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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feuerung für holzartige Biomassewerkstoffe, mit einer Brennkammer und einem Feuerrost, der einen ersten, in einem Winkel zur Horizontalen angeordneten Bettabschnitt mit ersten Fluideinblasmitteln und einen weitgehend horizontal angeordneten zweiten Bettabschnitt mit zweiten Fluideinblasmitteln aufweist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung beschäftigt sich mit der Erzeugung von Wärme aus holzartiger Biomasse, bei der es sich beispielsweise um Waldreste, Altholz oder Industrierestholz handeln kann, also Holzwerkstoffen, die bei der Holzindustrie anfallen, wie beispielsweise Hackschnitzel, Sägestaub, Sägemehl und dergleichen.
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Solche Holzwerkstoffe neigen dazu, zu verklumpen, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn sie im Freien gelagert werden, was bei Industrierestholz und Waldresten häufig der Fall ist. Wenn solche Holzwerkstoffe dann zur Energieumwandlung verfeuert werden sollen, wurden sie bislang einer aufwändigen Vorbehandlung durch eine ausserhalb der Feuerungsanlage durchgeführte Vortrocknung unterzogen. Zur Verfeuerung von feuchten Brennstoffen sind auch bereits spezielle Feuerungsanlagen bekannt geworden, die beispielsweise aus dem Bereich der Verfeuerung von Klärschlammen stammen, also nicht gattungsgemäße Feuerungen für holzartige verklumpbare Biomassebrennstoffe darstellen.
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Anhand der
DE 10 2007 029 577 A1 ist eine Verbrennungsanlage für Inkontinenzsystemabfall bekannt geworden. Als Brennstoff weist der Inkontinenzsystemabfall die Eigenschaft auf, zur Bildung von Paketen zu neigen, die unaufbereitet keinen guten Brennstoff darstellen. Zur Verbesserung des Brennverhaltens des Inkontinenzsystemabfalls ist eine Schürvorrichtung mit einer Schürwelle und daran angeordneten Rippen vorgesehen, die den der Anlage in Säcken zugeführten Inkontinenzsystemabfall mechanisch vereinzeln und zerteilen. Das Abbrandverhalten kann durch das Einblasen von Luft aus Luftaustrittsöffnungen verbessert werden, die an den Rippen der Schürwelle vorgesehen sind. Eine Auflockerung des Inkontinenzsystemabfalls im Brennraum soll explizit nicht mit einer Luftströmung durchgeführt werden.
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In der
AT 201 754 B wird eine Feuerung für nasse Kohle vorgeschlagen, wobei sich die Kohle in einem sich verengenden Zwischenraum zwischen einer mit Öffnungen zum Durchtritt von Brennprodukten aus der Feuerkammer versehenen Rost und einem verstellbaren Schieber befindet. Durch das Einblasen der Brennprodukte auf die Kohleschüttung wird brennbarer Kohlestaub durch vom Schieber freigebbare Öffnungen in Richtung zur Feuerkammer befördert, damit er sich dort entzündet. In der Kohle vorhandene flüchtige Produkte werden durch die Beaufschlagung der Kohleschüttung in Richtung zur Feuerkammer ausgetrieben und entzünden sich dort. Der Blasrost weist in Richtung zum Schieber ausgerichtete Öffnungen auf, die im Winkel kleiner 90 Grad relativ zur Rostfläche angeordnet sind.
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Die
JP 100 38 238 A beschreibt eine Feuerung für die Verbrennung von insbesondere medizinischem Abfall mit einem geneigten feststehenden Bett, auf dem der Abfall getrocknet wird und einem Vorschubrost zugeführt wird, der in der Brennkammer angeordnet ist. Zum Trocknen des Abfalls auf dem feststehenden Bett ist ein Brenner vorgesehen, der Trocknungsprozess wird von heißem Gas aus der Brennkammer unterstützt, in der Feuerkammer ist ein zweiter Brenner vorgesehen, der die Entzündung des getrockneten Abfalls durchführt.
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Die
JP 2002-022124 A beschreibt eine Feuerung für die Verbrennung von städtischem und industriellem Abfall mit einem geneigten Bett zur Trocknung des Abfalls mittels Unterluft, einer Hauptbrennkammer mit Unterluftbeaufschlagung und einer Nachbrennkammer mit Unterluftbeaufschlagung. Die Unterwindkammer des geneigten Betts zur Trocknung des Abfalls wird mittels Brennprodukten aus der Nachbrennkammer gespeist.
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Die
US 4,502,397 A beschreibt eine Feuerung für feuchtes Abfallholz, das in einen Schacht eingetragen wird, der im Gegenstrom von heißem Rauchgas aus der Feuerkammer durchströmt wird. Das zum Teil getrocknete Holz fällt auf einen in der Feuerkammer vorgesehenen beweglichen Rost, um dort verbrannt zu werden.
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Die
DE 203 16 982 U1 beschreibt einen Vortrockner für feuchte Hackschnitzel, die mittels einer Schnecke einem Vorratsbunker entnommen werden und über eine weitere Förderschnecke, die in einer Trocknungskammer angeordnet ist, weiter befördert werden. Erwärmte Luft durchströmt die Trocknungskammer von unten, wird durch eine Schicht der von der Förderschnecke geförderten Hackschnitzel hindurch geführt und zur Abgabe von Restwärme in den Vorratsbunker geleitet.
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Die
JP 0213 0 309 A beschreibt eine Feuerung für feuchten Abfall, bei der mittels Gas transportierte Wärme aus der Feuerkammer zum Trocknen des feuchten Abfalls benutzt wird und der getrocknete Abfall auf einen Rost fällt, auf dem er verbrannt wird.
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Die
DE 692 00 448 T2 beschreibt eine Verbrennungsanlage, die einen in der Feuerkammer hin- und her gehenden Kratzbandförderer aufweist, durch den Verbrennungsluft in die Feuerkammer eingetragen werden kann. Die Feuerkammer weist Seitenwände mit Lufteintrittsöffnungen zum Einbringen von Verbrennungsluft auf. Brennstoff wird über eine Förderschnecke direkt auf die Bodenfläche der Feuerkammer eingetragen.
