DE4211514C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur War­ tung eines Hochtemperaturreaktors, in dem der durch thermische Umformung organischer Müllbestandteile oder anderer kontinuierlich zugeführter Entsor­ gungsgüter gewonnene Kohlenstoff mittels Sauerstoff vergast und die anorganischen Bestandteile dieser Entsorgungsgüter aufgeschmolzen werden.

Wartungsverfahren für Hochtemperaturreaktoren sind entsprechend den Wartungs- und Reparaturverfahren für Hochöfen, Drehrohröfen oder dergleichen arbeitsinten­ siv und außerordentlich zeitaufwendig. Die hohen Be­ triebstemperaturen, die in derartigen Reaktoren herr­ schen, bedingen eine dickwandige Auskleidung der Ofenwandungen mit geeignetem Feuerfestmaterial, das als sogenannte Zustellung aus Stampfmasse bestehen kann, bei Mehrschichtauskleidungen jedoch zumindest teilweise auch aus vorgefertigten Feuerfeststeinen. Gegossene oder gestampfte Zustellungen wie auch aus ff-Steinen gemauerte Ofenauskleidungen müssen vor ihrer Inbetriebnahme über längere Zeit getempert wer­ den. Nach Stillsetzung eines reparaturbedürftigen Reaktors bedarf es einer langen Wartezeit, während der die Abkühlung des Ofens auf begehbare Temperatu­ ren erfolgt. Beispielsweise müssen für die Müllver­ brennung eingesetzte Drehrohröfen mindestens zweimal jährlich für jeweils sechs Wochen stillgesetzt wer­ den, damit die schadhaft gewordene Zustellung den erforderlichen Reparaturen unterzogen werden kann.

Ähnlich verhält es sich mit Hochöfen, in denen Me­ tallschmelzen erzeugt bzw. metallurgische Prozesse ablaufen. Um die insbesondere durch die zwingend vor­ gesehenen langen Abkühl- und Wiederaufheizzeiten be­ dingten Ausfall-Reparaturzeiten von Metall-Schmelzö­ fen abzukürzen, ist es bei einem Verfahren zum Schmelzen von Metallschrott, insbesondere Stahl­ schrott oder dgl. hochschmelzendes Einsatzmaterial in einem kokslos betriebenen Schachtofen, bereits be­ kannt, den lösbar montierten Unterherd des Ofens nach entsprechendem Verschleiß der Zustellung über eine Hydraulikvorrichtung abzusenken und getrennt vom Ofenschacht der erforderlichen Reparatur zu unterzie­ hen (DE 37 42 349 C1). Die Beschickung derartiger Schachtöfen erfolgt diskontinuierlich, d. h. das Be­ schickungsmaterial wird über einen gasdichten Ver­ schluß in den Topbereich des Ofenschachtes chargiert.

In diesem Zusammenhang ist noch auf einen Metall­ schmelzofen mit vertikalem Ofenschacht und ange­ flanschtem Unterherd zu verweisen, bei dem die Ring­ flanschebene radial eingezogen ausgebildet ist, so daß sich eine besonders einfach zu handhabende Flanschverbindung ergibt (US 42 91 634).

Im vorliegenden Falle handelt es sich um die Wartung des unteren Teils eines Hochtemperaturreaktors, in dem der durch thermische Transformation organischer Füllbestandteile gewonnene Kohlenstoff durch dosierte Zugabe von reinem Sauerstoff vergast und die anorga­ nischen Bestandteile aufgeschmolzen und in schmelz­ flüssiger Form abgezogen werden. Die Entsorgungsgüter werden hierfür vorzugsweise nicht diskontinuierlich sondern kontinuierlich über eine Vorbehandlungszone, etwa einen Entgasungskanal, dem erhöhten thermischen aber auch mechanischen und chemischen Beanspruchungen bzw. Belastungen ausgesetzten Unterherd des Reaktors zugeführt.

Die hier interessierenden Entsorgungsgüter werden unsortiert und unbehandelt, teilweise auch als flüs­ sige Komponenten, zunächst dieser Wärmevorbehandlung im fortlaufenden Arbeitsprozeß unterworfen und hier­ für durch den sie im verdichteten Zustand aufnehmen­ den Kanal hindurchgeschoben und hierbei in einer Art "Zusammenbackprozeß" sowohl die flüssigen als auch die flüchtigen Bestandteile abgedampft. Brockenförmig wird der so vorbehandelte Haus-, Sonder- oder Indu­ striemüll der Hochtemperaturbeaufschlagung im Hoch­ temperaturreaktor unterworfen. Damit werden die Nach­ teile bisher bekannter Müllverbrennungsverfahren oder entsprechender Pyrolyseverfahren, wie sie hinlänglich in der Literatur beschrieben sind, vermieden.

