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Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur thermischen Zersetzung eines Brennmaterials (Brenngut) in einem Festbett.
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Bei der thermischen Zersetzung eines Brennmaterials werden im Wesentlichen zwei Grundformen unterschieden, die Vergasung und die Verbrennung. Kurz gesagt entsteht bei der Vergasung ein Produktgas, das eine solche Zusammensetzung und einen solchen Energieinhalt hat, dass es seinerseits in einem nachfolgenden Gasmotor verbrannt und dadurch energetisch genutzt werden kann. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase hingegen besitzen regelmäßig eine solche Zusammensetzung, dass sie sich nicht für eine anschließende Verbrennung eignen. Deshalb steht bei Abgasen, die aus einer Verbrennung resultieren, regelmäßig nur die thermische Energie der Abgase zur anschließenden Nutzung zur Verfügung. Im Rahmen der Erfindung wird auch die pyrolytische Zersetzung eines Brennmaterials zur Vergasung gezählt.
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Sowohl bei der Vergasung als auch bei der Verbrennung wird das Brenngut in einen Brennraum eingeleitet, in welchem die Verfeuerung stattfindet. Dabei kann man zwischen drei grundlegenden Feuerungsarten unterscheiden, namentlich der Festbett-Feuerung, der Wirbelschicht-Feuerung und der Flugstrom-Feuerung. Während bei Wirbelschicht- und Flugstrom-Verfahren das Brennmaterial mittels eines gasförmigen Fluidisierungsmittels in der Schwebe bzw. im Flug gehalten wird, steht bei Festbett-Verfahren eine das Brenngut enthaltende Materialsäule auf einer mechanischen Abstützkonstruktion, die typischerweise einen Ascherost umfasst, durch den hindurch Asche aus dem Brennraum, in dem die Feuerung stattfindet, in einen Sammelraum, in welchem die zurückbleibende Asche gesammelt wird, gelangen kann. Die auch bei Festbett-Verfahren übliche Zufuhr von Luft oder eines anderen Gases als Vergasungs- bzw. Oxidationsmittel erfolgt üblicherweise mit Strömungsgeschwindigkeiten, die nicht zu einer relevanten Fluidisierung des Brennbetts führt. Feuerungsanlagen, die nach dem Wirbelschicht-Prinzip oder dem Flugstrom-Prinzip arbeiten, sind gemeinhin zu komplex und zu teuer, um sie in Kleinkraftwerken einzusetzen, wie sie beispielsweise auf kommunaler Ebene errichtet werden, um eine Gemeinde oder Teile hiervon mit Wärme oder/und Strom zu versorgen. Derartige Kleinkraftwerke werden bis heute üblicherweise in Festbett-Technik betrieben.
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Bei der Verfeuerung von Biomasse oder anderem Brenngut ist die Entstehung unerwünschter Schlackerückstände regelmäßig unvermeidbar. Die Schlacken können sich an den Wänden des Brennraums und an einem Ascherost festsetzen und dort zu einer harten Krustenbildung führen, welche über die Zeit den Betrieb der Feuerungsanlage signifikant beeinträchtigen kann. Setzen die Schlacken beispielsweise die Löcher in einem Ascherost zu, kann die Zufuhr des Vergasungs- bzw. Oxidationsmittels zu dem Brenngut leiden und damit die Qualität der Feuerung beeinträchtigt werden. Auch eine Krustenbildung an den Wänden des Brennraums kann sich nachteilig auswirken auf die Temperaturverteilung und den Massefluss innerhalb des Brennraums und so zu Wirkungsgradeinbußen bei der Feuerung führen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Festbett-Brennverfahren einen Weg aufzuzeigen, wie unerwünschte Krustenbildung durch Schlackereste vermieden oder jedenfalls reduziert werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Festbett-Brennverfahren, insbesondere Gleichstrom- oder Gegenstrom-Vergasungsverfahren, nach Maßgabe des Anspruchs 1 vorgesehen, wobei bei dem Verfahren ein schüttfähiges Brenngut sowie eine Schüttung verbrennungsfester Hilfskörper in einen Brennraum eingefüllt werden und die Hilfsköper während des Brennvorgangs mittels wenigstens eines angetriebenen Mischorgans umgeschichtet werden. Die Umschichtung der Hilfskörper bedeutet, dass sie während des Brennvorgangs in Bewegung versetzt werden. Aufgrund dieser Bewegung der Hilfskörper in dem Brennraum können die Hilfskörper eine Bildung von Schlackeklumpen bekämpfen. Dies führt zu einer verringerten Bildung von Verkrustungen an den Wänden des Brennraums, an einem Ascherost und an sonstigen Anlagenteilen, die sich gegebenenfalls in dem Brennraum befinden. Man kann sagen, die Hilfskörper haben einen Reinigungs- und Mahleffekt. Aufgrund ihrer Umschichtung während des Brennvorgangs sorgen sie auch für eine bessere Verteilung des Brennguts in dem Brennraum (Homogenisierung) und tragen dazu bei, einen kontinuierlichen schwerkraftbedingten Fluss von frischem Brenngut nach unten in die Feuerungszone zu gewährleisten. Die Umschichtung der Hilfskörper kann zudem der Entstehung von Ruhezonen und Kaltkanälen in dem Brennraum entgegenwirken. Ruhezonen sind solche Bereiche, in denen sich das Brenngut kaum oder gar nicht bewegt. Kaltkanäle können sich aufgrund von Inhomogenitäten im Brennbett ergeben. Der Gasstrom sucht sich den Weg des geringsten Widerstands und bewirkt insbesondere dort, wo eine Redox-Reaktion (Redox: Reduktion-Oxidation) stattfindet, eine lokale Abkühlung. In diesen relativ kühleren Bereichen werden Teere nur noch unzureichend thermisch aufgebrochen. Die Umschichtung der Hilfskörper sorgt für eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in dem Brennraum und verringert dementsprechend die Neigung zur Ausbildung von Kaltkanälen. Bei geeigneter Materialwahl können die Hilfskörper selbst auch als Wärmeträger bzw. als Wärmespeicher dienen und damit für eine schnellere Übertragung von Wärme auf das Brenngut sorgen.
