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Die Erfindung betrifft eine mobile Festbrennstofffeuerungsanlage mit einem Festbrennstoffbrenner, einer Brennkammer, einer Brennstoffzuführung zur Brennkammer und einer Rückbrandsicherung in der Brennstoffzuführung.
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Eine mobile Festbrennstofffeuerungsanlage kann zur Heutrocknung, zur Trocknung eines Gebäudes, zur Beheizung eines Zelts oder eines Gebäudes 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 die freigesetzte Wärme im Rauchgas durch einen Wärmetauscher geleitet wird. Zur Kühlung des Wärmetauschers kann dieser von einem Kühlluftstrom durchströmt werden, der die Wärme aus dem Wärmetauscher abführt und beispielsweise in einem Luftstrom in das Gebäude, das Zelt, einen Heutrocknungsraum oder dergleichen leitet.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Festbrennstofffeuerungsanlage anzugeben, die besonders betriebssicher arbeitet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Festbrennstofffeuerungsanlage der eingangs genannten Art gelöst, die erfindungsgemäß eine Steuereinheit aufweist, die dazu vorbereitet ist, einen Sicherungszustand der Rückbrandsicherung zu steuern.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine mobile Feuerungsanlage in einem Unterdruckbetrieb oder einem Überdruckbetrieb betrieben werden kann. Bei einem Unterdruckbetrieb wird das Rauchgas mithilfe eines Gebläses aus der Brennkammer herausgesaugt, sodass die Brennkammer in einem Unterdruck relativ zur Umgebung steht. Die Verbrennungsluft – insbesondere die Sekundärluft – wird durch den Unterdruck in die Brennkammer hineingesaugt. Bei einem Überdruckbetrieb wird die Verbrennungsluft mit einem Gebläse in die Brennkammer eingedrückt, sodass in der Brennkammer ein Überdruck relativ zur Umgebung herrscht.
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Während der Unterdruckbetrieb besonders betriebssicher ist, da einem unerwünschten Austritt von Rauchgasen aus der Brennkammer, beispielsweise in eine Brennstoffzuführung hinein, entgegengewirkt wird, ist der Überdruckbetrieb mit einfacheren Mitteln und damit kostengünstiger zu erreichen. Bei einem Überdruckbetrieb kann es jedoch leichter vorkommen, dass Rauchgase in unerwünschter Weise aus der Brennkammer austreten. Dies ist besonders dann kritisch, wenn die Rauchgase sehr heiß sind und in die Brennstoffzuführung eintreten und den dort lagernden Brennstoff entzünden. Der Brennstoff kann zurück brennen und im schlimmsten Fall das angeschlossene Brennstofflager in Brand setzen.
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Um einen solchen Rückbrand zu verhindern, sind Rückbrandsicherungen bekannt, beispielsweise in Form einer Zellradschleuse. Diese verhindert zwar zuverlässig ein Hindurchtreten von Feuer, benötigt jedoch eine gewisse Fallhöhe, um in einem brennstofffreien Raum betrieben werden zu können und eine zweite Fördereinheit zum Fördern von Brennstoff zur Fallstrecke. Beide Notwendigkeiten sind einer kompakten und kostengünstigen Bauweise der mobilen Festbrennstofffeuerungsanlage abträglich.
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Eine besonders einfache und kompakte Festbrennstoffzuführung zur Brennkammer kann erreicht werden, wenn diese über eine weite Strecke vollständig mit Festbrennstoff befüllt ist. Außerdem stellt eine solche Brennstofffüllung einen so großen Druckwiderstand für durch die Brennstoffzuführung strömendes heißes Rauchgas dar, dass bei einem nur leichten Überdruckbetrieb ein Hindurchdrücken von Rauchgas durch die Brennstoffzuführung zumindest in noch ausreichender Weise gehindert wird. Auf eine Rückbrandsicherung kann verzichtet werden.
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Kommt es jedoch zu einem vollständigen oder teilweisen Leerlaufen der Brennstoffzuführung, z.B. durch eine Betriebsstörung oder ein entleertes Brennstofflager, so sinkt der Strömungswiderstand in der Brennstoffzuführung und heiße Rauchgase können durch den Überdruckbetrieb durch die Brennstoffzuführung strömen, gegebenenfalls bis zu einem Brennstofflager, das im schlimmsten Fall durch die heißen Rauchgase entzündet wird. In einem solchen Fall ist eine Rückbrandsicherung notwendig.
