Verfahren zur Kühlung eines Rostes für einen Feuerungsraum sowie Rost für einen Feuerungsraum

Abstract

 Zur Kühlung eines Rostes mit abwechselnd feststehenden und beweglichen Reihen (1, 1') von Roststäben (2) wird in nach unten offene Hohlräume (7) der Roststäbe (2) aus im Unterwindbereich (8) liegenden Sprührohren (10) Kühlflüssigkeit gesprüht, welches dabei im wesentlichen vollständig verdampft, so dass den Roststäben (2) die Verdampfungswärme entzogen wird. Der Winkelbereich (12), in den gesprüht wird, kann so eingestellt sein, dass jeweils lediglich diejenigen Abschnitte der Roststäbe (2) besprüht werden, deren Oberseiten die freie Oberfläche des Rostes bilden. Die Hohlräume können auch bis auf eine in den Unterwindbereich führende Abzugsöffnung geschlossen und mit einem Vorratsbehälter verbunden sein, in welchem der Flüssigkeitsspiegel konstant auf einem Niveau gehalten wird, das knapp unterhalb der Abzugsöffnungen liegt.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Rostes für einen Feuerungsraum nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Rost für einen Feuerungsraum gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 4. Gattungsgemässe Roste werden in Feuerungsräumen z. B. von Müllverbrennungsanlagen eingesetzt. Die Kühlung erfolgt zwecks Erhöhung ihrer Standzeiten durch Verminderung der Verzunderung des Rostmaterials unter der Einwirkung der Verbrennungswärme.

Stand der Technik

[0002] So ist es etwa aus der DE-A-44 09 992 bekannt, einen Roststab durch Wasser zu kühlen, das durch einen in Längsrichtung von seinem hinteren Ende bis zur Spitze und zurück durch den Roststab geführten Kanal geleitet wird. Die Wirkung dieser Art Kühlung ist durch den konvektiven Wärmeübergang und durch die Wärmeaufnahmefähigkeit des Wassers, wie sie sich aus dessen Wärmekapazität und dem zur Verfügung stehenden Temperaturbereich ergibt, beschränkt. Die Temperatur des Kühlwassers muss unterhalb des Siedepunktes gehalten werden, was die Aufrechterhaltung einer verhältnismässig hohen Strömungsgeschwindigkeit im gesamten Volumen erfordert. Die Herstellung der Roststäbe ist damit zwangsläufig verhältnismässig aufwendig und die Kühlvorrichtung, die den Kühlwasserkreislauf aufrechterhält, kostspielig.

[0003] Eine ähnliche Ausbildung eines Rostes, bei welchem allerdings die Roststäbe einer Reihe jeweils durch eine zusammenhängende Rostplatte ersetzt sind, ist aus der EP-B-0 621 449 bekannt. Hier wird eine ausreichende Kühlung bei verhältnismässig geringer Erwärmung des Kühlwassers durch grosse Strömungsquerschnitte sichergestellt, doch erfordert dies wiederum einen grossen Kühlwasserdurchsatz, der wiederum nur durch eine teure Kühlvorrichtung aufrechterhalten werden kann.

Darstellung der Erfindung

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein wirksameres Verfahren zur Kühlung eines Rostes anzugeben sowie einen Rost, der sich für das erfindungsgemässe Kühlverfahren besonders eignet. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4 gelöst.

[0005] Beim erfindungsgemässen Verfahren wird die dem Rost zugeführte Kühlflüssigkeit im Kontakt mit demselben im wesentlichen vollständig zu Dampf umgesetzt, wodurch sie bei geringem Verbrauch sehr hohe Wärmemengen abführen kann, da sowohl der Wärmeübergang wesentlich verbessert als auch die bei der Verdampfung aufgenommene Wärmemenge weit grösser ist als durch blosse Erwärmung im flüssigen Aggregatzustand aufgenommen werden könnte. Der erzeugte Dampf muss nicht rückgeführt werden, sondern kann etwa in den unter dem Rost gelegenen Bereich abströmen. Dies gestattet die Verwendung sehr einfach aufgebauter Roste und Kühlvorrichtungen. Trotzdem kann die vom Dampf aufgenommene Wärme im Rahmen der Wärmerückgewinnung aus dem Rauchgas mindestens zum Teil wiedergewonnen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0006] Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1a

einen Längsschnitt durch einen Abschnitt eines erfindungsgemässen Rostes gemäss einer ersten Ausführungsform in einer ersten Position,

