EP4211397A1 - Wassergekühlter rostblock für eine verbrennungsanlage - Google Patents

Wassergekühlter rostblock für eine verbrennungsanlage

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Publication number
EP4211397A1
EP4211397A1 EP21777426.4A EP21777426A EP4211397A1 EP 4211397 A1 EP4211397 A1 EP 4211397A1 EP 21777426 A EP21777426 A EP 21777426A EP 4211397 A1 EP4211397 A1 EP 4211397A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cavity
grate
fluid
block according
grate block
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21777426.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maurice Henri Waldner
Werner Brennwald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Zosen Innova AG
Original Assignee
Hitachi Zosen Innova AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Zosen Innova AG filed Critical Hitachi Zosen Innova AG
Publication of EP4211397A1 publication Critical patent/EP4211397A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
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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
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/44—Details; Accessories
    • F23G5/442—Waste feed arrangements
    • F23G5/444—Waste feed arrangements for solid waste
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    • F23H11/12—Travelling-grates inclined travelling grates; Stepped travelling grates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23H7/00—Inclined or stepped grates
    • F23H7/12—Inclined or stepped grates with movable bars disposed transversely to direction of fuel feeding
    • F23H7/14—Inclined or stepped grates with movable bars disposed transversely to direction of fuel feeding reciprocating along their axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2203/00—Furnace arrangements
    • F23G2203/101—Furnace arrangements with stepped or inclined grate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23H—GRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
    • F23H2700/00—Grates characterised by special features or applications
    • 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

  • Combustion grates for the large-scale incineration of waste have been known to those skilled in the art for a long time.
  • Such incineration grates can be in the form of thrust incineration grates, which include moving parts in order to carry out stoking.
  • the material to be burned is conveyed in the transport direction from an inlet-side end of the combustion grate to an outlet-side end and is burned at the same time.
  • appropriate air feeds are provided which pass through the incineration grate and via which the air—also called primary air—is introduced.
  • a frequently used combustion grate is the so-called stepped grate.
  • This comprises grate blocks arranged next to one another, each of which forms a row of grate blocks.
  • the rows of grate blocks are arranged one above the other in a stair-like manner, whereby in the case of so-called pusher grates the front end of a grate block, viewed in the direction of thrust, rests on a bearing surface of the grate block that is adjacent (below) in the direction of transport and is moved on this bearing surface with a corresponding thrust movement.
  • each grate block Due to the material to be burned being conveyed over the grate blocks, the former are generally exposed to a relatively high level of wear.
  • the fuel is lifted from the support surface via a corresponding dropping edge (also called a nose) onto the support surface of the following or jettisoned beneath adjacent rust blocks.
  • the mechanical abrasion caused by the material to be burned is particularly high in this front end area of the support surface.
  • the grate blocks are also exposed to very high thermal loads.
  • this thermal load is particularly high in the area of the contact surface, although the combustion material lying on the grate block has an insulating effect to a certain degree.
  • Temperature peaks and the associated load peaks occur in particular when the material to be burned is distributed unevenly on the combustion grate and as a result only forms a thin insulating layer in some places or when this insulating layer is completely absent.
  • the thermal stress promotes abrasion erosion and chemical reactions occurring at the bearing surface which further damage the bearing surface. This all ultimately leads to a reduction in the life of the grate block.
  • the grate bars are normally treated with a coolant or Cooling fluid is cooled from below, ie on the side of the combustion grate opposite to the combustion.
  • a coolant or Cooling fluid is cooled from below, ie on the side of the combustion grate opposite to the combustion.
  • water or air is used as a coolant, which is why the term air or water-cooled grate blocks is often used.
  • the type of cooling the Coolant supply is the subject of a large number of patent applications or Patents :
  • EP 1 760 400 B1 discloses a water-cooled grate element made of cast steel with deflection elements which form meandering water ducts.
  • the disadvantage of such a water flow is that the cooling capacity is impaired directly above the deflection elements, since the cooling liquid has no contact with the upper wall there and therefore cannot transport away the heat generated by the combustion. As a result, a burn surface with so-called “heat hotspots” develops at these points.
  • EP 0 811 803 B1 discloses cooled grate blocks in which the cooling lines run at right angles to the feed direction and are deflected outside the grate blocks by means of holders.
  • the focus is on maximizing the surface area available for heat exchange.
  • the flow should be as even as possible of the coolant is of central importance. Otherwise, turbulence and bubble formation can occur in the cooling lines, which reduces the cooling capacity of the grate blocks.
  • the invention relates to a cooled grate block as part of a grate for a plant for the thermal treatment of waste.
  • the grate blocks are usually arranged in a step-like manner one above the other and are designed in such a way that they shift and convey the material to be burned during combustion by means of thrust movements performed relative to one another.
  • the grate block according to the invention comprises a block body designed as a cast part with an upper wall.
  • the upper wall forms an outer support surface for the waste to be treated, running at least partially parallel to a longitudinal axis L of the block body.
  • the grate block according to the invention comprises a flat cavity arranged directly below the bearing surface for receiving a cooling fluid.
  • the planar cavity is thereby on the upper side by the upper wall, delimited on the front side by a front wall, on the underside by a floor, on the back by a rear wall and laterally by side walls, the floor being at least partially formed by a floor panel.
  • the grate block according to the invention further comprises a fluid supply line and a fluid discharge line, both of which are connected to the cavity, and at least one deflection element arranged in the cavity in order to direct the cooling fluid in the cavity from the fluid supply line to the fluid discharge line.
  • a distribution element for distributing the cooling fluid fed into the cavity through the fluid supply line.
  • the at least one deflection element is preferably located in the cavity in a rear area of the rear wall.
  • grate blocks lying one on top of the other in a step-like manner are defined as grate blocks on a grate which are arranged like the steps of an ascending or descending staircase.
  • thrust movements that can be carried out relative to one another means thrust movements that can be carried out parallel to the longitudinal axis of the grate consisting of grate blocks. In the case of a stepped grating, the direction of movement runs parallel to the inclination or slope of the grate.
  • the "longitudinal axis of the grate block” refers to an axis which is parallel to the axis of the stepped
  • the grate thus extends from the front wall to the rear wall of the grate block and thus runs parallel to the thrust direction of the waste to be treated. If the grate block is aligned in such a way that the longitudinal axis and a width axis running at right angles thereto are arranged in the horizontal plane, then the front wall is preferably arranged at least approximately in the vertical plane.
  • support surface means a surface that is arranged on the outer top side, ie on the opposite side of the cavity, and on which the waste intended for thermal treatment (combustion material) rests. As mentioned at the outset, this bearing surface in incineration plants is known to be exposed to increased thermal stress and is susceptible to erosion and caking of combustion products.
  • Cooling fluid stream is in the sense of the present application, a stream of cooling fluid preferably water - defined, which of the
  • Fluid supply line to the fluid discharge line or vice versa is passed through the cavity.
  • the term “flat cavity” is understood to mean that the cavity has a shape whose extent in the horizontal direction (length and width) is greater than in the vertical direction (height).
  • the cavity preferably has a cuboid shape, at least in sections, with the largest surface parallel to the bearing surface.
  • no pipelines are provided in the flat cavity, which transport the fluid from the fluid supply line to the fluid discharge line.
  • fluid supply line and fluid discharge line are understood to be lines which are suitable for conducting cooling fluid into the cavity and for discharging it from it.
  • front side or front side is understood to mean the side in the area of the front wall.
  • an obstacle is defined as a distribution element, which is designed in such a way that it allows a restriction and/or a change in direction of the flow and thus a distribution of the inflowing cooling fluid.
  • the cooling fluid is preferably distributed before or in the area where the cooling fluid enters the planar cavity.
  • the distribution element can have different shapes, as will be explained in more detail below.
  • the grate block according to the invention has the advantage over the prior art that the flow of cooling fluid flowing into the cavity can be distributed evenly over the width of the cavity thanks to the distribution element. This means that the formation of cooling fluid turbulence and foam formation can be reduced or even completely prevented, which leads to an increased cooling capacity of the grate block.
  • the increased cooling capacity brings the The advantage is that the thermal stress and wear on the grate blocks is reduced and, moreover, fewer burned-out substances are baked onto the grate blocks, which means that they have to be cleaned and serviced less frequently. Ultimately, this means that less maintenance work has to be carried out, and the incinerator can therefore be operated more economically.
  • the flat cavity generally does not have any pipelines that could impair an even distribution of the cooling fluid in the cavity and thus reduce the cooling capacity.
  • the distribution element preferably extends at least in sections along a width axis which runs at least approximately parallel to the front wall. This enables a regular distribution of the cooling fluid over the width of the planar cavity (or a compartment of the planar cavity).
  • the flat cavity is connected to a front chamber.
