DE10227711B4

DE10227711B4 - Vorrichtung zur Entsorgung gefährlicher oder hochenergetischer Materialien

Info

Publication number: DE10227711B4
Application number: DE2002127711
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr. Wilhelm
Original assignee: Gfe & Co KG Ges fur Ents GmbH; Gfe & Co KG Gesellschaft fur Entsorgung GmbH
Current assignee: Gfe & Co KG Ges fur Ents GmbH; Gfe & Co KG Gesellschaft fur Entsorgung GmbH
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2022-06-22
Also published as: DE10227711A1

Abstract

Vorrichtung zur Entsorgung gefährlicher oder hochenergetischer Materialien mit
a) einem Gehäuse, in dem die Materialien unter kontrollierten Bedingungen zu einer Reaktion bringbar sind, deren Endprodukte ungefährlich sind;
b) einem sich in dem Gehäuse von oben nach unten bewegenden Wanderbett, das im dynamischen Gleichgewicht zwischen der kontinuierlichen Zufuhr eines Schüttgutes und der zu entsorgenden Materialien einerseits und dem kontinuierlichen Austrag einer Mischung aus Schüttgut und der Reaktion entstammender Reststoffe andererseits ausgebildet ist;
c) einer das Wanderbett in vertikaler Richtung durchfließenden Heißgasströmung, mit welcher das Schüttgut zumindest örtlich erwärmt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
d) das Schüttgut mindestens zwei Schüttgutfraktionen (21, 23; 121, 123; 221, 223) umfasst, wobei
da) eine erste Schüttgutfraktion (21; 121; 221) aus Schüttgutteilen besteht, die eine kleinere charakteristische Abmessung besitzen;
db) eine zweite Schüttgutfraktion (23; 123; 223) aus Schüttgutteilen besteht, die eine größere charakte ristische Abmessung besitzen;
dc) die erste Schüttgutfraktion...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entsorgung gefährlicher oder hochenergetischer Materialien mit

a) einem Gehäuse, in dem die Materialien unter kontrollierten Bedingungen zu einer Reaktion bringbar sind, deren Endprodukte ungefährlich sind;
b) einem sich in dem Gehäuse von oben nach unten bewegenden Wanderbett, das im dynamischen Gleichgewicht zwischen der kontinuierlichen Zufuhr eines Schüttgutes und der zu entsorgenden Materialien einerseits und dem kontinuierlichen Austrag einer Mischung aus Schüttgut und der Reaktion entstammender Reststoffe andererseits ausgebildet ist;
c) einer das Wanderbett in vertikaler Richtung durchfließenden Heißgasströmung, mit welcher das Schüttgut zumindest örtlich erwärmt wird.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist in der DE 199 11 175 C2 beschrieben. Bei dieser wird das Wanderbett nur von einer einheitlichen Schüttgutfraktion gebildet; im gesamten Innenraum des Gehäuses dieser Vorrichtung finden sich also Schüttgutteile, die dieselbe charakteristische Abmessung besitzen.
Eine Vorrichtung zur Entsorgung gefährlicher Stoffe ähnlich derjenigen der eingangs genannten Art ist auch aus der DE 38 19 699 C1 bekannt geworden; der dort beschriebene Sandkoker dient zur Pyrolysierung von organischen Stoffen. Eine Heißgasströmung durch das Schüttgut sieht die DE 38 19 699 C1 ebensowenig vor wie die DE 101 45 406 A1 , wo im oberen Bereich einer Reaktorkammer ein inneres perforiertes Gehäuse vorgesehen ist, das der Aufnahme und dem Transport von zu entsorgenden Explosivstoffen dient.
Bei einer aus der US 5 582 119 bekannten Vorrichtung fällt das zu entsorgende Gut auf ein im unteren Bereich eines Reaktors befindliches stationäres Schüttgutbett, das im Kreislauf gereinigt werden kann. Der obere Bereich des Reaktors dient der Oxidation der entstehenden Gase. Eine Dämpfung der Explosionsenergie findet nach oben kaum statt, da das Explosivmaterial nicht sicher tief genug in das Schüttgutbett eindringt.
