DE19881971B4

DE19881971B4 - Roststab für Verbrennungsrost und Verfahren zu dessen Kühlung

Info

Publication number: DE19881971B4
Application number: DE19881971.4T
Authority: DE
Inventors: Theodor Koch
Original assignee: MH Power Systems Europe Service GmbH
Current assignee: Mitsubishi Power Europe GmbH
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: DE19881971D2; AU8725298A; WO1999032831A1; EP0924464A1; CH693802A5; WO1999032830A1; AU8725398A; DE19881972D2

Abstract

Verfahren zur Kühlung eines Rostes für Verbrennungsanlagen mit einem oder mehreren Roststäben (1), welche über die Rostbreite nebeneinanderliegend und über die Rostlänge hintereinander, jeweils im Bereich ihrer hinteren Enden auf einem Rostträger aufliegend und sich durch Aufliegen der jeweiligen Nasenbereiche (3) auf die im wesentlichen geschlossene, der Verbrennungsseite zugewandte Oberfläche (4) der folgenden Roststäbe (1) teilweise überlappend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Zuleitungen zwangsweise eine Kühlflüssigkeit in ein in den Roststäben (1) unterhalb der Oberfläche (4) angeordnetes Kanalsystem (5; 5'; 5'') zugeführt wird, wobei die Zufuhr vom hinteren Bereich des Roststabes (1) direkt in den Nasenbereich (3) im Roststab (1) erfolgt, wobei die Kühlflüssigkeit zunächst über den Nasenbereich (3) nach unten in einen quer im Auflagebereich (1') angeordneten unteren Kanalabschnitt (5'') geführt wird und anschließend auf der anderen Seite (7) des Roststabes (1) nach oben in nahe der Oberfläche (4) des Roststabes angeordnete und durch einen Spalt (11) vom unteren Kanalabschnitt (5'') beabstandete Kühlkanäle (5) über einen Bereich des Roststabes nach hinten geführt wird um anschließend rückgeführt zu werden, wobei durch den Spalt (11) Zusatzluft unter der Oberfläche (4) des Roststabs (1) hindurch zur Verbrennungsseite hindurchgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Rosten von Verbrennungsanlagen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen Roststab hierfür nach dem Oberbegriff von Anspruch 3 sowie einen Rost nach dem Oberbegriff von Anspruch 9.
Für die Verbrennung unterschiedlicher Brennstoffe, wie Hausmüll, Industriemüll, Holzabfälle, feste, poröse und flüssige Brennstoffe sowie Brennstoffe mit hoher und niedriger Zündwilligkeit, kommen herkömmlicherweise Verbrennungsanlagen mit Feuerräumen zur Anwendung, in welchem der Brennstoff beispielsweise auf einen mechanisch betätigten Rost aufgebracht und darauf verbrannt wird.
Es sind nun Rostbelagskühlungen bekannt, bei welchen die Kühlung des Rostbelages durch die in unterhalb des Rostes positionierten Lufttrichtern vorbeiströmende Verbrennungsluft oder durch Zwangskühlung des Rostbelages durch die Verbrennungsluft, welche durch einen Raum, der aus dem Roststab und einem Leitblech gebildet ist, und in den Feuerraum gepresst wird, erfolgt. Diese bekannten Kühlarten sind von der Verbrennungsluftmenge abhängig, wobei die Luftaustritte des Rostes in den Feuerraum durch Asche, feste Metalle oder Schlacke verstopft werden können. Damit ist einerseits die Kühlung des entsprechenden Belags nicht mehr gesichert und die Zufuhr von Verbrennungsluft entspricht nicht mehr der geforderten Menge für eine optimale Verbrennung. Ueberdies ist diese Kühlungsart mit dem Nachteil behaftet, dass die Verbrennungsluftmenge in erster Linie eine verfahrenstechnische Funktion hat und nicht eine Kühlfunktion erfüllen muss. Eine Aenderung der Verbrennungsluftmenge in Abhängigkeit der Kühlwirkung ist in der Regel nicht durchführbar. Damit ist die geforderte Kühlwirkung des Rostbelages nicht gewährleistet.
So ist beispielsweise aus DE 959 212 ein derartiger Rost bekannt, bei welchem die Verbrennungsluft zuerst als Kühlluft, welche durch ein in den Roststäben angeordnetes Kanalsystem geführt wird, genutzt wird. Wenn hier nun die seitlichen Schlitze verstopfen, so besteht nicht nur allein das Problem der ausbleibenden Verbrennungsluftmenge, sondern durch die Unterbrechung der Zufuhr der Verbrennungsluft unterbleibt auch die Kühlung der Roststäbe, was zu einer schnellen Beschädigung dieser Roststäbe führt, da das Verbrennungsgut nach wie vor auf die Verbrennungsseite der Roststäbe einwirkt.
