die Gasphase eingeführt werden, und diejenigen,
die in das Glasbad eingeführt
werden, zusätzlich
zu der Einrichtung zur Einführung
der Abfälle
in den Reaktor zweckmäßig gekühlt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Vorrchtung
weisen alle Einrichtungen, die in den Reaktor eingeführt werden,
insbesondere die Einrichtungen zur Einleitung von Sauerstoff in
die Gasphase, die Einrichtungen zur Ein leitung von Sauerstoff in
das Glasbad, falls sie vorhanden sind, in ihrer Struktur mindestens
einen Kreislauf zur Zirkulation eines Kühhnittelfluids auf.
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Auf vorteilhafte Weise ist auch der
Reaktor selbst gekühlt.
Seine Wände
sind zweckmäßig solche
vom Doppelwand-Typ, um die Zirkulation eines Kühhnittelfluids zu ermöglichen.
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Die dem Reaktor zugeordneten Erwärmungseinrichtungen
können
solche verschiedener Typen sein und insbesondere geeignet sein für die Durchführung einer
Erwärmung
durch Induktion, mit einer Flamme, mit einem Plasmabrenner oder
mit eingetauchten Elektroden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführngsvariante
ist der verwendete Reaktor ein kalter Schmelztiegel und die Erwärmungseinrichtungen
stellen Einrichtungen zur Erwärmung
durch Induktion dar.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand
ihrer Verfahrens- und Vorrichtungsaspekte unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht der Funktionsweise einer eifindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine
detailliertere Schnittansicht einer Vorrichtung des gleichen Typs,
wobei in der 2 Einrichtungen zur Anwendung
der doppelten Kühlung
gemäß der Erfindung
im Bereich der Einleitung der Abfälle zu finden sind;
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3 eine
detailliertere Schnittansicht der Vonichtung zur Zuführung von
Abfällen;
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4 eine
detailliertere Schnittansicht von Einrichtungen zur Einleitung von
Sauerstoff in das Glasbad.
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In den 1 bis 4 werden die gleichen Bezugsziffern für die gleichen
Elemente in schematischer oder detaillierter Form verwendet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die geeignet
ist zur Behandlung der Abfälle
D -durch Verbrennen und Vitrifizieren, durch direktes Vitrifizieren
- umfasst einen Reaktor 1, der mit Erwärmungseinrichtungen 2 ausgestattet
ist. Die in den 1 und 2 dargestellten
Erwärmungseinrichtungen
sind geeignet für
eine Erwärmung
durch Induktion. Im Innern des Reaktors 1 ist das Bad aus
geschmolzenem Glas V zu finden, über
dem sich die Gasphase G befindet (1).
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Unter Bezugnahme auf die 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren
wie folgt beschrieben.
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Die Abfälle D werden mittels der Zuführungseinrichtung 5 für die Abfalle
D in den Reaktor 1 eingeführt. Sie werden an der Oberfläche S des
Bades aus geschmolzenem Glas V zersetzt. Die aus dieser Zersetzung
resultierenden Gase verbrennen im Kontakt mit dem Sauerstoff, der
hauptsächlich
durch die Einrichtungen 6 zugeführt wird. In der 1 ist ein einzige Einrichtung 5 für die Einleitung
von Sauerstoff in die Gasphase dargestellt. Zweckmäßig verwendet man
mindestens zwei Einrichtungen, die symmetrisch zu der Einrichtung 5 zur
Einleitung der Abfälle
D angeordnet sind. Man versucht auf diese Weise, den Kontakt zwischen
den Abfällen
D und dem Sauerstoff zu optimieren, um die Verbrennung der Abfälle D zu optimieren.
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Die gebildeten Verbrennungsrückstände (Aschen)
fallen in das Glasbad V. An der Oberfläche S des Bades V findet man
im allgemeinen im Verlaufe der Zersetzung eine Ansammlung von Abfällen.
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In dem oberen Abschnitt des Reaktors 1 ist ein
Auslass 7 für
das Verbrennungsgas vorgesehen. Unterhalb des Bodens des Reaktors 1 findet
man Einrichtungen 4, um die Entleerung des Glasbades V sicherzustellen.
Die Einrichtungen 4 sind in der Lage, eine Entleerungsöffnung,
die im Boden des Reaktors 1 vorgesehen ist, abwechselnd
zu verschließen
und zu öffnen.
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Die Einrichtung 5 zur Einführung der
Abfälle D
ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Einrichtungen ausgestattet
ist, die eine doppelte Kühlung
ihrer Struktur sicherstellen können.
Die genannten Einrichtungen sind in dieser schematischen 1 nicht dargestellt. Sie
werden in den 2 und 3 gezeigt.
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In der l wird
schließlich
gezeigt, dass die Wände 3 und 3' des Reaktors 1 solche
vom Doppelwand-Typ
sind. Der Reaktor 1, der aus zwei Teilen besteht, trägt die Bezugsziffer 3 für seine
Wand im unteren Abschnitt und die Bezugsziffer 3' für seine Wand
im oberen Abschnitt. Im Innern dieser beiden Wände 3 und 3' ist der Kreislauf
für ein
Kühhnittelfluid vorgesehen.
