EP3155321B1 - Process and aparatus for burning fuel material from waste or biomass - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffmaterial aus Abfall und/oder Biomasse auf einem starren Kesselanlagenrost gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Verbrennung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for combustion of fuel material from waste and / or biomass on a rigid boiler grate according to the preamble of claim 1 and a device for combustion according to the preamble of claim 10 for carrying out the method.

Die EP 0262100 A2 offenbart den Oberbegriff des Anspruchs 1.The EP 0262100 A2 discloses the preamble of claim 1.

Aus der EP 0 262 100 A2 ist ein Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffmaterial aus Abfall und/oder Biomasse auf einem Kesselanlagenrost bekannt. Das Brennstoffmaterial wird hierbei einer geneigten Rostfläche zugeführt, die von einem Kühlmedium gekühlt wird. Es wird ein aktiver, auflockernder Transport des Brennstoffmaterials auf dem Kesselanlagenrost veranlasst und die Zuführung der Verbrennungsluft wird über mehrere Luftwege durchgeführt.
Die Rostfläche ist hierbei abfallend geneigt, aber vollkommen eben angeordnet. In dieser ebenen Rostfläche sind Schlitze vorgesehen, durch die aktive Schneidblätter in die Brennkammer ausgefahren werden können, um das Brennstoffmaterial aktiv auflockern und auf der geneigten Rostfläche weitertransportieren zu können.From the EP 0 262 100 A2 For example, a method of combusting fuel material from waste and / or biomass on a boiler grate is known. The fuel material is in this case fed to an inclined grate surface, which is cooled by a cooling medium. It is an active, loosening transport of the fuel material causes on the boiler grate and the supply of combustion air is carried out over several airways.
The grate surface is here sloping inclined, but perfectly flat. In this flat grate surface slots are provided, can be extended by the active blades into the combustion chamber to actively loosen the fuel material and transported on the inclined grate surface can.

Ein alternatives Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffmaterial aus Abfall ist der US 6,378,447 B1 zu entnehmen.
Der hierin beschriebene starre Kesselanlagenrost ist als Stufenrost ausgebildet. Hierbei sind die einzelnen Roststufen ziegelartig und überlappend angeordnet.An alternative method and apparatus for burning refuse fuel material is US 6,378,447 B1 refer to.
The rigid boiler grate described herein is designed as a stepped grate. Here, the individual grate steps are arranged like a brick and overlapping.

Ein anderes Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffmaterial und eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist aus der DE 2 152 121 A1 bekannt. Dieses bekannte Verfahren und die Vorrichtung zeigen zwar einen in sich starren Stufenrost einer Kesselanlage, wobei der entsprechende Stufenrost in Richtung des Auslasses für die Asche des verbrannten Brennstoffmaterials geneigt ist. Auch ist vorgesehen, dass die Rostfläche des Stufenrostes von einem Kühlmedium durchströmt wird, wobei das Kühlmedium in das vorhandene Wasserumlaufsystem der Kesselanlage eingebunden ist.
Im Hinblick auf die dabei verwendete Vorrichtung kann auch vorgesehen sein, dass die geneigte Rostfläche des starren Stufenrostes miteinander verschweißte Flossenrohre aufweist, die von dem Kühlmedium durchströmt sind und dass in den verschweißten Flossen der Flossenrohre Luftspalte zur Einbringung für Verbrennungsluft vorgesehen sein kann.Another method of combusting fuel material and a corresponding apparatus for carrying out the method is known from DE 2 152 121 A1 known. Although this known method and the device show a self-rigid step grate of a boiler system, wherein the corresponding step grate is inclined in the direction of the outlet for the ash of the combusted fuel material. It is also provided that the grate surface of the step grate is flowed through by a cooling medium, wherein the cooling medium is integrated into the existing water circulation system of the boiler system.
With regard to the device used in this case can also be provided that the inclined grate surface of the rigid step grate has finned tubes welded together, which are flowed through by the cooling medium and that can be provided in the welded fins of the fin tubes air gaps for introduction of combustion air.

Ein konstruktiv anders aufgebauter Stufenrost zur Müllverbrennung ist in der DE 1 262 493 A1 beschrieben. Dieser Stufenrost hat einen oberen Rostbereich, der etwa einen Neigungswinkel zwischen 25° und 35° aufweist und einen unteren Rostbereich mit einer Neigung zwischen 0° und 15°.A structurally differently structured stepped grate for waste incineration is in the DE 1 262 493 A1 described. This step grate has an upper grate area, which has approximately an inclination angle between 25 ° and 35 ° and a lower grate area with an inclination between 0 ° and 15 °.

Ein weiterer, anderer Stufenrost ist aus der DE 37 40 729 A1 bekannt. Die Stufen dieses Stufenrostes sind aus Flacheisen gebildet, unter denen zur Kühlung des Stufenrostes Wasserrohre angeordnet sind, wobei das zur Kühlung genutzte Wasser in dem dort vorhandenen Wasserumlaufsystem der Kesselanlage mitintegriert ist.Another, another step grate is from the DE 37 40 729 A1 known. The stages of this step grate are formed of flat iron, under which water pipes are arranged for cooling the step grate, wherein the water used for cooling is integrated in the water circulating system of the boiler system existing there.

Im Gegensatz zum vorausgehend genannten Stand der Technik werden in der DD 137 962 A1 , die eine Brennkammer für Ölschlammrückstände betrifft, treppenförmig angeordnete Schrägrostflächen vorgesehen, denen jeweils zwei Schieber zur Förderung des Brennstoffmaterials zugeordnet sind.In contrast to the aforementioned prior art are in the DD 137 962 A1 , Which relates to a combustion chamber for oil sludge residues, provided step-shaped inclined grate surfaces, each associated with two slides for conveying the fuel material.

Nachfolgend werden weitere Aspekte angeführt, die im Rahmen der Erfindung zu berücksichtigen sind.In the following, further aspects are mentioned, which are to be considered in the context of the invention.

Rostfeuerungen mit Luft- oder mit Wasser gekühlten gegossenen Roststäben werden vorzugsweise in Industrie-und Biomassen-Kraftwerken zur Verbrennung von Abfällen und Biomassen mit Heizwerten von 8.000 KJ/kg bis 25.000 KJ/kg eingesetzt und betrieben.Grate furnaces with air- or water-cooled cast grate bars are preferably used and operated in industrial and biomass power plants for the incineration of waste and biomass with heating values of 8,000 KJ / kg to 25,000 KJ / kg.

Brennstoffe wie Biomassen, z.B. Holz oder Stroh aber auch Hausmüll gehören zu den schwierigsten Brennstoffen insbesondere für den Einsatz in Groß-Feuerungsanlagen.
Hierfür sind im Wesentlichen folgende Eigenschaften dieser Brennstoffe verantwortlich:

• Heizwertschwankungen von 8.000 bis 25.000 KJ/kg,
• flüchtige Bestandteile im Brennstoff von 10 bis 65 %,
• Wassergehalte im Brennstoff von 15 bis 55 % und
• Brennstoff-Stücklängen zwischen 10 und 1000 mm,
• Volumina der Brennstoff-Fraktionen von 1,0 bis 5.000 cm³,
• daraus resultierend Abbrennzeiten der Brennstoff-Fraktionen zwischen 10 bis 1.000 s(Sek.) je kg Brennstoffmasse,
• korrosionsauslösende Brennstoffbegleiter etc.

Fuels such as biomass, eg wood or straw but also domestic waste are among the most difficult fuels, especially for use in large combustion plants.
Essentially, the following properties of these fuels are responsible for this:

• Calorific value fluctuations from 8,000 to 25,000 KJ / kg,
• volatiles in the fuel from 10 to 65%,
• Water contents in the fuel of 15 to 55% and
• Fuel piece lengths between 10 and 1000 mm,
• Volumes of fuel fractions from 1.0 to 5,000 cm ³ ,
• resulting burning times of the fuel fractions between 10 to 1,000 s (sec) per kg of fuel mass,
• Corrosive fuel companion etc.

Die daraus resultierenden Brenneigenschaften des Brennstoffes Hausmüll und anderer Brennstoffe wie Biomassen von Holz bis Stroh erschweren die Zuführung der verbrennungsspezifischen Luftmengen sowohl lokal wie temporär auf die einzelnen Rostzonen und Rostteilbereiche.
Die zum Einsatz kommenden Rostsysteme für die Verbrennung von Abfällen und Biomassen weisen im Leistungsbereich von 10-160 MW Verbrennungsflächen zwischen 10 bis 120 m² auf, bei Rost-Breiten von 2-14 m und Rost-Längen von 6-9 m.The resulting burning properties of the fuel household waste and other fuels such as biomass from wood to straw complicate the supply of combustion-specific air volumes both locally and temporarily to the individual grate zones and grate sections.
The grate systems used for the incineration of waste and biomass in the power range of 10-160 MW have combustion areas between 10 and 120 m ² , with grating widths of 2-14 m and grating lengths of 6-9 m.

Aus den vorausgehend aufgeführten Daten errechnet sich die Schwankungsbreite des spez. Verbrennungsluft-Bedarfs - ausgedrückt in Prozent - auf ca. 30 bis > 200 % je m² Rostfläche im 100 % - Lastfall.
Der vorausgehend genannte 30 %-Wert bezieht sich - bei luftgekühlten Rosten - auch auf die erforderliche Mindest-Luftmenge für die Kühlung der Roststäbe.From the data listed above, the fluctuation range of the spec. Combustion air requirement - expressed as a percentage - to approx. 30 to> 200% per m ^{2 of} grate area in the 100% load case.
The 30% value mentioned above also refers - with air-cooled grates - to the required minimum air volume for cooling the grate bars.

Die Brennstoff-Heizwerte und die Art und Konsistenz der zur Verfeuerung kommenden Brennstoffe wie auch die eingesetzten Regelsysteme sowie die Rost- bzw. Roststabkonstruktionen generieren im Kraftwerksbetrieb in der Regel erhebliche Schieflagen im Brennbett, mit gemessenen Temperaturschwankungen im Feuerraum zwischen 600°C und 1.200°C.The fuel calorific values and the type and consistency of the fuels used for combustion, as well as the control systems used and the grate and grate bar constructions generally generate considerable imbalances in the fuel bed during operation of the power plant, with measured temperature fluctuations in the firebox between 600 ° C and 1,200 ° C ,

An den Roststabrändern und vor den Roststabköpfen werden bei den bekannten Roststabkonstruktionen durch temporären und lokalen Luftmangel pyrolytische Reaktionen ausgelöst. Die dann im Rauchgas enthaltenen CO+H₂+C_nH_m-Gehalte erreichen bis zu 28 Vol. % und - mit Bewertung der Pyrolysegastemperaturen - Heizwerte bis zu 3.500 KJ/m³.At the Roststabrändern and before the Roststabköpfen pyrolytic reactions are triggered in the known grate bar constructions by temporary and local lack of air. The CO + H ₂ + C _n H _m contents then contained in the flue gas can reach up to 28% by volume and - with evaluation of the pyrolysis gas temperatures - calorific values of up to 3,500 KJ / m ³ .

Die chemophysikalischen Auswirkungen dieser auf die gegossenen Roststäbe wirkenden Boudouardschen Gasreaktionen sind weitgehend erforscht und sollen hier nicht weiter betrachtet werden.The chemophysical effects of these Boudouard gas reactions on cast grate bars have been widely studied and will not be considered here.

Diese Pyrolysegas enthaltenden Rauchgase können dann bei einer nachfolgend gestuften Luftzuführung - (bei Lambda-Werten von 0,9-1,2) - lokale Temperaturspitzen von 1.600°C bis zu 1.700°C erreichen.These flue gases containing pyrolysis gas can then reach local temperature peaks of 1,600 ° C. to 1,700 ° C. in the case of a subsequently stepped air supply (at lambda values of 0.9-1.2).

