DE102014008858A1

DE102014008858A1 - Verfahren zur Verbrennung von Abfall und Biomassen auf einem Flossenwand-Stufenrost sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Publication number: DE102014008858A1
Application number: DE102014008858.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2015-12-17
Also published as: EP3155321B1; EP3155321A1; WO2015193029A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Abfall und Biomassen auf einem siedewassergekühlten Flossenwand-Stufenrost sowie die Anlage zur Durchführung des Verfahrens. Vorschub- und Schürroste mit beweglichen wasser- oder luftgekühlten Roststäben zeichnen sich mehrheitlich durch folgende Mängel aus: • Hohe Schieflagen der Luftverteilung in den Rostzonen durch zu geringe luftseitige Druckverluste in den Roststäben und dadurch • Schieflagen der Wärmeentbindung auf den Rosten, • ungenügende/ungleichmäßige Kühlung der Roststäbe, dadurch • hohe Korrosionsraten der Roststäbe, • starke Verschlackungsneigung der Kesselheizflächen, • hohe Wartungs- und Reparaturkosten. Die Erfindung zeigt einen in einem Umlauf-Dampf-Kessel wasser-/dampfseitig eingebundenen eingeschweißten Flossenwand-Stufenrost mit Roststufen-Höhen, die als Abbruch- bzw. Überwälzkanten auf Brennstoff- und Brennbett auflockernd wirken, wobei der Brennstofftransport mittels einem Gitter-Stößel-System erfolgt. Die Luftzuführung erfolgt direkt durch die Luftkanäle, die von den Flossenrohren gebildet werden. Die Temperatur der Rostfläche liegt mit 200–310°C deutlich oberhalb der Taupunkte der Feuergase und deutlich unterhalb der Schmelzpunkte der eutektischen Chloride und Sulfate, welche aus den korrosiven Bestandteilen der Brennstoffe stammen. Mit der vor geschilderten Erfindung und Entwicklung werden die vor aufgezeigten Nachteile der klassischen Vorschub- und Schürroste mit gegossenen Roststäben aufgehoben, eliminiert. Die Reisezeiten und die Verfügbarkeiten der rostgefeuerten Kesselanlagen werden verlängert, evtl. anfallende Reparaturen wesentlich vereinfacht, – eine Erhöhung der Anlagenwirkungsgrade möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Hausmüll, Abfällen und Biomassen gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1–5 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 6–9.
Die Erfindung ist vorgesehen insbesondere für den Einsatz in Dampf-Kesselanlagen im thermischen Leistungsbereich von 10–160 MW.
Rostfeuerungen mit Luft- oder wassergekühlten Roststäben werden eingesetzt und betrieben vorzugsweise in Industrie-Kraftwerken zur Verbrennung von Abfällen und Biomassen mit Heizwerten von 8.000–25.000 KJ/kg.
Brennstoffe wie Holz 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%
• Brennstoff-Stücklängen zwischen 10 und 1000 mm
• Volumina der Brennstoff-Fraktionen von 1,0 bis 5.000 cm³
• Wassergehalte im Brennstoff von 15 bis 55% und
• daraus resultierend Abbrennzeiten der Brennstoff-Fraktionen zwischen 10 bis 1.000 Sek. je kg Brennstoffmasse.

