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Die Erfindung betrifft eine mobile Festbrennstofffeuerungsanlage mit einer Brennkammer zum Verbrennen von Festbrennstoff und einem Stufenrost, einer Fördereinrichtung zum Fördern von Brennstoff von einem Brennstoffspeicher zur Brennkammer und einer Luftzuführung zum Zuführen von Verbrennungsluft in die Brennkammer.
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Eine mobile Festbrennstofffeuerungsanlage kann zur Heutrocknung, zur Trocknung eines Gebäudes, zur Beheizung eines Zelts oder eines Gebäudes, zur Trocknung von landwirtschaftlichen Gütern oder für ähnliche Zwecke verwendet werden. Hierfür wird die Festbrennstofffeuerungsanlage zu ihrem Einsatzort gefahren, dort abgestellt und in Betrieb genommen. Nach Ende des vorgesehenen Betriebs wird die Festbrennstofffeuerungsanlage wieder zurück in ein Lager oder zu einem nächsten Betriebsort gefahren. Zum Betrieb wird Festbrennstoff in der Brennkammer verbrannt, wobei freigesetzte Wärme mit dem Rauchgas einem Wärmetauscher zugeführt wird. Zur Kühlung des Wärmetauschers kann dieser von einem Kühlluftstrom gekühlt werden, der die Wärme aus dem Wärmetauscher abführt und mit einem Luftstrom in das Gebäude, das Zelt, einen Heutrocknungsraum, ein Mais-Silo oder dergleichen leitet.
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Mobile Festbrennstofffeuerungsanlagen werden in verschiedensten Umgebungen betrieben, beispielsweise auf Bauernhöfen zum Trocknen von Heu oder Feldfrüchten, an landwirtschaftlichen Zentralen zur Trocknung von Mais oder anderen Feldfrüchten, an Kraftwerken zur Trocknung von Hackgut oder Stückholz, auf Wiesen oder Plätzen zur Beheizung eines Zelts oder in oder an Gebäuden. Je nach Verwendung der Festbrennstofffeuerungsanlagen werden unterschiedliche Leistungen zur Erzeugung von Warmluft benötigt. Besonders energieintensiv ist die Trocknung von Mais, Getreide oder anderen schweren Feldfrüchten. Hier werden Leistungen im Megawattbereich benötigt, um effektiv trocknen zu können.
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Zur Erzeugung solcher Leistungen ist eine große Festbrennstofffeuerungsanlage erforderlich. Dies steht im Widerspruch zur Transportierbarkeit einer mobilen Feuerungsanlage hinsichtlich ihres Gewichts aber auch hinsichtlich ihres Volumens, da ein Transport mit einem normalen Straßenfahrzeug im regulären Straßenbetrieb wünschenswert ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mobile Festbrennstofffeuerungsanlage anzugeben, die auch bei einer hohen Feuerungsleistung einfach zur transportieren ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine mobile Festbrennstofffeuerungsanlage der eingangs genannten Art gelöst, die erfindungsgemäß einen unter dem Stufenrost angeordneten Ascheförderer zur Förderung der Asche in Parallelrichtung zur Förderrichtung des Stufenrosts in eine Aschesammelkammer aufweist. Mit einer Stufenrostfeuerung kann eine hohe Leistung auf einer langen Brennstrecke erreicht werden. Der erfindungsgemäße Ascheförderer ermöglicht eine dem Transport dienliche kompakte Bauweise der Anlage.
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Die Festbrennstofffeuerungsanlage ist zweckmäßigerweise eine für die Verbrennung eines Biomassebrennstoffs vorbereitete Feuerungsanlage, also eines nicht fossilen Brennstoffs. Besonders vorteilhaft ist eine Holzfeuerungsanlage für den Betrieb mit beispielsweise Hackschnitzeln. Auch eine Verbrennung von Mist oder landwirtschaftlichem Abfallgut ist möglich und vorteilhaft.
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Weiter ist die Feuerungsanlage eine mobile Feuerungsanlage, die also dafür vorgesehen ist, mithilfe eines Fahrzeugs an ihren Einsatzort transportiert, dort betrieben und später an einem anderen Einsatzort erneut betrieben zu werden. Hierzu umfasst die Feuerungsanlage zweckmäßigerweise eine tragende Konstruktion und ein Anhebeelement, das dazu vorbereitet ist, die gesamte Feuerungsanlage mithilfe eines Hebegeräts am Anhebeelement anzuheben. Das Anhebeeelement kann einen Einschub für einen Gabelstapler, eine obere Befestigung für eine Seilaufhängung eines Krans oder dergleichen sein, sodass die Feuerungsanlage angehoben und beispielsweise auf eine Ladefläche eines LKWs abgestellt werden kann.