Insbesondere die derzeit bekannten und eingesetzten Roststäbe reagieren, unabhängig von Art und Menge von deren Legierungsbestandteilen, bei diesen Temperaturangriffen mit starken Hochtemperatur-Korrosionen an diesen Roststäben.In particular, the currently known and used grate bars react, regardless of the type and amount of their alloy components, in these temperature attacks with strong high-temperature corrosion on these grate bars.

Diese Korrosionen treten zwar nur temporär und mit "wandernden" Lokalitäten auf, aber mit hohen Wiederholungszahlen. Da die Korrosionen im Wesentlichen an den Luftdurchlässen der Roststäbe auftreten, werden diese Korrosionsbereiche kontinuierlich vergrößert bis zur Bildung großflächiger Luftdurchtritte, so dass die Schieflagen und Probleme kontinuierlich verstärkt werden, d.h. die Hochtemperatur-Korrosionen werden nochmal beschleunigt.These corrosions occur only temporarily and with "wandering" localities, but with high repetition numbers. Since the corrosion occurs substantially at the air passages of the grate bars, these corrosion areas are continuously increased until the formation of large-scale air passages, so that the imbalances and problems are continuously amplified, i. the high-temperature corrosion is accelerated again.

Auch Roststäbe aus hochlegiertem Stahlguss mit eingegossenen Kühlrohren zeigen an den Roststabköpfen und an den seitlichen Stoßstellen Hochtemperatur-Korrosionen, wenn die "Hotspots" an diesen Roststabstellen Temperaturwerte von 550°C oder gar 700°C übersteigen.Also, grate bars made of high-alloy cast steel with cast-in cooling tubes show high-temperature corrosion at the grate bar heads and at the lateral joints when the "hotspots" at these grate bar locations exceed temperatures of 550 ° C or even 700 ° C.

Diese Hochtemperatur-Korrosionen werden insbesondere verstärkt durch korrosive Bestandteile aus den Brennstoffen bzw. aus den Brennstoffaschen wie Chlor, Schwefel und den Buntmetallanteilen, die teils in Form von flüssigen Chloriden und Sulfaten auftreten, wenn deren Schmelzpunkte überschritten werden. Schmelzpunkte von Chloriden: NaCl...........801°C KCl............770°C PbCl₂.........501°C ZnCl₂........313°C FeCl₃........307°C SnCl₂........247°C Schmelzpunkt von Sulfaten NaSO........884°C. These high-temperature corrosion are particularly enhanced by corrosive components from the fuels or from the fuel ashes, such as chlorine, sulfur and the non-ferrous metals, which occur partly in the form of liquid chlorides and sulfates, when their melting points are exceeded. Melting points of chlorides: NaCl ........... 801 ° C KCl ............ 770 ° C PbCl ₂ ......... 501 ° C ZnCl ₂ ........ 313 ° C FeCl ₃ ........ 307 ° C SnCl ₂ ........ 247 ° C Melting point of sulfates NaSO ........ 884 ° C.

Die Eutektika der Chloride und Sulfate können dann Schmelzpunkte von 400°C ± 100K erreichen, womit eine wesentliche Grenztemperatur für diese Korrosionsart definiert werden kann.The eutectics of the chlorides and sulfates can then reach melting points of 400 ° C ± 100K, which can be used to define a significant limit temperature for this type of corrosion.

Die bekannten und in den Verbrennungsanlagen eingesetzten "sogenannten" luftgekühlten Roststäbe mit Längs- oder auch Querrippen unter den Roststabflächen können mit ca. 450-650 Watt/m² Wärmeabstrahlung die erforderlichen maximalen Roststab-Temperaturwerte zur Vermeidung der vorausgehend beschriebenen Korrosions-Grenzwert-Temperaturen nicht sicherstellen. Auch die Luftverteilung auf diesen Rosten - sowohl in der Längs- wie auch in der Querachse - ist ungenügend bis mangelhaft, bedingt durch die zu geringen luftseitigen Druckverluste im Rostsystem, wie sowohl die Betriebswerte als auch die folgenden Rechnungsergebnisse belegen: Δ_pRoststab Δ_P-Brennstoff Luft-Schieflage 1,2 mbar 1,0 mbar 70-90 % 4,0 mbar 40-50 % 3,0 mbar 1,0 mbar 18-22 % 4,0 mbar 30-40 % 4,0 mbar 1,0 mbar 15-20 % 4,0 mbar 25-36 % The known "so-called" air-cooled grate bars with longitudinal or transverse ribs under the grate bar surfaces used in the incinerators can not with approx. 450-650 watts / m ² heat radiation the required maximum grate bar temperature values to avoid the previously described corrosion threshold temperatures to ensure. The air distribution on these grids - both in the longitudinal and in the transverse axis - is insufficient or inadequate, due to the low air-side pressure losses in the grate system, as shown by both the operating values and the following results: Δ _p grate bar Δ _P -Brennstoff Air misalignment 1.2 mbar 1.0 mbar 70-90% 4.0 mbar 40-50% 3.0 mbar 1.0 mbar 18-22% 4.0 mbar 30-40% 4.0 mbar 1.0 mbar 15-20% 4.0 mbar 25-36%

Bei der Bewertung der vorausgehend aufgeführten Luft-Schieflagen d.h. der Brennbett-Schieflagen sind des Weiteren die Druckverlust-Schwankungen im Brennstoffbett durch Brennstoffkrater im Brennstoffbett und ungleichmäßigen Abbrand, durch die unterschiedliche Heizwerte und Fraktionen im Brennstoffbett neben weiteren Ursachen zu beachten.In evaluating the previously listed air imbalances i. Furthermore, the fuel bed imbalances are the pressure loss fluctuations in the fuel bed due to fuel craters in the fuel bed and uneven burnup, due to the different calorific values and fractions in the fuel bed, among other causes.

Eine wesentliche Ursache für die teils hohen Druckverlust-Schwankungen im Brennstoffbett - und die damit verbundene Forderung nach die Luftverteilung stabilisierenden hohen luftseitigen Druckverlusten vor den Roststabdüsen - ist im Wesentlichen auch in der Tatsache begründet, dass die Brennstoffe Müll und Biomassen auf einer ebenen Rost-Fläche aufliegen.A major reason for the sometimes high pressure drop fluctuations in the fuel bed - and the associated requirement for the air distribution stabilizing high air-side pressure losses before the grate bar nozzles - is essentially due to the fact that the fuel garbage and biomass on a flat surface rust rest.

Eine gleichmäßige Luftverteilung unter und im Brennstoffbett wird so extrem stark behindert bzw. verhindert, mit den Folgewirkungen der lokal und temporär generierten Pyrolysegase sowie den vorausgehend beschriebenen extrem heißen Strähnenbildungen im Rauchgas.A uniform air distribution under and in the fuel bed is so extremely hindered or prevented, with the consequences of locally and temporarily generated pyrolysis gases and the previously described extremely hot stratifications in the flue gas.

Überlagert bzw. verstärkt werden die durch den vorher beschriebenen Mechanismus generierten Hochtemperatur-Korrosionen durch die im Brennstoff enthaltenen Chloride und Sulfate. Beim Auftreffen der Eutektika dieser Chloride und Sulfate auf die teils 550-800°C heißen Roststäbe wird der Korrosionsmechanismus nochmal erheblich beschleunigt.The high-temperature corrosion generated by the previously described mechanism is superimposed or reinforced by the chlorides and sulfates contained in the fuel. When the eutectics of these chlorides and sulfates hit the grate bars, some of which are 550-800 ° C, the corrosion mechanism is considerably accelerated again.

Zur Reduzierung solcher Korrosionen wurden wassergekühlte Roste entwickelt, bei welchen in die Roststäbe Kühlrohre eingegossen werden oder die Roststäbe wurden durch wassergekühlte Balken und/oder wassergekühlte Platten ersetzt.
Neben dem Vorteil, dass die Temperaturen dieser wassergekühlten Rostelemente im Wesentlichen unterhalb der Eutektika-Schmelzpunkte liegen, wurde das Problem einer besseren und gleichmäßigeren Luftverteilung auf dem Rost nicht gelöst.To reduce such corrosion, water-cooled grates have been developed, in which cooling tubes are poured into the grate bars, or the grate bars have been replaced by water-cooled bars and / or water-cooled plates.
In addition to the advantage that the temperatures of these water-cooled grate elements are substantially below the eutectic melting points, the problem of a better and more uniform air distribution on the grate was not solved.

Diese bisher bekannten und eingesetzten wassergekühlten Rostsysteme sind darüber hinaus noch belastet durch die Notwendigkeit, für die Rostkühlung ein investitionsaufwändiges kesselexternes Niedertemperatur-Kühlsystem mit Umwälzpumpen, Rückkühlern, Druckhalte- und Steuer- bzw. Regelsystemen etc. zu installieren, bei zusätzlichem Energiebedarf.These previously known and used water-cooled grate systems are also still burdened by the need to install a costly complex boiler-external low-temperature cooling system with circulating pumps, recoolers, pressure maintenance and control or control systems, etc., with additional energy requirements for the grate cooling.

Bei diesem Verfahren geht die Rost-Kühlwärme mit den spez. Kühlwerten von 20-40 oder 50 KW/m² Rostfläche für den Kraftwerksprozess teilweise oder in Gänze verloren.
Bei einer Rostfläche von z.B. 40 m² kann die Verlustwärme Werte von >1 MW erreichen; bei 100 m² Rostfläche erreicht die Verlustwärme Werte bis 2,5 MW.In this process, the grate-cooling heat goes with the spec. Cooling values of 20-40 or 50 KW / m ² rust surface for the power plant process partially or completely lost.
With a grate area of eg 40 m ² , the heat loss can reach values of> 1 MW; At 100 m ² grate surface, the heat loss reaches values of up to 2.5 MW.

Der sogenannte "Schüttelrost" mit seiner Flossenwandkonstruktion, der für die Verfeuerung von Nusskohle entwickelt wurde, hat zwar das Prinzip der ebenen Brennstoffauflage verlassen, konnte aber die Anforderungen an eine Feuerung für die Verbrennung inhomogener Brennstoffe wie Holz, Biomassen, Müll, Abfall, etc. nicht erfüllen. Dem System Schüttelrost fehlen die verbrennungsrelevanten Kriterien wie Wälzstufen, Brennbett-Abstürze, abbrennspezifische Brennstoff-Transportsysteme für die Roststufen, in Situ-Reinigungssysteme für die Rostoberflächen und die Luftdüsen und anderes mehr.The so-called "Schüttelrost" with its finned wall construction, which was developed for the combustion of nut carbon, has left the principle of the flat fuel layer, but could meet the requirements for a combustion for the combustion of inhomogeneous fuels such as wood, biomass, waste, waste, etc. do not fulfill. The Schüttelrost system lacks the combustion-relevant criteria such as treads, fuel-bed crashes, combustion-specific fuel transport systems for the rust stages, in situ cleaning systems for the rust surfaces and the air nozzles and much more.

Ein weiterer Nachteil der Vorschub- und Schürroste mit der großen Anzahl gusseiserner Roststäbe sind auch die teilweise erheblichen Erosionsschäden die durch die schwergewichtigen aufeinander liegenden beweglichen, d.h. reibenden Roststäbe, bedingt sind.
Die auf den Roststäben aufliegenden Aschen verstärken die Erosionen darüber hinaus nochmal erheblich.Another disadvantage of the feed and Schürroste with the large number cast-iron grate bars are also the sometimes considerable erosion damage caused by the heavy weight superimposed moving, ie grinding grate bars.
The ashes resting on the grate bars further enhance the erosion considerably.

