EP1065442A1 - Feuerungsanlage mit flüssigkeitsgekühlten Rostelementen - Google Patents

Feuerungsanlage mit flüssigkeitsgekühlten Rostelementen Download PDF

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EP1065442A1
EP1065442A1 EP00110634A EP00110634A EP1065442A1 EP 1065442 A1 EP1065442 A1 EP 1065442A1 EP 00110634 A EP00110634 A EP 00110634A EP 00110634 A EP00110634 A EP 00110634A EP 1065442 A1 EP1065442 A1 EP 1065442A1
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EP
European Patent Office
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grate
furnace system
coolant
condensation device
leg
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EP00110634A
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English (en)
French (fr)
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EP1065442B1 (de
Inventor
Johannes Dipl.-Ing. Martin
Henner-Siegbert Schloms
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Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
Original Assignee
Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
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Publication date
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Publication of EP1065442B1 publication Critical patent/EP1065442B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23H—GRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
    • F23H3/00—Grates with hollow bars
    • F23H3/02—Grates with hollow bars internally cooled
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/85954—Closed circulating system
    • Y10T137/85962—With thermal circulating means [thermo-siphons]

Definitions

  • the invention relates to a furnace with liquid-cooled Grate elements, each with an inlet and have a return line for a coolant.
  • Liquid-cooled, especially water-cooled grate elements for combustion grates have long been from the WO 96/29544 A1 and DE-PS 624 892 known.
  • From the first Document is the arrangement of an open to the atmosphere Container known, but only a connection of the return allowed to the atmosphere. The lead, however, is over fed a feed pump, reducing the pressure of the coolant in this area, as well as on the flow rate, through the work of this feed pump as well as that of this pump downstream control valves is determined.
  • the second Document discloses a firing grate in which the top At the end, a container open to the atmosphere is provided is, but this container does not serve as a condensation device, but allows the discharge of low pressure steam into the atmosphere.
  • the degree of cooling of the cooling medium with this combustion grate is more or less random, since you can see the volume flow of the primary air, which as Recooling medium for the coolant is not used arbitrarily can vary.
  • the primary air supplied must the combustion process on the grate orientate and can therefore by no means a defined condensation any water vapor formed in the circulation system cause.
  • a disadvantage of more modern combustion plants is the fact that a relatively large, control engineering Effort must be made on the one hand adequate cooling of the grate elements and on the other hand the necessary safety in the event of excessive heat to ensure the grate elements.
  • the object of the invention is to provide a furnace with Cooling system for the grate elements to create that for the circulation of the coolant without a control device and without a delivery device gets along and on top of that no facilities for maintaining safety with regard to overpressure are necessary.
  • This task is carried out on the basis of a furnace system Initially described type solved according to the invention in that the inlet and the return with an open to the atmosphere Condensation device communicates that in the inlet a U-shaped coolant supply is arranged, the one leg has a liquid height that one arbitrarily selected maximum pressure in the system and that the other, shorter leg with a central distributor is connected for the individual grate elements.
  • a particularly preferred embodiment, in particular operational safety is characterized in that the upper end of the shorter one connected to the central distributor Thighs by a chosen safety height the lowest point of the coolant flow of the deepest grate element lies.
  • the condensation device open to the atmosphere ensures that even with complete evaporation of the coolant no higher pressure arise in the circulation cooling system may be due to the liquid height of the longer leg the liquid supply is predetermined, which can be freely selected is.
  • the distance between the lowest flow level the deepest grate element and the upper one, with the Central distributor connected end of the shorter leg is referred to as the safety height measure and gives the liquid height on in the U-shaped liquid reservoir Pressure that creates a reverse flow in the cooling system counteract, even if locally strong Heat radiation on a grate element in this by evaporation the coolant is strongly blistered.
  • this safety height dimension is used for safety reasons chosen so that it is twice the value of the height difference of an inclined grate between the highest and the lowest point of coolant flow in corresponds to this firing grate.
  • the invention of the return a central collector for the individual grate elements connected in parallel in terms of flow of the grate steps, which is below the grate elements and in the longitudinal direction of the grate with a along the length of the entire firing grate constant height distance is arranged, which is less than the safety height dimension is.
  • the arrangement of both the central distributor and the central collector with a height distance to the firing grate is therefore less than the safety height dimension provided because operational changes it may make it necessary to change the safety height dimension. Even in such a case, it should be ensured that the central collector and the central distributor have less Have a height distance to the firing grate than this corresponds to the safety height dimension.
  • This central collector and central distributor are permanently installed and can be installed in the You can hardly change the height afterwards, which for the Connection to the shorter leg of the U-shaped coolant supply, which defines the safety height distance, does not apply to this extent.
