DE19910425C2 - Rostsystem für einen Brennstoffkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rostsystem für einen Brennstoffkessel bestehend aus in Längsrichtung des Rostsystems stufenförmig an­ geordneten Platten, wobei mindestens zwei Platten in Querrichtung neben­ einander angeordnet und Firstwangen zwischen den nebeneinanderliegenden Platten vorgesehen sind.

In Verbrennungsöfen, denen der Brennstoff kontinuierlich oder intermittierend zugeführt wird, wird eine möglichst vollständige Verbrennung des Brennstoffs angestrebt, um den Ascheanfall mög­ lichst klein zu halten. Hierfür ist es erforderlich, den Brenn­ stoff relativ lange auf dem Rost verweilen zu lassen, um die für die vollständige Verbrennung benötigte Brenndauer zur Verfügung zu stellen. Um dabei gleichmäßige Verbrennungsbedingungen zu erzeugen ist es erforderlich, den Brennstoff auf dem Rost von einem Ende zum anderen zu transportieren, damit frischer Brenn­ stoff nachgefördert werden kann, so daß sich ein einigermaßen gleichförmiger Zustand einstellt. Bei dem Transport des Brenn­ stoffs von einem Ende des Rostes zum anderen ist anzustreben, daß kein Brennstoffanteil vor Erreichen des ascheseitigen Endes des Rostes durch den Rost hindurchfallen kann, da der hindurch­ fallende Brennstoff möglicherweise noch nicht vollständig ver­ brannt ist.

In der DE-PS 40 00 973 ist ein Rost und ein damit aufgebauter Brennstoffkessel beschrieben, bei dem in Längsrichtung des Rost­ systems eine Anzahl Platten stufenförmig aufeinanderfolgend an­ geordnet sind. Ein Teil der Platten sind feststehend an eine erste Halterung befestigt und die anderen Platten sind bewegbar an einer zweiten Halterung montiert. Die Befestigung jeder Plat­ te an seiner Halterung ist höhenverstellbar. Hierdurch können unterschiedliche Zwischenräume für den Durchtritt von Verbren­ nungsluft eingestellt werden. Die beweglichen Platten sind in Längsrichtung des Rostsystems hin- und herbewegbar. Hierdurch kann das Brenngut kontinuierlich von dem Eintrittsende bis zum Austrittsende des Brennstoffkessels transportiert werden.

Zur Verbrennung hochkoleriger Brennstoffe treten höhere Verbren­ nungstemperaturen auf, die zu einer thermischen Überlastung des Rostplattenmaterials des beschriebenen Rostsystemes führen. Zur Erhaltung der optimalen Verbrennung kann die Luftzufuhr nur be­ grenzt erhöht werden. Dies bedingt andererseits eine unzurei­ chende Kühlung der Rostplatten.

In der EP 811 803 A2 ist ein Rostelement mit flüssigkeitsgekühl­ ten Rosten beschrieben. Es wird vorgeschlagen, daß das Kühlmit­ tel durch geradlinige Kanäle in den Rosten quer zur Längsrich­ tung der Rostelemente geführt wird. An den Seitenkanten der Ro­ ste ist ein Zulauf und ein Ablauf sowie Umlenkungen zwischen den Kanälen vorgesehen. Der Kühlmittelfluß ist so gewählt, daß die Kanäle entweder in Reihen oder in Parallelschaltung betrieben werden können. Hierdurch kann die Kühlleistung den Anforderungen entsprechend festgelegt werden.

In der EP 621 449 A1 ist ein flüssigkeitsgekühltes Rostelement be­ schrieben, bei dem das Kühlwasser mäanderförmig durch einen Hohlraum in dem Rost geführt wird.

In dem europäischen Patent 277 053 B1 ist ein Feuerungsrost mit Querroststäben beschrieben, bei dem Rostplatten abwechselnd fest und in Längsrichtung hin und her bewegbar sind, wobei die Rostplatten stufenförmig angeordnet sind. In den Rost­ platten sind Kanäle zum Ausblasen von Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum angeordnet. Zwei nebeneinander liegende Rostplatten stoßen mit ihren Seitenflä­ chen aneinander, wobei die Stirnflächen zwei Schrägen aufweisen. Hierdurch erfolgt eine Durchmischung der festen Verbrennstoffe.

In der EP 0 246 981 A1 ist ein Rostsystem mit nebeneinander liegenden Rostele­ menten beschrieben. Zwischen den Rostelementen sind Wangenelemente angeord­ net, die ineinander greifen. Zwischen den Wangen ist eine Feder angeordnet, durch die eine seitliche Bewegung der Rostplatten ausgeglichen werden kann. Die Wan­ genelemente greifen so ineinander, dass Teile des Verbrennungsgutes nicht in den Zwischenraum der Rostplatten bzw. zwischen die Wangenteile fallen können.

