Die Erfindung bezieht sich auf ein Rostbodenelement zum Aufbau einer Rostfläche bzw. eines Rostbodens zur Aufnahme von Feststoffen bei deren Verbrennung, Kühlung oder anderweitigen Warmbehandlung, wobei das Rostbodenelement eine durch Gasaustrittsöffnungen durchbrochene Oberfläche zum Tragen der auf dem Rost befindlichen Feststoffe aufweist, ferner auf einen aus einer Mehrzahl solcher Rostbodenelemente aufgebauten Rost sowie weiterhin auf ein Verfahren zur Verbrennung, Kühlung oder anderweitigen Warmbehandlung von auf einem hitzebeständigen Rostboden befindlichen und geförderten Feststoffen mittels Gasen wie z.B. Luft, wobei diese der Warmbehandlung dienenden Gase zunächst den Rost und dann die darauf befindlichen Feststoffe durchströmen.
Rostböden für die genannten Behandlungszwecke für Feststoffe werden in der Praxis üblicherweise aus Roststäben, Rostplatten oder Rostblöcken gebildet, die so bemessen sind, dass sie sich bei Wärmedehnung nicht verwerfen. Diese Rostböden tragen die Feststoffe und fördern sie infolge ihrer Neigung oder Bewegung. Die Förderung kann auch von Kratzern oder von dem zur Behandlung dienenden Gas, in der Regel Luft, übernommen werden.
Wesentliches Merkmal von Rostböden sind Öffnungen für den Durchtritt des Gases. Sie werden zwischen den Roststäben gebildet oder in die Rostplatten oder Rostblöcke eingearbeitet. Besondere Anforderungen an den Gasdurchtritt werden von Anströmböden oder Düsenböden erfüllt. Für den Einsatz bei hohen Temperaturen können solche Böden aus keramischen Werkstoffen hergestellt sein. Wegen geringer mechanischer Festigkeit erfüllen sie jedoch in der Regel nicht die Förderfunktion beweglicher Roste.
Bekannte Rostböden erfüllen die Forderung nach guter Eigenkühlung und definiertem Widerstand zur Gleichverteilung des Gases in den darüber befindlichen, zu behandelnden Feststoff in unterschiedlicher Weise.
So sind in den DE-A-32 13 294 auf der Gasseite angeordnete Kühlrippen oder Kanäle beschrieben.
Andersweitig sind in der DE-A-17 58 067 drehbar verlegte Rostplatten mit einem Zusatzgewicht, beschrieben, um dem infolge des Rostwiderstandes verursachten Auftrieb zu begegnen, der grösser als das Eigengewicht des Rostelements sein kann. Eine Kennzahl für den Widerstand des Rostes ist die offene Rostfläche. 5% offene Rostfläche besagen, dass das zugeführte Gas in den Öffnungen die 20-fache Geschwindigkeit annimmt und einen erheblichen Auftrieb verursacht.
Die hohe Austrittsgeschwindigkeit des Gases in senkrechter Richtung kann störend sein.
In der US-A-3 304 619 sind die Vorteile von horizontal aus Rostböden austretendem Gas beschrieben: durch hohe Austrittsgeschwindigkeiten wird die Förderung des Feststoffes bewirkt und der Wärmeübergang verbessert. Ein hitzebeständiger Rostboden, der diese Vorteile realisiert, wird jedoch nicht beschrieben.
Zur Förderrichtung quer und geneigt angeordnete Schlitze werden bisher zwischen einzelnen Roststäben gebildet. Im Gegensatz zu direkt auf Rostträgern verlegten Rostplatten erfordern sie längs verlegte Zwischenträger. Der dichte Anschluss der Kammern für die Gaszufuhr, besonders bei hohen Drücken für hohe Rostwiderstände, und die Übertragung der Förderbewegungen auf die Rostfläche wird durch solche Zwischenträger konstruktiv erschwert.
Bekannt ist ferner allgemein, dass eine kleine, offene Rostfläche in Verbindung mit hoher Gasgeschwindigkeit den Rostdurchfall stark vermindert. Dennoch müssen Roste aufwendige Einrichtungen für das Ausschleusen von durchgefallenem Feststoff aus den Kammern und für das Abfördern haben. Erst bei Düsenböden wird beispielsweise durch eine überlappende Abdeckung der Öffnungen dafür gesorgt, dass auch bei Unterbrechungen der Gaszufuhr der Feststoff nicht in die Öffnungen gelangt.