  • the grate elements have relatively little coolant absorb, but a certain liquid reservoir is necessary is still sufficient in case of excessive evaporation Having coolant available is another advantageous embodiment of the invention provided that the second short leg of the U-shaped coolant supply has an additional storage volume for coolant.
  • the short leg of the U-shaped coolant supply is designed as a container into which the longer, dips thinner in diameter and up to close to the bottom of the short leg extends that the upper closed End up just below the lowest point of the deepest Coolant flow of the deepest grate element is sufficient and that a junction to the central distributor below the highest Point of the container goes off.
  • the cylindrical container is higher than the geodetic height corresponds to the short leg, i.e. the cylindrical Container extends beyond the branch to the central distributor.
  • the entire coolant present in the cooling system can be traced back, is in further development of the invention Central collector starting from its lowest point over a Line connected to a condensate collector. From here, the coolant can flow back into the system be introduced in that the condensate collector via a pump and a line with the condensation device connected is. It is particularly useful that the line according to the invention with a spray nozzle opens into the condensation device.
  • the condensation container is provided with a cooling device, then the condensed cooling medium in cooled form in the condensing device to be led back.
  • Condensation device as a surface condenser water-cooled heat sinks and a switchable wet condenser is trained.
  • the switchable Wet condenser is through the spray nozzle formed by which cooled condensate from the condensate collector is sprayed.
  • This wet condensing device which is in the condenser recirculated steam condenses on the cooled water droplets, in a way provides the coolant circuit even if the water-cooled pipes of the Condensation device should be subject to a fault.
  • Condensation device can be shut off from the atmosphere and can be connected to a vacuum source the cooling system of the furnace in a particularly simple manner be put into operation.
  • the cooling system of the furnace in a particularly simple manner be put into operation.
  • the same negative pressure in the central collector generated, causing the coolant according to the pressure drop flows from the grate elements to the central collector, this start of flow is supported by that so-called in the furnace above the furnace grate Start-up burners are ignited which emit heat effect on the grate.
  • the Cooling medium located in the grate elements is heated and possibly even evaporates, making the cooling system like a Gravity heating gets moving.
  • a grate 2 In a total of 1 designated firebox is a grate 2 arranged, the five in a row, from next to each other grate elements built up, grate steps 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 and 2.5, which is roof tile-like overlap and are inclined so that the rear end of the Firing grate, on which a discharge roller 3 is arranged, is lower than the feed point 4 for the fuel.
  • the single ones Grate levels 2.1 to 2.5 are water-cooled. For this are these individual grate levels with one serving as an inlet Central distributor 5 connected via supply lines 6 to 10.
  • Coolant is usually supplied via these lines Water supplied to the individual grate levels, whereupon the Reflux takes place via drain lines 11 to 15, each have a throttle 16 to 20 to in the central distributor 5th and the individual grate elements to be cooled have a system overpressure build up.
  • the drain lines 11 to 15 open into a central collector 21 serving as a return, from which from a line 22 to a condensation device 23 leads.
  • Coolant supply which is designed as a U-tube is the longer leg with 26 and the shorter one Leg with 27 is referred to, which as a liquid reservoir serves and a much larger diameter than that longer, thinner in diameter, leg 26, the in this serving as a container for storage liquid immersed in the shorter leg and briefly over the bottom 28 of which extends.
  • a connecting line 29 to Central distributor 5 forms the upper end of the shorter leg 27 of this U-shaped coolant template 25.
  • the shorter leg which also forms a container 27 at the same time Connection point of the connecting line 29 upwards extended. This part of the container 27 is designated 30.
  • Both the central distributor 5 and the central collector 21 are arranged below the grate 2 and have the same inclination as the grate so that the respective The same pressure is applied to grate elements become.
  • a condensate line goes from the lowest point of the central collector 21 31 out to a condensate collector 32 leads that at its lower end with a cooling device 33 is equipped.
  • a cooling device 33 Starting from the bottom of the condensate collector 32 the condensate by means of a Pump 34 via a line 35 to the condensation device 23 where it is pumped through a spray nozzle 36 into the condenser 23 is sprayed.
  • they are from one Coolant flowing through the condenser cooling tubes schematically indicated, their inflow with 38 and their Process is designated 39.
  • the cooling system i.e. the individual grate elements through which the coolant flows the central distributor 5, the coolant reservoir 25 and the Condensation device 23 to something over the connecting line 24 filled up.
  • the condensing device 23 which during the usual Operation is open to the atmosphere, temporarily closed and connected to a vacuum source via a line 40.
  • the upper one is not filled with liquid Steam room 23.1 under a certain negative pressure.
  • the start-up burner ignited in the firebox, but none yet Fuel is on the grate 2, so there is heat radiation on the grate.