Aus physikalischen Gründen können Schüttungen umso höhere Detonationsenergie aufnehmen, umso kleiner die charakteristische Abmessung der Schüttgutteile ist. Dies bedeutet gleichzeitig, dass das die Schüttung einfassende Gehäuse bei kleineren Abmessungen der Schüttgutteile auch kleiner ausgeführt werden kann. Dem steht aber entgegen, dass mit sinkender charakteristischer Abmessung der Schüttgutteile der Widerstand der Schüttung gegen die Heißgasströmung ansteigt. Diesen gegenläufigen Tendenzen wurde beim Gegenstand der DE 199 11 175 C2 dadurch Rechung getragen, dass bei der Wahl der charakteristischen Abmessung der Schüttgutteile ein Kompromiss getroffen wurde.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass die Gehäuseabmessungen möglichst klein gehalten werden können und gleichwohl die Heißgasströmung nicht unnötig stark gedrosselt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass

d) das Schüttgut mindestens zwei Schüttgutfraktionen umfasst, wobei
da) eine erste Schüttgutfraktion aus Schüttgutteilen besteht, die eine kleinere charakteristische Abmessung besitzen;
db) eine zweite Schüttgutfraktion aus Schüttgutteilen besteht, die eine größere charakteristische Abmessung besitzen;
dc) die erste Schüttgutfraktion die zweite Schüttgutfraktion ringartig umgibt;
dd) der Bewegungsweg der zu entsorgenden Materialien im Wesentlichen durch die zweite Schüttgutfraktion führt.

Unter dem Begriff "charakteristische Abmessung" wird hier bei kugelförmigen Schüttgutteilen deren Durchmesser, bei von der Kugelform abweichenden Schüttgutteilen deren größte Abmessung verstanden.
Durch die erfindungsgemäße Aufteilung des das Wanderbett bildenden Schüttgutes in zwei Schüttgutfraktionen, deren Schüttgutteile unterschiedlich groß sind, lassen sich sowohl die Vorteile erzielen, die mit großen Schüttgutteilen verbunden sind, als auch die, die sich aus kleinen Schüttgutteilen ergeben:
Die Schüttgutfraktion mit kleineren Schüttgutteilen, welche die andere Schüttgutfraktion umgibt, erfüllt im Wesentlichen die Aufgabe, die Detonationsenergie aufzunehmen. Eine hier stattfindende Drosselung der Heißgasströmung ist von geringerer Bedeutung, da in dieser ersten Schüttgutfraktion keine so hohen Temperaturen erreicht werden müssen. Die zweite Schüttgutfraktion mit den Schüttgutteilen größerer charakteristischer Abmessung dagegen nimmt selbst den kleineren Anteil der bei der Reaktion freiwerdenden Energie auf und leitet den größeren Anteil an die umgebende erste Schüttgutfraktion weiter. Auf Grund der größeren Abmessungen, die diese zweite Schüttgutfraktion besitzt, kann jedoch die zweite Schüttgutfraktion mit geringen Drosselverlusten vom Heißgas durchströmt werden.
Die Heißgasströmung kann dabei grundsätzlich von unten nach oben oder auch von oben nach unten erfolgen.
Grundsätzlich ist es denkbar, durch beide Schüttgutfraktionen eine einheitliche, also auf derselben Temperatur befindliche Heißgasströmung hindurchzuleiten. Energetisch günstiger ist jedoch diejenige Ausführungsform der Erfindung, bei welcher durch die erste Schüttgutfraktion eine erste Heißgasströmung und durch die zweite Schüttgutfraktion eine zweite Heißgasströmung geleitet wird, wobei die Temperatur der ersten Heißgasströmung niedriger als die Temperatur der zweiten Heißgasströmung ist. In der äußeren, ersten Schüttgutfraktion brauchen ja nicht die hohen Temperaturen erreicht zu werden, die zur Einleitung der Reaktion an den zu entsorgenden Materialien erforderlich ist. Eine Aufheizung der ersten Schüttgutfraktion erfolgt daher nur so weit, wie dies zur Reduzierung von Wärmeabflüssen aus der mittleren, zweiten Schüttgutfraktion erforderlich ist.
Das Verhältnis der charakteristischen Abmessung der Schüttgutteile in der ersten Schüttgutfraktion zu der charakteristischen Abmessung der Schüttgutteile in der zweiten Schüttgutfraktion kann zwischen 1:2 und 1:100 liegen.
Vorteilhaft ist ferner, wenn der Querschnittsanteil, der von der ersten Schüttgutfraktion durchströmt wird, zwischen 10 und 70 Prozent des Querschnittes der Gesamtschüttgutströmung beträgt.