Derartige luftgekühlte Roste können allerdings nur für den Einsatz Von begrenzten Verbrennungstmperaturen eingesetzt werden, ansonsten die Wirkung der Luft als Kühlmedium zu schwach wird.
Es sind nun grundsätzlich Flüssigkeitskühlungen des Rostbelages bekannt, wie beispielsweise in der WO 96/29544 beschrieben. Dabei wird ein flüssiges Kühlmedium, wie beispielsweise Wasser, durch Kanäle im Rost hindurchgeführt. Das Kühlmedium wird anschliessend einem Wärmetauscher zugeführt, in welchen das Kühlmedium entweder gekühlt oder erhitzt werden kann, bevor es in einem geschlossenen Kreislauf wieder dem Rost zugeführt wird.
Weiter ist beispielsweise aus der EP 0 811 803 A2 ein Rostelement mit Flüssigkeitskühlung beschrieben. Dabei weist ein in der Breite des zu bildenden Rostbelages dimensioniertes Rostelement parallel verlaufende, geradlinige Bohrungen als Kühlkanäle auf, welche quer zur Förderrichtung des Verbrennungsgutes im Rostelement angeordnet sind. An beiden Seiten des Rostelementes ist jeweils ein Seitenelement vorgesehen, welches Umlenk-Verbindungskanäle für die Enden der beschriebenen Kühlkanäle aufweist, um die einzelnen Kühlkanäle miteinander seriell zu einem Kühlkanal zu verbinden. Dabei soll das Kühlmittel im hinteren Bereich des Rostelementes in diesen Kühlkanal eintreten und im vorderen Kopfbereich des Rostelementes wieder austreten.
Die EP 0 757 206 A2 betrifft einen mit Kühlwasser gekühlten Rost für eine Feuerungsanlage. Es ist hier gemäß 15 gezeigt und beschrieben ein Verfahren zur Kühlung eines Rostes für Verbrennungsanlagen mit mehreren Roststäben, welche über die Rostbreite nebeneinanderliegend und über die Rostlänge hintereinander, jeweils im Bereich ihrer hinteren Enden auf einem Rostträger aufliegend und sich durch Aufliegen der jeweiligen Nasenbereiche auf die im wesentlichen geschlossene, der Verbrennungsseite zugewandten Oberfläche der folgenden Roststäbe teilweise überlappend angeordnet sind.
Die DE 196 32 316 C1 betrifft eine Rostplatte für Vorschubroste, insbesondere für Vorschubroste von Abfallverbrennungsanlagen. Der Vorschubrost besteht aus mehreren zueinander beweglichen, stufenförmigen Rostplattenreihen und die Rostplatte erstreckt sich über die ganze Breite des Vorschubrostes beziehungsweise der Rostbahn. Die Rostplatte wird mittels Wasser gekühlt, wobei die Rostplatte aus einem einen Rostplattenfuß bildenden Grundkörper und mindestens einem einen Rostplattenkörper bildenden Abdecksegment gebildet ist. Dabei sind das Abdecksegment und der Grundkörper miteinander lösbar verbunden und der Grundkörper und das Abdeckelement sind jeweils mit mindestens einem Kühlmittelzu- und -abfluss ausgebildet.
Die beschriebenen, bekannten Ausführungsformen von flüssigkeitsgekühlten Rostelementen weisen allerdings den Nachteil auf, dass sie in der Regel das auf der Rostoberfläche befindliche Verbrennungsgut zu stark und insbesondere nicht gleichmässig und homogen abkühlen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand nun darin, ein Kühlungsverfahren zu finden, welches eine homogene Kühlung der Rostelemente und damit eine gut kontrollier- und steuerbare Kühlung des Rostes ermöglicht. Es sollen ferner ein Roststab sowie ein Rost vorgeschlagen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorzugsweise wird weiter das Verfahren nach Anspruch 2 vorgeschlagen.
Die Aufgabe wird überdies erfindungsgemäss durch einen Roststab nach Anspruch 3 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 4 bis 8.
Die Aufgabe wird überdies erfindungsgemäß durch einen Rost nach Anspruch 9 gelöst. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus dem abhängigen Anspruch 10.
Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Kühlung des Rostes durch unmittelbare Zuführung des Kühlmittels an den Kopfbereich des Rostes und dichte Anordnung der Kühlkanäle in diesem Bereich, bei zunehmenden Abständen der Kühlkanäle gegen den hinteren Bereich des Rostes wird eine optimale, homogene Kühlung des Roststabes erzielt. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass im Kopfbereich die höchsten thermischen Belastungen des Roststabes auftreten, während auf der Verbrennungsfläche nach hinten diese Belastung und auch die Temperatur abnimmt.
Die erfindungsgemäße Ausführung des Zuführungsspaltes im Roststab hat den Vorteil, dass diese nicht durch Schlacke oder Verbrennungsrückstände verstopfen kann und damit die Zufuhr der Zusatzluft unterbrechen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren der beiliegenden Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen
1 die schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemässe Roststabelement;
2 die Seitenansicht des Roststabelementes von 1;
3 einen Längsschnitt durch das Roststabelement von 1;
4 eine Querschnitt durch das Roststabelement von 1 im Nasenbereich;
5 die Seitenansicht mehrerer, hintereinander zu einem Verbrennungsrost angeordneter erfindungsgemässer Roststäbe; und
6 die Seitenansicht des Verbrennungsraumes einer Verbrennungsanlage mit erfindungsgemässem Rost.
1 zeigt die Aufsicht auf einen Roststab 1 resp. ein Roststabelement. Diese Elemente können nebeneinander verbunden zu praktisch beliebiger Breite angeordnet werden, um den Anforderungen der Dimensionen des Verbrennungsraumes einer Verbrennungsanlage gerecht zu werden.
Am schmalen Fussende des Roststabes 1 sind offene, schalenförmige Buchsen 2 angeordnet, in welche entsprechend ausgebildete Zapfen des Rostgerüstes einer Verbrennungsanlage in an sich bekannter Weise eingreifen können. Das vordere Kopfende 3 des Roststabes 1 weist beispielsweise eine gewellte resp. gerippte Form auf, in Fortsetzung der beispielsweise ebenfalls gerippten Verbrennungsfläche 4 des Roststabes 1.
In der 1 ist nun der Verlauf des Kühlkanales 5 des Roststabes 1 dargestellt. Das flüssige Kühlmittel tritt durch die Zuführöffnung 6 in den Zuführbereich 5' des Kühlkanals 5 ein. Dieser weist im Anfangsbereich eine Schlaufe auf, um anschliessend entlang der in der 1 unteren Seitenkante 8 des Roststabes 1 in den Nasenbereich 3 zu führen, in welchem ein im Auflagebereich 1' des Roststabes 1 quer verlaufender Abschnitt 5'' des Kühlkanals 5 ausgebildet ist, wie in den nachfolgenden 3 und 4 im Schnitt deutlich wird. Vom Kühlkanalabschnitt 5'' führt der Kühlkanal 5 wieder nach oben und verläuft unterhalb der Verbrennungsfläche 4 in schlaufenförmiger Anordnung mit vorzugsweise im wesentlichen geraden, quer zur Transportrichtung des Verbrennungsgutes ausgerichteten Rohrabschnitten. Das Ende dieser Rohrabschnitte mündet schliesslich in die Abführöffnung 9, welche vorzugsweise benachbart zur Zuführöffnung 6 im hinteren Bereich des Roststabes 1 angeordnet ist. Die Rohrabschnitte weisen vorzugsweise gegen hinten untereinander einen immmer grösseren Abstand auf und sind nicht ganz bis zum Ende des Roststabes angeordnet. Dies ist dort nicht mehr notwendig und sinnvoll, da die hintersten Bereiche des Roststabes 1 durch die überlappende Anordnung der hintereinander angeordneten Roststäbe 1 nicht mit dem Verbrennungsgut in Kontakt kommen und demgemäss auch nicht denselben Temperaturen ausgesetzt sind, wie die Verbrennungsfläche 4 und insbesondere das Kopfende 3.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung des Kühlkanals 5 wird der am stärksten erhitzte Bereich des Roststabes, nämlich der Auflagebereich 1' resp. das Kopfende 3 besonders intensiv und zuverlässig gekühlt, während der übrige Bereich mit dem bereits für die Kühlung verwendeten und damit leicht aufgeheizten Kühlmittel danach in Kontakt gelangt. Damit wird eine sehr homogene Kühlung des gesamten Roststabes erreicht, was wiederum vorteilhafterweise eine einfachere und effizientere Steuerung der Rostkühlung ermöglicht.
Der Kühlkanal 5 weist vorteilhafterweise einen konstanten, vorzugsweise kreisrunden Strömungsquerschnitt auf.
