Die Erfindung betrifft einen Roststab und Rost mit Kühleinrichtung und ein Verfahren zur Kühlung für Verbrennungsöfen, insbesondere von Müllverbrennungsanlagen. Ein Rost mit gekühlten Rostbalken ist aus Dokument DE-U-9 309 198 schon bekannt.
Ein Rost für Verbrennungsöfen wird üblicherweise durch quer zur Transportrichtung des Brenngutes sich erstreckende, übereinanderliegende Reihen von Roststäben gebildet.
Auch bei der Hausmüllverbrennung wird als erprobter Apparat die Rostfeuerung verwendet. Die einzelnen Roste sind belegt mit Roststäben. Diese haben die Aufgabe, den Müll zu transportieren, zu mischen (sogenanntes Schüren) und übernehmen den Ausbrand. Dabei laufen nacheinander Vorgänge der Trocknung, Vorwärmung, Entgasung, Vergasung und C-Ausbrand auf dem Rost, und damit den Roststäben ab.
Die Roststäbe sind versehen mit Öffnungen (Schlitze, Spalten, Löcher etc.), durch die Verbrennungsluft geblasen wird.
Die Roststäbe sind besonders belastet durch mechanischen Abrieb sowie thermischen und chemischen Verschleiß. Entsprechender Verschleiß führt zu Veränderungen der Feuerführung, der Ausbrandqualitäten und letztlich zu Betriebsunterbrechungen. Der Verschleiß der Roststäbe ist im wesentlichen temperaturabhängig.
Durch entsprechende Maßnahmen wird ein Teil der zugeführten Verbrennungsluft - sogenannte Primärluft - zur Kühlung der Roststäbe benutzt. Die Kühlwirkung richtet sich vor allem nach der Luftmenge. Der verbleibende Teil wird zur weiteren Ausbrennung der Gase in den Feuerraum als Sekundärluft zugegeben.
Durch Änderungen des Hausmülls, vorwiegend im Hinblick auf höhere Heizwerte (Recycling von Glas, von Biostoffen/Grünabfällen, erhöhter Anteil an Plastik/Kunststoffen) sowie erhöhte Schwankungen im Bereich hoher Heizwerte, nehmen die Roststabtemperaturen zu, zum einen bedingt durch eine intensivere Verbrennung, zum anderen jedoch auch durch geringere Luftmengen unter dem Rost (abnehmende Kühlwirkung). Der hohe Heizwert bedingt eine Umverteilung der gesamten Verbrennungsluft in der Weise, daß im Feuerraum ein höherer Anteil zur Verbrennung der Gase erforderlich wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Roststäbe und einen Rost zu schaffen, die bei der Verbrennung von heizwertreichen Stoffen verschleißfest sind, ihre Form nicht verändern und damit auch das Verbrennungsverhalten sowie das Transport- und Mischverhalten im Ofen nicht verändern. Außerdem sollen gute Notlaufeigenschaften bei Wasserausfall und eine relativ geringe Erwärmung des Wassers auf weniger als 100 Grad Celsius bevorzugt auf weniger als 50 Grad Celsius erreicht werden. Darüber hinaus soll wirkungsvoll eine Dampfbildung verhindert werden.
Erfindungsgemäß wird das Problem durch die Ansprüche 1, 7 und 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Roststab mit Kühleinrichtung, an dem wenigstens eine Zulauf- und eine Ablauföffnung angeordnet ist, weist im Roststab wenigstens einen Kanal zur Führung von Kühlwasser, im wesentlichen in Längsrichtung des Roststabes, auf. Da die Längsrichtung des Roststabes der Materialvorschubeinrichtung entspricht, wird hierdurch eine besonders gute Kühlung der einzelnen Roststäbe erreicht. Durch die Kühlung jedes einzelnen Roststabes kann die Erwärmung des Kühlmediums relativ niedrig gehalten werden. Dies erhöht die Betriebssicherheit der Kühlung und die Standzeit der Roste beziehungsweise Kühlanlage. Als Kühlmedium wird bevorzugt Wasser verwendet. Andere, höhersiedende Kühlmedien sind für besondere Einsatzfälle ebenfalls verwendbar.
