EP0952396A2 - Device for burning particulate combustible material - Google Patents
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Definitions
- Grate firing systems are known for the combustion of lumpy firing material, in particular wood or wood waste pieces, in which the combustion grate consists of a hollow truncated cone driven about an inclined axis, the interior of which is supplied with the firing material and which is subjected to a downwind from below.
- the combustion grate has openings between the grate bars forming it, but only a small part of the underwind can flow through it because the fuel lying on the combustion grate partially blocks these openings. Most of the downwind is therefore usually deflected sideways and downwards. As a result, the fired material lying on the combustion grate does not receive enough combustion air.
- the support plate 8 has a number of openings 9 corresponding to the number of legs 7, through which the interiors of the legs 7 are connected to air chambers 10 in an air collection box. These air chambers 10 are closed at one end by the support plate 8 and at the other end by a race 11 which is rotatably supported on the carriage S by two roller arrangements 12, see also FIG. 6.
- Each support arm 5 has on its side facing the interior of the firing cone K a plurality of openings 25, which are not shown in FIG. 2, but can be clearly seen in the sectional view of FIG. 3.
- the support arms 5 have a round cross section in the region of the cylindrical section 2 of the firing cone K according to FIG. 4, while they are frustoconical Section 1 according to the section of FIG. 5 have an oval cross section. 3 that the support arms 5 each pass into a leg 7 at the end of the smaller diameter of the frustoconical section 1 of the combustion chamber K. As shown in FIG. 1, the legs 7 also have an oval cross section.
- the sides of the support arms 5 facing the interior of the firing cone K rise partially above the firing surface which is formed in the firing cone K by the grate bars 4.
- the protrusion of the support arms 5 on the firing material support surface favors the taking effect when the firing cone K rotates, which leads to a revolution of the firing material located in the firing cone K.
- the opening cross sections of the openings 25, which face the interior of the firing cone K, are dimensioned such that the sum of the opening cross sections per unit length of the support arm 5 is proportional is the nominal amount of fuel that is to be expected per unit length of the support arm 5 in the firing cone. This ensures an even supply of the fired material with downwind.
- grate bar 4 from the outer region of the frustoconical section 1 of the fuel cone K from the side, from above and from the end face. It can be seen that the grate bar 4 has a transverse section 27, which forms a support surface A for the firing material, and also has a rib 28 projecting therefrom, which serves for stiffening and heat dissipation.
- the transverse section 27 has on both sides a groove 29 which extends almost over the entire length of the grate bar 4 and which is set back by a distance d 1 of about 2 mm, so that two adjacent grate bars form a gap of about 4 mm between them , or a single grate bar 4 with an adjacent support arm 5 forms a gap of about 2 mm in width.
- firing cone K together with the type of its mounting, storage and air supply represents an independent inventive assembly which can also be used as a grate in systems other than the device described here.
- the afterburning chamber 31 is surrounded by a housing G3 which is connected to the fixed housing part G1 by means of a flange connection 34.
- the above-mentioned device W for feeding the upper wind connects, which is connected to the afterburner N by means of a flange connection 35.
- the upper wind supply device W consists of a cylindrical housing G 4 , which forms an annular air collection chamber with cylindrical inner and outer walls, into which an upper wind supply line 36 opens tangentially.
- the inner wall of the air collection chamber is formed by two baffles 37, which are bent slightly spirally and each extend a little more than half of a circumference with an average diameter D 4 .
- Each baffle plate 37 has a tongue 38 which extends tangentially against the headwind blowing direction and which is radially adjustable from the outside by means of a linkage 39. In this way, a gap 40 formed between the tongue 38 and the adjacent end of the other guide plate 37 can be adjusted in width D 2 at the narrowest point.
- the device W serves to cause an upper wind flow introduced tangentially through the connection 36 into it Introduce the inner wall of the afterburning chamber 31 in this, so that there is a toroidal swirling flow in this, which moves from the upper end of the afterburning chamber in the direction of the firing cone K.
- the success desired by the invention is achieved if the inlet diameter D 2 of the afterburning chamber 31 is 1,300 mm at its lower end, its outlet diameter D 3 at the upper end is 850 mm and it has a length L. 2 of 1,270 mm.
- the headwind feed device has an axial length L 3 of preferably 410 mm, and the mean free cross section which is enclosed by the guide plates 37 has a diameter D 4 of 850 mm.
- the gap width d 2 between the guide plate 37 and the tongue 38 can be between 5 and 30 mm and is preferably 15 mm in each case.
- the free opening diameter D 5 of the collar 41 is preferably 700 mm.
- the firing cone K is preferably first preheated with the aid of the pilot burner (not shown) which fires into the firing cone K through the opening 33 in the afterburning chamber wall. Then fuel is introduced through the shaft 32 into the firing cone K which is rotated by means of the motor M, the amount of firing material entered being so dimensioned that it is not thrown off beyond the edge of the opening of the extension 3 by the rotational movement of the firing cone K.
- the upper wind is introduced into the afterburning chamber 31, which, due to the flow therein, creates a negative pressure in the region near the axis, which is greatest at the outlet end of the afterburning chamber 31.
- the flame gases emerging from the firing cone K are thereby sucked into the afterburning chamber 31, where they are thoroughly mixed and burned with the upper wind. Dust particles contained in the flame gases are ejected radially by the flow swirling in the afterburning chamber and fall into the ash receiving space of the housing G at the lower end of the afterburning chamber 31.
- a gap width of about 4 - 5 mm between the grate bars is favorable in most cases; For exceptional cases, such as the burning of petroleum coke, etc., adjustments may be necessary based on current knowledge.