In der DE-A-20 05 869 wird eine jalousieartige Treppenwand beschrieben, in der quer zum Gasdurchtritt ein Pulver gefördert wird. Die Jalousietreppen verlaufen etwa entgegen der Schwerkraft, so dass kein Feststoff auslaufen kann.
Die beiden letzten Beispiele zeigen, dass durch an der Schwerkraftrichtung orientierte Hindernisse Rostdurchfall vermieden werden kann. Die Jalousie-Lösung hat jedoch den Nachteil, dass ein für die Gasverteilung ausreichender Widerstand nicht realisiert wird, während sich Düsenböden bisher nicht in einem mechanisch fördernden Rost verwirklichen lassen.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, mechanisch beanspruchbare Rostbodenelemente zum Aufbau einer Rostfläche und damit eines Rostes zu schaffen, der die aus den verschiedenen vorerwähnten Konstruktionen von Roststäben, Rostplatten, Rostblöcken und Düsenböden bekannten Vorteile hinsichtlich Eigenkühlung, Gasverteilung (u.a. Widerstand) und Durchfallfreiheit vereint, wobei die Rostbodenelemente insbesondere wirtschaftlich herstellbar sein sollen, und, hinsichtlich des Verfahrens, eine verbesserte und wirtschaftlichere Förderung von auf Rostböden zu behandelnden Feststoffen zu erzielen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei dem Rostbodenelement dadurch gelöst, dass dieses kastenartig ausgebildet ist und seine Breite bestimmende, zwischen sich die Oberfläche aufspannende seitliche Tragstege aufweist, an denen die Oberfläche bestimmende Körper angeordnet sind, wobei sich die Tragstege nach Art von Wangen von der Oberfläche nach unten sowie die die Oberfläche bestimmenden Körper unter Bildung feiner, im wesentlichen quer zur den Wangen verlaufender Gasschlitze zwischen den Wangen erstrecken, und dass die Gasschlitze in Bezug auf die Oberfläche derart bemessen und angeordnet sind, dass sie einen hohen Widerstand gegen Gasdurchtritt und ein Hindernis gegen Eindringen oder Durchfallen der transportierten Feststoffe bilden.
Ein solches kastenartiges Rostbodenelement ist in seiner Funktion mit Belüftungskästen vergleichbar, die mit halbdurchlässigen Geweben oder porösen Stoffen belegt sind und im Bereich niedriger Temperaturen und feiner Pulver angewendet werden. Mit der Erfindung ist die Anwendung von Rostbodenelementen einer solchen Funktion nunmehr auch für heisse und grobe Feststoffe möglich. Die in einfacher Weise z.B. durch Giessen wirtschaftlich herzustellenden Rostbodenelemente lassen sich, ohne dass zwischen den Tragstegen weitere Öffnungen entstehen, unmittelbar auf Rostträgern verlegen. Dadurch bestimmen nur die ausgebildeten Gasschlitze den Rostwiderstand und die Gasaustrittsgeschwindigkeit, die das Eindringen von Feststoff verhindert. Bei Unterbrechung der Gaszufuhr bilden die Rostschlitze aufgrund ihrer auf die Gesamtoberfläche des Rostes abgestimmten Bemessung und Anordnung ein wirksames Hindernis gegen Rostdurchfall, so dass Einrichtungen zum Ausschleusen und Abfördern des Rostdurchfalls überflüssig werden.
