Die Erfindung betrifft eine Feststoffverbrennungsanlage gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Schutzanspruchs 1.

Solche Feststoffverbrennungsanlagen werden beispielsweise zum Verbrennen von Kehricht als Kehrichtverbrennungsanlagen (KVA) eingesetzt. Dabei wird der eingesammelte Kehricht, welcher sich beispielsweise aus Haushaltsabfällen, Rechengut aus Abwasserreinigungsanlagen, Sperrmüll und Industrieabfällen zusammensetzt, in einem Brennraum möglichst vollständig verbrannt und in Schlacke und Rückstände umgewandelt. Der Kehricht wird dabei beispielsweise dosiert auf einem Verbrennungsrost angeordnet und bei Temperaturen im Bereich von zwischen 600°C und 1100°C verbrannt. Die zur Verbrennung notwendige Luft wird dem Brennraum mit einem Gebläse von unten durch den Rost zugeführt. Dadurch herrscht im Ansauggebiet der Luft ständig Unterdruck, so dass keine Geruchsemissionen nach aussen dringen. Den vollständigen Ausbrand des Kehrichts erreicht man durch zusätzliche Verbrennungsluft, die oberhalb des auf dem Verbrennungsrost angeordneten Kehrichts in den Brennraum eingeblasen wird. Ist der Kehricht völlig ausgebrannt, wird die zurückbleibende Schlacke beispielsweise in einen Schlackenbunker weiterbefördert. Von dort wird die Schlacke schliesslich auf Lastwagen verladen und einer Deponie zugeführt.

Bei der Verbrennung entstehen Abgase, die in einem über dem Brennraum angeordneten Abzug abgeführt werden. In weiteren Schritten wird das Abgas einer zumeist mehrstufigen Rauchgasreinigung zugeführt, die beispielsweise unter anderem die festen Partikel aus dem Abgas ausscheidet, Stickoxide reduziert und mit einer Nasswäsche dem Abgas gasförmige Schadstoffe entzieht. Das Abgas wird dadurch soweit gereinigt, bis es ohne übermässige Auswirkungen auf die Umwelt über einen Kamin freigesetzt werden kann.

Bevor das heisse Abgas der eigentlichen Reinigung zugeführt wird, wird es vorzugsweise gekühlt und die dadurch gewonnene Wärme als Fernwärme oder zur Stromproduktion genutzt. Dazu kann der Brennraum und der daran anschliessende Teil des Abzugs mit Kühlwasser führenden Rohrwänden ausgestaltet sein. Zu ihrem Schutz sind die den Brennraum umgebenden Rohrwände beispielsweise mit feuerfesten Platten ausgekleidet. Im Abzug waren die Rohrwände früher unverkleidet, speziell in Übergangsbereichen, in denen die Abgase umgeleitet werden. Die freien Rohrwände werden durch die Abgase korrodiert und mit der Zeit stark abgenutzt. Diese Beanspruchung der Rohrwände durch Abgase wurde durch die in den letzten Jahren eingetretene Veränderung in der Kehrichtzusammensetzung noch verstärkt. In neuen Anlagen werden deshalb heutzutage die unverkleideten Bereiche der Rohrwände oft, beispielsweise mit einer Chrom-Nickel-Legierung, beschichtet, wozu die Rohrwände durch Sandstrahlen aufgeraut werden müssen. Dieses Sandstrahlen ist aber bei schon stark beanspruchten Rohrwänden teilweise nicht mehr möglich, da diese sonst zerbrechen. Ausserdem haben Kehrichtverbrennungsanlagen mit beschichteten Rohrwänden in diesen Beschichtungen einen erheblich schlechteren Wärmeübergang, was die Kühleffizienz der Rohrwände beträchtlich mindert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Feststoffverbrennungsanlage vorzuschlagen, bei welcher die Rohrwände des Abzugs vor Abgas geschützt sind und gleichzeitig in diesen geschützten Bereichen ein optimalerer Wärmeübergang vom Abgas zu den Rohrwänden stattfindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Feststoffverbrennungsanlage gelöst, wie sie im unabhängigen Schutzanspruch 1 definiert ist. Vorteilhafte Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen.

