CH693802A5 - Process for Kuehlung of Roststaeben for Burn voltage rust and grate bar respectively rust here for. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Rosten von Verbrennungsanlagen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie einen Roststab und einen Rost hierfür nach den Oberbegriffen von Anspruch 3 und 9.
Für die Verbrennung unterschiedlicher Brennstoffe, wie Hausmüll, Industriemüll, Holzabfälle, feste, poröse und flüssige Brennstoffe sowie Brennstoffe mit hoher und niedriger Zündwilligkeit, kommen herkömmlicherweise Verbrennungsanlagen mit Feuerräumen zur Anwendung, in welchen der Brennstoff beispielsweise auf einen mechanisch betätigten Rost aufgebracht und darauf verbrannt wird.
Es sind nun Rostbelagskühlungen bekannt, bei welchen die Kühlung des Rostbelages durch die in unterhalb des Rostes positionierten Lufttrichtern vorbeiströmende Verbrennungsluft oder durch Zwangskühlung des Rostbelages durch die Verbrennungsluft, welche durch einen Raum, der aus dem Roststab und einem Leitblech gebildet ist, und in den Feuerraum gepresst wird, erfolgt. Diese bekannten Kühlarten sind von der Verbrennungsluftmenge abhängig, wobei die Luftaustritte des Rostes in den Feuerraum durch Asche, feste Metalle oder Schlacke verstopft werden können.
Damit ist einerseits die Kühlung des entsprechenden Belags nicht mehr gesichert und die Zufuhr von Verbrennungsluft entspricht nicht mehr der geforderten Menge für eine optimale Verbrennung. Überdies ist diese Kühlungsart mit dem Nachteil behaftet, dass die Verbrennungsluftmenge in erster Linie eine verfahrens-technische Funktion hat und nicht eine Kühlfunktion erfüllen muss. Eine Änderung der Verbrennungsluftmenge in Abhängigkeit der Kühlwirkung ist in der Regel nicht durchführbar. Damit ist die geforderte Kühlwirkung des Rostbelages nicht gewährleistet.
So ist beispielsweise aus DE 959 212 ein derartiger Rost bekannt, bei welchem die Verbrennungsluft zuerst als Kühlluft, welche durch ein in den Roststäben angeordnetes Kanalsystem geführt wird, genutzt wird. Wenn hier nun die seitlichen Schlitze verstopfen, so besteht nicht nur allein das Problem der ausbleibenden Verbrennungsluftmenge, sondern durch die Unterbrechung der Zufuhr der Verbrennungsluft unterbleibt auch die Kühlung der Roststäbe, was zu einer schnellen Beschädigung dieser Roststäbe führt, da das Verbrennungsgut nach wie vor auf die Verbrennungsseite der Roststäbe einwirkt.
Derartige luftgekühlte Roste können allerdings nur für den Einsatz von begrenzten Verbrennungstemperaturen eingesetzt werden, da ansonsten die Wirkung der Luft als Kühlmedium zu schwach wird.
Es sind nun grundsätzlich Flüssigkeitskühlungen des Rostbelages bekannt, wie beispielsweise in der WO 96/29 544 beschrieben. Dabei wird ein flüssiges Kühlmedium, wie beispielsweise Wasser, durch Kanäle im Rost hindurchgeführt. Das Kühlmedium wird anschliessend einem Wärmetauscher zugeführt, in welchem das Kühlmedium entweder gekühlt oder erhitzt werden kann, bevor es in einem geschlossenen Kreislauf wieder dem Rost zugeführt wird.