  • Said chamber preferably extends essentially parallel to and preferably at least over half the length of the front wall. It is preferably designed in such a way that the cooling fluid flow into the flat cavity or the cooling fluid outflow from the planar cavity takes place through the chamber.
  • the flat cavity and the chamber are preferably connected to one another via a plurality of inflow openings. This preferably enables a pre-distribution of the cooling fluid before it hits the distribution element and thus also contributes to a better distribution of the cooling fluid in the planar cavity.
  • the feeding of the cooling fluid through the chamber into the cavity also allows the front wall, which is also often referred to as the nose, to also be cooled.
  • the front wall is usually exposed to a slightly lower thermal load than the bearing surface, cooling it helps to prevent fly ash or other combustion products from caking.
  • the flat cavity has a dividing wall extending from the bottom to the top wall.
  • This dividing wall preferably extends from the front wall in the direction of the rear wall of the cavity and preferably forms a passage in the area of the rear wall, so that the cavity is divided into two compartments that are connected in a fluid-conducting manner.
  • the fluid stream thus preferably flows through a first compartment of the cavity, which extends from the front wall along the longitudinal axis over a desired length of the cavity.
  • the fluid flow is directed through the passage, as a result of which it is deflected and flows through a second compartment adjacent to the first compartment in the opposite direction, ie. H . towards the front wall, flows back. Thanks to the partition, the rear areas of the Cavity sufficiently supplied with fresh cooling fluid, so that the cooling capacity is guaranteed in these areas.
  • the grate block according to the invention therefore preferably comprises at least one vent opening for venting the cavity or of the compartments in order to transport such possible air inclusions out of the grate block.
  • the ventilation of the cavity or of the compartments prevents air from being entrained with the cooling fluid over the entire length of the fluid flow.
  • the ventilation opening is preferably formed in the dividing wall, preferably in the area of the front wall, in order to ventilate the cavity or to allow the compartments created by the partition.
  • the ventilation opening preferably has a diameter of 2-12 mm, particularly preferably 4-5 mm. This size allows the grate block incl. Vent opening can be generated with the known casting process.
  • the dividing wall runs at least approximately parallel to one of the side walls and is preferably arranged centrally in the cavity.
  • the dividing wall thus divides the flat cavity into two compartments that are at least approximately the same size. This ensures that the fluid flow is evenly distributed through the cavity or flows through the compartments and not due to a change in the cavity or Compartment geometry is accelerated or slowed down. It is thus prevented that acceleration or deceleration of the fluid flow within the cavity or of the compartments turbulence arise.
  • the fluid supply line and the fluid discharge line are preferably connected to the flat cavity in the area of the front wall. By connecting the fluid supply line and the fluid discharge line with the cavity in the front or. As large a space as possible is free under the block body in the end-face area.
  • Both the fluid supply line and the fluid outflow line preferably have an inner diameter of 20-32 mm, preferably 22-30 mm and particularly preferably 26-28 mm. Line diameters of this size have the advantage that for the usual cooling fluid circulation quantity, a flow rate results at which the flow covers the entire line system of the grate block incl. Cavity automatically vented. Depending on the embodiment the distribution element can extend over the entire width of the cavity or only over parts of it.
  • the distribution element is designed in such a way that it only allows a restricted flow of cooling fluid past the distribution element or over it, in order to enable an even distribution of the cooling fluid within the cavity. This even distribution of the cooling fluid flow enables increased cooling performance, since turbulence in the cooling fluid and foam formation are reduced or prevented.
  • the cooling fluid flowing in through the fluid supply line first strikes the distribution element, as a result of which turbulence is calmed.
  • the water can preferably flow through openings in the distribution element (if present) or over or around it.
  • the distribution element is designed in the form of an impact plate or an impact plate.
  • Further preferred embodiments include a distribution element which is designed as a hump, screen, perforated plate or crossbeam.
  • the longitudinal axis of the distribution element preferably runs approximately parallel to the front wall.
  • the distribution element is designed as a hump, this means that the distribution element has a hill-shaped or hill-shaped cross section in the width direction, ie parallel to the front wall.
  • the cooling fluid thus flows perpendicular to the front wall and opposite to the direction of movement of the combustion material over the distribution element.
  • the distribution element consists of a plate which has a front surface facing the fluid flow with at least one opening through which the fluid flow is conducted.
  • the distribution element forms a wall or a beam, over or under which the cooling fluid can flow.
  • the bar preferably extends along the entire width of the grate block and at least approximately parallel to the front wall.
  • the distribution element enables the cooling fluid flow to be distributed evenly over as far as possible the entire width of the cavity and, if the cavity has compartments, over the width of the compartments.
  • This uniform distribution of the cooling fluid flow allows for increased cooling performance, since turbulence in the cooling fluid and foaming can be reduced or prevented.
  • the distribution usually takes place in the area where the cooling fluid enters the cavity and can be achieved with the aid of a distribution element of simple design.
  • the distribution element can preferably be cast at the same time or used later as a separate component.
  • the distribution element preferably extends in the width direction at least over the width of an opening cross section of the fluid supply line.
  • the distribution element is connected to the bottom and/or to the top wall. If the distribution element is designed as a crossbar, this preferably forms a slit-like fluid passage opening with the top wall and/or the bottom.
  • the fluid passage opening is particularly preferably formed between an upper edge of the crossbar and the upper wall.
  • the fluid passage opening preferably has a clear width of 1 to 15 mm, preferably 2 to 10 mm and particularly preferably 3 to 6 mm.
  • the above-described embodiment of the distribution element as a crossbar with the above properties has proven to be particularly effective.
  • the distribution element is located in the mouth area of the at least one inflow line. It was found that turbulence in the cooling fluid occurs particularly frequently when it enters the cavity—that is, in the mouth area of the inflow line. Since the thermal load in the front area of the grate block is particularly high, a reduction in cooling capacity due to air inclusions has a doubly negative effect there. With an arrangement of the distribution element in the mouth area of the inflow line, rapid settling is achieved when the cooling fluid enters the cavity.
  • the distribution element comprises a hump, ridge or hill-like obstacle which restricts or deflects the flow of the cooling fluid from the fluid supply line.
  • the distribution element preferably has a height of 5-15 mm, particularly preferably 8-12 mm and very particularly preferably 10 mm and a width of preferably 20-40 mm, particularly preferably 25-35 mm and particularly preferably 30 mm.
  • hump-shaped or A ridge or hill-like distribution element which is located in the mouth area of the inflow line, has proven to be highly effective in distributing the flow of cooling fluid in the cavity. Furthermore, the production of such a distribution element can be easily accomplished using the known casting methods and is therefore preferred.
  • the distribution element is designed as a crossbar, the distribution element preferably has an area which is at least 50% of the vertical cross-sectional area of the cavity or of the respective compartment.
  • the crossbar preferably has a thickness of 2 mm to 10 mm and a length of 50 mm to 250 mm.
  • the distribution element is designed as a crossbar, this preferably extends over at least 50%, preferably over at least 75% and particularly preferably over at least 90% of the width of the cavity or of the respective compartment.
  • the top wall and/or the front wall has at least one air supply opening.
  • This air supply opening makes it possible to transport additional air into the combustion chamber in order to ensure optimal combustion.
  • the air inlet opening can expand concentrically (volcano-shaped) downwards, which prevents the air inlet opening from becoming clogged with thermally treated waste.
  • Such volcano-shaped air supply openings are preferably located in the top wall.
  • they preferably have an oval opening cross-section with a diameter of 33-45 mm by 4-12 mm.
  • they preferably widen in the direction of the bottom plate at an angle of 18-22° to a smaller diameter of 22-28 mm.
  • the block body is preferably made in one piece as a cast part and preferably also includes a piece of the base.
  • the base plate which preferably at least partially forms the base, is preferably welded to the block body and thus delimits the cavity.
  • a part of the base is preferably designed as an integral part of the block body and the cavity is also at least partially delimited on the base side by the base plate.
  • Such production of the block body is particularly favorable and makes the block body particularly durable and low-maintenance.
  • the person skilled in the art is of course aware that the cast part can be further processed before attaching the base plate, for example by using a blasting medium.
  • the cavity extends over at least 2/3 of the length of the support surface. Furthermore, the cavity preferably extends over at least 3/4 of the width of the bearing surface. This ensures that the largest possible area is available for heat exchange.
  • the hollow space should preferably cover at least the support surface for the waste to be treated, so that no thermally stressed, uncooled surface of the block body arises.
  • the cooling fluid preferably has a temperature of 20-140° C. during operation of the grate block, ie during the incineration of high-calorific waste such as household waste or commercial waste, whereby operating temperatures for the grate block of up to 250° C. are achieved.
