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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung
von Schlacken aus einem Entschlacker, insbesondere aus dem Entschlacker
einer Abfallverbrennungsanlage. Sie betrifft weiter ein Verfahren
zum Auslegen des Bodens eines Entschlackers.
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In
einer Abfallverbrennungsanlage fallen die bei der Verbrennung entstehenden
Verbrennungsrückstände durch
einen Einfallschacht in einen Entschlacker. Dieser weist ein mit
Wasser gefülltes
Entschlackergehäuse
auf, in das die Verbrennungsrückstände fallen,
so dass ein Eindringen von Falschluft in die Anlage durch den Austragskanal
des Entschlackers verhindert wird.
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Die
Verbrennungsrückstände bilden
dabei eine Schlacke, die durch den Austragskanal aus dem Entschlacker
transportiert wird. Zum Austragen der Schlacke gibt es verschiedene
Möglichkeiten.
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Aus
der
US 682,679 ist ein
Kettenförderer mit
einer umlaufenden Kette zum Austragen der Schlacke bekannt. Dieser
Kettenförderer
hat den Nachteil, dass in der Schlacke vorhandene gröbere Metallteile
zu Verklemmungen oder sogar zum Abriss der Kette führen können. Zudem
wird bei dieser Methode des Austrags verhältnismäßig viel Wasser mit ausgetragen,
so dass die ausgetragene Schlacke nass und schwer ist.
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Alternativen
zu Kettenförderern
stellen Kolbenentschlacker dar, die die Schlacke mit Hilfe eines Kolbens
aus dem Austragskanal hinausschieben. Nachteilig ist dabei, dass
die hinter dem Kolben angeordneten Einrichtungen für die Wasserzufuhr
oft verunreinigt sind.
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Aus
der
US 3,734,037 ist
ein Kolbenentschlacker bekannt, bei dem eine Abdeckvorrichtung verhindert,
dass Schlacke hinter den Kolben gelangt. Dabei ist jedoch nachteilig,
dass der Wasserspiegel stark schwankt. Diese Vorrichtung erfordert
verhältnismäßig große Kräfte und
Energien. Zudem kann es bei dieser Vorrichtung zu Problemen mit
der Regelung des Wasserstands kommen.
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Ein
Kolbenentschlacker mit einem Ausschubstößel, der zum Austragen der
Schlacke in einer Austragswanne hin- und herbewegt wird, ist auch aus
der
EP 0 152 589 A2 bekannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Entfernung von
Schlacke aus einem Entschlacker anzugeben, die möglichst robust ist und die die
oben genannten Nachteile von Vorrichtungen aus dem Stand der Technik
nicht aufweist.
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Darüber hinaus
ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Entfernung von Schlacke aus einem Entschlacker anzugeben, das
einen sicheren und Energie sparenden Austrag der Schlacke ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Entfernung von Schlacke aus einem Entschlacker, der ein Entschlackergehäuse mit
einem Entschlackerboden umfasst, weist einen Entschlackerkolben
auf, der die Schlacke durch einen Austragskanal aus dem Entschlacker
schiebt. Der Entschlackerkolben ist derart ausgebildet, dass er
in einer ersten Bewegungsrichtung und in einer der ersten Bewegungsrichtung
entgegengesetzten zweiten Bewegungsrichtung bewegbar ist und zumindest
zu einem Zeitpunkt bei der Bewegung in der zweiten Bewegungsrichtung einen
größeren Abstand
von dem Entschlackerboden aufweist als bei der Bewegung in der ersten
Bewegungsrichtung. Dabei kann als erste Bewegungsrichtung die Richtung
auf den Austragskanal des Entschlackers zu und als zweite Bewegungsrichtung
die Richtung von dem Austragskanal weg vorgesehen sein.
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Der
Kolben ist also auf einer schleifenförmigen Bahn bewegbar, wobei
er zumindest in einer Position von dem Entschlackerboden einen Ausschiebeabstand
dA aufweist und zumindest in einer weiteren
Position von dem Entschlackerboden einen Rücklaufabstand dR aufweist,
so dass dR größer ist als dA.
Damit kann der Kolben eine Vorwärtsbewegung
dicht am Boden des Entschlackers und eine Rückwärtsbewegung abgehoben vom Boden
des Entschlackers ausführen.