Gute Ergebnisse sowohl im Blick auf die Fließfähigkeit des Wanderbettes als auch im Blick auf die Aufnahme von Reaktionsenergie, insbesondere Detonationsenergie, werden erzielt, wenn die charakteristische Abmessung der Schüttgutteile der ersten Schüttgutfraktion zwischen 0,5 und 10 Millimetern liegt.
Grundsätzlich brauchen die beiden Schüttgutfraktionen beim Auslaufen aus dem Gehäuse der Vorrichtung nicht getrennt zu werden. Bei einer einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind daher ein gemeinsamer Auslass für beide Schüttgutfraktionen und eine Siebvorrichtung vorgesehen, welcher die beiden Schüttgutfraktionen zugeführt werden und welche diese beiden Schüttgutfraktionen so voneinander trennt, dass sie wieder oben in die jeweilige Schüttgutfraktion im Gehäuse eingegeben werden können.
Günstiger ist diejenige Ausführungsform der Erfindung, bei welcher für die beiden Schüttgutfraktionen getrennte Auslassöffnungen vorgesehen sind und die beiden Schüttgutfraktionen überall in getrennten Kreisläufen geführt sind. Auf diese Weise verringert sich der Siebaufwand.
Insbesondere kann sich in diesem Zusammenhang empfehlen, wenn im unteren Bereich des Gehäuses ein Strömungsteiler vorgesehen ist, welcher die sich nach unten bewegenden Strömungen der beiden Schüttgutfraktionen von einander trennt. Ein solcher Strömungsteiler nutzt die Tatsache aus, dass die radiale Vermischung der beiden sich von oben nach unten bewegenden Schüttgutfraktionen verhältnismäßig gering ist und somit durch geeignete Positionierung des Strömungsteilers, der nach Art einer "Schneide" ausgebildet sein kann, die Trennung der beiden Fraktionen möglich ist.
Besonders günstig ist es, wenn der Strömungsteiler so positioniert ist, dass

a) ein erster von ihm erzeugter Teilstrom eine Schüttgutfraktion vollständig und eine andere Schüttgutfraktion teilweise enthält;
b) ein zweiter von ihm erzeugter Teilstrom den Rest der anderen Schüttgutfraktion enthält;
c) eine Siebeinrichtung vorgesehen ist, in welche der erste von dem Strömungsteiler erzeugte Teilstrom geführt wird und welche diese in die beiden Schüttgutfraktionen trennt;
d) der in dem ersten Teilstrom enthaltene Teil der anderen Schüttgutfraktion mit dem den zweiten Teilstrom bildenden Rest der anderen Schüttgutfraktion zusammengeführt wird.

Um eine auch bei langer Betriebsdauer vollständige Trennung der beiden Schüttgutfraktionen zu gewährleisten, wird bei der letztgenannten Ausführungsform der Erfindung vorsichtshalber der Strömungsteiler so positioniert, dass in einem der beiden Teilströme mit Sicherheit nur eine der beiden Schüttgutfraktionen enthalten ist. Dafür wird in Kauf genommen, dass die andere Teilströmung in gewissem Umfange beide Schüttgutfraktionen enthält. Gleichwohl ist hier der Siebaufwand, der zur Trennung erforderlich ist, erheblich geringer als bei der einfachen, oben beschriebenen Ausführungsform, bei welcher beide Schüttgutfraktionen beim Verlassen des Gehäuses vollständig vermischt und danach insgesamt durch Sieben wieder getrennt werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Schüttgutteile Kugeln aus Stahl geeigneter Legierung sind. Die Legierung wird so gewählt, daß sie sowohl gegen die bei der Reaktion entstehenden oder zugeführten Chemikalien resistent ist als auch ein Deformationsverhalten aufweist, das sich zur Aufnahme von Reaktionsenergie, insbesondere Detonationsenergie, gut eignet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
1 einen vertikalen Schnitt durch ein erstes Ausführungssbeispiel einer Vorrichtung zur Entsorgung von Munition oder Sprengstoffen;
2 einen Schnitt, ähnlich der 1, durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer solchen Vorrichtung;
3 einen Schnitt ähnlich den 1 und 2, durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer solchen Vorrichtung.