- the combustion output is proportional to the burning speed of the fuel.
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Abstract
Description
Zur Verbrennung von stückigem Brenngut, insbesondere Holz oder Holzabfallstücken sind Rostfeuerungsanlagen bekannt, bei denen der Verbrennungsrost aus einem um eine schrägstehende Achse drehangetriebenen Hohlkegelstumpf besteht, dessen Innenraum mit dem Brenngut versorgt wird und der von unten mit Unterwind beaufschlagt wird. Der Verbrennungsrost hat Öffnungen zwischen den ihn bildenden Roststäben, durch die der Unterwind jedoch nur zum kleinen Teil strömen kann, weil der auf dem Verbrennungsrost liegende Brennstoff diese Öffnungen teilweise versperrt. Der größere Teil des Unterwindes wird daher gewöhnlich seitlich und nach unten abgelenkt. Das auf dem Verbrennungsrost liegende Brenngut erhält dadurch nicht genügend Verbrennungsluft.Grate firing systems are known for the combustion of lumpy firing material, in particular wood or wood waste pieces, in which the combustion grate consists of a hollow truncated cone driven about an inclined axis, the interior of which is supplied with the firing material and which is subjected to a downwind from below. The combustion grate has openings between the grate bars forming it, but only a small part of the underwind can flow through it because the fuel lying on the combustion grate partially blocks these openings. Most of the downwind is therefore usually deflected sideways and downwards. As a result, the fired material lying on the combustion grate does not receive enough combustion air.
Zur Nachverbrennung der von dem Brenngut aufsteigenden Flammgase ist bei der bekannten Rostfeuerungsanlage oberhalb der Mündung des kegelstumpfförmigen Verbrennungsrostes eine Nachbrennkammer angeordnet, in die die aufsteigenden Flammgase den zur Nachverbrennung erforderlichen Oberwind ansaugen.For the afterburning of the flame gases rising from the material to be burned, an afterburning chamber is arranged in the known grate combustion system above the mouth of the frustoconical combustion grate, into which the rising flame gases suck in the upper wind required for the afterburning.
Die Erfahrungen mit den bekannten Rostfeuerungen der vorgenannten Art haben gezeigt, daß mit ihnen Rostbelastungen von allenfalls 0,5 bis 0,8 MW/m2 erzielbar sind. Weiterhin wurden CO-Gehalte im aus der Nachbrennkammer austretenden Abgas von 200 mg/m3 und mehr gemessen. In den Abgasen war ein Staubgehalt von 1000 bis 2000 mg/m3 und mehr enthalten, was eine aufwendige Abgasentstaubung notwendig machte.Experience with the known grate furnaces of the aforementioned type has shown that rust loads of at most 0.5 to 0.8 MW / m 2 can be achieved with them. Furthermore, CO contents of 200 mg / m 3 and more in the exhaust gas emerging from the afterburner chamber were measured. A dust content of 1000 to 2000 mg / m 3 and more was contained in the exhaust gases, which made complex exhaust gas dedusting necessary.
Angesichts der geringen Rostbelastung und der hohen CO- und Ascheanteile in den Abgasen haben sich Rost feuerungen der vorgenannten Art in der Praxis nicht durchgesetzt.In view of the low rust load and the high proportion of CO and ash in the exhaust gases, rust fires of the aforementioned type have not become established in practice.
Unter Umweltgesichtspunkten stellt sich in letzter Zeit mehr und mehr die Aufgabe, Holzstücke, insbesondere Abfallholz, auch belastetes Abfallholz, einer wirtschaftlichen Verwertung zuzuführen, zum einen, um fossile Brennstoffe durch nachwachsende Brennstoffe zu ersetzen, und zum anderen, um Deponieprobleme bei belastetem Abfallholz, beispielsweise aus Hausabbrüchen, Möbelschreinereien und dgl., zu vermeiden. Mit dem bekannten Stand der Technik der eingangs genannten Art läßt sich dieses Problem aber nicht umweltschonend und dabei wirtschaftlich lösen.From an environmental point of view, there has recently been an increasing need to recycle pieces of wood, especially waste wood, including contaminated waste wood, on the one hand, to replace fossil fuels with renewable fuels, and on the other hand, to landfill problems with contaminated waste wood, for example from house demolition, carpentry and the like, to be avoided. With the known prior art of the type mentioned, this problem can not be solved in an environmentally friendly and economical manner.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der stückiges Brenngut, insbesondere Holz oder Holzabfall, auch belastetes Abfallholz, mit hohem Wirkungsgrad und umweltschonend, d.h. mit extrem niedrigen CO- und Staubanteilen in den Verbrennungsabgasen, verbrannt werden können.The invention has for its object to provide a device of the type mentioned, with the lumpy firing material, in particular wood or wood waste, also contaminated waste wood, with high efficiency and environmentally friendly, i.e. with extremely low levels of CO and dust in the combustion gases.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the features specified in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird nicht nur eine graduelle, sondern eine sprunghafte Verbesserung der Verbrennung gegenüber dem bisherigen Stand der gesamten Rostfeuerungstechnik erreicht. Mit der Erfindung erzielt man Rostbelastungen von 3 bis 4 MW/m2 , also eine fünffache Steigerung des Wirkungsgrades der Vorrichtung, eine Absenkung des CO-Gehaltes der Verbrennungsgase auf bis herab zu 10 mg/m3, was die Verbrennungsqualität kennzeichnet, und eine Verminderung des Staubgehaltes in den Verbrennungsabgasen auf weit unter 500 mg/m3 ohne Filterungsmaßnahmen. Brauchte man bei Rostfeuerungsanlagen nach dem Stand der Technik mindestens einen Luftüberschuß entsprechend 6 bis 7% O2 im Abgas, um die TA-Luft einzuhalten (CO < 250 mg/m3), genügt bei der Erfindung ein Überschuß von 1,3% O2. Entsprechend verringern sich die Abgasverluste.The measures according to the invention not only achieve a gradual, but a sudden improvement in the combustion compared to the previous state of the entire grate combustion technology. The invention achieves rust loads of 3 to 4 MW / m 2 , that is to say a five-fold increase in the efficiency of the device, and a reduction in the CO content of the combustion gases down to 10 mg / m 3 , which characterizes the combustion quality, and a reduction in the dust content in the combustion exhaust gases to well below 500 mg / m 3 without filtering measures. If at least one air excess corresponding to 6 to 7% O 2 was required in the exhaust gas in grate combustion plants according to the prior art in order to comply with the TA air (CO <250 mg / m 3 ), an excess of 1.3% O is sufficient in the invention 2nd The exhaust gas losses are reduced accordingly.