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Die Festbrennstofffeuerungsanlage weist zweckmäßigerweise eine Warmluftleistung im Megawattbereich auf, also in einem Bereich von 1 MW und mehr. Sie weist vorteilhafterweise einen Rauchgas-Umgebungsluft-Wärmetauscher mit einer Heißseite auf, durch die während des Betriebs das heiße Rauchgas geführt wird, und einer Kaltseite, durch die beispielsweise Umgebungsluft aus der Umgebung der Festbrennstofffeuerungsanlage geführt und dort erwärmt wird. Anschließend kann die Warmluft aus der Feuerungsanlage in die Umgebung, einen Luftschlauch oder in ein Warmluftkanalsystem geblasen werden.
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Der Ascheförderer kann eine Schubbodenaustragung sein mit beweglichen Schiebern und fixierten Gegenhaltern. Analog zu einer Bewegung des Stufenrosts, das den Festbrennstoff von einem Brennstoffeinwurf durch die Verbrennung bis zu einem Abwurf der durch die Verbrennung entstehenden Asche in einen Aschebehälter schiebt, kann auch die Asche unter dem Stufenrost durch die beweglichen Schieber zu einer Aschesammelkammer geschoben werden. Zweckmäßigerweise ist die Aschesammelkammer die gleiche, in den der Stufenrost die auf dem Stufenrost entstandene Asche schiebt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Luftzuführung ein Luftkammersystem unter dem Stufenrost auf, sodass die Verbrennungsluft aus dem Luftkammersystem von unten durch Stufen des Stufenrosts in die Brennkammer einblasbar ist. Die Stufen können hierfür in die Längsrichtung ausgerichtete Stufenglieder aufweisen, die in Querrichtung nebeneinander angeordnet sind und zwischen sich jeweils einen Luftspalt aufweisen, durch die die Verbrennungsluft nach oben zum auf den Stufen liegenden Festbrennstoff gelangen kann.
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Eine besonders kompakte Bauweise der Festbrennstofffeuerungsanlage kann erreicht werden, wenn der Ascheförderer im Luftkammersystem angeordnet ist. Um eine in mehreren Zonen geregelte Verbrennung und damit einen guten Wirkungsgrad und eine gute Abgasreinheit zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn das Luftkammersystem mehrere Kammern aufweist. Jede Kammer hat vorteilhafterweise eine eigene Luftzuführung, insbesondere mit einem eigenen Zuführventil, wobei zwei benachbarte Kammern durch eine Trennwand druckdicht voneinander getrennt sein können. In die Kammern können verschiedene Mengen Verbrennungsluft eingetragen werden, sodass eine Verbrennung in Stufen gesteuert mit Luft versorgt werden kann. Die Luft kann durch ein Sauggebläse in die Kammern eingezogen oder durch ein Druckgebläse in die Kammern eingeblasen werden. Der Stufenrost kann oberhalb der Kammern in mehrere Zonen eingeteilt sein, die mit einer unterschiedlichen Menge an Verbrennungsluft beliefert werden können. Die Kammern liegen zweckmäßigerweise parallel zum Stufenrost, sodass der Stufenrost in mehrere, beispielsweise vier Feuerungszonen aufgeteilt ist. Jeder Feuerungszone ist einzig über der ihr zugeordneten Kammer angeordnet.
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Einer kompakten Konstruktion der Festbrennstofffeuerungsanlage ist es außerdem dienlich, wenn der Ascheförderer in zumindest zwei Kammern angeordnet ist und durch zumindest eine Trennwand zwischen den Kammern hindurch reicht. Es kann eine platzgünstige und kontinuierliche Ascheförderung erreicht werden.
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Vorteilhafterweise umfasst die Trennwand eine durch eine Klappe verschlossene Öffnung, wobei die Klappe so gestaltet ist, dass sie durch ihr eigenes Gewicht schwerkraftgetrieben schließt. Auf Motoren oder komplexe Mechanismen kann verzichtet werden, wodurch Gewicht gespart wird, was einer besseren Transportierbarkeit zugutekommt.
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Unabhängig von einer Luftzuführung und einem Luftkammersystem ermöglicht eine Konstruktion des Ascheförderers in der Art, dass er durch eine Öffnung in einer Trennwand hindurch reicht, kompakte Konstruktionsmöglichkeiten. Die Trennwand ist zweckmäßigerweise durch eine so gestaltete Klappe verschlossen, dass sie durch ihr eigenes Gewicht schwerkraftgetrieben schließt.
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Um eine aufwändige Steuerung der Klappe zu vermeiden, weist der Ascheförderer zweckmäßigerweise einen Schieber auf, der so zur Klappe beweglich ist, dass er die Klappe bei einer Förderbewegung öffnet zum Durchschieben von Asche durch die Klappe. Die Klappe kann passiv bleiben, wobei sie durch den Schieber geöffnet und durch ihr eigenes Gewicht – bei einem Zurückziehen des Schiebers – wieder schließt.
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Um ein Verkeilen von Schieber und Klappe zu vermeiden, ist es zweckmäßig, wenn der Schieber so zur Klappe beweglich ist, dass sein höchster Punkt bis maximal zum Klappenunterende schiebbar ist. Zweckmäßigerweise ist eine weitere Förderbewegung blockiert. Die höchste Erhebung des Schiebers wird hierbei zweckmäßigerweise durch eine mechanische Blockierung am Durchtreten des unteren Endes der Klappe gehindert.