Weiter ist beispielsweise aus der EP 0 811 803 A2 ein Rostelement mit Flüssigkeitskühlung beschrieben. Dabei weist ein in der Breite des zu bildenden Rostbelages dimensioniertes Rostelement parallel verlaufende, geradlinige Bohrungen als Kühlkanäle auf, welche quer zur Förderrichtung des Verbrennungsgutes im Rostelement angeordnet sind. An beiden Seiten des Rostelementes ist jeweils ein Seitenelement vorgesehen, welches Umlenk-Verbindungskanäle für die Enden der beschriebenen Kühlkanäle aufweist, um die einzelnen Kühlkanäle miteinander seriell zu einem Kühlkanal zu verbinden. Dabei soll das Kühlmittel im hinteren Bereich des Rostelementes in diesen Kühlkanal eintreten und im vorderen Kopfbereich des Rostelementes wieder austreten.
Die beschriebenen, bekannten Ausführungsformen von flüssigkeitsgekühlten Rostelementen weisen allerdings den Nachteil auf, dass sie in der Regel das auf der Rostoberfläche befindliche Verbrennungsgut zu stark und insbesondere nicht gleichmässig und homogen abkühlen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand nun darin, einen Kühlungsverfahren resp. einen Verbrennungsrost zu finden, welcher eine homogene Kühlung der Rostelemente und damit eine gut kontrollier- und steuerbare Kühlung des Rostes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorzugsweise wird weiter das Verfahren nach Anspruch 2 vorgeschlagen.
Die Aufgabe wird überdies erfindungsgemäss durch einen Roststab nach Anspruch 3 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des Roststabes ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 4 bis 8.
Weiter wird die Aufgabe erfindungsgemäss durch einen Rost nach Anspruch 9 gelöst. Eine bevorzugte Ausführungsform ergibt sich an den Merkmalen nach Anspruch 10.
Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Kühlung des Rostes durch unmittelbare Zuführung des Kühlmittels an den Kopfbereich des Rostes und dichte Anordnung der Kühlkanäle in diesem Bereich, bei zunehmenden Abständen der Kühlkanäle gegen den hinteren Bereich des Rostes wird eine optimale, homogene Kühlung des Roststabes erzielt. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass im Kopfbereich die höchsten thermischen Belastungen des Roststabes auftreten, während auf der Verbrennungsfläche nach hinten diese Belastung und auch die Temperatur abnimmt.
Die bevorzugte Ausführung des Zuführungsspaltes im Roststab hat den Vorteil, dass diese nicht durch Schlacke oder Verbrennungsrückstände verstopfen kann und damit die Zufuhr der Zusatzluft unterbrechen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren der beiliegenden Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemässes Roststabelement; Fig. 2 die Seitenansicht des Roststabelementes von Fig. 1; Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Roststabelement von Fig. 1; Fig. 4 einen Querschnitt durch das Roststabelement von Fig. 1 im Nasenbereich; Fig. 5 die Seitenansicht mehrerer, hintereinander zu einem Verbrennungsrost angeordneter erfindungsgemässer Roststäbe; und Fig. 6 die Seitenansicht des Verbrennungsraumes einer Verbrennungsanlage mit erfindungsgemässem Rost.
Fig. 1 zeigt die Aufsicht auf einen Roststab 1 -resp. ein Roststabelement. Diese Elemente können nebeneinander verbunden zu praktisch beliebiger Breite angeordnet werden, um den Anforderungen der Dimensionen des Verbrennungsraumes einer Verbrennungsanlage gerecht zu werden.
Am schmalen Fussende des Roststabes 1 sind offene, schalenförmige Muffen resp. Buchsen 2 angeordnet, in welche entsprechend ausgebildete Zapfen des Rostgerüstes einer Verbrennungsanlage in an sich bekannter Weise eingreifen können. Der Nasenbereich resp. das vordere Kopfende 3 des Roststabes 1 weist beispielsweise eine gewellte resp. gerippte Form auf, in Fortsetzung der beispielsweise ebenfalls gerippten Oberfläche resp. Verbrennungsfläche 4 des Roststabes 1.