Versuche mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einer Feuerungsleistung von 4 MW haben ergeben, daß die Abgase optisch klar sind und die in ihnen noch enthaltenen Staubmengen so gering sind, daß die Partikelgrößen nicht klassifizierbar sind. Diesen Versuchen lag als Brennstoff belastetes Abfallholz, geschreddert auf maximal 200 mm Kantenlänge, zugrunde, das Plastikbeschichtungen, Anstriche und stickstoffreiche Spanplattenreste enthielt. Nach Einregulierung der Luftführung an Verbrennungsrost und Nachbrennkammer wurden folgende Emissionen gemessen: O2-Gehalt in den Verbrennungsabgasen: 2,5%, CO-Gehalt in den Verbrennungsabgasen: 9 mg/m3. In den Abgasen konnte optisch kein Staub erkannt werden.Experiments with a device according to the invention with a firing capacity of 4 MW have shown that the exhaust gases are optically clear and the amounts of dust still contained in them are so small that the particle sizes cannot be classified. These tests were based on waste wood contaminated with fuel, shredded to a maximum edge length of 200 mm, which contained plastic coatings, paints and nitrogen-rich chipboard residues. After adjusting the air flow at the combustion grate and afterburning chamber, the following emissions were measured: O 2 content in the combustion exhaust gases: 2.5%, CO content in the combustion exhaust gases: 9 mg / m 3 . No dust could be visually recognized in the exhaust gases.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel, mit dem die genannten Versuchen durchgeführt wurden, näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1 eine teilweise geschnittene Darstellung einer Vorrichtung nach der Erfindung, ohne äußere Tragstrukturen;
- Fig. 2 einen Radialschnitt durch den zylindrischen Abschnitt des Verbrennungsrostes;
- Fig. 3 einen Axialschnitt durch einen einzelnen Tragarm;
- Fig. 4 den Schnitt durch den Tragarm längs der Linie IV-IV von Fig. 3;
- Fig. 5 einen Schnitt durch den Tragarm längs der Linie V-V von Fig. 3;
- Fig. 6 eine schematische Darstellung der Rollenlagerung des Laufrings;
- Fig. 7a bis 7c verschiedene Ansichten eines Roststabes aus dem kegelstumpfförmigen Abschnitt des Verbrennungsrostes;
- Fig. 8a und 8b einen Radialschnitt und einen Axialschnitt durch den Luftsammelraum einer Einrichtung zur Zuführung des Oberwindes ab oberen Ende der Nachbrennkammer.
- Figure 1 is a partially sectioned illustration of a device according to the invention, without external support structures.
- Figure 2 is a radial section through the cylindrical portion of the combustion grate.
- 3 shows an axial section through a single support arm;
- 4 shows the section through the support arm along the line IV-IV of Fig. 3.
- 5 shows a section through the support arm along the line VV of Fig. 3.
- Fig. 6 is a schematic representation of the roller bearing of the race;
- 7a to 7c show different views of a grate rod from the frustoconical section of the combustion grate;
- 8a and 8b show a radial section and an axial section through the air collecting space of a device for supplying the upper wind from the upper end of the afterburning chamber.
Fig. 1 zeigt in Seitenansicht, teilweise geschnitten, eine Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem um eine schrägstehende Achse O drehbar gelagerten, hohlen, kegelähnlichen Feuerungsrost K, der in einem Gehäuse G angeordnet ist, und einem der Mündung des Feuerungsrostes K gegenüberstehenden Nachbrenner N, der eine kegelstumpfförmig gestaltete Nachbrennkammer enthält, deren Öffnung größeren Durchmessers dem Feuerungsrost K gegenübersteht. An den Nachbrenner N schließt sich austrittsseitig eine Oberwindzuführeinrichtung W an.Fig. 1 shows a side view, partially in section, of a device according to a preferred embodiment of the present invention. This device consists essentially of a hollow, cone-like firing grate K which is rotatably mounted about an inclined axis O and which is arranged in a housing G, and an afterburner N which faces the mouth of the firing grate K and which contains a truncated cone-shaped afterburning chamber, the opening of which is larger Diameter faces the firing grate K. An upstream wind supply device W connects to the afterburner N on the outlet side.