Die daraus resultierenden Brenneigenschaften des Brennstoffes Hausmüll und anderer Brennstoffe wie Biomassen und Holz – erschweren die Zuführung der verbrennungsspezifischen Luftmengen sowohl lokal wie temporär auf die einzelnen Rostzonen.
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 aus bei Rost-Breiten von 2–14 m und Rost-Längen von 6–9 m.
Aus den vor 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 v. g. 30%-Wert bezieht sich – bei luftgekühlten Rosten – auch auf die erforderliche Mindest-Luftmenge für die Kühlung der Roststäbe.
Heizwerte und Konsistenz der zur Verfeuerung kommenden Brennstoffe wie auch die zum Einsatz kommenden Regelsysteme sowie die Rost- bzw. Roststabkonstruktionen generieren im Kraftwerksbetrieb erhebliche Schieflagen im Brennbett – mit Temperaturschwankungen im Feuerraum zwischen 600°C und 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 können bis zu 28 Vol.-% erreichen, ... d. h. diese Rauchgassträhnen erreichen dann temporär Heizwerte bis zu 3.500 KJ/m³ bei einer Rauchgas/Pyrolysegas-Temperatur von 700–1.000°C.
Die Auswirkungen der Boudouardschen Gasreaktionen auf die gegebenen und auf dem Rost wirksam werdenen Heizwerte sollen hier nicht weiter betrachtet werden.
Diese Pyrolysegas enthaltenen Rauchgase können dann bei einer nachfolgend gestuften Luftzuführung – bei Lambda-Werten von 0,9–1,2 lokale Temperaturspitzen bis zu 1.600–1.700°C erreichen.
Insbesondere die derzeit bekannten und eingesetzten Roststäbe reagieren – unabhängig von deren Legierungsbestandteilen – bei diesen Temperaturangriffen mit starken Hochtemperatur-Korrosionen an diesen Roststäben.
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 erheblich vergrößert bis zur Bildung großflächiger Luftdurchtritte, so daß die Schieflagen in der Verbrennungsluft-Verteilung verstärkt und in der Folge diese Hochtemperatur-Korrosionen nochmal beschleunigt werden.
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.
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... NaSO...884°C
Die Eutektika der Chloride und Sulfate können Schmelzpunkte von 400°C ± 100 K erreichen, womit eine wesentliche Grenztemperatur für diese Korrosionsart definiert werden kann.
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 vor 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 wie 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 25–36%

4,0 mbar 1,0 mbar 15–20%

4,0 mbar 30–40%
Bei der Bewertung der vor aufgeführten Luft-Schieflagen d. h. der Brennbett-Schieflagen sind des Weiteren die Druckverlust-Schwankungen im Brennstoffbett zu beachten bedingt durch Brennstoffkrater im Brennstoffbett, ungleichmäßigen Abbrand, durch unterschiedliche Heizwerte und Fraktionen im Brennstoffbett neben weiteren Ursachen.
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 in der Tatsache begründet, daß die Brennstoffe Müll und Biomassen auf einer ebenen Rost-Fläche aufliegen:
Eine gleichmäßige Luftverteilung unter und im Brennstoffbett wird so extrem stark behindert bzw. verhindert, mit den Folgewirkungen der vor beschriebenen Strähnenbildung sowie der lokal und temporär generierten Pyrolysegasen.
Überlagert bzw. verstärkt werden die durch den vor 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.
Ursachen und Auswirkungen solcher Korrosionen wurden u. a. umfangreich vorgetragen und beschrieben anläßlich des Deutschen Flammentages in Dresden.
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.
Diese bisher bekannten und eingesetzten wassergekühlten Rostsysteme sind darüber hinaus noch belastet durch die Notwendigkeit, für die Rostkühlung ein investitionsaufwendiges kesselexternes Niedertemperatur-Kühlsystem zu installieren mit Umwälzpumpen, Rückkühlern, Druckhalte – und Steuer- bzw. Regelsystemen etc.
Bei diesem Verfahren geht die Rost-Kühlwärme mit den spez. Kühlwerten von 20–40 (50) KW/m² Rostfläche für den Kraftwerksprozess verloren:
Bei einer Rostfläche von z. B. 40 m² kann die Verlustwärme Werte von > 1 MW erreichen, – – bei 100 m² Rostfläche erreicht die Verlustwärme schon Werte bis 2,5 MW.
Der sogenannte „Schüttelrost” mit seiner Flossenwandkonstruktion – entwickelt für die Verfeuerung von Nußkohle – 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 fehlten die verbrennungsrelevanten Kriterien wie Wälzstufen, Brennbett-Abstürze, abbrennspezifische Brennstoff-Transportsysteme für die Roststufen I–V, in Situ-Reinigungssysteme für die Rostoberflächen und die Luftdüsen u. a. m.
Besonders hohe Anforderungen werden gestellt an die Verbrennungsanlagen auf großen Passagierschiffen mit einem Gäste- und Personalbestand von einigen Tausend Personen.
Die auf diesen Schiffen anfallenden Müll- und Rückstandsmengen sind erheblich. Die unsortierten Müll- und Abfallmengen bestehen u. a. aus Küchenabfällen, Kartonagen, Papier, Plastik, Styropor, Holz, Glas, Metalle, Putzstoffen, Klärschlämmen, Öl-Sumpfprodukte u. a. mit Fraktions-Heizwerten von 0–40.000 KJ/kg und Dichten von 0,1–8,0 kg/dm³.
Die Anforderungen an eine Feuerung mit diesem v. g. Brennstoff-Spektrum können mit den bekannten Rostkonstruktionen nicht erfüllt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zu schaffen für die Verbrennung von Abfällen, z. B. Hausmüll, Biomassen, z. B. Holz, auf einem Rostsystem
dadurch gekennzeichnet,