Die Vorteile liegen insbesondere in einer in sich geschlossenen und damit die Umwelt in keiner Weise belastenden Verfahrenstechnik unter Vermeidung der bei konventionellen Verbrennungsanlagen zwangsläufig gegebenen hohen Luftdurchsätze. Bei den bekannten Einschmelzverfahren von zuvor pyrolysiertem Entsor­ gungsgut innerhalb eines Hochtemperaturreaktors, in dem dieses in Form einer Bettschüttung eingebracht wird, hat sich gezeigt, daß keine ausreichende Gas­ durchlässigkeit innerhalb der Bettschüttung gewähr­ leistet werden kann, so daß sich trotz hohem Energie­ aufwand eine ungenügende Gasgewinnung und sehr lange Verweilzeiten im Reaktor ergeben.

Das brockige Einführen des aufzuschmelzenden Materi­ als bei kontinuierlichem Zulauf in den Hochtempera­ turreaktor schafft hier zuverlässig Abhilfe. Der Hochtemperaturreaktor, auf den das erfindungsgemäße Wartungsverfahren Anwendung findet, ist zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem Oberteil und einem hiervon lösbaren Unterteil, d. h. einer oberen Stabi­ lisierungszone für die entstehenden Gasfraktionen und dem eigentlichen Ofenherd, dem kontinuierlich das brockenförmig vorbehandelte Schmelzmaterial zugeführt wird. Ober- und Unterteile sind über gas- und druck­ dichte Flanschverbindungen fest miteinander verbun­ den. Der Hochtemperaturreaktor ist in an sich bekann­ ter Weise mit Feuerfestmaterial ausgekleidet, wobei die Zustellung so ausgelegt ist, daß Temperaturen im Inneren des Reaktors zwischen 1600 bis 2000°C vor­ gegeben werden können. Im Herdbereich unterhalb der sich dort ausbildenden losen Brockenschüttung münden vorzugsweise mehrere durch die Herdzustellung hin­ durchgeführte Sauerstofflanzen, die im Kombinations­ brenner integriert sind und die von Kühlmänteln auf­ genommen sind, die ihrerseits eine feste Verbindung mit der Herdzustellung aufweisen. Durch die radial von außen nach innen durch das Feuerfestmaterial hin­ durchgeführten Kühlmäntel für die Sauerstofflanzen entsteht in deren Kontaktbereich an der inneren Ober­ fläche der Zustellung ein Temperaturgefälle, welches das durch die Sauerstoffbrenner verdampfte oder ver­ flüssigte Material hier wenigstens teilweise rückkon­ densiert, so daß es zu unterschiedlichsten und unkon­ trollierten chemischen Reaktionen und Versinterungen kommt. Bereits nach kurzem Betrieb des Hochtempera­ turreaktors sind die Kühlmäntel der Kombinationsbren­ ner mit den Sauerstoffzuführungen derart intensiv mit der sie umgebenden Feuerfestauskleidung zusammenges­ intert, daß ein Herausziehen derselben ohne Zerstö­ rung der Zustellung nicht mehr möglich ist. Da für die Kühlmäntel ausschließlich eine Kühlmittelzulei­ tung und eine Kühlmittelableitung vorgesehen sind, ist deren An- und Abkuppelvorgang für Reparaturarbei­ ten am Reaktor problemlos, während die Sauerstofflan­ zen, also die Kombinationsbrenner selbst, die inner­ halb der Kühlmäntel verschiebbar sind, mit einer Mehrzahl von Kontrollanschlüssen, Überwachungsorga­ nen, wenigstens einer Hilfsgasleitung und dergleichen in Verbindung stehen, so daß ihr Austausch sich rela­ tiv kompliziert gestalten würde.

Mittels der Zuführung von reinem Sauerstoff oder Sau­ erstoff angereicherter Luft in den Vergasungs- bzw. Schmelzbereich des Hochtemperaturreaktors wird im Bereich der Ebene der Kombinationsbrenner die brocki­ ge Schüttung soweit es sich hierbei um Kohlenstoff­ anteile handelt durch Oxidation vergast, während die mineralischen und metallischen Bestandteile aufge­ schmolzen werden, um unmittelbar anschließend in schmelzflüssiger Form in den Homogenisierungsreaktor zu fließen, der vorzugsweise mit einer dem Verga­ sungsbereich entsprechenden Zustellung ausgekleidet ist. Der Homogenisierungsreaktor bildet baulich eine Einheit mit dem Unterteil des Hochtemperaturreaktors. Innerhalb des Homogenisierungsreaktors erfolgt eine Läuterung der Schmelze, wodurch sich ein vollkommen homogenes Flüssigbad aus mineralischen und/oder me­ tallischen Komponenten ausbildet. Infolge der im Ver­ gasungsbereich des Hochtemperaturreaktors und dem Ho­ mogenisierungsbereich herrschenden besonders aggres­ siven chemischen und mechanischen Beanspruchungen wie auch der hohen Temperaturwerte sind die Auskleidungen der Wandungen in diesen Bereichen mit Feuerfestmate­ rial besonders hohen Abnutzungserscheinungen unter­ worfen, so daß die Einsatzzeit des Hochtemperaturre­ aktors reparaturbedürftig bzw. zumindest wartungsbe­ dürftig begrenzt ist.