Unter Berücksichtigung der vorausgehend genannten Probleme liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein sehr effizientes Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffmaterial aus Abfall, wie zum Beispiel Hausmüll, Gewerbemüll, Holz, Stroh und sonstige Biomassen, mit dem insbesondere die Korrosionsaspekte besser beherrschbar werden, und eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu realisieren, die relativ einfach und kostengünstig ausgelegt ist und eine hohe Standzeit und hohe Betriebszeiten ermöglicht.Taking into account the above-mentioned problems, the invention is therefore based on the object , a very efficient method for burning fuel material from waste, such as household waste, industrial waste, wood, straw and other biomasses, with the particular corrosion aspects are better controlled, and a to realize corresponding apparatus for performing this method, which is designed relatively simple and inexpensive and allows a long service life and high operating times.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mittels eines Verfahrens nach dem Anspruch 1 und mit einer Vorrichtung nach dem Anspruch 10 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, von dem bisherigen Konzept der beweglichen Roststäbe für die erforderlichen Rostflächen abzugehen und stattdessen einen starren Stufenrost aus miteinander verschweißten Flossenrohren einzusetzen, wobei dieser Stufenrost auch starr mit der entsprechenden Kesselanlage verbunden ist.
Des Weiteren werden die Stufen des Stufenrostes mit einem positiven Neigungswinkel ausgelegt, so dass dadurch eine verbesserte Förderwirkung für das Brennstoffmaterial besteht.This object is achieved according to the invention by means of a method according to claim 1 and with a device according to claim 10.
Advantageous developments of the method and the device are claimed in the subclaims.
An essential idea of the invention can be seen in departing from the previous concept of the movable grate bars for the required grate surfaces and instead to use a rigid stepped grate of finned tubes welded together, this step grate is also rigidly connected to the corresponding boiler system.
Furthermore, the stages of the step grate are designed with a positive angle of inclination, so that there is an improved conveying effect for the fuel material.

Weiterhin wird ein aktiver, auflockernder Transport des Brennstoffmaterials von Stufe zu Stufe vorgesehen, wobei diese Maßnahme die Verbrennung des Brennstoffmaterials verbessert und durch die Zuführung von Verbrennungsluft über mehrere unterschiedliche Luftwege dies noch weiter begünstigt wird.Furthermore, an active, loosening transport of the fuel material is provided from stage to stage, this measure improves the combustion of the fuel material and this is favored by the supply of combustion air through a plurality of different airways this even further.

Für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verbrennung von Brennstoffmaterialien wird daher ein starrer Stufenrost mit geneigter Rostfläche vorgesehen, die miteinander verschweißte Flossenrohre aufweist, welche von einem Kühlmedium, insbesondere Siedewasser der Kesselanlage durchströmt sind, und dieses Kühlmedium in das Wasserumlaufsystem der Kesselanlage eingebunden ist.For a device according to the invention for carrying out the method for combustion of fuel materials, therefore, a rigid step grate with inclined grate surface is provided, which has finned tubes welded together, which are flowed through by a cooling medium, in particular boiling water boiler system, and this cooling medium is integrated into the water circulation system of the boiler system ,

Die miteinander verschweißten Flossenrohre weisen dabei Luftspalte zur Zuführung der Verbrennungsluft auf.
Der starre Stufenrost wird gemäß der Erfindung starr mit der Kesselanlage verbunden, so dass keine Dehnungskompensatoren dazwischen erforderlich sind. Zur aktiven Förderung des Brennstoffmaterials auf den jeweiligen Stufen sind verfahrbare Transportstößel in den Stufen des Stufenrostes vorgesehen. Die Förderung und Überwälzung des Brennstoffmaterials wird noch durch die Bildung von Abbruchkanten am Übergang der Stufen zu einer nachfolgenden Stufe des Stufenrosts verbessert, wobei die Abbruchkanten die zwei- bis dreifache Höhe haben als die bekannten Roststäbe.The finned tubes welded together have air gaps for supplying the combustion air.
The rigid step grate is rigidly connected to the boiler system according to the invention, so that no expansion compensators are required in between. For active promotion of the fuel material on the respective stages movable transport ram are provided in the steps of the step grate. The promotion and circulation of the fuel material is further improved by the formation of Abbruchkanten at the transition of the stages to a subsequent stage of the stepped grate, wherein the Abbruchkanten have two to three times the height of the known grate bars.

Vorteilhafterweise werden gemäß der Erfindung die bisher eingesetzten beweglichen, hochlegierten Roststäbe durch gewalzte, miteinander verschweißte Flossenrohre aus C-Stahl ersetzt.Advantageously, according to the invention, the previously used movable, high-alloy grate bars are replaced by rolled, welded together fin tubes made of carbon steel.

Die Oberflächen der Roststufen weisen gemäß der Erfindung keine Planflächen mehr auf, sondern gewellte Oberflächen mit Luftkanälen unter dem Brennstoffbett, wobei der Brennstoff auf den quer gewellten Rostoberflächen keine Flächenberührung sondern nur noch Linien- und/oder Punktberührungen hat, - und der Brennstofftransport keine erosiven Auswirkungen hat.According to the invention, the surfaces of the grate steps no longer have plane surfaces but corrugated surfaces with air channels under the fuel bed, the fuel having no surface contact on the transversely corrugated grate surfaces but only line and / or point contacts, and the fuel transport has no erosive effects Has.

Der Brennstoff auf dem Rost wird nicht mehr mittels der beweglichen Roststäbe auf breiter Fläche "verdichtend" auf die nächste ca. 80-100 mm tiefer liegende Rostebene geschoben, sondern "auflockernd" d.h. luftdurchlässiger auf die nächste ca. 200-400 mm, d.h. auf die mehr als doppelt so tiefe liegende Rostebene mittels Gitterstößeln überwälzt, mit dem Ergebnis geringerer luftseitiger Druckverluste und damit einer optimalen Luftverteilung im Brennstoffbett.The fuel on the grate is no longer pushed by the movable grate bars on a wide surface "compacting" to the next approximately 80-100 mm deeper grate level, but "loosening" i. air permeable to the next approximately 200-400 mm, i. on the more than twice as deep lying grate level by lattice tappets passed, with the result of lower air-side pressure losses and thus an optimal air distribution in the fuel bed.

Mit den vorausgehend aufgeführten Maßnahmen werden die den Rost schädigenden Feuerbett-Schieflagen erheblich reduziert bzw. gänzlich verhindert und durch das Fehlen beweglicher Roststäbe Erosionsschäden vermieden.With the measures listed above, the fire bed imbalances damaging the rust are significantly reduced or completely prevented and avoided by the absence of movable grate bars erosion damage.

Die Rost-Kühlwärme kann weitgehend so verlustlos unmittelbar in den vorhandenen Umlauf-Kreislauf der Kesselanlage eingebunden werden, ohne zusätzliche Umwälzpumpen, Rückkühler, Steuer- und Regelsystemen, und ohne den Bedarf an der Eindüsung zusätzlicher Kühlluft und/oder Rezirkulationsgasen in den Feuerraum zur Einhaltung oder Unterschreitung der Aschen-Schmelztemperaturen in den Rauchgasen.The grate cooling heat can be largely integrated so lossless directly into the existing circulation circuit of the boiler system, without additional circulation pumps, recoolers, control and regulation systems, and without the need for the injection of additional cooling air and / or recirculation gases in the furnace Compliance with or below the ash melting temperatures in the flue gases.

Die Rost-Oberflächentemperatur wird unabhängig von den Brennstoffheizwerten und unabhängig von der Kessellast, immer über der Taupunkttemperatur der Feuergase und immer unter den Eutektika-Schmelztemperaturen der Brennstoffbegleiter liegen.The surface temperature of the grate will always be above the dew point temperature of the fire gases and always below the eutectic melting temperatures of the fuel companion, regardless of the fuel calorific values and regardless of the boiler load.

Das wassergekühlte Rostsystem mit 4 oder max. 5 Rostzonen wird bei einem Primärluftdruck unter der Rostfläche von (Δp_Rost+ Δp_Brennstoff) = (3,5 + 4,0) mbar = 7,5 mbar ± 20 % keine Luftleckagen zwischen den Rostzonen und den Kessel-Seitenwandabschlüssen zulassen wobei auch keine Rost-Dehnkompensatoren erforderlich sind.The water-cooled grate system with 4 or max. At a primary air pressure below the grate area of (Δp _rust + Δp _fuel ) = (3.5 + 4.0) mbar = 7.5 mbar ± 20%, 5 grate zones will not allow any air leakage between the grate zones and the boiler sidewall shutters Rust expansion joints are required.

Die techn. und kostenaufwändigen Abdichtungen zwischen den beweglichen Roststäben, den Rostzonen und den Kesselseitenwänden können daher entfallen.The techn. and costly seals between the movable grate bars, the grate zones and the boiler side walls can therefore be omitted.

Das Rostsystem ist daher für ein breiteres Brennstoffband geeignet, insbesondere für die vorausgehend beschriebenen Brennstoff-Werte und Eigenschaften, für Brennstoffe mit korrosiven Bestandteilen und mit hohen Aschebestandteilen.The grate system is therefore suitable for a broader fuel band, in particular for the previously described fuel levels and properties, for fuels with corrosive constituents and with high ash constituents.

Das Rostsystem beziehungsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung ist preisgünstiger und reparaturfreundlicher und die Wartungs- und Stillstandskosten können reduziert werden, mit dem Ergebnis längerer Reisezeiten und Anlagen-Verfügbarkeiten.The grate system or the device according to the invention is cheaper and easier to repair and the maintenance and downtime costs can be reduced, with the result of longer travel times and plant availability.

Die Erfindung hat das Ziel, dass neben den Maßnahmen zur Bekämpfung der Korrosions- und Erosions-Auswirkungen an den Rosten und Roststäben, mit den weiteren negativen Auswirkungen auf die Kesselanlagen, insbesondere die Korrosions- und Erosions-Ursachen durch ein völlig neues Stufenrost-Konzept beseitigt werden, wie z.B. unter gänzlichem Verzicht auf kostenaufwändige hochchromlegierte Roststäbe, neben den weiteren beschriebenen Maßnahmen.The invention has the goal that, in addition to the measures to combat the corrosion and erosion effects on the grates and grate bars, with the other negative effects on the boiler systems, in particular the corrosion and erosion causes eliminated by a completely new Stufenrost concept be like with no need for costly high-chromium alloyed grate bars, in addition to the other measures described.

Die Bekämpfung der Korrosions-Auswirkungen erfolgte und erfolgt bisher im Wesentlichen mit folgenden Maßnahmen:

• Es werden höhere bis sehr hohe Legierungen für die Roststäbe verwendet.
• Es werden dickere "Opfer"-Wandstärken an den Roststäben vorgesehen.
• Es wird das Schleifen aller Roststabwangen vorgesehen.
• Es werden vermehrt Kühlrippen unter den Roststäben, jedoch ohne Zwangsluftkühlung der Rippen vorgesehen.
• Es werden die Luftdüsen-Lagen sowie deren Auslegungen variiert.
• Es wird eine Verringerung und Erhöhung der spez. Rostbelastungen (MW/m²) realisiert,
• Es wird eine Verschiebung der Primär-, Sekundär- und Tertiär-Luftmengen zugunsten des Primärluftanteils, zu Ungunsten der Kesselanlage durchgeführt.
• Es werden teilwassergekühlte Roststäbe eingesetzt.
• Es werden Wende-Roststäbe und anderes mehr eingesetzt.

The control of corrosion effects has taken place and has hitherto essentially been carried out with the following measures:

• There are used higher to very high alloys for the grate bars.
• Thicker "sacrificial" wall thicknesses are provided on the grate bars.
• It is provided the grinding of all grate bar cheeks.
• There are increasingly provided cooling fins under the grate bars, but without forced air cooling of the ribs.
• It varies the air nozzle layers and their designs.
• There will be a reduction and increase in the spec. Rust loads (MW / m ² ) realized,
• There is a shift of the primary, secondary and tertiary air volumes in favor of the primary air fraction, to the detriment of the boiler plant carried out.
• Partially water cooled grate bars are used.
• There are turning grate bars and more used.