Die dem Verfahren zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Gase den Feststoffen im wesentlichen parallel zum Rostenboden und in Förderrichtung mit hoher Geschwindigkeit in Form von feinen, quer zur Förderrichtung breiten Gasstrahlen zugeführt werden. Damit ist eine massgebliche Unterstützung des Fördervorganges der auf einem Rost befindlichen, zu behandelnden Feststoffe mit Hilfe des Behandlungsmediums möglich, wobei vor allem der Transport der Feinanteile solcher Feststoffe unterstützt werden kann. Ein grosser und äusserst bedeutsamer Vorteil besteht aber vor allem auch in der zusätzlichen Kühlung der Oberfläche und in der Verteilung des Gases aus einer zur Rostfläche parallelen Schicht unabhängig von der Feinteiligkeit der Schlitze. Mit anderen Worten kann das aus den in den Rostbodenelementen vorgesehenen Schlitzen austretende Gas das Fördermittel für die auf dem Rost befindlichen Feststoffe bilden. Während die Förderung der Feststoffe mittels Bewegung des Rostes oder mittels zusätzlicher Fördereinrichtung durch den Gasaustritt aus den in Förderrichtung geneigten Schlitzen unterstützt wird, ist es bei feinem Feststoff, hier schon in Verbindung mit einem horizontalen Rost, oder bei grobem Feststoff in Verbindung mit einer Neigung der Rostfläche in Förderrichtung möglich, den Feststoff nur mit dem Prozessgas zu fördern. Dies ist dann von Nutzen, wenn der Rostboden starr oder der Feststoff für eine mechanische Förderung zu heiss ist. Bei dieser vom Prozessgas massgeblich unterstützten oder sogar allein durchgeführten Förderung des Warmbehandlungsgutes kann es für den Fördervorgang vorteilhaft sein, wenn die Gaszufuhr pulsierend erfolgt. Auch ist es für eine gleichmässige und/oder intermittierende Förderung zweckmässig, in Förderrichtung benachbarte Gasstrahlen jeweils gruppenweise gemeinsam mit Gas zu beaufschlagen, wobei sich, um beispielsweise eine gleichmässige Bewegung über die Rostbreite hinweg zu erzielen, solche Gruppen benachbarter, gemeinsam beaufschlagter Gasstrahlen über die gesamte Breite des Rostbodens erstrecken und gegebenenfalls solche Gasstrahlengruppen gemeinsam pulsieren können. Durch diese verschiedenen Massnahmen, die jeweils für sich oder in Kombination miteinander ergriffen werden können, lassen sich die unterschiedlichsten Verhältnisse hinsichtlich der Förderung und Behandlung der auf dem Rostboden verarbeiteten Stoffe einstellen und erzielen.
In bevorzugter Ausbildung des Rostbodenelements können die Tragstege und Körper als aneinander zur Ausbildung eines starren Rostbodenelements befestigbare Teile vorgesehen sein. Dadurch werden die Handhabung und Verlegung erleichtert, wobei die leichte Herstellung durch Giessen erhalten bleibt.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausbildungsform der Rostbodenelemente können die Tragstege und Körper formschlüssig zusammensteckbar sein. Der damit erzielbare Vorteil liegt in der Beweglichkeit der Teile zueinander infolge der mechanischen Beanspruchung, die einen Selbstreinigungseffekt bewirkt bzw. unterstützt.
Weiter können die Tragstege und Körper in Form von zwei komplementären Grundbauteilen vorgesehen sein, von denen jedes einen Tragsteg mit einer Mehrzahl von sich quer dazu erstreckenden Körpern umfasst. Solche Rostbodenelemente sind leicht giessbar und verkörpern besonders stabile, geschlossene Kästen mit beliebig engen, innen liegenden Gasschlitzen. Vorteilhaft kann dabei das Rostbodenelement als unteren Abschluss eine sich zwischen den beiden Tragstegen erstreckende Bodenplatte aufweisen, in der eine Öffnung für die Gaszufuhr in das Innere des kastenartigen Rostbodenelements vorgesehen sein kann. Dadurch kann die Belüftung in bevorzugter Weise über Rostträger erfolgen, wie sie im folgenden als Tragelemente für die Rostbodenelemente nach der Erfindung noch näher beschrieben werden und es können damit, wie schon dargelegt, in Förderrichtung benachbarte Gasstrahlen jeweils gruppenweise gemeinsam mit Gas beaufschlagt werden, wodurch Vorteile sowohl hinsichtlich des konstruktiven Aufwandes als auch des verfahrenstechnischen Ablaufes erzielbar sind.