Das Wesen der Erfindung besteht im Folgenden: Eine Feststoffverbrennungsanlage umfasst einen Brennraum und einen daran anschliessenden Abzug, über den bei einer Verbrennung entstehendes Abgas abführbar ist. Der Abzug umfasst einen direkt an den Brennraum anschliessenden ersten Zug und einen zweiten Zug, wobei der erste Zug in einem Übergangsbereich in den zweiten Zug übergeht. Dabei weisen der erste Zug und der Übergangsbereich Rohrwände auf, die mit Stegen verbundene Rohre umfassen. Die Rohrwände sind mit neben- und übereinander angeordneten feuerfesten Platten verkleidet.

Eine solche Verkleidung schützt die Rohrwände vor den durch den Abzug strömenden Abgasen und bewahrt sie unter anderem vor Korrosionsschäden. Gleichzeitig können feuerfeste Platten mit einer guten Wärmeleitfähigkeit ausgebildet werden, was einen effizienten Wärmeübergang vom Abgas zu einem in den Rohren der Rohrwand geführtem Wärmetauschmedium, beispielsweise Wasser, erlaubt. Feuerfeste Platten können ausserdem auch an bereits korrodierten, dünnwandigen Rohrwänden befestigt werden, ohne dass diese zerbrechen.

Der zweite Zug der Feststoffverbrennungsanlage weist mit Vorteil ebenfalls Rohrwände auf, die mit Stegen verbundene Rohre umfassen und die mit neben- und übereinander angeordneten feuerfesten Platten verkleidet sind. Ein so gestalteter zweiter Zug erlaubt es, mehr Wärme aus dem Abgas abzuführen.

Die feuerfesten Platten sind vorzugsweise beweglich an den Rohrwänden angeordnet. Dadurch kann eine unterschiedliche Wärmeausdehnung der feuerfesten Platten im Vergleich zur Wärmeausdehnung der Rohrwände aufgefangen werden, wodurch ein Herausfallen und/oder Zerbrechen von Platten verhindert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die feuerfesten Platten wellenförmig ausgestaltet und umfassen jeweils mindestens eine hohlzylinderförmige Halterung. Die Halterung erstreckt sich beabstandet entlang eines Steges der zugehörigen Rohrwand und weist in Richtung dieses Steges einen über die ganze Länge der Halterung verlaufenden Schlitz auf. Eine solche wellenförmige Ausgestaltung erlaubt es, die Platten durchgehend mit einer ähnlichen Dicke auszugestalten, beispielsweise ±20%, was einen gleichmässigen Wärmeübergang über die ganze Platte ermöglicht, wodurch das Erzeugen von übermässigen Spannungen in den Platten vermieden wird. Die wellenförmige Ausgestaltung ermöglicht es ausserdem, die Platten verhältnismässig leicht und durchgehend dünn auszubilden, wodurch kostspieliges Material eingespart werden kann. Ausserdem ist die Handhabung und Befestigung einfacher.

Jede feuerfeste Platte ist vorteilhafterweise mit einem an einem der Stege angebrachten Haltemittel, das in die Halterung der feuerfesten Platte eingreift, an der Rohrwand gehalten. Auf diese Weise können die feuerfesten Platten auf einfache Art beweglich an den Rohrwänden angeordnet werden.

Mit Vorteil sind die feuerfesten Platten SiC-Platten, die einen SiC-Gehalt zwischen 60% und 95%, vorzugsweise zwischen 80% und 95%, aufweisen. Solche SiC-Platten weisen vorteilhafte Eigenschaften in Bezug auf Wärmeausdehnung und Wärmeleitfähigkeit auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante weisen die feuerfesten Platten eine offene Porosität von kleiner als 1%, vorzugsweise von 0%, auf. Platten mit solchen offenen Porositäten sind bezüglich der Wärmeleitfähigkeit vorteilhaft und weniger korrosionsanfällig.