Das Gehäuse G ist in zwei lösbar miteinander verbundene Teile G1 und G2 unterteilt, von denen der Gehäuseteil G1 zusammen mit dem Nachbrenner N von einer hier nicht dargestellten Tragstruktur stationär gehalten ist, während der eine Rückwand des Gehäuses G bildende Gehäuseteil G2 zusammen mit dem Verbrennungsrost K von einem verfahrbaren Schlitten S gehalten ist. Nach Lösen der Gehäuseverbindung V ist daher der Verbrennungsrost K aus dem Gehäuseteil G herausfahrbar, beispielsweise für Inspektions- und Wartungszwecke.The housing G is divided into two parts G 1 and G 2 which are detachably connected to one another, of which the housing part G 1 together with the afterburner N is held stationary by a support structure (not shown here), while the housing part G 2 forming a rear wall of the housing G is together with the combustion grate K is held by a movable carriage S. After loosening the housing connection V, the combustion grate K can therefore be moved out of the housing part G, for example for inspection and maintenance purposes.
Der Verbrennungsrost, der nachfolgend mit Brennkegel K bezeichnet werden soll, weist einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 1, einen sich an dessen Ende größeren Durchmessers koaxial anschließenden zylindrischen Abschnitt 2 und einen sich an diesen koaxial anschließenden, sich im Öffnungsdurchmesser verengenden, kegelstumpfförmigen Aufsatz 3 auf. Die Brenngutauflagefläche dieses Brennkegels K besteht aus Roststäben 4, aus warmfestem Guß und aus hohlen, radial/axial verlaufenden Tragarmen 5 und Ringträgern 6, die die Tragarme 5 umschließen und miteinander verbinden. Der Brennkegel K ist an seinem Ende kleineren Durchmessers d von mehreren hohlen, achsparallelen Beinen 7 gehalten, die in die Tragarme 5 übergehen und an ihren den Tragarm 5 abgewandten Enden an einer sich radial erstreckenden Tragplatte 8 befestigt sind. Die Tragplatte 8 hat eine der Anzahl der Beine 7 entsprechende Zahl von Durchbrüchen 9, durch die hindurch die Innenräume der Beine 7 mit Luftkammern 10 in einem Luftsammelkasten in Verbindung stehen. Diese Luftkammern 10 sind an einem Ende von der Tragplatte 8 und am anderen Ende von einem Laufring 11 abgeschlossen, der von zwei Rollenanordnungen 12 an dem Schlitten S drehbar abgestützt ist, siehe hierzu auch Fig. 6.The combustion grate, which will be referred to below as the firing cone K, has a frustoconical section 1, a cylindrical section 2 adjoining its larger diameter end, and a truncated cone-
Auf der dem Brennkegel K zugewandten Seite ist die Tragplatte 8 von einer Platte 13 aus Feuerfestbeton als Wärmeschutz bedeckt.On the side facing the firing cone K, the support plate 8 is covered by a plate 13 made of refractory concrete as heat protection.
Die Achse O des Brennkegels K weist gegenüber der Horizontalen einen Neigungswinkel α von 35° auf. Der Öffnungswinkel β des Brennkegels K beträgt 100°. Die unterste Mantellinie des kegelstumpfförmigen Abschnitts 1 des Brennkegels hat gegenüber der Horizontalen somit eine Neigung von 15°.The axis O of the firing cone K has an inclination angle α of 35 ° with respect to the horizontal. The opening angle β of the firing cone K is 100 °. The lowest surface line of the frustoconical section 1 of the firing cone thus has an inclination of 15 ° with respect to the horizontal.
Das untere Ende des kegelstumpfförmigen Abschnitts 1 ist von einer Tellerklappe 14 verschlossen, die mittels einer Spindel 15 in eine Öffnungsstellung nach unten zurückgefahren werden kann, um Rückstände aus dem Innenraum des Brennkegels K entleeren zu können.The lower end of the frustoconical section 1 is closed by a
Auf der dem Brennkegel K abgewandten Seite des Laufrings 11 liegt auf diesem ein Gleitdichtungsring 16 auf, der durch eine Vielzahl von Schraubendruckfedern 17 an dem Laufring 11 in Anlage gehalten wird. In diesem Gleitdichtungsring 16 sind eine der Anzahl der Luftkammern 10 entsprechende Zahl von Bohrungen Anschlußstutzen 18 ausgebildet, die jeweils über Kompensationsschläuche 19 mit einer Unterwindzuführkammer 20 verbunden sind, die von dem Schlitten S getragen wird. Es ist ferner zu erwähnen, daß der Laufring 11 eine der Anzahl der Luftkammern 10 entsprechende Zahl von Bohrungen 21 aufweist, die mit den Bohrungen in dem Gleitdichtungsring 16 fluchten. In der Verbindung zwischen der Unterwindzuführkammer 20 und den Kompensationsschläuchen 19 ist jeweils ein Stellschieber 22 angeordnet. Die Luftzuführung von der Unterwindzuführkammer 20 zu den Innenräumen der Tragarme 5 erfolgt somit über die Ventilschieber 22, Kompensationsschläuche 19, Anschlußstutzen 18, Bohrungen im Gleitdichtungsring 16, Bohrungen 21 in dem Laufring 11, Luftkammern 10, Öffnungen 9 in der Tragplatte 8 und Beine 7.On the side of the
