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1. WO1994002782 - VERFAHREN ZUR KONTROLLIERBAREN UND UMWELTSCHONENDEN VERBRENNUNG VON LEICHT BRENNBAREN STOFFEN SOWIE ZUR DURCHFÜHRUNG DIESES VERFAHRENS GEEIGNETE VERBRENNUNGSVORRICHTUNG

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

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VERFAHREN ZUR KONTROLLIERBAREN UND UMWELTSCHONENDEN
VERBRENNUNG VON LEICHT BRENNBAREN STOFFEN SOWIE ZUR DURCHFÜHRUNG DIESES VERFAHRENS GEEIGNETE VERBRENNUNGSVORRICHTUNG

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontrollierbaren und umweltschonenden Verbrennung von leicht brennbaren Stoffen bzw. aus leicht brennbaren Stoffen hergestellten Körpern, z.B. Feststofftreibsätzen, sowie eine Verbrennungsvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei bekannten Verfahren der einschlägigen Gattung werden die Stoffe bzw. Körper in einer Verbrennungskammer, gegebenenfalls unter Zuführung eines Oxidationsmittels, durch eine volumenerfassende Reaktion verbrannt. Die nur schwer kontrollierbare und zudem oft nur unvollständig ablaufende Verbrennungsreaktion birgt unter anderem die Gefahr, daß die im allgemeinen noch sehr reaktiven Restgase explosiv verpuffen. Dies hat nun bei diesen Verfahren bereits in der Vergangenheit zu schwereil'- Unfäl len geführt.

So ist aus der DE-OS 26 28 966 ein Verfahren zur Einschleusung von in Behältern gasdicht eingeschlossenen Abfällen in thermische Abfallbehandlungseinrichtungen bekannt. Die Abfälle werden in Unterdruckkammern gesammelt und in die Behälter unter Verdichtung gasdicht eingeschlossen. Die Be-hälter werden an Ort und Stelle oder nach einer Zwischenlagerung in eine mit Überdruck arbeitende und gegebenenfalls in einer Unterdruckkammer stehende thermische Abfal Ibehand- lungseinrichtung eingeschleust. Die anorganischen Bestandteile der Abfälle werden schmelzflüssig abgezogen und zu Schlackenblöcken gegossen aus der thermischen Abfallbehandlungseinrichtung ausgeschleust.

Ferner ist aus der DE-OS 34 27 719 ein Verbrennungsofen für hochgiftige Abfälle bekannt, der nach der Art einer Raketenbrennkammer aufgebaut ist und eine rückstandsfreie Beseitigung der Abfälle unter völligem Abschluß von der Un-weit ermöglicht. In der Brennkammer wird ein Heißgas erzeugt, dessen Zusammensetzung und Temperatur auf den zu be-seitigenden Stoff abgestimmt ist. Durch den Wärmeübergang zwischen dem Heißgas und dem in die Brennkammer eingebrachten Abfall werden die Giftstoffe von ihrem Trägermaterial befreit, verdampft und zersetzt, so daß als Hauptprodukte Wasserdampf und Kohlendioxid übrigbleiben.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, mit denen derartige Verbrennungen ungefährlich und umweltschonend durchgeführt werden können und die daher insbesondere auch für im großen Umfang durchgeführte Entsorgungsmaßnahmen für die hier betroffenen Stoffe geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst. Als Körper kommen dabei beispielsweise Vollzy-linder oder Quader in Betracht. Aufgrund der Anpassung zwischen der Innenwand der Schleusenkammer und der Körperaußenfläche einerseits sowie des Unterdrucks in dem Behäl-ter andererseits ist gewährleistet, daß der Körper Zug um Zug von der Stirnseite her kontrolliert bzw. kontrollierbar verbrennt und die Verbrennungsprodukte ausschließlich in den Behälter abgesaugt werden. Die sukzessive kontinuierliche Verbrennung des Körpers gewährleistet dabei optimale Reaktionsbedingungen und damit bereits eine nahezu vollständige Umsetzung des Körpers in ungefährliche, beispielsweise nicht explosive Restgase. Hinsichtlich der weiteren Entsorgung der gasförmigen Verbrennungsprodukte finden sich Merkmale in den Unteransprüchen. Die festen Ver- brennungsprodukte, z.B. Staub oder Asche, setzen sich beispielsweise am Boden des Behälters ab und können regelmäßig oder in bestimmten Zeitabständen entsorgt werden.