• daß das wassergekühlte Rostsystem mit 4 max. 5 Rostzonen – bei einem Primärluftdruck unter der Rostfläche von (Δp_Rost + Δp_Brennstoff) = (3,5 + 4,0) mbar = 7,5 mbar ± 15 keine Luftleckagen zwischen den Rostzonen und den Kessel-Seitenwandabschlüssen zuläßt, – bei Entfall aller Rost-Dehnkompensatoren.
• daß die Rostoberfläche keine Planfläche sondern eine gewellte Oberfläche aufweist mit Luftkanälen unter dem Brennstoffbett, – und daß der Brennstoff auf der längs gewellten Rostoberfläche keine Flächenberührung sondern nur noch Linien- und/oder Punktberührungen – und der Brennstofftransport keine erosiven Auswirkungen hat.
• daß der Brennstoff auf dem Rost nicht mehr mittels Roststäben auf breiter Fläche „verdichtend” auf die nächste ca. 80–100 mm tiefer liegende Rostebene geschoben wird, sondern „auflockernd” d. h. luftdurchlässiger auf die nächste ca. 200–400 mm d. h. auf die mehr als doppelt tiefere liegende Rostebene mittels Gitterstößeln überwälzt wird mit dem Ergebnis geringerer luftseitiger Druckverluste im Brennstoffbett,
• daß mit den vor aufgeführten Maßnahmen die Feuerbett-Schieflagen reduziert bzw. verhindert werden,
• daß die techn. und kostenaufwendige Abdichtung zwischen den beweglichen Roststäben, den Rostzonen und den Kesselseitenwänden entfällt,
• daß die Rost-Oberflächentemperatur – unabhängig von den Brennstoffheizwerten und unabhängig von der Kessellast – immer über der Taupunkttemperatur der Feuergase und immer unter den Eutektika-Schmelztemperaturen der Brennstoffbegleiter liegen,
• daß die Rost-Kühlwärme verlustlos unmittelbar in den Kreislauf der Kesselanlage eingebunden wird, – ohne zusätzliche Umwälzpumpen, Rückkühler, Steuer- und Regelsystemen,
• daß das Rostsystem für ein breiteres Brennstoffband geeignet ist, geeignet für die v. b. Brennstoff-Werte, für Brennstoffe mit korrosiven Bestandteilen und mit hohen Aschebestandteilen.
• daß das Rostsystem reparaturfreundlich ist und die Wartungs- und Stillstandskosten reduziert werden mit dem Ergebnis längerer Reisezeiten und Anlagen-Verfügbarkeiten.