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Eine kompakte Konstruktion durch das Einsparen von Elementen kann erreicht werden, wenn die Klappe so zum Ascheförderer angeordnet ist, dass sie bei einer Rückzugsbewegung eines Schiebers des Ascheförderers als Gegenhalter wirkt, der ein Zurückziehen der Asche blockiert. Auf einen zusätzlichen Gegenhalter kann verzichtet werden.
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Mit gleichem Vorteil ist vor und hinter der Klappe jeweils unmittelbar ein Schieber des Ascheförderers angeordnet. Beidseitig der Klappe kann auf Gegenhalter zwischen Schieber und Klappe verzichtet werden.
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Um ein zuverlässiges Schließen der Klappe zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Klappe zumindest ein von einem Verschlussblech der Klappe abstehendes Gewicht aufweist, das durch eine Hebelanordnung das Verschlussblatt in seine Schließstellung drückt.
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Eine einfache und robuste Konstruktion, die zudem relativ unanfällig gegen ein Verklemmen durch Flugasche ist, kann erreicht werden, wenn die Klappe mit einer Doppel-U-Verbindung in einer Wandung der Trennwand hängt. Ein Schenkel des nach unten gewandeten U kann in einen Schenkel eines nach oben gewandeten U eingreifen und somit einen einfachen und stabilen Formschluss herstellen.
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Bei einer Feuerung, die eine Warmluftleistung im Megawattbereich erzeugt, entstehen extrem hohe Temperaturen, die zu einer sehr temperaturfesten Konstruktion der Brennkammer zwingen. Eine temperaturfeste Konstruktion kann im Feuerungsbereich durch eine Schamottauskleidung erreicht werden, durch die ein Mauerwerk gegen hohe Temperaturen abgeschirmt wird. Im mobilen Bereich ist jedoch weder ein Mauerwerk noch eine sehr große oder dicke Schamottabschirmung wünschenswert, da eine möglichst leichte Festbrennstofffeuerungsanlage vorteilhaft ist. Besonders temperaturgefährdet ist die Brennkammerdecke der Brennkammer. Um diese mit geringem Gewicht konstruieren und vor einem Verbrennen schützen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Brennkammerdecke aus Blech ausgeführt ist. Zur Kühlung der Decke ist ein Luftkühlsystem vorteilhaft, mit dem Kühlluft entlang der Brennkammerdecke blasbar ist. Mit der Kühlluft, beispielsweise Umgebungsluft aus der Umgebung der Feuerungsanlage, kann die Brennkammerdecke soweit abgekühlt werden, dass sie nicht verbrennt.
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Eine gute Luftkühlung kann erreicht werden, wenn die Brennkammerdecke einen aus zwei insbesondere waagerecht ausgerichteten Blechen gebildeten Zwischenraum aufweist. Dieser erstreckt sich zweckmäßigerweise über die gesamte Breite der Brennkammer. Der Zwischenraum kann mit einem Gebläse in der Weise verbunden werden, dass Kühlluft in den Zwischenraum blasbar ist, beispielsweise Umgebungsluft.
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Um eine hohe mechanische Stabilität des Zwischenraums auch bei hohen Temperaturen zu gewährleisten ist es vorteilhaft, wenn beiden Bleche durch mehrere insbesondere vertikale Stege miteinander verbunden sind, die von beiden Seiten von der Kühlluft umströmbar sind. Die Stege können unterbrochene Stege sein, sodass die Luft die Stege kreuzen kann.
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Eine Kühlung der Brennkammerdecke hat zudem den Vorteil, dass Wärmeenergie aus der Brennkammer direkt zur Nutzung abgeführt werden kann, beispielsweise zur Erzeugung von Warmluft, die zum Trocknen von Mais genutzt werden kann. Hierfür ist es sinnvoll, wenn die Festbrennstofffeuerungsanlage mit Umgebungsluft durchblasen wird, die in der Feuerungsanlage erwärmt wird und dann beispielsweise in ein Schlauchsystem oder ein metallisches Luftführungssystem geblasen wird. Hierfür ist eine Luftführung durch die Festbrennstofffeuerungsanlage vorhanden, deren Eingang zweckmäßigerweise auf einer Seite der Anlage und deren Ausgang auf der gegenüberliegenden Seite der Anlage liegt.
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Die Luftführung weist vorteilhafterweise eine Abzweigung auf, die durch den Zwischenraum in der Brennkammerdecke verläuft. Die Abzweigung kann im Strömungsweg danach innerhalb der Anlage wieder mit dem Hauptluftweg verbunden werden, sodass eine Vermischung der beiden Ströme für einen Temperaturausgleich sorgt. Hierdurch kann vermieden werden, dass die im Zwischenraum zu heiß erhitzte Luft beim Austreten aus der Feuerungsanlage Schaden anrichtet.