Für die
Wand 3 tritt das Fluid bei der Ziffer 10 ein und
verlässt
es bei der Ziffer 11, für
die Wand 3' tritt
es bei der Ziffer 12 ein und verlässt es bei der Ziffer 13.
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In der 2 ist
in detaillierterer Form jedes der in der 1 dargestellten Elemente zu finden (mit
Ausnahme des Einlasses 12 für das Kühhnittelfluid, das in der oberen
Wand 3' des
Reaktors 1 zirkuliert).
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Bezüglich einer detaillierteren
Beschreibung der Einrichtung 5 zur Einführung der Abfälle 3 sei
verwiesen auf die weiter unten folgenden Angaben unter Bezugnahme
auf die 3.
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Für
eine detailliertere Beschreibung der Einrichtungen 8 zur
Einleitung von Sauerstoff in das Glasbad sei verwiesen auf die weiter
unten folgenden Angaben in bezug auf die 4.
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In der 2 ist
nämlich
zu erkennen, dass der Boden des Reaktors 1 von Einrichtungen 8 zur Einleitung
von Sauerstoff in das Glasbad V durchquert wird. Die genannten Injektionseinrichtungen 8 sind
vertikal angeordnet und weisen eine Öffnung 82 auf (vgl. 4) unter einem Winkel von
90° gegenüber ihrer
vertikalen Achse einmündet:
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Vonichtung
ist in der 2 erläutert.
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In der 2 sind
zwei Einrichtungen 6 dargestellt, die für die Einleitung von Sauerstoff
(als Brennstoff) in die Gasphase vorgesehen sind. Es handelt sich
dabei nämlich
um Blasrohre. Im Innern der Struktur der Blasrohre 6 ist
ein Kreislauf 61 zur Zirkulation eines Kühhnittelfluids
vorgesehen. Die auf diese Weise gekühlten Blasrohre sind gegen
Konosion besser beständig.
Es sei hier daran erinnert, dass sie zweckmäßig gekühlt werden durch Zirkulierenlassen
eines "warmen" Kühhnittelfluids
(das bei einer Temperatur oberhalb des Taupunktes der durchquerten
Gasphase gehalten wird), um jede Kondensation auf der äußeren Oberfläche zu vermeiden.
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In der 3 ist
eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante
der Einrichtung 5 zur Einführung der Abfälle D in
den Reaktor 1 dargestellt. Die Einrichtung 5 weist
eine rohrförmige
Struktur auf, die durch eine äußere Oberfläche 50 und
eine innere Oberfläche 50' begrenzt ist.
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In ihrem Körper findet man:
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- – mindestens
einen Zirkulationskreislauf 51 für ein Kühlmittelfluid, das den Körper und
hauptsächlich
die äußere Oberfläche 50 kühlen soll.
Die Zirkulation des Kühhnittelfluids
ist durch die schwarzen Pfeile schematisch dargestellt;
- – mindestens
einen Zirkulationskreislauf 52 für ein Kühhnittelfluid, das die innere
Oberfläche 50' kühlen soll.
Der Kreislauf des Kühhnittelfluids
ist durch die weißen
Pfeile schematisch dargestellt; sowie
- – mindestens
einen Kreislauf 53 + 54, um Sauerstoff zu dem
Ende 55 der Einrichtung 5 zu transportieren und
dieser zuzuführen.
Der Sauerstoff wird dabei um das Ende 55 herum mittels
einer Ringfläche 54 zugeführt. Die
Ringfläche 54 weist Öffnungen
mit geeigneten Dimensionen auf, die sinnvoll verteilt sind, um den
Sauerstoff auf optimierte Weise zuzuführen. Auf diese Weise wird
der Kontakt zwischen den Abfällen D
und dem Sauerstoff optimiert. Der durch die Einrichtung 5 zur
Einführung
der Abfälle
D zugeführte Sauerstoff
wird zusätzlich
zu dem durch die Einrichtungen 6 zugeführten Sauerstoff eingeleitet
(vgl. 1 und 2).
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Es sei hier daran erinnert, dass
in 51 zweckmäßig ein "warmes" Fluid zirkuliert.
Die Zirkulationskreisläufe 51 und 52 sind
vollständig
unabhängig voneinander.
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In der 4 ist
eine Einrichtung 8 zur Einleitung von Sauerstoff in das
Glasbad dargestellt. Eine solche Einrichtung wird zweckmäßig in Kombination mit
einer Einrichtung zur Einleitung von Abfallen, wie sie weiter oben
beschrieben ist, verwendet. Die Einrichtung 8 umfasst einen
Zuführungskreislauf 81 für den Sauerstoff.
Die Zirkulation des Sauerstoffs in dem Kreislauf 81 ist
durch weiße
Pfeile schematisch dargestellt. Der Sauerstoff wird bei 82 zugeführt, einem
freien Ende, das unter einem Winkel von 90° gegenüber der Achse der Einrichtung 8 angeordnet
ist.
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Die Einrichtung 8 umfasst
in ihrer Struktur einen Zirkulationskreislauf 83 + 83' für ein Kühhnittelfluid.
Auf diese Weise kann ihr Teil, der in das Glasbad eindringt, gekühlt werden.
Das Kühhnittelfluid tritt
bei 83 ein und tritt bei 83' aus, beladen mit Wärme. Seine Zirkulation ist
durch schwarze Pfeile schematisch dargestellt.