An der Tragplatte 8 ist zentrisch eine Welle 23 befestigt, die ein sich vom Brennkegel K weg nach unten erstreckendes Ende aufweist, das in einem Pendelrollenlager 24 am Schlitten S gelagert ist.A
Ein Getriebemotor M, der am Schlitten S befestigt ist, versetzt über eine Stirnverzahnung über den Laufring 11 den Brennkegel K in Drehung um seine Achse O.A geared motor M, which is fastened to the carriage S, sets the firing cone K in rotation about its axis O via a spur gear via the
Fig. 2 zeigt eine Radialschnittansicht durch den zylindrischen Abschnitt 2 des Brennkegels K. Man erkennt in Fig. 2 insgesamt zwölf hohle Tragarme 5, die in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnet sind. Zwischen den Tragarmen 5 sind an in Umfangsrichtung verlaufenden Flachstahlringen 6 eine Vielzahl von Roststäben 4 angebracht. Die Roststäbe 4 sind in jeweils zwei benachbarte Flachstahlringe 6 eingehängt. Im zylindrischen Abschnitt 2 weisen die Roststäbe 4 einander parallele Seiten auf, während die im kegelstumpfförmigen Abschnitt 1 angebrachten Roststäbe 4 eine leicht keilförmige Gestalt aufweisen. Auf Details wird später eingegangen.FIG. 2 shows a radial sectional view through the cylindrical section 2 of the firing cone K. A total of twelve
Jeder Tragarm 5 weist auf seiner dem Innenraum des Brennkegels K zugewandten Seite eine Vielzahl von Öffnungen 25 auf, die in Fig. 2 nicht dargestellt sind, jedoch in der Schnittdarstellung von Fig. 3 deutlich zu erkennen sind. Die Tragarme 5 haben im Bereich des zylindrischen Abschnitts 2 des Brennkegels K gemäß Fig. 4 runden Querschnitt, während sie im kegelstumpfförmigen Abschnitt 1 gemäß dem Schnitt von Fig. 5 ovalen Querschnitt haben. Man erkennt in Fig. 3, daß die Tragarme 5 am Ende kleineren Durchmessers des kegelstumpfförmigen Abschnitts 1 der Brennkammer K jeweils in ein Bein 7 übergehen. Die Beine 7 haben, wie in Fig. 1 dargestellt ist, ebenfalls ovalen Querschnitt.Each
Die dem Innenraum des Brennkegels K zugewandten Seiten der Tragarme 5 erheben sich gemäß den Fig. 2, 4 und 5 teilweise über die Brenngutauflagefläche, die im Brennkegel K von den Roststäben 4 gebildet wird. Dieses ermöglicht es, die Öffnungen 25 jeweils seitlich zu einer den Tragarm 5 schneidenden Axialebene E anzuordnen, d.h. die Öffnungen 25 sind jeweils schräg zu dieser Axialebene E und damit auch zu der Brenngutauflagefläche gerichtet, so daß die Gefahr vermindert ist, daß die Öffnungen 25 von daraufliegendem Brenngut verschlossen werden. Außerdem begünstigt das Vorstehen der Tragarme 5 über die Brenngutauflagefläche den Mittnahmeeffekt bei der Rotation des Brennkegels K, die zu einem Umwälzen des im Brennkegel K befindlichen Brenngutes führt.According to FIGS. 2, 4 and 5, the sides of the
Auf der dem Innenraum des Brennkegels K abgewandten Seite weisen die Tragarme 5 ebenfalls Öffnungen 26 auf, die dazu bestimmt sind, aus dem Brennkegel K in das Gehäuse G hinabgefallene Brenngutpartikel mit Luft für den vollständigen Ausbrand zu versorgen. Außerdem können durch diese "äußeren" Öffnungen 26 Partikel aus den Tragarmen 5 ausgeblasen werden, die evtl. in diese durch die Öffnungen 25 eingedrungen sind.On the side facing away from the interior of the firing cone K, the
Die Öffnungsquerschnitte der Öffnungen 25, die dem Innenraum des Brennkegels K zugewandt sind, sind so bemessen, daß die Summe der Öffnungsquerschnitte pro Längeneinheit des Tragarmes 5 proportional der nominalen Brenngutmenge ist, die pro Längeneinheit des Tragarms 5 im Brennkegel zu erwarten ist. Hierdurch wird eine gleichmäßige Versorgung des Brennguts mit Unterwind sichergestellt.The opening cross sections of the
Die Fig. 7a bis 7c zeigen einen einzelnen Roststab 4 aus dem äußeren Bereich des kegelstumpfförmigen Abschnitts 1 des Brennkegels K von der Seite, von oben und von der Stirnseite. Man erkennt, daß der Roststab 4 einen querlaufenden Abschnitt 27 aufweist, der eine Auflagefläche A für das Brenngut bildet, und ferner eine davon vorstehende Rippe 28 hat, die der Aussteifung und Wärmeableitung dient. Der querlaufende Abschnitt 27 hat zu beiden Seiten eine sich fast über die gesamte Länge des Roststabes 4 erstreckende Auskehlung 29, die um eine Distanz d1 von etwa 2 mm zurückgesetzt ist, so daß zwei benachbarte Roststäbe zwischen sich einen Spalt von etwa 4 mm Breite ausbilden, bzw. ein einzelner Roststab 4 mit einem benachbartem Tragarm 5 einen Spalt von etwa 2 mm Breite ausbildet.7a to 7c show a