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Die große Leistung der Festbrennstofffeuerungsanlage erlaubt die Verwendung von feuchtem Brenngut, beispielsweise Hackschnitzel, landwirtschaftliche Abfälle oder andere feuchte Biomasse. Diese werden in feuchtem Zustand in die Brennkammer eingetragen, sodass sie vor der Verbrennung dort trocknen. Eine effektive Trocknung kann erreicht werden, wenn das bei der Verbrennung entstehende heiße Rauchgas nach hinten in Richtung einer Brennstoffzuführung geführt wird, sodass es das zwar in der Brennkammer lagernde, jedoch noch nicht brennende Brenngut trocknet.
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Ein guter Wärmeaustrag direkt aus der Brennkammer kann erreicht werden, wenn die Brennkammerdecke eine Zwischendecke und eine Oberdecke aufweist. Die Zwischendecke ist so in der Brennkammer gelegen, dass sie im Betrieb von unten und von oben vom heißen Rauchgas überstrichen wird. Durch die Zwischendecke geblasene Kühlluft kann auf diese Weise eine hohe Wärmeenergiemenge aufnehmen zur weiteren Verwendung. Zweckmäßigerweise verläuft die Rauchgasführung in der Brennkammer so, dass sie unter der Zwischendecke nach hinten in Richtung einer Brennkammerzuführung verläuft und von dort nach oben an die Oberdecke und an dieser entlang zwischen Zwischendecke und Oberdecke nach vorne, insbesondere zu einem Rauchgasauslass aus der Brennkammer, der zweckmäßigerweise ein seitlicher Rauchgasauslass ist. Der Rauchgasauslass führt vorteilhafterweise direkt zu einem Wärmetauscher, in dem dem Rauchgas weitere Wärmeenergie entzogen wird.
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Zur guten Wärmeausnutzung ist es vorteilhaft, wenn sowohl die Zwischendecke als auch die Oberdecke einen mit Umgebungsluft kühlbaren Zwischenraum aufweisen.
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Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf ein Verfahren zum Erzeugen von Warmluft mit einer Festbrennstofffeuerungsanlage, insbesondere mit einer Anlage wie oben beschrieben ist. Der Festbrennstoff wird mit einer Fördereinheit von einem Brennstoffspeicher zu einer Brennkammer gefördert und auf einem Stufenrost verbrannt. Durch die Verbrennung auf dem Stufenrost erzeugte Asche fällt nach unten in eine Kammer.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Asche erfindungsgemäß mit einem senkrecht unter dem Stufenrost angeordneten Ascheförderer in Parallelrichtung zur Förderrichtung des Stufenrosts in einen Aschesammler gefördert wird.
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Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in einigen abhängigen Ansprüchen zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfasst werden, insbesondere bei Rückbezügen von Ansprüchen, sodass ein einzelnes Merkmal eines abhängigen Anspruchs mit einem einzelnen, mehreren oder allen Merkmalen eines anderen abhängigen Anspruchs kombinierbar ist. Außerdem sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination sowohl mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als auch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, beispielsweise gemäß den unabhängigen Ansprüchen, kombinierbar. So sind Verfahrensmerkmale auch als Eigenschaft der entsprechenden Vorrichtungseinheit gegenständlich formuliert zu sehen und funktionale Vorrichtungsmerkmale auch als entsprechende Verfahrensmerkmale.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
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Es zeigen:
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1 eine mobile Festbrennstofffeuerungsanlage mit einer Stufenrostfeuerung und einem Luftkammersystem unter dem Stufenrost in einem Längsschnitt perspektivisch von der Seite,
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2 die Festbrennstofffeuerungsanlage aus 1 in einem Querschnitt perspektivisch schräg von oben,
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3 eine Primärluftkammer zum Einblasen von Verbrennungs luft in das Luftkammersystem und
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4 eine Trennwand mit einer Klappe zwischen zwei Kammern des Luftkammersystems.
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1 zeigt eine mobile Festbrennstofffeuerungsanlage 2 in den Abmessungen eines 40-Fuss Containers und einer Warmluftleistung von 2.500 kW. Die Feuerungsanlage 2 ist in einem perspektivischen Längsschnitt gezeigt, der dem Betrachter einen Blick in die Brennkammer 4 und einen Aggregatraum 6 der Feuerungsanlage 2 gewährt. In der Brennkammer 4 ist ein Stufenrost 8 mit einer Mehrzahl von alternierend angeordneten Standstufen 10 und Schubstufen 12 angeordnet. Unter den Stufenrost 8 ist ein Luftkammersystem 14 mit vier Kammern 16a–d angeordnet, aus denen im Betrieb der Festbrennstofffeuerungsanlage 2 von unten Verbrennungsluft durch die Stufen 10, 12 bläst. Am Ende des Stufenrosts 8 und unterhalb von diesem befindet sich ein Aschesammelkasten 18 zum Auffangen der durch die Verbrennung entstandenen Asche.
