DE19622424A1 - Rostelement und Rost mit Flüssigkeitskühlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rostelement mit Flüssigkeitsküh­ lung mit mindestens einem zur Führung der Flüssigkeit bestimmten Kanal mit parallelen Abschnitten sowie mit einem Flüssigkeitszulauf und einem Flüssigkeitsablauf. Die Erfindung betrifft auch einen aus solchen Rostelementen aufgebauten Rost.

Rostelemente eines Rostes, der aus dachziegelartig übereinanderge­ legten und relativ zueinander bewegbaren Roststufen besteht, die aus einem oder mehreren nebeneinanderliegenden Rostelementen aufge­ baut sind, sind hohen, stark schwankenden Wärmebelastungen, einem hohen mechanischen Abrieb und chemischen Angriffen ausgesetzt. Der Verschleiß eines Rostelementes hängt im wesentlichen von der Wärmebelastung ab, so daß in letzter Zeit flüssigkeitsgekühlte Roste­ lemente eingeführt werden, da man sich von der Flüssigkeitskühlung eine bessere Kühlung und gleichmäßigere Temperaturverteilung inner­ halb des Rostelementes verspricht.

Aus der EP-A-0 621 449 ist ein plattenförmiges Rostelement bekannt, das als hohler Blechkörper ausgeführt ist und einen Zulauf sowie ei­ nen Ablauf für Kühlwasser aufweist. Bei diesem bekannten Rostele­ ment können auch Schikanen in dem Hohlkörper vorgesehen sein, um einen mäanderförmigen Durchlauf des Kühlwassers durch das Roste­ lement zu erzwingen. Der Zulauf und der Ablauf ist dabei im Bereich des Befestigungs- bzw. Antriebsendes des Rostelementes vorgesehen. Bei einem solchen Aufbau eines Rostelementes ergeben sich sehr gro­ ße Strömungsquerschnitte und damit verbundene Toträume, Strö­ mungsabrisse und unregelmäßige Verteilungen der Kühlflüssigkeit.

Außerdem sind solche Rostelemente nur ungenügend entlüftbar, so daß sich größere Luftansammlungen bilden können, die in diesem Be­ reich zu einer wesentlich schlechteren Kühlung und damit zu einer Überhitzung des Rostelementes führen. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn die Rostelemente in einem Rückschubrost angeordnet sind, in welchem sich die Rostelementenköpfe aufgrund der geneigten Einbaulage an einer höheren Stelle als das jeweilige Befestigungs­ bzw. Antriebsende des Rostelementes befinden. Bei einer solchen Einbaulage sammelt sich die im Rostelement vorhandene Luft dann im Kopfbereich des Rostelementes, der grundsätzlich unabhängig vom Rosttyp einer höheren Wärmebelastung ausgesetzt ist, so daß in Ver­ bindung mit der durch Luftblasen bedingten schlechteren Kühlwirkung der Verschleiß des Rostelementes stark ansteigt. Außerdem können sich die als hohle Blechkörper ausgebildeten Rostelemente bei un­ gleichförmiger Kühlung verziehen und somit zu Störungen des Rost­ betriebes führen. Die Anordnung des Zu- und Ablaufes für die Kühl­ flüssigkeit im hinteren Bereich des Rostelementes, das heißt in der Nähe des Befestigungs- bzw. Antriebsendes führt zu einer unbefriedi­ genden Temperaturerfassung des Kühlmittels, da sich die Zulauf- und Ablaufstellen im kühleren Bereich befinden und Temperaturfühler zweckmäßigerweise am Ablauf angebracht werden. Die weiter oben erläuterten, auf Luftblasen zurückzuführenden Überhitzungen, insbe­ sondere des Kopfbereiches, können damit nur ungenügend erkannt werden.

