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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Verbrennungsqualität der Brennstoffmaterialien Abfall, Biomassen und hochcalorigen Zusatzstoffen wie z.B. Kohle auf einem starren siedewassergekühlten Stufenrost einer Kesselanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 zur Durchführung des Verfahrens.
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Derartige gattungsgemäße Verfahren zur Verbrennung von Abfall/Hausmüll und entsprechende Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren sind aus der Literatur und aus Veröffentlichungen der Hersteller von Verbrennungsrosten bekannt.............................. (Siehe hierzu die Anlagen unter Pkt. 8).
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Diese bekannten Verfahren und Vorrichtungen, in der Literatur unter dem Begriff Schürroste bekannt, zeigen zwar - durch die negativ geneigten Roststäbe und durch die starren und beweglichen teils gegenläufigen Roststabreihen - Umwälzbewegungen bzw. Überwälzbewegungen der Brennstoffe in Richtung der Längsachsen der Roste.
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Schürwirkungen, d.h. Brennbettauflockerungen - insbesondere in den Querachsen der Roste - sind mit diesen Verfahren und Vorrichtungen nicht möglich. Von weiterem Nachteil sind bei den bekannten und den beschriebenen Schürrosten, daß das überwälzte Brennstoffbett auf ca. 80-90 % luftdüsenfreie Roststabflächen überwälzt wird, - ohne Beaufschlagung des Brennstoffes mit Verbrennungsluft. Expertisen an einer Vielzahl solcher Rostkonstruktionen haben gezeigt, daß die in den Roststaboberflächen eingegossenen Luftdüsen und/oder Luftschlitze schon nach kurzer Betriebszeit durch Schlacken, Aschen oder Aluminium verschlossen waren. Eine in situ d.h. im laufenden Betrieb arbeitende Reinigungsvorrichtung - wie im Patent PCT/
EP2015/060219 beschrieben - ist bei keinem der vorbeschriebenen Schürroste vorhanden oder erkennbar.
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Die auf diesen konventionellen Schürrosten stattfindenden chemophysikalischen Vorgänge bedingen und fördern bei diesen Schürrosten die Generierung von Pyrolysegasen, welche in der Nachverbrennung Temperaturspitzen von 1700°C bis zu 2500°C erreichen und entsprechende Korrosionen auslösen.
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Diese Korrosionen treten zwar nur temporär und mit „wandernden“ Lokalitäten auf,... aber mit hohen Wiederholungszahlen. Da die Korrosionen im Wesentlichen an den Luftdurchlässen der Roststäbe auftreten, werden diese Korrosionsbereiche erheblich vergrößert bis zur Bildung großflächiger Luftdurchtritte, so daß die Schieflagen in der Verbrennunsluft-Verteilung verstärkt und in der Folge diese Hochtemperatur-Korrosionen nochmal beschleunigt werden...(s. hierzu die Anlagen 8).
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Die hier auftretenden Korrosionsarten und Korrosionsmechanismen sind in der Fachliteratur wie auch in der Patentschrift PCT/
EP2015/060219 detailliert beschrieben.
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Ein weiterer Nachteil dieser Schürrostsysteme kann an einer Vielzahl von Müllverbrennungsanlagen beobachtet werden: Auf den bei allen Schürrosten erforderlichen negativ geneigten Roststaboberflächen kommt es bei der Verbrennung von aschereichen Brennstoffen bei jedem Roststabhub zum wiederholtem Rücklauf von „schleifenden“ Ascheteilchen, welche additiv die Lebensdauer der Roststäbe erheblich verkürzen.
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Aus voraufgeführten Gründen sind Brennstoffe mit besonders hohen Heizwerten (KJ/Kg), wie z.B. Autoreifen, Steinkohlen, etc. für den Einsatz auf Schürrosten nicht geeignet.
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Wegen der mehrfachen Bezugnahme auf das Patent PCT/
EP2015/060219 wurden - aus Gründen der besseren Übersicht - bei dieser neuen Erfindung ein Teil der Zeichnungsbezeichnungen beibehalten.