Die in 1 im Vertikalschnitt dargestellte und insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 versehen Vorrichtung ist nach Art eines Schachtofens gebaut und dient der Entsorgung von Munition oder anderen Sprengstoffen, lässt sich aber in ähnlicher Ausführung zur Entsorgung allgemein gefährlicher oder hochenergetischer Materialien einsetzen. Sie umfasst ein Gehäuse 2 mit einem oberen, im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 3 und einem unteren ebenfalls zylindrischen, im Durchmesser jedoch kleineren Austrag-Sammelgehäuse 6. Innnerhalb des Austrag-Sammelgehäuses 6 befindet sich eine sich konisch nach unten verjüngende Austrageinrichtung 4 aus Blech, die eine seitliche Auslassöffnung 5 besitzt. Über diese steht der Innenraum der Austrageinrichtung 4 mit dem Innenraum des Austrag-Sammelgehäuses 6 in Verbindung. In der Nähe des Bodens des Austrag-Sammelgehäuses 6 befindet sich eine Austragöffnung 7. In etwas größerem Abstand vom Boden des Austrag-Sammelgehäuses 6 ist eine Gaseinlassöffnung 8 vorgesehen.
Auf den zylindrischen Abschnitt 3 des Gehäuses 2 ist ein deckelartiges Gehäuseoberteil 10 aufgesetzt, in dem sich fünf Einlassöffnungen 11, 12, 13, 14, 15 und vier Auslassöffnungen 16, 17, 18, 19 befinden.
Durch die Einlassöffnungen 11, 15, die radial am weitesten außen liegen, wird dem Innenraum des Gehäuses 2 über eine Leitung 20 eine Schüttungsfraktion 21 aus Stahlkugeln mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser zugeführt. Der Durchmesser dieser Stahlkugeln kann zwischen 0,5 und 10 Millimetern liegen. Über die beiden verhältnismäßig nahe an der Achse des Schachtofens 1 liegenden Einlassöffnungen 12, 14, die mit einer Zufuhrleitung 22 verbunden sind, wird dem radial innen liegenden Bereich des Gehäuses 2 eine zweite Schüttungsfraktion 23 aus Stahlkugeln zugeführt, die einen verhältnismäßig großen Durchmesser besitzen. Der Durchmesser dieser Kugeln in der zweiten Schüttungsfraktion 23 kann das Doppelte bis zum Hundertfachen des Durchmessers der Kugeln in der ersten Schüttungsfraktion 21 betragen.
Im betriebsbereiten Zustand füllen die beiden Schüttungsfraktionen 21 und 23 in der in 1 dargestellten Anordnung, in der die Schüttungsfraktion 21 ringförmig die Schüttungsfraktion 23 umgibt, im Wesentlichen den gesamten Innenraum des Gehäuses 2 aus. Die Stahlkugeln der Schüttungsfraktionenen 21 und 23 sind so dimensioniert, dass sie innerhalb des Gehäuses 2 von oben nach unten nach Art eines Wanderbettes "fließen" können.
In einem gewissen Abstand unterhalb der dem Gehäuseoberteil 10 benachbarten Oberfläche der Schüttung 23 ist eine Zündvorrichtung 24, beispielsweise in Gestalt zweier einen Lichtbogen erzeugender Elektroden vorgesehen.
Über die mittlere Einlassöffnung 25 im Gehäuseoberteil 10 wird die zu entsorgende Munition zugeführt. Diese vermischt sich dabei mit den über die Einlassöffnungen 12 und 14 eingeleiteten Stahlkugeln größeren Durchmessers und bewegt sich gemeinsam mit diesen, in die Schüttungsfraktion 23 integriert, innerhalb des Schachtofens 1 nach unten, wie weiter unten noch deutlich wird. Über weitere, in der Zeichnung nicht dargestellte Einlassöffnungen im Gehäuseoberteil 10 können nach Bedarf Hilfsstoffe ins Innere des Gehäuses 2 eingeführt werden, so etwa Wasser, Brennstoffe, Luft, Kühlungsgas und Chemikalien, insbesondere Chemisorbenzien, je nach Art der Materialien, die in dem Schachtofen 1 entsorgt werden sollen. Nicht benötigte Einlassöffnungen werden selbstverständlich im Betrieb des Schachtofens 1 verschlossen.