Aus der DE-C-44 00 992 ist ein flüssigkeitsgekühlter Roststab be­ kannt, der mindestens einen Kanal aufweist, dessen Abschnitte in Längsrichtung des Roststabes parallel zueinander verlaufen und mit einer Umlenkung im Kopfbereich des Roststabes in Verbindung ste­ hen. Der Zu- und Ablauf für diesen Kanal befindet sich auch bei die­ sem bekannten Roststab im hinteren Bereich, das heißt im Bereich des Befestigungs- bzw. Antriebsendes, so daß auch hier grundsätzlich ähnliche Nachteile wie bei dem zuerst genannten plattenförmigen Ro­ stelement auftreten. Auch bei diesem bekannten Roststab, der einen im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen Kanal und einen abknic­ kenden Verlauf zur Umlenkung im Kopfbereich aufweist, können Strömungsabrisse oder Wirbel und Luftansammlungen nicht mit Si­ cherheit vermieden werden. Da neben dem Zulauf auch der Ablauf im hinteren Bereich des Roststabes vorgesehen ist, ist nicht nur die Tem­ peraturerfassung, wie bereits beschrieben, ungenügend, sondern auch die Entlüftung, das heißt die Abführung eventuell gebildeter Luftbla­ sen aus dem Kopfbereich gestaltet sich äußerst schwierig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rostelement mit Flüssigkeitskühlung der weiter oben angegebenen Art so auszugestalten, daß eine gezielte, den jeweiligen Verhältnissen angepaßte Kühlung des Rostelementes bei geringem konstruktiven und regelungstechnischen Aufwand mög­ lich ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Rostelement der eingangs erläuterten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die parallelen Abschnitte des Kanals quer zur Rostelementenlängsrichtung und damit quer zur Brenngutförderrichtung verlaufen, daß die Kanalabschnitte geradlinig verlaufen und einen, eine kompakte, abrißfreie und totraumfreie Strömung bedingenden Querschnitt aufweisen.

Durch die Ausbildung der Kanalabschnitte quer zur Längsrichtung des Rostelementes in Verbindung mit engen Querschnitten wird die Ge­ fahr der Ansammlung von Luftblasen oder Dampfblasen vermieden, da jeder Abschnitt eines Kanales auf der gleichen Höhenebene liegt, wo­ durch höher gelegene Hohlräume, die zum Teil nicht zwangsweise durchspült werden, vermieden werden, in denen sich Luftblasen an­ sammeln können, während durch die Wahl eines engen Querschnittes eine kompakte, abrißfreie und totraumfreie Strömung im gesamten Querschnitt erzeugt wird, die zu einem besseren Abtransport eventuell sich gebildeter Luftblasen führt, als wenn eine inhomogene Strömung mit Toträumen in großen Räumen vorliegen würde. Dabei wird unter Berücksichtigung des notwendigen Wärmeabtransportes eine Reynoldssche Zahl von größer als 10 000 eingestellt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß jeweils zwei geradlini­ ge Kanalabschnitte durch eine Umlenkung verbunden sind und somit in Reihe von der Flüssigkeit beströmbar sind und daß der Flüssig­ keitszulauf im Bereich des Befestigungs- bzw. Antriebsendes und der Flüssigkeitsablauf im Kopfbereich des Rostelementes vorgesehen ist. Durch die Anordnung des Flüssigkeitszulaufes am hinteren, kühleren Ende des Rostelementes und die Anordnung des Flüssigkeitsablaufes im Kopfbereich, das heißt am heißeren Ende des Rostelementes, tritt eine Temperaturerhöhung des Kühlmittels entsprechend der in Längs­ richtung des Rostelementes auftretenden Temperaturerhöhung ein, so daß das sich erwärmende Kühlmedium nach Erreichen der höchsten Temperatur an der heißesten Stelle des Roststabes abgeführt wird und somit die Voraussetzung für eine den tatsächlichen Verhältnissen ent­ sprechende Temperaturerfassung des Rostelementes geschaffen wird. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß bei dieser Anordnung des Zulaufes und des Ablaufes in Verbindung mit der bereits erläuterten Querdurchströmung des Rostelementes die Temperaturverteilung des Rostelementes an einer bestimmten Querschnittsstelle weitgehend gleichförmig ist, das heißt, es werden Temperaturschwankungen zwi­ schen den beiden Flanken eines Rostelementes vermieden. Dies ist insbesondere bei solchen Rostelementen besonders vorteilhaft, die sich über die gesamte Rostbreite erstrecken und somit einen sehr lan­ gen Weg für das Kühlmedium aufweisen. Bei dem bekannten, platten­ förmige Rostelement, bei dem auf der einen Seite der kühlere Zufluß und auf der anderen Seite der weitaus wärmere Abfluß angeordnet ist, wird derjenige Randbereich des Rostelementes, dem der Ablauf zuge­ ordnet ist wärmer sein als der Rand- bzw. Flankenbereich des Roste­ lementes, dem der Zulauf zugeordnet ist. Dies kann bei sehr breiten und aus hohlen Blechkörpern bestehenden Rostelementen zu Verwin­ dungen des Rostelementes führen. Solche Erscheinungen werden durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung vermieden.