Fig. 1b

einen Längsschnitt entsprechend Fig. 1a, mit dem Rost in einer zweiten Position,

Fig. 2a

einen Längsschnitt durch einen Abschnitt eines erfindungsgemässen Rostes gemäss einer zweiten Ausführungsform in einer ersten Position,

Fig. 2b

einen Längsschnitt entsprechend Fig. 2a, mit dem Rost in einer zweiten Position und

Fig. 3

einen Längsschnitt durch einen Abschnitt eines erfindungsgemässen Rostes gemäss einer dritten Ausführungsform mit einer schematisch dargestellten Kühlanlage.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0007] Ein erfindungsgemässer Rost in einem Feuerungsraum einer Müllverbrennungsanlage weist (Fig. 1a,b) gemäss einer ersten Ausführungsform in bekannter Weise mehrere in Längsrichtung überlappend aufeinanderfolgende Reihen 1, 1' von nebeneinander angeordneten verhältnismässig schmalen Roststäben 2 auf, deren Hinterenden jeweils auf einer querverlaufenden Tragstange 3; 3' abgestützt sind, während das Vorderende auf einem Roststab der jeweils voraufgehenden Reihe aufliegt. Die Tragstangen 3, 3' sind jeweils abwechselnd feststehend und beweglich, d. h. vor- und zurückverschiebbar ausgebildet. So tragen die feststehenden Tragstangen 3 feststehende Reihen 1 von Roststäben 2, während die beweglichen Tragstangen 3' im übrigen gleiche bewegliche Reihen 1' von Roststäben 2 tragen. Die Bewegung aufeinanderfolgender Tragstangen 3' erfolgt jeweils gegengleich, wie das aus Fig. 1a, 1b ersichtlich ist, die entgegengesetzte Grenzpositionen im Bewegungsablauf zeigen.

[0008] Jeder der Roststäbe 2 weist eine obenliegende Deckwand 4 auf, die an seinem Vorderende nach unten gezogen und in einen Gleitschuh 5 umgebogen ist, welcher an der Oberseite des jeweils voraufgehenden Roststabes entlang gleitet und an welche seitlich nach unten gezogene Seitenwände 6 anschliessen, so dass die Deckwand 4 und die Seitenwände 6 einen nach unten offenen Hohlraum 7 umfassen. Die Roststäbe 2 sind von einfacher Form und daher einstückig herstellbar und entsprechend billig.

[0009] Im unterhalb des Rostes liegenden Unterwindbereich 8, in den auch Primärluft eingeleitet wird, die durch Spalten zwischen den Roststäben 2 oder Oeffungen in denselben in den oberhalb des Rostes liegenden Feuerraum 9 gelangt, ist eine Sprühvorrichtung angeordnet, welche aus querverlaufenden feststehenden Sprührohren 10 besteht, von denen jeweils eines einer Reihe 1, 1' von Roststäben 2 zugeordnet ist. Die Sprührohre 10 tragen aufeinanderfolgende Sprühdüsen 11, welche als Kühlflüssigkeit Wasser in einen bestimmten, über die Breite des Rostes im wesentlichen gleichbleibenden Winkelbereich 12 sprühen.

[0010] Der Winkelbereich 12 ist jeweils so eingestellt, dass bei den Roststäben 2, die zu einer feststehenden Reihe 1 gehören, im wesentlichen die gesamte Unterseite der Deckwand 4 besprüht wird, während dies bei Roststäben 2, die einer beweglichen Reihe 1' angehören, nur dann der Fall ist, wenn sie sich in ihrer vorgeschobenen Grenzposition befinden. Werden sie aus dieser zurückgezogen, so erfasst der raumfeste Winkelbereich 12 lediglich einen abnehmenden vorderen Abschnitt der Deckwand 4. Dies ist jedoch nicht störend, da der nicht erfasste hintere Abschnitt jeweils von einem Roststab 2 der folgenden feststehenden Reihe 1 gegen den Feuerraum 9 abgedeckt wird. Derjenige Teil der Deckwand 4, dessen Oberseite einen Teil der freien Oberfläche des Rostes bildet, wird stets besprüht und somit von der Kühlung erfasst.

