DE3815632A1 - Verfahren zum schmelzen von asche und anderen keramischen materialien mit schaedlichen bestandteilen - Google Patents

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.

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.

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 enthaltenden 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:

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.

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 Energievebrauch ge­ geben ist. Diese Einrichtungen benötigen außerdem wegen der dabei entstehenden Abgase eine zusäztliche Abgasreinigung.

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.

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.

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.

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.

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 seinem Volumen etwa um den Faktor 3 verringert, wodurch die Wirtschaftlich­ keit einer Verbrennungsanlage erheblich erhöht wird.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im fol­ genden und anhand der Figur näher erläutert:

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 16 gelangen können. Das Schmelz­ rohr 8 durchdringt dabei abgedichtet diese Platte 17.

Die Funktion der Anlage ist nun wie folgt:

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 3 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 S 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.

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.

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.

Bezugszeichenliste:

 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

Claims (5)

1. Verfahren zum Schmelzen von Asche und anderen keramischen Materialien mit schädlichen Bestandteilen, wie z.B. radioaktiven oder toxischen Stoffen als Rückstände einer Verbennungsanlage mit nachgeschalteter Abgasreinigung, da­ durch gekennzeichnet, daß die in den Rauchgasen hinter der Verbrennungsanlage selbst enthaltene Wärmeenergie unmittel­ bar zum Schmelzen der Asche bzw. der Verbrennungsrückstände verwendet wird.

2. Schmelzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Asche aus der Verbrennungsanlage selbst auch Asche aus anderen Anlagen geschmolzen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 in der Rauchgasleitung einer Verbren­ nungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar hinter dieser ein die Rückstände (19) aufnehmendes Schmelzrohr (8) vorhanden ist, welches von den heißen Rauchgasen (4) um­ spült wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzrohr (8) senkrecht in einem Gehäuse (1) steht, dessen Innenraum (7) über Stutzen (2, 3) in die Rauchgas­ leitung eingeflanscht ist, die Enden (9, 10) des Schmelz­ rohres (8) mit dessen verschließbaren Öffnungen nach oben und unten aus dem Gehäuse (1) ragen und dort jeweils ein dichter Handschuhkasten (5, 6) darübergesetzt ist, aus wel­ chem das Schmelzrohr (8) beschick- sowie entleerbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzrohr (8) im oberen Bereich des Innenraumes (7) zu diesem hin geöffnete Entlüftungsöffnung (18) aufweist.