Vorteilhafterweise weisen die feuerfesten Platten bei einer Temperatur von 800°C eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 35 W/mK, vorzugsweise von mehr als 40 W/mK, noch bevorzugter von mehr als 45 W/mK, auf. Solche Platten ermöglichen einen effizienten Wärmeübergang vom Abgas zu den Rohrwänden.

Solche SiC-Platten mit oben erwähnten Eigenschaften bezüglich SiC-Gehalt, offener Porosität und Wärmeleitfähigkeit weisen typischerweise einen bestimmten Mindestgehalt an Siliziumcarbid auf. Siliziumcarbide zeichnen sich ganz allgemein durch eine hohe Festigkeit, eine gute Korrosionsbeständigkeit auch bei hohen Temperaturen, sehr gute mechanische Hochtemperatureigenschaften, eine sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit, eine geringe Wärmedehnung, eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, eine hohe Verschleissfestigkeit, eine sehr hohe Härte und Halbleitereigenschaften aus.

Beispielweise können erfindungsgemässe SiC-Platten aus reaktionsgebundenem siliziuminfiltriertem Siliziumcarbid hergestellt sein. Dabei wird eine geformte Rohplatte aus Siliziumcarbid und Kohlenstoff mit metallischem Silizium infiltriert, indem sie beispielsweise über eine bestimmte Zeitdauer in einem Siliziumbad angeordnet wird oder mit Silizium bespritzt wird. Dadurch werden 'die Poren geschlossen und so eine offene Porosität von weniger als 1% erreicht. Ein Beispiel für eine solche SiC-Platte ist das Produkt Aptasinit^® der Firma Burton Apta, 6800 Hódmezővásárhely, Ungarn.

Eine alternative Möglichkeit für die Herstellung einer erfindungsgemässen SiC-Platte ist die Herstellung aus nitridgebundenem Siliziumcarbid. Dies kann so geschehen, dass ein Formkörper aus einer Siliziumcarbid-Körnung und Silizium-Metallpulver in einer Stickstoffatmosphäre bei 1400°C bis 1500°C nitridiert wird. Dabei wandelt sich das anfänglich metallische Silizium-Pulver um und bildet eine Bindematrix zu der Siliziumcarbid-Körnung. Die Porosität ist sehr fein und bei Anwendung einer hohen Temperatur von 1450°C wird eine sehr dünne Glasurschicht gebildet, welche die Poren verschliesst. Diese Glasurschicht schützt die Keramik vor einer weiteren Oxidation.

Vorzugsweise ist ein Raum zwischen den feuerfesten Platten und den Rohrwänden mit einem Fliessbeton vergossen, der vorzugsweise einen SiC-Gehalt von 55% – 80% und vorzugsweise eine Porosität kleiner als 20% aufweist. Eine so vergossene Rohrwand-Platten-Kombination weist eine erhöhte Stabilität und einen insgesamt besseren Wärmedurchgang auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante weisen die feuerfesten Platten eine Dicke von zwischen 6 mm und 10 mm auf. Derart dünne Platten gewährleisten einen guten Wärmeübergang und benötigen weniger kostspieliges Material. Ausserdem ist die Handhabung und Befestigung der Platten aufgrund ihres geringeren Gewichts einfacher.

Zwischen zwei feuerfesten Platten ist mit Vorteil ein feuerfester Keramikfilz angeordnet. Dieser fängt Wärmeausdehnungen der Platten auf und vermindert dadurch für die Platten schädliche Spannkräfte.

Im Folgenden wird die erfindungsgemässe Feststoffverbrennungsanlage unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen:

1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Feststoffverbrennungsanlage in Form einer Kehrichtverbrennungsanlage;

2 einen Querschnitt durch die Kehrichtverbrennungsanlage gemäss 1 entsprechend der Linie A–A, wobei nur eine Hälfte des Querschnitts dargestellt ist;

3 einen Querschnitt durch die Kehrichtverbrennungsanlage gemäss 1 entsprechend der Linie B–B, wobei nur eine Hälfte des Querschnitts dargestellt ist;

4 einen Schnitt durch eine Rohrwand, die mit erfindungsgemässen feuerfesten Platten verkleidet ist;

5 eine Ansicht der der Rohrwand abgewandten Seite der feuerfesten Platten von 4; und

6 eine Ansicht der der Rohrwand zugewandten Seite einer feuerfesten Platte von 4.