  • the cooling fluid preferably water—from a closed circuit is used in order to prevent the entry of oxygen and thus the formation of corrosion. If water is used as the cooling fluid, this preferably has none or only a small amount
  • the invention further relates to a grate comprising several of the grate blocks described above.
  • the invention is explained in more detail below with reference to some exemplary embodiments illustrated in the figures. If alternative embodiments differ only in individual features, the same reference symbols were used for the features that remained the same. They each show, purely schematically:
  • Fig. 1 shows a perspective view of an embodiment of a grate block according to the invention
  • Fig. 2 is a perspective view of a
  • Fig. 3 is a perspective view of a
  • Fig. 4a shows a longitudinal section along the longitudinal axis L through an embodiment of a front area of the block body from FIG. 1 ;
  • Fig. 4b shows a longitudinal section along the longitudinal axis L through an embodiment of a front area of the block body from FIG. 1 ;
  • Fig. 5 shows a cross section along the width axis Q through an embodiment of a front region of the block body from FIG. 1 ; and Fig. 6 shows a longitudinal section along the longitudinal axis L through an embodiment of the block body from FIG. 1 .
  • the one in Fig. 1 illustrated grate block 1 according to the invention is used for the thermal treatment of waste as combustion material (not shown), which moves in a direction of movement B over the grate or. is promoted.
  • the grate block 1 comprises a block body 3 with an upper wall 5 and side walls 6.
  • the upper wall 5 comprises an outer support surface 7, which extends along a longitudinal axis L of the grate block 1 from a rear area 9 of the block body 3 in the direction of a front area 11 of the Block body 3 extends.
  • the block body 3 comprises a rounded overhang 13 in the front area 11 (hereinafter referred to as a nose), which connects the front area 11 to a front wall 15 .
  • a sliding surface 17 adjoining the front wall 15 rests on the bearing surface 7 of another grate block (not shown).
  • Thermally treated waste is conveyed in the direction of movement B with the aid of pushing movements performed relative to one another.
  • the sliding surfaces 17 slide on the bearing surfaces 7 of the grate blocks arranged underneath (not shown).
  • the relative thrust movements are performed along the longitudinal axis L and driven by a drive device, not shown, which the Movement transmitted via a bracket 19 to the block body.
  • several grate blocks can lie next to one another, so that the side walls 6 of the grate block 1 adjoin the side walls of other grate blocks.
  • the block body 3 includes air supply openings 21, 23 located in the front wall 15 and the top wall 5, through which the thermally treated waste can be supplied with air to promote incineration. Embodiments which have no air supply openings are also conceivable, but not shown here.
  • the air supply openings 23 in the top wall 5 are preferably designed as downwardly widening passages, so that parts of the waste to be treated are not in the event of a possible passage
  • the block body 3 also includes a planar cavity 50 .
  • the planar cavity 50 opposite the top wall 5 of the block body 3 is delimited by a bottom 51 and a bottom plate 53 .
  • the cavity 50 further comprises a fluid supply line 52 and a fluid discharge line 54 which are each connected to a chamber 56 .
  • the chamber 56 extends essentially parallel to the front wall 15 (FIG. 1) and is connected to the flat cavity 50 via inflow openings 58 .
  • the flat cavity 50 further comprises a partition wall 60 which extends from the front wall (reference numeral 15 in FIG. 1) towards a rear wall 68 (FIG. 3) and forms a passage 64 such that the cavity 50 is divided into two compartments 62 .
  • Fig. 3 shows a view from below of a section through the grate block 1 from FIG. 1 in connection with that shown in FIG. 2 described flat cavity 50 .
  • the bottom plate 53 from FIG. 2 delimiting cavity 50 , has been removed here .
  • the flat cavity 50 includes deflection elements 66 which deflect the fluid flow from the fluid supply line 52 (FIG. 2) to the fluid outflow line 54 (FIG. 2).
  • FIG. 3 it is also clearly visible how the flat cavity 50 in the rear region 9 of the block body 3 is delimited by the side walls 6 and the rear wall 68 .
  • Fig. 3 clearly shows that the air supply openings 23 pass through the planar cavity 50 from the upper wall.
  • Fig. 4a and 4b show a longitudinal section along the longitudinal axis L through the front area of the block body from FIG. 1 with the air supply openings 21 in the front wall 15 .
  • the dividing wall 60 which divides the cavity 50 , has an opening 70 which serves to vent the compartments 62 created by the dividing wall 60 .
  • the inflow opening 58 comprises a distribution element 74 in a mouth region 72 facing the cavity 50, which is designed here as a hump-like or hill-like obstacle.
  • the fluid flow which is conducted via the inflow opening 58 into the cavity 50, is distributed with the aid of the distribution element 74, so that no turbulence forms within the planar cavity 50, which could lead to the formation of foam or foam.
  • the bottom 51 delimits the cavity 50 at the bottom. Not shown is the base plate 53 from FIG. 2, which would connect to the ground in the longitudinal direction L.
  • the distribution element 74 could also be designed as a crossbeam (not shown) instead of the hump-like or hill-like obstacle.
  • Figure 5 shows a cross section through the front wall 15 with the in FIG. 2 shown chambers 56, in which the fluid supply line 52 or. the fluid drain line 54 open.
  • the cooling fluid flows through the fluid supply line 52 into the chamber 56 and is distributed via the inflow openings 58 in the cavity (not shown). After passing through the cavity, the cooling fluid flows through the inflow openings 58 ′ into the chamber 56 ′ and exits the block body 3 through the fluid outflow line 54 .
  • the fluid outflow line 54 can be connected to a further fluid supply line of a further block body (not shown).
  • the block bodies shown have a length in the longitudinal direction L of 400-800 mm, preferably 500-750 mm and particularly preferably 650-700 mm.
  • the block bodies shown have a width in the width direction Q of 280-500 mm, preferably 320-460 mm and particularly preferably 380-420 mm.
  • the block bodies shown have a height of 100-200 mm, preferably 130-180 mm and particularly preferably 150-160 mm.
  • the block body is preferably made from low-alloy to high-alloy cast steel. Compared to unalloyed cast steel, low- to high-alloy cast steel also contains varying proportions of alloying elements such as chromium, nickel, molybdenum, vanadium, tungsten and others .
  • the block body is preferably produced by means of a casting or injection molding process.
  • the inflow openings preferably have a diameter of 12-28 mm and particularly preferably a diameter of 16-22 mm.
  • FIG. 6 shows a longitudinal section along the longitudinal axis L through the block body 3 from FIG. 1 , the distribution element not being shown in a front region 76 of the cavity 50 .
  • the bottom 51 is designed as an integral part of the block body 3 and together with the bottom plate 53 delimits the cavity 50 at the bottom.
  • the cavity 50 is further delimited by the rear wall 68 and the front wall 15 .
  • the base plate 53 has the air supply openings 21 analogously to the upper wall 5 .
  • the air supply openings 21 widen concentrically from the upper wall 5 to the base plate 53 .

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Abstract

Gekühlter Rostblock (1) als Teil eines Rostes für eine Anlage zur thermischen Behandlung von Abfall, umfassend: einen als Gussteil ausgebildeten Blockkörper (3) mit einer äusseren Auflagefläche (7) für den zu behandelnden Abfall, einen direkt unterhalb der Auflägefläche (7) angeordneten flächigen Hohlraum (50) zur Aufnahme eines Kühlfluids, eine Fluidzufuhrleitung (52) und eine Fluidabflussleitung (54), welche mit dem Hohlraum (50) verbunden sind, mindestens ein im Hohlraum (50) angeordnetes Umlenkungselement (66), um ein Kühlfluid im Hohlraum (50) von der Fluidzufuhrleitung (52) zur Fluidabflussleitung (54) zu lenken, und ein im stirnseitigen Bereich (11) des Hohlraums (50) angeordnetes Verteilelement (74) zur Verteilung des durch die Fluidzufuhrleitung (52) in den Hohlraum (50) eingespeisten Kühlfluids.

Description

Wassergekühlter Rostblock für eine Verbrennungsanlage
Verbrennungsroste für die grosstechnische Verbrennung von Abfall sind dem Fachmann seit langer Zeit bekannt . Solche Verbrennungsroste können etwa in Form von Schubverbrennungsrosten vorliegen, welche bewegliche Teile umfassen, um, Schürhübe auszuführen . Dabei wird das Brenngut in Transportrichtung von einem einlassseitigen Ende des Verbrennungsrosts zu einem auslassseitigen Ende hin gefördert und währenddessen verbrannt . Um den Verbrennungsrost mit dem für die Verbrennung erforderlichen Sauerstoff zu versorgen, sind entsprechende durch den Verbrennungsrost hindurchführende Luft Zuführungen vorgesehen, über die die Luft - auch Primärluft genannt - eingeführt wird .