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Im Aggregatraum 6 ist eine Fördereinheit 20 mit zwei Förderschnecken zum Einbringen von Festbrennstoff auf der Stufenrost 8 zu sehen. Durch einen Schacht 22 kann der Festbrennstoff von oben in die Festbrennstofffeuerungsanlage 2 eingefüllt werden, beispielsweise aus einem externen Brennstoffspeicher, und fällt auf die beiden Schnecken der Fördereinheit 20, die den Festbrennstoff schräg nach oben in die Brennkammer 4 befördern. Der Schacht kann in diesem Zusammenhang als interner Brennstoffspeicher angesehen werden.
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Weiter sichtbar sind drei Gebläse 24, 26, 28. Jedes dieser Gebläse 24, 26, 28 bildet mit zugehörigen Kanälen eine Luftzuführung zum Zuführen von Verbrennungsluft in die Brennkammer 4. Das größte dieser Gebläse 24, 26, 28 ist ein Sauggebläse 24, das im Betrieb das durch die Verbrennung entstehende Rauchgas aus der Brennkammer 4 saugt. Im Betrieb der Feuerungsanlage 2 herrscht insofern ein Unterdruck innerhalb der Brennkammer 4, der verhindert, dass Rauchgase unkontrolliert aus der Feuerungsanlage 2 austreten. Das Gebläse 26 ist ein Primärluftgebläse, das Luft aus dem Aggregatraum 6 ansaugt und dem Luftkammersystem 14 zuführt. Das Gebläse 28 ist ein Sekundärluftgebläse, das ebenfalls Luft aus dem Aggregatraum 6 anbläst und als sekundäre Verbrennungsluft oben in die Brennkammer 4 einbläst.
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Innerhalb der Brennkammer 4 ist eine Zwischendecke 30 zu sehen, die teilweise durch die Brennkammer 4 ragt. Über der Zwischendecke 30 ist eine Oberdecke 32 angeordnet, die die Brennkammer 4 nach oben begrenzt. Heiße Rauchgase 34, die bei einer Verbrennung des Festbrennstoffs auf dem Stufenrost 8 entstehen, werden von den Flammen zunächst nach oben gegen die Zwischendecke 30 getragen. Die Rauchgase 34 strömen, wie durch den gestrichelten Pfeil in 1 angedeutet, in Richtung zur Brennstoffzuführung, also in Richtung zur Öffnung der Fördereinheit 20 in den Brennraum 4. Hierbei streichen die heißen Rauchgase 34 unten an der Zwischendecke 30 entlang, umströmen deren Kante, steigen auf und strömen oberhalb der Zwischendecke 30 wieder nach vorne. Auf diesem Weg befinden sich die Rauchgase 34 zwischen der Zwischendecke 30 unten und der Oberdecke 32 oben. Durch einen seitlichen Auslass verlassen die Rauchgase 34 die Brennkammer 4 und strömen von oben in einen Wärmetauscher 36, in dessen Heißseite sie dann nach unten eintauchen, wie durch den gestrichelten Pfeil in 1 angedeutet ist.
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2 zeigt die Festbrennstofffeuerungsanlage 2 in einem Querschnitt perspektivisch schräg von oben. Die Schnittlinie ist in 1 durch die strichpunktierte Linie angezeigt. Zu sehen sind längliche Röhren des Wärmetauschers 36, in denen das heiße Rauchgas 34 nach unten eintaucht. Die Wärmetauscher 36 ist zweigeteilt, wobei die Rauchgase 34 in einem vorderen Teil nach unten eintauchen, unten nach hinten strömen und im zweiten hinteren Teil wieder nach oben strömen, wie durch den gestrichelten Pfeil in 2 angedeutet ist. Nach dem Verlassen der länglichen Röhren strömt das Rauchgas 34 zu einer Mehrzahl von Zyklonabscheidern 38, in denen Flugasche aus dem Rauchgas abgeschieden wird. Durch das Gebläse 24 werden die heißen Rauchgase aus den Zyklonabscheidern 38 abgesaugt und durch einen Kamin 40 aus der Feuerungsanlage 2 in die Umgebung gedrückt.
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Am hinteren Ende 44 der Feuerungsanlage 2 ist ein weiteres Gebläse 42 angeordnet, das in 1 angedeutet ist. Durch dieses wird Umgebungsluft in den Aggregatraum 6 eingeblasen, sodass hier ein Überdruck relativ zur Umgebung besteht. Die Umgebungsluft wird auf den Kasten der Zyklonabscheider 38 geblasen, umströmt diesen und gelangt von dort in den Wärmetauscher 36, und zwar in den Umraum der länglichen Röhren, also in die Kaltseite des Wärmetauschers 36. Die Umgebungsluft wird im Wärmetauscher 36 erwärmt und verlässt diesen vorne, um auf der Vorderseite 46 die Feuerungsanlage 2 zu verlassen.
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Ein Teil der in die Feuerungsanlage 2 eingeblasenen Umgebungsluft umströmt die Brennkammer 4. Hierfür ist ein Seitenkanal 48 zwischen der Brennkammer 4 und einem seitlichen Teil des Außengehäuses 50 der Feuerungsanlage 2 vorhanden. In diesen strömt die Umgebungsluft aus dem Aggregatraum 6 von hinten nach vorne, sodass hierdurch die Seitenwand 52 der Brennkammer 4 gekühlt wird. Diese ist aus Blech ausgeführt und zum Schutz gegen zu große Hitze mit Schamottesteinen 54 belegt.