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Die
DE 1 526 092 A beschreibt eine Verbrennungsanlage, bei der feuchter Brennstoff schrittweise auf in unterschiedlichen Höhen über dem Feuerrost angeordnete Trocknungsroste fällt und im Gegenstrom von Rauchgas aus dem Brennkammer zur Trocknung durchströmt wird.
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Anhand der
DE-PS 201379 ist ein Feuerrost mit quer durch die Roststäbe geführten Kanälen bekannt geworden. Bei diesem bekannten Feuerrost ist an der Unterseite ein Dampfrohr angeordnet, aus dem Dampf zu dem auf dem Rost liegenden festen Brennstoff geführt werden kann und mit dem auch flüssiger Brennstoff in die Feuerung geführt werden soll.
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Anhand der
DE 199 37 523 B4 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen, Bevorraten und Dosieren von Abfallstoffen bekannt geworden, welche insbesondere der Auflockerung von Abfallstoffen für die Verbrennung dient.
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Anhand der
DE 298 23 149 U1 ist ein kühlbarer Vorschubrost mit wassergekühlten Roststäbe bekannt geworden, die mäanderförmig verlaufend miteinander verbunden sind.
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Anhand der
DE 1 451 501 A1 ist ein Verfahren zur Trocknung von vorentwässertem Klärschlamm in einer Brennkammer durch das Einleiten von heißem Rauchgas von unten auf den auf einem Vorschubrost aufgebrachten Klärschlamm bekannt geworden und auch das Einblasen von Sekundärluft von oben auf den Klärschlamm.
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Anhand der
DE 298 19 816 U1 ist eine Schubrostanordnung für einen Festbrennstoff-Kessel bekannt geworden, die eine Luftzufuhr auf den Brennstoff durch die Schubrostelemente von unten her gestattet.
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Anhand der
DE 39 13 885 A1 ist eine Kesselfeuerung zum Verfeuern feuchter Brennstoffe bekannt geworden, die einen Feuerrost aufweist, die in einen Trocknungsrost und einen eigentlichen Feuerrost aufgeteilt ist, wobei in dem Bereich des Trocknungstrostes heißes rezirkuliertes Rauchgas oder vorgewärmte Luft von unten auf das auf dem Trocknungsrost liegende feuchte Brennstoffmaterial aufgebracht wird.
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Anhand der
DE 42 26 632 C1 ist eine Kesselfeuerung zur Verbrennung von feuchtem Müll bekannt geworden, bei der der feuchte Müll vor der Verbrennung einem Trocknungsprozess durch die Zuführung von heißem Rauchgas von oben auf den feuchten Müll unterzogen wird, wobei zu diesem Zweck ein saugendes Rauchgasgebläse unterhalb des Trocknungsrostes vorgesehen ist, welches das heiße Rauchgas durch den feuchten Müll hindurch absaugt.
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Schließlich ist anhand der
RU 2 159 390 C1 eine Feuerung zur Verbrennung von festen Brennstoffen bekannt geworden, die eine Brennkammer mit einem stationären Feuerrost und einen Schlackebunker aufweist, der an der Unterseite der Feuerung vorgesehen ist. Eine Zuführvorrichtung für festen Brennstoff ist mit der Brennkammer über eine Antriebsvorrichtung und einen vertikal angeordneten Brennstoffbunker gekoppelt, bei dem die Brennstoffzuführvorrichtung eine mit einem Antrieb versehene Schubstange ist, die entlang ihrer Achse hin und her bewegt werden kann. Die Brennstoffzuführvorrichtung ist dabei über eine Dosiervorrichtung mit der Brennstoffkammer verbunden und der Rost ist mit einer Antriebsvorrichtung gekoppelt, die den Brennstoff bewegt und die Asche entfernt. Der Brennstoffbunker besitzt eine sich querschnittlich von oben nach unten erweiternde Form.
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Wie es vorstehend bereits erwähnt wurde, sind die bekannten Feuerungsanlagen nicht für die Verfeuerung von holzartigen, verklumpbaren Biomassebrennstoffen spezifisch ausgebildet. Diese Holzbrennstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie aufgrund eines hohen Anteils an eingelagerter Feuchtigkeit verklumpen und daher ihre Rieselfähigkeit verloren haben. Bekannte Anlagen zur Verfeuerung von Holzwerkstoffen sind sehr anspruchsvoll hinsichtlich der Zusammensetzung der Rohmaterialien und deren Feuchtigkeit, was üblicherweise dazu führt, dass ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt zu Vorbehandlung des Brennstoffs notwendig ist, nämlich eine spezifische externe Vortrocknung des Holzbrennstoffs ausserhalb der Feuerungsanlage.
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Typischerweise beginnt nämlich eine feuchte und verklumpte Menge an Holzbrennstoffen solange nicht zu brennen, bis sie getrocknet und aus ihrem verklumpten Zustand in einen losen Zustand überführt worden ist.
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Wenn eine bekannte Feuerungsanlage für Holzbrennstoff mit einer solchen feuchten, verklumpten Holzbrennstoffmenge beschickt wird, dann trocknet der Brennstoff nur allmählich von den Außenrändern der verklumpten Brennstoffmenge her und beginnt von dort aus zu brennen, der Wirkungsgrad der Verbrennung ist aber nicht hoch und darunter kann der Kesselwirkungsgrad einer von der Feuerungsanlage beschickten Kesselanlage leiden. Zudem ist eine solche bekannte Feuerungsanlage mit feuchtem, verklumpten Holzbrennstoffmengen nicht automatisch betreibbar, da der Temperaturabfall in der Brennstoffkammer aufgrund der unvollständigen Verbrennung des Brennstoffs von einem Sensor erfasst wird und als Mangel an Brennstoff interpretiert wird, was dazu führt, dass weiteres feuchtes, verklumptes Brennstoffmaterial zugeführt wird und sich dieser Vorgang solange wiederholt, bis das Feuer vollständig erloschen ist.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Feuerung für holzartige Biomassebrennstoffe, insbesondere Restholz der Holzindustrie zu schaffen, die das Problem der mechanischen unvollständigen Verbrennung des Biomassebrennstoffs löst und für die Verbrennung von solchen Biomassebrennstoffen geeignet ist, die ihre Eigenschaft, fließfähig zu sein, verloren haben und hohe Feuchtigkeitswerte aufweisen. Auch soll ein Verfahren zur automatischen Steuerung einer solchen Feuerung geschaffen werden.