In der EP 0 004 072 A2 ist ein Rostsystem offenbart, bei dem die Rostplatten eben­ falls stufenförmig übereinander liegend angeordnet sind. Zwischen in Querrichtung nebeneinander liegenden Rostplatten sind ineinander greifende Seitenwangen vor­ gesehen, die eine Bewegung zueinander erlauben, ohne zu verklemmen. Die Sei­ tenwangen haben jeweils ein gekrümmtes Dach, wobei sich die Dächer der neben­ einander liegenden Seitenwangen überlappen. Durch diese Überlappung entsteht ein kleiner Spalt in Richtung einer Seite des Verbrennungsraumens.

Diese gekühlten Rostelemente können zwar mit hohen Temperaturen betrieben werden. Die Belüftung des Brennraums kann aber nicht so gesteuert werden, daß eine optimale vollständige Verbrennung gewährleistet ist.

Ausgehend von diesen bekannten Rostelementen war es die Aufgabe der Erfindung, ein Rostsystem für einen Brennstoffkessel zu schaffen, der aus in Längsrichtung des Rostsystems stufenförmig angeordneten Platten besteht, wobei das Rostsystem eine kon­ trollierte und vollständige Verbrennung von hochkalorigen Brenn­ stoffen mit hohen Temperaturen ermöglichen sollte.

Ausgehend von dieser Aufgabe ist ein Rostsystem der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Firstwangen Austrittsöffnungen für Gase und Gas­ gemische haben.

Durch die Firstwangen wird es erstmals möglich, Roste quer zum Brennraum nebeneinander anzuordnen, wobei jedes der Roste eigen­ ständig beheizt werden kann. Die Roste können damit kleiner ge­ halten und ideal an die erforderliche Verbrennungsleistung ange­ paßt werden. Durch die Luftaustrittsöffnungen in den Firstwangen kann eine Luftzufuhr auch innerhalb des Brennraumes erfolgen, so daß optimale Verbrennungsleistungen erzielt werden können.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform hat die First­ wange eine im Querschnitt kuppelförmige Deckplatte, so daß eine räumliche Trennung des Brennraums in dem Brennstoffkessel er­ folgt. Die Deckplatte sollte zudem in Längsrichtung des Brenn­ raums geneigt und damit an die stufenförmig aufeinanderfolgenden Platten, die an die Firstwangen angrenzen, angepaßt sein.

Es ist vorteilhaft, wenn die Firstwangen jeweils eine Nase an der vorderen und hinteren Frontfläche haben, wobei die Nasen so angeordnet sind, daß die Nasen von in Längsrichtung des Brenn­ raums aneinander angrenzenden Wangen übereinanderliegen und die Firstwangen damit ineinandergreifen. Durch die Nasen ist ein ausreichendes Spiel der Firstwangen ermöglicht, so daß sich die Wärmeausdehnung der Firstwangen nicht nachteilig auswirkt.

Die Austrittsöffnungen sind vorteilhafterweise an der hinteren Frontfläche unterhalb der Deckplatte sowie an den Seitenflächen oberhalb von den angrenzenden Platten angeordnet. Damit werden die Hauptbrennzonen der Roste in Abhängigkeit von dem Brennstoff durch zusätzliche Verbrennungsluft ausreichend belüftet. Um die Bildung von thermischen NOx zu verringern, die vor allem bei mittel- und hochkalorischen Brennstoffen und den dabei auftre­ tenden höheren Verbrennungstemperaturen anfallen, ist es vor­ teilhaft, wenn Rauchgase durch die Austrittsöffnungen in den Brennraum zurückgeführt werden.

Die Belüftung des Brennraumes kann weiterhin verbessert werden, indem Seitenwangen angrenzend an die freien Seitenwände der Platten angeordnet sind. Die Seitenwangen sollten Austrittsöff­ nungen oberhalb von den angrenzenden Platten haben. Damit können Rauchgase oder Zusatzluft sowohl über den Feuerraumquerschnitt als auch von der Seitenwand zugesetzt werden.

Die Seitenwangen sollten vertikale Stege aufweisen, die als Trä­ ger für die Seitenwangen und als Zuführungskanäle dienen.

