EP1321711B1 - Luftgekühlter Roststab für eine Schubrostfeuerung - Google Patents

Luftgekühlter Roststab für eine Schubrostfeuerung Download PDF

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EP1321711B1
EP1321711B1 EP02028385A EP02028385A EP1321711B1 EP 1321711 B1 EP1321711 B1 EP 1321711B1 EP 02028385 A EP02028385 A EP 02028385A EP 02028385 A EP02028385 A EP 02028385A EP 1321711 B1 EP1321711 B1 EP 1321711B1
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EP
European Patent Office
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grate bar
grate
gap
cooling
bar
Prior art date
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EP02028385A
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English (en)
French (fr)
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EP1321711A1 (de
Inventor
Bernhard Dr. Zimmermann
Christian Mantsch
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Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Original Assignee
Fisia Babcock Environment GmbH
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Publication date
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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to a cooled grate bar for a grate firing with the features of the preamble of claim 1.
  • the combustion air which is blown as so-called primary air through the combustion grate in the resting fuel bed thereon.
  • the cooling effect by the primary air flow is determined by the gap size between the grate bars or by defined outlet openings and the flow resistance of the primary air through the fuel bed at this point. If the primary air flow z. B. laid by liquid slags that obstruct the gap or clog the outlet openings, the affected grate bar is practically not cooled.
  • the grate bar on the bottom can be provided with cooling fins, which are blown by the primary air.
  • a grate bar with a hollow box-like cross-section known. Between the top and the bottom of this grate bar two chambers are formed by a central rib, which are acted upon from the rear side with air. The air exits after passing through the chambers through a slot nozzle at the front of the grate bar in the combustion chamber. Even with this type of cooling there is a risk of blockage of the slot nozzle, so that the air does not escape from the grate bar and therefore can not cool it.
  • a cooled grate bar known, at the bottom in a manner not described in detail a meandering meandering, traversed by air Coiled pipe is attached. After flowing through the coil, the air exits the grate bar on its underside by laterally arranged outlet openings. Inadequate attachment of the coil, the heat transfer from the grate bar in the cooling air through the coil is significantly affected.
  • the meandered pipe coil basically leads to an asymmetric temperature distribution in the grate bar. The result is a distortion of the grate bar with an undesirable gap formation between adjacent grate bars.
  • the air emerging from the lateral outlet openings flows on only one side of the grate bar behind it, which in turn leads to an asymmetric temperature distribution in the affected grate bar.
  • the fact that only one channel is flowed through, the possible amount of cooling air is very limited and thus the cooling effect only low.
  • the invention has for its object to make the generic grate bar such that it is safely and evenly cooled with air.
  • the symmetrical with respect to the longitudinal axis of the grate bar extending cooling gap and extending over the entire grate bar width exit gap ensure uniform cooling of the grate bar.
  • the outlet slit laid on the underside of the grate bar can not be clogged by the fuel bed resting on the combustion grate, so that cooling air always flows through the grate bar.
  • the trained as a combustion traction, obliquely downwardly directed combustion grate of a grate firing consists of several rows of bar side by side grate bars 1.
  • the grate firing is used for combustion of fuel or preferably garbage, which is applied as a fuel layer on the combustion grate.
  • the grate bars 1 of a row of bars are mounted on a grate bar 2.
  • At each grate bar carrier 2 engages a drive, not shown, through which the row of bars in question is reciprocated.
  • the grate bars 1 of the individual rows of bars are roof tiles superimposed.
  • a funnel 3 Through which the rust diarrhea is discharged.
  • a main air line 4 via which the primary air fraction is supplied to the combustion air for combustion of the fuel.
  • the primary air enters through the gaps between the individual grate bars 1 in the resting on the combustion grate fuel layer.
  • the arrows indicate the direction of flow of the primary air.
  • the grate bar 1 which preferably consists of a cast part, has a U-shaped profile with a back 5 and two side flanks 6.
  • the grate bar 1 is provided with a closed head 7 and with an end piece 8.
  • the headpiece 7 the grate bars 1 of a row of bars slidably rests on the back 5 of the grate bars 1 of the respective subsequent row of bars.
  • the end piece 8 is mounted on the grate bar carrier 2.
  • the grate bar 1 is provided with a cooling gap 9 on its underside, that is to say on the side facing away from the fuel layer and facing the funnel 3.
  • the cooling gap 9 extends between the side edges 6 over the entire width of the grate bar 1 and ends in an outlet gap 10, which corresponds to the width of the cooling gap 9.
