EP0919771B1 - Verfahren zum Verbrennen von Feststoffen auf einem wassergekühlten Schub-Verbrennungsrost, sowie Rostplatte und Rost zur Ausübung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Verbrennen von Feststoffen auf einem wassergekühlten Schub-Verbrennungsrost, sowie Rostplatte und Rost zur Ausübung des Verfahrens Download PDF

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EP0919771B1
EP0919771B1 EP98810971A EP98810971A EP0919771B1 EP 0919771 B1 EP0919771 B1 EP 0919771B1 EP 98810971 A EP98810971 A EP 98810971A EP 98810971 A EP98810971 A EP 98810971A EP 0919771 B1 EP0919771 B1 EP 0919771B1
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EP
European Patent Office
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grate
primary air
plates
combustion
openings
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EP0919771A2 (de
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Jakob Stiefel
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Doikos Investments Ltd
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    • F23G5/002—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor characterised by their grates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23H—GRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
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    • F23H7/06—Inclined or stepped grates with movable bars disposed parallel to direction of fuel feeding
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    • F23H1/00—Grates with solid bars
    • F23H1/02—Grates with solid bars having provision for air supply or air preheating, e.g. air-supply or blast fittings which form a part of the grate structure or serve as supports
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    • F23H3/00—Grates with hollow bars
    • F23H3/02—Grates with hollow bars internally cooled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L1/00—Passages or apertures for delivering primary air for combustion 
    • F23L1/02—Passages or apertures for delivering primary air for combustion  by discharging the air below the fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23H2700/009—Grates specially adapted for incinerators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23H—GRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
    • F23H2900/00—Special features of combustion grates
    • F23H2900/03021—Liquid cooled grates

Definitions

  • the invention relates to a method for burning solids on a water-cooled Thrust combustion grate, such as that used in waste incineration plants Installation is coming. Furthermore, it is about a specific grate plate and one made of such Rust plates built up rust, as is necessary to carry out the process.
  • the too burning solids can be a wide variety of types of solids, be it lignite, sawdust, wood and rubber chips, all sorts of residual goods, Industrial waste, sewage sludge, hospital or household waste or rubbish, etc. etc.
  • the primary air is blown through from below the grate through the grate into the combustion bed.
  • the primary air reaches the top of the grate through recesses in the cast grate bars on the side and / or in the head region. The primary air is conveyed through the grate by building up corresponding overpressures of the order of magnitude of approx.
  • the grate plates then have primary air supply channels on, for example, primary air supply pipes passing through the grate plate, which can also taper towards the top, or are the primary air supply channels formed by recesses for the passage of primary air, so that the primary air that is, it can be conducted from below the grate through it onto its upper side.
  • the grate plates that run across the width can no longer slag between individual Grate elements fall under the grate, as is the case with grate levels consisting of several loose parts adjacent grate bars is the case. This makes slag diarrhea practical prevented.
  • a grate has become known, in which the grate bars each consist of two nested profiles are shaped so that the air flowing through the rods passes through the attached ones Longitudinal profiles flow horizontally and laterally.
  • the air diverted in this way is not pure primary air, but primarily cooling air, and the grate is not water-cooled Thrust combustion grate.
  • EP 0'019'652 A (SULZER AG), December 10, 1980 shows a grate for a fluidized bed firing, which consists of water flowing through, parallel to each other at a distance arranged pipes, which are welded to each other with an intermediate web are.
  • the primary air flows through the intermediate webs through air arranged therein Slits or holes upwards and flows around cover plates.
  • these are not on a thrust combustion grate, and especially not on a water-cooled thrust combustion grate realized and can not be transferred directly to one.
  • a method for burning solids a water-cooled thrust combustion grate which is characterized by the fact that the primary air fed into the combustion bed through the water-cooled thrust combustion grate after flowing through the grate plates of the thrust combustion grate on guide elements strikes, which over the mouths placed in the front of the grate plates are arranged, and is deflected by each such guide element, so that the deflected primary air - in comparison with its speed in the direction of the Sliding grate surface emerging primary air flow - at a slower speed flows diffusely into the firing material.
  • a grate plate for consisting of a water-cooled thrust combustion grate for burning solids from a flow-through hollow body with connection piece for the supply and discharge of Cooling water, as well as primary air supply channels penetrating the grate plate from bottom to top, which is characterized by the fact that on the front of the grate plate placed the mouths of the primary air supply ducts on the grate plate surface are arranged, on which the primary air emerging from the mouth is intended to encounter.
  • Thrust combustion grates have stationary and movable grate levels made of grate plates or from a series of grate bars, the grate steps being stepped on one another lie on. These sliding combustion grates can be installed so that the combustion bed in the is essentially horizontal, or inclined, with inclinations of up to 20 degrees or more are common.
  • EP-0'621'449 describes a water-cooled thrust combustion grate known. Its grate plates are made of sheet steel and form board-shaped hollow bodies that extend across the width of the entire grating track and through which water is passed as a cooling medium. Every second grate plate is movable and can therefore perform a stoking or transport stroke.
  • the movable grate plates can be fired with their end face Push it onto the next lower grate plate.
  • a push-back grate forms a somewhat wrong built-in, inclined staircase.
  • the end faces of the Movable grate plates transport the one behind them in a rear grate Firing material back, after which it rolls down again in the direction of the tendency to rust.
  • the movable grate plates i.e. between two stationary grate plates arranged grate plates are usually collectively back and forth in the direction of their inclination emotional. This ensures that the burning rubbish lying on the grate at a long dwell time of 45 to 120 minutes constantly rearranged and even on the grate is distributed.
  • FIG. 1 An advantageous construction of this thrust combustion grate with its essential elements can be seen in Figure 1, in which a portion of a thrust combustion grate is shown using a cross section.