  • the grate and thus the coolant present in the grate elements Heat applied until the temperature of 96.72 ° C.
  • the coolant reservoir 25 is dimensioned so that one has a longer and a shorter leg of a U-tube, being the distance of the top point of the longer one Leg, which is caused by the liquid level in the condensation device 23 is formed above the lowest Point of the coolant flow of the deepest grate element 2.5, 4.85m is by no higher pressure in the system than 0.5 to be created in cash, otherwise the system is subject to the steam boiler regulation fall and then build up again would become more complex.
  • the height difference between the lowest point of the coolant flow in the deepest grate element 2.5 to the top of the shorter leg, which is formed by the connecting line 29 corresponds to one Safety height dimension, which is chosen in a preferred manner is that there is about twice the height difference between the highest coolant flow point of the top grate element and the lowest coolant flow point of the lowest Rust element corresponds.
  • This safety height measure gives a water column and therefore a certain pressure, which is sufficient to withstand the strongest steam development in any of the rust elements To counteract pressure so that there is never a reversal of the Flow direction of the coolant flow can occur.
  • the second shorter leg than one in diameter to make the container thicker than the longer leg, in order not only to form a U-shaped pipe system to be able to take up the thinner leg, but also to form a certain fluid reservoir, for what in particular the one projecting upwards over the connecting line 29 Part 30 of the container 27 is used. Because the condenser 23 to atmosphere during normal operation is open, no higher pressure can be in the cooling system arise as a result of the height of the water column of the longer Thigh above the lowest point of the coolant flow of the lowest grate element is specified.
  • This height that is freely selectable, determines the maximum pressure in the system, while the distance between the deepest coolant flow the lowest grate element to the connecting line 29, that is to the upper point of the shorter leg, that fluid pressure generated against the resulting in the grate elements Steam bubbles have to work and have to be overcome to be able to force a reversal of the coolant flow. Due to the selectability of this safety height dimension the back pressure can be set so high that even at the maximum heat to be expected on a grate element such a volume of steam with appropriate pressure cannot arise.

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Abstract

Die Feuerungsanlage mit flüssigkeitsgekühlten Rostelementen (2.1 bis 2.5) weist einen Zulauf (24) und einen Rücklauf (22) zu diesen Rostelementen auf, wobei der Zulauf und der Rücklauf mit einer zur Atmosphäre offenen Kondensationsvorrichtung (23) in Verbindung stehen. In dem Zulauf ist eine U-förmige Kühlflüssigkeitsvorlage (25) angeordnet, deren einer Schenkel (26) eine Flüssigkeitshöhe aufweist, die einem willkürlich gewählten maximalen Druck entspricht. Der andere kürzere Schenkel ist mit einem Zentralverteiler (5) für die einzelnen Rostelemente der Roststufen (2.1 bis 2.5) verbunden ist. Der Abstand zwischen dem tiefsten Punkt der Kühlmittelströmung des tiefsten Rostelementes zum oberen Punkt des kürzeren Schenkels entspricht einem wählbaren Sicherheitshöhenmaß, welches einen Druck erzeugt, der der Ausbreitung von in den Rostelementen entstehenden Dampfbasen entgegenwirkt, um eine Umkehrung der Strömungsrichtung des Kühlmittels zu verhindern. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Feuerungsanlage mit flüssigkeitsgekühlten Rostelementen, die jeweils einen Zulauf und einen Rücklauf für ein Kühlmittel aufweisen.