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Es ist daher sinnvoll, eine Rückbrandsicherung schaltbar zu gestalten, sodass ein Sicherungszustand der Rückbrandsicherung, beispielsweise eine geöffnete oder eine geschlossene Stellung, gesteuert werden können. Zu dieser Steuerung ist die Steuereinheit vorbereitet, die die Steuerung anhand beispielsweise eines Betriebsparameters vornehmen kann.
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Die Brennkammer ist zweckmäßigerweise mit einer Rauchgasabführung verbunden, die die Brennkammer mit der Heißseite eines Wärmetauschers der mobilen Festbrennstofffeuerungsanlage verbindet. Die Kaltseite des Wärmetauschers ist zweckmäßigerweise mit einer Umgebungsluftzuführung verbunden, sodass der Wärmetauscher mit Umgebungsluft gekühlt werden kann, die durch den Wärmetauscher hindurchgeblasen wird. Die Brennstoffzuführung kann eine Fördereinheit zur Brennkammer, beispielsweise eine Förderschnecke, eine Brennstoffleitung und insbesondere ein Festbrennstofflager umfassen.
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Die Rückbrandsicherung ist zweckmäßigerweise eine Einheit, die eine Fortbewegung eines Brands in der Brennstoffzuführung unterbindet beziehungsweise zu einer solchen Unterbindung vorbereitet ist. Die Rückbrandsicherung kann eine mechanische Einheit zum Verschließen der Brennstoffzuführung sein, beispielsweise eine Klappe, ein Schieber, ein Zellrad oder eine temperaturaktive Manschette, die sich bei Erwärmung ausdehnt und bei einer vorbestimmten Temperatur die Brennstoffzuführung durch Ausdehnung verschließt. Der Sicherungszustand kann ein Öffnen oder ein Schließen beziehungsweise ein offener Zustand oder ein geschlossener Zustand sein.
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Die Rückbrandsicherung kann auch eine Löschwassereinheit mit Temperaturfühler aufweisen, ein Feuerlöscher mit Selbstauslöser, oder dergleichen. Der Sicherungszustand kann ein inaktiver oder aktiver Zustand sein, bei dem Löschmittel ausgegeben wird. Die Rückbrandsicherung kann auch eine Einheit sein, die dazu vorbereitet ist, einen Luftstrom stromabwärts zu erzwingen, auch gegen einen Überdruckbetrieb. Der Sicherungszustand kann bei dieser Ausprägung eine Gebläseaktivierung, eine Luftflussrichtung in der Brennstoffzuführung oder dergleichen sein. Da sich ein Brand durch die Brennstoffzuführung nur langsam fortsetzt, kann die Rückbrandsicherung auch eine Fördereinheit sein, die den Festbrennstoff schneller durch die Brennstoffzuführung führt, als sich ein Brand in die entgegengesetzte Richtung hindurch fressen kann. Der Sicherungszustand kann ein Fördermodus sein, insbesondere ein beschleunigter Förderbetrieb, in dem Brennstoff schneller gefördert wird, als in einem regulären Betrieb ohne das Vorliegen einer Rückbrandgefahr. Ebenfalls möglich ist es, dass die Rückbrandsicherung eine Einheit ist, die dazu vorbereitet ist, eine brennstofffreie Zone innerhalb der Brennstoffzuführung einzurichten, beispielsweise durch ein Verschließen der Brennstoffzuführung oder ein Stoppen eine Brennstoffzufuhr.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Brennstoffzuführung mit einem Füllstandssensor ausgerüstet, der mit der Steuereinheit signaltechnisch verbunden ist. Diese ist zweckmäßigerweise dazu vorbereitet, einen Füllstand in der Brennstoffzuführung zu erkennen. Wird beispielsweise eine brennstofffreie Zone in der Brennstoffzuführung erkannt, so kann dies ein Hinweis darauf sein, dass der durch den Festbrennstoff bewirkte Strömungswiderstand in der Brennstoffzuführung nicht mehr ausreichend ist, um Rauchgas in genügender Weise daran zu hindern, durch die Brennstoffzuführung zu strömen. Die Rückbrandsicherung kann aktiviert und ein Strömen von heißen Rauchgasen durch die Brennstoffzuführung verhindert werden. Entsprechend ist die Steuereinheit dazu vorbereitet, die Rückbrandsicherung in Abhängigkeit von einem Füllstand der Brennstoffzuführung zu steuern.