Die entsprechend dem Stand der Technik für Reparatu­ ren an Hochöfen und Hochtemperaturreaktoren an deren Zustellungen zwangsläufig bedingten hohen Stillstand­ zeiten der Reaktoren können möglicherweise bei inter­ mettierend zu chargierenden Kupolöfen oder derglei­ chen hingenommen werden, nicht aber dort, wo die Zu­ führung des aufzuschmelzenden bzw. verdampfenden Ma­ terials kontinuierlich erfolgt und bedingt durch de­ ren Vorbehandlung kontinuierlich erfolgen muß. In Müllaufbereitungsanlagen erfolgt die Müllanlieferung kontinuierlich. Die Lagerung von sich durch Fäulnis oder dergleichen zersetzenden Müllkomponenten, bei­ spielsweise in heißer Sommerzeit, während sechswöchi­ ger Reparaturarbeiten im Zulieferbereich der Anlage ist unmöglich. Die Logistik, die solchen Problemanla­ gen zugrunde liegt, muß solche Stillstandzeiten aus­ schließen. Es müssen alternative Entsorgungseinrich­ tungen vorgehalten werden, die während der mehrwöchi­ gen Reparaturzeiten genutzt werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Hochtemperaturreaktoren, die insbesondere der vorste­ hend genannten Problematik unterliegen, ein Wartungs­ turverfahren vorzugeben, welches dessen stark bela­ steten Teile nach erfolgter Abnutzung erheblich schneller als bisher möglich in den erforderlichen Betriebszustand zurückversetzt, so daß die Still­ standzeiten der Anlage erheblich reduziert werden können. Der zeitlich große Wartungs- bzw. Reparatur­ aufwand soll unabhängig von den für die Anlage gege­ benen Stillstandzeiten sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Erfindungswesentlich ist somit, daß für einen solchen Hochtemperaturreaktor mit kontinuierlicher Zuführung des Reaktormaterials eine Aufteilung in einen fest­ stehenden Reaktorteil und einen solchen, der von die­ sem lösbar und entfernbar ist, vorgenommen wird, so daß der Austausch dieses verfahrbaren Reaktorteils in kurzer Zeit möglich und unabhängig von der eigentli­ chen Wartungs- bzw. Reparaturzeit ist. Die Beschic­ kung eines solchen Reaktors muß somit ausschließlich während des Austausches der lösbaren Reaktorteile unterbrochen werden und das Lösen und Ausfahren die­ ses oder derartiger Teile und ihr Austausch gegen neue oder reparierte identische Teile erfordert eine von der eigentlichen Wartung und/oder Reparatur un­ abhängige Zeit.

Sobald für den geplanten Austausch die Beschickung des Reaktors unterbrochen ist und die im unteren Herdteil noch vorhandenen Feststoffe aufgeschmolzen bzw. vergast sind und auch das restliche Schmelzbad ausgetragen ist, kann das Lösen der Flansche zwischen Ober- und Unterteil des Hochtemperaturreaktors begin­ nen, während gleichzeitig oder möglicherweise auch kurz vorher bzw. nachher die Sauerstofflanzen aus ihren Kühlmänteln herausgezogen werden, ohne daß de­ ren diverse Anschlüsse an Steuer-, Kontroll- und Zu­ führungs- wie Abführungseinheiten unterbrochen wer­ den. Der Unterherd des Hochtemperaturreaktors, der zusammen mit dem Schmelzbadbehälter eine bauliche Einheit bildet, wird gegenüber dem fest installierten Oberteil des Hochtemperaturreaktors nur leicht um wenige Millimeter abgesenkt und aus seiner Betriebs­ stellung herausgefahren. Zeitlich mit diesem Vorgang synchronisiert kann das Heranfahren einer entspre­ chenden Reserveeinheit an den Hochtemperaturreaktor und die Instellungbringung desselben für dessen An­ flanschvorgang an das Oberteil des Hochtemperaturre­ aktors erfolgen. Hierfür ist ausreichend zuvor die Reserveeinheit auf eine der Betriebstemperatur nahe­ liegende hohe Temperatur aufgeheizt worden, bei­ spielsweise auf 800°C. Auf diese Weise wird es mög­ lich, bereits unmittelbar nach Herstellung der druck­ dichten Verbindung zwischen Unterteil und Oberteil die für die Austauschreparatur kurzfristig unterbro­ chene Beschickung des Reaktors wieder aufzunehmen. Während des Anflanschvorganges werden möglichst gleichzeitig die Sauerstoffzuführungen in die Kühl­ mäntel der Reserveeinheit eingeführt, so daß auch deren Betrieb unmittelbar anschließend wieder aufge­ nommen werden kann.