[0011] Die Zufuhr von Kühlwasser zum Rost ist so eingestellt, dass es jeweils im Kontakt mit den Roststäben 2 mindestens annähernd vollständig verdampft, so dass die aus der Verdampfungswärme erzielbare Kühlwirkung im wesentlichen vollständig ausgenützt wird. Der dadurch im Unterwindbereich 8 entstehende Dampf wird in der Regel teilweise oder vollständig mit der Primärluft in den Feuerraum 9 gelangen. Die in ihm enthaltene Verdampfungswärme kann dann im Rahmen der Wärmerückgewinnung aus dem Rauchgas ebenfalls zurückgewonnen werden. Es ist jedoch auch möglich, mindestens einen Teil des Dampfes im Unterwindbereich 8 an gekühlten Flächen kondensieren zu lassen oder aus dem Unterwindbereich abzuziehen und einem Kondensator zuzuführen und so den Dampf abzuscheiden und z. B. in den Kühlwasserkreislauf zurückzuführen und zugleich die Verdampfungswärme unmittelbar zurückzugewinnen.

[0012] Gemäss einer zweiten Ausführungsform (Fig. 2a,b) entspricht der Rost in den meisten wesentlichen Merkmalen dem im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform geschilderten. Die Sprühvorrichtung besteht jedoch aus jeweils drei querverlaufenden Sprührohren 10a,b,c pro Reihe 1, 1' von Roststäben 2, die jeweils nahe unterhalb der Deckwand 4 jedes Roststabes 2 durchlaufen und jeweils bezüglich der entsprechenden Reihe 1, 1' von Roststäben 2 unverschieblich sind, d. h. die einer feststehden Reihe 1 zugeordneten Sprührohre 10a,b,c sind ebenfalls raumfest angeordnet, die einer beweglichen Reihe 1' zugeordneten jedoch so mit ihr oder der sie tragenden Querstange 3' verbunden, dass sie mitbewegt werden.

[0013] Die Sprührohre 10a,b,c sprühen wiederum durch Sprühdüsen Kühlwasser in Raumwinkelbereiche 12a,b,c, die so eingestellt sind, dass sie jeweils leicht überlappend aneinander anschliessende Bereiche der Unterseite der Deckwand 4 erfassen. Die Sprühvorrichtung wird so gesteuert, dass nur die vordersten Sprührohre 10a jeweils durchgehend in Betrieb sind, während die hinteren Sprührohre 10b, 10c jeweils abgestellt sind, wenn die von ihnen besprühten Bereiche der Roststäbe 2 einer Reihe 1, 1' von Roststäben 2 der folgenden Reihe 1'; 1 gegen den Feuerraum 9 ohnedies gerade abgedeckt sind. Es wird also in diesem Fall sowohl bei den einer feststehenden Reihe 1 als auch den einer beweglichen Reihe 1' angehörenden Roststäben 2 im wesentlichen nur der Abschnitt der Deckwand 4 gekühlt, dessen Oberseite gerade einen Teil der im Feuerraum 9 freiliegenden Oberfläche des Rostes bildet. Auf diese Weise ist es möglich, den Kühlwasserverbrauch besonders niedrig zu halten und eine sehr gleichmässige Kühlung zu erreichen.

[0014] Bei einer im übrigen der ersten und der zweiten Ausführungsform entsprechenden dritten Ausführungsform (Fig. 3) sind die Roststäbe 2 jeweils aus mehreren Teilen zusammengeschweisst, insbesondere doppelwandig ausgeführt, d. h. parallel zur Deckwand 4 läuft mit Abstand eine Unterwand 13, welche den Hohlraum 7 gegen den Unterwindbereich 8 schliesst. Er ist gegen denselben aber insofern offen, als er in seinem höchstgelegenen Bereich, der im vorderen Endbereich des ansteigenden Roststabes 2 liegt, eine Abzugsöffnung 14 aufweist, die von der Mündung eines kurzen in den Unterwindbereich 8 führenden Rohrstutzens 15 gebildet wird.

