Wanderrost

Blick in eine Holzfeuerung mit Vorschub-Treppenrost

Die Rostfeuerung ist eine Feststofffeuerung, bei der der Brennstoff auf einem Rost, einer mit Öffnungen versehene Auflagefläche, liegend verbrennt. Die Öffnungen im Rost dienen der Zuführung der für die Verbrennung notwendigen Luft ("Unterwind") und der Abführung der zurückbleibenden Asche. Die notwendigen Bewegungen zum Umwälzen ("Schüren") des Feuers und zum Abführen der Asche erfolgt bei einfachen Rostfeuerungen manuell mit einem Schürhaken, bei größeren Rostfeuerungen automatisch durch Eigenbewegung des Rostes.

Geschichte

Die Esse eines Schmiedes, eine einfache Form der Rostfeuerung

Die Rostfeuerung stellt eine der die ältesten Arten der Feuerung überhaupt dar. Sie stellt eine verbesserte Variante der Grundform der Feuerstelle dar, wie sie der Mensch seit der Steinzeit benutzt: Bei einem offenen Feuer wie dem Lagerfeuer wird ebenfalls ein fester Brennstoff auf einer Auflagefläche liegend verbrannt, jedoch hatte diese Auflage keine Öffnungen; die Luftzufuhr erfolgt von der Seite und die Asche verblieb im Feuer.

Die wesentliche Weiterentwicklung gegenüber dieser Grundform war es, die Auflagefläche mit Öffnungen zu versehen, durch die die Verbrennungsluft von unten einströmen und die Asche nach unten durchfallen konnte. Hierdurch wurde die Leistungsfähigkeit der Feuerung erhöht und die Luftzufuhr wurde gleichmäßiger, die Luftmenge konnte durch Klappen kontrolliert werden und es war leichter, das Feuer zu "schüren".

Bis ins 19. Jahrhundert war die Rostfeuerung mit statischem Rost (siehe Abschnitt "Rosttypen") die einzige zur Verfügung stehende Feuerungsart. Der Heizer hatte die Aufgabe, die Feuerung mit Brennstoff zu beschicken, zu schüren und an den Wärmebedarf anzupassen. Er konnte die Brennstoffbeladung und die Verteilung des Brennstoffes auf dem Rost und die Verbrennungsluftmenge durch Einstellung von Drosselklappen beeinflussen. Bei Dampflokomotivkesseln besteht noch die Möglichkeit durch ein Blasrohr den Saugzug zu erhöhen. Der Heizer musste dauernd die Feuerung beobachten, Brennstoff nachlegen, den Brennstoff auf dem Rost verteilen und Stochern, um die Asche abzuführen.

Die Rostfeuerung wurde in der weiteren Entwicklung im 20. Jahrhundert weiterentwickelt. Brennstoffzufuhr, Vorwärtsbewegung, Schüren und Ascheabzug wurden automatisiert und erfolgen bei modernen Rostfeuerungen in Industrie und Kraftwerken kontinuierlich, ebenso wie die Regelung der Verbrennungsluft.

Aufbau und Funktionsweise einer industriellen Rostfeuerung

Bei einer modernen, größeren Rostfeuerung, wie sie in Industrie und Heiz-/Kraftwerken heute zum Einsatz kommt, erfolgt die Brennstoffzuführung zum Rost automatisch und kontinuierlich z. B. mittels Förderschnecken, mechanischen Schiebern oder Doppelklappen. Durch diese Förderer wird gleichzeitig ein Abschluss zum Brennstoffvorlagebehälter hergestellt und ein Rückbrand verhindert.

Der Brennstoff wird durch einen Bewegungsmechanismus verschiedener Bauart (siehe Abschnitt "Rosttypen") kontinuierliche vom Eintrag zum Ascheaustrag gefördert und dabei automatisch umgewälzt ("geschürt"). Im ersten Bereich des Rostes erfolgt eine Trocknung und Entgasung des Brennstoffes. Es schließt sich die Hauptverbrennungszone an und im letzten Rostabschnitt erfolgt der Ausbrand.