Es ist aber auch möglich, daß sämtliche Kanalabschnitte einen ge­ meinsamen Flüssigkeitszulauf und einen gemeinsamen Flüssigkeits­ ablauf aufweisen und somit parallel von der Flüssigkeit durchströmbar sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß die Kanalabschnitte einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 5 bis 25 mm aufweisen.

Bei Querschnitten, die von der Kreisform abweichen, ist es vorteil­ haft, wenn die Kanalabschnitte einen engen Querschnitt von 20 bis 500 mm² aufweisen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Rostelement aus einem massiven, druckfesten plattenförmigen Haupt­ teil und beidseitig befestigten schmalen, massiven, druckfesten Sei­ tenteilen besteht und daß das Hauptteil die geradlinigen Kanalab­ schnitte und die Seitenteile die Umlenkungen aufweisen. Aufgrund dieser Ausgestaltung ist es möglich, das Hauptteil des Rostelementes aus einer massiven Stahlplatte durch Einbringen entsprechender durchgehender Bohrungen herzustellen, wobei die daran befestigten Seitenteile die Umlenkungen aufweisen. Hierbei können die Seiten­ teile jeweils einteilig gegossen oder zweiteilig aus gewalztem Stahl hergestellt sein, um die Umlenkungen beispielsweise durch Fräsen herzustellen, was die Herstellung besonders glatter Innenwände der Umlenkungen gestattet. Im Hinblick auf eine möglichst kompakte, ab­ rißfreie und totraumfreie Strömung ist es vorteilhaft, daß der Kanal insgesamt eine glatte durch Feinbearbeitung hergestellte Innenwand aufweist, was sich durch die Herstellung der geradlinigen Kanalab­ schnitte durch Bohren und die Herstellung der Umlenkungen durch Fräsen bewerkstelligen läßt.

Um der unterschiedlichen Temperaturverteilung in Längsrichtung des Rostelementes, das heißt in Richtung vom Befestigungs- bzw. An­ triebsende zum Kopfende hin Rechnung zu tragen, können die Abstän­ de zwischen den Kanalabschnitten im Kopfbereich am geringsten und in Richtung auf das Befestigungs- bzw. Antriebsende größer sein.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung am Auslauf ein Tempe­ raturfühler zur Regelung der Kühlmitteltemperatur durch Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des Druckes des Kühlmittels vorgesehen ist, so kann aufgrund der Tatsache, daß der Auslauf im Kopfbereich, also im heißesten Bereich des Roststabes liegt, eine be­ sonders feinfühlige Regelung durchgeführt werden, da durch diese Ausgestaltung die heißeste Temperatur des Kühlmediums und des Roststabes erfaßt werden kann, was bei der Anordnung des Auslaufes am rückwärtigen Ende des Rostelementes nicht mit dieser Genauigkeit möglich ist. Die Veränderung des Druckes des Kühlmediums ist in ei­ nem in sich geschlossenen System im Bereich der Siedetemperatur des Kühlmittels notwendig, um diese zur Vermeidung von Dampfblasen hinaufzusetzen. Die Anordnung eines Temperaturfühlers im Auslauf hat den Vorteil, daß beispielsweise die notwendige Zuführungsleitung innerhalb der Ablaufleitung des Kühlmediums verlegt werden kann, wodurch diese Zuführungsleitung besonders gut geschützt ist. Freilie­ gende Zuführungsleitungen zu Temperaturfühlern an Roststäben un­ terliegen bei diesem rauhen Betrieb häufig der Gefahr von Zerstörun­ gen.

Aufgrund der quer zur Längsrichtung des Rostelementes verlaufender Kanalabschnitte, die geradlinig sind und wodurch keine Schleifenbil­ dungen im Kopfbereich vorliegen, können im Kopfbereich Luft­ austrittsöffnungen für die von unterhalb des aus stufenförmig überein­ ander angeordneten Rostelementen gebildeten Feuerungsrostes zuge­ führte Primärverbrennungsluft vorgesehen sein, ohne daß irgendwel­ che besondere Vorkehrungen für die Ausbildung solcher Luftaustritts­ öffnungen getroffen werden müßten.