Eine solche Zielsetzung erfordert ein völlig neues Rostkonzept, – wobei auf den Einsatz bewährter Bauelemente nicht verzichtet werden darf.
1 zeigt beispielhaft den wassergekühlten Verbrennungsrost mit folgenden erfindungsgemäßen Merkmalen:
Der wassergekühlte Verbrennungsrost, hier bezeichnet als
Flossenwand-Stufenrost (FLS)
bestehend gem. 1. u. 2 aus zusammengeschweißten treppenförmig gebogenen Flossenrohren, – Flossenrohre wie diese heute im Dampfkesselbau standardmäßig verwendet werden.
Verfahrensmäßig werden die vor aufgeführten erfindungsgemäßen Aufgaben durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 5 und vorrichtungsmäßig durch die Merkmale der Ansprüche 6 bis 9 gelöst.
Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unter-Ansprüchen und in den Figurenbeschreibungen enthalten.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, daß neben den Maßnahmen zur Bekämpfung der Korrosionen an den Rosten und Roststäben – mit den weiteren negativen Auswirkungen auf die Kesselanlagen – die Ursachen für die auftretenden Korrosionen weitestgehend zu beseitigen sind, – unter Verzicht auf kostenaufwendige hochchromlegierte Werkstoffe, mit weiteren Legierungsanteilen wie Nickel, Silicium, Niob, Aluminium u. a.
Die Bekämpfung der Korrosionen (nicht die Beseitigung der Ursachen) erfolgte und erfolgt im Wesentlichen mit folgenden Maßnahmen:

• Höhere bis sehr hohe Legierungen f. d. Roststäbe,
• dickere „Opfer”-Wandstärken an den Roststäben,
• Schleifen der Rostststabwangen,
• Vermehrte Kühlrippen unter den Roststäben, jedoch ohne Zwangsluftkühlung der Rippen,
• Variieren der Luftdüsen-Lagen und Auslegungen,
• Verringerung und Erhöhung der spez. Rostbelastungen (MW/m²),
• Verschiebung der Primär-, Sekundär- und Tertiär-Luftmengen zugunsten des Primärluftanteils, zu Ungunsten der Kesselanlagen,
• Einsatz teilwassergekühlter Roststäbe,
• Einsatz von Wende-Roststäben u. a. m.

Die Ursachenbekämpfung der Korrosionen
in mit Müll und Biomassen gefeuerten Rostanlagen erfordert die folgenden erfindungsgemäßen Verfahrensschritte und Maßnahmen:
Nach dem ersten Verfahrensschritt
wird – gem. 1 und 2 – der Flossenwand-Stufenrost (FLS) durch eine aus Flossenrohren verschweißte treppenförmige mit dem Winkel Beta ansteigende Rostfläche gebildet, – welche mit dem Verteiler (V) fallrohrseitig und mit dem Sammler (S) steigrohrseitig in das Umlaufsystem der Kesselanlage eingebunden ist:
Damit entfällt ein kesselexternes Kühlsystem, – die in diesem Flossenwand-Stufenrost aufgenommene Wärmemenge wird in die Kesselanlage verlustfrei eingebunden.
Nach einem zweiten Verfahrensschritt
wird die Höhe der Roststufen (RSH) in Abhängigkeit von der Brennstoffkonsistenz mit mind. 200 mm und max. 400 mm dimensioniert:
Aus der Vielzahl von Roststufen konventioneller Vorschub- und Schür-Roste werden beim Flossenwand-Stufenrost (FLS) Abbruchkanten für das Brennstoffbett (BM) gem. 2 und 3 mit einer geringeren Zahl von Stufen. Mit jeder Vorschubbewegung des Brennstoffes (BM) von einer Roststufenfläche (RSL) auf die nächste Roststufenfläche wird der Brennstoff (BM) aufgelockert und umgewälzt mit der Folgewirkung höherer Abbrenngeschwindigkeiten unter Vermeidung heißer Strähnenbildung über dem Brennstoffbett (BM) zur Vermeidung von Korrosionen und Verschlackungen am Rost und in der Kesselanlage.
Gleichzeitig kann bei dieser Verbrennungskinetik

– die Roststufenzahl verringert werden,
– die Länge der Roststufen (RSL) kann des weiteren von ca. 380 mm (wie z. B. bei den klassischen Vorschubrosten) bei dem erfindungsgemäßen Flossen-Stufenrost (FLR) auf ca. 500 mm erhöht und
– die Gesamtrostlänge (RL) um bis zu 15% verkürzt werden gegenüber den klassischen Vorschubrosten.