Ein häufig verwendeter Verbrennungsrost stellt der sogenannte Treppenrost dar . Dieser umfasst nebeneinander angeordnete Rostblöcke , die j eweils eine Rostblockreihe bilden . Die Rostblockreihen sind dabei treppenartig übereinander angeordnet , wobei bei sogenannten Vorschubrosten das in Schubrichtung betrachtet vordere Ende eines Rostblocks auf einer Auflagefläche des in Transportrichtung benachbarten ( darunterliegenden) Rostblocks aufliegt und bei entsprechender Schubbewegung auf dieser Auflagefläche bewegt wird .
Durch das über die Rostblöcke geförderte Brenngut sind erstere im Allgemeinen einem relativ hohen Verschleiss ausgesetzt . Im vorderen Bereich eines j eweiligen Rostblocks wird das Brenngut j eweils von der Auflagefläche über eine entsprechende Abwurfkante ( auch Nase genannt ) auf die Auflagefläche des nachfolgenden bzw . untenliegend benachbarten Rostblocks abgeworfen . Der mechanische Abrieb durch das Brenngut ist dabei gerade in diesem vorderen Endbereich der Auflagefläche besonders hoch .
Aufgrund der hohen Temperaturen bei der Verbrennung bzw . im Feuerraum sind die Rostblöcke ferner einer sehr starken thermischen Belastung ausgeset zt . Im Normalbetrieb des Verbrennungsrosts ist diese thermische Belastung insbesondere im Bereich der Auflagefläche hoch, obschon das auf dem Rostblock liegende Verbrennungsgut bis zu einem gewissen Grad isolierend wirkt . Temperaturspitzen und damit einhergehende Belastungsspit zen treten besonders dann auf , wenn das Brenngut ungleichmässig auf dem Verbrennungsrost verteilt ist und aufgrund dessen an einigen Stellen nur eine dünne Isolierschicht bildet oder wenn diese Isolierschicht gänzlich fehlt . Die thermische Belastung fördert die Erosion durch Abrieb und an der Auflagefläche stattfindende chemische Reaktionen, welche die Auflagefläche weiter beschädigen . Dies führt alles letztendlich zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Rostblocks .
Um die thermische Belastung zu reduzieren, werden die Roststäbe normalerweise mit einem Kühlmittel bzw . Kühlfluid von unten, also auf der der Verbrennung entgegengeset zten Seite des Verbrennungsrostes , gekühlt . Als Kühlmittel kommen in der Regel Wasser oder Luft zum Einsatz , weshalb auch oft von lüft- oder wassergekühlten Rostblöcken gesprochen wird . Die Art der Kühlung bzw . der Kühlmittelzufuhr ist Gegenstand einer Vielzahl von Patentanmeldungen bzw . Patenten :
Die EP 1 760 400 Bl offenbart ein wassergekühltes Rostelement aus Gussstahl mit Umlenkorganen, welche mäanderförmige Wasserführkanäle ausbilden . Der Nachteil einer solchen Wasserführung ist , dass die Kühlleistung direkt oberhalb der Umlenkorgane beeinträchtigt ist , da die Kühlflüssigkeit dort keinen Kontakt zur oberen Wand hat und somit die durch die Verbrennung erzeugte Wärme nicht abtransportieren kann . Folglich entsteht an diesen Stellen eine Verbrennungsfläche mit sogenannten «Wärme- Hotspot s» .
Die DE 10 2015 101 356 Al und die EP 1 315 936 Bl offenbaren einen Roststab mit einer Kühlschlange , welche sich parallel zur Verbrennungsoberfläche und zur vorderen Wand erstreckt .
EP 0 811 803 Bl offenbart gekühlte Rostblöcke , bei welchen die Kühlleitungen rechtwinklig zur Vorschubrichtung verlaufen und ausserhalb der Rostblöcke mittels Halterungen umgelenkt werden .
Bei der Kühlung mittels den bekannten Kühlkanälen oder Kühlleitungen werden bei Weitem nicht der ganze Bereich der Verbrennungsoberfläche abdeckt , was die Entstehung der oben erwähnten «Wärme-Hotspots» begünstigt .
Um eine möglichst hohe Kühlleistung zu erreichen, steht die Maximierung der für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Oberfläche im Vordergrund . Bei flüssigen Kühlmitteln ist weiter ein möglichst gleichmässiger Fluss des Kühlmittels von zentraler Bedeutung . Andernfalls können in den Kühlleitungen Verwirbelungen und Blasenbildung entstehen, wodurch die Kühlleistung der Rostblöcke sinkt .
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen und einen Rostblock bereitzustellen, bei welchem die gekühlte Fläche anteilsmässig maximiert und gleichzeitig das Auftreten von Verwirbelungen im Kühlmittelstrom reduziert wird, damit die Kühlleistung weiter verbessert werden kann .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Rostblock gemäss Anspruch 1 und einem Rost gemäss Anspruch 16 gelöst . Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben .
Die Erfindung betrifft einen gekühlten Rostblock als Teil eines Rostes für eine Anlage zur thermischen Behandlung von Abfall . In diesem Rost sind die Rostblöcke üblicherweise treppenartig übereinander angeordnet und derart ausgestaltet , dass sie mittels relativ zueinander ausgeführter Schubbewegungen das Brenngut während der Verbrennung umschichten und fördern . Dabei umfasst der erfindungsgemässe Rostblock einen als Gussteil ausgebildeten Blockkörper mit einer oberen Wand . Die obere Wand bildet eine mindestens teilweise parallel zu einer Längsachse L des Blockkörpers verlaufende äussere Auflagefläche für den zu behandelnden Abfall aus . Weiter umfasst der erfindungsgemässe Rostblock einen direkt unterhalb der Auflagefläche angeordneten flächigen Hohlraum zur Aufnahme eines Kühlfluids . Der flächige Hohlraum wird dabei oberseitig durch die obere Wand, stirnseitig durch eine vordere Wand, unterseitig durch einen Boden, rückseitig durch eine hintere Wand und seitlich durch Seitenwände begrenzt , wobei der Boden zumindest teilweise durch eine Bodenplatte gebildet wird . Weiter umfasst der erfindungsgemässe Rostblock eine Fluidzufuhrleitung und eine Fluidabflussleitung, welche beide mit dem Hohlraum verbunden sind, sowie mindestens ein im Hohlraum angeordnetes Umlenkungselement , um das Kühlfluid im Hohlraum von der Fluidzufuhrleitung zur Fluidabflussleitung zu lenken . In einem stirnseitigen Bereich des Hohlraums des erfindungsgemässen Rostblocks befindet sich weiter ein Verteilelement zur Verteilung des durch die Fluidzufuhrleitung in den Hohlraum eingespeisten Kühlfluids .
Bevorzugt befindet sich das mindestens eine Umlenkelement im Hohlraum in einem rückseitigen Bereich der hinteren Wand .
Als treppenartig übereinanderliegende Rostblöcke werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Rostblöcke auf einem Rost definiert , welche wie die Stufen einer auf- oder absteigenden Treppe angeordnet sind .
Unter dem Betriff "relativ zueinander ausführbare Schubbewegungen" werden Schubbewegungen verstanden, die parallel zur Längsachse des aus Rostblöcken bestehenden Rostes ausgeführt werden können . Die Bewegungsrichtung verläuft bei einem treppenförmigen Rost somit parallel zur Neigung bzw . Steigung des Rostes .
Die "Längsachse des Rostblocks" bezeichnet dabei eine Achse , welche sich parallel zur Achse des treppenförmigen Rostes also von der vorderen Wand zur hinteren Wand des Rostblockes - erstreckt und somit parallel zur Schubrichtung des zu behandelnden Abfalls verläuft . Wird der Rostblock so ausgerichtet , dass die Längsachse und eine dazu rechtwinklig verlaufende Breitenachse in der Horizontalebene angeordnet sind, dann ist die vordere Wand vorzugsweise wenigstens annähernd in der Vertikalebene angeordnet .
Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird als "Auflagefläche" eine Fläche verstanden, die auf der äusseren Oberseite , also auf der gegenüberliegenden Seite des Hohlraums , angeordnet ist und auf welcher der zur thermischen Behandlung vorgesehene Abfall (Brenngut ) aufliegt . Wie eingangs erwähnt ist diese Auflagefläche in Verbrennungsanlagen bekanntlich einer erhöhten thermischen Belastung ausgesetzt und anfällig für Erosionen und Anbackungen von Verbrennungsprodukten .
Als Fluidstrom bzw . Kühlfluidstrom wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung ein Strom von Kühlfluid vorzugsweise Wasser - definiert , welcher von der
Fluidzufuhrleitung zur Fluidabflussleitung oder umgekehrt durch den Hohlraum geleitet wird .
