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Verbrennungselnnchtung für feste, vorzugsweise stückige Brennstoffe, insbesondere Biomasse, mit einem regelbaren, das Glutbett tragenden Rost bzw einer Verbrennungsmulde, gekoppelt mit einer diese In Abhängigkeit von der Wärmeanforderung beeinflussenden Steuerelnnchtung, welche mit mindestens einem ersten Fühler zur Messung der Brennraumtemperatur und zur nachfolgenden Regelung der Luftzufuhr
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und gegebenenfalls eine Einnchtung zur Zufuhr von Sekundärluft vorgesehen ist
Derartige Verbrennungseinrichtungen sind beispielsweise zur Befeuerung von Kesseln bekannt Kessel ohne Nachverbrennungszonen haben nur In einem sehr engen Betnebsberelch günstige Betriebsverhältnis- se.
zu deren Aufrechterhaltung die kontinuierliche Einbeziehung aller Einflussfaktoren in ein entsprechendes Regelschema der Anlage notwendig ist. Die Steuerung der Förderelnnchtung erfolgt bei den bekannten Anlagen ausschliesslich in Abhängigkeit von der Wärmeanforderung. Ein grosses Problem bel den bekannten Anlagen stellt Insbesondere der konstante Einschub von Brennmaterial sowie dessen Änderung bel einer auf ein bestimmtes Material eingestellten Anlage dar, was sich besonders In grossen Unterschieden beim Verbrennen zeigt.
Ist die Anlage beispielsweise auf nasses Material eingestellt, d. h. auf eine lange Vortrockenzelt und ein grosses Glutbett mit viel Primärluft, so ergibt sich mit diesem Schema bel Verwendung von trockenem Matenal ein kurzes Glutbett, wodurch die Asche von der Primärluft mitgerissen wird. Dabei gerät die Sekundärluft bei ansteigenden CO-Werten solange in Unterschuss, bis das überschüssige trockene Material vergast ist. Es muss daher eine Nachregelung erfolgen, welche nicht nur zelt- und kostenintensiv ist, sondern häufig auch die Verwendung unterschiedlicher fester Brennstoffe unmöglich macht.
Aus der EP-A2-352 620 ist eine Vorrichtung zur Regelung der Feuerungsleistung von Verbrennungsanlagen bekanntgeworden, in der die Primärluftzufuhr sowohl über die Rostlänge als auch in Querrichtung des Verbrennungsrostes zonenweise unterschiedlich und mit Hilfe einer Überwachungseinnchtung In Form einer Videokamera oder mehrerer Thermoelemente geregelt wird. Über einen Rechner wird das von der Videokamera aufgenommene und auf einem Monitor angezeigte Bild digital aufbereitet, sodass Brenntemperatur, Flammenstrahlung oder Helligkeit der verschiedenen Verbrennungszonen mit Richtwerten verglichen werden können. Bei Abweichung von diesen wird über einen Regler die Pnmärluftzufuhr entsprechend verändert.
Bei Verwendung von Thermoelementen als Überwachungseinrichtung werden die Temperaturmesswerte mit Richtwerten verglichen und danach die Regelung der Primärluftzufuhr vorgenommen. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist die relativ aufwendige digitale Verarbeitung der Signale aus der Videokamera und der zwischen dieser und dem Rost einzuhaltende Abstand, der einen sehr grossen Brennraum erfordert.
Die gleichfalls einsetzbaren Thermoelemente wiederum ergeben nur beschränkte Informationen über den Zustand des Glutbettes.
Weiters ist in der EP-A1-0 317 731 ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung von Brennstoff mit stark schwankendem Heizwert geoffenbart. Auf einem aus Walzen gebildeten Rost, dem von unten Primärluft zugeleitet wird, wird der Brennstoff zugeführt und längs des Rostes über eine Verdampfungund Entgasungszone gefördert. In dieser Zone wird der Wassergehalt des Brennstoffes und der Kohlendioxidgehalt der Verbrennungsgase gemessen und mindestens ein die Verbrennung beeinflussender Parameter in Abhängigkeit der Messwerte gesteuert. Eine direkte Überwachung der Grösse des Glutbettes kann über dieses Verfahren nicht erfolgen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine Verbrennungseinrichtung zu schaffen, welche einen regelmässigen Einschub und einen kontinuierlichen Abbrand garantiert, ohne in Abhängigkeit vom verwendeten festen Brennstoff, d. h. von dessen Form, Feuchte und spezifischem Gewicht, neu justiert werden zu müssen.
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass zweite Fühler zur Abtastung des Glutbettprofiles vorgesehen sind, welche Fühler mit der Steuereinrichtung zur Nachregelung des Rostes und/oder des Materialenschubes verbunden sind.