Bevorzugt weist der im Roststab angeordnete Kanal zwei, im wesentlichen parallele Abschnitte mit zueinander entgegengesetzter Strömungsrichtung auf, wobei diese mit einer im Kopfbereich des Roststabes angeordneten Umlenkung verbunden sind. Die Abschnitte des Kanals mit entgegengesetzter Strömungsrichtung können in der horizontalen oder vertikalen Ebene nebeneinander beziehungsweise übereinander liegen. Die Kanäle sind im Hinblick auf die abzuführende Wärme strömungstechnisch optimiert, so daß die Erwärmung der Kühlflüssigkeit nicht mehr als etwa 50 Grad Celsius, bevorzugt etwa 20 Grad Celsius beträgt. Insbesondere bei übereinanderliegenden, etwa parallelen Abschnitten des Kühlkanals können diese unterschiedliche Querschnittsformen und -flächen aufweisen. Die im Kopfbereich des Roststabes angeordnete Umlenkung kann in der Ebene liegen, die durch die Mittelachsen der etwa parallelen Abschnitte des Kühlkanals geht.
Bevorzugt ist die Umlenkung bis in den Bereich der auf einer benachbarten Roststabreihe aufliegenden Kante des Roststabkopfes geführt. Sie ist im Bereich des Roststabkopfes etwa U-förmig ausgebildet.
In einer speziellen Ausführung sind Zu- und Ablauföffnung für das Kühlmittel am Fuß des Roststabes im Bereich des für das Kühlmittel am Fuß des Roststabes im Bereich des Roststabträgers angeordnet.
Weiter bevorzugt sind im Kopfteil Luftaustrittsöffnungen für Verbrennungsluft angeordnet. Hierdurch wird die Kühlung des Roststabes weiter verbessert.
Nach einer speziellen Ausführung sind auch in den Längsseiten des Roststabes Ausnehmungen für den Austritt von Verbrennungsluft angeordnet.
In einem weiteren speziellen Fall ist an dem Rost eine geschlossene, mit Überdruck betriebene Kühleinrichtung angeordnet, die in vorteilhafter Weise die Dampfbildung innerhalb des Kühlkreislaufes und somit auch innerhalb einzelner Roststäbe bzw. Roste verhindert. Dieses Kühlsystem besteht vorteilhafterweise aus einem Expansions- bzw. Kompensationsgefäß (32), den gekühlten Roststäben (34), einem Rückkühler (35) sowie einer Pumpe (36) sowie einem Anschluß (31) zur Befüllung bzw. Entleerung des Kühlsystems nebst Druckregelventil (33).
Bei Verwendung von Wasser wird das Kühlmedium in einem Kühlsystem unter Überdruck von vorzugsweise zwischen 1 und 6 bar betrieben. Hierdurch wird eine Dampfbildung vermieden und z.B. eine Zweiphasenströmung oder Bildung von "Dampfkissen" mit entsprechend schlechter Wärmeübertragung verhindert.
Der erfindungsgemäße Rost für Verbrennungsöfen, insbesondere von Müllverbrennungsanlagen, mit nebeneinanderliegenden Reihen von abwechselnd festen und beweglichen Roststabreihen, die aus den vorbeschriebenen Roststäben zusammengesetzt sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß Zulauf- und Ablauföffnungen aller Roststäbe in Parallelschaltung mit einer Hauptzulaufleitung und einer Hauptablaufleitung verbunden sind. Dadurch wird für alle Roststäbe die gleiche Kühlwirkung erreicht. Für jeden Roststab stellt sich außerdem im wesentlichen die gleiche Temperaturverteilung ein (bei angenommener gleicher Wärmebelastung), so daß jeder Roststab auch etwa die gleiche temperaturbedingte Dehnung aufweist.
Für einzelne Anwendungsfälle können aber auch mehrere, in Richtung der Rostbreite nebeneinanderliegende Roststäbe seriell miteinander verbunden sein, so daß zum Beispiel in Anpassung an die unterschiedliche Wärmebelastung in Mitten- und Randbereichen des Rostes eine angepaßte Kühlwirkung der Roststäbe erreicht wird. In einer speziellen Ausführung mit vierzehn nebeneinanderliegenden Roststäben sind zum Beispiel der erste, sechste und elfte Roststab mit ihrer Zulauföffnung an die Hauptzulaufleitung angeschlossen. Der fünfte, zehnte und vierzehnte Roststab sind mit ihrer Ablauföffnung an die Hauptablaufleitung angeschlossen. Die übrigen Ablaufbeziehungsweise Zulauföffnungen benachbarter Roststäbe sind untereinander verbunden. Es ist insbesondere vorgesehen, sowohl die feststehenden Roststabreihen als auch die bewegten Roststabreihen zu kühlen.
