DE102008063709B4

DE102008063709B4 - Flammrohrkessel mit mechanischer Rostfeuerung

Info

Publication number: DE102008063709B4
Application number: DE200810063709
Authority: DE
Inventors: Christof Schäfer
Original assignee: OMNICAL KESSEL- und APPARATEBAU GmbH; OMNICAL KESSEL und APPBAU GmbH
Current assignee: Omnical Industrieservice De GmbH
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2028-12-20
Also published as: DE102008063709A1

Abstract

Flammrohrkessel (1) mit einem Kesselmantel (2) und einem innen liegenden Flammrohr (3), wobei zwischen dem Kesselmantel und dem Flammrohr ein Kesselwasserraum (5) gebildet ist, und einem im Flammrohr eingebauten Stufenrost (6) zur Verbrennung von festen Brennstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenrost (6) eine Schüreinrichtung umfasst und zwischen jeweils seitlich des Stufenrostes angebrachten, wassergekühlten Rostkühlwangen (13) angeordnet ist, wobei der Stufenrost (6) selbst nicht wassergekühlt ist, und dass die Rostwangen (13) wasserseitig mit dem zwischen dem Kesselmantel (2) und dem Flammrohr (3) gebildeten Kesselwasserraum (5) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flammrohrkessel mit einem Kesselmantel und einem innen liegenden Flammrohr zur Verbrennung von festen Brennstoffen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
Derartige Flammrohrkessel werden vor allem mit einer Gas- oder Ölfeuerung ausgerüstet. Dabei sind ein oder mehrere Gas- oder Ölbrenner in der gekühlten Stirnwand des Kessels angeordnet. Daneben sind auch mit fester Brennstoff befeuerte Flammrohrkessel bekannt. Diese Flammrohrkessel sind mit Kohlenstaubbrennern oder mit einem Feuerungsrost ausgerüstet, der innerhalb des Flammrohres angeordnet ist.
Aus der DE 918 956 B ist ein Treppenrost mit wassergekühlten, waagerecht liegenden Hohlroststäben bekannt, wobei die Hohlroststäbe U-förmig gebogen sind. Dabei wird die U-Form nach oben hin kleiner, so dass die Hohlroststäbe nach den Außenseiten der U-förmigen Schenkel gestaffelt übereinander und für den Durchtritt der Verbrennungsluft mit Abstand voneinander angeordnet sind. Der innerhalb des U-förmigen Schenkel des obersten Roststabes gelegenen Zwischenraum ist durch eine an den Kühlwasserumlauf angeschlossene Abschlusskappe abgedeckt.
Die Ausbildung des bekannten Treppenrostes hat zwar den Vorteil, dass die durch die Stufen gebildete Rostoberfläche viel größer ist als die eines Planrostes mit einer durch die U-Form des untersten Roststabes begrenzten Rostfläche, aber weist weiterhin den Nachteil auf, dass die Roststäbe aufgrund der erforderlichen Wasserkühlung aufwendig zu konstruieren sind.
Bekannte technische Lösungen zur Verbrennung stückiger, fester Brennstoffe auf mechanischen Rasten bedingen zumeist zum einen wassergekühlte Roste und zum anderen gemauerte, separate Vorbrennkammern vor oder außerhalb des eigentlichen Kessels. Ursache hierfür ist, dass wegen des niedrigen Heizwertes und/oder einer hohen Brennstofffeuchte die Verbrennung bei hohen Temperaturen stattfinden muss. Das wiederum erfordert einerseits Ausmauerungen, um die Temperaturen im Rostbereich auf einem hohen Niveau zu halten, und andererseits eine Rauchgasrezirkulation, um den Ascheerweichungspunkt im Brennraum und damit eine Verschmutzung des nachgeschalteten Kessels zu vermeiden. Weiterhin werden wassergekühlte Roste benötigt, um Materialüberhitzungen und erhöhten Verschleiß im Rostbereich auszuschließen. Große Ausmauerungsmassen weisen neben der Einstrahlung auf den Rost noch einen bedeutenden Nachteil auf, nämlich sowohl beim Hochfahren als auch beim Herunterfahren des Kessel-Rost-Systems sind aufgrund der in der Mauerung gespeicherten Energie rasche