Flüssigkeitsgekühlte, insbesondere wassergekühlte Rostelemente für Feuerungsroste sind seit langem aus der WO 96/29544 A1 und der DE-PS 624 892 bekannt. Aus der ersten Druckschrift ist die Anordnung eines zur Atmosphäre offenen Behälters bekannt, der jedoch nur eine Verbindung des Rücklaufs zur Atmosphäre gestattet. Der Vorlauf wird dagegen über eine Förderpumpe beschickt, wodurch der Druck des Kühlmittels in diesem Bereich, wie auf auch die Durchflussmenge, durch die Arbeit dieser Förderpumpe sowie die dieser Pumpe nachgeschalteten Regelventile bestimmt wird. Die zweite Druckschrift offenbart einen Feuerungsrost, bei dem am oberen Ende ein zur Atmosphäre hin offener Behälter vorgesehen ist, jedoch dient dieser Behälter nicht als Kondensationsvorrichtung, sondern ermöglicht den Austritt von Niederdruckdampf in die Atmosphäre. Das Maß der Abkühlung des Kühlmediums bei diesem Verbrennungsrost ist mehr oder weniger zufällig, da man den Volumenstrom der Primärluft, die als Rückkühlmedium für die Kühlflüssigkeit dient nicht beliebig variieren kann. Bekanntlich muß sich die zugeführte Primärluft an dem verbrennungstechnischen Geschehen auf dem Rost orientieren und kann somit keinesfalls eine definierte Kondensation von gegebenenfalls gebildetem Wasserdampf in dem Umlaufsystem bewirken. Nachteilig bei moderneren Feuerungsanlagen ist die Tatsache, daß ein verhältnismäßig großer, regelungstechnischer Aufwand betrieben werden muß, um einerseits eine ausreichende Kühlung der Rostelemente und andererseits die notwendige Sicherheit bei übermäßig starker Hitzeeinwirkung auf die Rostelemente zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Feuerungsanlage mit einem Kühlsystem für die Rostelemente zu schaffen, das für den Umlauf des Kühlmittels ohne Regelvorrichtung und ohne Fördervorrichtung auskommt und bei dem obendrein keine Einrichtungen für die Einhaltung der Sicherheit hinsichtlich Überdruck notwendig sind.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Feuerungsanlage der eingangs erläuterten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zulauf und der Rücklauf mit einer zur Atmosphäre offenen Kondensationsvorrichtung in Verbindung steht, daß in den Zulauf eine U-förmige Kühlflüssigkeitsvorlage angeordnet ist, deren einer Schenkel eine Flüssigkeitshöhe aufweist, die einen willkürlich gewählten Maximaldruck im System erzeugt und daß der andere, kürzere Schenkel mit einem Zentralverteiler für die einzelnen Rostelemente verbunden ist.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung, die insbesondere der Betriebssicherheit dient, ist dadurch gekennzeichnet, daß das obere, mit dem Zentralverteiler verbundene Ende des kürzeren Schenkels um ein gewähltes Sicherheitshöhenmaß unter dem tiefsten Punkt der Kühlmittelströmung des tiefsten Rostelementes liegt.
Die zur Atmosphäre offene Kondensationsvorrichtung gewährleistet, daß auch bei vollständiger Verdampfung des Kühlmittels in dem Umlauf-Kühlsystem kein höherer Druck entstehen kann als der durch die Flüssigkeitshöhe des längeren Schenkels der Flüssigkeitsvorlage vorgegeben ist, die frei wählbar ist. In der Praxis wird man zur Zeit eine Flüssigkeitshöhe von 4,85m über dem tiefsten Punkt der Kühlmittelströmung im tiefsten Rostelement wählen, um zu verhindern, daß der Überdruck im Kühlsystem 0,5bar übersteigt, da sonst diese Anlage unter die Dampfkesselverordnung mit anderen Sicherheitsvorschriften fällt. Der Abstand zwischen dem tiefsten Strömungsniveau des tiefsten Rostelementes und dem oberen, mit dem Zentralverteiler verbundenen Ende des kürzeren Schenkels ist als Sicherheitshöhenmaß bezeichnet und gibt diejenige Flüssigkeitshöhe an, die in der U-förmigen Flüssigkeitsvorlage einen Druck erzeugt, der einer Umkehrströmung im Kühlsystem entgegenwirken soll, auch wenn bei örtlich besonders starker Wärmeeinstrahlung auf ein Rostelement in diesem durch Verdampfung des Kühlmittels eine starke Blasenbildung eintritt. In der Praxis wird aus Sicherheitsgründen dieses Sicherheitshöhenmaß so gewählt, daß es dem zweifachen Wert der Höhendifferenz eines geneigten Feuerungsrostes zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Punkt der Kühlmittelströmung in diesem Feuerungsrost entspricht.
Um gleichmäßige Druckdifferenzen zwischen einem jeden Rostelement und dem zugeordneten Zentralverteiler und damit gleichmäßige Strömungsbedingungen bei den einzelnen Rostelementen zu schaffen, ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Zentralverteiler unterhalb der strömungsmäßig parallel geschalteten Rostelemente der Roststufen und in Längsrichtung des Feuerungsrostes mit einem über die Länge des gesamten Feuerungsrostes gleichbleibenden Höhenabstand angeordnet ist, der geringer als das Sicherheitshöhenmaß ist.