  • the height of the cooling gap 9 is smaller by a multiple than the height of the grate bar. 1
  • the cooling gap 9 is limited by the side edges 6 and a cover plate 11 which is fixed in a height of the cooling gap 9 corresponding distance from the back 5 on the grate bar 1.
  • the underside of the back 5 of the grate bar 1 is provided with a surface structure having the shape of grooves 12.
  • the grooves 12 extend in the longitudinal direction of the grate bar 1 from the end piece 8 to the head piece 7. The exact course of the grooves 12 can be varied and is thermally optimized.
  • the cover plate 11 rests on the ridges of the grooves 12.
  • the cooling gap 9 is traversed by cooling air, which is branched off as a partial flow of the combustion grate fed primary air.
  • an air line 13 is branched off from the main air line 4.
  • a throttle valve 14 is arranged in the air line 13.
  • the air line 13 is guided to a distribution line 15.
  • the distribution line 15 is connected to the grate bar supports 2, which are hollow for guiding the cooling air and closed at the ends.
  • flexible pipe sections 17 are guided to the individual grate bars 1.
  • the Cover plate 11 is provided with a feed opening 18, in each of which one of the pipe sections 17 opens.
  • the grate bar 1 are the feed opening 18 in the vicinity of the end piece 8 and the exit slit 10 in the vicinity of the head piece 7.
  • the cover plate 11 follows to continue the cooling gap 9 the shape of the head piece 7, wherein between the lower edge of the cover plate 11 and a shoulder the head piece 7 is formed a horizontal portion which forms the exit slit 10.
  • the grate bar 1 supplied cooling air flows through the cooling gap 9 in the longitudinal direction of the grate bar 1 over the entire grate bar width up to the head piece 7 and emerges horizontally and symmetrically from the exit slit 10.
  • the heated cooling air mixes with the primary air from the hopper 3, wherein the back 5 of the underlying grate bar 1 is cooled. Subsequently, the mixed with the cooling air primary air flows through the gaps between the grate bars 1 in the above the combustion grate combustion chamber, the side edges 6 of the grate bars 1 are cooled.
  • the grate bar 1 shown are the feed opening 18 in the vicinity of the head piece 7 and the exit slit 10 in the vicinity of the end piece 8.
  • the cover plate 11 terminates at a distance from the end piece 8, thus forming the exit slit 10, which in this case vertically downwards is directed.
  • the grate bar 1 supplied cooling air flows through the cooling gap 9 in the longitudinal direction of the grate bar 1 over the entire grate width starting from the head piece 7 as the hottest portion of the grate bar 1 and occurs in the vicinity of the end piece 8 symmetrically and vertically down from the exit slit 10.
  • This variant is thermally cheaper than the in Fig.
  • the cold cooling air directly into the hot zone of the grate bar 1, and because of the high temperature difference at this point, improved cooling can be achieved.
  • the heated cooling air mixes with the primary air from the hopper 3 to a uniform mixing temperature. Subsequently, the air mixture of heated cooling air and primary air flows through the gaps between the grate bars 1 in the above the combustion grate combustion chamber, wherein the side edges 6 of the grate bars 1 are cooled.
  • the amount of the grate bars 1 supplied cooling air as a partial flow of the total primary air is adjusted via the throttle valve 14 in the air line 13. This makes it possible in a simple manner to adapt the grate bar cooling a changed calorific value of the waste to be incinerated. Likewise, the grate bar cooling can be easily adapted to the different grate zones, that is to say the progress of the thermal conversion on the grate. This plays a crucial role in today's requirements for waste incineration plants with respect to a broad calorific value band.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen gekühlten Roststab für eine Schubrostfeuerung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
  • Zur Kühlung der Roststäbe von Verbrennungsrosten dient die Verbrennungsluft, die als sogenannte Primärluft durch den Verbrennungsrost in das darauf ruhende Brennstoffbett geblasen wird. Der Kühleffekt durch den Primärluftstrom wird bestimmt durch die Spaltgröße zwischen den Roststäben oder durch definierte Austrittsöffnungen und den Strömungswiderstand der Primärluft durch das Brennstoffbett an dieser Stelle. Wird der Primärluftstrom z. B. durch flüssige Schlacken verlegt, die den Spalt versperren oder die Austrittsöffnungen verstopfen, so wird der betroffene Roststab praktisch nicht gekühlt.