  • the grate consists of stairs Grate levels, which are each formed by a hollow, water-cooled grate plate 1,2,3,4. Every second grate level, in the figure the grate plates 2 and 4, is designed to be movable while the intermediate grate plates are suspended on cross tubes 5.
  • the moveable Grate plates 2.4 are each laterally mounted on a roller 6 and lie with it Rear part on vertical rollers 7, which are arranged on the laterally delimiting planks are.
  • Each movable grate plate 2.4 is from its own hydraulic piston-cylinder unit 8 driven.
  • each grate plate open through the grate plate extending pipes 9 for the supply of primary air from the area below the Rust.
  • These primary air supply pipes 9 open somewhat above the surface of the grate plate and have an elongated cross-section, as will be shown later becomes. In this way it has already been avoided that excessive amounts of these tubes Slag falls through.
  • the mouths of these primary air pipes 9 or corresponding primary air supply channels are as shown here with guide elements 10 in the form of muzzle caps made of bow-shaped baffles that are simply welded onto the top of the grate plate are.
  • the upper section of the baffles is V-shaped in cross section. The of The primary air jet hitting the bottom of these guide plates is therefore from the guide plates divided and distracted laterally.
  • the bow-shaped baffles cover the mouth in the thrust direction of the grate, so that the fired material is guided around the baffles and does not directly cover the primary air outlets.
  • FIG 2 is a part of the front edge of a grate plate with a design of the guide elements in the form of welded bow-shaped guide plates 10 in a perspective view shown.
  • the mouth or nozzle caps 10 are welded in the form of the bow-shaped guide plates 10.
  • These baffles 10 consist of sheet steel and form seen from the side, if they are welded on, a trapezoidal shape, the piece of sheet metal which the forms the upper side of the trapezoid, is V-shaped in cross section, which is indicated by a simple folding can be achieved.
  • the one that hits from below becomes Primary air flow divided into two as indicated by the arrows and deflected laterally and thereby also swirled.
  • the effect is that the air at a significantly reduced speed and penetrates diffusely into the kiln.
  • the air passing through in a row arranged primary air orifices flows in, the combustion bed in its entirety Diffuse penetration wide, so that the atmospheric oxygen much more homogeneous than before Combustion is supplied.
  • the bow-shaped Baffles can also form a semicircular arc, or one Angle welded onto the grate plate like a gable above the mouth.
  • the Mounting direction can be chosen arbitrarily, so that the angular plane also in right angle to the direction of thrust. If the sheets as in the figure shown, this also ensures that the primary air supply openings are not clog.
  • Figure 3 shows a grate plate with a design of the guide elements in the form of welded flat baffles 12.
  • This variant also fulfills the intended purpose, namely the deflection of the primary air and its diffusion, which in turn is indicated by arrows is.
  • These flat bars 12 can serve a further purpose. They seem namely as barbs and take each time the movable plates are pushed forward the firing material lying in front of the area of the flat iron 12 while pulling it back release this again and then the primary air flows back to the flat iron 12 and it cools.
  • FIG. 4 shows a further variant for a guide element, in this case a sawtooth-shaped one Sheet 13, similar to the shape of a cutter bar knife, across the width of the grate on the The front edge of the grate plate is welded on.
  • the saw teeth each protrude above a nozzle the primary air supply, so that the emerging primary air flow onto one sawtooth each strikes and is deflected by this towards the front and the two sides.
  • FIG. 5 shows an embodiment with screwed-on orifice caps 14.
  • the primary air supply ducts or pipes are circular in this case and the pipe openings, which protrude slightly from the ros have an external thread.
  • the nozzle cap 14 is screwed onto this.
  • These nozzle caps 14 are standard fittings with hexagonal outer shape, which are used for this purpose be provided with radial bores 15.
  • the fittings are only a small one Part of their thread screwed on, so that the primary air is unhindered by the radial Holes 15 can emerge. It is therefore after the pipe mouth of the fittings deflected and radially flows out through the six holes shown in the example, whereby it diffuses on all sides into the surrounding firing material, as indicated by the arrows. Clogging of the mouths arranged all around is due to the relative movement of the Mouth and nozzle caps 14 to the transported firing material impossible.
  • Such nozzle caps can of course also have other shapes and are welded on instead of being screwed on.
  • FIG. 6 shows a further embodiment variant for the guide elements. These exist here from tubes 16 with an elongated cross section 17. These tubes 16 are at one end closed and there form a rounded cap 18. With its open side down these tubes 16 are directed into corresponding elongated holes in the upper and lower grate plate used and sealed in these elongated holes. They are there longer than the grate plate thickness and with its lower end flush with the underside welded into the grate plate so that it can then be Exceed the grate plate surface at the end. On both sides of the grate overhanging the grate Section of the tubes 16 are below, the caps 18 in the flat areas Slots 19 are provided, which are directed in the tube 16 from the inside outwards towards the bottom.
  • the air is thereby deflected in the cap 18 and then flows depending on Execution of the slots 19 in the caps 18 upwards, horizontally or obliquely downwards through them onto the garbage bed, and secondly, the slots 19 are through this arrangement largely protected against constipation from fired goods, because they only move lengthways of the kiln and, as I said, are directed downwards.
  • the rounded Caps 18 can the pipe sections that protrude beyond the grate plate surface with the move the moving grate plates through the firing material, or the firing material can touch it Pipe sections are pushed past without getting stuck on sharp edges and a pipe 16 may be deformed or even torn thereby.
  • such guide elements described for the figures can be on the top the grate can only be realized on water-cooled grates, because these remain in operation at a low temperature so that most of the heat comes from the guide elements the rust is drained off. On the other hand, such elements would be innate on air-cooled grates burn in no time.