Um das Problem der Korrosion in mit Müll und Biomassen befeuerten Vorrichtungen mit Stufenrosten effizient bekämpfen zu können, werden im Rahmen der Erfindung nachfolgende Maßnahmen und Verfahrensschritte berücksichtigt.In order to be able to combat the problem of corrosion in garbage and biomass-fired devices with stepped gratings efficiently, the following measures and method steps are taken into account in the context of the invention.

Eine erste wesentliche Maßnahme ist, dass der eingesetzte Stufenrost FLS, wie in den Figuren 1 bis 5 dargestellt, durch eine aus Flossenrohren verschweißte treppenförmige, mit einem Winkel γ ansteigende Rostfläche gebildet wird, wobei die Flossenrohre mit einem Verteiler V fallrohrseitig und mit einem Sammler S steigrohrseitig in das Wasser-Umlaufsystem der entsprechenden Kesselanlage eingebunden sind. Damit entfällt ein aufwändiges, energieabsorbierendes, mit Umwälzpumpen ausgestattetes kesselexternes Kühlsystem für den Stufenrost. Mit dieser Maßnahme wird in dem derart ausgelegten Stufenrost die sogenannte Kühlwärme aus dem Stufenrost direkt und verlustfrei, beziehungsweise weitestgehend verlustfrei, in die entsprechende Kesselanlage eingekoppelt.A first essential measure is that the used stepped grate FLS, as in the FIGS. 1 to 5 represented by a finned tubes welded staircase-shaped, with an angle γ rising grate surface is formed, the fin tubes with a manifold V fall pipe side and a collector S risrohrseitig are involved in the water circulation system of the corresponding boiler system. This eliminates a complex, energy-absorbing, equipped with circulating pump boiler-external cooling system for the step grate. With this measure, in the stepped grate designed in this way, the so-called cooling heat from the step grate is coupled into the corresponding boiler system directly and without loss, or largely loss-free.

Nach einer weiteren Maßnahme wird die Höhe RSH der Roststufen RST in Abhängigkeit von der Brennstoffkonsistenz mit mindestens 200 mm bis maximal 400 mm zonenabhängig dimensioniert.After a further measure, the height RSH of the grate stages RST is dimensioned depending on the fuel consistency with at least 200 mm to a maximum of 400 mm zone-dependent.

Während bei konventionellen Vorschub- und Schürrosten eine Vielzahl von Roststufen vorgesehen wird, werden beim Stufenrost im Rahmen der Erfindung eine geringere Anzahl von Roststufen vorgesehen, die mit Abbruchkanten AK beziehungsweise Überwälzkanten für das Bett des Brennstoffmaterials BM ausgebildet sind.
Mit jeder Vorschubbewegung des Brennstoffmaterials BM von einer Roststufe RST auf die nächste Roststufenfläche wird das Brennstoffmaterial beziehungsweise das Brennstoffbett aufgelockert und umgewälzt, wodurch als Folgewirkung höhere Abbrenngeschwindigkeiten unter Vermeidung heißer Strähnenbildungen im Bett des Brennstoffmaterials zur Vermeidung von Korrosionen und Verschlackungen am Stufenrost und den Kesselheizflächen erreicht werden.While in conventional advancing and Schürroststen a plurality of grate stages is provided in the step grate in the invention, a smaller number of grate stages are provided, which are formed with Abbruchkanten AK or Überwälzkanten for the bed of fuel material BM.
With each advancing movement of the fuel material BM from one grate stage RST to the next grate stage surface, the fuel material or the fuel bed is loosened and circulated, as a result of higher burning rates while avoiding hot strands in the bed of the fuel material to prevent corrosion and slagging on the step grate and Kesselheizflächen be achieved ,

Bei dieser Verbrennungskinetik kann daher gleichzeitig

• die Zahl der Roststufen verringert werden,
• die Länge RSL der Roststufen RST kann von ca. 380 mm, wie es bei klassischen Vorschubrosten realisiert ist, bei dem Stufenrost FLS im Rahmen der Erfindung auf ca. 500 mm verlängert werden,
• wobei die Gesamtrostlänge RL dabei um 15% bis 20% gegenüber klassischen Vorschubrosten verkürzt werden kann,
• auf diese Weise wird die spezifische Rostflächenbelastung erhöht, so dass die Rostfläche kleiner und kostengünstiger wird.

At this combustion kinetics can therefore simultaneously

• the number of rust steps are reduced
• The length RSL of the grate stages RST can be extended from about 380 mm, as is the case with classic feed grids, in the step grate FLS in the invention to about 500 mm,
• whereby the total grid length RL can be shortened by 15% to 20% compared to classic feed grids,
• In this way, the specific rust surface load is increased, so that the grate surface is smaller and cheaper.

Im Rahmen einer weiteren Maßnahme der Erfindung werden in Abhängigkeit vom Aschegehalt des Brennstoffmaterials die Roststufen RST mit einem Positivwinkel β mit mindestens 3° bis maximal 10° ausgelegt.In the context of a further measure of the invention, depending on the ash content of the fuel material, the grate stages RST are designed with a positive angle β of at least 3 ° to a maximum of 10 °.

Demgegenüber werden die Roststäbe von klassischen Vorschub-, insbesondere von Schürrosten, im Gegensatz zum Stufenrost im Rahmen der Erfindung, ohne Neigungswinkel oder mit einem Negativwinkel bis 20° ausgelegt.
Bei dieser herkömmlichen Konstruktion wird insbesondere der Aschetransport verzögert, wobei die Asche auf den Roststäben mit der Folge von Schleiferosionen auf dem Rost rotiert, was durch erosive Aschen des Brennstoffmaterials auf der Rostoberfläche hervorgerufen wird, wobei dies auch eine Folge der erhöhten Anzahl von Roststab-Bewegungen ist.In contrast, the grate bars of classical feed, in particular of Schürrosten, in contrast to the step grate in the context of the invention, designed without inclination angle or with a negative angle to 20 °.
In particular, in this conventional construction, the ash transport is retarded, with the ash on the grate bars rotating with the result of grinding erosion on the grate, caused by erosive ash of the fuel material on the grate surface, as a result of the increased number of grate bar movements is.

Der Positivwinkel, bei dem aus verschweißten Flossenrohren FLR gebildeten Stufenrost FLS vermeidet solche rotierenden Schleiferosionen.The positive angle, with the stepped grating FLS formed from welded fin tubes FLR avoids such rotating grinding erosions.

Nach einer weiteren essentiellen Maßnahme im Rahmen der Erfindung erfolgt der Transport des Brennstoffmaterials auf dem Stufenrost FLS mittels vertikaler Stößel ST und nicht durch bewegliche Roststäbe oder Schwingungsantriebe. Die Stößel ST im Rahmen der Erfindung weisen eine etwa vertikale Frontfläche auf und werden unmittelbar über den verschweißten Flossen FL der Flossenrohre FLR an den abfallenden Stürzen der Roststufen durch Schlitze geführt, so dass in der Art eines über die Breite des Stufenrostes wirkendes Gitter der Transport des Brennstoffmaterials von Roststufe zu Roststufe RST auflockernd, das heißt das Brennstoffmaterial nicht verdichtend, gefördert und umgewälzt werden kann.
Diese vertikal angeordneten Stößel ST, die in Längsrichtung des Stufenrostes verfahrbar sind, können über jeder Flosse FL beziehungsweise jeder Schweißnaht SN zweier benachbarter Rohrflossen, aber auch über jeder zweiten Rohrflosse angeordnet werden. Dies kann in Abhängigkeit von dem zur Verfeuerung kommenden Brennstoffmaterial und der Brennstoffkonsistenz erfolgen.After a further essential measure in the context of the invention, the transport of the fuel material on the step grille FLS by means of vertical plunger ST and not by moving grate bars or vibration drives. The plunger ST in the context of the invention have an approximately vertical front surface and are guided directly over the welded fins FL of the fin tubes FLR on the falling falls of the grate steps through slots, so that in the manner of acting over the width of the step grate grid the transport of the Fuel material from rust stage to rust stage RST loosening, that is, the fuel material can not be compacted, promoted and circulated.
These vertically arranged plungers ST, which can be moved in the longitudinal direction of the step grate, can be arranged above each fin FL or each weld SN of two adjacent pipe fins, but also over every second pipe fin. This can be done depending on the fuel material being burned and the fuel consistency.

Im Rahmen einer weiteren Maßnahme gemäß der Erfindung erfolgt die Zuführung der Verbrennungsluft unter das Bett des Brennstoffmaterials über insbesondere drei verschieden ausgebildete Luftwege.As part of a further measure according to the invention, the supply of the combustion air under the bed of the fuel material via in particular three differently shaped airways takes place.

Ein erster Luftweg wird dabei durch die für den Transport des Brennstoffmaterials vorgesehenen Stößel ST gebildet, wobei die Verbrennungsluft außen an den Stößeln und/oder durch innere Luftkanäle LK in einem Winkel δ in die wellenförmigen Längskanäle PL, welche durch die verschweißten Flossen FL der Flossenrohre FLR gebildet werden, geleitet wird.A first air path is formed by the plunger ST provided for transporting the fuel material, wherein the combustion air outside the plungers and / or through inner air ducts LK at an angle δ in the wave-shaped longitudinal channels PL, which by the welded fins FL of the fin tubes FLR be formed.

Ein zweiter Luftweg wird bei der Anordnung der vertikalen Stößel ST in jeder zweiten Rohrflosse durch vorzugsweise prismatische oder runde Düsenöffnungen RD in den stößelfreien Rohrflossen vorgesehen, wodurch die Verbrennungsluft in jede der wellenförmigen Längskanäle PL des Stufenrostes FLS eingeleitet werden kann.A second air path is provided in the arrangement of the vertical plunger ST in each second fin by preferably prismatic or round nozzle openings RD in the plunger-free tube fins, whereby the combustion air can be introduced into each of the wave-shaped longitudinal channels PL of the stepped grate FLS.

Ein dritter Luftweg zur Zuführung von Verbrennungsluft wird in den verschweißten Flossen der im Wesentlichen horizontalen Roststufen RST vorgesehen, wobei dies durch konische Luftdüsen LD realisiert wird, welche durch die verschweißten Flossen gebohrt werden. Diese konischen Luftdüsen werden insbesondere im Mittel- und Endteil der Roststufen der um einen Winkel β geneigten, aber im Wesentlichen horizontalen, Roststufen gebildet, worüber ergänzende Luftmengen in die Längskanäle PL eingedüst werden können und so eine gleichmäßige Luftbeaufschlagung unter das Bett des Brennstoffmaterials sichergestellt werden kann.A third air path for supplying combustion air is provided in the welded fins of the substantially horizontal grate stages RST, this being realized by conical air nozzles LD bored through the welded fins. These conical air nozzles are in particular in the middle and end part of the grate steps of β inclined by an angle, but substantially horizontal, Formed rust levels over which additional amounts of air can be injected into the longitudinal channels PL and thus a uniform air supply can be ensured under the bed of the fuel material.

Zur Sicherstellung der freien Luftzuführung über die Luftwege 1 und 2 in die gewellten Luftkanäle PL unter dem Brennstoffbett wird die Funktion des Sturzes jeder Roststufe RST durch einen Negativ-Winkel α verstärkt. Das auf die jeweils nächste Roststufe RST überwälzte Brennstoffmaterial BM fällt so vor die frei liegenden Luftdüsen RD und kann diese - auch durch Schlacken - nicht verschließen.
Die Luftbeaufschlagung in das Brennstoffbett erfolgt so gleichmäßig mit geringer Geschwindigkeit, so dass auch Biomassen mit hohem Kapillar-Wassergehalt und flüchtigen Bestandteilen, - wie z.B. bei Stroh -, optimale Verbrennungswerte erreichen.To ensure the free air supply via the airways 1 and 2 in the corrugated air channels PL under the fuel bed, the function of the fall of each grate level RST is amplified by a negative angle α. The fuel material BM transferred to the respective next grate stage RST thus falls in front of the exposed air nozzles RD and can not close them - also due to slags.
The air is applied to the fuel bed so evenly at low speed, so that even biomasses with high capillary water content and volatile components, such as straw, achieve optimum combustion values.