Ein Rost für Verbrennungsanlagen mit in Brenngutförderrichtung hintereinanderliegenden, einander dachziegelartig übergreifenden, sowie abwechselnd bewegbaren und feststehenden Roststufen, die aus einzelnen über die gesamte Rostbreite reichenden oder aus mehreren nebeneinanderliegenden Rostelementen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 aufgebaut ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Roststufe einem eigenen regelbaren Kühlflüssigkeitskreislauf zugeordnet ist. Für den Fall, daß jede Roststufe aus mehreren Rostelementen aufge­ baut ist, können diese entweder in Reihenschaltung oder in Parallel­ schaltung von der Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden.

Eine besonders günstige Regelungsmöglichkeit der Temperatur der Kühlflüssigkeit und damit des Rostelementes ergibt sich dadurch, daß bei mehreren Rostelementen einer Roststufe jedes Rostelement einem eigenen regelbaren Kühlflüssigkeitskreislauf zugeordnet ist.

Zur Vereinfachung des baulichen Aufwandes und insbesondere des regelungstechnischen Aufwandes ist vorgesehen, daß mindestens zwei hintereinanderliegende Roststufen einem eigenen Kühlflüssigkeits­ kreislauf zugeordnet sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, deren einzige eine schaubildliche Darstellung zweier dachziegelartig übereinanderliegen­ der Rostelemente nach der Erfindung zeigt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist ein Rost aus mehreren, dach­ ziegelartig übereinandergreifenden Rostelementen 1 und 2 aufgebaut, von denen die Rostelemente 1 in Richtung des Doppelpfeiles 3 hin und her bewegbar und die Rostelemente 2 feststehend angeordnet sind. Die Rostelemente 1 sind einer Antriebseinrichtung 4 zugeordnet, die den erforderlichen Hub erzeugt. Jedes Rostelement weist ein Befe­ stigungs- bzw. Antriebsende 5 auf, das in einer Halterung 6 einge­ hängt ist, wobei diese Halterung 6 im Falle der angetriebenen Roste­ lemente mit der Antriebseinrichtung 4 fest verbunden ist. Weiterhin weist jedes Rostelement ein Kopfende 7 und einen Rücken 9 auf.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedes Rostelement 1 bzw. 2 dreiteilig aufgebaut und besteht aus einem Hauptteil 10 und zwei Seitenteilen 11 und 12. Das Hauptteil 10 be­ steht aus einer massiven, druckfesten Platte, die quer zur Längsrich­ tung, das heißt quer zur Förderrichtung des Brenngutes von parallel zueinander laufenden geradlinigen Bohrungen 13 durchsetzt ist, die die geradlinigen Kanalabschnitte für die Kühlflüssigkeit bilden. In den Seitenteilen 11 und 12 sind Umlenkungen 14 ausgebildet, wobei jeweils eine Umlenkung zwei benachbarten Kanalabschnitten 13 zuge­ ordnet ist. Die im hinteren Rostbereich liegende erste Umlenkung ist mit einem Zulauf 15 und die letzte im Kopfbereich liegende Umlen­ kung ist mit einem Ablauf 16 verbunden. Die Kühlflüssigkeit tritt also beim Zulauf 15 ein und durchströmt die einzelnen Kanalabschnitte der Reihe nach von hinten nach vorne jeweils parallel zur Oberfläche des Rostelementes und quer zur Längsrichtung des Rostelementes bis sie am Kopfbereich durch den Auslauf 16 wieder austritt. Dabei sind ent­ sprechend der Temperaturverteilung in Längsrichtung des Rostele­ mentes, also vom Befestigungsende bzw. vom Antriebsende 5 aus ge­ sehen in Richtung auf das Kopfende 7 die Abschnitte zwischen den einzelnen geradlinigen Kanalabschnitten 13 unterschiedlich gewählt, wobei die Kanalabschnitte im Kopfbereich wesentlich dichter neben­ einanderliegen als im rückwärtigen Bereich des Rostelementes. Diese Verteilung ist vorgesehen, um der höheren Wärmebelastung des Ro­ stelementes im Kopfbereich Rechnung zu tragen. Die Bezugszahl 17 bezeichnet einen Temperaturfühler für die Erfassung der Kühlmittel­ temperatur am Auslauf 16. Mit 18 sind Luftaustrittsöffnungen be­ zeichnet, die als nach unten offene Aussparungen am Fuß eines jeden Rostelementes ausgebildet sind, um die von unten zugeführte Primär­ verbrennungsluft dem auf den Rostelementen liegenden Brennstoff zuführen zu können. Diese Luftaustrittsöffnungen werden durch Räumvorsprünge 19, die im hinteren Bereich des Rostelementenrüc­ kens 9 vorgesehen sind, bei Einstellung des längsten Hubes von fest­ geklemmten Teilen gereinigt.