  • a thrust combustion grate built up from water-cooled grate plates can also such guiding elements and then basically allows that through the shear combustion grate on the combustion bed supplied primary air after the outlet the sliding grate surface is first deflected.
  • the resulting diffusion of the primary air and consequently its more homogeneous penetration of the combustion bed turns out to be enormously beneficial for the quality of the combustion.
  • FIG. 7 shows a diagram for assessing the quality of the combustion, the flue gases G and the system efficiency E being plotted as a function of the O 2 content in the flue gas G.
  • the CO value is regarded as a superordinate measure of the quality of combustion.
  • CO max the CO limit value
  • the aim of the combustion control must therefore be to keep the O 2 value so low that the NO x content becomes minimal and at the same time the CO limit value is just maintained.
  • Such an ideal working point is shown in the diagram.
  • it also guarantees high system efficiency. Because of the optimized oxygen input with the present method, less air has to be blown through the firing material. This brings you closer to the basic goal of stoichiometric combustion. You also have less dust ejection. The dust particles are also less fast. This reduces the erosion of the boiler walls. Fast and many dust particles treat the boiler walls like sandblasting.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Feststoffen auf einem wassergekühlten Schub-Verbrennungsrost, wie er zum Beispiel in Kehrichtverbrennungsanlagen zum Einbau kommt. Desweiteren geht es um eine spezifische Rostplatte und einen aus solchen Rostplatten aufgebauten Rost, wie er zur Durchführung des Verfahrens nötig ist. Bei den zu verbrennenden Feststoffen kann es sich um verschiedenste Arten von Feststoffen handeln, sei es Braunkohle, Sägespäne, Holz- und Gummi-Schnitzel, allerlei Restwaren, Industrieabfall, Klärschlamm, Krankenhaus- oder Haushaltmüll bzw. Kehricht, usw. usf.
Bei den herkömmlichen Schubverbrennungsrosten, welche in Kehrichtverbrennungsanlagen zum Einbau kommen, und die aus treppenförmig aufeinanderliegenden Roststufen bestehen, von denen jede zweite in Schubrichtung beweglich ist, wird die Primärluft von unterhalb des Rostes durch diesen hindurch in das Brennbett geblasen. Bei den noch mehrheitlich im Einsatz stehenden Gussrosten, bei denen also die einzelnen Roststufen aus einer Reihe lose nebeneinanderliegender oder miteinander verschraubter Guss-Roststäbe bestehen, gelangt die Primärluft durch seitliche und/oder im Kopfbereich angebrachte Ausnehmungen in den Gussroststäben auf die Rostoberseite. Die Primärluft wird durch den Rost hindurch gefördert, indem in den Zonen unterhalb des Rostes mittels grossdimensionierter Ventilatoren entsprechende Ueberdrucke der Grössenordnung von ca. 40mm bis 250mm Wassersäule aufgebaut werden. Pro Rostoberfläche sieht man etwa 2% als freibleibenden Durchgangsquerschnitt für die Primärluft vor, und pro Quadratmeter Rostoberfläche werden bis 2'500 m3 Luft pro Stunde durch den Rost gefördert, um eine Vorstellung von der Grössenordnung des Luftdurchsatzes zu vermitteln. Die Geschwindigkeit der durchströmenden Luft erreicht dabei Spitzen von über 30m/s. Diese durch den Rost strömende Luft dient zum einen als Primärluft für das Feuer, zum ändern als Kühlluft für den Gussrost. Ein Nachteil dieses Konzeptes ist, dass die Luft recht unausgeglichen in das Brennbett gelangt. Verklemmt sich zum Beispiel ein Draht oder ein sonstiges Kleinteil zwischen zwei benachbarten Roststäben, so ist der Abstand zwischen diesen auf Kosten der Abstände zwischen den übrigen Roststäben erweitert. Das hat zur Folge, dass durch diesen Spalt die ungleich grössere Luftmenge strömt als durch die Schlitze zwischen den anderen Roststäben. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei hohen Heizwerten des Brenngutes und lokal dünnem Brennbett, wie es im Verlaufe des Brennguttransportes immer wieder auftritt, der dort wirkende Primärluftstrom das Brennbett durchbricht, eine hohe Stichflamme erzeugt und damit Staub und Asche weit in den Kesselraum hinauf mitnimmt, ohne den Sauerstoff vollständig an das Feuer abzugeben. Man hat dann einen lokal übermässigen Luftüberschuss, was der Rauchgasqualität abträglich ist.
Eine wesentliche Verbesserung des Verbrennungsverfahrens konnte mit wassergekühlten Rosten aus hohlen und vorzugsweise aus Blech hergestellten Rostplatten erzielt werden, die sich vorteilhaft über die ganze Rostbreite erstrecken. Die Rostplatten weisen dann Primärluft-Zufuhrkanäle auf, zum Beispiel die Rostplatte durchsetzende Primärluft-Zufuhrrohre, die sich gegen oben auch verjüngen können, oder die Primärluft-Zufuhrkanäle sind durch Ausnehmungen für die Durchleitung von Primärluft gebildet, sodass die Primärluft also von unterhalb des Rostes durch diesen hindurch auf seine Oberseite leitbar ist. Infolge der über die Breite durchgehenden Rostplatten kann keine Schlacke mehr zwischen einzelnen Rostelementen hindurch unter den Rost fallen, wie das bei Roststufen aus mehreren lose nebeneinanderliegenden Roststäben der Falls ist. Somit ist der Schlackendurchfall praktisch unterbunden. Der grosse Vorteil eines wassergekühlten Rostes ist jedoch in der Tatsache zu sehen, dass die durch ihn geförderte Luft einzig die Funktion der Luftzufuhr für die Verbrennung zu erfüllen hat, und keinerlei Kühlfunktion aufweisen muss. Dadurch lässt sich die Fördermenge der Luft drastisch reduzieren, was zu einem viel ruhigeren und besser optimierten Feuer führt. Die Verteilung der Primärluft über die einzelnen Primärluft-Zufuhrkanäle bleibt weitgehend gleichmässig. Ein Nachteil ist jedoch immer noch darin zu sehen, dass insbesondere bei hohen Heizwerten und/oder bei lokal dünnem Brennbett der Primärluftstrahl, welcher durch die dortige Mündung des Primärluftkanals ausströmt, das Brennbett durchbrechen kann.