  • Um die Kühlung des Roststabes durch die Primärluft zu verbessern, kann der Roststab auf der Unterseite mit Kühlrippen versehen werden, die von der Primärluft angeblasen werden. Aus der DE 41 05 330 C1 ist ein Roststab mit einem hohlkastenartigen Querschnitt bekannt. Zwischen der Oberseite und der Unterseite dieses Roststabes sind durch eine Mittelrippe zwei Kammern gebildet, die von der Hinterseite her mit Luft beaufschlagt sind. Die Luft tritt nach dem Durchströmen der Kammern durch eine Schlitzdüse an der Vorderseite des Roststabes in den Verbrennungsraum aus. Auch bei dieser Art der Kühlung besteht die Gefahr der Verstopfung der Schlitzdüse, so dass die Luft nicht aus dem Roststab austreten und diesen daher nicht kühlen kann.
  • Weiterhin ist aus der EP 0 924 464 A1 ein gekühlter Roststab bekannt, an dessen Unterseite auf eine nicht näher beschriebene Weise eine mäanderförmig gewundene, von Luft durchströmte Rohrschlange befestigt ist. Nach dem Durchströmen der Rohrschlange tritt die Luft aus dem Roststab auf dessen Unterseite durch seitlich angeordnete Austrittsöffnungen aus. Bei einer ungenügenden Befestigung der Rohrschlange ist der Wärmeübergang vom Roststab in die kühlende Luft durch die Rohrschlange erheblich beeinträchtigt. Die mäanderförmig verlegte Rohrschlange führt prinzipiell zu einer asymmetrischen Temperaturverteilung im Roststab. Die Folge ist ein Verziehen des Roststabes mit einer unerwünschten Spaltbildung zwischen nebeneinander liegenden Roststäben. Die aus den seitlichen Austrittsöffnungen austretenden Luft strömt nur auf einer Seite den dahinter liegenden Roststab an, was wiederum zu einer asymmetrischen Temperaturverteilung in dem betroffenen Roststab führt. Dadurch dass nur ein Kanal durchströmt wird, ist die mögliche Kühlluftmenge sehr begrenzt und damit die Kühlwirkung nur gering.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Roststab derart zu gestalten, dass er sicher und gleichmäßig mit Luft gekühlt wird.
  • Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Roststab erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Der symmetrisch bezüglich der Längsachse des Roststabes verlaufende Kühlspalt und der sich über die gesamte Roststabbreite erstreckende Austrittsspalt sorgen für eine gleichmäßige Kühlung des Roststabes. Der auf die Unterseite des Roststabes verlegte Austrittsspalt kann nicht durch das auf dem Verbrennungsrost ruhende Brennstoffbett verstopft werden, so dass der Roststab stets von Kühlluft durchströmt ist.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    schematisch die Seitenansicht eines Verbrennungsrostes,
    Fig. 2
    den Längsschnitt durch einen einzelnen Roststab,
    Fig. 3
    den Schnitt III - III nach Fig. 2,
    Fig. 4
    den Längsschnitt durch einen einzelnen Roststab gemäß einer anderen Ausführungsform und
    Fig. 5
    den Schnitt III - III nach Fig. 4.
  • Der als Verbrennungsschubrost ausgebildete, schräg nach unten gerichtete Verbrennungsrost einer Schubrostfeuerung besteht aus mehreren Stabreihen von nebeneinander angeordneten Roststäben 1. Die Schubrostfeuerung dient zur Verbrennung von Brennstoff oder vorzugsweise Müll, der als Brennstoffschicht auf den Verbrennungsrost aufgebracht wird. Die Roststäbe 1 einer Stabreihe sind auf einem Roststabträger 2 gelagert. An jeden Roststabträger 2 greift ein nicht gezeigter Antrieb an, durch den die betreffende Stabreihe hin und herbewegt wird. Die Roststäbe 1 der einzelnen Stabreihen liegen dachziegelartig übereinander.
  • Unterhalb des Verbrennungsrostes befindet sich ein Trichter 3, durch den der Rostdurchfall abgeführt wird. In den Trichter 3 mündet eine Hauptluftleitung 4 ein, über die der Primärluftanteil an der Verbrennungsluft zur Verbrennung des Brennstoffes zugeführt wird. Die Primärluft tritt durch die Spalten zwischen den einzelnen Roststäben 1 in die auf dem Verbrennungsrost ruhende Brennstoffschicht ein. Die Pfeile geben die Strömungsrichtung der Primärluft an.