Mit den vorgesehenen Maßnahmen und Verfahrensschritten wird auf der gesamten Fläche des Stufenrosts ein ständiger gleichmäßig verteilter O₂-Überschuß gesichert und die durch O₂-Mangel induzierten Chlor-Korrosionen verhindert, - bei Rostflächentemperaturen von mindestens 180°C und max. 320°C, was abhängig vom Dampfdruck der Kesselanlage zwischen 10 bar und 120 bar ist.With the proposed measures and process steps is a constant uniformly distributed O is formed on the entire surface of the step grate ₂ excess secured and by O ₂ deficiency induced chloro-corrosion preventing - in grate surface temperatures of at least 180 ° C and max. 320 ° C, depending on the steam pressure of the boiler system between 10 bar and 120 bar.

Die vorausgehend angeführten Maßnahmen werden im Kerngedanken bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffmaterial aus Abfall und/oder Biomasse aus einem starren Stufenrost FLS einer Kesselanlage realisiert, indem das Brennstoffmaterial BM einer geneigten, von Kühlmedium durchströmten Rostfläche des Stufenrostes FLS zugeführt wird und dieses Kühlmedium in das vorhandene Wasserumlaufsystem der Kesselanlage eingebunden wird, wobei das Brennstoffmaterial BM durch mehrere Rostzonen RZ über Abbruchkanten AK an Stufen RST des starr mit der Kesselanlage KMW verbundenen Stufenrostes FLS geführt wird und die Stufen RST des Stufenrostes FLS mit einem positiven Neigungswinkel β ausgelegt werden, wobei weiterhin ein aktiver, auflockernder Transport des Brennstoffmaterials BM auf jeder Stufe RST des starren Stufenrostes FLS durchgeführt wird und die Zuführung der Verbrennungsluft über mehrere unterschiedliche Luftwege erfolgt.The above-mentioned measures are implemented in the core idea in a method according to the invention for combusting fuel material from waste and / or biomass from a rigid step grate FLS of a boiler system, by supplying the fuel material BM to an inclined grate surface of the step grate FLS through which cooling medium flows and this cooling medium the existing water circulation system of the boiler system is involved, wherein the fuel material BM is passed through several grate zones RZ AB via Abbruchkanten AK at stages RST of rigidly connected to the boiler plant KMW step grate FLS and the stages RST of the step grate FLS are designed with a positive inclination angle β, wherein an active, loosening transport of the fuel material BM is performed on each stage RST of the rigid step grille FLS and the supply of the combustion air takes place via a plurality of different air paths.

In vorteilhafter Weise wird als Kühlmedium für die durchströmte Rostfläche des Stufenrostes FLS Siedewasser der Kesselanlage verwendet, insbesondere in einem Temperaturbereich von mindestens 180°C bis maximal 320°C, mit Siedewasserdrücken zwischen 10 bar und 120 bar.Advantageously, boiling water of the boiler system is used as the cooling medium for the grate surface of the stepped grate FLS, in particular in one Temperature range from at least 180 ° C to a maximum of 320 ° C, with boiling water pressures between 10 bar and 120 bar.

Die Zuführung der Verbrennungsluft erfolgt im Wesentlichen unter das Brennstoffmaterial BM im Bereich und längs der Rostfläche des Stufenrostes FLS und etwa senkrecht von unten über in der Rostfläche eingebrachte Luftdüsen LD.
Die Luftdüsen LD werden dabei zweckmäßigerweise konisch im Bereich der miteinander verschweißten benachbarten Rohrflossen vorgesehen und insbesondere im Mittel- und Endteil der um einen Winkel β geneigten Stufen RST des Stufenrostes FLS angeordnet.
Mittels der erfindungsgemäßen Maßnahmen kann die Kühlwärme des Stufenrostes FLS verlustfrei in den Wärmehaushalt der Kesselanlage, insbesondere in die Dampferzeugung, eingekoppelt werden.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, das Brennstoffmaterial BM mittels eines auflockernden Transportgitters über die Rostzonen RZ und die Stufen RST des Stufenrostes FLS zu transportieren.
Abhängig von der Brennstoffkonsistenz und dem Brennstoffaschengehalt werden die Stufen des Stufenrostes FLS in einem positiven Neigungswinkel β von mindestens 3° bis maximal 10° bezogen auf die Gesamtneigung δ des Stufenrostes und die etwa horizontal verlaufende, aber etwas geneigt verlaufende Fläche der jeweiligen Fläche ausgelegt.
Als Kühlmedium der Rostfläche des Stufenrostes FLS wird in vorteilhafter Weise das Siedewasser der Kesselanlage genutzt, das über einen Verteiler V und einen Sammler S fallrohr- und steigrohrseitig die Flossenrohre FLR des Stufenrostes FLS durchströmt, und direkt in das vorhandene Wasser-Umlaufsystem der Kesselanlage eingebunden ist.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist, dass durch den Aktivtransport des Brennstoffmaterials BM die in der Rostfläche eingebauten Luftdüsen LD für die Zufuhr von Verbrennungsluft freigehalten werden, was durch die Verschiebbarkeit der dafür vorgesehenen Stößel realisiert wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffmaterial aus Abfall und/oder Biomasse in einer Kesselanlage ist mit einem starren Stufenrost mit geneigter Rostfläche ausgestattet, die miteinander verschweißte Flossenrohre FLR aufweist, welche von einem Kühlmedium durchströmt sind, wobei dieses in das Wasser-Umlaufsystem der Kesselanlage eingebunden ist. Im Bereich der verschweißten Flossenrohre FLR werden Luftspalte zur Zuführung für Verbrennungsluft vorgesehen und der starre Stufenrost FLS auch starr mit der Kesselanlage KMW verbunden.
Zur aktiven Förderung des Brennstoffmaterials BM auf den jeweiligen Stufen RST sind in den Stufen RST des Stufenrostes FLS verfahrbare Transportstößel ST vorgesehen. Des Weiteren sind zur Verbesserung der Auflockerung und Überwälzung des Brennstoffmaterials BM am Übergang der Stufen RST zu einer nachfolgenden Stufe des Stufenrostes FLS Abbruchkanten AK gebildet.
Die Transportstößel werden zweckmäßigerweise in Abständen von ein oder zwei Flossenrohren FLR in den Wellentälern der Flossenrohre FLR vorgesehen.
Auch ein Abstand von drei oder mehr Flossenrohren ist möglich.
Zur Verbesserung der Zuführung der Verbrennungsluft weisen die Transportstößel ST einen inneren Luftkanal LK mit einer nach unten gegen die Fläche des Stufenrostes FLS geneigten (Winkel δ), insbesondere erweiterten, Düsenöffnung PD auf. Es ist auch möglich, zusätzlich zu dem inneren Luftkanal LK mindestens einen äußeren Luftkanal für Verbrennungsluft an den Transportstößeln vorzusehen.
Die Transportstößel, die im Wesentlichen auf den Flossen der Flossenrohre FLR gleitend aufliegen, halten dabei beim Verschieben beziehungsweise Verfahren in den zwischen den verschweißten Flossenrohren FLR gebildeten Wellentälern die dort vorgesehen Luftdüsen RD von Brennstoffmaterial, Asche oder Schlackenansätzen frei.The supply of combustion air takes place substantially under the fuel material BM in the region and along the grate surface of the step grate FLS and approximately vertically from below via in the grate surface introduced air nozzles LD.
The air nozzles LD are expediently provided conically in the region of the welded together adjacent pipe fins and arranged in particular in the middle and end of the inclined by an angle β stages RST of the step grate FLS.
By means of the measures according to the invention, the cooling heat of the step grate FLS lossless in the heat balance of the boiler system, in particular in the steam generation, can be coupled.
A further advantageous measure is to transport the fuel material BM by means of a loosening transport grid over the grate zones RZ and the steps RST of the step grate FLS.
Depending on the fuel consistency and the fuel ash content, the steps of the step grate FLS are designed with a positive inclination angle β of at least 3 ° to a maximum of 10 ° with respect to the total inclination δ of the step grate and the surface of the respective surface which extends approximately horizontally but slightly inclined.
As a cooling medium of the grate surface of the step grate FLS boiling water of the boiler system is advantageously used, the downpipe and riser pipe side flows through a manifold V and a collector S FLS of the step grate FLS, and is integrated directly into the existing water circulating system of the boiler system ,
Another advantage of the measures according to the invention is that by the active transport of the fuel material BM, the air nozzles installed in the grate surface LD are kept free for the supply of combustion air, which is realized by the displaceability of the plunger provided for this purpose.
The inventive device for combustion of fuel material from waste and / or biomass in a boiler system is equipped with a rigid step grate with inclined grate surface having finned tubes FLR welded together, which are flowed through by a cooling medium, which involved in the water circulation system of the boiler system is. Air gaps for supply of combustion air are provided in the area of the welded fin pipes FLR and the rigid step grille FLS is also rigidly connected to the boiler plant KMW.
For actively conveying the fuel material BM on the respective stages RST, movable transport rams ST are provided in the stages RST of the step grate FLS. Furthermore, to improve the loosening and transfer of the fuel material BM at the transition of the stages RST to a subsequent stage of the step grate FLS Abbruchkanten AK formed.
The transport tappets are expediently provided at intervals of one or two fin tubes FLR in the troughs of the fin tubes FLR.
Also, a distance of three or more fin tubes is possible.
To improve the supply of combustion air, the transport ram ST an inner air duct LK with an inclined downwards against the surface of the step grate FLS (angle δ), in particular extended, nozzle opening PD. It is also possible, in addition to the inner air duct LK, to provide at least one outer air duct for combustion air at the transport tappets.
The transport tappets, which slide substantially on the fins of the fin tubes FLR, while moving or process in the troughs formed between the welded fin tubes FLR keep there provided air nozzles RD of fuel material, ash or slag approaches free.

Diese Luftdüsen RD, die in den Wellentälern der verschweißten Flossenrohre FLR vorgesehen sind, werden bevorzugt als sich nach oben verjüngende Düsen ausgelegt.These air nozzles RD, which are provided in the troughs of the welded fin tubes FLR, are preferably designed as upwardly tapering nozzles.

Die Neigungsrichtung der an jedem Stufensturz vorgesehenen Abbruchkanten AK sind zur Verstärkung ihrer Wirkung zum Auflockern und Umwälzen des Brennstoffmaterials mit negativen Winkel α, insbesondere im Bereich von α = 10°±5°, ausgebildet. Es wird somit ein geringfügiger Rücksprung des entsprechenden Stufensturzes erreicht.The direction of inclination of the demolition edges AK provided at each step fall are designed to enhance their effect of loosening and circulating the fuel material at negative angles α, in particular in the range of α = 10 ° ± 5 °. It is thus achieved a slight return of the corresponding step fall.