In der Fig. 1 ist nun der Verlauf des Kühlkanales 5 des Roststabes 1 dargestellt. Das flüssige Kühlmittel tritt durch die Zuführöffnung 6 in den Zuführbereich 5' des Kühlkanals 5 ein. Dieser weist im Anfangsbereich eine Schlaufe auf, um anschliessend entlang der in der Fig. 1 unteren Seitenwand 8 des Roststabes 1 in den Nasenbereich 3 zu führen, in welchem ein im Auflagebereich 1' des Roststabes 1 quer verlaufender Abschnitt 5'' des Kühlkanals 5 ausgebildet ist, wie in den nachfolgenden Fig. 3 und 4 im Schnitt deutlich wird. Vom Kühlkanalabschnitt 5'' führt der Kühlkanal 5 wieder nach oben und verläuft unterhalb der Verbrennungsfläche 4 in schlaufenförmiger Anordnung mit vorzugsweise im Wesentlichen geraden, quer zur Transportrichtung des Verbrennungsgutes ausgerichteten Rohrabschnitten.
Das Ende dieser Rohrabschnitte mündet schliesslich in die Abführöffnung 9, welche vorzugsweise benachbart zur Zuführöffnung 6 im hinteren Bereich des Roststabes 1 angeordnet ist. Die Rohrabschnitte weisen vorzugsweise gegen hinten untereinander einen immer grösseren Abstand auf und sind nicht ganz bis zum Ende des Roststabes angeordnet. Dies ist dort nicht mehr notwendig und sinnvoll, da die hintersten Bereiche des Roststabes 1 durch die überlappende Anordnung der hintereinander angeordneten Roststäbe 1 nicht mit dem Verbrennungsgut in Kontakt kommen und demgemäss auch nicht denselben Temperaturen ausgesetzt sind, wie die Verbrennungsfläche 4 und insbesondere das Kopfende 3.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung des Kühlkanals 5 wird der am stärksten erhitzte Bereich des Roststabes, nämlich der Auflagebereich 1' resp. das Kopfende 3 besonders intensiv und zuverlässig gekühlt, während der übrige Bereich mit dem bereits für die Kühlung verwendeten und damit leicht aufgeheizten Kühlmittel danach in Kontakt gelangt. Damit wird eine sehr homogene Kühlung des gesamten Roststabes erreicht, was wiederum vorteilhafterweise eine einfachere und effizientere Steuerung der Rostkühlung ermöglicht.
Der Kühlkanal 5 weist vorteilhafterweise einen konstanten, vorzugsweise kreisrunden Strömungsquerschnitt auf.
In Fig. 2 ist nun die Seitenansicht des Roststabes 1 nach Fig. 1 dargestellt. Daraus ist insbesondere gut die wannenförmige Gestalt des Roststabes 1 ersichtlich, sowie in den Seitenwänden 7 resp. 8 angeordnete kreisförmige Ausnehmungen, welche beispielsweise für die Verbindung der Roststäbe 1 nebeneinander genutzt werden können. Auch ist hier die offene Buchse 2 besonders gut ersichtlich.
In Fig. 3 ist nun ein Längsschnitt A-A durch den Roststab 1 dargestellt, in welchem die Querschnitte des Kühlkanals 5 gut ersichtlich sind. Der Kühlkanal 5 ist hier beispielsweise in an der Unterseite der Verbrennungsfläche 4 ausgebildeten Halbrundrippen ausgebildet. Vorzugsweise sind weitere, querverlaufende Kühlrippen 10 ausgebildet, vorteilhafterweise in Verlängerung der Halbrundrippen des Kühlkanales 5. Diese Rippen dienen der von unten an den Roststab 1 herangeführten Zusatzluft als Wirkflächen. Weiter ist hier nun der Spalt 11 dargestellt, durch welchen die Zusatzluft unter dem Roststab 1 hindurch zur Verbrennungsseite, d.h. über die Verbrennungsfläche 4 hindurchgeführt werden kann.
Vor der Spaltöffnung ist eine im schmalen Kopfende 3 ausgebildete Blende 12 ausgebildet, welche verhindert, dass von oben nach unten fliessende Verbrennungsrückstände den Spalt 11 verstopfen könnten und damit die Zusatzluftzufuhr unterbrechen.