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Die Umschichtung der Hilfskörper und deren Durchmischung mit dem Brenngut ist ein vergleichsweise langsamer Vorgang, der nicht dazu führt, dass die Hilfskörper oder das Brenngut in einen Schwebezustand gebracht werden. Wenn hier von einer Verbrennungsfestigkeit der Hilfskörper die Rede ist, so ist dies nicht so zu verstehen, dass die Hilfskörper auf Ewigkeit nutzbar sein müssen. Bei den im Brennraum zu erwartenden Temperaturen von etlichen Hundert bis hin zu 1000° C oder sogar darüber ist eine Abnutzung, sozusagen ein „Verbrauch“, der Hilfskörper nicht auszuschließen, weswegen von Zeit zu Zeit ein Austausch gebrauchter Hilfskörper durch neue Hilfskörper erforderlich sein kann. Diese Abnutzung der Hilfskörper erfolgt aber langsam im Vergleich zu der thermischen Zersetzung des Brennguts. Insbesondere tragen die Hilfskörper nicht zur Bildung des aus der Feuerungsanlage abgeleiteten Gases (z.B. Rauchgas, Pyrolysegas) bei, selbst wenn sich die Hilfskörper in der Hitze des Brennraums mit der Zeit unter Umständen zersetzen.
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Das hier vorgestellte Brennverfahren unter Zuhilfenahme von Hilfskörpern eignet sich nicht nur, aber insbesondere zur Gleichstrom- oder Gegenstrom-Vergasung eines Brennguts. Bei beiden Vergasungsarten durchlaufen die einzelnen Materialstücke des Brennguts, während sie in dem Brennraum schwerkraftbedingt absinken, nacheinander verschiedene Zonen, namentlich zunächst eine Trocknungszone und sodann eine Pyrolysezone. Bei der Gleichstrom-Vergasung durchläuft das Brenngut danach eine Oxidationszone, gefolgt von einer Reduktionszone; das entstehende Produktgas (Pyrolysegas) wird nach unten, d.h. in Richtung der Brenngutzufuhr abgeleitet. Bei der Gegenstrom-Vergasung hingegen folgen die Reduktionszone und die Oxidationszone in umgekehrter Reihenfolge aufeinander; das Produktgas wird bei dieser Vergasungsart nach oben, d.h. entgegen der Absinkrichtung des Brennguts abgeleitet.
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Bei bestimmten Ausführungsformen besitzen die Hilfskörper im Vergleich zu dem Brenngut ein höheres spezifisches Gewicht oder/und eine höhere Wärmeleitfähigkeit.
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Zumindest eine Teilanzahl der Hilfskörper besitzt bei bestimmten Ausführungsformen eine gerundete Oberfläche, beispielsweise eine kugel- oder ellipsoidförmige Oberfläche. Insbesondere können alle Hilfskörper eine gerundete Oberfläche besitzen. Bei anderen Ausführungsformen besitzt zumindest eine Teilanzahl der Hilfskörper eine kantige Oberfläche; beispielsweise ist es vorstellbar, einzelne oder alle Hilfskörper polyederförmig auszugestalten, z.B. in Pyramidenform oder in Form eines regulären Polyeders mit vier- oder mehreckigen Seitenflächen.
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Die Hilfskörper können Massivkörper oder Hohlkörper sein.
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Bei bestimmten Ausführungsformen besitzen alle Hilfskörper im Wesentlichen gleiche Größe. Bei anderen Ausführungsformen ist zumindest eine Teilanzahl der Hilfskörper voneinander größenverschieden.
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Um zu verhindern, dass die Hilfskörper durch einen Ascherost fallen und dadurch verloren gehen, ist es zweckmäßig, wenn die Hilfskörper zumindest bei ihrer Einfüllung in den Brennraum eine Abmessung besitzen, die ein Hindurchfallen der Hilfskörper durch einen den Brennraum von einem Aschesammelraum abtrennenden Ascherost verhindert. Um ein Zahlenbeispiel zu geben, besitzt zumindest eine überwiegende Anzahl der Hilfskörper, vorzugsweise alle Hilfskörper, ein kleinstes Querschnittsmaß von wenigstens 5 mm oder wenigstens 7 mm oder wenigstens 8 mm oder wenigstens 10 mm oder wenigstens 12 mm oder wenigstens 15 mm. Umgekehrt sollten die Hilfskörper ein bestimmtes Obermaß für ihre Größe nicht übersteigen. Es hat sich gezeigt, dass gute Ergebnisse erzielt werden können, wenn zumindest eine überwiegende Anzahl der Hilfskörper und vorzugsweise alle Hilfskörper ein größtes Querschnittsmaß von nicht mehr als 100 mm oder nicht mehr als 50 mm oder nicht mehr als 40 mm oder nicht mehr als 35 mm oder nicht mehr als 30 mm besitzen.
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Für das Material zumindest einer Teilanzahl der Hilfskörper, insbesondere aller Hilfskörper, kann ein eisenhaltiger Werkstoff (z.B. Stahl) oder ein keramischer Werkstoff oder ein mineralisches Gestein (z.B. ein Lavagestein) gewählt werden. Zweckmäßigerweise bestehen die Hilfskörper alle aus dem gleichen Material, wenngleich es im Rahmen der Erfindung nicht ausgeschlossen ist, dass zumindest eine Teilanzahl der Hilfskörper voneinander materialverschieden ist.
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Als Brenngut kann ein Material verwendet werden, das mindestens ein Mitglied aus der folgenden Gruppe von Materialien umfasst: Holzmaterial, klärschlammbasiertes Material, Chinagras, Stroh, Papier, Kunststoff, Gummi. Die Bandbreite an Materialien, die als Brenngut verwendet werden können, ist äußerst breit und umfasst jegliche Arten von Biomasse und vielfältige Arten von Abfallstoffen. Insbesondere eignet sich die Erfindung auch für vergleichsweise kleinstückige (z.B. spanartige) Materialien und sogar für pulvrige Materialien.
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Hinsichtlich der Menge der in den Brennraum eingefüllten Hilfskörper werden folgende Maßnahmen vorgeschlagen: Die Menge der eingefüllten Hilfskörper sollte mindestens einer Lage und vorzugsweise einer Mehrzahl übereinanderliegender Lagen der Hilfskörper in dem Brennraum entsprechen, beispielsweise mindestens 5 oder mindestens 10 oder mindestens 15 oder mindestens 20 oder mindestens 30 Lagen. Alternativ oder zusätzlich sollte die Menge der eingefüllten Hilfskörper einer Schütthöhe entsprechen, welche wenigstens der halben Höhe oder wenigstens einem Dreiviertel der Höhe einer Redox-Zone im Brennbetrieb entspricht. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Schütthöhe der Hilfskörper (ohne Berücksichtigung des Brennmaterials) sogar bis in eine Zone reichen, in der im Brennbetrieb pyrolytische Zersetzung stattfindet. In letzterem Fall kann sich die Schütthöhe der Hilfskörper (ohne Berücksichtigung des Brennmaterials) beispielsweise über einen Großteil der Höhe der Zone pyrolytischer Zersetzung erstrecken oder sogar im wesentlichen über die gesamte Höhe dieser Zone.