Durch die Detektion des Glutbettprofiles ist dieses stets unter Beobachtung. Tritt eine Abweichung vom
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Rost entsprechend nachgeregelt, wodurch die Grösse und Form des Glutbettes durch gezielte Zufuhr von Brennmaterial und Primärluft in jedem Leitbereich des Rostes konstant gehalten werden kann. Eine Änderung des Profiles kann aber auch auftreten, wenn beispielsweise eine Änderung des Brennstoffes vorgenommen wird, da das Material dann gegenüber dem ursprünglichen zu langsam oder zu schnell abbrennt. Die Nachregelung des Glutbettprofiles allein genügt in diesem Fall nicht mehr, da beispielsweise bei erhöhter Abbrandmenge die Brennraumtemperatur zu stark ansteigen würde.
Daher wird auch die Brennraumtemperatur von einem Fühler detektiert und bei Anstieg über den mit der Steuereinheit verbundenen Temperatur-Fühler erst ein maximales Ansteigen der Sekundärluft und anschliessend ein Minimieren der Primärluft eingeleitet. Durch die Erfassung der Grösse des Glutbettes und der Temperaturänderung
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zufolge des verwendeten Brennstoffes kann die Zufuhr der Pnmär- und Sekundärluft entsprechend geregelt werden, woraus eine Reduzierung des Schadstoffausstosses resultiert.
Weiters werden durch ein konstantes Glutbett übermässige Schlackebildung und Überhitzungen sowie ein übermässiges Aufwirbeln von Asche vermieden, welche sich vorzugsweise am Wärmetauscher des Kessels anlegt und den Wärmeübergang negativ beeinflusst. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung der Verbrennungselnnchtung ist damit ein störungs-und wartungsfroer Betheb ermögticht-
Ein weiteres Merkmal der Erfindung tst es, dass die zweiten Fühler Infrarotsender bzw. - empfänger sind.
Die Detektion des Glutbettprofiles wird damit auf sehr einfache Art optisch durchgeführt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Infrarotsender bzw. -empfänger einander gegenüberliegend in den Wänden des das Glutbett umfassenden Brennraumes angeordnet.
Es werden damit Infrarotschranken aufgebaut, welche über eine gewisse Messstrecke an einzelnen Punkten des Brennraumes die ideale Höhe mit der tatsächlichen Höhe des Glutbettes vergleichen können.
Vorteilhafterweise können diese Infrarotschranken auch einander kreuzend angeordnet sein, wodurch auch das Volumen bzw. das Oberflächenprofil des Glutbettes mit guter Näherung erhalten werden kann.
Natürlich können an Stelle von Infrarotsensoren auch andere, z. Ultraschallsensoren verwendet werden. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rost mehrteilig und einzeln
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ein Paar einander gegenüberliegender zweiter Fühler zugeordnet ist.
Das Glutbett kann somit abschnittweise von der Trockenzone bis zum Ausbrandbereich, insbesondere unter Abhängigkeit der einzelnen Teilbereiche zueinander, nachgeregelt werden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, dass die Infrarotsender bzw. -empfänger über Oszillatoren angesteuert sind.
Damit wird ein möglicher Einfluss der vom Glutbett selbst ausgehenden Inftarotstrahlung auf die
Empfänger, der zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen kann, ausgeschlossen.
Die verwendeten Empfänger bzw. Sender müssen allerdings auch vor den im Brennraum auftretenden hohen Temperaturen geschützt werden. Dies erfolgt erfindungsgemäss derart, dass jeder zweite Fühler am äusseren Ende eines in den Brennraum ragenden Tubus angeordnet ist, der einen Einlass für Spülluft, beispielsweise Sekundärluft oder Pressluft, aufweist und an seinem dem zweiten Fühler gegenüberliegenden Ende mit transparentem Material, vorzugsweise einer Glasplatte, verschlossen ist.
Durch den verwendeten Tubus ist eine entsprechende Distanz des Fühlers zum Brennraum gegeben.
Um den Fühler vollständig vom Brennraum zu Isolieren, ist der Tubus mit einer Glasplatte verschlossen. Um eine Verschmutzung des Glases durch aus dem Brennraum austretende Partikel und damit den Erhalt falscher Ergebnisse von vornherein auszuschliessen, ist der Tubus mit Luft beaufschlagt, wodurch gegen- über dem Brennraum ein Überdruck geschaffen wird und der Eintntt von bspw. Aschepartikel unterbleibt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, dass der Tubus von einem Gehäusekasten umschlossen ist. der mehrere Aufnahmebereiche für den zweiten Fühler umfasst.
Der Fühler kann damit je nach gewünschtem Glutbettprofil in verschiedenen Höhen angeordnet werden und ist durch den Kasten vollständig isoliert.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles unter Zuhilfenahme der angeschlossenen Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen Flg. 1 schematisch ein Glutbettprofil mit Anordnung der zweiten Fühler ; Fig. 2 eine schematische Darstellung der Regelfunktionen ; Fig. 3a eine erfindungsgemässe Ausbildung und Anordnung der zweiten Fühler ; und Fig. 3b eine Draufsicht auf die Ausbildung nach Fig. 3a.