Aufgrund der Anpassung der Innenwand der Schleusenkammer an die Körperform wird erreicht, daß der Körper zumindest im Bereich der Seitenfläche(n) an der Schleusenkammerinnenwand eng anliegt oder zusammen mit dieser eine Dichtung bildet. Dies ist die Voraussetzung für eine kontrollierbare und sukzessive Verbrennung des Körpers. Aufgrund der im wesent-liehen gasförmigen Reaktionsprodukte ist der Innenraum des Behälters wesentlich größer auszulegen als der Innenraum der Schleusenkammer. Durch die Anordnung von Schließein-richtungen zwischen der jeweiligen Schleusenkammer und dem Behälter wird zudem ein Dauerbetrieb der Verbrennungsvorrichtung möglich.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiter vorgesehen sein, daß die in der Verbrennungszone gebildeten Verbrennungsprodukte zusätzlich wenigstens eine Nachverbrennungszone durchströmen. Durch diese Maßnahme können in der Verbrennungszone noch unvollständig verbrannte Verbrennungsprodukte in der nachgeschalteten Nachverbrennungszone vollständig verbrannt werden und damit der Entsorgungsgrad weiter erhöht werden.

Bei dem erfindungsgemäßen" Verfahren kann weiter vorgesehen sein, daß die Position der Stirnfläche des Körpers in der Schleusenkammer mittels eines Rückhalteelements bzw. einer Rückhaltevorrichtung während der Verbrennung fixiert wird.

Alternativ zu der sich durch die Schleusenkammer hindurch bewegenden Verbrennungsfront kann durch eine Fixierung der Stirnfläche und damit auch der Verbrennungsfront in der Verbrennungszone erreicht werden, daß zu jedem Zeitpunkt der Verbrennung die Umgebungsbedingungen für die Verbrennungsreaktion, beispielsweise die Umgebungstemperatur, gleich sind.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß der Körper mittels bekannter mechanischer, elektrischer oder sonstiger Verfahren, z.B. einer Hydraulik, kontinuierlich nachgeführt wird, sodaß seine Stirnfläche an dem Rückhalteelement anliegt und daß die Nachführgeschwindigkeit der Verbrennungsgeschwindigkeit des Körpers angepaßt wird. Die Nachführung kann dabei entsprechend der durch die Ver-brennung bedingten Verkürzung des Körpers erfolgen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiter vorgesehen sein, daß in der bzw. im Bereich der Verbrennungszone und/oder der Nachverbrennungszone ein Oxidationsmittel , z.B. Luft oder Sauerstoff, zugeführt wird. Die Zuführung von Luft oder Sauerstoff bietet sich im allgemeinen nur bei Stoffen mit einer negativen Sauerstoffbi lanz bei der Verbrennungsreaktion an.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiter vorgesehen sein, daß das Oxidationsmittel über wenigstens einen in dem Körper befindlichen Kanal, beispielsweise einen zentral angeordneten Kanal, zugeführt wird. Hierbei kann das Oxidationsmittel von der dem Behälter abgewandten Stirnseite des Körpers durch den Körper hindurch der Verbrennungs- bzw. Nachverbrennungszone zugeführt werden, was den Vorteil hat, daß ein Rückstrom von Verbrennungsgasen, beispielsweise an den äußeren Dichtflächen » vorbei, wirksam vermieden werden kann.

Bei dem erfi dungsgemäßen Verfahren kann ferner vorgesehen sein, daß der zu verbrennende Stoff mit einem Material mit positiver Sauerstoff i lanz gemischt wird oder daß der Korper mit einem Material mit positiver Sauerstoffbi lanz ge-füllt wird. Diese Maßnahmen bieten sich, wie die bereits genannte direkte Zuführung eines Oxidationsmittelε, bei Stoffen mit einer negativen Sauerstoffbi lanz bei der Verbrennungsreaktion an. Durch diese Maßnahmen kann sich also die zusätzliche Zuführung eines Oxidationsmittels erubπ- gen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiter vorgesehen sein, daß nach der Verbrennung eines Körpers die Schleusen- kam er durch Spülen, beispielsweise mit Luft, gereinigt, die Verbindung zwischen der Schleusenkammer und dem Behälter unterbrochen und ein weiterer Körper in die Schleusenkammer eingebracht wird. Die Spülung der Schleusenkammer vor ihrem öffnen gewährleistet, daß sich keine reaktiven Restgase, wie z.B. Wasserstoff, in der Kammer befinden," welche bei der Belüftung der Schleusenkammer dann möglicherweise explosiv reagieren würden. Mit dem Verfahren lassen sich zudem beliebig viele Körper nacheinander im Dauer-betrieb verbrennen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiter vorgesehen sein, daß die gasförmigen Verbrennungsprodukte überwiegend kontinuierlich, dagegen die festen Verbrennungsprodukte pe-riodisch aus dem Behälter entfernt werden. Die sich in dem Behälter ansammelnden gasförmigen Verbrennungsprodukte können beispielsweise über eine Pumpe abgesaugt werden. Hingegen setzen sich die festen Verbrennungsbestandteile beispielsweise am Boden des Behälters ab.