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Mit "Abstand von dem Entschlackerboden" ist dabei nicht
nur der absolute Abstand des Entschlackerkolbens vom Entschlackerboden
gemeint. Vielmehr ist es auch Gegenstand der Erfindung, dass ein
Abstand eines Translationsvektors einer Unterkante des Entschlackerkolbens
die entsprechenden Bedingungen einhält. Somit kann damit auch der
Abstand der Bewegungsbahn des Entschlackerkolbens vom Entschlackerboden
gemeint sein.
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Dies
hat besonders gegenüber
Vorrichtungen, bei denen sich der Kolben lediglich vor und zurück bewegt,
mehrere Vorteile. So kann beispielsweise hinter den Kolben gelangende
Schlacke im hinteren Teil des Entschlackers angeordnete Einrichtungen
zur Wasserversorgung und zur Regelung des Wasserspiegels nicht mehr
zusetzen, denn diese Schlacke wird ebenfalls aus dem Entschlacker
herausbefördert.
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Der
Abstand von dem Entschlackerboden ist zumindest zu einem Zeitpunkt
bei der Bewegung in der zweiten Bewegungsrichtung größer als
bei der Bewegung in der ersten Bewegungsrichtung. Es ist jedoch
auch denkbar, dass der Abstand von dem Entschlackerboden bei der
Bewegung in der zweiten Bewegungsrichtung zu einem Zeitpunkt kleiner
ist als bei der Bewegung in der ersten Bewegungsrichtung.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
weist der Entschlackerkolben ein Mehrgelenkgetriebe, vorzugsweise
ein Viergelenkgetriebe auf. Mit einem Viergelenkgetriebe ist es
auf besonders einfache Weise möglich,
den Kolben auf der schleifenförmigen Bahn
zu führen,
auf der er zumindest zeitweise von dem Entschlackerboden abgehoben
ist. Das Viergelenkgetriebe umfasst vorteilhafterweise einen beweglich
am Entschlackerkolben gelagerten Anlenkhebel und eine an einer Antriebswelle
drehbar gelagerte Antriebskurbel.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung
aus, dass bei bekannten Kolbenentschlackern ein großer Querschnitt
von Kolben und gegebenenfalls Abdeckvorrichtung nachteilig ist.
Dieser große
Querschnitt füllt
einen erheblichen, wenn nicht sogar wesentlichen Teil des Querschnitts
des Entschlackers aus, was zu starken Schwankungen des Wasserstands und
zum Auftreten von Wellen führt.
Um dies zu vermeiden, sollte der relativ zum Wasser bewegte Querschnitt
nicht zu groß sein.
Andererseits sollte aber auch ein effizientes Ausschieben der Schlacke
möglich
sein, was einen ausreichend großen
Querschnitt des Kolbens erfordert.
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Um
diesen gegensätzlichen
Anforderungen Rechnung zu tragen, weist der erfindungsgemäße Kolben
beispielsweise einen Viergelenkantrieb auf, der den Kolben bei seiner
Vorwärtsbewegung
zum Ausschieben der Schlacke am Boden des Entschlackers entlang
führt und
somit ein effizientes Austragen der Schlacke ermöglicht. Beim Zurückbewegen des
Kolbens jedoch wird dieser vom Boden abgehoben und an den Anfangspunkt
für die
erneute Vorwärtsbewegung
zurückgeführt.
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Alternativ
dazu kann die Bewegung des Kolbens auf der schleifenförmigen Bahn
jedoch auch durch einen Antrieb mit einer Kulissenführung. Dazu weist
die Vorrichtung eine schleifenförmige
Nut mit einem in der Nut geführten
Führungsbolzen
auf, wobei der Führungsbolzen
am Kolben mit dem Kolben verbunden ist.
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Die
Bewegung des Kolbens kann auch durch einen Antrieb mit mindestens
zwei an den Entschlacker gelagerten Aktuatoren erfolgen. Dabei kann
zumindest ein Aktuator als Hydraulik- oder Pneumatik-Aktuator ausgebildet
sein.
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Vorteilhafterweise
ist der Entschlackerkolben auf einem Kolbenträger angeordnet, so dass er
bei Verschleiß einfach
ausgetauscht werden kann.