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Unter Berücksichtigung der vor beschriebenen Probleme
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< liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde >
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ein sehr effizientes Verfahren zur Verbesserung der Verbrennungsqualität von Brennstoffmaterial aus Abfall, Biomassen und hochcalorigen Zusatzbrennstoffen wie z.B. Kohle zu realisieren, mit dem insbesondere die Qualität der Verbrennung der vor aufgeführten Brennstoffe mit einer Hu-Breite von 7000 KJ/kg bis 30.000 KJ/kg erheblich verbessert wird, bei Vermeidung der korrosionsauslösenden Pyrolysegasentwicklung, und mit dem insbesondere auch die TOC- und AOC-Werte in den Brennstoffaschen weiter reduziert werden.............................. (s. hierzu auch die Anlagen unter Pkt. 8)
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mittels eines Verfahrens nach dem Anspruch 1 und mit einer Vorrichtung nach dem Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
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Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, die Umwälzbewegung d.h. die Wälzrolle des Brennstoffes bzw. des Brennstoffbettes nicht verdichtend sondern auflockernd in der Längs- und Querachse des Rostes mit scheibenweise gestuften mechanisch ausgelösten Stößelbewegungen aufzulösen/aufzulockern, um so die so erzeugte luftdurchlässigere Brennstoffschüttung BM für die dann bessere, optimierte Verbrennung sicherzustellen.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung für die Verbrennungs-Optimierung auch schwieriger Brennstoffe, z.B. solche mit großer oder extrem kleiner Stückigkeit wie z.B. Biomassen mit kleinen Fraktionswerten sind die gestuften Höhen der vertikalen Stößel ST, welche in der Brennstoff-Schüttung BM eine das Brennstoffbett nicht verdichtende Schürwirkung bewirken.
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Die Auflockerung des Brennbettes - auch in der Querachse - wird erreicht durch die unterschiedlichen Stößelhöhen, welche durch deren Transport- und Schürfunktionen die angestrebte gleichmäßige Brennstoff- bzw. Brennbettauflockerung sicherstellen und damit den luftseitigen Druckverlust im Brennbett reduzieren = f (Luftverteilung im Brennbett).
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Erfindungsgemäß können die Stößelhöhen RD/SRD - brennstoffabhängig - zwischen 40 % und 100 % in der Höhe schwanken und zwischen jedem Kühlrohrpaar T1 eingesetzt werden, - aber brennstoffabhängig auch zwischen jedem zweiten Kühlrohrpaar T2, - z.B. bei Hausmüll und großstückigen Biomassen.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Luftdüsen-Anordnung und Dimensionierung nach Düsendurchmesser, Düsenzahl und Lage der Düsen. Bei der Gestaltung dieses Luftdüsensystems waren die getakteten Stößelaktivitäten in der 3 x 1/3 bzw. 2 x 1/2 der Brennstoffbewegungen auf den Roststufen durch die Transportstößel ST zu berücksichtigen.
Entsprechend der chemophysikalischen Vorgänge auf diesen Roststufen erfolgt - insbesondere zur Vermeidung von Pyrolysegasbildungen - eine vorteilhafte Luftbeaufschlagung in der Weise, daß am Roststufenanfang, d.h. im Bereich der größten Brennstoff-Höhe/Schüttung BM durch die Schlitze neben den Transportstößeln - vor jedem Rohrpaar T1/T2 - eine brennstoffabhängige, größere Luftmenge eingedüst wird, welche sich hinter der größten Brennstoffschüttung BM zunächst verringert aber dann - entsprechend der 1/3 bzw. 1/2 Taktung der Stößel - zum Ende der Roststufe mengenmäßig und geschwindigkeitssteigernd kontinuierlich wieder ansteigt.
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Tabellarisch ergibt sich dann folgendes Datenbild:
Tabelle 1
| Roststab-Teilabschnitte | Abschnittlängen | LD-Düsen | Düsen Ø |
| mm ± 15 % | Anzahl ± 10 % | mm ± 0,2 |
| LD-A | 120 | 0 | - |
| LD-B | 60 | 2 | 6,5 |
| LD-C | 65 | 3 | 5,8 |
| LD-D | 75 | 4 | 5,2 |
| LD-E | 80 | 6 | 4,8 |
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Die vor beschriebenen Erfindungskriterien
- • Gestufte, in der Höhe unterschiedliche Transportstößel,
- • Weggetaktete Stößel, d.h. gestufte Brennstofftransport-Bewegungen,
- • Transportstößel vor jedem bzw. vor jedem zweiten Rohrpaar,
- • Zwei Schlitzdüsen neben jedem Transportstößel bzw. vor jedem Rohrpaar, wobei die Schlitzdüsen 40-100 % der Stößelhöhe betragen,
- • gestufte Luftdüsen - nach Zahl, Lage und Luft-Geschwindigkeit in jeder Rohrpaar-Reihe,
- • keine Begrenzung der Brennstoffheizwerte,
sind in der Summe geeignet, dieses beschriebene Rostsystem betriebssicher auch unterstöchiometrisch zu betreiben, z.B. mit Lambda-Werten von 0,70 - 0,85 zur Reduzierung der NOx-Bildner)* TFN ≙ Total Fixed Nitrogen TFN = HCN + NH3 + NO gleichmäßig in und über der gesamten Rostfläche.