In Fig. 4 ist nun noch der Querschnitt B-B durch den Roststab 1 dargestellt, aus welchem der Verlauf des Kühlkanals 5 resp. insbesondere des Abschnittes 5'' hervorgeht. Weiter sind hier auch noch die an der Unterseite der Verbrennungsfläche 4 nach unten abragend ausgebildeten Längsrippen 13 dargestellt, welche einerseits die Steifigkeit und Festigkeit des Roststabes 1 verbessern und andererseits auch als Kühlrippen für die Zusatzluft dienen.
In Fig. 5 ist nun die Seitenansicht mehrerer hintereinander angeordneter, einander überlappender Roststäbe 1 mit den Zuführleitungen 14 für das Kühlmittel dargestellt. Jeweils jeder zweite Roststab 1 wird in bekannter Weise durch einen in dieser Figur nicht dargestellten Antrieb entsprechend der Ausrichtung der Verbrennungsflächen 4 hin und her verschoben, um das auf den Roststäben 1 resp. deren Verbrennungsflächen 4 liegende Verbrennungsgut langsam von links nach rechts zu fördern.
In Fig. 6 ist nun ein grösserer Ausschnitt der Verbrennungsanlage in Seitenansicht im Bereich des durch die Roststäbe 1 gebildeten Rostes dargestellt, wobei bei einem Rostelement 1' die beiden Endpositionen der Verschiebebewegung gestrichelt dargestellt sind. Hier sind nun die starren Zuführleitungen 14 für das Kühlmittel ersichtlich. Die Zuführleitungen 14 der unbeweglichen Roststäbe 1 führen dabei in eine ebenfalls starre Sammelleitung 15, welche zur Kühlmittelspeisung führt. Die Zuführleitungen 14 der beweglichen Roststäbe 1 münden in eine gemeinsame Sammelleitung 16, welche ihrerseits in einer Führung 17 verschiebbar angeordnet ist. Diese Führung 17 ist parallel zu den Verbrennungsflächen 4 der Roststäbe 1 ausgerichtet.
Das eine Ende 16' der gemeinsamen Sammelleitung 16 ist über eine einzige, flexible Verbindungsleitung 18 mit einer unbeweglichen Speiseleitung 19 verbunden, welche wie die Sammelleitung 15 zur Kühlmittelspeisung führt. Der grosse Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass nur ein einziges, flexibles Leitungsstück 18 für die Speisung aller Roststäbe 1 der Verbrennungsanlage genügt.
The present invention relates to a method for cooling grates of combustion plants according to the preamble of claim 1 and a grate bar and a grate therefor according to the preambles of claims 3 and 9.
For the combustion of different fuels such as household waste, industrial waste, wood waste, solid, porous and liquid fuels as well as fuels with high and low ignitability, incinerators with combustion chambers are conventionally used, in which the fuel is applied, for example, to a mechanically operated grate and burned thereon ,
Grate coating cooling systems are now known in which the cooling of the grate covering by the combustion air flowing past in the air funnels positioned below the grate or by forced cooling of the grate covering by the combustion air, which is formed by a space formed from the grate bar and a baffle and into the combustion chamber is pressed. These known types of cooling are dependent on the amount of combustion air, and the air exits from the grate into the combustion chamber can be blocked by ashes, solid metals or slag.
On the one hand, this means that the cooling of the corresponding topping is no longer ensured and the supply of combustion air no longer corresponds to the amount required for optimal combustion. In addition, this type of cooling has the disadvantage that the amount of combustion air primarily has a process-technical function and does not have to perform a cooling function. A change in the amount of combustion air depending on the cooling effect is generally not feasible. This does not guarantee the required cooling effect of the grate covering.