In der 1 ist ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Feststoffverbrennungsanlage in Form einer Kehrichtverbrennungsanlage 1 abgebildet. Die Kehrichtverbrennungsanlage 1 umfasst einen Brennraum 15 und einen daran anschliessend angeordneten Abzug, der einen ersten Zug 10, einen zweiten Zug 11, einen dritten Zug 12 und einen vierten Zug 13 aufweist. Der erste Zug 10 geht über einen Übergangsbereich 14 in den zweiten Zug 11 über. Der Übergangsbereich 14 erstreckt sich vom Ende der Trennwand 19 zwischen dem ersten Zug 10 und dem zweiten Zug 11 nach oben bis zu einer Decke 18 des Abzugs. Der Brennraum 15 und der Abzug sind durch Rohrwände 16 abgegrenzt, die durch Stege verbundene Rohre umfassen, welche von einem Wärmetauschmedium, typischerweise Kühlwasser, durchströmbar sind. Im ersten Zug 10 und im zweiten Zug 11 sind die Rohrwände 16 mit feuerfesten Platten 2 verkleidet. Der Brennraum 15 weist an seinem unteren Ende einen Verbrennungsrost 150 auf. Die Rohrwände 16 des Brennraums 15 sind mit feuerfesten Elementen verkleidet, die in 1 nicht dargestellt sind. Im dritten Zug 12 und im vierten Zug 13 ist eine Rauchgasreinigung angeordnet, welche mehrere Reinigungsvorrichtungen 17 umfasst, wie beispielsweise eine Entschwefelung, einen Russpartikelfilter etc..

Zu entsorgender Kehricht wird auf dem Verbrennungsrost 150 angeordnet und verbrannt, wodurch er in Rauchgas und Rückstände umgewandelt wird. Für eine möglichst vollständige Verbrennung sind im Brennraum 15 hohe Temperaturen im Bereich zwischen 600°C und 1000°C notwendig. Das Rauchgas wird durch den Abzug aus dem Brennraum 15 abgeführt. Bevor es der Rauchgasreinigung zugeführt wird, wird es abgekühlt. Dazu wird über die Rohrwände 16 Wärme an das Kühlwasser übertragen, welches durch die Rohrwände 16 strömt. Die so zurückgewonnene Wärme kann beispielsweise direkt als Fernwärme eingesetzt werden oder sie kann als Energie zur Stromproduktion verwendet werden.

Um möglichst viel Wärme zurückzugewinnen, sind im Brennraum 15, im ersten Zug 10 und im zweiten Zug 11, inklusive der Decke 18 des Übergangsbereichs 14, Rohrwände 16 angeordnet. Zum Schutz der Rohrwände 16 sind diese im Abzug mit feuerfesten Platten 2 und im Brennraum 15 mit feuerfesten Elementen verkleidet, die ebenfalls Platten sein können, aber im allgemeinen dicker ausgebildet sind. Die feuerfesten Elemente und die feuerfesten Platten 2 weisen Idealerweise unter anderem eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine hohe Festigkeit, eine gute Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Verschleissfestigkeit auf. Materialien mit solchen Eigenschaften sind beispielsweise reaktionsgebundenes siliziuminfiltriertes Siliziumcarbid oder nitridgebundenes Siliziumcarbid. Durch den Einsatz der feuerfesten Platten 2 sind die Rohrwände 16 durchgehend vor Korrosion geschützt unter Beibehaltung eines guten Wärmeübergangs vom Rauchgas zum Kühlwasser.