In 2 ist nun die Seitenansicht des Roststab 1 nach 1 dargestellt. Daraus ist insbesondere gut die wannenförmige Gestalt des Roststabes 1 ersichtlich, sowie in den Seitenkanten 7 resp. 8 angeordnete kreisförmige Ausnehmungen, welche beispielsweise für die Verbindung der Roststäbe 1 nebeneinander genutzt werden können. Auch ist hier die offene Buchse 2 besonders gut ersichtlich.
In 3 ist nun ein Längsschnitt A-A durch den Roststab 1 dargestellt, in welchem die Querschnitte des Kühlkanals 5 gut ersichtlich sind. Der Kühlkanal 5 ist hier beispielsweise in an der Unterseite der Verbrennungsfläche 4 ausgebildeten Halbrundrippen ausgebildet. Vorzugsweise sind weitere, querverlaufende Kühlrippen 10 ausgebildet, vorteilhafterweise in Verlängerung der Halbrundrippen des Kühlkanales 5. Diese Rippen dienen der von unten an den Roststab 1 herangeführten Zusatzluft als Wirkflächen. Weiter ist hier nun der Spalt 11 dargestellt, durch welchen die Zusatzluft unter dem Roststab 1 hindurch zur Verbrennungsseite, d. h. über die Verbrennungsfläche 4 hindurchgeführt werden kann. Vor der Spaltöffnung ist eine im schmalen Kopfende 3 ausgebildete Blende 12 ausgebildet, welche verhindert, dass von oben nach unten fliessende Verbrennungsrückstände den Spalt 11 verstopfen könnten und damit die Zusatzluftzufuhr unterbrechen.
In 4 ist nun noch der Querschnitt B-B durch den Roststab 1 dargestellt, aus welchem der Verlauf des Kühlkanals 5 resp. insbesondere des Abschnittes 5'' hervorgeht. Weiter sind hier auch noch die an der Unterseite der Verbrennungsfläche 4 nach unten abragend ausgebildeten Längsrippen 13 dargestellt, welche einerseits die Steifikgeit und Festigkeit des Roststabes 1 verbessern und andererseits auch als Kühlrippen für die Zusatzluft dienen.
In 5 ist nun die Seitenansicht mehrerer hintereinander angeordneter, einander überlappender Roststäbe 1 mit den Zuführleitungen 14 für das Kühlmittel dargestellt. Jeweils jeder zweite Roststab 1 wird in bekannter Weise durch einen in dieser Figur nicht dargestellten Antrieb entsprechend der Ausrichtung der Verbrennungsflächen 4 hin und her verschoben, um das auf den Roststäben 1 resp. deren Verbrennungsflächen 4 liegende Verbrennungsgut langsam von links nach rechts zu fördern.
In 6 ist nun ein grösser Ausschnitt der Verbrennungsanlage in Seitenansicht im Bereich des durch die Roststäbe 1 gebildeten Rostes dargestellt, wobei bei einem Rostelement 1' die beiden Endpositionen der Verschiebebewegung gestrichelt dargestellt sind. Hier sind nun die starren Zuführleitungen 14 für das Kühlmittel ersichtlich. Die Zuführleitungen 14 der unbeweglichen Roststäbe 1 führen dabei in eine ebenfalls starre Sammelleitung 15, welche Zur Kühlmittelspeisung führt. Die Zuführleitungen 14 der beweglichen Roststäbe 1 münden in eine gemeinsame Sammelleitung 16, welche ihrerseits in einer Führung 17 verschiebbar angeordnet ist. Diese Führung 17 ist parallel zu den Verbrennungsflächen 4 der Roststäbe 1 ausgerichtet. Das eine Ende 16' der gemeinsamen Sammelleitung 16 ist über eine einzige, flexible Verbindungsleitung 18 mit einer unbeweglichen Speiseleitung 19 verbunden, welche wie die Sammelleitung 15 zur Kühlmittelspeisung führt. Der grosse Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass nur ein einziges, flexibles Leitungsstück 18 für die Speisung aller Roststäbe 1 der Verbrennungsanlage genügt.