Die Öffnungen im Rost werden als freie Rostfläche bezeichnet. Durch diese Rostöffnungen dringt die primäre Verbrennungsluft von unten an den Brennstoff ("Unterwind"). Bei großen Rosten ist der Rost in Zonen eingeteilt, die jeweils eine separate Unterwindzuführung haben, so dass die Luftmenge durch Drosselklappen in den verschiedenen Zonen eingestellt werden. Zusätzlich wird Sekundärluft oberhalb des Rostes aufgegeben. Das Brennstoffluftverhältnis λ liegt bei 1,4 bis 1,8. Es ist wichtig, den Brennstoff auf dem Rost gleichmäßig zu verteilen, um einen ungleichmäßigen Abbrand mit lokalem starken Luftdurchtritt zu vermeiden. Eine zu starke Rostbeladung muss vermieden werden, da die Luftzuführung behindert wird und eine unvollständige Verbrennung mit Bildung von Kohlenmonoxid auftritt. Im Extremfall besteht die Gefahr einer Verpuffung.

Bei feuchten Brennstoffen (Biomasse, Hausmüll, ...) kann zur Unterstützung der Trocknung des Brennstoffes die Primärluft vorgewärmt werden oder es kann mit der Primärluft Abgase aus dem Abgasweg beigemischt werden. Diese Beimischung wird Rauchgasrezirkulation genannt und dient außerdem als Stickoxid-mindernde Maßnahme im Bereich hoher Flammenspitzentemperaturen (insbesondere bei Brennstoffen mit hohen Heizwerten). Bei größeren Anlagen wird zusätzlich ein Teil der Abgase auch oberhalb des Rostes beigegeben. Ähnlich wie bei den Sekundärluftdüsen werden sogenannte Rezirkulationsdüsenebenen verwendet.

Der Rauchgasabzug ist je nach Feuerungstyps oberhalb der Entgasungszone (Gegenstromfeuerung), in der Mitte des Rostes (Mittelstromfeuerung) oder am Ende des Rostes (Gleichstromfeuerung) angeordnet. Bei besonders nassen Brennstoffen werden die heißen Rauchgase bevorzugt im Gegenstrom zur Bewegung des Brennstoffes auf dem Rost geleitet und somit wird eine intensive Trocknung und Entgasung des Brennstoffes erzielt. Die Luft wird als Primärluft unterhalb des Treppenrostes und als Sekundärluft oberhalb des Rostes zugeführt.

Die bei der Verbrennung anfallende Asche fällt größtenteils als grobe, versinterte Schlacke am Ende des Rostes durch den sogenannten "Aschefall" und wird im Aschekasten gesammelt oder kontinuierlich über einen Entascher ausgetragen. Die feinen Aschebestandteile fallen teilweise bereits unterwegs durch die freie Rostfläche ebenfalls in den Entascher/Aschekasten. Zur Kühlung der Asche und zum Löschen der Glut ist dieser meist als Wasserbad ausgeführt, das auch den Luftabschluss für den unter Unterdruck stehenden Feuerraum darstellt.

Der Rost ist starken thermischen Belastungen ausgesetzt, die Betriebstemperaturen an der Oberfläche können bis 800°C betragen (siehe Brandguss). Die durchtretende Verbrennungsluft kühlt den Rost. Bei sehr hohen Heizwerten können wassergekühlte Roste eingesetzt werden. Die Brennkammer ist immer feuerfest ausgekleidet, denn es herrschen im Feuer Temperaturen um die 1000°C.

Vor- und Nachteile

Gegenüber Staubfeuerungen (Verbrennung im Flug) weisen Rostfeuerungen einige wichtige Vor- und Nachteile auf:

Vorteile:

• Einfacher, übersichtlicher Aufbau
• Günstiges Teillast- und Laständerungsverfahren
• Breites zulässiges Brennstoffband und Brennstoffkombinationsmöglichkeiten
• Geringer Eigen-Energiebedarf

Nachteile:

• Leistungsbegrenzung durch die Rostkonstruktion
• Langsame Regelbarkeit, wegen der großen Brennstoffmenge auf dem Rost
• Hoher Luftüberschuss, dadurch verschlechterter Wirkungsgrad
• Hoher Feuerungsverlust von 2-4%