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Bei bestimmten Ausführungsformen werden die Hilfskörper getrennt von dem Brenngut und zeitlich davor in den Brennraum eingefüllt. Wenn das Brenngut eingefüllt wird, befindet sich in dem Brennraum dann bereits eine Schüttung der Hilfskörper. Das Brenngut lagert sich daher zunächst oben auf der Schüttung der Hilfskörper ab. Erst mit Betätigung des wenigstens einen Mischorgans setzt eine Durchmischung der Hilfskörper mit dem Brenngut ein. Selbstverständlich kann bei laufendem Brennbetrieb fortwährend frisches Brenngut von oben nachgefüllt werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen wird das wenigstens eine Mischorgan durch eine Redox-Zone oder/und eine Pyrolysezone des Brennraums bewegt. Insbesondere empfiehlt es sich, das wenigstens eine Mischorgan so zu positionieren und auszugestalten, dass bis zu den tiefstgelegenen Bereichen des Brennraums eine Umwälzung der Hilfskörper gewährleistet ist. Um nicht nur die Wände des Brennraums sondern auch einen Ascherost von Verbackungen aufgrund von Schlackebildung freizuhalten, ist eine Ausgestaltung vorteilhaft, bei welcher der Ascherost von den Hilfskörpern getroffen wird, d.h. die Hilfskörper gegen den Ascherost schlagen oder zumindest an diesem entlangschaben. Hierzu empfiehlt es sich, wenigstens ein Mischorgan vorzusehen, dessen Bewegungsweg oder/und Mischwirkung bis nahe an den Ascherost heranreicht.
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Zur Umschichtung der Hilfskörper sind verschiedene Maßnahmen vorstellbar. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Hilfskörper mittels eines um eine Drehachse rotierend angetriebenen Exzenter-Rührrohrs umgeschichtet werden, dessen Rohrachse gegenüber der Drehachse versetzt ist. Bei einer derartigen Exzenter-Lösung kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Hilfskörper mittels mehrerer axial übereinander angeordneter Exzenter-Rührrohre umgeschichtet werden, die gegenseitigen Drehwinkelversatz zwischen paarweise benachbarten Rührrohren aufweisen.
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Bei anderen Ausführungsformen werden die Hilfskörper mittels einer um eine Wendelachse rotierend angetriebenen Flachbandwendel umgeschichtet, deren aufeinanderfolgende Windungen gegenseitigen axialen Abstand haben.
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Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist zudem eine Festbett-Brennvorrichtung nach Maßgabe des Anspruchs 11 vorgesehen, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens der vorstehend erläuterten Art bestimmt ist. Die Festbett-Brennvorrichtung umfasst ein Brenngefäß mit mindestens einem darin angeordneten Ascherost, wobei der Ascherost einen Brennraum von einem Ascheraum abtrennt und eine Lochanordnung für den Aschedurchtritt von dem Brennraum in den Ascheraum aufweist. Erfindungsgemäß umfasst die Festbett-Brennvorrichtung ein in dem Brennraum angeordnetes, mit einem beispielsweise elektromotorischen oder hydraulischen Antriebsmechanismus in Antriebsverbindung stehendes Mischorgan zur Durchmischung in den Brennraum eingefüllten Materials, wobei das Mischorgan Materialteile innerhalb eines Abstands von nicht mehr als 20 cm oder nicht mehr als 15 cm oder nicht mehr als 10 cm oder nicht mehr als 5 cm oder nicht mehr als 2 cm von dem Ascherost erfasst. Diese Reichweite des Mischorgans bis nahe an den Ascherost heran macht es möglich, eingefüllte Hilfskörper in dem Brennraum wirksam umzuschichten, und zwar selbst solche Hilfskörper, die unmittelbar auf dem Ascherost aufliegen.
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Das Mischorgan ist dabei an einer durch den Ascherost hindurch in den Brennraum ragenden, vertikal stehend angeordneten und durch den Antriebsmechanismus um ihre Wellenachse angetriebenen Welle angeordnet. Die Welle trägt mindestens ein Exzenter-Rührrohr, dessen Rohrachse exzentrisch zu der Wellenachse versetzt ist, oder eine Flachbandwendel, deren aufeinanderfolgende Windungen gegenseitigen axialen Abstand haben. Der Antriebsmechanismus kann im Bereich eines unteren Wellenendes in Antriebseingriff mit der Welle stehen.
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Die Festbett-Brennvorrichtung kann eine Kratzeinrichtung mit mindestens einem relativ zu dem Ascherost beweglich angeordneten Kratzorgan zum Abkratzen von Verbrennungsresten von einer brennraumzugewandten Oberfläche des Ascherosts aufweisen. Etwaige Schlackerückstände, die im Brennbetrieb der Brennvorrichtung auftreten und sich an dem Ascherost niederschlagen, können mittels der Kratzeinrichtung von dem Ascherost abgekratzt werden und so verhindern, dass der Ascherost von den Schlacken verstopft wird.
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Für eine gute Kratzwirkung empfiehlt es sich, wenn das Kratzorgan eine Kratzkante besitzt, welche unter Federvorspannung in Kratzeingriff mit dem Ascherost steht.
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Das Kratzorgan ist bei bestimmten Ausführungsformen mit einer Antriebseinheit für ein Mischorgan bewegungsgekoppelt, welches der Durchmischung in den Brennraum eingefüllten Materials dient. Das Mischorgan ist insbesondere ein solches, welches der Umschichtung der vorstehend erläuterten Hilfskörper dient.
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Bei bestimmten Ausführungsformen ist das Kratzorgan von einer um eine Scheibenachse rotierend angetriebenen Kratzscheibe oder von einem linear hin und her beweglich angetriebenen Kratzschieber gebildet. Im Fall der Ausbildung des Kratzorgans als Kratzscheibe kann diese eine um einen angenähert kreissegment- oder kreissektorförmigen Ausschnitt verminderte Kreisscheibenform aufweisen. Durch eine solche Formgebung der Kratzscheibe kann gewährleistet werden, dass zu jedem Zeitpunkt ein bestimmter Anteil der Lochanordnung des Ascherosts für den Aschedurchtritt freiliegt, also nicht von der Kratzscheibe überdeckt ist. Wird die Kratzscheibe um ihre Scheibenachse rotierend angetrieben, hat dies zur Folge, dass der für den Aschedurchtritt zur Verfügung stehende Teil der Lochanordnung in Umfangsrichtung wandert. Beispielsweise kann die Kratzscheibe auf einer durch den Ascherost hindurch in den Brennraum ragenden Welle angeordnet sein, welche um ihre Wellenachse rotierend angetrieben ist und mit mindestens einer Mischformation zur Umschichtung in den Brennraum eingefüllten Materials bestückt ist, wobei die Kratzscheibe zur gemeinsamen Drehung mit der Welle angeordnet ist.