Nach einem dritten Verfahrensschritt
Werden die Roststufen (RSL) mit einem Positivwinkel von β = mind. 3° und max. 10° gefertigt in Abhängigkeit vom Aschegehalt der Brennstoffe.
Die Roststäbe von klassischen Vorschub- und Schürrosten werden – im Gegensatz zum Flossenstufenrost – ohne Neigungswinkel oder mit Negativwinkel – bis 20° ausgelegt. Bei dieser Konstruktion wird insbesondere der Aschetransport verzögert, die Asche rotiert auf den Rost-Stäben mit der Folge von Schleiferosionen auf dem Rost, hervorgerufen durch die erosiven Brennstoffaschen auf der Rostoberfläche.
Der Positivwinkel beim Flossen-Stufenrost vermeidet solche rotierenden Schleiferosionen.
Nach einem vierten Verfahrensschritt
erfolgt der Brennstoff-Transport auf dem Flossen-Stufenrost (FLS) mittels vertikal angeordneten Stößeln (ST) welche gem. den 2, 3 und 4 unmittelbar über den Flossen (FL) der Flossenrohre (FLS) durch Schlitze geführt werden und so in der Art eines über die Rostbreite wirkenden Gitters den Brennstoff-Transport von Roststufe zu Roststufe auflockernd, d. h. den Brennstoff nicht verdichtend, befördern und umwälzen.
Diese vertikal angeordneten Stößel (ST) können über jeder Rohrflosse (FL) angeordnet werden, – in Abhängigkeit von der Brennstoffkonsistenz aber auch über jeder zweiten Rohrflosse.

Nach einem fünften Verfahrensschritt
erfolgt die Zuführung der Verbrennungsluft unter das Brennstoffbett (BM) über drei verschieden ausgebildete Luftwege.

Luftweg 1:	Die Brennstoff-Transportstößel (ST) leiten die Verbrennungsluft durch innere Luftkanäle (LK) in einem Winkel 6 in die wellenförmigen Längskanäle (PL), welche durch die Flossenwandrohre (FLS) gebildet werden.
Luftweg 2:	Bei einer Stößelanordnung in jeder zweiten Rohrflosse gem. Fig 2 werden über den stößelfreien Rohrflossen vorzugsweise prismatische Düsen-Öffnungen (RD) angeordnet, durch welche die Verbrennungsluft in jede der wellenförmigen Längskanäle (PL) der Flossenwand (FLS) eingeleitet wird.
Luftweg 3:	In die Flossen der horizontalen Roststufen (RSL) werden konische Luftdüsen (LD) gebohrt, welche im Endteil der Roststufen (RSL) ergänzende Luftmengen in die Längskanäle (PL) eindüsen.