Der sich noch auf heißer Betriebstemperatur befinden­ de zu reparierende untere Reaktorteil kann nunmehr unabhängig von der Wiederinbetriebnahme der Anlage abkühlen und nach Erreichen einer für die Reparatur­ arbeiten erträglichen Temperatur erneut in einen ma­ kellosen Betriebszustand gebracht werden. Erst wenn eine wieder erforderlich werdende Reparatur bevor­ steht, wird die intakte Reserveeinheit aufgeheizt, so daß sie für den nächsten schnellen Austausch be­ triebsbereit ist.

Die bisher für Hochtemperaturreaktoren oder ver­ gleichbare Verbrennungs- bzw. Schmelzöfen erforderli­ chen Stillstand- und Reparaturzeiten von mehreren Wochen werden durch das vorliegende erfindungsgemäße Austauschverfahren auf nur wenige Stunden reduziert, was die quasi kontinuierliche Arbeitsweise der Ge­ samtanlage garantiert, ihre Produktivität erhöht, die Betriebssicherheit verbessert und Gefahren für die Umwelt wie auch das Betriebspersonal ausschließt.

Claims (1)

1. Verfahren zur Wartung eines Hochtemperaturreak­ tors, in dem der durch thermische Umsetzung or­ ganischer Müllbestandteile oder anderer kontinu­ ierlich zugeführter Entsorgungsgüter gewonnene Kohlenstoff mittels Sauerstoff vergast und die anorganischen Bestandteile dieser Entsor­ gungsgüter aufgeschmolzen werden, durch Austausch des infolge mechanischer, chemi­ scher und/oder thermischer Beanspruchung beschä­ digten, an dem feststehenden Oberteil des als Schmelz und Homogenisierungsreaktor betriebenen Hochtemperaturreaktors angeflanschten, mit einem Schmelzbadherd eine bauliche Einheit bildenden unteren Herdteils gegen eine, dieser Einheit entsprechender Reserveeinheit, wobei der Aus­ tausch in folgenden Verfahrensschritten abläuft:

   • a) die Beschickung des Hochtemperaturreaktors wird ausschließlich während des Austausches des unteren Herdteils unterbrochen;
   • b) die im unteren Herdteil mit Beginn der Be­ schickungsunterbrechung noch vorhandenen Feststoffe werden mittels Kombinationsbren­ nern vollständig vergast, aufgeschmolzen und die Schmelzflüssigkeit aus dem Schmelz­ bad abgezogen;
   • c) die mit Kühlmänteln versehenen, durch die Wandung des unteren Herdteils geführten Kombinationsbrenner mit Sauerstoffzuführun­ gen, werden aus den Kühlmänteln entfernt;
   • d) die Verbindungselemente zwischen Oberteil und das untere Herdteil des Hochtemperatur­ reaktors werden gelöst und das untere Herd­ teil wird leicht abgesenkt;
   • e) das heiße untere Herdteil wird nunmehr aus seiner Betriebsstellung entfernt;
   • f) die zuvor für eine unmittelbare Inbetrieb­ nahme des Hochtemperaturreaktors vorgeheiz­ te Reserveeinheit des unteren Herdteils wird in Betriebsstellung gebracht und druckdicht mit dem Oberteil des Hochtempe­ raturreaktors verbunden;
   • g) die Kombinationsbrenner mit den Sauerstoff­ zuführungen werden in die Kühlmäntel der Reserveeinheit des unteren Herdteils einge­ führt und in Betrieb genommen;
   • h) die Beschickung des Hochtemperaturreaktors wird erneut aufgenommen;
   • i) die Wartung des zu überholenden, aus der Betriebsstellung entfernten unteren Herd­ teils erfolgt nach ausreichender Abkühlung, wobei dieses untere Herdteil nach durchge­ führter Wartung als Reserveteil erneut zur Verfügung steht.