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Die Umgebungsluft strömt in dem Seitenkanal 48 nach vorne und nach oben und gelangt in einen Zwischenraum 56 innerhalb der Zwischendecke 30. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Zwischendecke 30 zweischalig aufgebaut, also aus zwei übereinander liegenden Blechlagen gebildet, zwischen denen der Zwischenraum 56 liegt. Dieser bildet einen zumindest im Wesentlichen horizontalen Kanal quer über die Brennkammer 4, sodass die Umgebungsluft aus den Seitenkanal 48 durch den Zwischenraum 56 zur Kaltseite des Wärmetauscher 36 gelangen kann, wie in 2 durch den gestrichelten Pfeil 58 angedeutet ist. Hierdurch wird die Zwischendecke 30 gekühlt und hierdurch vor einer Überhitzung durch die enorme Verbrennungswärme aus der Brennkammer 4 geschützt.
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Aus 1 ist zu sehen, dass auch die Oberdecke 32 oberhalb der Brennkammer 4 zweischalig aufgebaut ist. Auch hier ist ein Zwischenraum 60 vorhanden, der in gleicher Weise wie der Zwischenraum 56 von der eingeblasenen Umgebungsluft durchströmt wird. Durch den Zwischenraum 60 erreicht die Umgebungsluft den oberen Teil der Kaltseite des Wärmetauschers 36, sodass auch die Oberdecke 32 gekühlt wird.
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Zum Betrieb der Feuerungsanlage 2 wird Festbrennstoff, beispielsweise Hackschnitzel oder andere Biomasse, durch die Fördereinheit 20 in den Brennraum 4 geschoben. Er fällt von oben auf den Stufenrost 8 und wird von diesem durch die Bewegungen der Schubstufen 12 auf den Standstufen 10 Stück für Stück in Richtung nach vorne geschoben. Durch eine nicht dargestellte Zündautomatik wird der Festbrennstoff auf dem Stufenrost 8 gezündet und verbrennt dort, während er nach vorne geschoben wird.
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Gerade bei sehr nassem Brennstoff, beispielsweise nassen Hackschnitzeln, findet die Verbrennung auf dem Stufenrost 8 nicht sofort statt, da der Festbrennstoff erst getrocknet werden muss, bevor er zündet. Es kann also sein, dass auf dem hinteren Abschnitt des Stufenrosts 8 noch keine oder wenig Verbrennung stattfindet. Im vordersten Abschnitt des Stufenrosts 8 hingegen ist der Festbrennstoff weitgehend verbrannt, sodass nach vorne hin die Verbrennung immer weiter abnimmt. Beispielsweise ist die Verbrennung auf der vordersten Schubstufe 12 und der vordersten Standstufe 10 bereits erloschen, sodass auf diesen Stufen 10, 12 nur Asche liegt, die dann über den vorderen Rand 62 des Stufenrosts 8 geschoben wird und nach unten in den Aschesammelkasten 18 fällt.
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Zur Versorgung der Verbrennung mit Verbrennungsluft drückt das Gebläse 26 Umgebungsluft in das Luftkammersystem 14 unterhalb des Stufenrosts 8. Die Stufen 10, 12 des Stufenrosts 8 sind jeweils aus einer Vielzahl von nebeneinander liegenden Elementen gebildet, die in 4 nebeneinander sichtbar sind. Zwischen diesen Elementen sind Schlitze, durch den die Verbrennungsluft von unten die Stufen 10, 12 durchtreten und die Verbrennung des auf den Stufen 10, 12 liegenden Festbrennstoffs anfachen kann. Wie eben beschrieben, ist die Verbrennung jedoch entlang des Stufenrosts 8 sehr ungleichmäßig, sodass auch die Verbrennungsluftzuführung entsprechend der Verbrennung entlang des Stufenrosts 8 ungleichmäßig sein sollte.
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Um dies zu erreichen, ist das Luftkammersystem 14 in eine Mehrzahl von Kammern 16a–d eingeteilt. Die beispielsweise vier Kammern 16a–d sind hierbei durch Trennwände 64 im Wesentlichen drückdicht voneinander getrennt, von denen eine in einer vergrößerten Darstellung in 4 gezeigt ist. Zu jeder Kammer 16a–d führt ein eigener Primärluftkanal 66, von denen drei nebeneinander liegend in 3 angedeutet sind. Jeder Primärluftkanal 66 hat ein eigenes Eingangsventil 68, das in 3 jeweils dargestellt ist. In 4 ist einer der Auslässe 92 eines Primärluftkanals 66 gezeigt, der von einer Primärluftkammer 70 in die zweite Kammer 16b reicht.