Die Austragöffnung 7 des Austrag-Sammelgehäuses 6 ist über eine Leitung 25 und eine Schüttgut-Abscheideeinrichtung 26 sowie eine weitere Leitung 27 mit einer in der Zeichnung nicht mehr dargestellten Fördereinrichtung verbunden. Diese zieht über die Leitung 25 das sich im Austrag-Sammelgehäuse 6 befindliche Material ab, welches idealerweise eine Mischung aus den die Schüttungsfraktion 23 bildenden Stahlkugeln größeren Durchmessers und dem Schrott und sonstigen Reststoffen ist, die bei der Reaktion des Entsorgungsgutes entstehen. In der Schüttgut-Abscheideeinrichtung 26 werden die Stahlkugeln größeren Durchmessers der Schüttungsfraktion 23 von den sonstigen Reststoffen, insbesondere dem Schrott getrennt. Die Stahlkugeln werden über die oben schon erwähnte Leitung 22 wieder den Einlassöffnungen 12, 14 im Gehäuseoberteil 10 zugeführt, während der Schrott und die sonstigen aus der Reaktion stammenden Reststoffe über die Leitung 27 der endgültigen Entsorgung gefahrlos zugeführt werden können.
Die aus den Kugeln kleineren Durchmessers bestehende, radial außen liegende Schüttungsfraktion 23 wandert zu Auslassöffnungen 28, 29, die sich im untersten Bereich des zylindrischen Abschnittes 3 des Gehäuses 2 befinden. Von dort werden sie über Verbindungsleitungen 30, 31 der oben schon erwähnten Leitung 20 und, mit Hilfe einer nicht dargestellten Fördereinrichtung, erneut den radial außen liegenden Einlassöffnungen 11, 15 im Gehäuseoberteil 10 zugeleitet.
Die radiale Durchmischung der von den Schüttungsfraktionenen 21 und 23 gebildeten Wanderbetten ist verhältnismäßig gering. In vielen Fällen genügt es daher, zur dauerhaften Trennung der in den beiden Schüttungsfraktionenen 21, 23 verwendeten Stahlkugeln einen Strömungsteiler 32 zu verwenden, der im unteren Bereich des Innenraumes des Gehäuses 2 angeordnet ist. Er hat, wie in 1 dargestellt, die Gestalt eines sich konisch nach unten erweiternden Ringbleches und ist mit seinem radial innen liegenden Rand auf einen zylindrischen Stutzen 33 aufgesetzt, der von unten in den Innenraum des Gehäuses 2 hineinragt und durch den die Schüttungsfraktion 23 zur Austrageinrichtung 4 hindurch fließt. Der Strömungsteiler 32 bildet auf diese Weise zusammen mit dem Stutzen 33 eine Art "Schneide", an der die von den Schüttungsfraktionenen 21, 23 gebildeten Wanderbetten voneinander getrennt werden.
In dem ringförmigen Boden 34 des Gehäuses 2, der den zylindrischen Abschnitt 3 mit dem Austrag-Sammelgehäuse 6 verbindet, sind zwei Gaseinlassöffnungen 35, 36 so angeordnet, dass sie in den Raum münden, der unterhalb des Strömungsteilers 32 liegt. Die Gaseinlassöffnungen 35, 36 sind über Leitungen 37, 38, 39, 40, 41 mit den Gasauslassöffnungen 16, 19 im Gehäuseoberteil 10 verbunden, die in demselben radialen Bereich wie die Schüttungsfraktion 21 aus Stahlkugeln kleineren Durchmessers liegen. In der Leitung 39 liegen ein nicht dargestelltes Gebläse, welches für eine Zirkulation eines ersten Heißgasstromes durch die radial außen liegende Schüttungsfraktion 21 sorgt, sowie gegebenenfalls eine Heizeinrichtung, welche diese erste Heißgasströmung auf die gewünschte Temperatur bringt.
Die radial weiter innen liegenden, etwa an der Grenze zwischen den beiden Schüttungsfraktionen 21, 23 liegenden Gasauslassöffnungen 17, 18 im Gehäuseoberteil 10 sind über Leitungen 42, 43 und 44 mit der in das Austrag-Sammelgehäuse 6 mündenden Gaseinlassöffnung 8 verbunden. In der Leitung 44 liegen ein nicht dargestelltes Gebläse, welches für eine Zirkulation eines zweiten Heißgasstromes durch die radial innen liegende Schüttungsfraktion 23 sorgt, sowie gegebenenfalls eine Heizeinrichtung, welche diese zweite Heißgasströmung auf die gewünschte Temperatur bringt.