Nach einer anderen Ausbildungsmöglichkeit der Rostbodenelemente können die Schlitze gegen die Rostoberfläche geneigt sein. Vorzugsweise erfolgt die - eine Hindernisbildung gegen Rostdurchfall massgeblich beeinflussende - Neigung in Förderrichtung, um den Fördervorgang entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren zu unterstützen. Besonders vorteilhaft ist eine solche Förderung des Feinanteils von auf dem Rost zu behandelnden Feststoffen bei Verwendung eines Kratzerförderers oder bei einem Schubrost, da Feinanteil mechanisch schwierig zu fördern ist.
Zweckmässig kann dabei die Neigung der Schlitze geringer als 40° gegen die Oberfläche sein, wodurch die austretende Gasströmung an der Oberfläche anliegt und somit besonders vorteilhaft zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens beiträgt.
Nach einer weiteren Ausführung sind die Schlitze siphonartig an ihrem Gaseintritt entgegen der Schwerkraft gekrümmt. Diese Form stellt ein besonders einfach herzustellendes und wirksames Hindernis gegen Rostdurchfall in Verbindung mit geneigten Schlitzen dar.
Vorzugsweise weisen die Schlitze Drosseln und Erweiterungen auf. Dadurch wird die innere Kühlung des Rostbodenelements durch den Joule-Thomson-Effekt weiter verbessert. Gleichzeitig wird der Widerstand gegen den Gasdurchtritt erhöht.
Eine Mehrzahl der nach der Erfindung ausgebildeten Rostbodenelemente baut einen Rost auf, in dem die Rostbodenelemente nebeneinander auf Rostträgern in Rostreihen sowie mehrere solcher Rostreihen hintereinander angeordnet und bei dem in Weiterbildung der Erfindung die Rostträger Hohlträger mit Anschluss an die Gaszufuhr und die Rostbodenelemente dichtend an den Rostträgern befestigt sein können, wobei Öffnungen für die Gaszufuhr aus den Rostträgern in das Innere der Rostbodenelemente vorgesehen sind und in Deckung untereinander liegen. Während bekannte Luftkammern zur Belüftung von Rosten wegen der Einrichtung zum Austragen des Rostdurchfalls stets mehrere Rostreihen umfassen müssen, wird durch diese Art der Anordnung der erfindungsgemässen Rostbodenelemente eine Einteilung der Rostbelüftung in einzelne Rostreihen möglich. Einbauten in den Rostträgern können die Luftverteilung weiter beeinflussen.
Der Rost kann zweckmässigerweise eine Einrichtung zur pulsierenden Zufuhr des Gases (Luft) zu den Schlitzen oder ein Ventil zur gesteuerten Intervallzufuhr des Gases zur den Schlitzen umfassen. Durch beide Einrichtungen ist die für die Förderung notwendige Gasgeschwindigkeit unabhängig von der verfahrenstechnisch notwendigen Gasmenge einstellbar.
Weitere Vorteile und Ausbildungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der in den schematischen Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele hervor. In den Zeichnungen zeigt
Ein Rostbodenelement 19, das einen Teil einer in Fig. 8 dargestellten und weiter unten erläuterten Rostreihe 20 bildet, kann metallisch oder keramisch gegossen ausgeführt sein und umfasst nach Fig. 1 und 2 Grundbauteile 1 und 2 mit Hauptkörpern 3, die Teil der wirksamen Rostoberfläche bilden bzw. bestimmen und im Text der Einfachheit halber nur als «Körper» bezeichnet sind. Diese Körper 3 sind abwechselnd an einander gegenüberliegenden Tragstegen 4 der Grundbauteile 1 und 2 angegossen und bilden nach dem Zusammenfügen aufgrund ihrer Abmessungen in Längsrichtung des Rostbodenelements zwischen sich Schlitze 5 aus.
Die Rostoberfläche wird, wie aus Fig. und 6 erkennbar, aus den Körpern 3, den Tragstegen 4 und den Schlitzen 5 gebildet. Das Flächenverhältnis von Körpern 3:Tragstegen 4:Schlitzen 5 kann von 1:5:1 bis hin zu 40:1:1 reichen. Die Schlitze 5 können durch die Ausbildung von Giesskonen an den Körpern 3 von der gezeigten 90 Grad Winkelstellung zu den Tragstegen jedoch auch abweichen.