Laständerungen nicht oder nur eingegrenzt möglich. In vielen Fällen ist deshalb die Vorhaltung eines Pufferspeichers oder Dampfspeichers erforderlich, und zwar mit der negativen Folge zusätzlicher Investitionskosten. Solche Lösungen sind technisch aufwendig, kostenintensiv, verschleißanfällig und verursachen einen hohen Platzbedarf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Flammrohrkessel derart zu gestalten, dass der Kessel kompakt ausgestaltet wird und der feste Brennstoff effektiv und emissionsarm verbrannt und die Verbrennungswärme optimal ausgenutzt wird, so dass eine kostengünstige Ausgestaltung des Flammrohrkessels gefunden wird.
Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Flammrohrkessel erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen im wesentlichen darin, dass ein verbesserter Stufenrost in solcher Weise in den vorderen Bereich des Flammrohres eines Flammrohrkessels integriert ist, dass der selbst nicht wassergekühlte Stufenrost sich durch den Strahlungsaustausch mit den Flammrohrwandungen und den links und rechts vom Stufenrost passgenau eingebauten Rostkühlwangen gekühlt wird. Darüber hinaus ist die Kühlwirkung durch den unteren Flammrohrbereich besonders vorteilhaft. Der im Vergleich zu den Flammrohrkesseln für Öl- und Gasfeuerung um das 0,5fache bis 1,5fache größere Flammrohrdurchmesser bietet zusätzlich einen größeren Ausbrandraum und eine erhöhte Verweilzeit für die Brennstoffpartikel im Feuerraum und die Sicherheit, dass der Ascheerweichungspunkt nicht erreicht wird.
Die besondere Ausgestaltung des Stufenrostes bewirkt eine optimale Verbrennung, die teilweise in der Schwebe knapp über den Rostplatten stattfindet, wobei beispielsweise für Holzpellets durch den hohen Anteil von ca. 60% Sekundärluft und 10% Tertiärluft die zuvor erwähnte teilweise Schwebeverbrennung erzielt wird.
Diese und andere Vorteile der Erfindung sowie weitere Ausgestaltungsmerkmale werden nachfolgend beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen Flammrohrkessel;
2 den Schnitt II-II nach 1;
3 eine Einzelheit des Stufenrostes in vergrößertem Maßstab gemäß 1;
4 eine Einzelheit des Stufenrostes gemäß 2 in vergrößertem Maßstab und
5 eine teilweise dargestellte Rostplatte in Draufsicht und Seitenansicht.
In 1 ist ein Flammrohrkessel 1 im Schnitt dargestellt, der einen Kesselmantel 2 und ein innen liegendes Flammrohr 3 mit einem Ausbrandraum 4 und einem Stufenrost 6 umfasst. Zwischen dem Kesselmantel 2 und dem innen liegenden Flammrohr 3 ist ein Kesselwasserraum 5 gebildet.
Der mechanische Stufenrost 6 weist Rostplatten 7 auf, die vorzugsweise aus einem chromlegierten gusseisernen Material bestehen. Die Rostplatten 7 bilden eine treppenförmige Oberfläche mit einer Neigung 11 im Bereich von 7° bis 25° in Richtung der Längsachse des Flammrohres 3. Die Neigung 11 der Oberfläche des Stufenrostes 6 kann je nach Brennstoff 22 konstruktiv angepasst werden, wobei eine Neigung von etwa 15° für bestimmte Brennstoffe wie z. B. Holzpellets oder stückige brikettierte Braunkohle, vorteilhaft ist.
Wie in 5 gezeigt, weist jede Rostplatte 7 eine Vielzahl symmetrisch angeordneter Bohrungen auf, die eine außerordentlich gleichmäßige Anströmung des Brennstoffes 22 mit Primärluft 14 (3) hervorrufen. Zugleich führen die vielen Bohrungen in den Rostplatten 7 zu einer gleichmäßigen Kühlung der Rostplatten selbst.