Der oben beschriebene Schachtofen 1 arbeitet wie folgt:
Durch die kontinuierliche Zufuhr von zwei Arten von Stahlkugeln über die Einlassöffnungen 11, 15, bzw. 12, 14 im Gehäuseoberteil 10 und die im gleichen Maße stattfindende Entnahme der entsprechenden Stahlkugeln einerseits über die Auslassöffnungen 28, 29 im unteren Bereich des zylindrischen Gehäuseabschnittes 3 und über die Austragöffnung 7 im Austrag-Sammelgehäuse 6 sowie über die Rückführung der entsprechenden Stahlkugeln einerseits über die Leitung 30 und andererseits über die Schüttgut-Abscheideeinrichtung 26 sowie die Leitung 22 werden zwei kontinuierliche Kreisläufe von Stahlkugeln aufrecht erhalten. Von außen wird, beispielsweise über die Leitung 45, jeweils nur der Ergänzungsbedarf frischer Stahlkugeln eingebracht.
Im Inneren des Schachtofens 1 bilden die beiden Schüttungsfraktionen 21, 23 Wanderbetten, welche im dynamischen Gleichgewicht von Zufluss und Abfluss etwa die dargestellte Form behalten. Die zu entsorgenden Güter, im Beispiel die Munition, wird in einer entsprechend abgestimmten Menge über die Einlassöffnung 13 im Gehäuseoberteil 10 zugeführt und dabei unter die Stahlkugeln größeren Durchmessers gemischt. In der Nähe des Gehäuseoberteiles 10 besitzt die Schüttungsfraktion 23 eine Temperatur, die unterhalb der Zündtemperatur der Munition liegt. Je tiefer jedoch die Munition mit den Stahlkugeln der Schüttungsfraktion 23 nach unten absinkt, umso höher wird die Temperatur, der sie ausgesetzt ist.
Die Wärme, die zur Erhitzung der Schüttungsfraktion 23 und der mitgeführten Munition erforderlich ist, stammt zum Teil aus dem Wärmeinhalt der über die Gaseinlassöffnung 8 zugeführten zweiten Heißgasströmung, welche die Schüttungsfraktion 23 von unten nach oben durchströmt, zum Teil aus der Energie der im Inneren der Schüttungsfraktion 23 stattfindenen Reaktion. Kommt die Munition in die Nähe der Zündvorrichtung 24, so hat sie bereits eine Temperatur, die nicht mehr weit von der Zündtemperatur entfernt ist. Es genügt nunmehr eine verhältnismäßig kleine weitere Temperaturerhöhung durch die Zündvorrichtung 24, um die gesteuerte Explosion auszulösen. Die dabei freigesetzte thermische und mechanische Energie wird zunächst von den die Munition unmittelbar umgebenden Stahlkugeln größeren Durchmessers der Schüttungsfraktion 23 aufgenommen. Diese erfahren dabei zum Teil eine plastische Verformung. Von der Schüttungsfraktion 23 wird ein Großteil der Detonationsenergie an die radial außen liegende Schüttungsfraktion 21 mit Kugeln kleineren Durchmessers abgegeben.
Die Fähigkeit, Energie durch plastische Verformung aufzunehmen, ist in der radial außen liegenden Schüttungsfraktion 21 wegen des kleineren Durchmessers der dort befind lichen Stahlkugeln größer als diejenige der radial innen liegenden Schüttungsfraktion 23. Auf diese Weise gelingt es, die Reaktionsenergie weitestgehend in den beiden Schüttungsfraktionenen 23, 21 in plastische Verformungsenergie umzusetzen, sodass die Wände des Gehäuses 2 keinen starken Beanspruchungen ausgesetzt sind.
Die mit der Explosion verbundenen und gegebenenfalls nachfolgenden Reaktionen sind abgeschlossen, wenn die innerhalb der radial innen liegenden Schüttungsfraktion 23 befindlichen Materialien in die Austrageinrichtung 4 eintreten. Hier fließt eine Mischung aus Stahlkugeln größeren Durchmessers, Metallschrott, der bei der Explosion aus den metallischen Munitionsteilen entstanden ist und ungefährliche Chemikalien. Diese Mischung wird über das Austrag-Sammelgehäuse 6 in der oben schon geschilderten Weise ausgetragen.