Der gleiche Grund liegt auch vor, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Rücklauf einen Zentralsammler für die einzelnen strömungsmäßig parallel geschalteten Rostelemente der Roststufen aufweist, der unterhalb der Rostelemente und in Längsrichtung des Feuerungsrostes mit einem über die Länge des gesamten Feuerungsrostes gleichbleibenden Höhenabstand angeordnet ist, der geringer als das Sicherheitshöhenmaß ist. Die Anordnung sowohl des Zentralverteilers als auch des Zentralsammlers mit einem Höhenabstand zum Feuerungsrost, der geringer als das Sicherheitshöhenmaß ist, ist deshalb vorgesehen, weil betriebliche Veränderungen es unter Umständen notwendig machen, das Sicherheitshöhenmaß zu verändern. Auch in einem solchen Falle sollte gewährleistet sein, daß der Zentralsammler und der Zentralverteiler einen geringeren Höhenabstand zum Feuerungsrost aufweisen, als dies dem Sicherheitshöhenmaß entspricht. Diese Zentralsammler und Zentralverteiler sind fest installiert und lassen sich in der Höhe nachträglich kaum noch verändern, was für den Anschluß an den kürzeren Schenkel der U-förmigen Kühlflüssigkeitsvorlage, der den Sicherheitshöhenabstand festlegt, nicht in diesem Maße gilt.
Um sicherzustellen, daß die Strömungsgeschwindigkeit durch alle Rostelemente weitgehend gleich ist und auch das notwendige Druckgefälle für eine Strömungsrichtung vom Zentralverteiler über die Rostelemente zum Zentralsammler vorliegt, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß in jeder Ablaufleitung zwischen Rostelement und Zentralsammler eine Drossel eingebaut ist.
Da die Rostelemente verhältnismäßig wenig Kühlflüssigkeit aufnehmen, ein gewisses Flüssigkeitsreservoir aber notwendig ist, um bei einer übermäßigen Verdampfung immer noch genügend Kühlflüssigkeit zur Verfügung zu haben, ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der zweite kurze Schenkel der U-förmigen Kühlflüssigkeitsvorlage ein zusätzliches Speichervolumen für Kühlflüssigkeit aufweist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zur Verwirklichung eines Flüssigkeitsreservoirs ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, däß der kurze Schenkel der U-förmigen Kühlflüssigkeitsvorlage als ein Behälter ausgebildet ist, in den der längere, im Durchmesser dünnere Schenkel eintaucht und bis nahe an den Boden des kurzen Schenkels reicht, daß das obere geschlossene Ende bis knapp unter den tiefsten Punkt der tiefsten Kühlmittelströmung des tiefsten Rostelementes reicht und daß eine Abzweigung zum Zentralverteiler unterhalb des höchsten Punktes des Behälters abgeht. Vorteilhafterweise ist dabei der zylindrische Behälter höher als es der geodätischen Höhe des kurzen Schenkels entspricht, d.h. der zylindrische Behälter reicht über die Abzweigung zum Zentralverteiler hinaus.
Um die gesamte, im Kühlsystem vorhandene Kühlflüssigkeit wieder zurückzuführen, ist in Weiterbildung der Erfindung der Zentralsammler ausgehend von seinem tiefsten Punkt über eine Leitung mit einem Kondensatsammelbehälter verbunden. Von hier aus kann die Kühlflüssigkeit wieder in das System dadurch eingeführt werden, daß der Kondensatsammelbehälter über eine Pumpe und eine Leitung mit der Kondensationsvorrichtung verbunden ist. Dabei ist es besonders zweckmäßig, daß die Leitung entsprechend der Erfindung mit einer Sprühdüse in die Kondensationsvorrichtung mündet.
Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Kondensationsbehälter mit einer Kühlvorrichtung versehen ist, dann kann das kondensierte Kühlmedium in gekühlter Form in die Kondensationsvorrichtung zurückgeführt werden. Hierdurch ist die Möglichkeit geschaffen, daß in Weiterbildung der Erfindung die Kondensationsvorrichtung als Oberflächenkondensator mit wassergekühlten Kühlkörpern und einer zuschaltbaren Naßkondensationseinrichtung ausgebildet ist. Die zuschaltbare Naßkondensationseinrichtung ist dabei durch die Sprühdüse gebildet, durch welche gekühltes Kondensat aus dem Kondensatsammelbehälter versprüht wird. Diese Naßkondensationseinrichtung, bei der sich der in die Kondensationsvorrichtung rückgeführte Dampf an den gekühlten Wassertröpfchen kondensiert, stellt in gewisser Weise den Kühlflüssigkeitskreislauf auch dann noch sicher, wenn die wassergekühlten Rohre der Kondensationsvorrichtung einer Störung unterliegen sollten.