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Auch für den Einsatz dieses Rostsystems als „Vergasungsrost“ sprechen die vorgenannten Kriterien.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen eines Beispiels noch näher erläutert. Es zeigen
- 1 ausschnittweise eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Stufenrostes mit dessen Anbindung an eine Kesselwand mit den gestuften Brennstoff-Transportstößeln und der Flossenrohr-Roststufe mit den in den Flossenrohrstegen eingefrästen Luftdüsen,
- 2 einen Vertikalschnitt durch vier miteinander verbundene, insbesondere mittels Stegen verschweißte Flossenrohre mit dem Bruchstück eines Transportstößels innerhalb eines Wellentals zwischen zwei Flossenrohren einschließlich der Brennstoff-Transportstößel mit unterschiedlichen Stößelhöhen für jedes zweite oder vierte Wellental.
- 3 eine vereinfachte Darstellung eines Abschnitts eines Stufenrostes im Bereich eines Sturzes beziehungsweise eines Übergangs von einer Stufe auf die nächstfolgende Stufe des Stufenrostes mit angedeutetem Brennstoffmaterial auf einer oberen Stufe des Stufenrostes mit den Schlitz-Öffnungen für die Brennstoff-Transportstößel in unterschiedlicher Höhe und den Luftschlitzen neben den Transportstößeln gebildet aus den Breitenmaßen S der Stößelöffnungen minus der Breite B der Brennstoffstößel.
- 4 zeigt ausschnittsweise den schematischen Längsschnitt durch eine Roststufe mit der Brennbettauflage, dem Transportstößel und der gestuften Luftdüsen-Anordnung in den Flossenrohrstegen sowie eine bruchstückartige vereinfachte Darstellung der Anordnung und des Antriebs von Transportstößeln auf zwei nachfolgenden Stufen des Stufenrostes.
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt mit perspektivischer Darstellung auf einen Stufenrost FLS, der im Beispiel vier Roststufen RST aufweist. Dieser starr ausgebildete Stufenrost FLS ist im linken Bereich zum Beispiel über Kammbleche WA luftdicht mit einer vertikal ansteigenden Kesselwand KMW verbunden.
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Der Stufenrost FLS selbst ist aus Flossenrohren FL, welche mittels Stegen STG zusammengeschweißt sind und im Bereich dieser Stege STG sich nach oben verbreiternde Luftdüsen LD zur Zuführung von Verbrennungsluft haben.
Der insgesamt nach vorn abfallende, geneigte Stufenrost FS weist plattenartige Transportstößel ST auf, die auf den jeweiligen Roststufen in den zwischen zwei Flossenrohren FLR gebildeten Wellentälern aus- und einfahrbar sind.
Auf der unteren Stufe sind beispielhaft fünf weitgehend ausgefahrene Transportstößel ST im jeweils zweiten Wellental des Stufenrostes FL dargestellt.
Auf der mittleren Stufe sind diese Transportstößel ST eingefahren, wobei ihre vordere schmale vertikale Fläche in dem im Sturz abfallenden Wellental zu liegen kommt und den für den Transportstößel ST vorgesehenen Schlitz sozusagen verschließt.
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Die Düsenöffnungen RD haben eine Höhe von 40-60 % der Düsenöffnungen SRD, ausgelegt für die entsprechenden Stößel ST mit den Stößel-Höhenmaßen von gleichfalls 40-60 % (-) 1 % der Düsen-Öffnungshöhen.