  • Der Roststab 1, der vorzugsweise aus einem Gussteil besteht, weist ein U-förmiges Profil mit einem Rücken 5 und zwei Seitenflanken 6 auf. Der Roststab 1 ist mit einem geschlossenen Kopfstück 7 und mit einem Endstück 8 versehen. Das Kopfstück 7 der Roststäbe 1 einer Stabreihe liegt gleitend auf dem Rücken 5 der Roststäbe 1 der jeweils nachfolgenden Stabreihe auf. Das Endstück 8 ist auf dem Roststabträger 2 gelagert.
  • Der Roststab 1 ist auf seiner Unterseite, das heißt auf der der Brennstoffschicht abgewandten und dem Trichter 3 zugewandten Seite mit einem Kühlspalt 9 versehen. Der Kühlspalt 9 erstreckt sich zwischen den Seitenflanken 6 über die gesamte Breite des Roststabes 1 und endet in einem Austrittsspalt 10, der der Breite des Kühlspaltes 9 entspricht. Die Höhe des Kühlspaltes 9 ist um ein Mehrfaches geringer als die Höhe des Roststabes 1.
  • Der Kühlspalt 9 ist durch die Seitenflanken 6 und eine Abdeckplatte 11 begrenzt, die in einem der Höhe des Kühlspaltes 9 entsprechenden Abstand von dem Rücken 5 auf dem Roststab 1 befestigt ist. Vorzugsweise ist die Unterseite des Rückens 5 des Roststabes 1 mit einer Oberflächenstruktur versehen, die die Form von Rillen 12 aufweist. Die Rillen 12 verlaufen in Längsrichtung des Roststabes 1 von dem Endstück 8 bis zu dem Kopfstück 7. Der genaue Verlauf der Rillen 12 kann vielfältig sein und ist wärmetechnisch optimiert. Bei dieser Ausführung liegt die Abdeckplatte 11 auf den Kämmen der Rillen 12 auf.
  • Der Kühlspalt 9 ist von Kühlluft durchströmt, die als Teilstrom von der dem Verbrennungsrost zugeführten Primärluft abgezweigt ist. Zu diesem Zweck ist von der Hauptluftleitung 4 eine Luftleitung 13 abgezweigt. In der Luftleitung 13 ist eine Drosselklappe 14 angeordnet. Die Luftleitung 13 ist zu einer Verteilerleitung 15 geführt. Über flexible Zweigleitungen 16 ist die Verteilerleitung 15 den Roststabträgern 2 verbunden, die zur Führung der Kühlluft hohl ausgebildet und an den Enden geschlossen sind. Von den Roststabträgern 2 sind flexible Rohrabschnitte 17 zu den einzelnen Roststäben 1 geführt. Die Abdeckplatte 11 ist mit einer Zuführöffnung 18 versehen, in die jeweils einer der Rohrabschnitte 17 einmündet.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Roststab 1 befinden sich die Zuführöffnung 18 in der Nähe des Endstückes 8 und der Austrittsspalt 10 in der Nähe des Kopfstückes 7. Die Abdeckplatte 11 folgt zur Fortführung des Kühlspaltes 9 der Gestalt des Kopfstückes 7, wobei zwischen der Unterkante der Abdeckplatte 11 und einer Schulter der Kopfstückes 7 einem horizontaler Abschnitt gebildet ist, der den Austrittsspalt 10 bildet. Die dem Roststab 1 zugeführte Kühlluft durchströmt den Kühlspalt 9 in Längsrichtung des Roststabes 1 über die gesamte Roststabbreite bis zu dem Kopfstück 7 und tritt horizontal und symmetrisch aus dem Austrittsspalt 10 aus. Die aufgeheizte Kühlluft mischt sich mit der Primärluft aus dem Trichter 3, wobei der Rücken 5 des darunter liegenden Roststabes 1 gekühlt wird. Anschließend strömt die mit der Kühlluft gemischte Primärluft durch die Spalten zwischen den Roststäben 1 in den oberhalb der Verbrennungsrost liegenden Verbrennungsraum, wobei die Seitenflanken 6 der Roststäbe 1 gekühlt werden.