Für die Erreichung des von der Erfindung angestrebten Erfolges hat bezogen auf eine Feuerungsleistung von 4 MW der gesamten Vorrichtung der kegelstumpfförmige Abschnitt 1 des Brennkegels K an seinem einen (unteren) Ende an der Tellerklappe 14 einen Durchmesser d von 380 mm, und an seinem anderen (oberen) Ende einen Durchmesser D von 1.500 mm. Der sich an dieses obere Ende anschließende zylindrische Abschnitt 2 hat entsprechend einen Durchmesser D von 1.500 mm und eine axiale Länge L von 320 mm. Der sich an den zylindrischen Abschnitt 2 anschließende Aufsatz 3 hat eine axiale Länge L1 von 150 mm und einen freien Öffnungsdurchmesser D1 am Austrittsende von 1.180 mm. Die Tragarme 5 bestehen im zylindrischen Abschnitt 2 aus CrNi-Schleudergussrohren φ 60x10 mm. Im kegelstumpfförmigen Abschnitt sind diese Schleudergussrohre zu zwei Halbschalen aufgeschnitten und durch dreieckförmige, eingeschweißte Platten zu ovalähnlichen Querschnitten sich in Richtung auf die Beine 7 zunehmender Querschnittsgröße erweitert.In order to achieve the success sought by the invention, based on a firing capacity of 4 MW of the entire device, the frustoconical section 1 of the firing cone K has a diameter d of 380 mm at its one (lower) end on the
In dem Gehäuse G befindet sich unterhalb des Brennkegels K ein Abschnitt, in dem Asche gesammelt wird. In diesem Abschnitt befindet sich eine motorgetriebene Förderschneckenanordnung 29, die die Asche in einen Ascheaustrag 30 nach oben abfördern kann.In the housing G there is a section below the fuel cone K in which ash is collected. In this section there is a motor-driven
Es sei an dieser Stelle betont, daß die Konstruktion des Brennkegels K mitsamt der Art seiner Halterung, Lagerung und Luftzuführung eine selbständig erfinderische Baugruppe darstellt, die als Feuerungsrost auch in anderen Anlagen als der hier beschriebenen Vorrichtung einsetzbar ist.It should be emphasized at this point that the construction of the firing cone K together with the type of its mounting, storage and air supply represents an independent inventive assembly which can also be used as a grate in systems other than the device described here.
Der Nachbrenner N ist in Fig. 1 in seiner oberen Hälfte geschnitten dargestellt und enthält eine Nachbrennkammer 31 kegelstumpfförmigen Querschnitts mit einem unteren Eintrittsdurchmesser D2 und einem oberen Austrittsdurchmesser D3,. Die Eintrittsöffnung des Durchmessers D2 steht der Mündung des Aufsatzes 3 des Brennkegels K mit einem geringen Abstand gegenüber. Die Nachbrennkammer 31 ist vorzugsweise koaxial zum Brennkegel K angeordnet, d.h. koaxial zu dessen Umlaufachse O. Im unteren Bereich weist die Brennkammer 31 an ihrer Oberseite eine Schachtöffnung mit einem daran angesetzten Schacht 32 auf. Diese Schachtöffnung ist vertikal über der Mündung des Brennkegels K angeordnet, die durch die Austrittsöffnung des Aufsatzes 3 definiert ist, so daß durch den Schacht 32 eingeworfenes Brenngut in den Innenraum des Brennkegels K auf den Verbrennungsrost fällt. Benachbart der genannten Schachtöffnung ist in der Wand der Brennkammer 31 eine weitere Öffnung 33 ausgebildet, durch die hindurch ein Zündbrenner (nicht dargestellt) eine Zündflamme auf den unteren Bereich des Innenraums des Brennkegels K richten kann, um darauf befindliches Brenngut zu entzünden.The afterburner N is shown in section in FIG. 1 in its upper half and contains an
Die Nachbrennkammer 31 ist von einem Gehäuse G3 umgeben, das mit dem feststehenden Gehäuseteil G1 mittels einer Flanschverbindung 34 verbunden ist.The afterburning
An das obere Ende des Nachbrenners N schließt sich die schon erwähnte Einrichtung W zur Zuführung von Oberwind an, die mit dem Nachbrenner N mittels einer Flanschverbindung 35 verbunden ist.At the upper end of the afterburner N, the above-mentioned device W for feeding the upper wind connects, which is connected to the afterburner N by means of a
Die Oberwindzuführeinrichtung W besteht gemäß den Fig. 8a und 8b aus einem zylindrischen Gehäuse G4, das eine ringförmige Luftsammelkammer mit zylindrischen Innen- und Außenwänden ausbildet, in die tangential eine Oberwindzuführleitung 36 mündet. Die Innenwand der Luftsammelkammer ist von zwei Leitblechen 37 gebildet, die leicht spiralförmig gebogen sind und sich jeweils um etwas mehr als die Hälfte eines Kreisumfangs mit einem mittleren Durchmesser D4 erstrecken. Jedes Leitblech 37 weist eine sich entgegen der Oberwindeinblasrichtung tangential erstreckende Zunge 38 auf, die mittels eines Gestänges 39 von außen radial verstellbar ist. Auf diese Weise ist ein zwischen der Zunge 38 und dem benachbarten Ende des anderen Leitblechs 37 ausgebildeter Spalt 40 in seiner Breite D2 an der engsten Stelle verstellbar. Die Einrichtung W dient dazu, eine durch den Anschluß 36 tangential in sie eingeleitete Oberwindströmung tangential zur Innenwand der Nachbrennkammer 31 in diese einzuleiten, so daß sich in dieser eine torusförmig wirbelnde Strömung ergibt, die sich vom oberen Ende der Nachbrennkammer in Richtung auf den Brennkegel K fortbewegt.According to FIGS. 8a and 8b, the upper wind supply device W consists of a cylindrical housing G 4 , which forms an annular air collection chamber with cylindrical inner and outer walls, into which an upper