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3 zeigt eine Primärluftkammer 70, die mit dem Gebläse 26 verbunden ist. Während des Betriebs der Feuerungsanlage 2 bläst das Gebläse 26 Luft in die Primärluftkammer 70, sodass in dieser ein Überdruck gegenüber der Umgebung besteht. Durch die individuell einstellbaren Eingangsventile 68 drückt diese Primärluft in den entsprechenden dahinter liegenden Primärluftkanal 66, sodass jede der Kammern 16a–d individuell mit der gesteuerten Luftmenge versorgt wird. Die drei in 3 sichtbaren Eingangsventile 68 versorgen die drei hinteren Kammern 16b–d. Zur vordersten Kammer 16a führt ein in den Figuren nicht sichtbarer Primärluftkanal von der Seite. Dieser ist ebenfalls mit einem nicht dargestellten Eingangsventil individuell steuerbar.
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Auf diese Weise kann in der Zone der stärksten Verbrennung oberhalb der dritten Kammer 16c die meiste Primärluft eingeblasen werden, in die zweite Kammer 16b, in der auch eine starke Verbrennung stattfindet, etwas weniger Primärluft und in die erste Kammer 16a weniger oder gar keine Primärluft, entsprechend der dort herrschenden Verbrennung. Bei sehr nassem Festbrennstoff wird in die letzte Kammer 16d keine Primärluft eingeblasen, da in der darüber liegenden vierten Verbrennungszone keine Verbrennung stattfindet. Die heißen Rauchgase 34 überstreichen den dort lagernden nassen Festbrennstoff und trocknen diesen. Je weiter dieser nach vorne geschoben wird und trocknet, desto eher zündet er in der davor liegenden Verbrennungszone, die über der Kammer 16c liegt.
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Über der Zone der stärksten Verbrennung ist die Zwischendecke 30 einer besonders starken Hitze ausgesetzt. Zur Schonung der Zwischendecke 30 ist diese dort mit Schamottesteinen 72 belegt. In einem davor liegenden Bereich ist dies nicht notwendig, da in den vorderen Zonen des Stufenrosts 8 keine so starke Hitze entsteht. Hier kann das durch den Umgebungsluftstrom gekühlte Blech der Verbrennung auch ohne Schamottesteinschutz standhalten.
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Wie aus den 1 und 2 sichtbar ist, ist ein Teil des Zwischenraums 56 der Zwischendecke 30 mit Stegen 74 versehen, die die beiden Blechlagen gegeneinander abstützen. Die Stege 74 sind, wie in 2 zu sehen ist, unterbrochen ausgeführt, also mit Zwischenräumen ausgestaltet, sodass die Umgebungsluft 58 die Stege 74 kreuzen kann. Die Stege stabilisieren die beiden Blechlagen gegen ein Verwerfen bei sehr hohen Temperaturen. Hierdurch wird verhindert, dass durch eine Wellenbildung beziehungsweise Verwerfung der beiden Lagen der Strömungsquerschnitt im Zwischenraum 56 zu stark verringert wird, sodass dieser nicht mehr durch die Umgebungsluft 58 durchströmt werden und gekühlt werden kann. Hierdurch wird eine Zerstörung der Zwischendecke 30 vorgebeugt.
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Bei der Verbrennung des Festbrennstoffs auf dem Stufenrost 8 entsteht Asche, die teilweise durch die Schlitze zwischen den nebeneinander liegenden Elementen der Stufen 10, 12 nach unten in das Luftkammersystem 14 fällt. Zum Austragen dieser Asche ist im Luftkammersystem 14 ein Ascheförderer 76 angeordnet. Der Ascheförderer 76 ist eine Schubbodenaustragung mit beweglichen Schiebern 78 und gehäusefest fixierten Gegenhaltern 80. Zwei Schieber 78 und ein Gegenhalter 80 ist in 4 vergrößert dargestellt. Auch 3 zeigt einen der Schieber 78. Die Schieber 78 werden durch eine Schubstange 90 translatorisch koordiniert hin- und herbewegt, sodass sie – analog zum Stufenrost 8 – die Asche von hinten nach vorne über die Gegenhalter 80 hinweg drücken. Am Ende des Weges nach vorne fällt die Asche über einen Rand 82 nach unten in den Aschesammelkasten 18.
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Der Rand 82 liegt in der Nähe einer Öffnung der letzten Kammer 16a, die in einer Trennwand 64 eingebracht ist. Wie bei anderen Trennwänden 64 zwischen den Kammern 16a–d sind diese Öffnungen durch jeweils eine Klappe 84 verschlossen. Eine solche Klappe 84 ist in 4 vergrößert dargestellt.
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Wie aus 1 zu sehen ist, wird die Asche von dem Ascheförderer 76 durch die Trennwände 64 hindurch gefördert. Hierfür ist in sämtlichen Trennwänden 64 eine Öffnung eingebracht, die jeweils durch eine Klappe 84 verschlossen ist. Wie in 4 zu sehen ist, ist die Klappe 84 in der darüber liegenden Trennwand 64 eingehängt. Die Einhängung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel über zwei U-Profile, die jeweils mit einem ihrer Schenkel in den Zwischenraum der jeweils anderen U-Form eingreifen. Hierdurch hängt die Klappe 84 relativ frei beweglich nach unten. Auf Scharniere, die durch die Asche im Laufe der Zeit zusetzen könnten, kann verzichtet werden.