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Es empfiehlt sich, die Kratzeinrichtung während des Brennbetriebs der Festbett-Brennvorrichtung zu aktivieren, um frühzeitig etwaigen Schlackeverbackungen in dem Brennraum entgegenzuwirken. Selbstverständlich ist es nicht ausgeschlossen, die Kratzeinrichtung zusätzlich in Ruhephasen der Festbett-Brennvorrichtung zu aktivieren, falls der Ascherost dann noch einer Reinigung bedarf. Während des Brennbetriebs kann die Kratzeinrichtung durchgängig oder intermittierend aktiviert werden. Eine intermittierende Betriebsweise der Kratzeinrichtung kommt insbesondere dann (aber nicht nur) in Frage, wenn das Kratzorgan in eine Stellung bewegt werden kann, in welcher es die Lochanordnung des Ascherosts nicht verdeckt, also die gesamte Lochanordnung für den Aschedurchtritt zur Verfügung steht. In dieser Stellung kann das Kratzorgan während der Phasen, in denen die Kratzeinrichtung nicht aktiviert ist, gehalten werden. Dagegen kann es bei Ausgestaltungen, bei welchen das Kratzorgan stets einen Teil der Lochanordnung verdeckt, empfehlenswert sein, die Kratzeinrichtung kontinuierlich zu aktivieren und so das Kratzorgan fortlaufend in Bewegung zu halten.
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Bei bestimmten Ausführungsformen ist der Ascherost als Flachrost ausgebildet und liegt mit seiner brennraumfernen Seite auf einer Stützplatte auf. Die Lochanordnung des Ascherosts weist ein solches Lochbild (Verteilungsmuster) auf, dass eine Mehrzahl in gegenseitigem Abstand angeordneter Sektoren gebildet ist, in denen jeweils eine Mehrzahl Aschedurchtrittslöcher der Lochanordnung zusammengefasst sind. Die Stützplatte weist dabei in Zuordnung zu jedem der Sektoren eine die Aschedurchtrittslöcher des betreffenden Sektors übergreifende Aussparung auf. Diese Ausgestaltung der Stützplatte ermöglicht eine hoch belastbare Abstützung des Ascherosts. Zugleich lässt sie ausreichend große Bereiche für den Aschedurchtritt.
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Die Lochanordnung weist bei bestimmten Ausführungsformen eine Vielzahl Aschedurchtrittslöcher auf, deren Lochquerschnitt in Richtung von der brennraumnahen Seite zur brennraumfernen Seite des Ascherosts insbesondere kontinuierlich zunimmt. Beispielsweise können die Aschedurchtrittslöcher eine Lochform besitzen, bei der einander gegenüberliegende Lochflanken nach Art eines auf dem Kopf stehenden V auseinander laufen. Eine solche Lochform ist günstig, um der Gefahr von Verstopfungen entgegenzuwirken.
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Die Erfindung sieht nach Maßgabe des Anspruchs 12 zudem eine Festbett-Brennvorrichtung vor, umfassend ein Brenngefäß mit mindestens einem darin angeordneten Ascherost, wobei der Ascherost einen Brennraum von einem Ascheraum abtrennt und eine Lochanordnung für den Aschedurchtritt von dem Brennraum in den Ascheraum aufweist. Die Festbett-Brennvorrichtung zeichnet sich durch ein Exzenter-Rührwerk mit mindestens einem in dem Brennraum insbesondere vertikalstehend angeordneten Exzenter-Rührrohr zur Durchmischung in den Brennraum eingefüllten Materials aus, wobei das Exzenter-Rührrohr um eine zu seiner Rohrachse parallele, jedoch exzentrisch versetzte Drehachse drehangetrieben ist. Das Exzenter-Rührwerk kann einstufig oder mehrstufig ausgeführt sein; im letzteren Fall umfasst es eine Mehrzahl entlang der Drehachse hintereinander angeordneter Exzenter-Rührrohre mit jeweils unterschiedlicher Exzentrizitätsrichtung. Gleichgültig, ob einstufig oder mehrstufig ausgeführt, kann das Exzenter-Rührwerk in jeder Stufe mindestens ein Paar gleichachsig ineinandergesteckter, exzentrisch zur Drehachse versetzter Rohre umfassen, deren Außenrohr relativ zum Innenrohr drehbar angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es stellen dar:
- 1 schematisch Komponenten eines beispielhaften Festbett-Brenners mit einem Schneckenrührer,
- 2a schematisch Komponenten eines beispielhaften Festbett-Brenners mit einem Exzenter-Rührwerk,
- 2b eine schematische Schnittansicht des Festbett-Brenners der 2a,
- 3 schematisch Komponenten eines beispielhaften Festbett-Brenners mit einem Wendel-Rührwerk,
- 4 schematisch Komponenten eines beispielhaften Festbett-Brenners mit einem Wannenrührwerk,
- 5 schematisch Komponenten eines beispielhaften Festbett-Brenners mit einem Trommelrührwerk,
- 6 schematisch Komponenten eines beispielhaften Festbett-Brenners mit einem Stempelrührwerk,
- 7a einen Vertikalschnitt eines Festbett-Brenners mit einem mehrstufigen Exzenter-Rührwerk,
- 7b eine Draufsicht von oben auf den Festbett-Brenner der 7,
- 8 in Draufsicht einen beispielhaften Ascherost,
- 9 in Draufsicht eine beispielhafte Kratzscheibe,
- 10 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Kratzscheibe der 9, und
- 11 eine beispielhafte Stützscheibe für den Ascherost der 8.
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Es wird zunächst auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1 verwiesen. Der dort dargestellte Festbett-Brenner ist allgemein mit 10 bezeichnet. Er umfasst ein Brenngefäß 12, das man auch als Brennkessel bezeichnen kann. Im gezeigten Beispielfall besitzt das Brenngefäß 12 eine im Wesentlichen zylindrische (z.B. kreiszylindrische) Gefäßform mit einer zentralen Gefäßachse 14. In das Brenngefäß 12 ist ein Ascherost 16 eingebaut, über dem eine Kratzscheibe 18 angeordnet ist. Die Kratzscheibe 18 besitzt eine Kratzkante 20, mittels welcher sie Schlackereste und sonstige Verkrustungen von der Oberseite des Ascherosts 16 abkratzen kann. Der Ascherost 16 unterteilt den Gefäßinnenraum in einen unterhalb des Ascherosts 16 befindlichen Ascheraum 22 und einen oberhalb des Ascherosts 16 befindlichen Brennraum 24. Asche, die als Verbrennungsrückstand des im Brennraum 24 ablaufenden Brennvorgangs zurückbleibt, fällt durch Löcher in dem Ascherost 16 in den Ascheraum 22 und wird dort gesammelt.