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Nach
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Bewegung von
Schlacke innerhalb eines Entschlackers zumindest folgende Verfahrensschritte:
Der Entschlackerkolben wird in einer ersten Phase in einer ersten
Bewegungsrichtung und in einer zweiten Phase in einer zweiten Bewegungsrichtung
entgegen der ersten Bewegungsrichtung bewegt. Dabei weist der Entschlackerkolben
zumindest zu einem Zeitpunkt bei der Bewegung in der zweiten Bewegungsrichtung
einen anderen Abstand von dem Entschlackerboden auf als bei der
Bewegung in der ersten Bewegungsrichtung.
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Das
Verfahren ist zur Entfernung von Schlacke aus einem Entschlacker
geeignet. Dazu wird durch einen Einfallschacht in einen Entschlacker
eingebrachte Schlacke durch einen Austragskanal mit Hilfe des Entschlackerkolbens
ausgetragen, wobei die Bewegung des Entschlackerkolbens beim Ausschieben
zumindest zwei verschiedene Phasen umfasst: Die erste Phase ist
die Ausschiebephase, während
der der Entschlackerkolben in die Richtung des Austragskanal bewegt
und auf dem Entschlackerboden entlang geführt wird, wobei er von dem
Entschlackerboden einen Ausschiebeabstand dA aufweist. Die
zweite Phase ist die Rücklaufphase,
in der der Kolben entgegen der Richtung des Austragskanals bewegt
wird und vom Entschlackerboden abgehoben ist, so dass er einen Rücklaufabstand
dR vom Entschlackerboden aufweist, wobei
dR > dA gilt.
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Der
Kolben wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren demnach nicht
am Boden des Entschlackers vor und zurückbewegt, sondern er wird während der
Rücklaufphase
vom Boden abgehoben und beschreibt somit eine schleifenförmige Bahn.
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Dies
hat den Vorteil, dass keine Schlacke in den hinteren Bereich des
Entschlackers gelangen und dort angeordnete Einrichtungen zusetzen
kann. Sie wird immer nur nach vorne in Richtung Austragsöffnung geschoben
und der Kolben setzt am Ende seiner Rücklaufphase so weit hinten
im Entschlacker auf dessen Boden auf, dass er auch während der Ausschiebephase
herabgefallene Schlacke erfasst.
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Der
Entschlackerkolben kann im wesentlichen während der gesamten Rücklaufphase
vom Entschlackerboden abgehoben sein.
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Dies
hat den Vorteil, dass sichergestellt ist, dass der Kolben über am Entschlackerboden
befindliche Schlacke hinweggehoben wird. Dabei können der Rücklaufabstand dR und/oder
der Ausschiebeabstand dA im wesentlichen
während
der gesamten Rücklaufphase
konstant sein oder auch variiert werden.
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Der
Entschlackerkolben kann zyklisch mit einer konstanten oder einer
variablen Frequenz oder Geschwindigkeit bewegt werden. Es ist beispielsweise
möglich,
den Kolben nur bei Bedarf zu bewegen, also wenn sich eine vorbestimmte
Menge an Schlacke im zentralen Bereich des Entschlackers angesammelt
hat.
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Die
Neigung des Entschlackerkolbens gegen die Senkrechte kann während seiner
gesamten Bewegung konstant sein, es ist jedoch auch möglich, dass
die Neigung sich in den verschiedenen Phasen der Bewegung ändert.
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Bei
einem Verfahren zum Auslegen der Form eines Bodens eines Entschlackergehäuses wird
zunächst
ein Mehrgelenkgetriebe für
einen Entschlackerkolben zum Ausschieben von Schlacke aus dem Entschlackergehäuse vorgegeben.
Anschließend wird
die Bewegungskurve einer Unterkante des Entschlackerkolbens aufgestellt.
Es kann auch zunächst nur
eine Bewegungskurve vorgegeben werden, beispielsweise wenn eine
andere Form des Antriebs des Entschlackerkolbens gewählt wird.
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Die
Form des Bodens wird danach derart angepasst, dass der Abstand zwischen
der Unterkante des Entschlackerkolbens und dem Boden zumindest während eines
Teils des Ausschiebens der Schlacke konstant ist.