Die Seitenwangen bzw. die Firstwangen werden vorteilhafterweise von Kanälen getragen, die in Längsrichtung entlang des Rohrsy­ stems angeordnet sind. Die Kanäle sind vorzugsweise als tragendes Element ausgebildet, so daß Rauchgas oder Zusatzluft zu den Austrittsöffnungen in den Seitenwangen und/oder Firstwan­ gen geleitet werden kann.

Es hat sich herausgestellt, daß die Roste zur Verbrennung von hochkalorischen Brennstoffen mit einem separaten sekundären Kühlmittel gekühlt werden sollten. Die Platten sind hierzu vor­ teilhafterweise als Hohlkörper ausgebildet und in den Platten sind wendelförmige Leit- und Stabilisierungsrippen vorgesehen. Jede Platte hat einen an den Hohlkörper angeschlossenen Einlaß und einen Auslaß für das Kühlmittel. Durch das separate Kühlmit­ tel ist die Steuerung der Temperatur des Rostes unabhängig von der zugeführten Verbrennungsluft, so daß die Verbrennungsluft derart gestuft zuführbar ist, daß die Verbrennung aussetzt bzw. unterstöchometrisch als Pyrolyse mit Nachverbrennung bzw. über­ stöchometrisch in der Brennkammer erfolgen kann.

Als sekundäres Kühlmedium können Gase, Gasgemische und alle hy­ draulischen Medien eingesetzt werden, sofern deren Viskosität dies zuläßt und der Zweck der Kühlung erfüllt wird. Der Einlaß bzw. der Auslaß zum Anschluß des Kühlmediums befindet sich vor­ teilhafterweise unterhalb der Rostplatte, wobei die Durchströ­ mungsrichtung frei wählbar ist. Durch den gewendelten Kanal wird das Kühlmedium vorteilhafterweise gleichmäßig in der Platte ver­ teilt und der Kühlfluß wird stabilisiert.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn ein Wärmetauscher für das Kühlmittel vorgesehen ist, wobei die von dem Kühlmittel abge­ führte Energie einem Einsatzstoff zur Rostverbrennung zugeführt wird. Hierdurch kann die Energie z. B. verbrennungsfördernd wei­ ter genutzt werden, indem diese der Verbrennungsluft zugeführt wird. Die Energie kann auch dem Brennstoff zur Trocknung zuge­ führt werden, oder zur Kondensataufwärmung eingesetzt werden.

Eine besonders vollständige und kontrollierte Verbrennung des Brennstoffes wird dadurch ermöglicht, daß jede zweite Platte in Längsrichtung hin- und herbewegbar und mit einem entsprechenden Antrieb versehen ist, wobei die festen Platten an einer gemein­ samen ersten Halterung und die bewegbaren Platten an einer ge­ meinsamen zweiten Halterung befestigt sind und die Befestigung jeder Platte an seiner Halterung höhenverstellbar ist. Dadurch kann der Zwischenraum zwischen den stufenförmig angeordneten Platten frei wählbar und die Luftzufuhrmenge entsprechend der Anforderung in dem Brennraum eingestellt werden. Durch die Bewe­ gung jeder zweiten Platte wird verhindert, daß Brenngut durch den Rost durchfällt.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Firstwangen und die Sei­ tenwangen starr sind.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von dem in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Firstwange im Querschnitt;

Fig. 2 eine Frontansicht der Firstwange mit seitlichen Aus­ trittsöffnungen im Querschnitt;

Fig. 3 eine Frontansicht der Firstwange mit einer Aus­ trittsöffnung an der hinteren Frontfläche;

Fig. 4 eine Frontansicht einer Seitenwange mit Austrittsöff­ nungen und Stegen;

Fig. 5 eine Schnittansicht der Seitenwange mit Austrittsöff­ nung und Steg;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Platte mit wendelförmigen Leit- und Stabilisierungsrippen im Querschnitt;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Platte mit Kanälen für ein Kühlmittel;

Fig. 8 einen Querschnitt durch die Platte.

In der Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Firstwange 1 gezeigt, die eine in Längsrichtung des Brennraums geneigte Deckplatte 2 erkennen läßt. An der vorderen Frontfläche 3 und der hinteren Frontfläche 4 sind jeweils Nasen 5 und 6 vorgesehen. Es ist er­ kennbar, daß das Niveau der Nasen 5 und 6 unterschiedlich ist, so daß die Nasen aneinander angrenzender Firstwangen übereinan­ der liegen. Die Firstwange 1 hat Stege 7, durch die die First­ wangen getragen werden können und die Kanäle für Gase und Gasge­ mische bilden.

Aus der Fig. 1 ist weiterhin erkennbar, daß, eine Austrittsöff­ nung 8 für Gase und Gasgemische an der hinteren Frontfläche 4 der Firstwange 1 und seitliche Luftaustrittsöffnungen 9 an der Seitenfläche der Firstwange 1 vorgesehen sind.