Zur Sicherstellung der freien Luftzuführung über die Luftwege 1 und 2 in die welligen Luftkanäle (PL) unter dem Brennstoffbett (BM) wird die Funktion des Roststurzes (RSH) durch einen Negativ-Winkel α verstärkt. Der auf die jeweils nächste Brennstoffstufe (FLS) überwälzte Brennstoff (BM) fällt so vor die Luftdüsen (RD) und kann diese nicht verschließen.
Mit den vorgeschriebenen Verfahrensschritten wird auf der gesamten Rostfläche ein ständiger O₂-Überschußgesichert und die durch O₂-Mangel induzierten Clor-Korrosionen verhindert, – bei Rostflächentemperaturen zwischen 200°C und 310°C = f (Dampfdruck der Kesselanlage).
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen
für die Realisierung der vor beschriebenen fünf Verfahrensschritte werden gebildet und dargestellt anhand von Zeichnungen und weiteren Erläuterungen.
1 zeigt den wassergekühlten Flossen-Stufenrost (FLS) im Wesentlichen bestehend aus einer treppenförmig ausgebildeten Rostfläche gebildet aus miteinander verschweißten Flossenrohren. Die Dimensionen der Treppenstufen (RSL) und (RSH) sowie die Rostflächenwinkel (β) und (γ) werden in Abhängigkeit der Brennstoff-Eigenschaften und der Brennstoff-Konsistenz festgelegt. Der Flossen-Stufenrost (FLS) kann über Kammbleche luftdicht mit den Kesselwänden verschraubt oder verschweißt werden, – ohne daß Längs- oder Querdehnungen durch aufwändige Konstruktionen zu berücksichtigen sind: Längs- und Querdehnungskonstruktionen entfallen beim Flossenstufenrost in Gänze.
Die Aschetrichter (RS I–IV) mit den Ascheausläufen (A I–IV) werden ebenfalls – jeweils luftdicht – mit dem Flossen-Stufenrost (FLS) verschraubt oder verschweißt, so daß die Luftzuführung – leckagefrei – über die Luftzuführungen (LZ I–IV) den Rostzonen (RZ I–IV) zugeführt werden kann.
Der Fallrohrverteiler (V) und der Steigrohrsammler (S) werden in das Umlaufsystem der Dampfkesselanlage eingebunden.
2 zeigt – ausschnittweise – eine der erfindungsgemäßen Roststufen (FLS). Die an den Rohrflossen (FL) verschweißten Flossenrohre (FLS) bilden eine gewellte Oberfläche, auf welcher die Brennstoffe (BM) keine Flächenauflage auf der Flossenrohr-Oberfläche haben sondern nur noch Punkt und/oder Linienberührung:
Hierdurch wird ein geringerer luftseitiger Druckverlust im Brennstoffbett (BM) sichergestellt und damit eine gleichmäßigere Luftverteilung (PL) unter dem Brennstoff (BM) bzw. dem Brennbett.
An den Stürzen (RSH) der Roststufen sind vorzugsweise prismatische Luftdüsen (RD) eingefräst für die Einleitung der Verbrennungsluft in die aus den Flossenrohren gebildeten Luftkanäle (PL)... sowie auch als Durchtrittsöffnungen für die Brennstoff-Transportstößel (ST).
In den miteinander verschweißten Flossen (SN) sind konische Düsen (LD) enthalten, die im jeweiligen Endteil der Roststufen (RSL) die Zuführung von Verbrennungsluft (PL) unter das Brennstoffbett sichern bzw. ergänzen.
3 zeigt einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Flossen-Stufenrost (FLS) mit den konischen Luftdüsen (LD) – gem. 2 –, mit den Brennstoff-Transportstößeln (ST) und den Stößelantrieben (STA).
Die Brennstoff-Transportstößel (ST), – eingebaut in jede bzw. jede zweite Rohrflosse (SN) der Roststürze (RSH), – bilden auf jeder Rosttreppe ein Stößelgitter für den Transport der Brennstoffe (BM) über die ges. Rostlänge (RL).
4 zeigt einen weiteren Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Flossen-Stufenrost (FLS) mitdem Brennstoff-Transportstößel (ST) und dem stößelinternen Luftkanal (LK), wobei der Luftkanal (LK) am Austritt erweitert ist und die Verbrennungsluft in einem Winkel δ auf dem Flossen-Stufenrost geleitet wird.
Die Stößelhöhe (H) und die Stößelbreite (B) wird bestimmt in Abhängigkeit von der Brennstoff-Konsistenz, dem Brennstoff-Heizwert und der Rostflächenbelastung in MW/m².

Für das Patent in Betracht gezogene Patente und Patentanmeldungen:

EP 236 2144-A1	EP 198 60613-A2	EP 267 1026-A1	EP 230 60 86-A2
EP 248 7414-A1	EP 261 4304-A1	EP 197 90223-A1	EP 2511609-A2
EP 066 3565-A2	EP 000 384-A1	EP 1085 264 A1	DE 19749227
EP 0874 159 B1	ER 196 50742C1	DE 186 60552C2	DE 196 48128A1
DE 196 22424C2	EP 1001218B1	EP 0811803A2	EP 621449
EP 0621449B2	EP 0811803	EP 0693 169	EP 0663565B1
FR-A-2247134	Nr. 44 01821	DE-0069611358 Tz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2362144 A1 [0059]
EP 19860613 A2 [0059]
EP 2671026 A1 [0059]
EP 2306086 A2 [0059]
EP 2487414 A1 [0059]
EP 2614304 A1 [0059]
EP 19790223 A1 [0059]
EP 2511609 A2 [0059]
EP 0663565 A2 [0059]
EP 000384 A1 [0059]
EP 1085264 A1 [0059]
DE 19749227 [0059]
EP 0874159 B1 [0059]
EP 19650742 C1 [0059]
DE 18660552 C2 [0059]
DE 19648128 A1 [0059]
DE 19622424 C2 [0059]
EP 1001218 B1 [0059]
EP 0811803 A2 [0059]
EP 621449 [0059]
EP 0621449 B2 [0059]
EP 0811803 [0059]
EP 0693169 [0059]
EP 0663565 B1 [0059]
FR 2247134 A [0059]
DE 0069611358 [0059]