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Dabei
kann durch die Wahl des Mehrgelenkgetriebes erreicht werden, dass
der Kolben bei seiner Rückwärtsbewegung
vom Boden abgehoben wird.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren
näher erläutert.
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1 zeigt
schematisch einen Entschlacker mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Entfernung der Schlacke und
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2 zeigt
schematisch die Funktionsweise der Vorrichtung.
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Gleiche
Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der
Entschlacker 1 gemäß 1 hat
ein Entschlackergehäuse 15,
das einen in der Figur oben liegenden Einfallschacht 3 aufweist,
durch den die Schlacke 4 nach der auf einem nicht gezeigten
Rost stattfindenden Verbrennung in den darunter liegenden zentralen
Bereich 18 des Entschlackers 1 gelangt. Das Entschlackergehäuse 15 weist
ferner einen in 1 rechts liegenden Austragskanal 2 mit
einer Austragsöffnung 5 auf,
wobei der Austragskanal 2 von dem zentralen Bereich 18 des
Entschlackers 1 schräg
nach oben geführt
ist. Ein hinterer Bereich 16 des Entschlackergehäuses 15 schließt an den
zentralen Bereich 18 an und erstreckt sich in 1 von diesem
aus nach links.
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Um
das Einströmen
von Falschluft durch den Austragskanal 2 zu verhindern,
steht im Entschlacker 1 Wasser bis zum Wasserspiegel 6.
Dieses Wasser schließt
den Einfallschacht 3 gegen den Austragskanal 2 gasdicht
ab und verhindert durch den Siphoneffekt, dass die Verbrennung auf
dem Rost durch einströmende
Falschluft nachteilig beeinflusst wird. Darüber hinaus bewirkt das Wasser
eine Abkühlung
der Schlacke 4.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst einen Entschlackerkolben 8, der auf einem Kolbenträger 9 mit
einer Kolbenträgerstange 10 angeordnet ist.
Sie umfasst weiter einen Viergelenkantrieb 14 mit einem
Anlenkhebel 11, einer im Entschlackergehäuse 15 gelagerten
Antriebswelle 13 und einer fest an der Antriebswelle 13 vorgesehenen
Antriebskurbel 12, die gelenkig mit der Kolbenträgerstange 10 verbunden
ist. Zwischen der Antriebskurbel 12 und der Kolbenträgerstange 10 ist
dazu ein Drehgelenk 19 angeordnet.
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Der
Anlenkhebel 11 ist an seinem in 1 oberen
Ende durch einen am Entschlackergehäuse 15 vorgesehenen
Zapfen 22 drehbar gelagert und an seinem unteren Ende durch
einen weiteren Zapfen 23 ebenfalls drehbar gelenkig mit
dem Kolbenträger 9 verbunden.
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In
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kolben 8 zweiteilig
ausgeführt.
Er weist einen hinteren Teil 25 und einen vorderen Teil 26 auf,
wobei der vordere Teil 26 unmittelbar mit der Schlacke 4 in
Kontakt gebracht wird und beispielsweise breiter sein kann als der
hintere Teil 25.
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Bei
dem Verbrennungsvorgang werden Abfälle auf einem nicht gezeigten
Rost oberhalb des Einfallschachts 3 verbrannt, bis kein
organisches Material mehr vorhanden ist. Die bei diesem Verbrennungsvorgang
als Endprodukt entstehende Schlacke 4 fällt durch den Rost und den
Einfallschacht 3 und sammelt sich auf dem Boden 7 des
Entschlackergehäuses 15 im
zentralen Bereich 18. Sie wird mit Hilfe des Kolbens 8 durch
den Austragskanal 2 und die Austragsöffnung 5 ausgetragen.
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Dazu
bewegt der Viergelenkantrieb 14 den Kolben 8 periodisch
oszillierend, so dass dieser die Schlacke 4 durch die Austragsöffnung 5 schiebt.
Dabei dreht sich die Antriebswelle 13 in der durch den Pfeil 24 markierten
Drehrichtung und führt
dabei das Drehgelenk 19 auf der Kreisbahn 20.