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Wie in 4 zu sehen ist, liegt die Klappe 84 in ihrem geschlossenen Zustand auf einem Boden 86 des Ascheförderers 76 auf. Die Klappe 84 ist hierbei schräg gestellt, sodass sie – wenn der Boden 86 nicht vorhanden wäre – durch ihr eigenes Gewicht und ihre Form weiter nach unten schwenken würde. Die Klappe 84 wird also schwerkraftgetrieben durch ihr eigenes Gewicht und ihre eigene Form nach unten gegen den Boden 86 gedrückt und somit in ihr Schließstellung gehalten. Das Gewicht der Klappe 84 ist hierbei so gewählt, dass auch bei stärkstmöglichen Druckunterschieden zwischen den Kammern 16a–d die Klappe 84 vollständig geschlossen bleibt, die Gewichtskraft also einen Öffnungsdruck auf der Fläche der Klappe 84 überwiegt.
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Um die gewichtsbedingte Schließkraft weiter zu erhöhen, trägt jede Klappe 84 ein oder mehrere von der Fläche der Klappe 84 abstehende Gewichte 88, in diesem Beispiel zwei 8 mm starke Bleche im L-Form, deren unterer L-Schenkel mit der Klappe 84 verschweißt oder verschraubt ist, sodass der lange L-Schenkel senkrecht von der Klappenfläche absteht. Hierdurch wirkt das Gewicht 88 mit einem Hebel in Schließrichtung auf die Klappe 84 und drückt diese noch stärker in ihrer Schließposition beziehungsweise drückt sie auf den Boden 86.
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Beidseitig der Klappe 84 ist jeweils ein Schieber 78 des Ascheförderers 76 angeordnet. Die Schieber 78 sind an einer Schubeinheit 90 befestigt, im gezeigten Ausführungsbeispiel einem Schubrohr. Dieses bewegt sich translatorisch hin und her in Förderrichtung des Ascheförderers 76 und zurück, sodass die Schieber 78 entsprechend hin- und herbewegt werden. Fest am Boden fixiert sind hingegen die Gegenhalter 80, sodass die Schieber 78 bei einer Vorwärtsbewegung die Asche über den nächst vorne liegenden Gegenhalter 80 hinüber schieben. Bei einer Rückwärtsbewegung wird die Asche von den ruhenden Gegenhaltern 80 über den jeweils von vorne kommenden Schieber 78 gedrückt, sodass die Asche vor den Schieber 78 zu liegen kommt und bei der nächsten Vorwärtsbewegung weiter nach vorne geschoben wird. Hierbei wird die Asche gegen die Klappe 84 gedrückt. Ist genügend Asche vorhanden, beziehungsweise bei ausreichendem Druck, hebt die Asche die Klappe 84 leicht an und wird unter ihr hindurch geschoben.
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Je nach Bewegungslänge der Schieber 78 können diese bis zur Klappe 84 bewegt werden, wobei ihr höchster Punkt den tiefsten Punkt der Klappe 84 nicht passiert, um ein Verhaken der Klappe 84 am Schieber 78 zu vermeiden. Bei einer Rückzugsbewegung der Schieber 78 wandert der nächst vorne vor der Klappe 84 liegende Schieber 78 auf die Klappe 84 zu. Diese wird durch ihr eigenes Gewicht und den sich hinten reduzierenden Aschedruck wieder geschlossen und dient nun seinerseits als fixierter Gegenhalter, der die Asche auf den sich von vorne annähernden Schieber 78 hinauf drückt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Festbrennstofffeuerungsanlage
- 4
- Brennkammer
- 6
- Aggregatraum
- 8
- Stufenrost
- 10
- Standstufe
- 12
- Schubstufe
- 14
- Luftkammersystem
- 16a–d
- Kammer
- 18
- Aschesammelkasten
- 20
- Fördereinheit
- 22
- Schacht
- 24
- Gebläse
- 26
- Gebläse
- 28
- Gebläse
- 30
- Zwischendecke
- 32
- Oberdecke
- 34
- Rauchgas
- 36
- Wärmetauscher
- 38
- Zyklonabscheider
- 40
- Kamin
- 42
- Gebläse
- 44
- Hinterseite
- 46
- Vorderseite
- 48
- Seitenkanal
- 50
- Außengehäuse
- 52
- Seitenwand
- 54
- Schamottestein
- 56
- Zwischenraum
- 58
- Pfeil
- 60
- Zwischenraum
- 62
- Rand
- 64
- Trennwand
- 66
- Primärluftkanal
- 68
- Eingangsventil
- 70
- Primärluftkammer
- 72
- Schamottestein
- 74
- Steg
- 76
- Ascheförderer
- 78
- Schieber
- 80
- Gegenhalter
- 82
- Rand
- 84
- Klappe
- 86
- Boden
- 88
- Gewicht
- 90
- Schubeinheit
- 92
- Auslass