Claims

Verfahren zur Verbrennung von Abfall und Biomassen auf einem Flossenwand-Stufenrost gem. 1 und 2 im Wesentlichen bestehend aus einer in Treppenform gebogenen Flossenwandfläche (FLS) dadurch gekennzeichnet, daß dieser siedewassergekühlte Stufenrost mit einem Steigungswinkel γ_min = 25° und γ_max = 35°C über den Verteiler (V) und den Sammler (S) in das Natur-Umlaufsystem der Dampferzeugeranlage eingebunden ist.
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, daß gem. 1 und 2 die jeweilige Roststufenhöhe (RSH) mind. 200 und max. 400 mm beträgt mit dem Negativ-Winkel ∝ = (15 ± 2)° zur Erzielung von den Brennstoff (BM) auflockernden Überwälz- und Abbruchkanten.
Verfahren nach den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß gem. 1 und 3 die Roststufen (RSL) – je nach Brennstoffkonsistenz und Brennstoffaschengehalt, – einen Positivwinkel von β_min = 3° und β_max. = 10° haben.
Verfahren nach den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß gem. 3 und 4 der Brennstoff (BM) durch vertikale Stößel (ST) auf den Rosttreppen (FLS) über die Rostzonen (RZ I–IV) transportiert wird und die in Stößelabständen von (1 × RT) bis (2 × RT) angeordneten Stößel (ST) ein den Brennstoff (BM) auflockerndes Transportgitter bilden.
Verfahren nach einem der Merkmale der Ansprüche 1–4 dadurch gekennzeichnet, daß gem. 2 und 4 die Zuführung der Verbrennungsluft (PL) unter das Brennstoffbett (BM) aus prismatischen oder runden Luftdüsen (RD) erfolgt, welche direkt oberhalb der Rohrflossen (FL) zwischen den siedewassergekühlten Rostwellen angeordnet sind, und zusätzlich aus Luftdüsen (LD) welche im Endteil der Rostflächen (RSL) angeordnet sind als konische Bohrungen in den Rohrflossen (FL).
Vorrichtung nach einem der Merkmale der Ansprüche 1–5 dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Transportstößel (ST): mit einer Höhe (H) = (0,6–0,8) RSH und einer Breite (B) = (RT-D-2) mm dimensioniert sind, – beim Brennstofftransport auf den Flossen (FL) aufliegen – und so „in Situ” die konischen Luftdüsen (LD) offenhalten.
Vorrichtung nach einem der Merkmale der Ansprüche 1–6 dadurch gekennzeichnet, daß gem. 4 die Brennstoff-Transportstößel (ST) je einen internen runden oder prismatischen Luftkanal haben und mit einem Winkel δ = (15–35)° die Verbrennungsluft – längs der Flossenrohre – unter die Brennstoffschicht (BM) blasen.
Vorrichtung nach einem der Merkmale der Ansprüche 1–7 dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsdüsen (LK) und (RD) gem. 4 eine den Luftaustrittsdüsen vorgeschalteten prismatischen oder runden Luftführungskanal haben in der Länge vom vierfachen des hydraulischen Durchmessers der Luftdüse und am Eintritt des Luftführungskanales eine Drossel mit einem Δp = 3–4 mbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Merkmale der Ansprüche 1–8 dadurch gekennzeichnet, daß der Flossenwand-Stufenrost (FLS) gem. 1 luftdicht an die Kesselseitenwände angeschraubt oder angeschweißt werden kann, ohne daß für die Dehnungen kompensatorische Vorrichtungen eingebaut werden müssen.