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Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe hinsichtlich der Feuerung die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon in den weiteren Ansprüchen beschrieben sind. Darüber hinaus weist die Erfindung zur Lösung der Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens die im Anspruch 11 angegebenen Merkmale auf.
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Die Erfindung schafft Feuerung für holzartige Biomassebrennstoffe, mit einer Brennkammer mit einer Fläche, die einen ersten, in einem Winkel zur Horizontalen angeordneten Bettabschnitt mit ersten Fluideinblasmitteln und einen weitgehend horizontal angeordneten zweiten Bettabschnitt mit zweiten Fluideinblasmitteln aufweist, wobei die ersten Fluideinblasmittel zur Ausbringung von gasförmigem Fluid von unterhalb der Oberfläche des ersten Bettabschnitts in Richtung weitgehend rechtwinklig zur Oberfläche des ersten Bettabschnitts ausgebildet sind und die zweiten Fluideinblasmittel zur Ausbringung von gasförmigem Fluid sowohl von unterhalb der Oberfläche des zweiten Bettabschnitts in Richtung weitgehend rechtwinklig zur Oberfläche des zweiten Bettabschnitts als auch von seitlich in einem Querschnitt des zweiten Bettabschnitts betrachtet in Richtung in einem Winkel zur Oberfläche des zweiten Bettabschnitts ausgebildet sind.
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Die erfindungsgemäße Feuerung macht es daher möglich, einen eigenständigen, außerhalb der Feuerung ablaufenden Vortrocknungsprozess von für die Verbrennung vorgesehenen verklumpten Biomassebrennstoffen in der Form von Abfallstoffen der Holzindustrie zu vermeiden. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Feuerung ermöglicht eine Fluidisation des Brennstoffs ähnlich einer Wirbelbettfluidisation auf dem ersten und zweiten Bettabschnitt des Feuerrostes, es kommt zu einer Gleichverteilung des Brennstoffes. Brennstoff, der auf den im Winkel zur Horizontalen angeordneten ersten Bettabschnitt aufgebracht wird, wird von dem durch die ersten Fluideinblasmittel eingebrachten gasförmigen Fluidstrom in der Form von beispielsweise durch die Feuerung bereits erhitzter Luft oder Rauchgas unter gleichzeitiger Wärmebeaufschlagung durch insbesondere Wärmestrahlung aus dem Bereich des zweiten Bettabschnitts von den Außenrändern des verklebten Brennstoffklumpens her getrocknet und einer aktiven Bewegung unterzogen, so dass die Brennstoffklumpen zerfallen und entlang des im Winkel geneigten ersten Bettabschnitts in Richtung zum zweiten Bettabschnitt herunter fließen und zwar im bereits entzündeten oder zumindest teilweise brennenden Zustand.
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Der bereits entzündete Holzwerkstoff wird auch im Bereich des zweiten horizontal angeordneten Bettabschnitts mittels der zweiten Fluideinblasmittel von unterhalb der Oberfläche des zweiten Bettabschnitts aus mit einem gasförmigen Fluidmassenstrom beaufschlagt und dabei weiterhin in Bewegung gehalten, so dass auch solche Bestandteile des Brennstoffs, die während ihrer Verweilzeit auf dem ersten Bettabschnitt noch in einem teilweise verklumpten Zustand verblieben sind, zerfallen. Der Vorgang des Zerfallens der Brennstoffklumpen und der vollständigen Verbrennung des Brennstoffs wird durch die zweiten Fluideinblasmittel im Bereich des zweiten Bettabschnitts noch weiter unterstützt und zwar durch die Fluideinblasmittel, die zur Ausbringung von gasförmigem Fluid auf den auf dem zweiten Bettabschnitt liegenden Brennstoff in einem Querschnitt des zweiten Bettabschnitts betrachtet in Richtung in einem Winkel zur Oberfläche des zweiten Bettabschnitts ausgebildet sind.
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Die erfindungsgemäße Feuerung sorgt daher auch bei verklumpten, feuchten Holzbrennstoffwerkstoffen für eine Bettfluidisation des Brennstoffs, also für eine Verflüssigung des verklumpten Brennstoffs zu einem ähnlich einem Fluidstrom vorliegenden Brennstoffstrom und damit auch für eine vollständige Verbrennung auch feuchter Holzbrennstoffe, die mit bekannten Feuerungen nicht oder nicht mit hohem Wirkungsgrad verfeuert werden können.
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Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der erste und zweite Bettabschnitt von einem mit einer Fluideintrittsöffnung versehenen hohlen kastenförmigen Körper mit Fluideinblasmitteln gebildet sind, und der Körper mit in Richtung zur Oberfläche des ersten und zweiten Bettabschnitts ausgerichteten Fluidaustrittsöffnungen versehen ist und der Körper zumindest entlang eines Teilbereiches des zweiten Bettabschnitts sich seitlich von der Oberfläche des zweiten Bettabschnitts im Winkel zur Horizontalen erstreckende Seitenwangen besitzt, die mit Fluidaustrittsöffnungen im Winkel zur Oberfläche des zweiten Bettabschnitts versehen sind.