Nach einem besonders bevorzugten Merkmal der Erfindung sind zwischen Hauptzulauf- und Hauptablauföffnung und Zu- und Ablauföffnung des ersten bzw. letzten Roststabes einer Roststabreihe oder eines Teilbereiches einer Roststabreihe, bei der die Zu- bzw. Ablauföffnungen der einzelnen Roststäbe in Reihe miteinander verbunden sind, Ventile zur Zufuhr bzw. Abfuhr eines weiteren Kühlungsmediums, insbesondere Luft, sowie zur Unterbrechung der Hauptzulauf- bzw. Hauptablaufleitung angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß bei einer Leckage in einem oder mehreren Roststäben einer Roststabreihe anstelle einer Wasserkühlung eine Luftkühlung eingesetzt und somit der Betrieb bis zum nächsten geplanten Betriebsstillstand aufrechterhalten werden kann. Darüber hinaus können thermisch gering belastete Roststabreihen mit kostengünstigeren Kühlmedien, wie z. B. Luft, gekühlt werden. Die Zusammenfassung mehrerer Roststabreihen in Parallelschaltung zu Rostzonen mit gemeinsamer Zu- bzw. Ablaufleitung und Ventilen zur Zuführung bzw. Abführung eines weiteren Kühlmediums, insbesondere Luft, sowie Absperrung zur Hauptzulauf- bzw. Hauptablaufleitung offenbart eine besonders wirtschaftliche Variante.
Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die erfindungsgemäße Gestaltung des Roststabes beschrieben.
Es zeigen:
In Figur 1 ist ein Roststab 1 mit Roststabträger 2 im Bereich des Roststabfußes 3 dargestellt. Der Roststabkopf 4 liegt mit der Kante 5 auf einem Roststab einer benachbarten Roststabreihe auf. Der Roststab besteht aus Gußeisen. Er weist einen Kanal 6 auf, der etwa parallele Abschnitte (in Figur 1 hintereinanderliegend) hat. Diese parallelen Abschnitte sind durch eine Umlenkung 7 miteinander verbunden. Der Kanal 6 ist mit Zubeziehungsweise Ablauföffnungen 8 versehen. Diese Zu- und Ablauföffnungen sind bevorzugt unmittelbar am fußseitigen Ende des Kanals 6 angebracht.
In Figur 2 ist ein Schnitt II-II nach Figur 1 durch den Roststabkopf 4 dargestellt. Die etwa parallelen Abschnitte des Kanals 6, hier als 6' und 6'' bezeichnet, münden in eine Umlenkung 7, die in der Ebene des Schnittes II etwa U-förmig ausgebildet bis in die untere Kante 5 des Roststabkopfes 4 geführt ist. Im Roststabkopf 4 zwischen und neben den Schenkeln der U-förmigen Umlenkung 7 sind Luftaustrittsöffnungen 9 vorgesehen.
In Figur 3 ist ein Schnitt II nach Figur 1 für eine Ausführung dargestellt, bei der die Umlenkung nicht in den Bereich der Kante 5 gezogen ist. Die Umlenkung 7 bildet hier zusammen mit den Kanalabschnitten 6' und 6'' in deren Ebene ebenfalls einen etwa U-förmigen Querschnitt. Entsprechend können die Abschnitte 6' und 6'' auch übereinander angeordnet sein.
In Figur 4 ist ein Fließschema eines Rostes dargestellt.
Dabei ist zwischen Hauptzulauf- 10 und Hauptablaufleitung 11 eines Kühlmediums, insbesondere Wassers, und Zu- 12 und Ablauföffnung 13 des ersten 14 bzw. letzten 15 Roststabes einer jeden Roststabreihe, deren Zu- bzw. Ablauföffnungen der einzelnen Roststäbe in Reihe miteinander verbunden sind, Ventile zur Zu- 16 bzw. Abfuhr 17 eines weiteren Kühlmediums, insbesondere Luft, sowie zur Unterbrechung der Hauptzulauf- 18 bzw. der Hauptablaufleitung 19 angeordnet. Die Zufuhr des zweiten Kühlmediums erfolgt über die Hauptzufuhrleitung 20 bzw. Hauptabfuhrleitung 21. Eine bevorzugte Müllflußrichtung gibt der Pfeil 22 an.