Zur weiteren Verminderung von Umweltbelastungen bei der Verbrennung kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, daß die gasförmigen Verbrennungsprodukte zur Entsorgung der den Verbrennungsprodukten eigenen Restwärme durch einen Wärmetauscher geführt werden und daß die gasförmigen Verprennungsprodukte zur Entsorgung der Restgase durch eine Filtereinrichtung geführt werden.

Die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner dadurch gesteigert werden, daß mehrere Schleusenkammern gleichzeitig betrieben werden. Hierbei können beispielsweise mehrere Schleusenkammern mit einem Behälter zusammenarbeiten. Es können dabei jedoch auch mehrere Behälter vorgesehen sein.

Die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung kann weiter wenigstens eine in der Schleusenkammer vorgesehene Zusatzkammer für die Nachverbrennung vorsehen. Diese Nachverbren- nungszone kann dabei in Form einer zusätz ichen Kammer ausgebildet sein und erfüllt den Zweck, in der Verbrennungszone noch nicht verbrannte Restgase zu verbrennen.

Die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung kann weiter an bzw. in der Schleusenkammer vorgesehene Mittel für die Zu-" führung des Oxidationsmittels, beispielsweise Dosierventi le oder Düsen vorsehen. Dadurch kann das Oxidationsrmttel räumlich gezielt und mengenmäßig kontrolliert in die Ver-brennungs- bzw. Nachverbrennungszone eingebracht werden.

Eine räumliche Fixierung der Stirnfläche des Körpers in der Schleusenkammer kann durch einen Vorsprung in bzw. an der Innenwand der Schleusenkammer, durch den der Körper in Höhe der Stirnfläche zurückgehalten wird oder durch ein in der Schleusenkammer angeordnetes Gi terele ent, an dem die Stirnfläche des Körpers anliegt, erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung kann weiter Distanzelemente zur Auskleidung der Innenwand der Schleusenkammer, beispielsweise Rohrstücke vorsehen. Dadurch ist es möglich, die Innenwand der Schleusenkammer an unterschiedliche Körper anzupassen.

Die Fixierung der Stirnfläche kann trotz der sich bei der Verbrennung ndernden Körperlänge durch eine in bzw. an der Schleusenkammer vorgesehene Hydraulik mit einem Druckkolben für den Andruck und die Nachführung des Körpers erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung kann weiter wenigstens einen an dem Behälter vorgesehenen Feststoffentsorgungsstutzen aufweisen, über den die festen Verbrennungsprodukte, die sich beispielsweise am Behälterboden ab-setzen, beseitigt werden können.

Die endgültige Entsorgung der Restwärme der Verbrennungsprodukte sowie des Restanteils an Staub und giftigem Gas kann durch wenigstens einen innerhalb des Behälters oder hinter dem Ausgang des Behälters angeordneten Wärmetauscher sowie wenigstens eine hinter dem Ausgang des Behälters angeordnete Filtereinrichtung erfolgen.

Die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung kann dabei e-' mgstens einen Rieselturm für die Umwandlung von Stickstoffdioxid in Salpetersäure, wenigstens ein Aktiv-Kohlefilterelement für die Abfiltration der übrigen Stickoxide sowie wenigstens eine Sammelvorrichtung für die Salpetersäure aufweisen. Die Salpetersäure kann dabei durch Wiederverwertung bei der Düngemittelherstellung in einen Rohstoffkreislauf eingegliedert werden.