Die Schüttungsfraktionen 21 und 23, vornehmlich letztere, wirken bei den oben geschilderten Vorgängen nicht nur druckstoßdämpfend und energieverzehrend. Vielmehr dienen sie, da sie zirkuliert werden, gleichzeitig als regenerativer Wärmetauscher bzw. Wärmespeicher. Dies vermindert den Energiebedarf, der zur Erwärmung der Munition bis nahe an die Zündtemperatur erforderlich ist. In ähnlicher Richtung wirkt die Aufteilung der gesamten, den Innenraum des Schachtofens 1 durchfließenden Gasströmung in zwei Heißgasströmungen: Nur die radial innen liegende, die Schüttungsfraktion 23 durchfließende Heißgasströmung muss soviel Energie mit sich führen, dass in dieser Schüttungsfraktion 23 die erforderliche Zündtemperatur (nahezu) erreicht wird. Anders als beim Gegenstand der eingangs erwähnten DE 199 11 175 C2 muss also nicht mehr die gesamte, den Innenraum des Gehäuses 2 ausfüllende Schüttung auf diese Temperatur erwärmt werden. Diese Gasströmung erfährt außerdem beim Durchgang durch Schüttungsfraktion 23 mit Stahlkugeln großen Durchmessers eine vergleichsweise geringe Drosselung, was ebenfalls den Energiebedarf des gesamten Schachtofens 1 erheblich reduziert.
Die radial außen liegende Schüttungsfraktion 21 aus Stahlkugeln kleineren Durchmessers braucht nicht auf dieselbe Temperatur erhitzt zu werden wie die innen liegende Schüttungsfraktion 23. Hier wird eine Temperatur gewählt, die zur thermischen Abschirmung der radial innen liegenden Schüttungsfraktion 23 ausreicht. Wegen des kleineren Durchmessers der in der Schüttungsfraktion 21 befindlichen Stahlkugeln erfährt allerdings die zweite Heißgasströmung, welche diese Schüttungsfraktion 21 durchströmt, eine stärkere Drosselung.
Das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel eines Schachtofens ähnelt stark demjenigen, das in 1 dargestellt ist. Entsprechende Teile sind daher mit demselben Bezugszeichen zuzüglich 100 gekennzeichnet. Der einzige Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 besteht darin, dass bei letzterem die beiden Heißgasströme, die durch die beiden Schüttungen 121 und 123 geleitet werden, außerhalb des Gehäuses 102 nicht getrennt gehalten sondern über dieselbe Leitung 144 durch ein einziges Gebläse gefördert und durch eine einzige Heizeinrichtung erhitzt werden. An den Einlassöffnungen 108 sowie 135 und 136 besitzt also das zugeführte Heißgas dieselbe Temperatur. Dadurch können die oben geschilderten, mit zwei vollständig getrennte Heißgaskreisläufen erzielten Vorteile zwar nicht erzielt werden. Auf diese Weise wird jedoch der apparative Aufwand verringert. Bei Schachtöfen kleinerer Dimension wirkt sich dies jedoch nur geringfügig auf den Energieverbrauch aus.
Auch das in 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel eines Schachtofens ist denjenigen der 1 und 2 eng verwandt. Entsprechende Teile tragen daher auch hier dasselbe Bezugszeichen erneut um Einhundert erhöht. Beim Ausführungsbeispiel der 3 sind ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel der 1 die beiden die Schüttungen 221 und 223 durchsetzende Heißgasströmungen getrennt. Anders als bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 wird jedoch an dem Strömungsteiler 232 keine vollständige Trennung zwischen der Schüttungsfraktion 221 mit den Stahlkugeln kleineren Durchmessers und der Schüttungsfraktion 223 mit den Stahlkugeln größeren Durchmessers durchgeführt. Vielmehr wird bewusst dafür gesorgt, dass ein gewisser Anteil der Stahlkugeln kleineren Durchmessers gemeinsam mit den Stahlkugeln größeren Durchmessers der Schüttungsfraktion 223 durch die Austrageinrichtung 204 und die Austragöffnung 207 aus dem Schachtofen 1 ausgebracht wird.
In der Schüttgut-Abscheideeinrichtung 226 findet nunmehr eine Trennung in drei Fraktionen statt: Über die Leitung 227 werden, wie bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2, der Schrott und die sonstigen aus der Reaktion stammenden festen Reststoffe der Entsorgung zugeführt. Über die Leitung 222 werden, erneut wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, die die Schüttungsfraktion 223 bildenden Stahlkugeln größeren Durchmessers den Einlassöffnungen 212 und 214 im Gehäuseoberteil 210 zugeleitet. Über eine weitere Leitung 246, die es in dieser Weise bei den beiden ersten Ausführungsbeispielen nicht gibt, werden die zur Schüttungsfraktion 221 gehörenden Stahlkugeln kleineren Durchmessers in die Leitung 230 eingegeben und damit in den Kreislauf zurückgeführt, der im radial außen liegenden Bereich des Innenraumes des Gehäuses 202 die dortige Schüttungsfraktion 221 bildet. Bei der in 3 dargestellten Bauweise eines Schachtofens 201 wird auch auf lange Zeit eine unerwünschte Durchmischung der Stahlkugeln größeren und der Stahlkugeln kleineren Durchmessers vermieden.