Das erfindungsgemäße Rost und der Roststab haben den Vorteil, daß die Roststäbe ohne weitere Veränderung der Verbrennungsanlage verwendet werden können. Es bleibt daher bei der bisherigen Verbrennungstechnik. Auch das mechanische Transport- und Mischverhalten (Vor-/Rückhub) bleiben unverändert. Dies gilt sowohl für das Gewicht als auch die Hublänge und so weiter. Das Rost ist außerdem äußerst verschleißfest, da die Roststäbe wie bisher aus Guß bestehen. Daher weist der erfindungsgemäße Roststab und Rost auch hervorragende Notlaufeigenschaften bei Betriebsstörungen, zum Beispiel bei Wasserausfall, auf. Bevorzugt weisen die Roststäbe die ansich bisher bekannte Form auf, wobei die Breite der Roststäbe etwa verdoppelt wird, so daß in der einen Hälfte, also der bisher üblichen Roststabbreite, das Kühlwasser nach vorne bis in den Kopf geleitet wird und in der zweiten Hälfte wieder zurückgeführt wird. Die parallelen Kanalabschnitte weisen eine lichte Höhe von etwa 15 bis 25 mm und eine lichte Weite von etwa 40 bis 60 mm auf. Die Fließgeschwindigkeit liegt zwischen 0,5 und 2 m pro Sekunde. Die Temperatur des Roststabes beträgt etwa in der Mitte zwischen Kopf- und Fußbereich circa 100 Grad Celsius. Dadurch wird eine Korrosion durch Kondensation vermieden. Im Bereich des Kopfteiles wird eine Temperatur von etwa 150 Grad Celsius eingehalten, so daß im Hinblick auf das Ausbrandverhalten kein Nachteil entsteht.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel werden die Roststäbe bzw. die Roste in ein geschlossenes, unter Druck befindliches wassergekühltes Kühlsystem eingebunden und betrieben. Dabei beträgt die Temperatur des Wassers beispielsweise 90° C, die jedoch bis auf 120° C erhöht werden kann, und der Systemdruck 1 bis 6 bar, vorzugsweise 5 bar.
Hierbei wird der Kühlsystemdruck über einen Kompressor, der Luft in den über eine Blase von der Wasserseite abgetrennten Außenraum eines Expansionsgefäßes bzw. Kompensationsgefäß fördert, eingestellt. Der Systemdruck im Kühlwasserkreislauf wird über einen im Expansionsgefäß integrierten Ausdehnungsautomaten eingestellt: Ein Kontaktmanometer startet den Kompressor des Ausdehnungsautomaten sobald ein unterer Grenzdruck im System erreicht wird. Der Kompressor wird abgeschaltet, sobald der Druck einen oberen Grenzwert erreicht. Bei Überschreiten eines einstellbaren oberen Grenzdruckwertes, z.B. 6 bar, wird Luft über ein Ventil abgeblasen. Die beiden Schaltpunkte sind einstellbar zwischen 1.0 und 6.0 bar. Durch die Trennung von Luft, die sich innerhalb der dehnbaren Blase, vorzugsweise einer Gummiblase, des Expansionsgefäßes befindet, und Wasser, das sich außerhalb der Blase befindet, wird vorteilhafterweise verhindert, daß das Kühlwasser Sauerstoff aufnimmt und somit Korrosionserscheinungen an den Roststäben Vorschub leistet.
In Figur 5 ist das Schema einer Kühleinrichtung dargestellt. Durch den Anschluß 31 wird Wasser in die Kühleinrichtung eingespeist, wobei das Druckregelventil 33 das System vor Drücken am Rosteintritt über 2 bar schützt. Die Pumpe 36 fördert das Wasser durch einen oder mehrere Roststäbe bzw. Rost 34 und die Kühleinrichtung. Das Expansions- bzw. Kompensationsgefäß 32 wird mit einer Niveaumesseinrichtung versehen, mit deren Hilfe beim Unterschreiten eines unteren Grenzwertes automatisch frisches Wasser in das System eingespeist wird und gleichzeitig eine Meldung an die Warte erfolgt. Beim Erreichen eines oberen Grenzniveaus wird die Einspeisung von Wasser automatisch unterbrochen. Durch die Häufigkeit der Meldung an die Warte über die Wassereinspeisung lassen sich Leckagen im System erkennen, sodaß entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden können. Jeder Roststab oder jede Roststabreihe ist separat absperrbar. Daneben sind als Meßeinrichtungen eine Wassermassenstrommeßeinrichtung 37, eine Temperaturmeßeinrichtung, 38, 39 sowie eine Kühlsystemdruckmeßeinrichtung 40 vorgesehen. Der Ventilator 41 kühlt den Rückkühler 35.