Gemäß 3 sind unter oder zwischen den Rostplatten 7 bewegliche Schürplatten 9 angeordnet, welche den Brennstoff 22 und im weiteren Verlauf schließlich die Asche von Rostplatte zu Rostplatte schieben. Die Schürplatten 9 sind untereinander verkoppelt. Jede einzelne Schürplatte 9 weist Aussparungen für den Durchtritt von Primärluft 14 auf. Die Aussparungen sind jeweiligen Rostplatten 7 zugeordnet. Somit liegen alle Rosteinzelteile im Kühlstrom der Primärluft 14. Eine solche Ausgestaltung ist vorteilhaft, weil die Kühlung des Stufenrostes 6 über wassergekühlte Flächen von beiden Rostkühlwangen 13 ergänzt wird, die jeweils seitlich des Stufenrostes 6 angeordnet sind, wie in 2 und 4 dargestellt.
Nach 1 wird die Primärluft 14 im vorderen Teil des Flammrohres 3 über mehrere Primärluftrohre 14' eingeblasen, die unterhalb des Stufenrostes 6 angeordnet sind. Die als Düsen ausgebildeten Primärluftrohre 14' sind zwischen dem Kesselmantel 2 und dem Flammrohr 3 eingeschweißt. Oberhalb des Stufenrostes 6 sind in einem vorbestimmten Abstand untereinander und zur Rostoberfläche beidseitig mehrere Sekundärluftrohre 15' zwischen dem Kesselmantel 2 und dem Flammrohr 3 angeordnet. Die Sekundärluftrohre 15' können ebenfalls als Düsen ausgeführt und zwischen Kesselmantel 2 und Flammrohr 3 eingeschweißt sein.
Hinter dem Stufenrost 6 sind in Richtung der Längsachse des Flammrohres 3 gemäß 1 zusätzlich in gleicher Weise wie die Sekundärluftrohre 15' mehrere Tertiärluftrohre 16', aber in vorbestimmter tieferer Lage als die Anordnung der Sekundärluftrohre angeordnet. Die Tertiärluftrohre 16' sind ebenfalls als Düsen ausgebildet und zwischen Kesselmantel 2 und Flammrohr 3 eingeschweißt. Die Primärluft 14, Sekundärluft 15 und Tertiärluft 16 sind getrennt und in Gruppen regelbar angeordnet.
Die Primärluft 14, die Sekundärluft 15 und die Tertiärluft 16 werden den jeweiligen Primärluftrohren 14', Sekundärluftrohren 15' und Tertiärluftrohren 16' aus getrennten, außen am Flammrohrkessel 1 angebrachten ersten, zweiten und dritten Luftkanälen 17, 17', 17'' zugeführt, wie in 2 dargestellt. Eine zusätzliche Sekundärluft 15 über den vorderen Teil des Flammrohres 3 ist in gleicher Ausbildung vorsehbar anzuordnen, wie zuvor im Zusammenhang mit den Sekundärluftrohren beschrieben. Alle Verbrennungsluftzuführungen sind infolge der wasserdurchführenden Anordnung bis zum Luftaustritt gekühlt und unterliegen damit keinem Verschleiß und keiner Hitzebeanspruchung.
Die Kühlung des selbst nicht wassergekühlten Stufenrostes 6 erfolgt auch mit Hilfe eines vom eingesetzten Brennstoff abhängigen vorbestimmten Flammrohrs 3, das einen um das 0,5fache bis 1,5fache größeren Durchmesser aufweist als bei einem Betrieb mit Öl- oder Gasverbrennung. Die Hauptkühlung wird durch die beiden seitlich des Stufenrostes 6 angeordneten Rostkühlwangen 13 erzielt, die längsseits links und rechts vom Stufenrost als eigenständiges Druckteil angeordnet und direkt mit dem Kesselwasserraum 5 verbunden sind. Über ein nicht dargestelltes Verbindungsrohr sind die beiden Rostkühlwangen 13 auch untereinander verbunden. Die Rostkühlwangen 13 dienen zugleich als Träger für Auflagen oder Gleitflächen der Schüreinrichtung mit den Schürplatten 9.
Wie in 1 gezeigt ist, weist das Flammrohr 3 im vorderen Flammrohrabschlussteil eine Rostfrontplatte 19 auf, die im oberen Bereich des Flammrohres einen zusätzlichen wassergekühlten Kühlschirm 20 bildet. Der mittlere Bereich des vorderen Flammrohrabschlussteils des Flammrohres 3 umfasst die Brennstoffzufuhr über Stokerschnecken 21, ein Schauloch usw., wobei eine Mauerung 18 oberhalb des Stufenrostes 6 angebracht ist, die vorteilhaft als Zündhilfe des nachfließenden Brennstoffes 22 dient. Der Brennstoff 22 wird erstmals über einen nicht dargestellten Zündbrenner gezündet, der ebenfalls im mittleren Bereich des vorderen Flammrohrabschlussteils mit der Rostfrontplatte 19 angeordnet ist. Im unteren Bereich der Rostfrontplatte 19 sind nicht dargestellte Verbindungselemente für Schürung und Ascheaustrag durchgeführt.