Zur weiteren Verbesserung der Luftzufuhr werden in den Stufen des Stufenrostes FLS beziehungsweise in den Stürzen der Stufe rechteckige oder prismatische Luftdüsen RD in den stößelfreien Wellentäler vorgesehen und insbesondere eingefräst. Die Zuführung von Verbrennungsluft auf den leicht geneigten, im Wesentlichen Horizontalflächen der Roststufen kann daher sowohl durch oder auch längs der Transportstößel einerseits und durch in den Stürzen vorgesehene Luftdüsen RD andererseits realisiert werden, wobei auch die Zuführung über diese beiden Alternativen gemeinsam erfolgen kann.To further improve the air supply rectangular or prismatic air nozzles RD are provided in the stages of the step grate FLS or in the falls of the stage RD in the tappet-free troughs and in particular milled. The supply of combustion air on the slightly inclined, substantially horizontal surfaces of the grate steps can therefore be realized either by or along the transport plunger on the one hand and provided in the falls air nozzles RD on the other hand, whereby the supply via these two alternatives can be done together.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen eines Beispiels noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ausschnittsweise eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Stufenrostes mit dessen Anbindung an eine Kesselwand;

Fig. 2

einen schematischen Vertikalschnitt durch einen Stufenrost mit vier Rostzonen und Berücksichtigung der entsprechenden Neigungswinkel sowie der Einbindung des Umlaufes eine Kühlmediums durch den Stufenrost über einen Verteiler und einen Sammler in ein vorhandenes Wasser-Umlaufsystem einer entsprechenden Kesselanlage;

Fig. 3A

einen Vertikalschnitt durch vier miteinander verbundene, insbesondere verschweißte, Flossenrohre mit einem Bruchstück eines Transportstößels innerhalb eines Wellentals zwischen zwei Flossenrohren;

Fig. 3B

eine vereinfachte Darstellung eines Abschnitts eines Stufenrostes im Bereich eines Sturzes beziehungsweise eines Übergangs von einer Stufe auf die nächstfolgende Stufe des Stufenrostes mit angedeutetem Brennstoffmaterial auf einer oberen Stufe des Stufenrostes;

Fig. 4

eine bruchstückartige vereinfachte Darstellung der Anordnung und des Antriebs von Transportstößeln auf zwei nachfolgenden Stufen des Stufenrostes; und

Fig. 5

einen Teilausschnitt entsprechend der Fig. 3B mit mehreren verschweißten Flossenrohren und verdeutlichtem Transportstößel innerhalb eines Wellentals im Bereich des Sturzes einer Stufe des Stufenrostes, und die rechte Darstellung in Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie S-S gemäß linker Darstellung, mit Verdeutlichung eines inneren Luftkanals und dessen Neigung im Bereich eines Transportstößels.

The invention will be explained in more detail with reference to schematic drawings of an example. Show it:

Fig. 1

a perspective view of a step grate according to the invention with its connection to a boiler wall;

Fig. 2

a schematic vertical section through a step grate with four grate zones and taking into account the corresponding inclination angle and the integration of the circulation of a cooling medium through the step grate via a manifold and a collector in an existing water circulating system of a corresponding boiler system;

Fig. 3A

a vertical section through four interconnected, in particular welded, fin tubes with a fragment of a transport plunger within a wave trough between two fin tubes;

Fig. 3B

a simplified representation of a portion of a step grate in the region of a fall or a transition from one stage to the next step of the step grate with indicated fuel material on an upper level of the step grate;

Fig. 4

a fragmentary simplified representation of the arrangement and the drive of transport tappets on two subsequent stages of the step grate; and

Fig. 5

a partial section corresponding to the Fig. 3B with several welded fin tubes and clarified transport tappet within a wave trough in the area of the fall of a step of the step grate, and the right representation in Fig. 5 a section along the line SS according to the left illustration, showing an inner air duct and its inclination in the region of a transport plunger.

Die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt mit perspektivischer Darstellung auf einen Stufenrost FLS, der im Beispiel vier Roststufen RST aufweist. Dieser starr ausgebildete Stufenrost FLS ist im linken Bereich zum Beispiel über Kammbleche WA luftdicht mit einer vertikal ansteigenden Kesselwand KMW verbunden.
Der Stufenrost FLS selbst ist aus Flossenrohren FLR, welche zusammengeschweißt sind und im Bereich deren Schweißnaht SN sich nach oben verbreiternde Luftdüsen LD zur Zuführung von Verbrennungsluft haben. Der insgesamt nach vorn abfallende, geneigte Stufenrost FLS weist plattenartige Transportstößel ST auf, die auf den jeweiligen Roststufen in den zwischen zwei Flossenrohren FLR gebildeten Wellentälern aus- und einfahrbar sind.
Auf der unteren Stufe sind beispielhaft fünf weitgehend ausgefahrene Transportstößel ST im jeweils zweiten Wellental des Stufenrostes FLS dargestellt.
Auf der mittleren Stufe sind diese Transportstößel ST eingefahren, wobei ihre vordere schmale vertikale Fläche in dem im Sturz abfallenden Wellental zu liegen kommt und den für den Transportstößel ST vorgesehenen Schlitz sozusagen verschließt.The Fig. 1 shows a section with a perspective view of a step grille FLS, which has four grate stages RST in the example. This rigidly formed step grille FLS is airtight connected in the left area, for example via comb plates WA with a vertically rising boiler wall KMW.
The step grille FLS itself is made of fin tubes FLR, which are welded together and in the region of the weld SN have upwardly widening air nozzles LD for supplying combustion air. The overall forward sloping, inclined step grate FLS has plate-like transport plunger ST, which are on the respective grate levels in the troughs formed between two fin tubes FLR and retractable.
By way of example, five largely extended transport tappets ST in the second trough of the step grate FLS are shown on the lower stage.
On the middle level these transport ram ST are retracted, with their front narrow vertical surface comes to rest in the sloping trough in the fall and closes the provided for the transport plunger ST slot so to speak.

Auf der obersten Stufe ist im Transportstößel ST ein Luftkanal LK angedeutet, über den Verbrennungsluft unter das nicht dargestellte Brennstoffmaterial eingeblasen werden kann.
Als weitere Luftzuführung sind im Sturz der mittleren Stufe abwechselnd zwischen den vertikalen Frontflächen der Transportstößel ST Düsenöffnungen RD eingebracht, die in jedem stößelfreien Wellental der Flossenrohre FLR vorhanden sind.
Die Düsenöffnungen RD in den Transportstößeln ST können rechteckige oder prismatische Öffnungen für den Austritt der Verbrennungsluft aufweisen.
Der derart aufgebaute und normalerweise von Siedewasser durchströmte und gekühlte Stufenrost FLS hat daher im Wesentlichen eine treppenförmig ausgebildete Rostfläche, die aus miteinander verschweißten Flossenrohren FLR besteht.
Die Dimensionen der Roststufen RST im Hinblick auf Länge (RSL) und Höhe (RSH) sowie die Neigungswinkel β für die Rostfläche und γ für die Gesamtneigung des Stufenrostes FLS werden in Abhängigkeit von den Brennstoffmaterialeigenschaften und der Brennstoffkonsistenz festgelegt.
Die luftdichte, starre Verbindung des Stufenrostes FLS zum Beispiel über Kammbleche WA mit den Kesselwänden kann verschraubt oder verschweißt ausgeführt werden, so dass keine Längs- oder Querdehnungen mittels aufwändiger Konstruktionen zu berücksichtigen sind.
Längs- und Querdehnungs-Kompensatoren entfallen daher beim erfindungsgemäßen Stufenrost FLS in Gänze.
In Fig. 2 ist die Aufteilung und Auslegung eines erfindungsgemäßen Stufenrostes, wie er auszugsweise in Fig. 1 dargestellt ist, mit den prinzipiellen Anbindungen und Auslegungen im Hinblick auf Neigungswinkel mit zwölf Roststufen dargestellt. Der Stufenrost FLS weist im Beispiel nach Fig. 2 zwölf einzelne Roststufen RST von jeweiliger Länge RSL und einer Höhe der jeweiligen Roststufe von RSH auf.
Das Beispiel nach Fig. 2 zeigt den Stufenrost eingeteilt in vier Rostzonen RZ mit einer Gesamtlänge RL und einer Rosthöhe RH.
Der gezeigte Stufenrost ist von der Zuführseite (oben rechts) beziehungsweise der Aufgabe-Plattform AP des Brennstoffmaterials bis zur Ausleitzone (unten links) mit einem Neigungswinkel γ angeordnet.
Die etwas geneigten Flächen der einzelnen Roststufen RST sind unter einem Winkel β zur Gesamtneigung des Stufenrostes angeordnet. Am Übergang von einer Roststufe RST zur nachfolgenden Roststufe RST ist jeweils eine Abbruchkante AK gebildet, deren vertikal nach unten ragende Fläche einen negativen Sturz mit einem Winkel α bildet.
Unterhalb des Stufenrostes FLS sind zwischen den einzelnen Rostzonen RZ Trennwände TW vorgesehen, die nach unten ragend kegelförmige Aschentrichter RS mit nachfolgenden Aschenausläufen A aufweisen.
Innerhalb dieser Aschentrichter RS sind schematisch dargestellte Luftzuführungen LZ dargestellt, über die Verbrennungsluft im Bereich der Schweißnähte SN zwischen den Flossenrohren FLR unter das zu verbrennende Brennstoffmaterial über Luftdüsen LD eingeblasen werden kann.
Die den Stufenrost FLS bildenden Flossenrohre FLR werden bevorzugt mit Siedewasser durchströmt gekühlt, wobei im oberen Bereich des Beispiels ein Steigrohrsammler S und im unteren Bereich ein Fallrohrverteiler V versehen ist, die jeweils in das bei einer Kesselanlage, insbesondere einer Dampfkesselanlage, vorhandene Wasser-Umlaufsysteme eingebunden sind.
Die Aschetrichter RS mit deren Ascheausläufen A werden ebenfalls jeweils luftdicht mit dem Stufenrost FLS verschraubt oder verschweißt, so dass die Luftzuführung leckagefrei von unten in die entsprechenden Rostzonen RZ erfolgen kann.
Der im Wesentlichen vertikale Schnitt durch einen Teil der Fläche des Stufenrostes nach Fig. 3A zeigt vier an ihren Flossen FL miteinander verschweißte Flossenrohre FLR. Die Flossenrohre selbst haben eine runde Kontur mit einem Durchmesser D und nach Verschweißen einen Rohrabstand von etwa RT, in dessen Mitte etwa die Schweißnaht SN in dem zwischen zwei Flossenrohren gebildeten Wellental verläuft. Ein Transportstößel ST ist bruchstückartig im linken Bereich der Fig. 3A eingezeichnet und liegt etwa gleitend im unteren Bereich des entsprechenden Wellentales auf der in dieser Art gebildeten Rostfläche auf.
Im Anfangs- und Endbereich der einzelnen Stufen sind bevorzugterweise auf der Linie der jeweiligen Schweißnaht konische, nach oben verjüngte Luftdüsen LD für die Zuleitung von Verbrennungsluft von unten gegen das Brennstoffmaterial vorgesehen.On the uppermost level, an air channel LK is indicated in the transport tappet ST, via which combustion air can be injected under the fuel material (not shown).
As a further air supply are in the fall of the middle stage alternately introduced between the vertical front surfaces of the transport plunger ST nozzle openings RD, which are present in each plunger-free wave trough the fin tubes FLR.
The nozzle openings RD in the transport tappets ST may have rectangular or prismatic openings for the exit of the combustion air.
The thus constructed and normally flowed through by boiling water and cooled step grille FLS therefore has a substantially stepped staircase grate surface, which consists of finned tubes FLR welded together.
The dimensions of the grating stages RST in terms of length (RSL) and height (RSH) and the inclination angles β for the grate surface and γ for the total inclination of the step grate FLS are determined depending on the fuel material properties and the fuel consistency.
The airtight, rigid connection of the step grate FLS, for example via comb plates WA with the boiler walls can be screwed or welded, so that no longitudinal or transverse strains are taken into account by means of complex constructions.
Longitudinal and transverse expansion compensators are therefore omitted in the inventive step grille FLS in whole.
In Fig. 2 is the division and interpretation of a step grate according to the invention, as it extracts in Fig. 1 is shown with the basic connections and designs with regard to inclination angle with twelve rust steps. The step grille FLS shows in the example Fig. 2 twelve individual grate stages RST of respective length RSL and a height of the respective grate stage of RSH.
The example after Fig. 2 shows the step grate divided into four grate zones RZ with a total length RL and a grid height RH.
The stepped grid shown is arranged from the feed side (top right) or the task platform AP of the fuel material to the discharge zone (bottom left) with an inclination angle γ.
The slightly inclined surfaces of the individual grate stages RST are arranged at an angle β to the overall inclination of the step grate. At the transition from a rust level RST to the subsequent grate level RST is formed in each case a Abbruchkante AK, the vertically downwardly projecting surface forms a negative camber with an angle α.
Below the step grate FLS dividing walls TW are provided between the individual grate zones RZ, which have downwardly projecting cone-shaped ash funnel RS with subsequent ash outlets A.
Within this ash funnel RS schematically shown air supply lines LZ are shown, can be injected via the combustion air in the region of the welds SN between the fin tubes FLR under the fuel to be burned material via air nozzles LD.
The fin tubes FLR forming the stepped grate FLS are preferably cooled by boiling water, wherein a riser collector S is provided in the upper region of the example and a downcomer V is provided in the lower region, each of which is integrated into the circulating water systems present in a boiler system, in particular a steam boiler system are.
The ash funnel RS with its ash outlets A are also each airtight bolted to the step grid FLS or welded, so that the air supply can be done without leakage from below into the corresponding grate zones RZ.
The essentially vertical section through part of the surface of the step grate Fig. 3A shows four at its fins FL welded together fin tube FLR. The fin tubes themselves have a round contour with a diameter D and, after welding, a pipe spacing of about RT, in the middle of which, for example, the weld SN extends in the wave trough formed between two fin pipes. A transport ram ST is fragmentary in the left area of the Fig. 3A drawn and is approximately slidably in the lower part of the corresponding wave trough on the grate surface formed in this way.
In the beginning and end region of the individual stages are preferably on the line of the respective weld conical, upwardly tapered air nozzles LD provided for the supply of combustion air from below against the fuel material.