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In dem Brenngefäß 12 befindet sich eine aufrecht stehende Antriebswelle 26, deren Wellenachse im gezeigten Beispielfall mit der Gefäßachse 14 zusammenfällt, d.h. die Antriebswelle 26 ist zentrisch in dem Brenngefäß 12 angeordnet. Nach unten hin erstreckt sich die Antriebswelle 26 durch den Ascherost 16 hindurch; nach oben hin ragt sie mindestens bis in einen Bereich, in dem im Brennbetrieb des Brenners 10 eine pyrolytische Zersetzung in dem Brennraum 24 befindlichen Brennmaterials stattfindet. Gewünschtenfalls kann die Antriebswelle 26 über diese Zone pyrolytischer Zersetzung hinaus bin in eine Trocknungszone reichen, in welcher eine Trocknung des eingefüllten Brennmaterials stattfindet. Die Antriebswelle 26 ist in nicht näher dargestellter Weise im Bereich beider Wellenenden drehgelagert, typischerweise mittels eines Wälzlagers. In 1 erkennt man im Bereich des oberen Wellenendes der Antriebswelle 26 mehrere an dem Brenngefäß 12 befestigte Radialstreben 28, welche der Radialabstützung der Schneckenwelle 26 dienen. Die Radialstreben 28 lassen in nicht näher dargestellter Weise Durchgänge frei, durch welche Brennmaterial 29 von oben in den Brennraum 24 nachrutschen kann. Ein Vorrat des Brennmaterials befindet sich beispielsweise in einem Vorratsgefäß, welches unmittelbar über dem Brenngefäß 12 aufsteht und mit diesem verbunden ist.
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Die Antriebswelle 26 weist einen Schneckengang 30 auf, der nach unten bis nahe an die Kratzscheibe 18 heranreicht, insbesondere unmittelbar an der Kratzscheibe 18 endet, und nach oben mindestens bis in die Zone pyrolytischer Zersetzung, gewünschtenfalls bis in die Trocknungszone reicht. Der Antriebswelle 26 ist eine nur schematisch dargestellte Drehantriebseinheit 32 zugeordnet, welche in mechanischer Drehantriebsverbindung mit der Antriebswelle 26 steht, wie bei 34 angedeutet. Im Brennbetrieb des Brenners 10 wird die Antriebswelle 26 mittels der Drehantriebseinheit 32 vorzugsweise in kontinuierlicher, jedoch vergleichsweise langsamer Drehung gehalten. Selbstverständlich ist eine intermittierende Betätigung der Antriebswelle 26 nicht ausgeschlossen. Die Rotation des Schneckengangs 30 der Antriebswelle 26 hat einen Rühreffekt auf das in dem Brennraum 24 befindliche Material. Dieses Material umfasst nicht nur das eigentliche Brenngut, das zu verfeuern ist, sondern auch eine Schüttung von Hilfskugeln 36, die zusammen mit dem Brenngut in den Brennraum 24 eingefüllt werden. Die Hilfskugeln 36 sind beispielsweise Stahl-, Keramik- oder Lavastein-Körper und sind nicht für die Verbrennung bzw. Vergasung vorgesehen. Auch wenn die Hilfskugeln 36 über die Zeit einem gewissen Verschleiß aufgrund der harten Bedingungen in dem Brennraum 24 unterliegen können, sind sie im Vergleich zu dem zu verfeuernden Brenngut verbrennungsfest. Ein Verschließ kann beispielsweise dadurch auftreten, dass die Hilfskugeln 36 in der Hitze des Brennraums 24 mit der Zeit zu Sand zerfallen (z.B. bei Wahl eines mineralischen Gesteins für die Hilfskugeln 36) oder dass sich an der Oberfläche der Hilfskugeln 36 Verzunderungen bilden, aufgrund welcher die Hilfskugeln 36 nach einiger Zeit ihre Wirksamkeit verlieren und deshalb ein Austausch sinnvoll sein kann.
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Die Hilfskugeln 36 besitzen einen Kugeldurchmesser, der so groß gewählt ist, dass sie nicht durch den Ascherost 16 hindurchfallen können. Beispielsweise haben die Hilfskugeln 36 einen Kugeldurchmesser zwischen etwa 15 mm und etwa 25 mm. Sie werden in einer Menge in den Brennraum 24 eingefüllt, die mehreren Kugellagen entspricht. Beispielsweise werden die Hilfskugeln 36 in einer Menge eingefüllt, durch welche der Brennraum 24 bis zu einer Zone, in der pyrolytische Zersetzung des Brennguts stattfindet, mit den Hilfskugeln 36 ausgefüllt wird. Aufgrund der Drehbewegung der Antriebswelle 26 erfolgt eine Umschichtung der Hilfskugeln 36, die mit einer Vermischung der Hilfskugeln 36 mit dem Brenngut einhergeht. Das Brenngut kann auf diese Weise aus dem Vorratsbereich durch die Trockungszone und die Zone pyrolytischer Zersetzung in eine Redox-Zone rutschen, in welcher Reduktions- und Oxidationsvorgänge stattfinden und die sich unmittelbar oberhalb des Ascherosts 16 befindet. Je nach Betriebsweise können dabei entstehende Gase entweder nach unten durch den Ascherost 16 abgesaugt werden (Gleichstrom-Prinzip) oder nach oben entgegen der Schwerkraftrichtung durch die über dem Ascherost 16 stehende Materialsäule hindurch abgesaugt werden (Gegenstrom-Betrieb).
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Die Umschichtung der Hilfskugeln 36 mittels der Antriebswelle 26 und dem darauf angeordneten Schneckengang 30 wirkt der Entstehung von Verbackungen durch Schlackerückstände an den Wänden des Brenngefäßes 12 und an dem Ascherost 16 entgegen und sorgt zudem für eine gleichmäßigere Temperaturverteilung innerhalb des Brennraums 24. Die Kratzscheibe 18 kann mit der Schneckenwelle 26 bewegungsgekoppelt sein, sich also mit der Schneckenwelle 26 mitdrehen, wenn diese im Brennbetrieb über die Drehantriebseinheit 32 angetrieben wird. Selbstverständlich ist es nicht ausgeschlossen, für die Kratzscheibe 18 eine eigene, von der Drehantriebseinheit 32 gesonderte Antriebseinheit vorzusehen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass das in 1 (und auch in weiteren Figuren) zeichnerisch dargestellte Mengenverhältnis zwischen den Hilfskugeln 36 und dem Brennmaterial 29 innerhalb des Brennraums 24 nicht die tatsächlichen Gegebenheiten in einem konkreten Anwendungsfall veranschaulicht. In einem solchen konkreten Anwendungsfall wird der Anteil der Hilfskugeln 36 in der Regel größer, sogar substantiell größer als der in 1 und weiteren Figuren zeichnerisch dargestellte Anteil der Hilfskugeln 36 im Vergleich zu dem Brennmaterial 29 sein. Insbesondere in ascherostnahen Bereichen des Brennraums 24 kann das von den Hilfskugeln 36 eingenommene Volumen größer, sogar deutlich größer als das von dem Brennmaterial 29 eingenommene Volumen sein, wobei mit zunehmendem Abstand vom Ascherost 16 die Dichte der Hilfskugeln 36 im Betrieb des Brenners 10 abnehmen kann.