Claims

Vorrichtung zur Entsorgung gefährlicher oder hochenergetischer Materialien mit a) einem Gehäuse, in dem die Materialien unter kontrollierten Bedingungen zu einer Reaktion bringbar sind, deren Endprodukte ungefährlich sind; b) einem sich in dem Gehäuse von oben nach unten bewegenden Wanderbett, das im dynamischen Gleichgewicht zwischen der kontinuierlichen Zufuhr eines Schüttgutes und der zu entsorgenden Materialien einerseits und dem kontinuierlichen Austrag einer Mischung aus Schüttgut und der Reaktion entstammender Reststoffe andererseits ausgebildet ist; c) einer das Wanderbett in vertikaler Richtung durchfließenden Heißgasströmung, mit welcher das Schüttgut zumindest örtlich erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass d) das Schüttgut mindestens zwei Schüttgutfraktionen (21, 23; 121, 123; 221, 223) umfasst, wobei da) eine erste Schüttgutfraktion (21; 121; 221) aus Schüttgutteilen besteht, die eine kleinere charakteristische Abmessung besitzen; db) eine zweite Schüttgutfraktion (23; 123; 223) aus Schüttgutteilen besteht, die eine größere charakte ristische Abmessung besitzen; dc) die erste Schüttgutfraktion (21; 121; 221) die zweite Schüttgutfraktion (23; 123; 223) ringartig umgibt; dd) der Bewegungsweg der zu entsorgenden Materialen im wesentlichen durch die zweite Schüttgutfraktion (23; 123; 223) führt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die erste Schüttgutfraktion (21; 221) eine erste Heißgasströmung und durch die zweite Schüttgutfraktion (23; 223) eine zweite Heißgasströmung geführt wird, wobei die Temperatur der ersten Heißgasströmung niedriger als die Temperatur der zweiten Heißgasströmung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der charakteristischen Abmessung der Schüttgutteile in der ersten Schüttgutfraktion (21; 121; 221) zu der charakteristischen Abmessung der Schüttgutteile in der zweiten Schüttgutfraktion (23; 123; 223) zwischen 1:2 und 1:100 liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnittsanteil, der von der ersten Schüttgutfraktion (21; 121; 221) durchströmt wird, zwischen 10 und 70 Prozent des Querschnittes des gesamten Schüttgutstromes beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Abmessung der Schüttgutteile der ersten Schüttgutfraktion (21; 121; 221) 0,5 bis 10 Millimeter beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsamer Auslass für beide Schüttgutfraktionen und eine Siebeinrichtung vorgesehen sind, welcher die beiden Schüttgutfraktionen zugeführt werden und welche diese so von einander trennt, dass sie wieder oben in die jeweilige Schüttgutfraktion im Gehäuse eingegeben werden können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die beiden Schüttgutfraktionen (21, 23; 121, 123; 221, 223) getrennte Auslassöffnungen (7, 28, 29; 107, 128, 129; 207, 228, 229) vorgesehen sind und die beiden Schüttgutfraktionen (21, 23; 121, 123; 221, 223) überall in getrennten Kreisläufen geführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich des Gehäuses (2; 102; 202) ein Strömungsteiler (32; 132; 232) vorgesehen ist, welcher die sich nach unten bewegenden Strömungen der beiden Schüttgutfraktionen (21, 23; 121, 123; 221, 223) von einander trennt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (232) so positioniert ist, dass a) ein erster von ihm erzeugter Teilstrom eine Schüttgutfraktion (223) vollständig und eine andere Schüttgutfraktion (221) teilweise enthält; b) ein zweiter von ihm erzeugter Teilstrom den Rest der anderen Schüttgutfraktion (221) enthält; c) eine Siebeinrichtung (226) vorgesehen ist, in welche der erste von dem Strömungsteiler (232) erzeugte Teilstrom geführt wird und welche diese in die darin enthaltenen Schüttgutfraktionen (221, 223) trennt; d) der in dem ersten Teilstrom enthaltene Teil der anderen Schüttgutfraktion (221) mit dem den zweiten Teilstrom bildenden Rest der anderen Schüttgutfraktion (221) zusammengeführt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttgutteile Kugeln aus Stahl geeigneter Legierung sind.