Such a grate is known from DE 959 212, for example, in which the combustion air is first used as cooling air which is guided through a duct system arranged in the grate bars. If the side slots clog here, there is not only the problem of the missing amount of combustion air, but also by interrupting the supply of the combustion air, the cooling of the grate bars is also prevented, which leads to rapid damage to these grate bars, since the combustion material is still on acts on the combustion side of the grate bars.
However, such air-cooled grates can only be used for the use of limited combustion temperatures, since otherwise the effect of the air as a cooling medium becomes too weak.
Fundamentally, liquid cooling of the grate covering is now known, as described for example in WO 96/29 544. A liquid cooling medium, such as water, is passed through channels in the grate. The cooling medium is then fed to a heat exchanger in which the cooling medium can either be cooled or heated before it is returned to the grate in a closed circuit.
Furthermore, a grate element with liquid cooling is described for example from EP 0 811 803 A2. In this case, a grate element dimensioned in the width of the grate covering to be formed has parallel, straight-line bores as cooling channels, which are arranged transversely to the conveying direction of the combustion material in the grate element. A side element is provided on both sides of the grate element, which has deflection connecting channels for the ends of the cooling channels described, in order to connect the individual cooling channels in series to form a cooling channel. The coolant should enter this cooling channel in the rear area of the grate element and exit again in the front head area of the grate element.
However, the known embodiments of liquid-cooled grate elements described have the disadvantage that they generally cool the combustion material located on the grate surface too strongly and, in particular, not uniformly and homogeneously.
The object of the present invention was to provide a cooling method, respectively. to find a combustion grate which enables homogeneous cooling of the grate elements and thus a well controllable and controllable cooling of the grate.
According to the invention, this object is achieved by the method according to claim 1. The method according to claim 2 is preferably further proposed.
The object is also achieved according to the invention by a grate bar according to claim 3. Preferred embodiments of the grate bar result from the dependent claims 4 to 8.
The object is further achieved according to the invention by a grate according to claim 9. A preferred embodiment results from the features according to claim 10.
The cooling of the grate proposed according to the invention by direct supply of the coolant to the top area of the grate and dense arrangement of the cooling channels in this area, with increasing distances between the cooling channels and the rear area of the grate, an optimal, homogeneous cooling of the grate bar is achieved. This takes into account the fact that the highest thermal loads on the grate bar occur in the head area, while on the combustion surface this load and the temperature decrease towards the rear.
The preferred embodiment of the feed gap in the grate bar has the advantage that it cannot become clogged by slag or combustion residues and thus can interrupt the supply of the additional air.
An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to figures of the accompanying drawing. 1 shows the schematic plan view of a grate bar element according to the invention; FIG. 2 shows the side view of the grate bar element from FIG. 1; 3 shows a longitudinal section through the grate bar element from FIG. 1; 4 shows a cross section through the grate bar element from FIG. 1 in the nose area; 5 shows the side view of a plurality of grate bars according to the invention arranged one behind the other to form a combustion grate; and FIG. 6 shows the side view of the combustion chamber of an incineration plant with a grate according to the invention.
Fig. 1 shows the top view of a grate bar 1 -resp. a grate bar element. These elements can be arranged side by side and connected to practically any width in order to meet the requirements of the dimensions of the combustion chamber of an incineration plant.
At the narrow foot end of the grate bar 1 are open, shell-shaped sleeves, respectively. Bushings 2 are arranged, in which appropriately designed pins of the grate of an incinerator can engage in a manner known per se. The nose area resp. the front head end 3 of the grate bar 1 has, for example, a corrugated. ribbed shape, respectively, in continuation of the surface, which is also ribbed, respectively. Combustion surface 4 of the grate bar 1.
1 shows the course of the cooling channel 5 of the grate bar 1. The liquid coolant enters the feed region 5 ′ of the cooling channel 5 through the feed opening 6. This has a loop in the initial area in order to then lead along the lower side wall 8 of the grate bar 1 in FIG. 1 into the nose area 3, in which a section 5 ″ of the cooling channel 5 which runs transversely in the support area 1 ′ of the grate bar 1 is formed is, as is clear in the following Figs. 3 and 4 in section. From the cooling duct section 5 ″, the cooling duct 5 leads upwards again and runs below the combustion surface 4 in a loop-shaped arrangement with preferably essentially straight pipe sections oriented transversely to the transport direction of the combustion material.