Wenn in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Kondensationsvorrichtung gegen die Atmosphäre absperrbar und an eine Vakuumquelle anschließbar ist, so kann hierdurch in besonders einfacher Weise das Kühlsystem der Feuerungsanlage in Betrieb genommen werden. In diesem Falle wird durch die Druckabsenkung im Dampfraum der Kondensationsvorrichtung der gleiche Unterdruck im Zentralsammler erzeugt, wodurch das Kühlmittel entsprechend der Druckabsenkung aus den Rostelementen zum Zentralsammler strömt, wobei dieser Strömungsbeginn noch dadurch unterstützt wird, daß im Feuerungsraum über dem Feuerungsrost sogenannte Anfahrbrenner gezündet werden, die eine Wärmeeinstrahlung auf den Feuerungsrost bewirken. Hierdurch wird das in den Rostelementen befindliche Kühlmedium erwärmt und ggf. sogar verdampft, wodurch das Kühlsystem nach Art einer Schwerkraftheizung in Bewegung gerät.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der einzigen Figur ist in schematischer Weise eine Feuerungsanlage mit Feuerungsrost und Kühlsystem dargestellt.
In einem insgesamt mit 1 bezeichneten Feuerraum ist ein Feuerungsrost 2 angeordnet, der fünf hintereinanderliegende, aus nebeneinanderliegenden Rostelementen aufgebaute, Roststufen 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 und 2.5 aufweist, die sich dachziegelartig überlappen und geneigt sind, so daß das hintere Ende des Feuerungsrostes, an dem eine Austragswalze 3 angeordnet ist, tiefer liegt als die Aufgabestelle 4 für den Brennstoff. Die einzelnen Roststufen 2.1 bis 2.5 sind wassergekühlt. Hierfür sind diese einzelnen Roststufen mit einem als Zulauf dienenden Zentralverteiler 5 über Zuführungsleitungen 6 bis 10 verbunden. Über diese Leitungen wird Kühlflüssigkeit, üblicherweise Wasser den einzelnen Roststufen zugeführt, worauf der Rückfluß über Ablaufleitungen 11 bis 15 erfolgt, die jeweils eine Drossel 16 bis 20 aufweisen, um in dem Zentralverteiler 5 und den einzelnen zu kühlenden Rostelementen einen Systemüberdruck aufzubauen. Die Ablaufleitungen 11 bis 15 münden in einen als Rücklauf dienenden Zentralsammler 21, von dem aus eine Leitung 22 zu einer Kondensationsvorrichtung 23 führt. Das in der Kondensationsvorrichtung 23 anfallende Kondensat fließt über einen Zulauf 24 zu einer mit 25 bezeichneten Kühlflüssigkeitsvorlage, die als U-Rohr ausgebildet ist, von der der längere Schenkel mit 26 und der kürzere Schenkel mit 27 bezeichnet ist, welcher als Flüssigkeitsreservoir dient und einen wesentlich größeren Durchmesser als der längere, im Durchmesser dünnere, Schenkel 26 aufweist, der in diesen gleichzeitig als Behälter für Vorratsflüssigkeit dienenden kürzeren Schenkel eintaucht und dabei bis kurz über dessen Boden 28 reicht. Eine Verbindungsleitung 29 zum Zentralverteiler 5 bildet das obere Ende des kürzeren Schenkels 27 dieser U-förmigen Kühlflüssigkeitsvorlage 25. Aus noch näher darzulegenden Gründen ist der kürzere Schenkel, der gleichzeitig auch einen Behälter 27 bildet, über die Anschlußstelle der Verbindungsleitung 29 nach oben hinaus verlängert. Dieser Teil des Behälters 27 ist mit 30 bezeichnet.
Sowohl der Zentralverteiler 5 als auch der Zentralsammler 21 sind unterhalb des Feuerungsrostes 2 angeordnet und weisen die gleiche Neigung wie der Feuerungsrost auf, damit die jeweiligen Rostelemente mit dem gleichen Druck beaufschlagt werden.
Von der tiefsten Stelle des Zentralsammlers 21 geht eine Kondensatleitung 31 aus, die zu einem Kondensatsammelbehälter 32 führt, der an seinem unteren Ende mit einer Kühlvorrichtung 33 ausgestattet ist. Ausgehend vom unter Ende des Kondensatsammelbehälters 32 wird das Kondensat mittels einer Pumpe 34 über eine Leitung 35 zur Kondensationsvorrichtung 23 gepumpt, wo es über eine Sprühdüse 36 in die Kondensationsvorrichtung 23 eingesprüht wird. Mit 37 sind die von einem Kühlmittel durchströmten Kühlrohre der Kondensationsvorrichtung schematisch angedeutet, deren Zulauf mit 38 und deren Ablauf mit 39 bezeichnet ist.