Unter dem Begriff " flächiger Hohlraum" wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der Hohlraum eine Form aufweist , deren Ausdehnung in horizontaler Richtung (Länge und Breite ) grösser ist als in vertikaler Richtung (Höhe ) . Bevorzugt weist der Hohlraum zumindest abschnittsweise eine quaderförmige Form auf , mit der grössten Fläche parallel zur Auflagefläche . Insbesondere sind im flächigen Hohlraum keine Rohrleitungen vorgesehen, welche das Fluid von der Fluidzufuhrleitung zu der Fluidabflussleitung transportieren .
Als Fluidzufuhrleitung und Fluidabflussleitung werden im Folgenden Leitungen verstanden, welche dazu geeignet sind, Kühlfluid in den Hohlraum zu leiten und aus diesem abzuleiten . Es sei hier ausdrücklich die Möglichkeit erwähnt , dass der Fluidstrom j eweils in beide Richtungen fliessen kann, also durch beide Leitungen abwechselnd zugeführt und abgeführt werden kann .
Als Stirnseite oder stirnseitig wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass es sich dabei um die Seite im Bereich der vorderen Wand handelt .
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird als Verteilelement ein Hindernis definiert , welches derart ausgebildet ist , dass es eine Beschränkung und/oder Richtungsänderung des Flusses und damit eine Verteilung des einströmenden Kühlfluids ermöglicht . Die Verteilung des Kühlfluids erfolgt bevorzugt vor oder im Bereich des Eintritts des Kühlfluids in den flächigen Hohlraum . Dabei kann das Verteilelement verschiedene Formen aufweisen, wie weiter unten noch ausführlicher erläutert wird .
Der erfindungsgemässe Rostblock hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil , dass der im Hohlraum einströmende Kühlfluidstrom dank des Verteilelements gleichmässig über die Breite des Hohlraums verteilt werden kann . Dies bewirkt , dass die Entstehung von Kühlfluidverwirbelungen und Schaumbildung reduziert oder sogar ganz verhindert werden kann, was zu einer erhöhten Kühlleistung des Rostblocks führt . Die erhöhte Kühlleistung bringt den Vorteil , dass die thermische Belastung und Abnutzung der Rostblöcke verringert wird und ausserdem weniger Ausbrandstoffe an den Rostblöcken angebacken werden, wodurch diese seltener gereinigt und gewartet werden müssen . Dies führt abschliessend dazu, dass weniger Wartungsarbeiten durchgeführt werden müssen, und somit die Verbrennungsanlage wirtschaftlich rentabler betrieben werden kann .
Wie oben beschrieben weist der flächige Hohlraum in der Regel keine Rohrleitungen auf , welche eine gleichmässige Verteilung des Kühlfluids im Hohlraum beeinträchtigen könnten und damit die Kühlleistung reduzieren würden .
Bevorzugt erstreckt sich das Verteilelement zumindest abschnittweise entlang einer Breitenachse , welche wenigstens annähernd parallel zur vorderen Wand verläuft . Dies ermöglicht eine regelmässige Verteilung des Kühlfluids über die Breite des flächigen Hohlraums ( oder eines Kompartiments des flächigen Hohlraums ) .
In einer bevorzugten Ausführungsform des Rostblocks ist der flächige Hohlraum mit einer stirnseitigen Kammer verbunden . Besagte Kammer erstreckt sich bevorzugt im Wesentlichen parallel zur - und bevorzugt zumindest über die Hälfte der Länge der - vorderen Wand . Bevorzugt ist sie derart ausgebildet , dass der Kühlfluidzufluss in den flächigen Hohlraum bzw . der Kühlfluidabfluss aus dem flächigen Hohlraum durch die Kammer erfolgt . Eine solche Ausführungsform ist in der angefügten Figur 2 dargestellt .
Der flächige Hohlraum und die Kammer sind bevorzugt über mehrere Zuflussöffnungen miteinander verbunden . Dies ermöglicht bevorzugt eine Vor-Verteilung des Kühlfluids bevor dieses auf das Verteilelement trifft und trägt somit ebenfalls zu einer besseren Verteilung des Kühlfluids im flächigen Hohlraum bei .
Ebenfalls ermöglicht die Einspeisung des Kühlfluids durch die Kammer in den Hohlraum, dass die vordere Wand, welche öfters auch als Nase bezeichnet wird, ebenfalls gekühlt wird . Obwohl die vordere Wand meist einer etwas geringeren thermischen Belastung ausgesetzt ist als die Auflagefläche , trägt ihre Kühlung dazu bei , Anbackungen von Flugasche oder anderen Verbrennungsprodukten zu vermeiden .
In einer bevorzugten Ausführungsform des Rostblocks weist der flächige Hohlraum eine sich vom Boden zur oberen Wand erstreckende Trennwand auf . Diese Trennwand erstreckt sich vorzugsweise von der vorderen Wand in Richtung der hinteren Wand des Hohlraums und bildet vorzugsweise im Bereich der hinteren Wand einen Durchlass aus , so dass der Hohlraum in zwei fluidleitend verbundene Kompartimente unterteilt wird .
Aufgrund der Trennwand fliesst der Fluidstrom somit bevorzugt durch ein erstes Kompartiment des Hohlraums , welches sich von der vorderen Wand entlang der Längsachse über eine gewünschte Länge des Hohlraums erstreckt . Im Bereich der hinteren Wand wird der Fluidstrom durch den Durchlass geleitet , wodurch er umgelenkt wird und durch ein an das erste Kompartiment angrenzendes , zweites Kompartiment in entgegengesetzter Richtung, d . h . in Richtung zur vorderen Wand, zurückfliesst . Dank der Trennwand werden auch die rückseitigen Bereiche des Hohlraums ausreichend mit frischem Kühlfluid versorgt , so dass die Kühlleistung auch in diesen Bereichen gewährleistet wird .
Es wurde festgestellt , dass bei bekannten wassergekühlten Rostblöcken durch den Kühlfluidstrom Luft in den Hohlraum befördert und dort als Lufteinschlüsse allenfalls in Ecken oder schlecht zugänglichen Stellen hängen bleiben können . Aufgrund der geringeren Dichte von Luft im Vergleich zu Wasser sammeln sich etwaige Lufteinschlüsse bevorzugt an der Oberseite des Kühlraums an und da die Wärmeleitfähigkeit von Luft wesentlich geringer ist als diej enige von Wasser, führen solche Lufteinschlüsse zu einer verminderten Kühlleistung des Rostblocks . Der erfindungsgemässe Rostblock umfasst im Falle eines flüssigen Kühlfluids deshalb bevorzugt mindestens eine Entlüftungsöffnung zur Entlüftung des Hohlraums bzw . der Kompartimente , um solche etwaigen Lufteinschlüsse aus dem Rostblock zu befördern . Gleichzeitig wird durch die Entlüftung des Hohlraums bzw . der Kompartimente verhindert , dass Luft mit dem Kühlfluid über die gesamte Länge des Fluidstroms mitgetragen wird .
Falls der Hohlraum über eine Trennwand in Kompartimente unterteilt ist , so ist die Entlüftungsöffnung bevorzugt in der Trennwand, vorzugsweise im Bereich der vorderen Wand ausgebildet , um eine Entlüftung des Hohlraums bzw . der durch die Trennwand geschaffenen Kompartimente zu ermöglichen .
Bevorzugt hat die Entlüftungsöffnung einen Durchmesser von 2 - 12 mm, besonders bevorzugt von 4 - 5 mm . Diese Grösse ermöglicht es , dass der Rostblock inkl . Entlüftungsöffnung mit den bekannten Gussverfahren erzeugt werden kann .
In einer bevorzugten Ausführungsform des Rostblocks verläuft die Trennwand wenigstens annähernd parallel zu einer der Seitenwände und ist bevorzugt mittig im Hohlraum angeordnet . In dieser Ausführungsform teilt die Trennwand den flächigen Hohlraum somit in zwei wenigstens annähernd gleich grosse Kompartimente . So wird gewährleistet , dass der Fluidstrom gleichmässig durch Hohlraum bzw . durch die Kompartimente fliesst und nicht aufgrund einer Änderung der Hohlraum- bzw . Kompartimentgeometrie beschleunigt oder verlangsamt wird . Somit wird verhindert , dass durch eine Beschleunigung oder Verlangsamung des Fluidstroms innerhalb des Hohlraums bzw . der Kompartimente Verwirbelungen entstehen .
Bevorzugt sind die Fluidzufuhrleitung und die Fluidabflussleitung im Bereich der vorderen Wand mit dem flächigen Hohlraum verbunden . Durch die Verbindung der Fluidzufuhrleitung und der Fluidabflussleitung mit dem Hohlraum im vorderseitigen bzw . stirnseitigen Bereich wird unterhalb des Blockkörpers ein möglichst grosser Raum frei .