An die Einrichtung W schließt sich austrittsseitig ein Kragen 41 an, der einen verengten Querschnitt des Durchmessers D5 aufweist, der von einer feuerfesten Ausmauerung 42begrenzt ist.On the exit side of the device W there is a
Bezogen auf die bereits angegebene Feuerungsleistung der Vorrichtung von 4 MW wird der von der Erfindung angestrebte Erfolg erreicht, wenn der Eintrittsdurchmesser D2 der Nachbrennkammer 31 an ihrem unteren Ende 1.300 mm, ihr Austrittsdurchmesser D3 am oberen Ende 850 mm beträgt und sie eine Länge L2 von 1.270 mm hat. Die Oberwindzuführvorrichtung hat eine axiale Länge L3 von vorzugsweise 410 mm, und der mittlere freie Querschnitt, der von den Leitblechen 37 umschlossen wird, hat einen Durchmesser D4 von 850 mm. Die Spaltbreite d2 zwischen Leitblech 37 und Zunge 38 kann zwischen 5 und 30 mm betragen und liegt vorzugsweise bei jeweils 15 mm. Der freie Öffnungsdurchmesser D5 des Kragens 41 liegt vorzugsweise bei 700 mm.Based on the firing capacity of the device of 4 MW already stated, the success desired by the invention is achieved if the inlet diameter D 2 of the afterburning
Möchte man andere Feuerungsleistungen als die im Beispiel angegebenen 4 MW realisieren, gilt für den Brennkegel K das Jung'sche Gesetz, wonach die Leistung proportional der 2,5-ten Potenz des Durchmessers ist, bei gleichbleibendem Öffnungswinkel β . Bezüglich der Nachbrennkammer, die ein Strömungsbild der freien Turbulenz hat, das nicht von der Reynolds-Zahl abhängt, gilt, daß bei gleichbleibendem Öffnungswinkel (gleichem Druckverlust) die Leistung proportional der 2-ten Potenz des Durchmessers ist. Der größere Durchmesser D2 der Nachbrennkammer ist bei Änderungen der Abmessungen an den Mündungsdurchmesser D1 des Brennkegelaufsatzes 3 anzupassen.If you want to achieve different firing capacities than the 4 MW specified in the example, Jung's law applies to the firing cone K, according to which the power is proportional to the 2.5th power of the diameter, with the opening angle β remaining the same. Regarding the post-combustion chamber, which has a flow pattern of free turbulence that does not depend on the Reynolds number, it applies that the power is proportional to the 2nd power of the diameter with the same opening angle (same pressure loss). The larger diameter is D 2 of the afterburner to adapt to changes in the dimensions of the mouth diameter D 1 of the firing
Zum Betrieb der Vorrichtung wird der Brennkegel K vorzugsweise zunächst vorgewärmt mit Hilfe des (nicht dargestellten) Zündbrenners, der durch die Öffnung 33 in der Nachbrennkammerwand hindurch in den Brennkegel K feuert. Sodann wird durch den Schacht 32 Brennstoff in den mittels des Motors M in Drehung versetzten Brennkegel K gegeben, wobei die eingegebene Brenngutmenge so zu bemessen ist, daß sie durch die Drehbewegung des Brennkegels K nicht über den Rand der Öffnung des Ansatzes 3 hinaus abgeworfen wird. Dabei wird sogleich oder vorzugsweise erst nach Entzündung des Brenngutes Unterwind zugeführt, der durch die Öffnungen 25 austritt. Sodann wird Oberwind in die Nachbrennkammer 31 eingeleitet, der in dieser aufgrund der sich darin einstellenden Strömung im achsnahen Bereich einen Unterdruck hervorruft, der am größten am Austrittsende der Nachbrennkammer 31 ist. Die aus dem Brennkegel K austretenden Flammgase werden dadurch in die Nachbrennkammer 31 eingesaugt und dort mit dem Oberwind innig durchmischt und verbrannt. In den Flammgasen enthaltene Staubteilchen werden durch die in der Nachbrennkammer wirbelnde Strömung radial ausgeschleudert und fallen am unteren Ende der Nachbrennkammer 31 in den Ascheaufnahmeraum des Gehäuses G.To operate the device, the firing cone K is preferably first preheated with the aid of the pilot burner (not shown) which fires into the firing cone K through the opening 33 in the afterburning chamber wall. Then fuel is introduced through the
Wenn die Brenngutmenge im Brennkegel K aufgrund des Abbrands in ausreichendem Maße abgenommen hat, was beispielsweise mittels eines Kraftmessers erfaßt werden kann, der zwischen dem Pendelrollenlager 24 und dem Schlitten S angeordnet ist (nicht dargestellt), oder wenn der O2-Gehalt der Verbrennungsabgase zu steigen beginnt, was durch eine λ-Sonde erfaßt werden kann, wird durch den Schacht 32 neues Brenngut zugeführt.If the amount of fuel in the firing cone K has decreased to a sufficient extent due to the burnup, which can be detected, for example, by means of a dynamometer which is arranged between the
Es sei angemerkt, daß die Unterstützung durch die Zündflamme abgestellt werden kann, wenn das Brenngut im Brennkegel k ausreichend entzündet worden ist.It should be noted that the pilot flame can be switched off when the fuel in the fuel cone k has been sufficiently ignited.