Die Funktionsweise ist folgende:
Bei Inbetriebnahme der Feuerungsanlage wird das Kühlsystem, d.h. die einzelnen vom Kühlmittel durchströmten Rostelemente der Zentralverteiler 5, die Kühlflüssigkeitsvorlage 25 und die Kondensationsvorrichtung 23 bis etwas über die Verbindungsleitung 24 hinaus aufgefüllt. In diesem Zustand herrscht hydraulisches Gleichgewicht in dem Kühlkreislauf. Danach wird die Kondensationsvorrichtung 23, die während des üblichen Betriebs zur Atmosphäre offen ist, kurzzeitig verschlossen und über eine Leitung 40 an eine Vakuumquelle angeschlossen. Hierdurch steht der obere, nicht mit Flüssigkeit aufgefüllte Dampfraum 23.1 unter einem gewissen Unterdruck. Wird nun der Anfahrbrenner im Feuerraum gezündet, wobei noch kein Brennstoff auf dem Feuerungsrost 2 liegt, so erfolgt eine Wärmestrahlung auf den Feuerungsrost. Dem Feuerungsrost und somit dem in den Rostelementen vorhandenen Kühlmittel wird Wärme zugeführt, bis bei einer Temperatur von 96,72°C der Übergang von der flüssigen in die Sattdampfphase erfolgt, wenn das Kühlsystem mit Wasser gefüllt ist. Das Kühlmittel beginnt zu verdampfen und der entstehende Sattdampf wird über den Zentralsammler 21 und die Verbindungsleitung 22 zur Kondensationsvorrichtung 23 geleitet, die dann bereits mit der Atmosphäre in offener Verbindung steht. Hier kondensiert der Sattdampf an den Kühlrohren 37. Aufgrund des Dichteunterschiedes zwischen der Flüssigkeit in der Kühlmittelvorlage 25 und dem Sattdampf in dem Zentralsammler und dem Dampfraum 23.1 der Kondensationsvorrichtung 23, wird das Kühlmittel in Umlauf versetzt. Das im Kondensatsammelbehälter 32 aufgefangene Kondensat aus dem Zentralsammler 21 wird durch die Kühlvorrichtung 33 gekühlt und mittels der Pumpe 34 über die Leitung 35 in den Dampfraum 23.1 der Kondensationsvorrichtung 23 eingesprüht. Dieses Einsprühen von gekühltem Kondensat wirkt als eine Mischkondensation, bei der der Dampf an den kalten Kondensattröpfchen kondensiert, die somit zur Oberflächenkondensation zuschaltbar ist.
Außerdem wird hierdurch das im Zentralsammler 21 anfallende Kondensat wieder dem Kreislauf zugeführt.
Die Kühlflüssigkeitsvorlage 25 ist so bemessen, daß sie einen längeren und einen kürzeren Schenkel eines U-Rohres aufweist, wobei der Abstand des obersten Punktes des längeren Schenkels, welcher durch den Flüssigkeitsspiegel in der Kondensationsvorrichtung 23 gebildet ist, über dem untersten Punkt der Kühlmittelströmung des tiefsten Rostelementes 2.5, 4,85m beträgt, um keinen höheren Druck im System als 0,5 bar entstehen zu lassen, da sonst die Anlage unter die Dampfkesselverordnung fallen und in ihrem Aufbau dann wieder aufwendiger werden würde. Die Höhendifferenz zwischen dem tiefsten Punkt der Kühlmittelströmung im tiefsten Rostelement 2.5 bis zum oberen Ende des kürzeren Schenkels, welches durch die Verbindungsleitung 29 gebildet ist, entspricht einem Sicherheitshöhenmaß, welches in bevorzugter Weise so gewählt wird, daß es etwa dem doppelten Höhenunterschied zwischen dem höchsten Kühlmittelströmungspunkt des obersten Rostelementes und dem tiefsten Kühlmittelströmungspunkt des untersten Rostelementes entspricht. Dieses Sicherheitshöhenmaß ergibt eine Wassersäule und damit einen bestimmten Druck, der ausreichend ist, um auch bei der stärksten Dampfentwicklung in irgendeinem der Rostelemente dem entstehenden Druck so entgegenzuwirken, daß niemals eine Umkehrung der Strömungsrichtung des Kühlmittelstromes eintreten kann. Um sicherzustellen, daß stets genügend flüssiges Kühlmittel vorliegt, ist der zweite kürzere Schenkel als ein im Durchmesser dickerer Behälter gegenüber dem längeren Schenkel auszubilden, um nicht nur zur Bildung eines U-förmigen Rohrsystems den dünneren Schenkel aufnehmen zu können, sondern auch ein gewisses Flüssigkeitsreservoir zu bilden, wofür insbesondere der über die Verbindungsleitung 29 nach oben hinausragende Teil 30 des Behälters 27 dient. Da die Kondensationsvorrichtung 23 während des üblichen Betriebes zur Atmosphäre hin offen ist, kann in dem Kühlsystem kein höherer Druck entstehen, als dies durch die Höhe der Wassersäule des längeren Schenkels über der tiefsten Stelle der Kühlmittelströmung des untersten Rostelementes vorgegeben ist. Diese Höhe, die frei wählbar ist, bestimmt den Maximaldruck im System, während der Abstand zwischen der tiefsten Kühlmittelströmung des niedrigsten Rostelementes zur Verbindungsleitung 29, also zum oberen Punkt des kürzeren Schenkels, denjenigen Flüssigkeitsdruck erzeugt, gegen den in den Rostelementen entstehende Dampfblasen wirken und ihn überwinden müßten, um eine Umkehrung der Kühlmittelströmung erzwingen zu können. Aufgrund der Wählbarkeit dieses Sicherheitshöhenmaßes kann der Gegendruck so hoch eingestellt werden, daß auch bei der höchsten zu erwartenden Wärmeeinwirkung auf ein Rostelement ein solches Dampfvolumen mit entsprechendem Druck nicht entstehen kann.