Für die gesamte weitere Beschreibung gilt folgende Festlegung. Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugszeichen enthalten, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungstext nicht erwähnt, oder umgekehrt, so wird auf deren Erläuterung in vorangehenden Figurenbeschreibungen Bezug genommen.

2 zeigt einen Querschnitt durch die Kehrichtverbrennungsanlage 1 gemäss 1 entsprechend der Linie A–A, wobei nur eine Hälfte des Querschnitts dargestellt ist. Der Übergangsbereich 14 weist einen Durchgang 141 auf, der sich über die ganze Höhe des Übergangsbereichs 14, vom Ende der Trennwand 19 zwischen dem ersten Zug 10 und dem zweiten Zug 11 (s. 1) bis zur Decke 18 des Abzugs erstreckt. Durch diesen Durchgang 141 wird während des Betriebs das Rauchgas vom ersten Zug 10 in den zweiten Zug 11 überführt. Im Durchgang 141 sind Kühlwasserleitungen 141 vertikal angeordnet, über welche die Rohrwand 16 der Trennwand 19 zwischen dem ersten Zug 10 und dem zweiten Zug 11 gespeist wird.

In 3 ist ein Querschnitt durch die Kehrichtverbrennungsanlage 1 gemäss 1 entsprechend der Linie B–B gezeigt, wobei nur eine Hälfte des Querschnitts dargestellt ist. Der zweite Zug 11 umfasst ebenfalls Rohrwände 16, die mit feuerfesten Platten 2 verkleidet sind. Im unteren Bereich weist der zweite Zug 11 einen Durchgang auf, über welchen der zweite Zug 11 in den dritten Zug 12 übergeht.

4 zeigt einen Schnitt durch eine Rohrwand 16, die mit erfindungsgemässen feuerfesten Platten 2 verkleidet ist. Die Rohrwand 16 umfasst parallel in einer Ebene angeordnete Rohre 160, die über Stege 161 miteinander verbunden sind. Von der Rohrwand 16 beabstandet sind die feuerfesten Platten 2 angeordnet. Diese umfassen jeweils drei gebogene Schalen 20, welche mit ihren konkaven Seiten jeweils entlang eines der Rohre 160 angeordnet sind. Zwischen den gebogenen Schalen 20 weisen die feuerfesten Platten 2 jeweils eine hohlzylinderförmige Halterung 21 auf, die sich entlang des nächstliegenden Steges 161 der Rohrwand 16 erstrecken. In Richtung dieses zugehörigen Steges 161 weisen die Halterungen 21 jeweils einen Schlitz 210 auf, der sich über die volle Länge der Halterung 21 erstreckt. Ausserdem umfassen die feuerfesten Platten 2 an den beiden äusseren Seiten ihrer äussersten Schalen 20 jeweils eine längs angeordnete, durchgehend halbzylinderförmige Aussparung 22.

Jede feuerfeste Platte 2 ist über zwei Haltemittel 5 verschiebbar an der Rohrwand 16 befestigt. Jedes Haltemittel 5 umfasst eine Halteschraube 50, die fest mit dem zugehörigen Steg 161 verbunden ist, und eine auf der Halteschraube 50 aufgeschraubte Haltemutter 51. Die Halteschraube 50 ist rechtwinklig zum Steg 161 angeordnet und ragt durch den Schlitz 210 in den Hohlraum der Halterung 21 der feuerfesten Platte 2. Die Haltemutter 51 kommt in der Halterung 21 zu liegen, sodass die feuerfeste Platte 2 in einem bestimmten Abstand von der Rohrwand 16 gehalten ist.

Zwischen zwei benachbarten feuerfesten Platten 2 ist jeweils ein feuerfester Keramikfilz angeordnet. Er kann beispielsweise als zylinderförmiger Filz 31 oder als Filzstreifen 30 ausgestaltet sein. Der Filzstreifen 30 ist im Spalt zwischen zwei benachbarten feuerfesten Platten 2 angeordnet. Der zylinderförmige Filz 31 ist so angeordnet, dass er in den beiden Aussparungen 22 zweier benachbarter feuerfester Platten 2 zu liegen kommt. Damit ist er gegen ein Verschieben in Richtung Rohrwand 16 gesichert.