Die Fig. 2 läßt die seitlichen Austrittsöffnungen 9 an den Sei­ tenflächen der Firstwange 1 erkennen, die mit einem Zufuhrkanal 10 für Gase und Gasgemische im Innenraum der Firstwange 1 in Verbindung stehen. Die seitlichen Austrittsöffnungen 9 sollten oberhalb der an die Firstwange 1 angrenzenden Platten liegen, die nicht dargestellt sind.

Die Fig. 3 läßt eine Frontansicht auf die hintere Frontfläche 4 der Firstwange 1 erkennen. Es ist ersichtlich, daß die Deckplat­ te 2 im Querschnitt der Firstwange kuppelförmig ist. Weiterhin ist die radial entsprechend der Kuppelform gebogene Luftaus­ trittsöffnung 8 erkennbar.

Die Firstwangen 1 sind vorzugsweise aus Gußstahl. Die Zuführung der Rauchgase bzw. Zufuhrluft zu den Firstwangen 1 erfolgt mit nicht dargestellten Kanälen, die in Längsrichtung des Brennrau­ mes angeordnet sind. Diese Kanäle sind vorzugsweise so geformt, daß sie an die Stege 7 der Firstwangen 1 angepaßt sind und diese tragen.

Die Fig. 4 läßt eine Seitenwange 11 erkennen, die an die freien Seitenwände der Platten angrenzen. Die Seitenwange 11 hat Aus­ trittsöffnungen 12, die vorzugsweise oberhalb von den an die Seitenwange 11 angrenzenden Platten liegen. Die Seitenwangen 11 werden durch Stege 13 getragen, die gleichzeitig als Zuführungs­ kanäle ausgebildet sind. An der oberen Seitenkante der Seiten­ wangen 11 ist vorzugsweise eine Nut 14 auf der einen und eine entsprechende Feder 15 auf der anderen Seite vorgesehen, damit die Seitenwangen 11 ineinandergreifend nebeneinander angeordnet werden können.

In der Fig. 5 ist die Seitenwange 11 im Querschnitt darge­ stellt. Es sind die konische Austrittsöffnung 12 sowie die ge­ neigten Stege 13 zu erkennen. An der hinteren Seite der Seiten­ wange 11 ist eine Lasche 16 vorgesehen, um die Seitenwange 11 auf einen nicht dargestellten Träger einzuhängen.

Zwischen die Seitenwange 11 und die Firstwange 1 werden Platten 17 angeordnet, die in der Draufsicht als Querschnitt in der Fig. 6 dargestellt sind. Eine Platte 17 besteht aus einem ersten Gußteil 18 mit quer zur Platte 17 verlaufenden Leit- und Stabi­ lisierungsrippen 19. In dem ersten Gußteil 18 sind Bohrungen für einen Einlaß 20 und einen Auslaß 21 zum Einleiten und Ausleiten von Kühlmittel in bzw. aus dem Hohlraum der Platte 17 vorgese­ hen. Die Fig. 6 läßt weiterhin erkennen, daß ein zweites Teil 22 in das erste Gußteil 18 eingeschoben und mit diesem ver­ schweißt ist. Das zweite Teil 22 hat entsprechende Leit- und Sta­ bilisierungsrippen 23, die zusammen mit den Leit- und Stabili­ sierungsrippen 19 des ersten Gußteils 18 einen mäanderförmigen Kanal in der Platte 17 bilden.

Die Platte 17 ist in der Fig. 7 im Längsschnitt dargestellt. Es ist erkennbar, daß durch die Leit- und Stabilisierungsrippen 19, 23 Kanäle 24 für Kühlmittel geschaffen werden. Ferner ist zu er­ kennen, daß ein Befestigungsbock 25 unterhalb der Platte 17 vor­ gesehen ist, um die Platte an eine nicht dargestellte Halterung zu montieren. Die Halterung kann entweder feststehend sein oder mit einem Antrieb in Längsrichtung des Brennraums hin- und her­ bewegt werden. Hierdurch ist durch die Bewegung der Platte vor­ teilhafterweise ein Transport des Brenngutes durch den Brennraum möglich.

Der Aufbau der Platte 17 wird durch den in der Fig. 8 darge­ stellten Querschnitt durch die Platte 17 im weiteren Detail er­ kennbar. Es ist zu sehen, daß die Stoßkante 26 des ersten Guß­ teils 18 um einen Winkel α geneigt ist.