In Fig. 1 sind schräge Schlitze 5 gezeigt, die bevorzugt so geneigt sind, dass sie in Förderrichtung austreten. Die Neigung sollte, um eine an der Oberfläche anliegende Strömung des Gases zu erzeugen, einen Winkel 23 (Fig.5) von 40° nicht übersteigen. Besonders günstige Ergebnisse lassen sich mit Neigungswinkeln von 30 bis 35° erzielen.
Die Schlitze 5 können verschiedenen Anforderungen angepasst werden, z.B. bezüglich Neigung, Krümmung und Konizität. Es können auch verschiedene Schlitzformen innerhalb eines Rostbodenelements verwirklicht werden.
Die Schlitzformen 10 und 11 können auch kombiniert werden.
Nach Fig. 5 und 6 sind die Rostbodenelemente aus einzelnen Tragstegen 4 und Körpern 3 durch formschlüssiges Zusammenstecken gebildet. Zu diesem Zweck weisen die Körper 3 Zapfen 8 auf, die von Löchern 9 in den Tragstegen 4 aufgenommen werden. Anstelle der Zapfen 8 und Löcher 9 können beispielsweise nicht gezeigte Konsolen an den Tragstegen 4 zur Aufnahme der Körper 3 befestigt sein. Eine derart vereinfachte Konstruktion wird beispielsweise bei der Verwendung keramischer anstelle metallischer Werkstoffe bevorzugt.
Eines oder mehrere der Rostbodenelemente der Fig. 1 und 2 bzw. der Fig. 5 und 6 werden durch Zugstangen 15 (Fig. 2) zusammengehalten, die durch Bohrungen 7 geführt werden. Ausser durch die Körper 3 kann der Abstand der Tragstege 4 zusätzlich durch Abstandhalter 6 sichergestellt werden. Anstelle der Zugstangen 15 können die Haltekräfte für den dichten Sitz der Tragstege 4 aneinander auch durch Druck aufgebracht werden.
Fig. 7 und 8 zeigen die Anordnung von Rostbodenelementen 19, hier mit siphonartigen Schlitzen 10 auf einem Rostträger 16 zum Aufbau einer Rostreihe 20. Es ist dem Fachmann ohne weiteres geläufig, dass mehrere solcher Rostreihen nach-und nebeneinander zu einem hier nicht dargestellten Rost irgendeiner der bekannten Bauarten (Schub-, Wanderrost, stationärer Rost) zusammengesetzt werden. Die Tragstege 4 sind bei einer solchen Anordnung so gestaltet, dass sie formschlüssig auf einem als Hohlträger ausgebildeten Rostträger 16 befestigt werden können. Dabei sind die Rostbodenelemente 19 auf dem Rostträger 16 quer durch den Rost verschiebbar, so dass sie während des Betriebes gewechselt werden können. Die Luft- bzw. Gaszufuhr erfolgt über den Rostträger 16, der dadurch gut gekühlt ist. Einer der beiden Tragstege 4 weist eine Bodenplatte 17 auf, um die Belüftung über den Rostträger 16 sicherzustellen. Durch diese Art der Belüftung wird eine besonders enge Einteilung der Luftkammern unter dem Rostboden verwirklicht. Die Rostträger können zur weiteren Luftverteilung verstellbare Klappen 24 enthalten.
Die Bodenplatte 17 kann auf dem nicht gezeigten, folgenden Rostbodenelement aufliegen, wodurch ein Stufenrost gebildet wird. Die Förderung kann dabei in bekannter Weise durch die Schubbewegungen der Rostreihen erfolgen. Durch die aus den Schlitzen 10 tretende Luft wird die für die Förderung von Feststoffen notwendige Frequenz dieser Schubbewegung verschleissgünstig herabgesetzt.
Bei vollständiger Übernahme der Förderung des Feststoffes durch das Gas bzw. die Luft, die in einem bestimmten Prozess verfahrenstechnisch mit Bezug auf die Feststoffmenge bemessen wird, ist es notwendig, die für die Förderung notwendige Geschwindigkeit am Austritt aus den Schlitzen 5 bzw. 10 unabhängig von der Menge einzustellen. Der Rostträger 16 hat einen Anschluss 21 für die Gaszufuhr. Diesem sind Einrichtungen 22 zur Pulsierung bzw. hier nicht gezeigte Ventile zum gesteuerten Einlass der Luft zugeordnet.