Bevorzugt weisen sowohl die Fluidzufuhrleitung als auch die Fluidabflussleitung einen Innendurchmesser von 20 - 32 mm, bevorzugt 22 - 30 mm und besonders bevorzugt 26 - 28 mm, auf . Leitungsdurchmesser dieser Größe haben den Vorteil , dass sich für die übliche Kühlfluidumlaufmenge eine Fliessgeschwindigkeit ergibt , bei welcher die Strömung das ganze Leitungssystem des Rostblocks inkl . Hohlraum automatisch entlüftet . Je nach Ausführungsform kann sich das Verteilelement über die gesamte Breite des Hohlraums erstrecken oder auch nur nur über Teile davon .
In einer bevorzugten Ausführungsform des Rostblocks ist das Verteilelement so ausgebildet , dass es lediglich einen eingeschränkten Durchfluss von Kühlfluid vorbei am Verteilelement - oder darüber hinweg - erlaubt , um ein gleichmässiges Verteilen des Kühlfluids innerhalb des Hohlraums zu ermöglichen . Diese gleichmässige Verteilung des Kühlfluidstroms ermöglicht eine erhöhte Kühlleistung, da Verwirbelungen der Kühlflüssigkeit und Schaumbildung vermindert oder verhindert werden .
In einer konkreten bevorzugten Ausführungsform trifft das durch die Fluidzufuhrleitung einströmende Kühlfluid zuerst auf das Verteilelement , wodurch Verwirbelungen beruhigt werden . Dabei kann das Wasser bevorzugt durch Öffnungen im Verteilelement ( sofern vorhanden) oder darüber hinweg oder drumherum strömen .
In einer bevorzugten Ausführungsform des Rostblocks ist das Verteilelement in Form eines Prallblechs oder einer Prallplatte ausgebildet . Weitere bevorzugte Ausführungsformen umfassen ein Verteilelement das als Buckel , Blende , Lochplatte oder Querbalken ausgebildet ist . Dabei verläuft die Längsachse des Verteilelements bevorzugt annähernd parallel zur vorderen Wand .
Ist das Verteilelement als Buckel ausgebildet , bedeutet dies , dass das Verteilelement in Breitenrichtung, also parallel zur vorderen Wand einen hügel- oder schanzenförmigen Querschnitt aufweist . Das Kühlfluid fliesst somit senkrecht zur vorderen Wand und entgegengeset zt zur Bewegungsrichtung des Verbrennungsguts über das Verteilelement .
Im Falle einer Lochplatte wird hier verstanden, dass das Verteilelement aus einer Platte besteht , welche eine dem Fluidstrom zugewandte Frontfläche mit mindestens einer Öffnung aufweist , durch welche der Fluidstrom geleitet wird .
Im Falle eines Querbalkens wird hier verstanden, dass das Verteilelement eine Wand oder einen Balken ausbildet , über oder unter welchem das Kühlfluid fliessen kann . Bevorzugt erstreckt sich der Balken dabei entlang der gesamten Breite des Rostblocks und wenigstens annähernd parallel zur vorderen Wand .
Wie oben erwähnt ermöglicht das Verteilelement eine gleichmässige Verteilung des Kühlfluidstroms über die möglichst die gesamte Breite des Hohlraums und im Falle , dass der Hohlraum Kompartimente aufweist , über die Breite der Kompartimente . Diese gleichmässige Verteilung des Kühlfluidstroms erlaubt eine erhöhte Kühlleistung, da Verwirbelungen des Kühlfluids und Schaumbildung vermindert oder verhindert werden können . Die Verteilung erfolgt in der Regel im Bereich des Eintritts des Kühlfluids in den Hohlraum und kann mithilfe eines formmässig einfach gestalteten Verteilelements erreicht werden . Das Verteilelement kann vorzugsweise mitgegossen oder als separates Bauteil nachträglich eingesetzt werden .
Weiter erstreckt sich das Verteilelement in Breitenrichtung bevorzugt mindestens über die Breite eines Öf fnungsquerschnitts der Fluidzufuhrleitung . In einer bevorzugten Ausführungsform des Rostblocks ist das Verteilelement mit dem Boden und/oder oberseitig mit der oberen Wand verbunden . Falls das Verteilelement als Querbalken ausgebildet ist , bildet dieses mit der oberen Wand und/oder dem Boden bevorzugt eine schlitzartige Fluiddurchlass-Öffnung . Besonders bevorzugt ist die Fluiddurchlass-Öffnung zwischen einem oberen Rand des Querbalkens und der oberen Wand ausgebildet . Die Fluiddurchlass-Öffnung hat dabei bevorzugt eine lichte Weite von 1 bis 15 mm bevorzugt , 2 bis 10 mm und besonders bevorzugt 3 bis 6 mm.
Hinsichtlich einer gleichmässigen Verteilung des in den Hohlraum eintretenden Kühlfluidstroms hat sich die oben beschriebene Ausführungsform des Verteilelementes als Querbalken mit den obenstehenden Eigenschaften als besonders effektiv erwiesen .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Rostblocks befindet sich das Verteilelement im Mündungsbereich der mindestens einen Zuflussleitung . Es wurde festgestellt , dass Verwirbelungen im Kühlfluid besonders häufig beim Eintritt in den Hohlraum - also im Mündungsbereich der Zuflussleitung auftreten . Da die thermische Belastung im vorderen Bereich des Rostblocks besonders hoch ist , wirkt sich dort eine durch Lufteinschlüsse verminderte Kühlleistung doppelt negativ aus . Bei einer Anordnung des Verteilelement im Mündungsbereich der Zuflussleitung wird beim Eintritt des Kühlfluids in den Hohlraum eine rasche Beruhigung erreicht . Bevorzugt umfasst das Verteilelement ein buckel- , schanzen- oder hügelartiges Hindernis , welches den Fluss des Kühlfluids aus der Fluidzufuhrleitung einschränkt oder ablenkt . Das Verteilelement hat dabei bevorzugt eine Höhe von 5 - 15 mm, besonders bevorzugt 8 - 12 mm und ganz besonders bevorzugt 10 mm und eine Breite von bevorzugt 20 - 40 mm, besonders bevorzugt 25 - 35 mm und ganz besonders bevorzugt 30 mm .
Die Kombination aus buckelförmigem bzw . schanzen- oder hügelartigem Verteilelement , welches sich im Mündungsbereich der Zuflussleitung befindet , hat sich bei der Verteilung des Kühlfluidstroms im Hohlraum als höchst effektiv erwiesen . Weiter ist die Fertigung eines solchen Verteilelements mit den bekannten Gussverfahren einfach zu bewerkstelligen und daher bevorzugt .
Für den Fall , dass das Verteilelement als Querbalken ausgebildet ist , hat das Verteilelement bevorzugt eine Fläche , welche mindestens 50% der vertikalen Querschnittf läche des Hohlraums oder des j eweiligen Kompartiments beträgt .
Der Querbalken weist bevorzugt eine Dicke von 2 mm bis 10 mm und eine Länge von 50 mm bis 250 mm auf .
Für den Fall , dass das Verteilelement als Querbalken ausgebildet ist , erstreckt sich dieser bevorzugt über mindestens 50% , bevorzugt über mindestens 75% und besonders bevorzugt über mindestens 90% der Breite des Hohlraums , bzw . des j eweiligen Kompartiments . In einer bevorzugten Ausführungsform des Rostblocks weist die obere Wand und/oder die vordere Wand mindestens eine Luftzufuhröffnung auf . Diese Luftzufuhröffnung ermöglicht es , zusätzlich Luft in den Verbrennungsraum zu befördern, um eine optimale Verbrennung zu gewährleisten . Ausgehend von der oberen Wand kann sich die Luftzufuhröffnung nach unten konzentrisch erweitern (vulkanförmig ) , wodurch ein Verstopfen der Luft zufuhröffnung mit thermisch behandeltem Abfall verhindert wird . Solche vulkanförmigen Luftzufuhröffnungen sind vorzugsweise in der oberen Wand angeordnet . Ferner haben sie bevorzugt einen ovalen Öf fnungsquerschnitt mit einem Durchmesser von 33 - 45 mm zu 4 - 12 mm . Ausserdem erweitern sie sich bevorzugt in Richtung der Bodenplatte in einem Winkel von 18 - 22 ° bis zu einem kleineren Durchmesser von 22 - 28 mm .