Rosttypen

Die verschiedenen Rosttypen unterscheiden sich grundsätzlich in der Art des Mechanismusses, der die Brennstoff-Bewegung bewirkt:

Planrost

Bei dieser einfachsten und ältesten Form des Rostes (siehe Abschnitt "Geschichte") ist der Rost unbeweglich und eben. Die Asche fällt in den unter dem Rost liegenden Aschekasten. Es erfolgt keine automatische Schürung, sondern diese muss - soweit erforderlich - manuell mittels Schürhaken, Rütteln, o.ä. erfolgen. Auch der Ascheabzug muss manuell erfolgen.

In größeren industriellen Feuerungen wird dieser Typ heute nicht mehr eingesetzt, wohl aber bei kleineren Feuerungen im häuslichen und kleingewerblichen Bereich: Kamin / Kaminofen / Zimmerofen, Grill, Holzheizung, etc.

Wanderrost

Das Wanderrost besteht aus einem endlosen Rostband mit beweglichen Gliedern, ähnlich einem Förderband. Das Endlosband wird über 2 Rollen geführt und mit einem Zahnradantrieb bewegt.

Die Geschwindigkeit des Rostvorschubes ist einstellbar und dient der Leistungsregelung. Die Roststäbe (Kettenglieder) sind beweglich. Auf dem Oberband werden die Stäbe in der horizontalen Position durch eine Auflagefläche gehalten. Bei der Rückführung des Rostes stellen sich die Stäbe in die senkrechte Position, so dass die Asche hindurchfallen kann (Klapprost). Die Brennstoffaufgabe wird durch einen Schichthöhenregler begrenzt. Die Luftkammern für den Unterwind sind zwischen Ober- und Unterband angeordnet. Die Rostgröße ist wegen der auftretenden Biegekräfte auf die Roststäbe begrenzt. Für Unterwindzonenwanderroste liegt die maximale Rostfläche bei 70 m².

Der Wanderrost war eine oft verwendete Bauart für die Verfeuerung von stückigem Brennstoff mit geringem Feinkornanteil. Er eignet sich sowohl für gasreiche und trockene Steinkohle als auch für Holz als Hackschnitzel. Die Wanderrostfeuerung war in den 30er bis 60er Jahren des 20. Jahrhunderts in Kraftwerken mittlerer Größe (bis 150 t/h Dampf) stark verbreitet. Die Bauart wird heutzutage nurmehr für die Holzfeuerung eingesetzt. Kohle wird heute ausschließlich in Staubfeuerungen verbrannt.

Treppenrost (Vorschub- / Rückschubrost)

2-bahniger Vorschubrost

Ein Treppenrost sieht ähnlich aus wie eine flach liegende Treppe mit einem Gefälle von 8 bis 15 Grad. Der Brennstoff wird dadurch über den Rost bewegt, dass sich einige Treppenstufen (jede zweite oder zwei von drei) oszillierend vor und zurück bewegen und so den Brennstoff vorwärts schieben. Je nach Richtung der Roststabbewegung wird der Treppenrost auch Vorschubrost oder Rückschubrost genannt (in beiden Fällen entsteht aber eine Vorwärts-Bewegung für den Brennstoff).

Treppenroste werden für grobstückige und aschereiche Brennstoffe eingesetzt, die einer verbesserten Schürung bedürfen, z. B. Holz, aufbereiteter Müll oder heute seltener auch Braunkohle.

Walzenrost

Bei einem Walzenrost besteht die Rostfläche aus großen, hintereinanderliegenden, rotierenden Walzentrommeln, die teilweise mit Mitnehmern bestückt sind und die den Brennstoff durch ihre Rotation mitreißen. Hierdurch wird eine besonders starke Umwälzung und Schürung des Feuers erreicht.

Dieser Rosttyp wird vor allem in Müllverbrennungen für sehr problematische, nicht aufbereitete, inhomogene Brennstoffgemische eingesetzt, die massiv zum Verkleben und Verschlacken neigen.

Literatur/Quellen

Fritz Mayr, Kesselbetriebstechnik, 10. Auflage 2003, ISBN 3-930039-13-3