Claims

Flammrohrkessel (1) mit einem Kesselmantel (2) und einem innen liegenden Flammrohr (3), wobei zwischen dem Kesselmantel und dem Flammrohr ein Kesselwasserraum (5) gebildet ist, und einem im Flammrohr eingebauten Stufenrost (6) zur Verbrennung von festen Brennstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenrost (6) eine Schüreinrichtung umfasst und zwischen jeweils seitlich des Stufenrostes angebrachten, wassergekühlten Rostkühlwangen (13) angeordnet ist, wobei der Stufenrost (6) selbst nicht wassergekühlt ist, und dass die Rostwangen (13) wasserseitig mit dem zwischen dem Kesselmantel (2) und dem Flammrohr (3) gebildeten Kesselwasserraum (5) verbunden sind.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Rostplatten (7) des Stufenrostes (6) eine treppenförmige Oberfläche in Längsrichtung des Flammrohres (3) mit einer Neigung (11) von 7° bis 25° ausbilden und dass Schürplatten (9) des Stufenrostes (6) angeordnet sind, die Asche und Brennstoff (22) leicht treppenabwärts durch einfaches mechanisches Schieben transportieren.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rostplatten (7) aus einem chromlegierten gusseisernen Material hergestellt sind und eine Vielzahl symmetrisch angeordneter Bohrungen aufweisen, deren Teilung von 30 × 30 mm bis 50 × 50 mm beträgt, bei Bohrungsdurchmessern zwischen 6 und 10 mm.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Bohrungen in den Rostplatten (7) in Kombination mit zugeführter Primärluft (14) und Sekundärluft (15) im Verlauf des Abbrandes des Brennstoffs (22) eine wirbelschichtnahe Schwebeverbrennung über den Rostplatten (7) hervorrufen.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rostplatten (7) mit einer vorderen Umkantung (7') ausgebildet sind und dass die Umkantung (7') eine ausreichende Abdichtung zu der zugehörigen Schürplatte (9) und zur folgenden Rostplatte (7) gegen Durchtritt von Primärluft (14) hervorruft.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schürplatten (9) für den Transport von Brennstoff (22) und Asche angeordnet sind und dass die Schürplatten (9) im Strahlungsschutz der Rostplatten (7) liegen.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schürplatten (9) jeweils einen Abstand zur Rostplattenunterkante (8) aufweisen, der als Strömungskanal (12) für die Primärluft (14) dient, und dass die im Strömungskanal (12) geführte Primärluft (14) jeweils eine konvektive Kühlung von Schürplatte (9) und Rostplatte (7) infolge der horizontalen Ausströmung hervorruft.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schürplatten (9) untereinander verkoppelt sind und in vorgegebener Taktfolge alle gleichzeitig bewegbar angeordnet sind.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schürplatten (9) flächige Aussparungen aufweisen und dass die flächigen Aussparungen in den Schürplatten (9) ein vertikal ungehindertes Aufströmen der Primärluft (14) bis zum Strömungskanal (12) zwischen den zusammengehörenden Rostplatten (7) und Schürplatten (9) hervorrufen.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Rostkühlwangen (13) Trägerwinkel (10) angeschweißt sind, die die Rostplatten (7) und die Schürplatten (9) tragen, und dass die Trägerwinkel (10) die primärluftseitige Abdichtung der Rostbrennfläche gegen die Rostkühlwangen (13) und zum Vermeiden von unerwünschten, schmiedefeuerartigen Glutnestern im Randbereich des Stufenrostes (6) angeordnet sind.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Primärluftrohre (14') für die Primärluft (14) in einem am Flammrohrkessel (1) angebrachten ersten Luftkanal (17) von unten direkt durch den Kesselwasserraum (5) zwischen Kesselmantel (2) und Flammrohr (3) angeordnet sind und dass die Primärluftrohre (14') bis zur Mündung wassergekühlt sind.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenrostteile (7, 8, 9) infolge der Primärluftführung im Kühlstrom der Primärluft (14) liegen.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Sekundärluftrohre (15') für die Sekundärluft (15) über je einen gemeinsamen zweiten und dritten Luftkanal (17', 17'') zwischen Kesselmantel (2) und Flammrohr (3) beidseitig oberhalb des Stufenrostes (6) angeordnet sind.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Tertiärluftrohre (16') für die Tertiärluft (16) als Nachverbrennungsluft hinter der Brennzone des Stufenrostes (6) über je einen gemeinsamen zweiten und dritten Luftkanal (17', 17'') in Richtung der Längsachse des Flammrohres (3) und in vorbestimmter tieferer Lage als die Anordnung der Sekundärluftrohre (15') angeordnet sind.
Flammrohrkessel (1) nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftrohre (15') für die Sekundärluft (15) und die Tertiärluftrohre (16') für die Tertiärluft (16) getrennt voneinander und jeweils in Gruppen aufgeteilt regelbar angeordnet sind, wobei die kleinste Gruppe ein einzelnes Sekundärluftrohr oder Tertiärluftrohr ist.