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In 1 ist des Weiteren eine Stützplatte 38 eingezeichnet, welche unmittelbar unter dem Ascherost 16 angeordnet ist und der axialen Abstützung des Ascherosts 16 dient. Die Stützplatte 38 besitzt in 1 nicht näher dargestellte Aussparungen, durch welche die Asche in den Ascheraum 22 fallen kann. Eine beispielhafte Ausgestaltung des Lochmusters des Ascherosts 16 und des Anordnungsbilds der Aussparungen in der Stützplatte 38 wird weiter unten erläutert.
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In den weiteren Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen wie zuvor versehen, wobei jedoch zur Unterscheidung der verschiedenen Ausführungsbeispiele jeweils ein Kleinbuchstabe an das betreffende Bezugszeichen angehängt ist. Soweit sich nachstehend nichts anderes ergibt, wird zur Erläuterung der betreffenden Komponenten auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit der 1 verwiesen.
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Als nächstes wird auf das Ausführungsbeispiel gemäß 2a, 2b verwiesen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zur Umschichtung der Hilfskugeln 36a und Durchmischen derselben mit dem Brenngut statt einer Schneckenwelle ein Exzenter-Rührwerk vorgesehen, welches allgemein mit 40a bezeichnet ist. Das Exzenter-Rührwerk 40a umfasst eine aufrechtstehend angeordnete Antriebswelle 26a, welche ähnlich der Schneckenwelle 26 des Ausführungsbeispiels der 1 gleichachsig zur Gefäßachse 14a angeordnet ist. Mit anderen Worten fallen die Gefäßachse 14a und die Wellenachse der Antriebswelle 42a zusammen. Die Antriebswelle 26a ist durch die Drehantriebseinheit 32a zur Drehung um die Gefäßachse 14a antreibbar.
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Das Exzenter-Rührwerk 40a umfasst ferner ein auf die Antriebswelle 26a aufgesetztes Rohrpaar aus einem Innenrohr 44a und einem Außenrohr 46a. Das Innenrohr 44a und das Außenrohr 46a sind zueinander gleichachsig angeordnet, sind aber beide exzentrisch zur Antriebswelle 26a versetzt. Das heißt, die gemeinsame Rohrachse des Innenrohrs 44a und des Außenrohr 46a ist gegenüber der Wellenachse der Antriebswelle 26a versetzt. In diesem exzentrisch versetzten Zustand werden die beiden Rohre 44a, 46a mittels einer Exzenterscheibe 48a gehalten, welche auf die Antriebwelle 26a aufgesteckt ist und mit dieser drehfest verbunden ist, beispielsweise durch eine Nut-Feder-Verbindung. In 2b sind diesbezüglich an der Antriebswelle 26a schematisch zwei einander diametral gegenüberliegende Federn 50a angedeutet, die in nicht näher dargestellte Nuten der Exzenterscheibe 48a eingreifen. Die Exzenterscheibe 48a ist mit ihrem Schreibenzentrum gegenüber der Wellenachse der Antriebswelle 26a versetzt angeordnet, sodass sich durch Drehung der Antriebswelle 26a eine Exzenterbewegung der Exzenterscheibe 48a einstellt. Das Innenrohr 44a ist mit der Exzenterschreibe 48a fest verbunden und dreht sich mit der Exzenterscheibe 48a mit. Das Außenrohr 46a ist lose auf das Innenrohr 44a aufgeschoben, ohne eine drehfeste Verbindung des Außenrohrs 46a zum Innenrohr 44a oder zur Exzenterscheibe 48a. Bei Drehung der Antriebswelle 26a führt deshalb das Außenrohr 46a die durch die Exzenterscheibe 48a induzierte Exzenterbewegung aus, kann aber ohne oder zumindest ohne wesentliche Eigendrehung bleiben. Die Exzenterbewegung des Außenrohrs 46a führt zu einer Durchmischung des in dem Brennraum 24a befindlichen Materials (bestehend aus den Hilfskugeln 36a und dem Brenngut). Bei bestimmten Ausführungsformen kann auf das Außenrohr 46a unter Umständen verzichtet werden. Wahlweise kann das Innenrohr 44a oder das Außenrohr 46a als Exzenter-Rührrohr im Sinne der Erfindung verstanden werden.
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Soweit bei Antrieb der Antriebswelle 26a auch eine Drehbewegung des Außenrohrs 46a induziert wird, können bei bestimmten Ausführungsformen an dem Außenrohr 46a mehrere radial abstehende Rührarme 52a angebracht sein. Die Rührarme 52a können alle in derselben Axialebene (bezogen auf die Wellenachse der Antriebswelle 26a) liegen oder auf mehrere Axialebenen verteilt sein. Innerhalb einer Axialebene können sich ein einziger Rührarm 52a oder mehrere Rührarme 52a befinden, wobei im letzteren Fall die Rührarme 52a zweckmäßigerweise in gleichen Winkelabständen verteilt angeordnet sind. Die Rührarme 52a können beispielsweise nockenartig ausgeführt sein, wie in 2B gezeigt, oder als geradlinige Radialspeichen ausgebildet sein. Andere Geometrien sind für die Rührarme 52a selbstverständlich gleichermaßen denkbar.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 trägt die Antriebswelle 26b eine aus einem Flachbandmaterial gefertigte Wendel 54b, die sich in einer oder mehreren Windungen um die Antriebswelle 26b erstreckt. Die Flachbandwendel 54b kann in radialem Abstand um die Antriebswelle 26b verlaufen und beispielsweise durch nicht näher dargestellte Radialstege an der Antriebswelle 26b gehalten sein. Auch mittels der Flachbandwendel 54b kann ein Rühreffekt auf das in dem Brennraum 24b befindliche Material (Hilfskugeln 36b, Brenngut) ausgeübt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 ist der Ascherost 16c nicht wie bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 als Flachrost ausgeführt, sondern als Wannenrost, d.h. er ist von einem wannen- oder rinnenartig gekrümmten Bauteil 56c gebildet, in dem die Aschedurchtrittslöcher - bezeichnet mit 58c - für die Bildung des Ascherosts 16c vorgesehen sind. Die Antriebswelle 26c ist im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen horizontalliegend eingebaut, und zwar so, dass ihre mit 60c bezeichnete Wellenachse in Wannenlängsrichtung verläuft. Die Antriebswelle 26c ist im Beispielfall der 4 mit einer Mehrzahl auf mehrere Axialebenen verteilter Rührarme 52c bestückt. Zweckmäßigerweise besitzen die Rührarme 52c von Axialebene zu Axialebene gegenseitigen Winkelversatz, um eine möglichst gleichmäßige Durchmischung des in dem Brennraum 24c befindlichen Materials zu erzielen. Die Reichweite der Rührwirkung der Rührarme 52c ist aufgrund der horizontalen Einbaulage der Antriebswelle 26c in vertikaler Richtung kürzer als bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3. Aber auch mit einer solchermaßen horizontalliegenden Rührwelle kann eine Bildung unerwünschter Verbackungen im Bereich des Ascherosts 16 reduziert werden.