Die Stößelbezeichnungen ST 1-2-3.... n bezeichnen die jeweilige Lage der 100 % hohen Stößel vor bzw. in den jeweiligen von den Flossenrohren FLR gebildeten Wellentälern.
Die Stößelbezeichnungen ST 2-4-6.... n bezeichnen die jeweilige Lage der 40-60 % hohen Stößel vor bzw. in den jeweiligen von den Flossenrohren FLR gebildeten Wellentälern.
Unabhängig davon, ob die Brennstoff-Transportstößel ST 1-3-5.... n bzw.
ST 2-4-6.... n in jedem oder in jedem zweiten von den Flossenrohren FLR gebildeten Wellentälern angeordnet sind, werden die Luftdüsen LD in allen durch die Schweißnähte SN mit den Siederohren verbundenen Rohrstegen STG vorgesehen, - entsprechend den Dimensionierungen in der Tabelle 1.
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2 zeigt drei an ihren Stegen STG miteinander verschweißten Flossenrohren FLR. Die Transportstößel ST 1-3-5.... n und ST 2-4-6.... n sind teilweise dargestellt und liegen gleitend im unteren Bereich der entsprechenden Wellentäler auf der in dieser Art gebildeten Rostfläche auf.
Im Anfangs- und Endbereich der einzelnen Stufen sind bevorzugterweise auf
allen Rohrstegen STG konische, nach oben verjüngte Luftdüsen LD für die Zuleitung von Verbrennungsluft von unten gegen das Brennstoffmaterial vorgesehen.
Anstelle von gewalzten Flossenrohren bilden die Siedewasserdurchflossenen d.h. die Roststufen FLS bildenden Rohre mit angeschweißten Stegen STG „in variabler Breite“ die Luftverteilung über die Düsenlagen gem. der Teilungen T zu variieren, vorzugsweise in den Abmessungen T = 90 mm ± 15 mm, wobei die größere Teilung für Brennstoffe mit größerer Stückigkeit eingesetzt wird und die kleinere Teilung für Brennstoffe mit kleinerer Stückigkeit, z.B. für kleinstückige Biomassen.
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In 3 ist vereinfacht dargestellt eine frontale Ansicht auf einen Teil des Sturzes beziehungsweise des treppenartigen Bereiches einer Stufe des Stufenrostes FLS.
Die vier nebeneinander angeordneten Flossenrohre FLR sind über
Stege STG miteinander verschweißt.
Der Stößelwert B gibt die Breite der Stößel RD wieder und beträgt vorzugsweise B = 20 mm ± 10 %.
Die in die Stege STG für die Stößeldurchtritte eingefrästen Schlitze S haben - brennstoffabhängig - eine Breite von S = B + (1-2) mm, - wobei die größere Schlitzbreite beim Einsatz von Abfällen BM vorzugsweise mit größerer Stückigkeit vorgesehen ist.
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Die 4 zeigt den schematisch dargestellten Längsschnitt durch eine siedewassergekühlte Roststufe FLS mit dem aufliegenden Brennstoff BM und den Flossenroststegen STG mit den eingefrästen konischen Luftdüsen LD.
Die Luftschlitze neben dem Stößel ST sind nicht dargestellt.
Für die Roststufenabschnitte LD-A bis LD-E sind gem. Tabelle 1 die Luft-Düsen LD nach Anzahl, Lage und Durchmesser = f (Luftgeschwindigkeiten in den Düsen) festgelegt.
Die v.g. Tabelle 1 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit nochmal in die Seite mit der 4 aufgenommen.
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In 4 wird noch schematisch ein Ausschnitt aus einem Stufenrost FLS in einem Vertikalschnitt gezeigt. Die dargestellten Transportstößel ST sind mit einem jeweiligen Antrieb STA gekoppelt, der den Vorschub und Rückzug der Transportstößel auf den entsprechenden Stufen des Stufenrostes FLS bewirkt. Angedeutet in dieser Darstellung sind auch Luftdüsen LD in der Längenerstreckung der jeweiligen Stufe des Stufenrostes FLS.
Die Transportstößel ST bilden auf jeder Stufe des Stufenrostes FLS eine Art Stößelgitter für den Transport des Brennstoffmaterials sowie auch für die Auflockerung des gesamten Brennstoffbettes über die vollständige Rostlänge RL wie vor beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2015/060219 [0004, 0007, 0010]