In Fig. 3B ist vereinfacht eine frontale Ansicht auf einen Teil des Sturzes beziehungsweise des treppenartigen Bereiches einer Stufe des Stufenrostes FLS vereinfacht dargestellt. Die vier nebeneinander angeordneten Flossenrohre FLR sind über Schweißnähte SN miteinander verbunden.
Oberhalb der Rundrohre der Flossenrohre FLR ist Brennstoffmaterial BM schematisch und bruchstückartig dargestellt, wobei eine Art von Luftkanälen PL in den Wellentälern der miteinander verschweißten Flossenrohre FLR gebildet sind.
Im linken Wellental der Fig. 3B ist ein Transportstößel ST mit frontseitiger, schmaler Rechteckfläche dargestellt, der eine prismatische Düsenöffnung PD zum Einblasen von Verbrennungsluft hat.
Der nach rechts folgende, transportstößelfreie Wellentalbereich weist eine weitere prismatische Düsenöffnung RD für die Zuführung von Verbrennungsluft auf.
Die an den Rohrflossen FL verschweißten Flossenrohre FLR bilden daher eine gewellte Oberfläche, auf der das Brennstoffmaterial BM keine Flächenauflage auf der Oberfläche des Stufenrostes FLS hat, sondern im Wesentlichen nur noch Punkt- und/oder Linienberührung.
Hierdurch wird ein geringerer luftseitiger Druckverlust im Brennstoffbett sichergestellt und damit eine gleichmäßigere Luftverteilung unter dem Brennstoffmaterial beziehungsweise dem Brennstoffbett erreicht.
An den Stürzen der Stufen des Stufenrostes sind vorzugsweise rechteckige beziehungsweise prismatische Luftdüsen RD eingebracht oder eingefräst, um Verbrennungsluft in die zwischen den Flossenrohren FLR gebildeten Luftkanäle PL einleiten zu können. Ebenfalls sind Durchtrittsöffnungen für die Transportstößel ST im Bereich der Wellentäler dieser Stürze vorhanden.
Des Weiteren sind auch konische Düsen LD, insbesondere in den jeweiligen Endteilen der Roststufen vorhanden, die die Zufuhr von Verbrennungsluft unter das Brennstoffbett sichern beziehungsweise ergänzen.
Das Verfahren der Transportstößel ST bringt auch den Vorteil mit sich, dass die in diesem Bereich vorhandenen Luftdüsen LD bei jeder Vorschubbewegung von die Düsen verstopfenden Schlacken oder Aschen gereinigt werden.
In Fig. 4 ist schematisch ein Ausschnitt aus einem Stufenrost FLS in einem Vertikalschnitt gezeigt. Die dargestellten Transportstößel ST sind mit einem jeweiligen Antrieb STA gekoppelt, der den Vorschub und Rückzug der Transportstößel auf den entsprechenden Stufen des Stufenrostes FLS bewirkt.
Angedeutet in dieser Darstellung sind ein innerer Luftkanal LK im Transportstößel ST sowie auch Luftdüsen LD in der Längenerstreckung der jeweiligen Stufe des Stufenrostes FLS.
Die Transportstößel ST bilden auf jeder Stufe des Stufenrostes FLS eine Art Stößelgitter für den Transport des Brennstoffmaterials sowie auch für die Auflockerung des gesamten Brennstoffbettes über die vollständige Rostlänge RL.
In Fig. 5 links ist in vergleichbarer Weise wie in Fig. 3B ein Ausschnitt des Stufenrostes FLS im Bereich eines Sturzes gezeigt.
Insbesondere ist hierbei im mittleren Wellental ein Transportstößel ST mit rechteckförmiger vertikaler Stirnfläche und einer Breite B etwa mit der Breite des Wellentals dargestellt.
Dieser Transportstößel ST weist im unteren Bereich eine Düsenöffnung PD auf, die in Verbindung mit dem in der rechten Darstellung der Fig. 5 gezeigten Luftkanal LK steht.
In den beiden außen liegenden Wellentälern sind im Bereich der Schweißnähte SN stationäre, insbesondere prismatische Düsenöffnungen für die Zuführung von Verbrennungsluft vorgesehen.
Die in Fig. 5 rechts gezeigte ausschnittsweise Darstellung ist eine Schnittdarstellung entsprechend der Linie S-S der linken Darstellung.
Insbesondere wird hierbei gezeigt, dass der im Transportstößel vorgesehene Luftkanal LK frontseitig um einen Winkel δ nach unten geneigt ist, um die Zuführung von Verbrennungsluft weitgehend unter das geförderte Brennstoffmaterial zu ermöglichen.
Im Bereich der Neigung des Luftkanals LK nach unten ist die Querschnittsfläche des Luftkanals erweitert, um eine großflächigere Zuführung der Verbrennungsluft und auch eine Druckreduzierung zu ermöglichen.
Die Höhe H des Transportstößels ST und seine Breite B wird in Abhängigkeit von der Konsistenz des Brennstoffmaterials, dem Brennstoffheizwert und der Flächenbelastung in MW/m² des Stufenrostes FLS bestimmt.
Die vorausgehend beschriebene Erfindung zeigt einen in einen Umlauf-Dampfkessel wasser-/dampfseitig eingebundenen eingeschweißten Stufenrost aus Flossenrohren ohne bewegliche Roststäbe, mit Stufenhöhen, die als Abbruch- beziehungsweise Überwälzkanten für das Brennstoffmaterial und das Brennbett auflockernd wirken, wobei der Transport des Brennstoffmaterials mittels Transportstößeln mit einem gitterartigen System abbrandspezifisch geregelt werden kann.In Fig. 3B is simplified a frontal view of a portion of the camber or the stair-like portion of a step of the step grate FLS shown in simplified. The four side-by-side fin tubes FLR are over Welds SN connected together.
Above the round tubes of the fin tubes FLR fuel material BM is shown schematically and fragmented, with a kind of air channels PL are formed in the troughs of the finned tubes FLR welded together.
In the left trough of the Fig. 3B is a transport plunger ST shown with front side, narrow rectangular area, which has a prismatic nozzle opening PD for blowing combustion air.
The following to the right, transport tappet-free wave trough region has a further prismatic nozzle opening RD for the supply of combustion air.
The fin tubes FLR welded to the tube fins FL therefore form a corrugated surface on which the fuel material BM has no surface support on the surface of the step grate FLS, but essentially only point and / or line contact.
As a result, a lower air-side pressure loss is ensured in the fuel bed, thus achieving a more uniform distribution of air under the fuel material or the fuel bed.
Rectangular or prismatic air nozzles RD are preferably introduced or milled in at the falls of the steps of the step grate in order to be able to introduce combustion air into the air ducts PL formed between the fin pipes FLR. Also, passage openings for the transport plunger ST in the troughs of these falls are available.
Furthermore, there are also conical nozzles LD, in particular in the respective end parts of the grate stages, which secure or supplement the supply of combustion air under the fuel bed.
The method of the transport plunger ST also brings with it the advantage that the air nozzles LD present in this area are cleaned by slag or ashes clogging the nozzles with each advancing movement.
In Fig. 4 schematically a section of a step grille FLS is shown in a vertical section. The transport tappets ST shown are coupled to a respective drive STA which effects the advancement and retraction of the transport tappets on the corresponding stages of the step grate FLS.
Indicated in this illustration are an inner air duct LK in the transport tappet ST as well as air nozzles LD in the longitudinal extension of the respective stage of the step grate FLS.
The transport ram ST form at each stage of the step grate FLS a kind of plunger grid for the transport of the fuel material as well as for the loosening of the entire fuel bed over the full grate length RL.
In Fig. 5 left is in a comparable way as in Fig. 3B a section of the step grate FLS shown in the area of a fall.
In particular, in this case a transport tappet ST with a rectangular vertical end face and a width B approximately in the middle trough with the width of the wave trough is shown.
This transport ram ST has at the bottom of a nozzle opening PD, which in conjunction with the in the right-hand illustration of Fig. 5 shown air duct LK is.
Stationary, in particular prismatic, nozzle openings for the supply of combustion air are provided in the two outer wave troughs SN in the region of the welds SN.
In the Fig. 5 The fragmentary representation on the right is a sectional representation corresponding to the line SS of the left representation.
In particular, it is shown here that the air duct LK provided in the transport tappet is inclined downwards at an angle δ in order to allow the supply of combustion air largely below the delivered fuel material.
In the region of the inclination of the air duct LK down the cross-sectional area of the air channel is widened to allow a larger-scale supply of combustion air and also a pressure reduction.
The height H of the transport ram ST and its width B are determined as a function of the consistency of the fuel material, the fuel calorific value and the surface load in MW / m ^{2 of} the step grate FLS.
The invention described above shows an integrated in a circulating steam boiler water / steam side welded stepped grate fin tubes without moving grate bars, with step heights which act as Abbruch- or overturning edges for the fuel material and the fuel bed loosening, the transport of the fuel material by means of transport plungers a lattice-like system can be controlled burn-specific.