Über einem mehrteiligen, von einem Materialeinschub ME gespeisten Rost mit einzeln bewegbaren und ansteuerbaren Bereichen 1-4 ist ein aus einer Trockenzone, einem Glutbereich und einer Ausbrandzone bestehendes Glutbett aufgebaut, welches von zweiten Fühlern 5-8 detektiert und bei Abweichung vom gewünschten Profil über eine Steuereinrichtung 9 nachgeregelt wird. Diese zweiten Fühler sind Infrarotender bzw. -empfänger, welche an ausgewählten Punkten des Glutbettprofiles eine Lichtschranke aufbauen und so die einzelnen Bereiche von der Trocken- bis zur Ausbrandzone, an welcher eine Ausbrandregelung AR vorgesehen ist, detektieren und ein übermässiges Anwachsen oder einen Abfall der Kurve messen. Die Lichtschranken können auch einander kreuzend aufgebaut sein, um einen Eindruck von der Gesamtform des Glutbettes zu erhalten.
Die zweiten Fühler sind in den den Brennraum 10 seitlich umschliessenden Wänden 11 angeordnet. Zur Ermittlung der Brennraumtemperatur ist im Brennraum 10 ein erster Fühler 12 angeordnet. Dieser Fühler 12 ist ebenfalls mit der Steuereinrichtung 9 verbunden und regelt die Primär-und Sekundärluftzufuhr 13, 14.
Jeder Infrarotdetektor ist mit einem Bereich der Steuereinrichtung 9 verbunden, der jenen Bereich des Glutbettprofiles regelt, der dem entsprechenden Detektor zugeordnet ist. Die Nachregelung selbst erfolgt über mit den Bereichen 1-4 des Rostes verbundene Steuerzylinder 15-18. Der Materialeinschub wird über
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einen gesonderten Matenaleinschubkolben EK geregelt. Das Funktionsschema Ist In Fig. 2 dargestellt.
Bei Abweichung des Glutbettprofiles von seiner optimalen Form wird über die entsprechende Regelerbindung eine Korrektur vorgenommen. Fällt bspw. das Glutbett im Bereich der Fühler 7, 8 zu sehr ein, d. h., Ist der Ausbrand zu genng, geht ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 9, welche über die RegelzylInder 17, 18 die Bewegung der Abschnitte 3, 4 des Rostes verlangsamt. Es kann auch der Einschubbereich 1 betätigt werden, um mehr Material der Verbrennung zuzuführen.
Die Regelung ist so ausgelegt, dass sie, unabhängig In welchem Bereich eine Änderung des Profiles eintritt, dieses durch vermehrten oder verminderten Abbrand von Brennmaterial auf seiner gewünschten Form hält. Sollte durch übermässigen Abbrand die Brennraumtemperatur zu sehr ansteigen, tntt der stets die Temperatur des Brennraumes 10 messende erste Fühler 12 in Aktion. Der über die Steuereinheit 9 die Pnmär- und Sekundärluftzufuhr regelnde erste Fühler maximiert beispielsweise bei Temperaturen zwischen 1000-1050C die Sekundärluftzufuhr 14. Bei weiterem Anstieg der Brennraumtemperatur (1050-1100 C) wird die Pnmärluftzuführ halbiert, anschliessend völlig abgeschaltet.
Durch diese belden Detektions- und Regelelnnchtungen ist die Aufrechterhaltung eines konstanten Glutbettes gewährleistet.
Fig. 3a zeigt die Anordnung eines zweiten Fühlers 5.
In der den Brennraum 10 umschliessenden Wand 11 ist ein in den Brennraum ragender Tubus 19 angeordnet. Der Tubus trägt an seiner dem zweiten Fühler 5 zugewandten Seite eine von einer Überwurfmutter 20 am Tubus fixierte Glasplatte 21. Der Tubus 19 ist von einem an der Wand 11 angeordneten Gehäusekasten 22 allseitig umschlossen, wobei der zweite Fühler 5 in diesem Gehäusekasten fixiert ist.
Seine Anordnung ist über einen gewissen Höhenbereich vorwählbar, Indem der Gehäusekasten mehrere Öffnungen 23 zur Aufnahme eines oder auch mehrerer Fühler aufweist. Bei Verwendung mehrerer Fühler können mehrere Höhenbereiche beobachtet werden.
Um das Verschmutzen der Glasplatte 21 durch aus dem Brennraum austretende Partikel zu vermeiden, ist der Tubus 19 mit einem Einlass 24 für Spülluft (Sekundärluft oder Pressluft) versehen. Dadurch wird gegenüber dem Brennraum ein Überdruck erzeugt und ein Austritt von Partikeln aus dem Brennraum verhindert. Mit Pressluft als Spülluft können unter Verwendung von in bestimmtem Rythmus geschalteten Magnetventilen auch Ablagerungen im Fühlerrohr sporadisch beseitigt werden. Die zweiten Fühler 5-8 können weiters von nicht dargestellten Oszillatoren angesteuert sein, um eine Verfälschung der Messergebnisse durch eventuell aus dem Brennraum austretende Infrarotstrahlung zu vermeiden.