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Der hohle Körper fungiert als Luftdiffusor, wobei an der Oberseite des hohlen Körpers sowohl im ersten als auch im zweiten Bettabschnitt jeweils weitgehend vertikal angeordnete Fluideinblasmittel in der Form von beispielsweise Injektoren oder Düsen angeordnet sind. Zumindest im Bereich des zweiten Bettabschnitts weist der hohle Körper sich im Winkel zur Horizontalen erstreckende Seitenwangen auf, die mit Injektoren oder Düsen versehen sind, die ebenfalls weitgehend rechtwinklig relativ zu den Oberseiten der Seitenwangen angeordnet sind und die den auf dem zweiten Bettabschnitt angeordneten Brennstoff auch von der Seite her mit einem Fluidstrom in der Form von Rauchgas oder Luft beaufschlagen und so zusammen mit den weiteren im zweiten Bettabschnitt vorgesehenen Fluideinblasmitteln für eine ständige Bewegung des Brennstoffs sorgen. Dadurch kommt es zu einer vollständigen Verbrennung des Holzbrennstoffs und auch dazu, dass noch etwaig vorhandene, bereits zerkleinerte Holzbrennstoffklumpen weiter zerfallen. Nach einer Variante hierzu können sich im Winkel zur Horizontalen erstreckende Seitenwangen mit den Fluideinblasmittteln der Seitenwangen des zweiten Bettabschnitts entsprechenden Fluideinblasmittel auch zumindest an einem Teilbereich der Längserstreckung des ersten Bettabschnitts vorgesehen sein.
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Ganz allgemein ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Fluideinblasmittel eine Vielzahl von sich vom Innenraum des hohlen Körpers weg erstreckende rohrstückförmige Einrichtungen mit Ausblasdüsen aufweisen und zwischen den Einrichtungen thermisch isolierende Mittel aus insbesondere Ziegelwerkstoff angeordnet sind und die Einrichtungen an weitgehend der gesamten Fläche in Längsrichtung und Querrichtung des ersten und zweiten Bettabschnitts verteilt vorgesehen sind.
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Die Ausblasdüsen sorgen für eine Beaufschlagung der Holzbrennstoffklumpen mit kinetischer Energie, so dass sie in Bewegung gehalten werden und zu einem Brennstoffstrom ähnlich einem in einem Kanal oder Flussbett strömenden Fluidstrom zerfallen. Diese Zerfallsbewegung wird von der Wärmebeaufschlagung der Holzbrennstoffklumpen im Bereich des ersten Bettabschnitts, wo die Holzpartikel bereits zu brennen beginnen, unterstützt, so dass sich die Holzbrennstoffklumpen auflösen und zu getrockneten, fluidartig strömenden Holzpartikeln werden.
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Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der erste und zweite Bettabschnitt in einer Brennkammer der Feuerung angeordnet sind und im Bereich des zweiten Bettabschnitts ein insbesondere mittels einer Schubstange betätigbarer Vorschubrost vorgesehen ist, der mit Kanälen zum Durchtritt von Kühlfluid vorgesehen ist. Durch die Anordnung der beiden Bettabschnitte in der Brennkammer kommt es auch bereits im Bereich des ersten Bettabschnitts zu einer intensiven Beaufschlagung der Holzwerkstoffklumpen mit Strahlungswärme, wodurch eine rasche Trocknung der feuchten Holzwerkstoffklumpen erreicht wird, die durch die Unterwindbeaufschlagung mittels der ersten Fluideinblasmitteln gefördert und intensiviert wird.
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Die Beaufschlagung des Holzbrennwerkstoffes mit Strahlungswärme sorgt auch dafür, dass sich der Holzbrennwerkstoff bereits im Bereich des ersten Bettabschnitts entzündet und sich im entzündeten sowie in der Form sich ständig verkleinernder Klumpen, bis schließlich ein Fluidstrom aus brennenden Holzpartikeln vorliegt, entlang der Längsrichtung des ersten Bettabschnitts in Richtung zum zweiten Bettabschnitt bewegt.
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Im Bereich des zweiten Bettabschnitts ist ein Vorschubrost vorgesehen, der auch dabei behilflich ist, etwaige noch in der Form von Klumpen vorliegende Holzpartikel weiter zu zerteilen oder zerfallen zu lassen und bereits vollständig verbrannte Holzpartikel in Richtung zu einem Austragende des zweiten Bettabschnitts zu fördern. Darüber hinaus kann der Vorschubrost mit beispielsweise mäanderförmig entlang der Längsrichtung des Vorschubrosts verlaufenden Kanälen zum Durchtritt von Kühlfluid versehen sein. Die auf das Kühlfluid übertragene Wärme kann beispielsweise für Heizzwecke oder zur Energiewandlung und zur Stromerzeugung durch eine Beaufschlagung einer oder mehrerer in Reihe angeordneter Turbinen, die einen Generator antreiben, verwendet werden.
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Die Erfindung sieht nach einer vorteilhaften Weiterbildung auch vor, dass zur Beaufschlagung des ersten Bettabschnitts mit Holzwerkstoffbrennstoff ein mit einer Schubstangenaustrageinrichtung versehener Fülltrichter oberhalb des ersten Bettabschnitts vorgesehen ist, der mit Füllstandssensoren zur Ermittlung eines unteren und oberen Brennstofffüllstands im Fülltrichter versehen ist und durch eine Fördereinrichtung in der Form beispielsweise eines Kratzbandförderers, die bzw. der mittels der Füllstandssensoren steuerbar ist, automatisch mit Brennstoff befüllbar ist.