[0015] Die Roststäbe 2 der feststehenden Reihen 1, welche alle auf gleicher Höhe liegen, sind über eine in die Hohlräume 7 führende geschlossene Rohrleitung 16 mit einem ersten Vorratsbehälter 17 verbunden, dessen Wasserspiegel durch einen Schwimmer 18 und ein in Abhängigkeit von dessen Position gesteuertes Nachfüllventil 19 in an sich bekannter Weise konstant gehalten wird, und zwar auf einem Niveau, das knapp unterhalb der Abzugsöffnung 14 liegt. Die in jedem Roststab 2 durch Verdampfen des Kühlwassers und Abströmen des Dampfes durch die Abzugsöffnung 14 verursachten Verluste werden durch Nachfliessen von Kühlwasser aus dem Vorratsbehälter 17 sogleich ausgeglichen und der Wasserspiegel im Roststab 2 konstant gehalten.

[0016] Die Roststäbe 2 der beweglichen Reihen 1', die in der hinteren Grenzposition ebenfalls auf gleicher Höhe liegen, sind jeweils über eine in deren Hohlräume 7 führende geschlossene Schlauchleitung 16' oder eine kombinierte Rohr- und Schlauchleitung, die für jede bewegliche Reihe 1' oder auch für jede der zwei Gruppen gleich bewegter Reihen 1' von Roststäben 2 ein Rückschlagventil 20 enthält, mit einem zweiten Vorratsbehälter 17' verbunden, dessen Wasserspiegel in gleicher Weise wie beim ersten Vorratsbehälter 17 konstant gehalten wird. Der Wasserspiegel liegt auf einem Niveau, das knapp unterhalb der Abzugsöffnung 14 des Roststabes 2 liegt, wenn sich derselbe, wie am zweiten Roststab von rechts gezeigt, in der hinteren Grenzposition befindet.

[0017] Wird der Roststab 2 aus dieser Grenzposition nach vorn und damit auch etwas nach oben geschoben, so schliesst sich das Rückschlagventil 20, so dass Rückfluss aus dem Roststab 2 unterbunden wird. Dass der Wasserspiegel im Roststab 2 dennoch sinkt, liegt ausschliesslich an der Verdampfung von Kühlwasser im Hohlraum 7, die vor allem längs der Deckwand 4 auftritt. Der Dampf strömt im Hohlraum 7 nach oben und entweicht durch die Abzugsöffnung 14 in den Unterwindbereich 8. Aus diesem Grund liegt in der vorderen Grenzposition, wie sie am Roststab links aussen gezeigt ist, der Wasserspiegel deutlich unter der Abzugsöffnung 14. Träte keine Verdampfung auf, so bliebe er auf dem gestrichelt angedeuteten Niveau. Wird der Roststab 2 dann zurückgezogen, so öffnet sich das Rückschlagventil 20, sobald der Wasserspiegel im Roststab unter denjenigen im Vorratsbehälter 17' sinkt und der Roststab 2 füllt sich wieder, bis der Wasserspiegel in der hinteren Grenzposition wiederum knapp unter der Abzugsöffnung 14 liegt.

[0018] Die Kühlvorrichtung kommt mit einer ganz simplen Steuerung aus, die auch aus rein mechanischen Mitteln aufgebaut sein kann. Sie kann daher sehr günstig hergestellt werden und benötigt sehr wenig Wartung.