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Rückbrandsicherung ein Gasfördersystem mit einer Gaseinmündung in die Brennstoffzuführung und eine Gasfördereinheit aufweist, beispielsweise ein Gebläse, die über eine Gaszuleitung mit der Gaseinmündung verbunden ist. Das Gasfördersystem kann ein Schlauch- oder Leitungssystem sein. Bei einer Rückbrandgefahr kann Umgebungsluft oder ein anderes Gas in die Brennstoffzuführung eingedrückt werden, wodurch eine Gasströmung stromabwärts, also in Förderrichtung des Brennstoffs, erzwungen wird. Heiße Rauchgase werden aus der Brennstoffzuführung zurück in die Brennkammer gedrückt und einer Ausbreitung eines Brands in der Brennstoffzuführung wird entgegengewirkt. Je nach Stärke des Gasstroms und der Art des Gases kann eine unerwünschte Ausbreitung unterbunden werden.
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Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, einen Gasfluss durch die Gaseinmündung in Abhängigkeit von einem Füllstand in der Brennstoffzuführung zu steuern. Wird beispielsweise eine Entleerung der Brennstoffzuführung erkannt, die auf eine Verringerung des Strömungswiderstands hindeutet, so kann ein kritisches Durchströmen der Brennstoffzuführung mit Rauchgas durch das Einleiten von Gas über die Gaseinmündung in die Brennstoffzuführung unterbunden werden.
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Zweckmäßigerweise ist die mobile Festbrennstofffeuerungsanlage mit einem Drucksensorsystem ausgestattet, das dazu vorbereitet ist, einen Druck in der Brennstoffzuführung und/oder in der Brennkammer zu messen. Bei einem Überdruckbetrieb wird der Druck in der Brennstoffzuführung stromaufwärts durch den Strömungswiderstand des Brennstoffs in der Brennstoffzuführung verringert. Verringert sich der Brennstoff in der Brennstoffzuführung, beispielsweise durch ein Leerlaufen eines Brennstoffspeichers, so erhöht sich der Druck in der Brennstoffzuführung gegenüber der Umgebung. Dies kann gemessen und die Rückbrandsicherung kann geschaltet werden, beispielsweise wird eine Klappe geschlossen und/oder ein Luftgebläse wird gestoppt, z.B. das Primärluftgebläse.
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Vorteilhafterweise ist das Drucksensorsystem dazu vorbereitet, einen Druckunterschied zwischen der Brennstoffzuführung und der Brennkammer und/oder der Umgebung zu messen. Hierdurch kann eine Richtung eines Druckgefälles in der Gaszuführung erkannt werden, und das Druckgefälle kann durch beispielsweise ein Einleiten von Gas in die Brennstoffzuführung in einer gewünschten Weise beeinflusst werden. Bei sehr feiner Druckmessung ist es auch möglich, die Drücke so einzustellen, dass ein Gasfluss durch die Brennstoffzuführung im Wesentlichen unterbunden wird. Hierdurch wird einem eventuellen Brand in der Brennstoffzuführung der Sauerstoff entzogen und der Brand erlischt oder verringert sich auf ein unkritisches Maß.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit dazu vorbereitet ist, eine Brennstoffförderung in den Brennraum in Abhängigkeit von einer Rückbrandgefahr zu steuern. Die Rückbrandsperre kann hierbei insbesondere durch eine Brennstofffördereinheit gebildet sein oder diese umfassen, durch die die Brennstoffförderung in den Brennraum erfolgt. Durch die Brennstoffförderung in den Brennraum mit einer genügenden Geschwindigkeit wird ein Brand in der Brennstoffzuführung in den Brennraum hineingedrückt, sodass die Brandgefahr in der Brennstoffzuführung eliminiert wird. Beispielsweise drückt eine Förderstrecke brennende Pellets in die Brennkammer. Die Rückbrandgefahr kann ein Indikator sein, wie Temperatur oder Rauch in der Brennstoffzuführung. Zweckmäßigerweise