Ganz allgemein werden zunehmend höhere Anforderungen an die Verbrennungsverfahren gestellt. Weil die Zusammensetzung und somit der Heizwert wie auch das anfallende Volumen zum Beispiel des Haushaltmülls regional und saisonal stark schwankt und auch dessen physikalische Eigenschaften wie spezifisches Gewicht, Stückgrössenverteilung, Luftdurchlässigkeit, Feuchtigkeit, Aschengehalt, Anteil von Buntmetallen usw. stark variieren, ist es nicht einfach, stets einen guten Ausbrand der Verbrennungsgase und der Schlacke bei Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Werte zu erzielen. Angestrebt wird eine gleichmässige Temperaturverteilung innerhalb des Gasstromes im Kesselraum, wozu eine kontrollierte und gleichmässige Verbrennung auf dem Rost und im Feuerraum über dem Rost kardinal ist. Die endliche Anzahl von Primärluft-Zufuhrleitungen bzw. -Mündungen, das zeitweise Zusetzen einzelner Mündungen, das unregelmässige Schüttvolumen und die dadurch variierende Schichthöhe des Brenngutes und dessen schwankender Heizwert führen aber oft zu ungleichmässiger Verbrennung.
Mangelhafte Primärluftzufuhr auf luftgekühlten Rosten kann zu Ueberhitzungen auf dem Rost führen. Die Ausbrandzone wird verlängert und ein unbefriedigender Schlackenausbrand ist die Folge. Der Luftmangel im Feuerraum beeinträchtigt den Gasausbrand und die Strömungsverhältnisse im Kesselraum. Dies wiederum führt zu übermässiger Verschmutzung der Kesselwände. Setzen sich einzelne Primärluft-Zufuhröffnungen zu, so führt das zu einer Erhöhung der Luftaustrittsgeschwindigkeiten bei den offengebliebenen Mündungen und dort, wo der Primärluftstrahl das Brennbett durchbricht (Durchbläser), zu einer Strähnenbildung im Feuerraum, zu einer erhöhten CO- und NOx-Bildung und erhöhtem Staubauswurf. Wenn infolge der Konsistenz des Brenngutes auf der einen Seite des Rostes die Mündungen teilweise oder ganz zugesetzt werden, so bewirkt das ein ungleichmässiges Brennbett, das nur einseitig hinreichend ausbrennt.
Die Art und Weise des Einbringens von Primärluft in das Brennbett eines Schubverbrennungsrostes und namentlich auch eines wassergekühlten Schubverbrennungsrostes ist aus den obengenannten Gründen von grösster Bedeutung für die Verbrennung und es gilt daher, diese Primärluftzufuhr entscheidend zu verbessern.
Aus den PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 007, no. 104 (M-212), 6. Mai 1983, ist ein Rost bekanntgeworden, bei dem die Roststäbe aus je zwei ineinandergestellten Profilen so geformt sind, dass die durch die Stäbe strömende Luft durch die aufgesetzten Längsprofile horizontal und seitlich ausströmt. Die so umgeleitete Luft ist jedoch keine reine Primärluft, sondern in erster Linie Kühlluft, und der Rost ist kein wassergekühlter Schubverbrennungsrost.
In der FR 2'574'160 (ELECTRICITE DE FRANCE), 6. Juni 1986 wird eine spezielle Führung der Kühl- und Primärluft an einem luftgekühlten Rost offenbart. Hierzu weisen die Roststäbe nach oben ragende Fortsätze auf, die gegen vorne eine geneigte Seite aufweisen, die perforiert ist, sodass die Luft am geneigten Rost effektiv horizontal durch diese Löcher austritt.
Schliesslich zeigt die EP 0'019'652 A (SULZER AG), 10. Dezember 1980 einen Rost für eine Wirbelschichtfeuerung, der aus mit Wasser durchströmten, parallel mit Abstand zueinander angeordneten Rohre besteht, die mit je einem Zwischensteg miteinander verschweisst sind. Durch die Zwischenstege strömt die Primärluft durch darin angeordnete Schlitze oder Löcher nach oben, und umströmt dabei Deckbleche. Diese sind jedoch nicht an einem Schubverbrennungsrost, und speziell nicht an einem wassergekühlen Schubverbrennungsrost realisiert und können auch nicht direkt auf einen solchen übertragen werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit welchem das Durchbrechen des Brennbettes mit Primärluft, sowie das Zusetzen bzw. Verstopfen von Primärluft-Zufuhröffnungen bei wassergekühlten Schubverbrennungsrosten weitgehend verhinderbar ist, und welches einen geringeren Luftdurchsatz, eine bessere Verbrennung und damit auch bessere Rauchgasqualitäten ermöglicht. Weiter ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Rostplatte sowie einen aus solchen Rostplatten aufgebauten Rost anzugeben, auf dem dieses Verfahren ausgeübt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren zum Verbrennen von Feststoffen auf einem wassergekühlten Schubverbrennungsrost, das sich dadurch auszeichnet, dass die durch den wassergekühlten Schubverbrennungsrost in das Brennbett zugeführte Primärluft nach Durchströmen der Rostplatten des Schubverbrennungsrostes auf Leitelemente auftrifft, welche über den in der Stirnseite der Rostplatten plazierten Mündungen angeordnet sind, und von jedem solchen Leitelement umgelenkt wird, sodass die umgelenkte Primärluft - im Vergleich mit ihrer Geschwindigkeit in Richtung des aus der Schubrostoberfläche austretenden Primärluftstromes - mit verlangsamter Geschwindigkeit diffus in das Brenngut strömt.