Die Platten 17 werden in nicht dargestellter Weise stufenförmig in Längsrichtung des Brennraumes aufeinandergelegt, wie es prin­ zipiell bereits in der DE-PS 40 00 973 gezeigt und ausführlich beschrieben ist. Mindestens zwei dieser stufenförmig aufeinand­ erfolgenden Plattenbahnen werden nebeneinander in dem Brennraum angeordnet, wobei zwischen den Platten 17 eine in Längsrichtung stufenförmig aufeinanderfolgende Anreihung von Firstwangen 1 vorgesehen ist. Seitlich an die freien Seitenenden der Platten 17 grenzt jeweils eine Reihe von Seitenwangen 11 an.

Claims (20)

1. Rostsystem für einen Brennstoffkessel, bestehend aus in Längsrichtung des Rostsystems stufenförmig angeordneten Platten (17), wobei mindestens zwei Platten (17) in Querrichtung neben­ einander angeordnet und Firstwangen (1) zwischen den nebenein­ anderliegenden Platten (17) vorgesehen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Firstwangen (1) Austrittsöffnungen für Gase und Gasgemische (8, 9) haben.

2. Rostsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Firstwangen (1) eine im Querschnitt kuppelförmige Deckplat­ te (2) haben.

3. Rostsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (2) der Firstwangen (1) in Längsrichtung geneigt ist.

4. Rostsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Nase (5, 6) an einer vorderen und hinteren Frontfläche (3, 4) der Firstwangen (1) vorgesehen ist, wo­ bei die Nasen (5, 6) so angeordnet sind, daß die Nasen (5, 6) angrenzender Firstwangen (1) übereinander liegen.

5. Rostsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der hinteren Frontfläche (4) der Firstwangen (1) unterhalb der Deckplatte (2) eine Aus­ trittsöffnung für Gase und Gasgemische (8) vorgesehen ist.

6. Rostsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Seitenflächen der Firstwange (1) jeweils Austrittsöffnungen für Gase und Gasgemische (9) oberhalb von den angrenzenden Platten (17) vorgesehen sind.

7. Rostsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Seitenwangen (11) angrenzend an die freien Seitenwände der Platten (17) vorgesehen sind, wobei die Seitenwangen (11) Austrittsöffnungen für Gase und Gas­ gemische (12) oberhalb von den angrenzenden Platten (17) haben.

8. Rostsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwangen (11) vertikale Stege (13) aufweisen und die Stege (13) als Träger für die Seitenwangen (11) und als Zu­ führungskanäle für Gase und Gasgemische ausgebildet sind.

9. Rostsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung entlang des Rost­ systems Kanäle vorgesehen sind und die Kanäle als Träger für die Seitenwangen (11) und/oder Firstwangen (1) und als Zuführungskanäle für Gase und Gasgemische ausgebildet sind.

10. Rostsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Rauchgase durch die Zuführungskanäle und Austrittsöffnungen (8, 9) in den Brennraum des Brenn­ stoffkessels geleitet werden.

11. Rostsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Zusatzluft durch die Zuführungskanäle und Austrittsöffnungen (8, 9) in den Brennraum des Brennstoff­ kessels geleitet wird.

12. Rostsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (17) als Hohlkörper ausge­ bildet sind, die Platten (17) wendelförmige Leit- und Sta­ bilisierungsrippen (19, 23) haben und einen an den Hohlkör­ per angeschlossenen Einlaß (20) und einen Auslaß (21) für ein Kühlmittel aufweisen.

13. Rostsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (20) und der Auslaß (21) an der Unterseite je­ weils einer Platte (17) angeordnet ist.

14. Rostsystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kühlmittel ein Gas, Gasgemisch oder ein Fluid ist.

15. Rostsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Wärmetauscher für das Kühlmittel vor­ gesehen ist, wobei die von dem Kühlmittel abgeführte Ener­ gie einem Einsatzstoff zur Rostverbrennung zugeführt wird.

16. Rostsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzstoff Verbrennungsluft ist.

17. Rostsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeführte Energie dem Brennstoff zur Trocknung zuge­ führt wird.

18. Rostsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeführte Energie zur Kondensataufwärmung verwendet wird.

19. Rostsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite Platte (17) hin- und herbe­ wegbar und mit einem entsprechenden Antrieb versehen ist, wobei die festen Platten an einer gemeinsamen ersten Halte­ rung und die bewegbaren Platten an einer gemeinsamen zwei­ ten Halterung befestigt sind, und daß die Befestigung jeder Platte (17) an seiner Halterung höhenverstellbar ist.

20. Rostsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Firstwangen (1) und die Seitenwan­ gen (11) starr sind.