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Die Vorrichtung zur Beschickung des ersten Bettabschnitts in der Form beispielsweise der genannten Schubstangenaustrageinrichtung kann mittels einer geeigneten Sensorik, beispielsweise Temperaturmesssensoren oder Sensoren, die die Schichtdicke des Holzwerkstoffbrennstoffs auf dem ersten Bettabschnitt messen, betätigt werden und so Brennstoff auf den ersten Bettabschnitt fördern. Durch diese Förderung sinkt der Brennstofffüllstand im Fülltrichter ab, ein unterer Füllstandssensor schaltet nach dem Erreichen eines unteren Brennstofffüllstands den oben lediglich als Beispiel genannten Kratzbandförderer zur Beschickung des Fülltrichters ein, der Kratzbandförderer läuft solange, bis der Füllstandssensor zur Feststellung eines oberen Brennstofffüllstands im Fülltrichter feststellt, dass der obere Brennstofffüllstand erreicht ist und der Kratzbandförderer wird vom oberen Füllstandssensor wieder abgeschaltet. Damit ist die erfindungsgemäße Feuerungsanlage automatisierbar.
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Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass am Austragendbereich des zweiten Bettabschnitts eine Vorrichtung zum automatischen Austragen von Brennstoffasche vorgesehen ist, und zwar in der Form beispielsweise eines Schneckenförderers, der zur automatischen Förderung von Brennstoffasche oder -schlacke ausgebildet ist. Auch dies sorgt für die Möglichkeit der vollständigen Automatisierung der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage.
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Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der erste Bettabschnitt im Winkel in einem Bereich von 20 bis 60 Grad, vorzugsweise in einem Bereich von 30 bis 50 Grad, vorzugsweise in einem Bereich von 35 bis 45 Grad relativ zum zweiten Bettabschnitt angeordnet ist. Der Winkel, in dem der erste Bettabschnitt relativ zum zweiten Bettabschnitt angeordnet ist, kann beispielsweise in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitswert des zur Verbrennung vorgesehenen Holzbrennwerkstoffes eingestellt werden. Es ist hierbei auch vorgesehen, den hohlen Körper zweischalig auszubilden, wobei eine erste Schale oder ein erster Abschnitt dem ersten Bettabschnitt zugeordnet ist und die zweite Schale oder der zweite Abschnitt des hohlen Körpers dem zweiten Bettabschnitt zugeordnet ist. Über eine gelenkige Anbindung des ersten Bettabschnitts am zweiten Bettabschnitt und eine gelenkige Anbindung des ersten Abschnitts des hohlen Körpers am zweiten Abschnitt des hohlen Körpers lässt sich eine einfache Winkeleinstellung des ersten Bettabschnitts sowie des ersten Abschnitts des hohlen Körpers relativ zum zweiten Bettabschnitt und zum zweiten Abschnitt des hohlen Körpers erreichen.
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In ähnlicher Weise ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Winkel zur Oberfläche des zweiten Bettabschnitts, in welchem die zweiten Fluideinblasmittel gasförmiges Fluid ausbringen, etwa 20 bis 60 Grad beträgt, vorzugsweise 30 bis 50 Grad beträgt, vorzugsweise 35 bis 45 Grad beträgt, jeweils relativ zur weitgehend horizontal verlaufenden Oberfläche des zweiten Bettabschnitts.
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Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass der erste Bettabschnitt und die ersten Fluideinblasmittel derart ausgebildet sind, dass holzartige, verklumpte Biomassebrennstoffe durch den Wärmeeintrag und die Beaufschlagung mit gasförmigem Fluid im wesentlichen in Längsrichtung des ersten Bettabschnitts trockenbar und vom klumpenförmigen Zustand in einen flüssigkeitsähnlichen Zustand überführbar sind.
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Diese Gestaltung sorgt dafür, dass die Holzpartikel, aus denen sich der Brennstoff zusammensetzt, bereits im wesentlichen in Längsrichtung des ersten Bettabschnitts vom klumpenförmigen Zustand in einen fließfähigen flüssigkeitsähnlichen Zustand überführt werden und dort bereits getrocknet und entzündet werden. Die weitere Verbrennung der Holzpartikel bis zu ihrer vollständigen Verbrennung findet dann im Bereich des zweiten Bettabschnitts statt, die Holzpartikel strömen vom ersten Bettabschnitt aufgrund der Neigung des ersten Bettabschnitts in Richtung zum zweiten Bettabschnitt und gelangen dort in den Erfassungsbereich des Vorschubrosts, der sie letztlich dann in der Form von Asche in Richtung zu der am Austragendbereich des zweiten Bettabschnitts vorgesehenen automatischen Einrichtung zur Entsorgung von Brennstoffasche weiter befördert.
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Die Erfindung sieht ganz allgemein eine Holzbrennwerkstofffeuerung vor mit Fluideinblasmitteln zur Bettfluidisation verklumpter Holzbrennwerkstoffe zur Bildung eines Brennstoffstroms, mit einer Brennkammer, an deren Bodenbereich eine Fluidausströmeinrichtung angeordnet ist, die in der Form eines hohl ausgebildeten Körpers mit vertikal angeordneten Fluidinjektoren ausgebildet ist, zwischen denen eine Schicht aus isolierendem Werkstoff angeordnet ist und der hohle Körper mit aneinander angeordneten Abschnitten ausgebildet ist und an der Oberseite der Feuerung ein Fülltrichter angeordnet ist, der Brennwerkstoff auf eine Fläche der Brennkammer bereitstellt und am Endbereich der Feuerung ein Schneckenförderer zur Ascheentfernung angeordnet ist und ein Abschnitt des hohlen Körpers horizontal angeordnet und mit seitlichen Erweiterungen versehen ist, die eine zweite Fluideinblasströmung zur Förderung der Verbrennung der Holzbrennwerkstoffe bereit stellen.
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Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur automatischen Steuerung einer Feuerung dergestalt, dass beim Absinken einer in der Brennkammer festgestellten Temperatur Brennstoff, insbesondere feuchter, verklumpter Holzbrennwerkstoff der Holzverarbeitungsindustrie, aus einem Fülltrichter auf eine Fläche der Brennkammer der Feuerung abgegeben wird, die zumindest einen weitgehend horizontal angeordneten Abschnitt aufweist, auf den von Seitenwangen des Bettabschnitts aus gasförmiges Fluid in Richtung auf auf dem Bettabschnitt befindlichen Brennstoff abgegeben wird und beim Absinken des von einem ersten Sensor festgestellten Brennstofffüllstands in dem Fülltrichter unterhalb eines vorbestimmten Werts ein Brennstoffförderer zur Brennstoffzufuhr in den Fülltrichter solange betätigt wird, bis von einem zweiten Sensor ein Ansteigen des Brennstofffüllstands in dem Fülltrichter auf einen vorbestimmten Wert festgestellt wird.