Desweiteren wird die Aufgabe gemäss Patentanspruch 4 gelöst von einer Rostplatte für einen wassergekühlten Schubverbrennungsrost zum Verbrennen von Feststoffen, bestehend aus einem durchströmbaren Hohlkörper mit Anschluss-Stutzen für die Zu- und Abfuhr von Kühlwasser, sowie mit die Rostplatte von unten nach oben durchsetzenden Primärluftzufuhrkanälen, die sich dadurch auszeichnet, dass über den an der Stirnseite der Rostplatte plazierten Mündungen der Primärluft-Zufuhrkanäle auf der Rostplatten-Oberfläche Leitelemente angeordnet sind, auf welche die aus der Mündung austretende Primärluft aufzutreffen bestimmt ist.
Und schliesslich wird die Aufgabe gemäss Patentanspruch 9 gelöst von einem treppenförmigen wassergekühlten Schubverbrennungsrost zum Verbrennen von Feststoffen, der aus aufeinanderliegenden Rostplatten nach einem der Ansprüche 4 bis 8 besteht und sich dadurch auszeichnet, dass jede Roststufe aus ein oder mehreren solcher Rostplatten besteht.
In den Figurenzeichnungen sind verschiedene Varianten von Rostplatten für den Aufbau eines Schubverbrennungsrostes dargestellt, der sich zur Ausübung des Verfahrens eignet. Anhand dieser Zeichnungen werden das Verfahren und die Vorrichtung beschrieben und deren Vorteile erläutert.
Es zeigt:
Figur 1:
Einen Schubverbrennungsrost im Querschnitt von der Seite her gesehen, mit Leitelementen über den Mündungen der durch ihn führenden Primärluft-Zufuhrkanäle;
Figur 2:
Eine Rostplatte mit einer Ausführung der Leitelemente in Form von aufgeschweissten, bügelförmigen Leitblechen;
Figur 3:
Eine Rostplatte mit einer Ausführung der Leitelemente in Form von aufgeschweissten flachen Leitblechen;
Figur 4:
Eine Rostplatte mit einer Ausführung der Leitelemente in Form eines aufgeschweissten, sägezahnförmigen Stahlbleches;
Figur 5:
Eine Rostplatte mit einer Ausführung der Leitelemente in Form von aufgeschraubten Mündungskappen;
Figur 6:
Eine Rostplatte mit einer Ausführung der Leitelemente in Form von eingeschweissten Rohren mit kappenförmigem Ende;
Figur 7:
Ein Diagramm zur Diskussion der Rauchgase G und der Anlageneffizienz E in Funktion des O2-Anteils im Rauchgas G.
Schub-Verbrennungsroste weisen stationäre und bewegliche Roststufen aus Rostplatten oder aus einer Reihe von Roststäben auf, wobei die Roststufen treppenförmig aufeinander aufliegen. Diese Schub-Verbrennungsroste können so eingebaut sein, dass das Brennbett im wesentlichen horizontal liegt, oder aber geneigt, wobei Neigungen bis um die 20 Winkelgrade oder mehr üblich sind. Aus der EP-0'621'449 ist ein wassergekühlter Schubverbrennungsrost bekanntgeworden. Seine Rostplatten sind aus Stahlblech gefertigt und bilden brettförmige Hohlkörper, die sich Über die Breite der ganzen Rostbahn erstrecken und durch welche Wasser als Kühlmedium geleitet wird. Jede zweite Rostplatte ist beweglich und kann somit einen Schür- oder Transporthub ausführen. Wenn es sich um einen Vorschub-Rost handelt, so können die beweglichen Rostplatten mit ihrer Stirnseite Brenngut auf die nächst tieferliegende Rostplatte vorschieben. Demgegenüber bildet ein Rückschubrost eine gewissermassen verkehrt eingebaute, geneigte Treppe. Die Stirnseiten der beweglichen Rostplatten transportieren bei einem Rückscbubrost das hinter ihnen liegende Brenngut zurück, wonach dieses wieder in Richtung der Rostneigung nach unten kollert. Die beweglichen Rostplatten, das heisst die jeweils zwischen zwei stationären Rostplatten angeordneten Rostplatten, werden meist kollektiv in Fallrichtung ihrer Neigung hin und her bewegt. Damit wird erreicht, dass der auf dem Rost liegende, brennende Kehricht bei einer hohen Verweilzeit von 45 bis 120 Minuten ständig umgelagert und auf dem Rost gleichmässig verteilt wird.