The end of these pipe sections finally opens into the discharge opening 9, which is preferably arranged adjacent to the feed opening 6 in the rear region of the grate bar 1. The pipe sections are preferably at an increasing distance from one another towards the rear and are not arranged all the way to the end of the grate bar. This is no longer necessary and useful there, since the rearmost areas of the grate bar 1 do not come into contact with the combustion material due to the overlapping arrangement of the grate bars 1 arranged one behind the other and are accordingly not exposed to the same temperatures as the combustion surface 4 and in particular the head end 3 ,
Due to the arrangement of the cooling channel 5 according to the invention, the most heated area of the grate bar, namely the support area 1 'or. the head end 3 is cooled particularly intensively and reliably, while the rest of the area then comes into contact with the coolant which has already been used for cooling and is therefore slightly heated. A very homogeneous cooling of the entire grate bar is thus achieved, which in turn advantageously enables a simpler and more efficient control of the grate cooling.
The cooling channel 5 advantageously has a constant, preferably circular flow cross section.
In Fig. 2, the side view of the grate bar 1 is shown in FIG. 1. This shows in particular the trough-shaped shape of the grate bar 1, as well as in the side walls 7 and. 8 arranged circular recesses, which can be used for example for connecting the grate bars 1 side by side. The open socket 2 is also particularly well visible here.
3 shows a longitudinal section A-A through the grate bar 1, in which the cross sections of the cooling channel 5 are clearly visible. The cooling channel 5 is formed here, for example, in semicircular ribs formed on the underside of the combustion surface 4. Further, transverse cooling fins 10 are preferably formed, advantageously in the extension of the semicircular fins of the cooling channel 5. These fins serve as active surfaces for the additional air brought up to the grate bar 1 from below. Furthermore, the gap 11 is shown here, through which the additional air passes under the grate bar 1 to the combustion side, i.e. can be passed over the combustion surface 4.
In front of the gap opening, a diaphragm 12 is formed in the narrow head end 3, which prevents combustion residues flowing from top to bottom from clogging the gap 11 and thus interrupting the additional air supply.
In Fig. 4, the cross section B-B through the grate bar 1 is now shown, from which the course of the cooling channel 5, respectively. especially section 5 ''. Also shown here are the longitudinal ribs 13 which project downward on the underside of the combustion surface 4 and which on the one hand improve the rigidity and strength of the grate bar 1 and on the other hand also serve as cooling ribs for the additional air.
5 now shows the side view of a plurality of grate bars 1 arranged one behind the other and overlapping one another, with the feed lines 14 for the coolant. Every second grate bar 1 is moved in a known manner back and forth by a drive, not shown in this figure, in accordance with the orientation of the combustion surfaces 4, in order for the grate bars 1 and. to convey the combustion surfaces 4 of the combustion material lying slowly from left to right.
6 shows a larger section of the incineration plant in a side view in the region of the grate formed by the grate bars 1, the two end positions of the displacement movement being shown in dashed lines in the case of a grate element 1 '. The rigid supply lines 14 for the coolant can now be seen here. The feed lines 14 of the immovable grate bars 1 lead into a likewise rigid manifold 15, which leads to the coolant supply. The feed lines 14 of the movable grate bars 1 open into a common collecting line 16, which in turn is slidably arranged in a guide 17. This guide 17 is aligned parallel to the combustion surfaces 4 of the grate bars 1.
One end 16 'of the common manifold 16 is connected via a single, flexible connecting line 18 to an immovable feed line 19 which, like the manifold 15, leads to the coolant supply. The great advantage of this arrangement is that only a single, flexible line piece 18 is sufficient for feeding all grate bars 1 of the incineration plant.
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