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Durch die seitliche Beaufschlagung des Brennstoffs auf dem weitgehend horizontal verlaufenden Bettabschnitt mit gasförmigem Fluid wird eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs, der im Fülltrichter eine feuchte, zur Verklumpung neigende Konsistenz aufweist, erreicht und gleichzeitig eine Bewegung des Brennstoffs realisiert dergestalt, dass noch vorhandene Holzbrennstoffklumpen zerfallen und so eine vollständige Verbrennung ermöglicht wird. Nach einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Füllstand im Brennstofftrichter oder Fülltrichter erfasst und dann, wenn der Brennstoffvorrat in dem Fülltrichter unterhalb eines vorbestimmten Niveaus abgesunken ist, ein Brennstoffförderer in Gang gesetzt, der den Fülltrichter solange betätigt, bis von einem zweiten Sensor im Fülltrichter festgestellt wird, dass der Brennstofffüllstand wieder einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Dadurch wird eine effiziente Steuerung der Feuerung zu einem problemlosen Dauerbetrieb erreicht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
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1 eine Seitenansicht auf eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Feuerung nach der vorliegenden Erfindung; und
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2 eine vergrößerte Darstellung einer Schnittansicht gemäß dem Schnitt A-A nach 1.
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1 der Zeichnung zeigt Seitenansicht auf eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Feuerung nach der vorliegenden Erfindung.
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Die Feuerung weist eine Brennkammer 1 auf, die sich über den gesamten Bereich des ersten Bettabschnitts 5 und des zweiten Bettabschnitts 6 erstreckt.
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Die Brennkammer 1 besitzt bei der dargestellten Ausführungsform einen ersten Brennraumabschnitt oder Vorbrennkammer 101, in dem ein erster Bettabschnitt 111 eines Feuerrosts 110 angeordnet ist und einen zweiten Brennraumabschnitt 102, in dem ein zweiter Bettabschnitt 112 des Feuerrosts 110 angeordnet ist.
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In einem auf der linken Seite der Zeichnung ersichtlichen Fülltrichter 8 oder Brennstoffspeicher befindet sich ein nicht näher dargestellter Holzbrennwerkstoff, der sich beispielsweise aus Holzresten der Holzindustrie, Holzschnitzeln, Holzhackschnitzeln, Sägespänen, zerkleinerten Holzresten aus dem Wald und dergleichen zusammensetzen kann und der aufgrund eingelagerter hoher Feuchtigkeit seine Fließfähigkeit oder Rieselfähigkeit verloren hat. Daher ist der Fülltrichter 8 oder Brennstoffbunker in einer sich von oben nach unten erweiternden Konfiguration ausgebildet, um ein Verstopfen des Fülltrichters mit dem zum Verklumpen neigenden feuchten Holzbrennwerkstoff zu vermeiden.
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Der Fülltrichter 8 ist mit einem oberen Füllstandssensor 10 sowie einem unteren Füllstandssensor 11 versehen. Das im Fülltrichter 8 befindliche Holzmaterial liegt im Bereich des unteren Endes des Fülltrichters 8 an einer Fördereinrichtung 90 auf bzw. kann vom Fülltrichter 8 auf die Fördereinrichtung 90 abgegeben werden, indem beispielsweise am unteren Ende des Fülltrichters 8 ein Verschluss geöffnet wird, und kann von der Fördereinrichtung 90 beispielsweise mittels der in der Zeichnung dargestellten Schubstangenaustrageinrichtung 9 auf den nachfolgend noch näher erläuterten ersten Bettabschnitt 111 befördert werden. Zu diesem Zweck besitzt die Schubstangenaustrageinrichtung 9 einen Hydraulikzylinder 91, mit dem der Holzbrennwerkstoff über einen Förderrost 92 in Richtung zu dem Aufgabebereich 113 des ersten Bettabschnitts 111 befördert werden kann.
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Wenn der Brennstofffüllstand im Fülltrichter 8 einen unteren Schwellenwert unterschreitet, dann wird dies vom unteren Füllstandssensor 11 festgestellt, der daraufhin eine an der Oberseite des Fülltrichters 8 schematisch dargestellte Fördereinrichtung 13 in der Form beispielsweise eines Kratzbandförderers in Gang setzt, der dann Holzbrennwerkstoff von einem nicht näher dargestellten Vorratslager zum Fülltrichter 8 befördert, an dessen Oberseite beispielsweise ein automatisch zu öffnender Verschluss vorgesehen sein kann, der dann geöffnet wird, so dass über den Kratzbandförderer Holzbrennwerkstoff in den Fülltrichter 8 eingefüllt wird. Der Kratzbandförderer bleibt dabei so lange in Betrieb, bis vom oberen Füllstandssensor 10 festgestellt wird, dass ein oberer Füllstand an Holzbrennwerkstoff im Fülltrichter 8 erreicht wurde und daraufhin wird der Kratzbandförderer ausgeschaltet und der geöffnete Verschluss des Fülltrichters 8 wieder geschlossen.
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Der Aufgabebereich 113 des ersten Bettabschnitts 111 befindet sich bereits innerhalb des ersten Brennkammerabschnitts 101 angeordnet, der Aufgabebereich 113 ist also bereits durch die in der Brennkammer 1 vorhandene Wärme erhitzt worden und der verklumpte feuchte Holzbrennwerkstoff aus dem Fülltrichter 8 fällt auf den erhitzten Aufgabebereich 113. Der erste Bettabschnitt 111 ist relativ zum zweiten Bettabschnitt 112 geneigt ausgebildet, so dass sich der Holzbrennwerkstoff aufgrund der Neigung der Oberfläche des ersten Bettabschnitts 111 in Richtung zum zweiten Bettabschnitt 112, der weitgehend horizontal angeordnet ist, fortbewegen kann.