Ein vorteilhafter Aufbau dieses Schub-Verbrennungsrostes mit seinen wesentlichen Elementen ist in Figur 1 ersichtlich, in welcher ein Abschnitt eines Schub-Verbrennungsrostes anhand eines Querschnittes gezeigt ist. Der Rost besteht aus treppenförmig angeordneten Roststufen, die je von einer hohlen, wassergekühlten Rostplatte 1,2,3,4 gebildet werden. Jede zweite Roststufe, in der Figur die Rostplatten 2 und 4, ist beweglich ausgeführt, während die zwischenliegenden Rostplatten stationär an Querrohren 5 eingehängt sind. Die beweglichen Rostplatten 2,4 sind seitlich je an einer Rolle 6 gelagert und liegen mit ihrem Hinterteil auf vertikalen Rollen 7 auf, die an den seitlich begrenzenden Planken angeordnet sind. Jede bewegliche Rostplatte 2,4 wird von einer eigenen hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 8 angetrieben. An der Stirnseite jeder Rostplatte münden durch die Rostplatte hindurch verlaufende Rohre 9 für die Zufuhr von Primärluft aus dem Bereich unterhalb des Rostes. Diese Primärluft-Zufuhrrohre 9 münden etwas oberhalb der Oberfläche der Rostplatte und weisen einen langloch-förmigen Querschnitt auf, wie das später noch gezeigt wird. Dadurch wird schon bisher vermieden, dass durch diese Rohre übermässig viel Schlacke durchfällt. Die Mündungen dieser Primärluftrohre 9 oder entsprechender Primärluft-Zufuhrkanäle sind wie hier gezeigt mit Leitelementen 10 in Form von Mündungskappen aus bügelförmigen Leitblechen versehen, die einfach auf die Rostplatten-Oberseite aufgeschweisst sind. Der obere Abschnitt der Leitbleche ist im Querschnitt V-förmig. Der von unten auf diese Leitbleche auftreffende Primärluftstrahl wird daher von den Leitblechen geteilt und seitlich abgelenkt. Gleichzeitig decken die bügelförmigen Leitbleche die Mündung in Schubrichtung des Rostes ab, sodass das Brenngut um die Leitbleche herumgeleitet wird und nicht direkt die Primärluftmündungen überstreicht.
In Figur 2 ist ein Teil der Vorderkante einer Rostplatte mit einer Ausführung der Leitelemente in Form von aufgeschweissten bügelförmigen Leitblechen 10 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Man sieht die langlochförmigen Primärluft-Zufuhrrohre 9, welche ein bis wenige Millimeter über der Oberfläche der Rostplatte münden. Ueber diesen Mündungen sind die Mündungs- oder Düsenkappen 10 in Form der bügelförmigen Leitbleche 10 aufgeschweisst. Diese Leitbleche 10 bestehen aus Stahlblech und bilden von der Seite her gesehen, wenn sie aufgeschweisst sind, eine Trapezform, wobei das Blechstück, welches die obere Seite des Trapezes bildet, im Querschnitt V-förmig ausgeführt ist, was durch eine einfache Abkantung erzielt werden kann. Mit dieser Form wird der von unten auftreffende Primärluftstrom wie mit den Pfeilen angedeutet zweigeteilt und seitlich abgelenkt und dabei auch verwirbelt. Die Wirkung ist, dass die Luft mit deutlich reduzierter Geschwindigkeit und sozusagen diffus in das Brenngut eindringt. Die Luft, welche durch die in einer Reihe angeordneten Primärluftmündungen einströmt, vermag das Brennbett in seiner ganzen Breite diffus zu durchdringen, sodass der Luftsauerstoff viel homogener als bisher der Verbrennung zugeführt wird. Anstelle der hier gezeigten Form der bügelförmigen Leitbleche können diese auch einen halbkreisförmigen Bogen bilden, oder auch einen Winkel, der wie ein Giebel über der Mündung auf die Rostplatte aufgeschweisst ist. Die Montagerichtung kann dabei beliebig gewählt werden, sodass die Winkelebene auch im rechten Winkel zur Schubrichtung verlaufen kann. Wenn die Bleche so wie in der Figur gezeigt montiert werden, stellt das auch sicher, dass die Primärluft-Zufuhrmündungen nicht verstopfen.
Die Figur 3 zeigt eine Rostplatte mit einer Ausführung der Leitelemente in Form von aufgeschweissten flachen Leitblechen 12. Auch diese Variante erfüllt den angestrebten Zweck, nämlich die Umlenkung der Primärluft und deren Diffusion, was wiederum mit Pfeilen angedeutet ist. Diese Flacheisen 12 können noch einen weiteren Zweck erfüllen. Sie wirken nämlich als Widerhaken und nehmen bei jedem Vorwärtsschieben der beweglichen Platten das vor dem Bereich der Flacheisen 12 liegende Brenngut mit, während sie beim Zurückziehen dieses wieder freigeben und die Primärluft hernach wieder die Flacheisen 12 anströmt und sie kühlt. Das in vertikaler Richtung oberhalb der Flacheisen 12 auf dem Rost liegende Brenngut wird durch dieses Mitnehmen vom darunterliegenden Material getrennt, sodass eine horizontale Verschiebung der Brennbettschichten erfolgt Auch mit dieser Lösung wird das Verstopfen oder Zusetzen der Primärluft-Zufuhröffnungen vermieden, denn wenn sich die nächstfolgende, darunterliegende Roststufe relativ gesehen von den Zufuhröffnungen wegbewegt, löst sich auch das während der vorher entgegengesetzten Relativbewegung allenfalls unter dem Flacheisen 12 eingeklemmte Material und gibt die Mündung wieder frei.
Die Figur 4 zeigt eine weitere Variante für ein Leitelement, indem hier ein sägezahnförmiges Blech 13, ähnlich der Form eines Mähbalkenmessers, über die Breite des Rostes auf der Vorderkante der Rostplatte aufgeschweisst ist. Die Sägezähne ragen jeweils über eine Düse der Primärluftzufuhr, sodass der austretende Primärluftstrom auf jeweils einen Sägezahn auftrifft und von diesem gegen vorne und die beiden Seiten umgelenkt wird. Auch mit dieser Ausführung wird eine horizontale Verschiebung der Brennbettschichten erzielt, und gleichzeitig wird das Zusetzen der Primärluft-Zufuhröffnungen vermieden.