Die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung kann ferner wenigstens einen vor der Filtereinrichtung angeordneten Zwischenbehälter aufweisen. Der Zwischenbehälter gestattet aufgrund der Pufferwirkung den kontinuierlichen und effizienten Einsatz einer Filteranlage.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung wenigstens einen vor der Filtereinrichtung angeordneten Kompressor oder Ventilator vorsehen. Diese Einrichtungen ermöglichen die Absaugung der gasförmigen Verbrennungs-produkte in eine Filteranlage.

Im folgenden Teil wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des in der einzigen Figur 1 dargestellten Ausführungs- beispieles einer erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung erläutert.

Die in Figur 1 dargestellte Verbrennungsvorrichtung hat eine Schleusenkammer 1, die in diesem Beispiel zylindrisch ausgebildet ist und in die ein zyl inderförmiger Körper 2, z.B. ein Treibstoffsatz, eingebracht ist. Die Innenwand der Schleusenkammer 1 ist im Bereich des Körpers 2 der Körperaußenform angepaßt. Die Bestückung der Schleusenkammer 1 mit dem Körper 2 erfolgt durch einen Verschluß 3 der Schleusenkammer 1. Der Körper 2 wird mittels eines mit einer Hydraulik (nicht dargestellt) verbundenen Druckkolbenε 4 mit seiner Stirnseite 5 an ein Gitter 6 gedrückt. Hier-durch wird erreicht, daß auch während der Verbrennung die Stirnfläche 5 des Körpers 2 an dem Gitter 6 eng anliegt und" dadurch die Position der Stirnfläche 5 in der Schleusenkammer 1 fixiert ist. Der Körper 2 wird nun zur Einleitung der Verbrennungsreaktion an der Stirnfläche 5 gezündet. Dadurch bildet sich in dem Körper 2 eine Verbrennungsfront aus, die aufgrund der genannten Fixierung fortwährend im Bereich einer Verbrennungszone 7 liegt, in der die eigentliche Verbrennung stattfindet. Hinter der Verbrennungszone 7 befindet sich eine Nachverbrennungszone 8, in der noch unver-brannte Restgase verbrannt werden, über zwei Gaszuführungen 9,9a mit jeweils einem Dosierventil (nicht dargestellt) kann kontrolliert ein Oxidationsmittel , z.B. Sauerstoff, sowohl in die Verbrennungszone 7 als auch die Nachverbrennungszone 8 eingeleitet werden. Alternativ oder parallel dazu kann das Oxidationsmittel (auch) über eine Zufuhrlei-tung 10 und durch einen in den Körper 2 eingearbeiteten Zentralkanal 11 hindurch zu den beiden Verbrennungszonen 7,8 hingeleitet werden.

Die Schleusenkammer 1 steht mit einem druck- bzw. gasdichten Behälter 12 mittels eines gas- bzw. druckdichten Schiebers 13 in schließbarer Verbindung. Nach dem Öffnen des Schiebers 13 wird der Körper in die Verbrennungszone 7 eingeführt (dargestellt ist hier der bereits geöffnete Zu-stand) und an der Stirnfläche beispielsweise durch eine Elektronen- oder Elektroheizung gezündet. Danach werden die in der Verbrennungszone 7 bzw. der Nachverbrennungszone 8 gebildeten Reaktionsprodukte aufgrund des vorliegenden Druckgefälles in den Behälter 12 gesaugt.

Die festen Anteile der Produkte setzen sich am Boden des Behälters 12 ab und können über einen Feststoffentsorgungsstutzen 14 beseitigt werden. Am Ausgang 15 des Behälters 12 werden die gasförmigen Verbrennungsprodukte zur weiteren Entsorgung abgesaugt. Diese durchströmen zunächst einen Wärmetauscher 16, in dem die Wärme des Restgases genutzt bzw. entsorgt werden kann und werden danach über eine Pumpe 17 in einen Zwischenspeicher 18 gepumpt. Schließlich wird das Restgas über einen Kom-v pressor 19 einer Filtereinrichtung 20 zugeführt, in der eine abschließende chemische Reinigung des Restgases erfolgt. Die Filtereinrichtung 20 besteht in diesem Beispiel aus einem Rieselturm 21, in dem anfallendes Stickstoffdioxid in Salpetersäure umgewandelt wird, einem Aktivkohlefilter 22 zur Absorption der übrigen Stickoxide sowie einer Sammelvorrichtung 23 für die Konzentrierung der Salpetersäure. Die anfallende Salpetersäure kann nun schließlich bei der Düngemittelproduktion verwendet werden.