Zwischen den feuerfesten Platten 2 und der Rohrwand 16 befindet sich ein Zwischenraum 4. Dieser wird nach dem Anbringen der feuerfesten Platten 2 an der Rohrwand 16 mit einem SiC-haltigen Fliessbeton ausgefüllt, wodurch unter anderem auch die Halterungen 21 der feuerfesten Platten 2 und die Haltemittel 5 eingegossen werden.

Durch die gebogene Form der Schalen 20 können die feuerfesten Platten 2 verhältnismässig dünn ausgestaltet werden, was im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall ist. Dadurch lässt sich einerseits bei deren Herstellung kostspieliges Material einsparen und andererseits sind die Platten verhältnismässig leicht, was die Handhabung und speziell den Einbau erleichtert. Zudem zeichnen sich solche feuerfesten Platten 2 durch eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine grosse Kontaktfläche zum Rauchgas aus, womit relativ viel Wärme auf die Rohrwand 16 übertragen werden kann. Durch die Ausgestaltung der Halterungen 21 und die Anordnung der Haltemittel 5 an den Rohrwänden 16 und an den feuerfesten Platten 2 sind die feuerfesten Platten 2 beweglich an den Rohrwänden 16 angeordnet, sodass unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Rohrwände 16 und der feuerfesten Platten 2 ausgeglichen werden können. Die Wärmeausdehnungen der feuerfesten Platten 2 selbst werden durch die feuerfesten Keramikfilze 30, 31 aufgenommen, sodass übermässige Spannungen in den feuerfesten Platten 2 verhindert werden können. Ausserdem erhält die Konstruktion durch das Hintergiessen mit einem Fliessbeton zusätzlich Stabilität und einen insgesamt besseren Wärmedurchgang.

In 5 ist eine Ansicht der der Rohrwand 16 abgewandten Seite der feuerfesten Platten 2 von 4 dargestellt. Die feuerfesten Platten 2 umfassen jeweils drei gebogene Schalen 20 zwischen denen jeweils eine Halterung 21 angeordnet ist. Sie sind damit auf der der Rohrwand 16 abgewandten Seite wellenförmig ausgebildet, wobei sie an den Halterungen 21 stärker gewellt sind als an den Schalen 20. Mehrere feuerfeste Platten 2 sind nebeneinander und so übereinander angeordnet, dass jede feuerfeste Platte 2 auf der sich direkt darunter befindenden feuerfesten Platte 2 aufliegt. Damit ist keine separate Tragkonstruktion, beispielsweise eine Konsole, nötig. Auch zwischen vertikal benachbarten feuerfesten Platten 2 kann jeweils ein feuerfester Keramikfilz analog dem in 4 dargestellten angeordnet sein.

6 zeigt eine Ansicht der der Rohrwand 16 zugewandten Seite einer feuerfesten Platte 2 von 4. Die Halterungen 21 weisen einen Schlitz 210 auf, der sich über die ganze Länge der Halterung 21 erstreckt. Dadurch, dass die Halterung 21 durchgehend hohlzylinderförmig und mit einem durchgehenden Schlitz 210 ausgestaltet ist, ist ein darin angeordnetes Haltemittel 5 verschiebbar und die feuerfeste Platte 2 als ganzes beweglich an einer Rohrwand 16 befestigbar. Wird die feuerfeste Platte 2 mit Fliessbeton hintergossen, ist deren Beweglichkeit immer noch gewährleistet, da die feuerfeste Platte 2 auf dem ausgehärteten Fliessbeton gleiten kann und kein horizontaler Vorsprung am Beton anstösst.

Zu den vorbeschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtungen sind weitere konstruktive Variationen realisierbar. Hier ausdrücklich erwähnt sei noch, dass zur Verkleidung des ersten Zugs 10 und des Übergangsbereichs 14 auch nicht gewellte feuerfeste Platten denkbar sind.