Die Figur 5 zeigt eine Ausführung mit aufgeschraubten Mündungs- oder Düsenkappen 14. Die Primärluft-Zuführkanäle bzw. -rohre sind in diesem Fall kreisrund und die Rohrmündungen, welche die Ros leicht überragen, weisen ein Aussengewinde auf. Auf dieses ist die Düsenkappe 14 aufgeschraubt. Es kann sich bei diesen Düsenkappen 14 um handelsübliche Fittinge mit Sechskant-Aussenform handeln, die für diesen Einsatzzweck mit radialen Bohrungen 15 versehen werden. Die Fittinge werden nur über einen kleinen Teil ihres Gewindes aufgeschraubt, sodass die Primärluft ungehindert durch die radialen Bohrungen 15 austreten kann. Sie wird daher nach der Rohrmündung von den Fittingen umgelenkt und strömt durch die im gezeigten Beispiel sechs Bohrungen radial aus, wodurch sie allseitig in das umliegende Brenngut diffundiert, wie das mit den Pfeilen angedeutet ist. Ein Zusetzen der rundum angeordneten Mündungen ist wegen der Relativbewegung der Mündungs- und Düsenkappen 14 zum transportierten Brenngut unmöglich. Selbstverständlich können solche Düsenkappen auch andere Formen aufweisen und aufgeschweisst statt aufgeschraubt sein.
Die Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsvariante für die Leitelemente. Diese bestehen hier aus Rohren 16 mit langlochförmigem Querschnitt 17. Diese Rohre 16 sind einenends verschlossen und bilden dort eine abgerundete Kappe 18. Mit ihrer offenen Seite nach unten gerichtet sind diese Rohre 16 in entsprechende Langlöcher im oberen und unteren Rostplatten-Blech eingesetzt und dichtend in diese Langlöcher eingeschweisst. Dabei sind sie länger als die Rostplattendicke ausgeführt und mit ihrem unteren Ende bündig mit der Unterseite der Rostplatte in diese eingeschweisst, sodass sie dann mit ihrem kappenseitigen Ende die Rostplattenoberfläche überragen. Auf beiden Seiten des die Rostplatte überragenden Abschnittes der Rohre 16 sind unterhalb, der Kappen 18 in den ebenen Bereichen Schlitze 19 vorgesehen, die im Rohr 16 von innen nach aussen gegen abwärts gerichtet sind. Erstens wird die Luft dadurch in der Kappe 18 umgelenkt und strömt dann je nach Ausführung der Schlitze 19 in den Kappen 18 aufwärts, horizontal oder schräg abwärts durch dieselben auf das Müllbett, und zweitens sind die Schlitze 19 durch diese Anordnung weitgehend vor Verstopfung durch Brenngut geschützt, denn sie bewegen sich nur längs des Brenngutes und sind wie gesagt gegen abwärts gerichtet. Wegen der abgerundeten Kappen 18 können die Rohrabschnitte, welche die Rostplattenoberfläche überragen, mit den bewegten Rostplatten quasi durch das Brenngut fahren, bzw. das Brenngut kann an diesen Rohrabschnitten vorbeigeschoben werden, ohne dass es an scharfen Kanten hängenbliebt und ein Rohr 16 möglicherweise dadurch deformiert oder gar abgerissen würde.
Grundsätzlich können solche zu den Figuren beschriebene Leitelemente auf der Oberseite der Rostes nur an wassergekühlten Rosten realisiert werden, denn diese bleiben im Betrieb auf einer niedrigen Temperatur, sodass ein Grossteil der Wärme aus den Leitelementen an den Rost abgeleitet wird. An luftgekühlten Rosten hingegen würden solche Elemente innert kürzester Zeit verbrennen.
Ein aus wassergekühlten Rostplatten aufgebauter Schubverbrennungsrost kann also mit solchen Leitelementen bestückt sein und ermöglicht es dann grundsätzlich, dass die durch den Schubverbrennungsrost auf das Brennbett zugeführte Primärluft nach dem Austritt aus der Schubrost-Oberfläche zunächst umgelenkt wird. Die damit erzielte Diffusion der Primärluft und ihr demzufolge homogeneres Durchdringen des Brennbettes erweist sich als enorm vorteilhaft für die Qualität der Verbrennung. Nachfolgend werden die Einflüsse des Sauerstoffeintrages qualitativ diskutiert:
In Figur 7 ist hierzu ein Diagramm zur Beurteilung der Verbrennungsqualität gezeigt, wobei die Rauchgase G und die Anlageneffizienz E in Funktion des O2-Anteils im Rauchgas G aufgetragen sind. Der CO-Wert wird als übergeordnetes Mass für die Verbrennungsqualität betrachtet. Nun sieht man anhand dieses Diagrammes, dass der CO-Grenzwert (COmax) über eine relativ grosse Bandbreite des O2-Anteils im Rauchgas eingehalten wird. Mit abnehmendem O2-Anteil nimmt auch der NOx-Anteil ab und die Effizienz E der Verbrennungs-Anlage steigt bei gleichzeitig abnehmendem Gasvolumen-Strom V. Wenn der O2-Anteil jedoch über ein gewisses Mass weiter reduziert wird, so steigt der CO-Wert plötzlich steil an. Es muss also das Ziel der Verbrennungssteuerung sein, den O2-Wert so tief zu halten, dass der NOx-Anteil minimal wird und gleichzeitig der CO-Grenzwert gerade noch eingehalten wird. Ein solcher idealer Arbeitspunkt ist im Diagramm eingezeichnet. Er gewährleistet nebst den zu erzielenden Rauchgaswerten auch eine hohe Anlageneffizienz. Wegen des mit dem vorliegenden Verfahren optimierten Sauerstoff-Eintrages muss weniger Luft durch das Brenngut geblasen werden. Somit komt man näher an das grundsätzliche Ziel einer stöchiometrischen Verbrennung heran. Weiter hat man auch weniger Staubauswurf. Die Staubteilchen sind zudem weniger schnell. Das reduziert die Erosion der Kesselwände. Schnelle und viele Staubteilchen behandeln nämlich die Kesselwände ähnlich wie eine Sandstrahlung.