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Aufgrund seiner feuchten Konsistenz hat der Holzbrennwerkstoff aber seine Fließfähigkeit bzw. Rieselfähigkeit verloren und liegt im Aufgabebereich 113 auf. Der erste Bettabschnitt 111 ist genauso wie der zweite Bettabschnitt 112 mit Fluideinblasmitteln versehen. Mit diesen Fluideinblasmitteln kann gasförmiges Fluid in der Form von beispielsweise erhitzter Luft oder rezirkuliertem Abgas in Richtung auf die Oberfläche des ersten Bettabschnitts 111 und zweiten Bettabschnitts 112 abgegeben werden.
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Wie es näher anhand von 1 der Zeichnung ersichtlich ist, besitzt der erste Bettabschnitt 111 eine Vielzahl von rohrstückförmigen Einrichtungen 3 in der Form von Ausblasdüsen oder Injektoren, die weitgehend rechtwinklig zur im Winkel verlaufenden Oberfläche 114 des ersten Bettabschnitts angeordnet sind.
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Unterhalb des ersten Bettabschnitts 101 befindet sich ein kastenförmiger hohler Körper 2 angeordnet, der einen mit einem Pfeil 116 gekennzeichneten Einlassbereich aufweist, in den heißes gasförmiges Fluid beispielsweise durch ein nicht näher dargestelltes Hochdruckgebläse eingebracht werden kann, wobei das Fluid beispielsweise mittels eines von der Feuerung gespeisten, nicht näher dargestellten Lufterhitzers erhitzt werden kann. Die erhitzte Luft steigt den hohlen kastenförmigen Körper 2 entlang des ersten Abschnitts 5 in Richtung zum Aufgabebereich 113 hoch und tritt dort genauso wie an allen anderen rohrstückförmigen Einrichtungen 3 des ersten Bettabschnitts 111 in Richtung zur Oberfläche des Bettabschnitts 111 aus und zwar mit hoher Strömungsgeschwindigkeit, so dass der auf dem Aufgabebereich 113 liegende verklumpte Holzbrennwerkstoff in Bewegung versetzt wird, was zusammen mit der Wärmebeaufschlagung dafür sorgt, dass die Holzbrennwerkstoffklumpen zerfallen und ihre Fließfähigkeit wiedergewinnen und sich entlang des ersten Bettabschnitts 111 in Richtung zum zweiten Bettabschnitt 112 bewegen. Durch die Wärmebeaufschlagung in Verbindung mit der Beaufschlagung der Holzwerkstoffklumpen mit heißem ausströmenden gasförmigem Fluid zerfallen die Holzwerkstoffklumpen entlang ihres Wegs längs des ersten Bettabschnitts 111 zu immer kleiner werdenden Holzwerkstoffklumpen, bis sie schon im Bereich des ersten Bettabschnitts 111 zu rieselfähigen bzw. auf dem durch die heiße einströmende Luft ausgebildeten Luftkissen fließfähigen Holzpartikel fluidisiert zerfallen sind, getrocknet sind und entzündet worden sind.
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Die getrockneten und bereits entzündeten Holzwerkstoffpartikel strömen auf diese Weise unterstützt durch die Neigung des ersten Bettabschnitts 111 dem zweiten Bettabschnitt 112 entgegen und gelangen dort in den Erfassungsbereich eines Vorschubrosts oder Räumers 7, der von einem Hydraulikzylinder 70 entlang der Längsrichtung des zweiten Bettabschnitts 112 hin- und her bewegt werden kann.
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Durch diese Bewegung des Vorschubrosts 7 findet einerseits eine weitere Durchmischung der Holzpartikel statt und andererseits auch eine Beförderung der Holzpartikel in Richtung zum Austragendbereich 117 des zweiten Bettabschnitts 112. Im Bereich des Austragendes des zweiten Bettabschnitts 112 ist eine automatische Einrichtung zur Beförderung von Brennstoffasche in der Form des in der Zeichnung ersichtlichen Schneckenförderers 12 vorgesehen, mit der Brennstoffasche im laufenden Betrieb der Feuerung heraus befördert und entsorgt werden kann. Der Schneckenförderer ist dabei in einem Auffangbehälter angeordnet, in dem die Asche oder Schlacke aufgefangen werden kann.
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Auch im Bereich unterhalb des zweiten Bettabschnitts 112 erstreckt sich ein zweiter Abschnitt 6 des hohlen Körpers 2, der von heißer Luft durchströmt wird, die über auch im Bereich des zweiten Bettabschnitts 112 vorgesehene rohrstückförmige Einrichtungen 3 mit Ausblasdüsen oder Injektoren in Richtung auf die Oberfläche des zweiten Bettabschnitts 112 vom hohlen Körper 2 ausgehend ausgebracht werden kann, wodurch eine weitere Durchmischung des auf der Oberfläche 115 des zweiten Bettabschnitts ähnlich einem in einem Bett strömenden Fluid transportierten Holzbrennstoff stattfinden kann.
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Wie es sich anhand von der in 2 der Zeichnung ersichtlichen Schnittansicht ergibt, strömt die Luft dabei vom zweiten Abschnitt 6 ausgehend durch die rohrstückförmigen Einrichtungen 3 in Richtung zur Oberfläche 115 des zweiten Bettabschnitts 112 hindurch und durchtritt dabei auch den Vorschubrost 7, der mit Durchlässen oder Durchbrüchen versehen ist, die zwischen Kühlkanälen 118 des Vorschubrosts, durch die Kühlmittel in der Form beispielsweise von Wasser hindurch geleitet werden kann, ausgebildet sind. Das so erhitzte Wasser kann beispielsweise zu Heizzwecken verwendet werden.