Der Blockkörper ist bevorzugt einstückig als Gussteil hergestellt und umfasst bevorzugt auch ein Stück des Bodens . Die Bodenplatte , welche bevorzugt zumindest teilweise den Boden bildet , ist bevorzugt mit dem Blockkörper verschweisst und begrenzt so den Hohlraum . Das heisst , dass bevorzugt ein Teil des Bodens als integraler Bestandteil des Blockkörpers ausgebildet ist und der Hohlraum ferner bodenseitig zumindest teilweise durch die Bodenplatte begrenzt wird . Dies ermöglicht eine einfache Fertigung des Hohlraums , da das Gussteil in einem Schritt gegossen werden kann und der Hohlraum anschliessend durch das Befestigen, bevorzugt durch Auf Schweissen, der Bodenplatte gebildet werden kann . Eine solche Herstellung des Blockkörpers ist besonders günstig und macht den Blockkörper besonders langlebig und wartungsarm . Es ist dem Fachmann selbstverständlich bewusst , dass das Gussteil vor dem Befestigen der Bodenplatte noch weiterbearbeitet werden kann, beispielsweise durch Einsat z eines Strahlmittels .
In einer bevorzugten Ausführungsform des Rostblocks erstreckt sich der Hohlraum über mindestens 2 /3 der Länge der Auflagefläche . Weiter erstreckt sich der Hohlraum bevorzugt über mindestens 3 /4 der Breite der Auflagefläche . So wird gewährleistet , dass eine möglichst grosse Fläche für den Wärmeaustausch zur Verfügung steht .
Der Hohlraum sollte dabei bevorzugt mindestens die Auflagefläche für den zu behandelnden Abfall abdecken, sodass keine thermisch beanspruchte , ungekühlte Fläche des Blockkörpers entsteht .
Bevorzugt hat das Kühlfluid während des Betriebs des Rostblocks , also während der Verbrennung von hochkalorischem Abfall wie Hausmüll oder Gewerbemüll , eine Temperatur von 20 - 140 °C, wodurch Betriebstemperaturen für den Rostblock von bis zu 250 ° C erreicht werden . Weiter wird als Kühlfluid - bevorzugt Wasser - aus einem geschlossenen Kreislauf verwendet , um den Eintrag von Sauerstoff und damit die Entstehung von Korrosion zu verhindern . Bei Verwendung von Wasser als Kühlfluid weist dieses bevorzugt keinen oder lediglich einen geringen
Anteil von Kalk auf .
Die Erfindung betrifft weiter einen Rost umfassend mehrere der oben beschriebenen Rostblöcke . Im Folgenden wird die Erfindung anhand einiger in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert . Wenn alternative Ausführungsformen sich nur in einzelnen Merkmalen unterscheiden, wurden für die gleichbleibenden Merkmale j eweils dieselben Bezugs zeichen verwendet . Es zeigen j eweils rein schematisch :
Fig . 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Rostblocks ;
Fig . 2 eine perspektivische Ansicht einer
Ausführungsform eines flächigen Hohlraums ;
Fig . 3 eine perspektivische Ansicht einer
Ausführungsform des Rostblocks aus Fig . 1 mit dem flächigen Hohlraum aus Fig . 2 ;
Fig . 4a einen Längsschnitt entlang der Längsachse L durch eine Ausführungsform eines vorderen Bereichs des Blockkörpers aus Fig . 1 ;
Fig . 4b einen Längsschnitt entlang der Längsachse L durch eine Ausführungsform eines vorderen Bereichs des Blockkörpers aus Fig . 1 ;
Fig . 5 einen Querschnitt entlang Breitenachse Q durch eine Ausführungsform eines vorderen Bereichs des Blockkörpers aus Fig . 1 ; und Fig . 6 einen Längsschnitt entlang der Längsachse L durch eine Ausführungsform des Blockkörpers aus Fig . 1 .
Der in Fig . 1 abgebildete erfindungsgemässe Rostblock 1 dient der thermischen Behandlung von Abfall als Verbrennungsgut (nicht dargestellt ) , welcher in einer Bewegungsrichtung B über den Rost bewegt bzw . gefördert wird . Der Rostblock 1 umfasst einen Blockkörper 3 mit einer oberen Wand 5 und Seitenwänden 6. Die obere Wand 5 umfasst eine äussere Auflagefläche 7 , welche sich entlang einer Längsachse L des Rostblocks 1 von einem hinteren Bereich 9 des Blockkörpers 3 in Richtung eines vorderen Bereichs 11 des Blockkörpers 3 erstreckt . Weiter umfasst der Blockkörper 3 im vorderen Bereich 11 einen abgerundeten Überhang 13 , ( im Weiteren als Nase bezeichnet ) , welchen den vorderen Bereich 11 mit einer vorderen Wand 15 verbindet .
In einer nicht gezeigten Rost-Anordnung, in welcher mehrere einzelne Rostblöcke 1 treppenartig übereinander angeordnet sind, liegt eine an die vordere Wand 15 angrenzende Gleitfläche 17 auf der Auflagefläche 7 eines weiteren Rostblocks auf (nicht dargestellt ) . Mithilfe von relativ zueinander ausgeführten Schubbewegungen wird thermisch behandelter Abfall in Bewegungsrichtung B befördert . Hierzu gleiten die Gleitflächen 17 auf den Auflageflächen 7 der darunter angeordneten Rostblöcke (nicht dargestellt ) . Die relativen Schubbewegungen werden entlang der Längsachse L ausgeführt und durch eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung angetrieben, welche die Bewegung über eine Halterung 19 an den Blockkörper überträgt . In einer solchen Rost-Anordnung können mehrere Rostblöcke nebeneinander liegen, sodass die Seitenwände 6 des Rostblocks 1 , an die Seitenwände anderer Rostblöcke angrenzen .
Der Blockkörper 3 umfasst Luftzufuhröffnungen 21 , 23 , die in der vorderen Wand 15 und der oberen Wand 5 angeordnet sind und durch welche der thermisch behandelte Abfall zur Förderung der Verbrennung mit Luft versorgt werden kann . Ausführungsformen, welche keine Luftzufuhröffnungen aufweisen sind ebenfalls denkbar , j edoch hier nicht dargestellt . Die Luft zufuhröffnungen 23 in der oberen Wand 5 sind bevorzugt als sich nach unten erweiternde Durchgänge ausgebildet , sodass Teile des zu behandelnden Abfalls bei einem möglichen Durchtritt nicht in der
Öffnung hängenbleiben .
Der Blockkörper 3 umfasst ferner einen flächigen Holraum 50 . Wie in Fig . 2 dargestellt , wird der flächige Hohlraum 50 gegenüberliegend der oberen Wand 5 des Blockkörper 3 durch einen Boden 51 und eine Bodenplatte 53 begrenzt . Dabei umfasst der Hohlraum 50 weiter eine Fluidzufuhrleitung 52 und eine Fluidabflussleitung 54 , welche j eweils mit einer Kammer 56 verbunden sind . Die Kammer 56 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur vorderen Wand 15 ( Fig . 1 ) und ist über Zuflussöffnungen 58 mit dem flächigen Hohlraum 50 verbunden . Der flächige Hohlraum 50 umfasst weiter eine Trennwand 60 , welche sich von der vorderen Wand (Bezugs zeichen 15 in Fig . 1 ) in Richtung einer hinteren Wand 68 ( Fig . 3 ) erstreckt und einen Durchlass 64 ausbildet , sodass der Hohlraum 50 in zwei Kompartimente 62 unterteilt wird .
Fig . 3 zeigt eine Ansicht von unten auf einen Schnitt durch den Rostblock 1 aus Fig . 1 im Zusammenhang mit dem in Fig . 2 beschriebenen flächigen Hohlraum 50 . Die Bodenplatte 53 aus Fig . 2 , welche den Hohlraum 50 begrenzt , wurde hier entfernt . Der flächige Hohlraum 50 umfasst Umlenkungselemente 66 , welche den Fluidstrom von der Fluidzufuhrleitung 52 ( Fig . 2 ) zur Fluidabflussleitung 54 ( Fig . 2 ) umlenken . In Fig . 3 ist ebenfalls gut ersichtlich, wie der flächige Hohlraum 50 im hinteren Bereich 9 des Blockkörpers 3 von den Seitenwänden 6 und der hinteren Wand 68 begrenzt wird . Weiter ist in Fig . 3 gut sichtbar , dass die Luftzufuhröffnungen 23 von der oberen Wand durch den flächigen Hohlraum 50 hindurchgehen .