Versuche in einer Kehrichtverbrennungsanlage haben gezeigt, dass mit Einsatz dieses Verfahrens der Ueberdruck unter dem Rost auf einen Drittel des sonst nötigen Wertes heruntergefahren werden konnte, und die geforderten Rauchgasqualitäten dennoch eingehalten werden. Es strömen also nicht mehr so grosse Luftmengen mit hoher Geschwindigkeit und örtlich unkontrolliert durch den Rost und das Brenngut, sondern es wird in gezielter Menge Sauerstoff ganz sachte, das heisst mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit in das Brenngut diffundiert. Dadurch wird kein unnötiges Rauchgasvolumen erzeugt, die Rauchgasgeschwindigkeit wird erheblich reduziert und somit auch der Anfall von Flugasche. Der kleine Anteil Flugasche wird zudem nicht mehr hoch in den Kessel hinaufgewirbelt. All dies gestattet es, den Kessel und sämtliche nachgeschalteten Anlagenkomponenten kleiner und somit kostengünstiger zu dimensionieren.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Verbrennen von Feststoffen auf einem wassergekühlten Schubverbrennungsrost, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den wassergekühlten Schubverbrennungsrost in das Brennbett zugeführte Primärluft nach Durchströmen der Rostplatten des Schubverbrennungsrostes auf Leitelemente (10,12,13,14,16) auftrifft, welche über den in der Stirnseite der Rostplatten plazierten Mündungen angeordnet sind, und von jedem solchen Leitelement umgelenkt wird, sodass die umgelenkte Primärluft- im Vergleich mit ihrer Geschwindigkeit in Richtung des aus der Schubrostoberfläche austretenden Primärluftstromes - mit verlangsamter Geschwindigkeit diffus in das Brenngut strömt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärluftstrom durch in die Rostplatte (1-4) eingeschweisste Rohre (16) strömt, welche die Rostplattenoberfläche überragen und oben kappenförmig verschlossen sind, sowie seitliche, schräg aufwärts, abwärts oder horizontal verlaufende Schlitze (19) aufweisen, sodass die durch die Schlitze (19) austretende Primärluft diffus in das Brenngut strömt und dort zu einem homogenen Luftdurchsatz mit langsamer Durchsatzgeschwindigkeit beiträgt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärluftstrom nach dem Austritt aus der Schubrost-Oberfläche auf bügelförmige Leitbleche (10) auftrifft, die über langlochförmige, in Schubrichtung verlaufende Mündungen angeordnet sind und über diesen Mündungen einen Bogen schlagen, und dass der aus jeder Mündung austretende Primärluftstrom am dortigen Leitblech (10) geteilt und umgelenkt wird, wodurch die Primärluft diffus in das Brenngut strömt und dort zu einem homogenen Luftdurchsatz mit langsamer Durchsatzgeschwindigkeit beiträgt.
  4. Rostplatte für einen wassergekühlten Schubverbrennungsrost zum Verbrennen von FestFeststoffen, bestehend aus einem durchströmbaren Hohlkörper (1-4) mit Anschluss-Stutzen für die Zu- und Abfuhr von Kühlwasser, sowie mit die Rostplatte von unten nach oben durchsetzenden Primärluft-Zufuhrkanälen (9), dadurch gekennzeichnet, dass über den an der Stirnseite der Rostplatte plazierten Mündungen der Primärluft-Zufuhrkanäle (9) auf der Rostplatten-Oberfläche Leitelemente (10,12,13,14,16) angeordnet sind, auf welche die aus den Mündungen austretende Primärluft aufzutreffen bestimmt ist.
  5. Rostplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (16) dadurch gebildet sind, dass Rohre (16) mit langlochförmigem Querschnitt (17), die einenends verschlossen sind und dort eine abgerundete Kappe (18) bilden, mit ihrer offenen Seite nach unten gerichtet in entsprechende Langlöcher (17) im oberen und unteren Rostplatten-Blech eingesetzt und dichtend in diese Langlöcher eingeschweisst sind, wobei sie mit ihrem kappenseitigem Ende (18) die Rostplattenoberfläche überragen und auf beiden Seiten des die Rostplatte überragenden Abschnittes unterhalb der Kappen (18) in den ebenen Bereichen Schlitze (19) aufweisen, die im Rohr (16) von innen nach aussen führen und abwärts, aufwärts oder horizontal gerichtet sind.
  6. Rostplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über den Mündungen der Primärluft-Zufuhrkanäle (9) Leitelemente in Form von bügelförmigen Leitblechen (10) oder die Mündungen schiefwinklig überragender Flacheisen (12) aufgeschweisst sind, auf welche die aus den Mündungen austretende Primärluft aufzutreffen bestimmt ist.
  7. Rostplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass längs der Vorderkante der Rostplatte ein sägezahnförmiges Stahlblech (13) aufgeschweisst ist, dessen Sägezähne je eine Mündung der Primärluft-Zufuhrkanäle schiefwinklig überragen, und auf welche die aus den Mündungen austretende Primärluft aufzutreffen bestimmt ist.
  8. Rostplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über den kreisrunden Mündungen der Primärluft-Zufuhrkanäle (9) Leitelemente in Form von Mündungs- oder Düsenkappen (14) angebracht sind, welche radiale Bohrungen (15) zur Diffusion der auftreffenden Primärluft aufweisen.
  9. Treppenförmiger wassergekühlter Schubverbrennungsrost zum Verbrennen von Feststoffen, der aus aufeinanderliegenden Rostplatten (1-4) nach einem der Ansprüche 4 bis 8 besteht, dadurch gekennzeichnet, dass jede Roststufe aus ein oder mehreren solcher Rostplatten (1-4) besteht.
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