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Wie es sich anhand von 2 zudem ergibt, ist zwischen den rohrstückförmigen Einrichtungen 3 jeweils eine isolierende Schicht 4 aus beispielsweise einem Ziegelwerkstoff vorgesehen, was dafür sorgt, dass die durch die intensive Verbrennung auf dem zweiten Bettabschnitt 112 entstehende Wärme nicht ungehindert in Richtung zum hohlen Körper 2 fortschreiten kann. 2 zeigt darüber hinaus auch, dass der zweite Bettabschnitt 112 in der dort dargestellten Querschnittsansicht des zweiten Bettabschnitts 112 sich im Winkel zur Horizontalen erstreckende seitlichen Erweiterungen oder Seitenwangen aufweist, unterhalb derer sich ebenfalls der zweite Abschnitt 6 des hohlen Körpers 2 mit seinen Luftführungskanälen erstreckt und die erhitzte Luft über die auch in den Seitenwangen 119 angeordneten rohrstückförmigen Einrichtungen 3 mit dazwischen angeordneten isolierenden Schichten 4 in Richtung zu dem auf der Oberfläche 115 des zweiten Bettabschnitts 112 befindlichen Holzbrennwerkstoff gelangen kann und auf diese Weise die vollständige Verbrennung des Holzbrennwerkstoffes erreicht werden kann. Zudem sorgen die rohrstückförmigen Einrichtungen 3 des zweiten Bettabschnitts 112, die unterhalb des weit gehend horizontal angeordneten Vorschubrosts 7 angeordnet sind und die rohrstückförmigen Einrichtungen 3, die sich in den Seitenwangen 119 angeordnet befinden, dafür, dass etwaige noch vorhandene Holzbrennwerkstoffklumpen durch die intensive Bewegung aufgrund der Beaufschlagung mit heißer Luft vollständig zerfallen und auf diese Weise eine vollständige Verbrennung des ursprünglich feuchten verklumpten Holzbrennwerkstoffes erreicht wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Feuerung ist auch eine vollständige Automatisierung der Verbrennung möglich. Zu diesem Zweck kann mittels einer Überwachung der Temperatur in der Brennkammer, wenn diese unter einen vorbestimmten Wert gefallen ist, von einer vorgesehenen, aber nicht näher dargestellten Steuereinrichtung eine Anweisung ausgegeben werden dergestalt, dass der Fülltrichter 8 die Brennkammer mit einer weiteren Menge an Holzbrennwerkstoff versorgt. Diese wird dann von der Fördereinrichtung 90 wieder auf den Aufgabebereich 113 befördert. Wenn sich der Brennstofffüllstand im Fülltrichter 8 einem vorbestimmten unteren Wert des Brennstofffüllstands nähert, wird dies von dem unteren Füllstandssensor 11 festgestellt, der dann die Fördereinrichtung 13 in Betrieb setzt, eine beispielsweise am Fülltrichter 8 oben angeordnete Verschlussklappe öffnet, und Holzbrennwerkstoff in den Fülltrichter eingebracht wird, bis der Füllstand des Brennstoffs im Fülltrichter 8 den oberen Füllstandssensor 10 erreicht und der Fördereinrichtung 13 vom Füllstandssensor 10 abgeschaltet wird. Damit kann ein ununterbrochener Betrieb der erfindungsgemäßen Feuerung erreicht werden, da es im Gegensatz zu bekannten Feuerungen in der erfindungsgemäßen Feuerung nicht zur Bildung von Verklumpungen kommt, wie dies bei bekannten Feuerungen der Fall ist und es ist auch nicht notwendig, die Feuerung in einem vorbestimmten Rhythmus, beispielsweise monatlich anzuhalten, um eine Reinigung durchzuführen, die erfindungsgemäße Feuerung kann ganzjährig in Betrieb bleiben.
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Die Feuerung nach der Erfindung weist den Vorteil auf, dass sie im Gegensatz zu bekannten Feuerungen unkritisch reagiert auf grundsätzlich nachteilige Zusammensetzungen des Ausgangsmaterials zur Verbrennung, nämlich dem Holzwerkstoffen, da dieser der erfindungsgemäßen Feuerung auch im feuchten und verklumpten Zustand zugeführt werden kann. Dadurch, dass die erfindungsgemäße Feuerung kontinuierlich betrieben werden kann, weist sie einen hohen Wirkungsgrad auf und erbringt damit die Voraussetzungen, einen hohen Kesselwirkungsgrad einer Dampfkesselanlage sicherzustellen, was nicht zuletzt der Eigenschaft der erfindungsgemäßen Feuerung zuzurechnen ist, dass sie im Dauerbetrieb gefahren werden kann.
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Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird in übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkammer
- 2
- hohler Körper
- 3
- rohrstückförmige Einrichtung, Fluideinblasmittel, Fluidinjektoren
- 4
- isolierende Schicht
- 5
- erster Abschnitt
- 6
- zweiter Abschnitt
- 7
- Vorschubrost
- 8
- Fülltrichter
- 9
- Schubstangenaustrageinrichtung
- 10
- oberer Füllstandssensor
- 11
- unterer Füllstandssensor
- 12
- Schneckenförderer
- 13
- Fördereinrichtung, Kranzbandförderer
- 90
- Fördereinrichtung
- 91
- Hydraulikzylinder
- 92
- Förderrost
- 101
- erster Brennraumabschnitt
- 102
- zweiter Brennraumabschnitt
- 110
- Feuerrost, Fläche
- 111
- ersten Bettabschnitt
- 112
- zweiter Bettabschnitt
- 113
- Aufgabebereich
- 114
- Oberfläche des ersten Bettabschnitts
- 115
- Oberfläche des zweiten Bettabschnitts
- 116
- Pfeil, Fluideintrittsöffnung
- 117
- Austragendbereich
- 118
- Kühlkanäle
- 119
- Seitenwangen