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Angrenzend an die Wannenränder des Wannenbauteils 56c weist das Brenngefäß 12a einen sich trichterartig aufweitenden Gefäßbereich 62c auf, der eine gezielte Einleitung des Brennguts in den Bereich des Wannenbauteils 56c bewirkt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 bildet das Brenngefäß 12d in ähnlicher Weise wie in dem Ausführungsbeispiel der 4 einen Wannenbereich 56d. Allerdings bildet dieser Wannenbereich 56d - im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 4 - keinen Ascherost. Stattdessen bildet der Wannenbereich 56d eine in einem Gefäßboden des Brenngefäßes 12d gebildete Bodenrinne, in welcher ein Hohlrohr 64d um eine Rohrachse 66d drehbar gelagert ist. Das Hohlrohr 64d ist mit Aschedurchtrittslöchern 58d versehen und bildet so den Ascherost 16d. Man kann den Ascherost 16d aufgrund der trommelartigen Gestalt als Trommelrost bezeichnen. Das Lochbild der Aschedurchtrittslöcher 58d erstreckt sich über den gesamten Umfang des Hohlrohrs 64d. Das Hohlrohr 64d ist mittels der Antriebseinheit 32d um die Rohrachse 66d antreibbar. Als Ascheraum 22d dient in diesem Fall der Trommelinnenraum; in diesen fällt, die beim Feuerungsvorgang entstehende Asche. Am Innenumfang des Hohlrohrs 64d ist ein Schneckengang 68d gebildet, welcher eine seitliche Wegförderung der in den Trommelinnenraum durch die Aschedurchtrittslöcher 58d fallenden Aschepartikel bewirkt. Seitlich an das Hohlrohr 64d kann dementsprechend ein nicht näher dargestellter Auffangbehälter anschließen, in welchen die aus dem Trommelinneren herausgeförderte Asche fällt.
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Das Hohlrohr 64d liegt mit seiner Rohrachse 66d parallel zur Rinnenlängsrichtung in der von dem Wannenbereich 56d gebildeten Bodenrinne und hat allseitigen radialen Abstand von dem Wannenbereich 56d. Dieser Abstand ist so bemessen, das sich die Hilfskugeln 36d durch den Radialspalt zwischen dem Hohlrohr 64d und dem Wannenbereich 56d hindurchbewegen können. Am Außenumfang des Hohlrohrs 64d ist eine Mehrzahl beispielsweise stiftartiger Rührvorsprünge 70d gebildet, die zweckmäßigerweise auf eine Mehrzahl Axialebenen verteilt sind und eine Rührwirkung auf das Material (Hohlkugeln 36d, Brenngut) um das Hohlrohr 64d ausüben.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 mündet das Brenngefäß 12e in seinem unteren Bereich in einen vertikalen Schacht 72e, der im gezeigten Beispielfall einen Rechteckquerschnitt besitzt und dessen Schachtwände von aufrechtstehenden (vertikal orientierten) Plattenteilen 74e gebildet sind. In 6 sind die Plattenteile 74e aus Gründen der Übersichtlichkeit in einer Explosionsansicht gezeigt. An den oberen Rändern der Plattenteile 74e schließen Plattenteile 76e an, welche einen Trichterbereich 62e des Brenngefäßes 12e begrenzen, welcher der gezielten Zuleitung des Brennguts in den Bereich des Vertikalschachts 72e dient.
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Zumindest eine Teilanzahl der Plattenteile 74e ist mit Aschedurchtrittslöchern 58e versehen; das betreffende Plattenteil 74e bzw. die betreffenden Plattenteile 74e bilden somit jeweils einen Ascherost 16e. Im gezeigten Beispielfall der 6 sind alle vier Plattenbauteile 74e jeweils als ein derartiger Ascherost 16e ausgestaltet. Aufgrund der vertikalen Orientierung der Ascheroste 16e erstreckt sich der Ascheraum 22e auf der schachtabgewandten Seite jedes der Plattenteile 74e hinauf bis in den Bereich der Aschedurchtrittslöcher 58e. Es versteht sich, dass bei einer abgewandelten Ausführungsform nicht jedes der Plattenteile 74e als Ascherost 16e ausgebildet sein muss. Vielmehr kann es ausreichend sein, wenn beispielsweise nur zwei gegenüberliegende Plattenteile 74e jeweils als ein Ascherost 16e ausgebildet sind.
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In dem von den Plattenteilen 74e begrenzten Vertikalschacht 72e sind zwei quaderförmige Mischstempel 78e auf und ab beweglich aufgenommen. Jedem der Mischstempel 78e ist ein eigenes hydraulisches Kolben-Zylinder-Aggregat 80e zugeordnet, mittels dessen der betreffende Mischstempel 78e unabhängig von dem jeweils anderen Mischstempel 78e in dem Vertikalschacht 72e hoch und herunter bewegt werden kann. Die Mischstempel 78e sind beispielsweise von innen hohlen Stahlblöcken gebildet. Zusammen füllen sie den Querschnitt des Vertikalschachts 72e im Wesentlichen vollständig aus, sodass allenfalls nur unwesentliche Mengen von Asche an den Mischstempeln 78 vorbei in dem Vertikalschacht 72e herunterfallen können. Etwaige Spalte zwischen den Mischstempel 78a untereinander oder/und zwischen den Mischstempeln 78e und den umliegenden Schachtwänden (gebildet von den Plattenteilen 74e) sind so klein, dass weder die Hilfskugeln 36e noch die Bestandteile des Brennguts darin herunterrutschen können.