Claims

Verfahren zur Kühlung eines Rostes für Verbrennungsanlagen mit einem oder mehreren Roststäben (1), welche über die Rostbreite nebeneinanderliegend und über die Rostlänge hintereinander, jeweils im Bereich ihrer hinteren Enden auf einem Rostträger aufliegend und sich durch Aufliegen der jeweiligen Nasenbereiche (3) auf die im wesentlichen geschlossene, der Verbrennungsseite zugewandte Oberfläche (4) der folgenden Roststäbe (1) teilweise überlappend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Zuleitungen zwangsweise eine Kühlflüssigkeit in ein in den Roststäben (1) unterhalb der Oberfläche (4) angeordnetes Kanalsystem (5; 5'; 5'') zugeführt wird, wobei die Zufuhr vom hinteren Bereich des Roststabes (1) direkt in den Nasenbereich (3) im Roststab (1) erfolgt, wobei die Kühlflüssigkeit zunächst über den Nasenbereich (3) nach unten in einen quer im Auflagebereich (1') angeordneten unteren Kanalabschnitt (5'') geführt wird und anschließend auf der anderen Seite (7) des Roststabes (1) nach oben in nahe der Oberfläche (4) des Roststabes angeordnete und durch einen Spalt (11) vom unteren Kanalabschnitt (5'') beabstandete Kühlkanäle (5) über einen Bereich des Roststabes nach hinten geführt wird um anschließend rückgeführt zu werden, wobei durch den Spalt (11) Zusatzluft unter der Oberfläche (4) des Roststabs (1) hindurch zur Verbrennungsseite hindurchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit nach dem Nasenbereich (3) in nahe der Oberfläche (4) des Roststabes (1) angeordneten Kühlkanälen (5) in abnehmender Intensität, d. h. mit zunehmenden Abständen benachbarter Kühlkanäle, geleitet wird und anschließend abgeführt wird.
Roststab (1) für Verbrennungsanlagen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 2 mit einer im wesentlichen geschlossenen, der Verbrennungsseite zugewandten Oberfläche (4), einem hinteren, zur Auflage auf einen Rostträger zur Bildung des Rostes ausgebildeten Tragbereich (2) und einem vorderen, zwischen Oberfläche (4) und Vorderkante abgerundeten Nasenbereich (3) mit auf der Unterseite ausgebildeten Auflagebereich (1'), dadurch gekennzeichnet, dass ein unter Bildung von Schlaufen durchgehender Kanal (5) für das Kühlmittel angeordnet ist, mit einer im hinteren Bereich des Roststabes (1) angeordneten Zu- (6) und einer Abführöffnung (9), wobei der an die Zuführöffnung (6) grenzende Zuführbereich (5') vor dem Nasenbereich (3) an einer Seitenwand (8) des Rostelementes (1) entlang verlaufend angeordnet ist und über den Nasenbereich (3) nach unten in einen quer im Auflagebereich (1') angeordneten Kanalbereich mündet, welcher auf der anderen Seite (7) des Roststabes (1) nach oben in den Abführbereich mit jeweils vom Nasenbereich (3) nach hinten schlaufenförmig mit im wesentlichen gerade angeordneten Querleitungen, welche untereinander vom Nasenbereich (3) nach hinten mit zunehmendem Abstand angeordnet sind, mündet, wobei die Querleitungen von dem unten im Auflagebereich (1') angeordneten Kanalbereich durch einen Spalt (11) beabstandet sind, durch welchen Spalt (11) Zusatzluft unter der Oberfläche (4) des Roststabs (1) hindurch zur Verbrennungsseite hindurchgeführt werden kann.
Roststab für Verbrennungsanlagen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen gerade angeordneten Querleitungen des Kühlkanals (5) im Verbrennungsbereich (4), nach hinten mit zunehmendem Abstand angeordnet sind.
Roststab für Verbrennungsanlagen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal im Roststab (1) einen konstanten Durchmesser aufweist und vorzugsweise einen runden Strömungsquerschnitt aufweist.
Roststab für Verbrennungsanlagen nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Roststab (1) eine wannenförmige Gestalt aufweist, wobei der Wanneninnenraum der Verbrennungsseite (4) abgewandt ist und auf der Innenseite mindestens eine, vorzugsweise mehrere im wesentlichen senkrecht von der Innenfläche abragende Kühlrippen (10; 13) aufweist.
Roststab für Verbrennungsanlagen nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er jeweils an einer Kante mindestens eine offene Muffe (2) aufweist.
Roststab für Verbrennungsanlagen nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (11) an einer Überlappungskante im Nasenbereich (3) senkrecht zur Oberfläche (4) des Roststabes ausgebildet ist, wobei die Überlappungskante labyrinthartig mit der Unterseite des Roststabes (1) verbunden ist.
Rost, gebildet aus Roststäben nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführöffnungen (6) über starre Leitungen (14) miteinander verbunden sind.
Rost nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der starren Leitungen (14) in einen Sammelleiter (16) münden, welcher seinerseits über eine flexible Verbindungsleitung (18) mit einer Zuführleitung (19) verbunden ist und längsverschiebbar in einer Führung (17) in der Verbrennungsanlage angeordnet ist.