Fig . 4a und 4b zeigen einen Längsschnitt entlang der Längsachse L durch den vorderen Bereich des Blockkörpers aus Fig . 1 mit den Luftzufuhröffnungen 21 in der vorderen Wand 15 . Weiter ist ersichtlich, dass die Trennwand 60 , welche den Hohlraum 50 unterteilt , eine Öffnung 70 auf weist , welche der Entlüftung der durch die Trennwand 60 geschaffenen Kompartimente 62 dient . Die Zuflussöffnung 58 umfasst in einem dem Hohlraum 50 zugewandten Mündungsbereich 72 ein Verteilelement 74 , welches hier als buckel- oder hügelartiges Hindernis ausgebildet ist . Der Fluidstrom, welcher über die Zuflussöffnung 58 in den Hohlraum 50 geleitet wird, wird mithilfe des Verteilelements 74 verteilt , sodass sich innerhalb des flächigen Hohlraums 50 keine Verwirbelungen bilden, welche zu Schaumbildung bzw . Luftblasen und damit zu einer verminderten Kühlleistung führen würden . Der Boden 51 begrenzt den Hohlraum 50 nach unten . Nicht dargestellt ist die Bodenplatte 53 aus Fig . 2 , welche in Längsrichtung L an den Boden anschliessen würde . Das Verteilelement 74 könnte auch statt dem buckel- oder hügelartiges Hindernis als Querbalken ausgebildet sein (nicht dargestellt ) .
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch die vordere Wand 15 mit den in Fig . 2 gezeigten Kammern 56 , in welche die Fluidzufuhrleitung 52 bzw . die Fluidabflussleitung 54 münden . Das Kühlfluid strömt dabei durch die Fluidzufuhrleitung 52 in die Kammer 56 ein und verteilt sich über die Zuflussöffnungen 58 im Hohlraum (nicht dargestellt ) . Das Kühlfluid strömt nachdem es den Hohlraum passiert hat durch die Zuflussöffnungen 58 ' in die Kammer 56 ' und tritt durch die Fluidabflussleitung 54 aus dem Blockkörper 3 aus . Die Fluidabflussleitung 54 kann dabei mit einer weiteren Fluidzufuhrleitung eines weiteren Blockkörpers (nicht dargestellt ) verbunden sein .
Die dargestellten Blockkörper haben eine Länge in Längsrichtung L von 400 - 800 mm, bevorzugt 500 - 750 mm und besonders bevorzugt 650 - 700 mm . Die dargestellten Blockkörper haben eine Breite in Breitenrichtung Q von 280 - 500 mm, bevorzugt 320 - 460 mm und besonders bevorzugt 380 - 42 0mm. Die dargestellten Blockkörper haben eine Höhe in von 100 - 200 mm, bevorzugt 130 - 180 mm und besonders bevorzugt 150 - 160 mm . Der Blockkörper ist bevorzugt aus niedriglegiertem bis hochlegiertem Stahlguss gefertigt . Niedrig- bis hochlegierter Stahlguss enthält im Vergleich zu unlegiertem Stahlguss zusät zlich in wechselnden Anteilen Legierungselemente wie Chrom, Nickel , Molybdän, Vanadium, Wolfram und andere . Der Blockkörper wird bevorzugt mittels Guss- oder Spritzgussverfahren hergestellt . Die Zuflussöffnungen haben bevorzugt einen Durchmesser von 12 - 28 mm und besonders bevorzugt einen Durchmesser von 16 - 22 mm.
Figur 6 zeigt einen Längsschnitt entlang der Längsachse L durch den Blockkörper 3 aus Fig . 1 , wobei das Verteilelement in einem vorderen Bereich 76 des Hohlraums 50 nicht dargestellt ist . Der Boden 51 ist als integraler Teil des Blockkörpers 3 ausgebildet und begrenzt zusammen mit der Bodenplatte 53 den Hohlraum 50 nach unten . Weiter ist der Hohlraum 50 durch die hintere Wand 68 und die vordere Wand 15 abgegrenzt . Die Bodenplatte 53 weist dabei analog zur oberen Wand 5 die Luftzufuhröffnungen 21 auf . Die Luftzufuhröffnungen 21 erweitern sich dabei von der oberen Wand 5 konzentrisch zur Bodenplatte 53 hin .

Claims

- 24 - Patentansprüche
1. Gekühlter Rostblock (1) als Teil eines Rostes für eine Anlage zur thermischen Behandlung von Abfall, bei dem die Rostblöcke treppenartig übereinanderliegend angeordnet sind und derart ausgestaltet sind, um mittels relativ zueinander ausgeführter Schubbewegungen das Brenngut während der Verbrennung umzuschichten und zu fördern, umfassend einen als Gussteil ausgebildeten Blockkörper (3) mit einer oberen Wand (5) , die eine mindestens teilweise parallel zu einer Längsachse (L) des Blockkörpers (1) verlaufende äussere Auflagefläche (7) für den zu behandelnden Abfall bildet, einen direkt unterhalb der Auflagefläche (7) angeordneten flächigen Hohlraum (50) zur Aufnahme eines Kühlfluids, welcher oberseitig durch die obere Wand (5) , stirnseitig durch eine vordere Wand (15) , unterseitig durch einen Boden (51) , rückseitig durch eine hintere Wand (68) und seitlich durch Seitenwände (6) begrenzt ist, wobei der Boden (51) zumindest teilweise durch eine Bodenplatte (53) gebildet wird, eine Fluidzufuhrleitung (52) und eine Fluidabflussleitung (54) , welche mit dem Hohlraum (50) verbunden sind, mindestens ein im Hohlraum (50) angeordnetes Umlenkungselement (66) , um ein Kühlfluid im Hohlraum (50) von der Fluidzufuhrleitung (52) zur
Fluidabflussleitung (54) zu lenken, und ein in einem stirnseitigen Bereich (76) des Hohlraums (50) angeordnetes Verteilelement (74) zur Verteilung des durch die Fluidzufuhrleitung (52) in den Hohlraum (50) eingespeisten Fluids.
2. Rostblock gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verteilelement (74) zumindest abschnittweise entlang einer Breitenachse (Q) erstreckt, welche zumindest annähernd parallel zur vorderen Wand (15) verläuft.
3. Rostblock gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Hohlraum (50) mit einer stirnseitigen Kammer (56) verbunden ist, welche sich im Wesentlichen parallel zur vorderen Wand (15) erstreckt und durch welche der Kühlfluidzufluss in den flächigen Hohlraum (50) bzw. der Kühlfluidabfluss aus dem Hohlraum (50) erfolgt.
4. Rostblock gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Hohlraum (50) und die Kammer (56) über mehrere Zuflussöffnungen (58) miteinander verbunden sind.
5. Rostblock gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Hohlraum (50) eine sich vom Boden (51) zur oberen Wand (5) erstreckende Trennwand (60) aufweist, welche sich von der vorderen Wand (15) in Richtung der hinteren Wand (68) des
Hohlraums (50) erstreckt, im Bereich der hinteren Wand (68) einen Durchlass (64) ausbildet und den Hohlraum (50) in zwei fluidleitend verbundene Kompartimente (62) unterteilt.
6. Rostblock gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (60) im Bereich der vorderen Wand eine Öffnung (70) zur Entlüftung des Hohlraums (50) bzw. der durch die Trennwand (60) geschaffenen Kompartimente (62) aufweist.
7. Rostblock gemäss einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (60) wenigstens annähernd parallel zu einer der Seitenwände (6) verläuft.
8. Rostblock gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidzufuhrleitung (52) und die Fluidabflussleitung (54) im Bereich der vorderen Wand (15) mit dem flächigen Hohlraum (50) verbunden sind .
9. Rostblock gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilelement (74) bevorzugt in Form eines Buckels, einer Blende, einer Lochplatte oder eines Querbalkens ausgebildet ist, welcher bzw. welche mindestens annähernd parallel zur vorderen Wand (15) verläuft.
10. Rostblock gemäss einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilelement (74) sich in einem Mündungsbereich (72) zumindest einer der Zuflussöffnungen (58) befindet.
11. Rostblock gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilelement (74) einen schanzen- oder hügelartigen Vorsprung umfasst, - 27 - welcher den Fluss des Kühlfluids aus der
Fluidzufuhrleitung (52) einschränkt oder ablenkt.
12. Rostblock gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilelement (74) so ausgebildet ist, dass es lediglich einen eingeschränkten Durchfluss von Kühlfluid an dem Verteilelement (74) vorbei zulässt, um ein gleichmäßiges Verteilen des Kühlfluids innerhalb des Hohlraums (50) zu ermöglichen.
13. Rostblock gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Wand (5) und/oder die vordere Wand (15) mindestens eine Luftzufuhröffnung (21, 23) aufweist.
14. Rostblock gemäss einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockkörper (3) einstückig als Gussteil hergestellt ist und die Bodenplatte (53) zur Begrenzung des Hohlraums (50) bevorzugt mit dem Blockkörper (3) verschweisst ist.
15. Rostblock gemäss einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohlraum (50) über mindestens 2/3 der Länge und/oder über mindestens 3/4 der Breite der der Auflagefläche (7) erstreckt .
16. Rost umfassend mehrere Rostblöcke nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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