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Wie in 6 zeichnerisch angedeutet, werden die Mischstempel 78e (die man auch als Mischkolben bezeichnen kann) im Brennbetrieb des Brenners 10e gegensinnig auf und ab bewegt, d.h. während durch eine Abwärtsbewegung eines der Mischstempel 78e über diesem Platz für nachrutschendes Brenngut (durchmischt mit Hilfskugeln 36e) geschaffen wird, wird der andere der Mischstempel 78e nach oben bewegt, und umgekehrt. Durch diese gegenläufige Bewegung der Mischstempel 78e entsteht eine Mischwirkung auf das darüber befindliche Material. Diese Mischwirkung sorgt für eine Umschichtung der Hilfskugeln 36e und eine Durchmischung derselben mit dem Brenngut. Der Aufwärtshub der Mischstempel 78e kann beispielsweise bis zur Unterkante des Trichterbereichs 62e reichen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 7a, 7b ist ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel der 2a, 2b ein Exzenter-Rührwerk 40f vorgesehen. Allerdings ist dieses im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 2a, 2b mehrstufig ausgeführt. Konkret sind bei dem Ausführungsbeispiel der 7a, 7b axial übereinander insgesamt drei Exzenter-Stufen gebildet. Jede der Exzenter-Stufen umfasst ein Paar aus einem Innenrohr 44f und einem Außenrohr 46f, die exzentrisch in Bezug auf die Antriebswelle 26f angeordnet sind. Die zur Aufrechterhaltung der Exzentrizität dienenden Exzenter-Scheiben 48f sind so angeordnet, dass sich von Exzenter-Stufe zu Exzenter-Stufe ein gegenseitiger Winkelversatz der Richtung der Exzentrizität einstellt. Der Winkelversatz beträgt beispielsweise 120 Grad im Fall des Vorhandenseins von insgesamt drei Exzenter-Stufen.
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Erkennbar ist in den 7a, 7b zudem noch ein Außengehäuse 82f, in welchem das Brenngefäß 12f sowie Komponenten der Antriebseinheit 32f und der mechanischen Antriebsverbindung 34f untergebracht sind. In dem Außengehäuse 82f sind Luken 84f gebildet, durch welche hindurch der Brennraum 24f bzw. der Ascheraum 22f zugänglich sind. Außerdem ist in 7b ein Rohr 86f gezeigt, durch welches Asche abführbar ist (z.B. mittels einer in dem Rohr 86f befindlichen Schneckenwelle) und zugleich ein Vergasungsmittel, z.B. Luft, in den Brennraum 24f einleitbar ist.
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Es wird nun auf 8 verwiesen. Diese zeigt in einer Draufsicht den Ascherost 16, der mit derselben Ausgestaltung in jedem der Ausführungsbeispiele gemäß den 1, 2a, 2b, 3, 7a und 7b eingesetzt werden kann. Der Ascherost 16 besitzt den Umriss einer Kreisscheibe und weist eine zentrale Durchtrittsöffnung 88 für den Durchtritt einer Antriebswelle des Rührmechanismus auf. Die in dem Ascherost 16 gebildeten Aschedurchtrittslöcher 58 sind auf eine Mehrzahl Sektoren konzentriert, die in regelmäßigen Winkelabständen in Scheibenumfangsrichtung verteilt sind. Die Aschedurchtrittslöcher 58 sind dabei als in Scheibenumfangsrichtung längliche Schlitze ausgeführt. In jedem der Sektoren sind diese Schlitze auf verschiedene Radialebenen verteilt.
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9 zeigt eine Draufsicht auf die Kratzscheibe 18. Auch diese besitzt eine Zentralöffnung 90 für den Durchtritt der Antriebswelle des Rührmechanismus. Sie besitzt eine angenähert der Form eines Kreissektors folgende Randaussparung 92, in deren Bereich die Kratzkante 20 gebildet ist. Aufgrund der Aussparung 92 bleibt stets mindestens einer der Sektoren der Aschedurchtrittslöcher 58 des Ascherosts 16 von der Kratzscheibe 18 unverdeckt. Bei kontinuierlicher Drehung der Kratzscheibe 18 im Brennbetrieb des Festbett-Brenners wandert der unverdeckte Bereich des Ascherosts 16 dementsprechend kontinuierlich in Umfangsrichtung.
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10 zeigt in einem Schnitt das Zusammenspiel von Ascherost 16 und Kratzscheibe 18. Die auf dem Ascherost 16 aufliegende Kratzscheibe 18 ist durch Federkraft gegen den Ascherost 16 vorgespannt. Zur Erzeugung dieser Federkraft dient eine in 10 schematisch bei 94 angedeutete Federanordnung. Auf diese Weise bleibt die Kratzkante 20 dicht an der Oberfläche des Ascherosts 16.
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Die Aschedurchtrittslöcher 58 in dem Ascherost 16 weiten sich in Richtung zum Ascheraum hin auf. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Partikel, die von der Seite des Brennraums her in die Aschedurchtrittslöcher 58 fallen, in ascheraumnahen Bereichen der Aschedurchtrittslöcher 58 hängenbleiben und dort zu Verstopfungen führen. Bei schlitzartiger Ausgestaltung der Aschedurchtrittslöcher 58 (so wie in 8 gezeigt) beträgt die Schlitzweite w im Bereich des brennraumnahen Schlitzrands beispielsweise zwischen etwa 4 mm und etwa 10 mm. In einem konkreten Beispielfall kann die Schlitzweite w z.B. etwa 7 mm betragen. Eine derartige Ausgestaltung der Aschedurchtrittslöcher (d.h. mit Querschnittszunahme von der brennraumzugewandten Rostseite zur brennraumabgewandten Rostseite und mit den angegebenen Abmessungen) kann bei allen hier offenbarten Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.
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11 zeigt schließlich eine Draufsicht auf die Stützscheibe 38. Diese weist in Zuordnung zu jedem der Sektoren von Aschedurchtrittslöchern 58 des Ascherosts 16 je eine Aussparung 96 auf, die so geformt ist, dass bei winkelrichtiger relativer Anordnung des Ascherosts 16 und der Stützscheibe 38 alle Aschedurchtrittslöcher 58 des Ascherosts 16 durch die Aussparungen 96 der Stützscheibe 38 hindurch freiliegen. Die zwischen den Aussparungen 96 verbleibenden Materialbereiche bilden Radialstege 98, welche für eine gute Stützwirkung der Stützscheibe 38 für den Ascherost 16 sorgen. Wie der Ascherost 16 und die Kratzscheibe 18 besitzt auch die Stützscheibe 38 eine zentrale Öffnung 100 für den Durchtritt der Antriebswelle des Rührmechanismus.
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Der Ascherost 16 kann beispielsweise aus einem HARDOX-Verschleißblech gefertigt sein, beispielsweise vom Typ HARDOX 450. Für das Material der Kratzscheibe 18 oder/und der Stützscheibe 38 kann beispielsweise ein Baustahl des Typs S355J2+N verwendet werden. Es versteht sich, dass dies reine Beispielmaterialien sind und dass je nach Anforderungsprofil und auftretenden Belastungen, insbesondere thermischen Belastungen, andere Materialien gewählt werden können.