In der Zeichnung sind die Seitenteile 11 und 12 explosionsartig neben dem Hauptteil 10 dargestellt. Bei dem betriebsbereiten Rostelement sind diese Seitenteile fest mit dem Hauptteil 10 verbunden, was bei­ spielsweise durch nicht dargestellte Schrauben erfolgen kann. Um eine möglichst glatte Innenoberfläche der Umlenkungen 14 zu erzielen, können die Seitenteile 11 und 12 geteilt ausgeführt werden, damit die Umlenkungen 14 z. B. durch Fräsen hergestellt werden können.

Claims (14)

1. Rostelement mit Flüssigkeitskühlung mit mindestens einem zur Führung der Flüssigkeit bestimmten Kanal mit parallelen Abschnitten sowie mit einem Flüssigkeitszulauf und einem Flüssigkeitsablauf, da­ durch gekennzeichnet, daß die parallelen Abschnitte (13) des Kanales (13, 14) quer zur Rostelementenlängsrichtung und damit quer zur Brenngutförderrichtung verlaufen, daß die Kanalabschnitte (13) ge­ radlinig verlaufen und einen eine kompakte, abrißfreie und totraum­ freie Strömung bedingenden Querschnitt aufweisen.

2. Rostelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei geradlinige Kanalabschnitte (13) durch eine Umlenkung (14) verbunden sind und somit in Reihe von der Flüssigkeit durch­ strömbar sind und daß der Flüssigkeitszulauf (15) im Bereich des Be­ festigungs- bzw. Antriebsendes (5) und der Flüssigkeitsablauf (16) im Kopfbereich (7) des Rostelementes (1, 2) vorgesehen ist.

3. Rostelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Kanalabschnitte (13) einen gemeinsamen Flüssigkeitszulauf und einen gemeinsamen Flüssigkeitsablauf aufweisen und somit par­ allel von der Flüssigkeit durchströmbar sind.

4. Rostelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kanalabschnitte (13) einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 5 bis 25 mm aufweisen.

5. Rostelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kanalabschnitte (13) einen engen Querschnitt von 20 bis 500 mm² aufweisen.

6. Rostelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es aus einem massiven, druckfesten, plattenförmi­ gen Hauptteil (10) und beidseitig befestigten schmalen, massiven, druckfesten Seitenteilen (11, 12) besteht und daß das Hauptteil (10) die geradlinigen Kanalabschnitte (13) und die Seitenteile (11, 12) die Umlenkungen (14) aufweisen.

7. Rostelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die geraden Kanalabschnitte (13) durch durchge­ hende Bohrungen im Hauptteil (10) gebildet sind.

8. Rostelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kanal (13, 14) eine glatte durch Feinbearbei­ tung hergestellte Innenwand aufweist.

9. Rostelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abstände zwischen den Kanalabschnitten (13) im Kopfbereich (7) am geringsten sind und in Richtung auf das Befe­ stigungs- bzw. Antriebsende (5) größer sind.

10. Rostelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Auslauf (16) ein Temperaturfühler (17) zur Re­ gelung der Kühlmitteltemperatur durch Veränderung der Strömungsge­ schwindigkeit und/oder des Druckes des Kühlmittels vorgesehen ist.

11. Rostelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Kopfbereich (7) Luftaustrittsöffnungen (18) für die von unterhalb des aus stufenförmig übereinander angeordneten Rostelementen (1, 2) gebildeten Rostes zugeführte Primärverbren­ nungsluft vorgesehen sind.

12. Rost für Verbrennungsanlagen mit in Brenngutförderrichtung hintereinanderliegenden, einander dachziegelartig übergreifenden so­ wie abwechselnd bewegbaren und feststehenden Roststufen, die aus einzelnen über die gesamte Rostbreite reichenden oder aus mehreren nebeneinanderliegenden Rostelementen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Roststufe ei­ nem eigenen regelbaren Kühlflüssigkeitskreislauf zugeordnet ist.

13. Rost nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Rostelementen (1 bzw. 2) einer Roststufe jedes Rostelement einem eigenen regelbaren Kühlflüssigkeitskreislauf zugeordnet ist.

14. Rost nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens zwei hintereinanderliegende Roststufen einem eigenen Kühlflüs­ sigkeitskreislauf zugeordnet sind.