Claims (13)

  1. Feuerungsanlage mit flüssigkeitsgekühlten Rostelementen, die jeweils einen Zulauf und einen Rücklauf für ein Kühlmittel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (24) und der Rücklauf (22) mit einer zur Atmosphäre offenen Kondensationsvorrichtung (23) in Verbindung stehen, daß in dem Zulauf (24) eine U-förmige Kühlflüssigkeitsvorlage (25) angeordnet ist, deren einer Schenkel (26) eine Flüssigkeitshöhe aufweist, die einen willkürlich gewählten Maximaldruck im System erzeugt, und daß der andere, kürzere Schenkel (27) mit einem Zentralverteiler (5) für die einzelnen Rostelemente (2.1 bis 2.5) verbunden ist.
  2. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere mit dem Zentralverteiler (5) verbundene Ende (29) des kürzeren Schenkels (27) um ein gewähltes Sicherheitshöhenmaß unter dem tiefsten Punkt der Kühlmittelströmung des tiefsten Rostelementes (2.5) liegt.
  3. Feuerungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralverteiler (5) unterhalb der strömungsmäßig parallel geschalteten Rostelemente der Roststufen (2.1-2.5) mit einem in Längsrichtung des Feuerungsrostes über die Länge des gesamten Feuerungsrostes gleichbleibenden Höhenabstand angeordnet ist, der geringer als das Sicherheitshöhenmaß ist.
  4. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf einen Zentralsammler (21) für die einzelnen, strömungsmäßig parallel geschalteten Rostelemente der Roststufen (2.1 bis 2.5) aufweist, der unterhalb der Rostelemente und in Längsrichtung des Feuerungsrostes (2) mit einem über die Länge des gesamten Feuerungsrostes gleichbleibenden Höhenabstand angeordnet ist, der geringer als das Sicherheitshöhenmaß ist.
  5. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Ablaufleitung (11 bis 15) zwischen Rostelement (2.1 bis 2.5) und Zentralsammler (21) eine Drossel (16 bis 20) eingebaut ist.
  6. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite kurze Schenkel (27) der U-förmigen Kühlflüssigkeitsvorlage (25) ein zusätzliches Speichervolumen für Kühlflüssigkeit aufweist.
  7. Feuerungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kurze Schenkel (27) der U-förmigen Kühlflüssigkeitsvorlage (25) als ein Behälter ausgebildet ist, in den der längere, im Durchmesser dünnere Schenkel (26) eintaucht und bis nahe an den Boden (28) des kurzen Schenkels (27) reicht, daß das obere geschlossene Ende bis knapp unter den tiefsten Punkt der tiefsten Kühlmittelströmung des tiefsten Rostelementes (2.5) reicht und daß eine Abzweigung (29) zum Zentralverteiler (5) unterhalb des höchsten Punktes des zylindrischen Behälters abgeht.
  8. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralsammler (5) ausgehend von seinem tiefsten Punkt über eine Leitung (31) mit einem Kondensatsammelbehälter (32) verbunden ist.
  9. Feuerungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatsammelbehälter (32) über eine Pumpe (34) und eine Leitung (35) mit der Kondensationsvorrichtung (23) verbunden ist.
  10. Feuerungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (35) mit einer Sprühdüse (36) in die Kondensationsvorrichtung (23) mündet.
  11. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatsammelbehälter (32) mit einer Kühlvorrichtung (33) versehen ist.
  12. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsvorrichtung (23) als Oberflächenkondensator mit wassergekühlten Kühlkörpern (37) und einer zuschaltbaren Naßkondensationseinrichtung (36) ausgebildet ist.
  13. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsvorrichtung (23) gegen die Atmosphäre absperrbar und an eine Vakuumquelle anschließbar ist.
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