Die Luftzuführung erfolgt direkt durch Luftkanäle PL, die von den Flossenrohren gebildet sind sowie durch konische Düsen in den verschweißten Rohrflossen.
Die Temperatur der siedewassergekühlten Fläche des Stufenrostes liegt etwa zwischen 180°C und 320°C, das heißt deutlich oberhalb der Taupunkte der Feuerungsgase und deutlich unterhalb der Schmelzpunkte der eutektischen Chloride und Sulfate, welche aus den korrosiven Bestandteilen des Brennstoffmaterials stammen.
Die Wärme für die Kühlung des Stufenrostes wird ohne externe Wärmetauscher, Umwälzpumpen etc., weitgehend verlustfrei in die Kesselanlage eingebunden.
Die Erfindung überwindet daher die Nachteile der klassischen Vorschub- und Schürroste mit gegossenen Roststäben.
Mittels der Erfindung werden die Reisezeiten und die Verfügbarkeiten der über Stufenroste befeuerten Kesselanlagen verlängert und eventuell anfallende Reparaturen wesentlich vereinfacht, wobei eine Erhöhung des Anlagenwirkungsgrads zwischen 2% und 3% erreicht werden dürfte.
Mit dem erfindungsgemäßen Konzept wird daher die Verbrennung von Abfall und Biomassen auf einem starren Stufenrost ohne bewegliche, zum Beispiel schwingende Rostfläche und ohne das Brennstoffmaterial beziehungsweise das Brennstoffbett fördernde Roststäbe erreicht, wobei die gestufte Fläche des Stufenrostes aus miteinander verschweißten Flossenrohren besteht und keine beweglichen Roststufen vorhanden sind. Die Höhen RSH der einzelnen Stufen des Stufenrostes betragen mindestens 200 mm und maximal 400 mm, wobei ein Negativwinkel α von 10±5° am vertikalen Sturz einer Stufe vorgesehen ist, um eine auflockernde Überwälz- beziehungsweise Abbruchkante für das Brennstoffmaterial zu erreichen.
Auch ist vorgesehen, die Zuführung von Verbrennungsluft unter das Brennstoffbett aus prismatischen oder runden Luftdüsen durchzuführen, welche direkt oberhalb der Rohrflossen zwischen den siedewassergekühlten Flossenrohren angeordnet sind, und auch zusätzlich Luftdüsen, die im Mittel- und Endbereich der Rostflächen als konische Bohrungen in den Rohrflossen ausgebildet sind, vorzusehen.
Die Transportstößel ST werden bevorzugt mit einer Höhe H von etwa 0,4 bis 0,8 der Roststufenhöhe RSH und mit einer Breite B von der Breite einer Flosse eines Flossenrohres bis zur Breite eines Wellentals zwischen zwei verschweißten Flossenrohren dimensioniert, so dass ein gutes Verschieben der Transportstößel auf den Flossen gewährleistet ist.The air supply takes place directly through air channels PL, which are formed by the fin tubes and through conical nozzles in the welded pipe fins.
The temperature of the boiling water-cooled surface of the step grate is approximately between 180 ° C and 320 ° C, that is well above the dew points of the firing gases and well below the melting point of the eutectic chlorides and sulfates, which originate from the corrosive constituents of the fuel material.
The heat for the cooling of the step grate is integrated without external heat exchangers, circulating pumps, etc., largely loss-free in the boiler system.
The invention therefore overcomes the disadvantages of the classic feed and Schürroste with cast grate bars.
By means of the invention, the travel times and the availability of boilers fueled by step grates are extended and possible repairs are considerably simplified, with an increase in plant efficiency of between 2% and 3% being likely to be achieved.
With the concept according to the invention, therefore, the combustion of waste and biomass is achieved on a rigid step grate without movable, for example vibrating grate surface and without the fuel material or the fuel bed-promoting grate bars, the stepped surface of the step grate consists of finned tubes welded together and no mobile grate stages available are. The heights RSH of the individual steps of the step grate amount to at least 200 mm and a maximum of 400 mm, with a negative angle α of 10 ± 5 ° provided on the vertical lintel of a step, in order to achieve a loosening or breaking edge for the fuel material.
It is also provided to carry out the supply of combustion air under the fuel bed of prismatic or round air nozzles, which are located directly above the pipe fins between the boiling water cooled fin pipes, and also air nozzles formed in the middle and end of the grate surfaces as conical holes in the pipe fins are to be provided.
The transport ram ST are preferably dimensioned with a height H of about 0.4 to 0.8 of the grate height RSH and with a width B from the width of a fin of a fin tube to the width of a wave between two welded fin tubes, so that a good displacement of the Transport tappet is guaranteed on the fins.

Die Transportstößel ST sind vorteilhafterweise mit einem internen runden oder prismatischen Luftkanal ausgestattet, der mit einem Neigungswinkel δ von ca. 15 bis 35° die Verbrennungsluft unter die Schicht des Brennstoffmaterials einblasen lässt.
Die Luftaustrittsdüsen RD haben zweckmäßigerweise einen vorgeschalteten prismatischen oder runden Luftführungskanals von der Länge des vierfachen hydraulischen Durchmessers der Luftaustrittsdüse und am Eintritt des Luftführungskanals eine Drossel mit einem Druckunterschied von ca. 3-4 mbar.
Die derart ausgelegte Länge des Luftführungskanals hat den Vorteil, dass die Richtung des Luftstrahles stabilisiert wird und der Luftstrahl an der Luftaustrittsdüse nicht zerplatzt.
Die am Eintritt des Luftführungskanals vorgesehene Drossel mit dem genannten Druckunterschied gewährleistet dabei in zweckmäßiger Weise eine bestmögliche und optimale Luftverteilung auf alle Luftdüsen.
Die bei den Luftdüsen LD bevorzugt vorgesehene sich nach oben verjüngende Form zielt hingegen darauf ab, ein Zerplatzen des Luftstrahles am Austritt aus der Luftdüse herbeizuführen, wodurch eine bessere Luftverteilung insbesondere im Endbereich der Roststufen erreicht wird.The transport tappets ST are advantageously equipped with an internal round or prismatic air duct, which allows the combustion air to be injected under the layer of the fuel material at an angle of inclination δ of approximately 15 to 35 °.
The air outlet nozzles RD expediently have an upstream prismatic or round air duct of the length of four times the hydraulic diameter of the air outlet nozzle and at the inlet of the air duct a throttle with a pressure difference of about 3-4 mbar.
The thus designed length of the air duct has the advantage that the direction of the air jet is stabilized and the air jet at the air outlet nozzle does not burst.
The provided at the inlet of the air duct throttle with said pressure difference ensures this in an appropriate manner the best possible and optimal air distribution to all air nozzles.
On the other hand, the form tapering upwards in the case of the air nozzles LD aims, however, at causing the air jet to burst at the outlet from the air nozzle, thereby achieving a better air distribution, in particular in the end region of the grate steps.

Die Erfindung schafft daher ein Verfahren und eine Vorrichtung mit dem beziehungsweise der die Nachteile von bekannten Vorschub- und Schürrosten in relativ einfacher aber hocheffizienter Weise überwunden werden können.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Einsatz in Dampf-Kesselanlagen in einem thermischen Leistungsbereich von etwa 10-160 MW.The invention therefore provides a method and a device with which or the disadvantages of known feed and Schürrosten can be overcome in a relatively simple but highly efficient manner.
The invention is particularly suitable for use in steam boiler systems in a thermal power range of about 10-160 MW.

Claims (15)

1. Method for burning of combustible material of waste and/or biomass on a rigid boiler installation grate,
   wherein the combustible material (BM) is fed to an inclined grate surface of the boiler installation grate (FLS), which is flowed through by a cooling medium,
   wherein the combustible material (BM) is conveyed on the boiler installation grate in an active, loosening manner,
   wherein the boiler installation grate is rigidly connectable to a boiler installation (KMW), with the cooling medium able to be integrated with an existing water circulation system of a boiler installation, and
   wherein feeding of the combustion air is accomplished via multiple air paths,
   characterized in that
   the boiler installation grate is designed as a stepped grate (FLS) having multiple steps (RST),
   that the combustible material (BM) is guided through multiple grate zones (RZ) over break-off edges (AK) at steps (RST) of the stepped grate (FLS),
   that the active, loosening conveyance of the combustible material (BM) is accomplished at every step (RST) of the rigid stepped grate,
   that the steps (RST) of the stepped grate (FLS) are designed to have a positive angle of inclination (β) with respect to the overall inclination (γ) of the stepped grate (FLS),
   that feeding of the combustion air is accomplished via various air paths,
   that feeding of the combustion air is accomplished essentially via internal air channels (LK) in pushers provided for conveying the combustible material (BM), wherein the internal air channels (LK) feature nozzle openings, which are inclined downwards (δ) against the surface of the stepped grate (FLS).
2. Method according to claim 1,
   characterized in that
   the feeding of combustion air is accomplished essentially via air channels (PL) in the wave troughs of finned tubes that are welded together beneath the combustible material (BM) in the area of and along the grate surface of the stepped grate (FLS), and approximately vertically from the bottom via air nozzles (LD) incorporated into the grate surface.
3. Method according to claim 1 or 2,
   characterized in that,
   depending on the consistency of the combustible material and the ash content of the combustible material, the steps of the stepped grate (FLS) are designed to have a positive angle of inclination (β) of at least 3° up to a maximum of 10°.
4. Method according to anyone of claims 1 to 3,
   characterized in that
   the feeding of combustion air is accomplished via conical air nozzles (LD), which are in particular provided in the middle and end portions of the inclined (β) steps (RST) of the stepped grate (FLS).
5. Method according to anyone of claims 1 to 4,
   characterized in that
   the combustible material (BM) is conveyed across the grate zones (RZ) and the steps (RST) of the stepped grate (FLS) by means of a loosening conveying grille featuring pushers with vertical front face.
6. Method according to anyone of claims 1 to 5,
   characterized in that
   the cooling medium used to flow through the grate surface of the stepped grate (FLS) is boiling water from a boiler installation, in particular at a temperature range from at least 180°C up to a maximum of 320°C at boiling water pressures between 10 bar and 120 bar.
7. Method according to claim 6,
   characterized in that
   the boiling water acting as a cooling medium for the grate surface of the stepped grate (FLS) is able to be directly integrated into a water circulation system of a boiler installation via a distributor (V) and a collector (S), through both downpipe and up-pipe.
8. Method according to anyone of claims 1 to 7,
   characterized in that
   the air nozzles (LD) incorporated into the grate surface are kept free for the supply of air by means of the active conveyance of the combustible material (BM).
9. Method according to anyone of claims 1 to 8,
   characterized in that
   the heat from cooling the stepped grate (FLS) can be introduced nearly free of loss into the heat balance of a boiler installation, in particular for steam generation.
10. Device for a boiler installation for the burning of combustible material of waste and/or biomass,
    comprising a rigid grate of a boiler installation with an inclined grate surface through
    which a cooling medium is flowing,
    which is able to be integrated into a water circulation system of the boiler installation,
    wherein the rigid boiler installation grate (FLS) is rigidly connectable to the boiler installation (KMW),
    wherein movable conveying pushers (ST) for actively conveying the combustible material (BM) are provided in the boiler installation grate (FLS), and
    air gaps for combustion air are present,
    in particular for the realization of the method according to anyone of claims 1 to 9,
    characterized in that
    the rigid boiler installation grate (FLS) is designed as a stepped grate (FLS) having steps (RST),
    that the grate surface of the rigid stepped grate (FLS) is designed in a stepped manner and features finned tubes (FLR), which are welded together and through which the cooling medium flows,
    that the welded finned tubes (FLR) feature air gaps (RD, LD) for combustion air, that the conveying pushers (ST) are designed as vertical pushers and provided in the steps (RST) of the stepped grate (FLS) as movable conveying pushers (ST) for actively conveying the combustible material (BM) on the steps (RST),
    that break-off edges (AK) are formed at the transition (RST) of the steps to a subsequent step of the stepped grate (FLS) in order to loosen the combustible material (BM),
    that the conveying pushers (ST) are provided in the wave troughs of the finned tubes (FLR) at intervals of one or two finned tubes (FLR), and
    that the conveying pushers (ST) feature an internal air channel (LK) for the feeding of combustion air, having a nozzle opening (PD), in particular widened, which is inclined (δ) downwards against the surface of the stepped grate (FLS).
11. Device according to claim 10,
    characterized in that
    the conveying pushers (ST) have at least one external air channel for combustion air.
12. Device according to claim 10 or 11,
    characterized in that
    the conveying pushers (ST) essentially lie upon the fins of the finned tubes (FLR) as they move in the wave troughs formed between the welded finned tubes (FLR).
13. Device according to anyone of claims 10 to 12,
    characterized in that
    the air gaps provided in the wave troughs of the welded finned tubes (FLR) are designed as upwardly tapering air nozzles (LD).
14. Device according to anyone of claims 10 to 13,
    characterized in that,
    in order to increase their effect, the break-off edges (AK) of the stepped grate (FLS) are designed with a negative fall having an angle (α), in particular in the range of α = 10° ± 5°.
15. Device according to anyone of claims 10 to 14,
    characterized in that
    in the steps of the stepped grates (FLS) rectangular or prismatic air nozzles (RD) for the feeding of combustion air are provided, in particular milled in, in the wave troughs not having pushers.

Images