  • Bei dem in Fig. 4 dargestellten Roststab 1 befinden sich die Zuführöffnung 18 in der Nähe des Kopfstückes 7 und der Austrittsspalt 10 in der Nähe des Endstückes 8. Die Abdeckplatte 11 endet in einem Abstand von dem Endstück 8 und bildet so den Austrittsspalt 10, der in diesem Fall vertikal nach unten gerichtet ist. Die dem Roststab 1 zugeführte Kühlluft durchströmt den Kühlspalt 9 in Längsrichtung des Roststabes 1 über die gesamte Roststabbreite ausgehend von dem Kopfstück 7 als dem heißesten Abschnitt des Roststabes 1 und tritt in der Nähe des Endstückes 8 symmetrisch und vertikal nach unten aus dem Austrittsspalt 10 aus. Diese Variante ist wärmetechnisch günstiger als die in Fig. 2 dargestellte Variante, da im ersten Fall die kalte Kühlluft direkt in die heiße Zone des Roststabes 1 geleitet wird, und aufgrund des hohen Temperaturunterschieds an dieser Stelle eine verbesserte Kühlung erzielt werden kann. Die aufgeheizte Kühlluft mischt sich mit der Primärluft aus dem Trichter 3 zu einer einheitlichen Mischtemperatur. Anschließend strömt das Luftgemisch aus aufgeheizter Kühlluft und Primärluft durch die Spalten zwischen den Roststäben 1 in den oberhalb des Verbrennungsrostes liegenden Verbrennungsraum, wobei die Seitenflanken 6 der Roststäbe 1 gekühlt werden.
  • Die Menge der den Roststäben 1 zugeführte Kühlluft als ein Teilstrom der gesamten Primärluft wird über die Drosselklappe 14 in der Luftleitung 13 eingestellt. Damit ist es in einfacher Weise möglich, die Roststabkühlung einem veränderten Heizwert des zu verbrennenden Mülls anzupassen. Ebenfalls kann die Roststabkühlung den verschiedenen Rostzonen, das heißt dem Fortschritt der thermischen Umsetzung auf dem Verbrennungsrost, einfach angepasst werden. Dies spielt bei den heutigen Anforderungen an Müllverbrennungsanlagen bezüglich eines breiten Heizwertbandes eine entscheidende Rolle.

Claims (6)

  1. Roststab für eine Schubrostfeuerung, wobei der Roststab (1) ein U-förmiges Profil mit einem Rücken (5) und Seitenflanken (6) aufweist und auf seiner Unterseite mit einem von Luft durchströmten Kühlsystem versehen ist, das auf der Unterseite des Roststabes (1) einen Austritt für die Luft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem aus einem Kühlspalt (9) besteht, der in Längsrichtung des Roststabes (1) verläuft und sich über die gesamte Breite des Roststabes (1) zwischen den Seitenflanken (6) erstreckt, dessen Höhe um ein Mehrfaches geringer ist als die Höhe des Roststabes (1) und der in dem auf der Unterseite des Roststabes (1) angeordneten Austrittsspalt (10) endet, der der Breite des Kühlspaltes (9) entspricht.
  2. Roststab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlspalt (9) durch die Unterseite des Rückens (5) des Roststabes (1) und eine auf dem Roststab (1) befestigte Abdeckplatte (11) begrenzt ist.
  3. Roststab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücken (5) des Roststabes (1) auf der Unterseite mit einer Oberflächenstruktur in Form von in Längsrichtung der Roststabes (1) verlaufenden Rillen (12) versehen ist, auf deren Kämme die Abdeckplatte (11) aufliegt.
  4. Roststab nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der Luft zu dem Kühlspalt (9) am Ende des Roststabes (1) und der Austrittsspalt (10) am Kopf des Roststabes (1) vorgesehen ist und dass der Austrittsspalt (10) horizontal ausgerichtet ist.
  5. Roststab nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der Luft zu dem Kühlspalt (9) am Kopf des Roststabes (1) und der Austrittsspalt (10) am Ende des Roststabes (1) vorgesehen ist und dass der Austrittsspalt (10) nach unten gerichtet ist.
  6. Schubrostfeuerung mit einem Roststab nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Roststab (1) auf einen geschlossenen, hohlen, einer Reihe von Roststäben (1) gemeinsamen Roststabträger (2) gelagert ist, dass der Roststabträger (2) einerseits über Rohrabschnitte (17) mit dem Kühlspalt (9) der Roststäbe (1) und andererseits mit einer Luftleitung (13) verbunden ist, die von einer die Schubrostfeuerung mit Verbrennungsluft versorgenden Hauptluftleitung (4) abgezweigt ist und in der eine Drosselklappe (14) angeordnet ist.
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