Durch die Drehbewegung des Brennkegels K wird das auf dem Verbrennungsrost liegende Brenngut ständig umgewälzt, wodurch es sich zerreibt und insbesondere die Asche abreibt, die durch die Spalte zwischen den Roststäben bzw. zwischen den Roststäben und den Tragarmen in den Ascheaufnahmeraum des Gehäuses G fällt, wo sie ggf. vollständig ausbrennt, da dem Ascheaufnahmeraum ein geringer Anteil Unterwind durch die Öffnungen 26 in den Tragarmen 5 zugeführt wird.Due to the rotary movement of the firing cone K, the firing material lying on the combustion grate is constantly circulated, causing it to grate and, in particular, to rub off the ash that falls through the gaps between the grate bars or between the grate bars and the support arms into the ash receiving space in the housing G, where it burns out completely if necessary, since a small proportion of the downwind is fed to the ash receiving space through the
Im Betrieb wird die den einzelnen Tragarmen 5 zugeführte Unterwindmenge vorzugsweise individuell unter Berücksichtigung der auf ihnen örtlich befindlichen Brenngutmenge eingestellt. Diese Einstellung erfolgt mit Hilfe der Ventilschieber 22 derart, daß die im unteren Bereich des Gleitdichtrings 16 angeordneten Ventilschieber 22 weiter geöffnet werden, als die im oberen Bereich desselben angeordneten Ventilschieber. Letztere können auch ganz geschlossen sein, doch ist es günstig, wenn sie teilgeöffnet sind, um zu verhindern, daß in die Öffnungen 25 der frei liegenden Tragarme 5 hindurch im oberen Bereich des Brennkegels k Partikel eingeblasen werden.In operation, the underwind quantity supplied to the
Die angegebenen Abmessungen und räumlichen Anordnungen geben den optimalen Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung wieder. Bei Abweichungen davon hört der von der Erfindung erreichte Effekt jedoch nicht etwa schlagartig auf, sondern wird kontinuierlich schlechter:
- a) Verkleinert man den Neigungswinkel des Brennkegels K werden der Speicherinhalt des Brennkegels und damit die Verweilzeit des Brennguts und die Verbrennungsleistung kleiner. Vergrößert man den Winkel, werden die Brenngutumwälzung und der hierdurch hervorgerufene Ascheabtrenneffekt schlechter, wodurch Leistung und Ausbrand verschlechtert werden.
- b) Vorgenanntes gilt auch für eine Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Öffnungswinkels des Brennkegels K.
- c) Wählt man anstelle der Kegelstumpfform eine kegelähnliche Form, funktioniert der Ascheabtrenneffekt nur noch minimal, und die Leistung wird kleiner.
- d) Verkleinert man den Querschnitt der Tragarme, benötigt man einen höheren Gebläsedruck für den Unterwind und erhält man eine schlechte Luftverteilung längs der Tragarme. Vergrößert man den Querschnitt der Tragarme, wird der Abstand zwischen den Beinen so klein, daß nach dem Öffnen der Tellerklappe grobstückige Rückstände zwischen den Beinen hängenbleiben.
- e) Neigt man die Achse der Nachbrennkammer gegen die Achse des Brennkegels, wird die Strömung in der Nachbrennkammer unsymmetrisch, und das Abgas, das die Nachbrennkammer verläßt, wird strähnig.
- f) Ähnliche Nachteile ergeben sich bei Veränderung der Abmessungen der Nachbrennkammer.
- a) If the angle of inclination of the firing cone K is reduced, the storage content of the firing cone and thus the residence time of the firing material and the combustion output become smaller. If you increase the angle, the firing material circulation and the resulting ash separation effect become worse, which worsens performance and burnout.
- b) The above also applies to a reduction or enlargement of the opening angle of the firing cone K.
- c) If you choose a cone-like shape instead of the truncated cone shape, the ash separation effect works only minimally and the performance is reduced.
- d) If you reduce the cross section of the support arms, you need a higher blower pressure for the downwind and you get a poor air distribution along the support arms. If you increase the cross section of the support arms, the distance between the legs becomes so small that after opening the plate flap, large pieces of residue remain between the legs.
- e) If the axis of the afterburning chamber is inclined towards the axis of the firing cone, the flow in the afterburning chamber becomes asymmetrical and the exhaust gas leaving the afterburning chamber becomes stringy.
- f) Similar disadvantages arise when changing the dimensions of the afterburning chamber.
Die Drehrichtung des Brennkegels ist gleichgültig, jedoch muß der Einwurfschacht so ausgerichtet sein, daß das eingeworfene Brenngut im wesentlichen auf die freie Rost fläche am Fuß der sich durch die Drehung des Brennkegels ergebenden schrägen Brenngutböschung fällt. Der Zündbrenner sollte möglichst auf die Brenngutböschung gerichtet sein.The direction of rotation of the firing cone is indifferent, but the chute must be aligned so that the thrown-in material falls essentially on the free rust surface at the foot of the oblique firing material slope resulting from the rotation of the firing cone. The pilot burner should be aimed as far as possible at the embankment.
Eine Spaltbreite von etwa 4 - 5 mm zwischen den Roststäben ist in den meisten Fällen günstig; für Ausnahmefälle, wie etwa für die Verbrennung von Petrolkoks usw. können unter Anwendung des heutigen Wissenstandes Anpassungen erforderlich sein.A gap width of about 4 - 5 mm between the grate bars is favorable in most cases; For exceptional cases, such as the burning of petroleum coke, etc., adjustments may be necessary based on current knowledge.
Für andere Brennstoffe als die angegebenen Holz- oder Holzabfallstücke ist die Feuerungsleistung proportional der Brenngeschwindigkeit des Brennstoffs.For fuels other than the specified pieces of wood or wood waste, the combustion output is proportional to the burning speed of the fuel.
Claims (24)
dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf eine Feuerungsleistung von 4 MW der Vorrichtung diese wie folgt gestaltet und dimensioniert ist:
characterized in that based on a firing capacity of 4 MW the device is designed and dimensioned as follows:
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