Die Positionen des Drehgelenks 19 in verschiedenen Phasen
der Drehbewegung ist durch Kreise 21 angedeutet. Durch
die Kraftübertragung über die
Antriebskurbel 12 und das Drehgelenk 19 auf den
Kolbenträger
bewirkt die periodische Kreisbewegung des Drehgelenks 19 auf
der Kreisbahn 20 eine periodische Bewegung des Kolbens 8.
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Die
Bewegung des Viergelenkantriebs 14 und des Kolbens 8 ist
in 2 erkennbar. Sie umfasst im Wesentlichen zwei
Phasen: Eine Ausschiebephase, während
der der Entschlackerkolben 8 im Bereich des Bodens 7 entlang
geführt
wird und während
der dieser in die Richtung der Austragsöffnung 5 bewegt wird,
wobei er die Schlacke 4 vor sich herschiebt. Sobald das
Drehgelenk 19 an der Antriebskurbel 12 den hinteren
Totpunkt erreicht hat, beginnt die Rücklaufphase, während der
der Kolben 8 aufgrund der Wirkung des Anlenkhebels 11 vom
Boden 7 abgehoben ist und während der er in einer Richtung von
der Austragsöffnung 5 weg
bewegt wird.
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Dabei
beschreibt der Kolben 8 eine schleifenförmige Bewegung, die durch die
eingezeichnete Bewegungsbahn bzw. Bahn 17 illustriert wird.
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Während des
Betriebs des Entschlackers 1 fällt Schlacke 4 durch
den Einfallschacht 3 und sammelt sich auf dessen Boden 7 an.
Bei seiner Rückwärtsbewegung
schiebt der Kolben 8 diese Schlacke 4 nicht mit
zurück,
sondern er wird über
diese Schlacke 4 hinweggehoben und setzt erst im hinteren
Teil 16 des Entschlackers 1 wieder auf dessen
Boden 7 auf, so dass er die Schlacke 4 bei seiner
erneuten Vorwärtsbewegung
erfassen kann.
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Der
Kolben 8 hat einen im Vergleich zum gesamten Innenraum
des Entschlackers 1 verhältnismäßig kleinen Querschnitt. Dadurch
kann Wasser während
der Kolbenbewegungen problemlos über oder
unter diesem zurückströmen, so
dass starke Schwankungen des Wasserspiegels 6 und eine
etwaige damit verbundene Bildung von Wellen vermieden werden. Dadurch
bleibt der Einfallschacht 3 stets durch den Siphoneffekt
von der Austragsöffnung 5 gasdicht
getrennt, was Falschluft verhindert.
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Bei
dem Viergelenkantrieb 14 weist der Kolben 8 an
seinem hinteren Ende eine Antriebskurbel 12 auf und er
ist im vorderen Bereich durch den Anlenkhebel 11 gelagert.
Durch diese Anordnung ist die Kraftübertragung von der Antriebswelle 13 auf
den Kolben 8 so optimiert, dass die Kraft, die die Antriebskurbel 12 auf
den Kolben 8 überträgt, mit
einer Annäherung
des Kolbens 8 an seine vordere Endlage ansteigt. In der
Nähe der
vorderen Endlage wird eine besonders große Kraftübertragung benötigt, da
der Kolben 8 dort die gesamte Schlackenmenge bewegen muss,
die sich im Austragskanal 2 befindet.
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Somit
ermöglicht
der Viergelenkantrieb 14 einen effizienten Austrag der
Schlacke 4, wobei gleichzeitig eine weitgehende Konstanthaltung
des Wasserspiegels 6 möglich
ist.
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- 1
- Entschlacker
- 2
- Austragskanal
- 3
- Einfallschacht
- 4
- Schlacke
- 5
- Austragsöffnung
- 6
- Wasserspiegel
- 7
- Boden
- 8
- Kolben
- 9
- Kolbenträger
- 10
- Kolbenträgerstange
- 11
- Gelenkstange
- 12
- Antriebskurbel
- 13
- Antriebswelle
- 14
- Viergelenkantrieb
- 15
- Entschlackergehäuse
- 16
- hinterer
Teil
- 17
- schleifenförmige Bahn
- 18
- zentraler
Bereich
- 19
- Drehgelenk
- 20
- Kreisbahn
- 21
- Kreise
- 22
- Zapfen
- 23
- Zapfen
- 24
- Pfeil
- 25
- hinterer
Teil
- 26
- vorderer
Teil