[0019] Im Rahmen der Erfindung sind viele Abwandlungen der beschriebenen Roste denkbar. So können etwa die Seitenwände der Roststäbe fehlen, so dass sich jeweils ein Hohlraum über eine ganze Reihe von Roststäben erstreckt. Es ist auch denkbar, die Reihen der Roststäbe jeweils einstückig auszubilden, so dass sie eine zusammenhängende Rostplatte bilden. Auch das erfindungsgemässe Verfahren kann in mancher Weise abgewandelt werden. Insbesondere ist es auch mit anderen als erfindungsgemässen Rosten durchführbar. So kann der Kühlwasserkreislauf statt offen, wie im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen erfindungsgemässer Roste beschrieben, auch geschlossen sein, d. h. es kann von jedem Roststab auch eine Rückleitung vorgesehen sein, durch welche der Dampf aus dem Hohlraum abgezogen und etwa einem Kondensator zugeleitet und in flüssiger Form wieder in den Kühlwasserkreislauf zurückgeführt wird, während die zurückgewonnene Wärme anderweitig genutzt wird.

Bezugszeichenliste

[0020] 

1, 1'

Reihe von Roststäben 2

2

Roststab

3, 3'

Tragstange

4

Deckwand

5

Gleitschuh

6

Seitenwand

7

Hohlraum

8

Unterwindbereich

9

Feuerraum

10, 10a,b,c

Sprührohr

11

Sprühdüse

12, 12a,b,c

Winkelbereich

13

Unterwand

14

Abzugsöffnung

15

Rohrstutzen

16

Rohrleitung

16'

Schlauchleitung

17, 17'

Vorratsbehälter

18

Schwimmer

19

Nachfüllventil

20

Rückschlagventil

Ansprüche

1. Verfahren zur Kühlung eines Rostes in einem Feuerungsraum, bei welchem dem Rost Kühlflüssigkeit zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte Kühlflüssigkeit beim Kontakt mit dem Rost im wesentlichen vollständig verdampft, wobei die Verdampfungswärme dem Rost entzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit dem Rost von unten her zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils lediglich den die freie Oberfläche des Rostes bildenden Teilen desselben Kühlflüssigkeit zugeführt wird.

4. Rost für einen Feuerungsraum, mit mehreren aufeinanderfolgenden Reihen (1, 1') von Roststäben (2) und einer Kühlflüssigkeitszuführung, welche jeweils in einen Hohlraum (7) eines einzelnen Roststabes (2) oder einer Reihe (1, 1') von Roststäben (2) führt, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (7) jeweils insbesondere nach unten offen ist.

5. Rost nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Roststäbe (7) einwandig ausgebildet sind mit nach unten im wesentlichen vollständig offenen Hohlräumen (7) und die Kühlflüssigkeitszuführung als unterhalb der Roststäbe (2) angeordnete Sprühvorrichtung mit gegen die Unterseiten der Roststäbe (2) gerichteten Sprühdüsen (11) ausgebildet ist.

6. Rost nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühdüsen (11) feststehend angeordnet sind.

7. Rost nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen (1') von Roststäben (2) zum Teil in Längsrichtung vor- und zurückverschiebbar sind und die gegen ihre Unterseiten gerichteten Sprühdüsen (11) jeweils mitverschiebbar sind.

8. Rost nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Roststäbe (2) doppelwandig ausgebildet sind, so dass sie jeweils einen Hohlraum (7) enthalten, in welchen eine Kühlflüssigkeitszuführung mündet und welcher mindestens eine Abzugsöffnung (14) aufweist.

9. Rost nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abzugsöffnung (14) im höchstgelegenen Bereich des Hohlraums (7) angeordnet ist.

10. Rost nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzugsöffnung (14) an die Unterseite des Roststabes (2) führt.

11. Rost nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeitszuführung jeweils als Rohrleitung (16) oder Schlauchleitung (16') ausgebildet ist.

12. Rost nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (16) oder Schlauchleitung (16') jeweils von einem Vorratsbehälter (17; 17') ausgeht, dessen Wasserspiegel auf ein stets unterhalb der Abzugsöffnung (14) liegendes Niveau geregelt ist.

13. Rost nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen (1, 1') von Roststäben (2) abwechselnd feststehend und in Längsrichtung vor- und zurückverschiebbar sind, wobei sie bei der Vorverschiebung auch angehoben werden und die Verbindung der Roststäbe (2) einer beweglichen Reihe (1') mit dem entsprechenden Vorratsbehälter (17') jeweils über ein Rückschlagventil (20) hergestellt ist.

Zeichnung