wird eine Brennstoffförderung mit zunehmender Rückbrandgefahr beschleunigt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinheit dazu vorbereitet ist, eine Verbrennungsluftzuführung in den Brennraum in Abhängigkeit von einer Rückbrandgefahr zu steuern. Wird beispielsweise eine erhöhte Temperatur oder Rauch in der Brennstoffzuführung erkannt, kann die Verbrennungsluftzuführung in den Brennraum verringert oder unterbunden werden, sodass der Überdruck in der Brennkammer relativ zur Umgebung verringert wird oder verschwindet. Ein Anfachen eines Brands in der Brennstoffzuführung kann hierdurch verringert beziehungsweise unterbunden werden, sodass das Feuer in der Brennstoffzuführung sich nicht weiter fortpflanzt oder erlischt. Wird die Zuführung von Verbrennungsluft in die Brennkammer ganz unterbunden, so wird üblicherweise die Warmluft in der Brennkammer und/oder im Wärmetauscher einen Unterdruck in der Brennkammer erzeugen, sodass ein Luftstrom in der Brennstoffzuführung hin zur Brennkammer entsteht. Heiße Rauchgase werden aus der Brennstoffzuführung hinaus- und in die Brennkammer hineingeblasen und einer Ausbreitung eines Brands in der Brennstoffzuführung wird entgegengewirkt.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Rückbrandsicherung eine Brennstoffsperre in der Brennstoffzuführung aufweist. Die Rückbrandsicherung kann hierbei eine mechanische Absperreinheit umfassen, die insbesondere gasdicht die Brennstoffzuführung verschließt. Sie kann eine Klappe, ein Schieber, eine Zellradschleuse oder dergleichen sein. Die Steuerung der Rückbrandsicherung geschieht zweckmäßigerweise füllstandsabhängig. Wird beispielsweise ein brennstofffreier Raum im Bereich der Rückbrandsicherung erkannt, kann diese in den brennstofffreien Raum hinein schließen, ohne hierbei Brennstoff verdrängen zu müssen. Hierdurch kann eine mechanische Absperreinheit besonders einfach gehalten werden.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit dazu vorbereitet ist, die Rückbrandsicherung in Abhängigkeit von einer Temperatur in der Brennstoffzuführung zu steuern. Steigt die Temperatur über einen vorgegebenen Wert, so kann die Rückbrandsicherung aktiviert werden, beispielsweise geschlossen werden.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit dazu vorbereitet ist, die Rückbrandsicherung in Abhängigkeit von einem optischen Parameter in der Brennstoffzuführung zu steuern. Auf diese Weise kann beispielsweise Rauch in der Brennstoffzuführung erkannt werden und die Brennstoffzuführung kann mithilfe der Rückbrandsicherung verschlossen oder der Rauch kann in Richtung zur Brennkammer ausgeblasen werden.
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Während es bei flüssigen und gasförmigen Brennstoffen relativ einfach ist, eine Feuerung durch das Beenden einer Brennstoffzuführung zu unterbinden, ist dies bei Festbrennstoff deutlich schwieriger, da dieser auch nach Abschalten der Brennstoffzufuhr noch eine Weile weiter brennt. Wird eine kritische Temperatur erreicht, so kann diese nicht durch das Abschalten der Brennstoffzufuhr unmittelbar verringert werden. Ein einfaches Mittel zum Verringern der Heizleistung beziehungsweise der Temperatur besteht darin, den brennenden Festbrennstoff mithilfe eines Druckstoßes in eine unkritische Zone, beispielsweise einen Ausbrennraum, zu blasen. Der brennende Festbrennstoff wird auseinander gerissen und verlöscht relativ zügig. Hierfür umfasst die mobile Festbrennstofffeuerungsanlage zweckmäßigerweise eine Ausblaseinheit zum Ausblasen von Feststoff aus zumindest einem Teil der Brennkammer. Die Ausblaseinheit kann ein Gebläse oder eine Turbine sein, mit der ein zum Auseinanderblasen des brennenden Festbrennstoffs ausreichender Druckstoß erreichbar ist.
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Das Ausblasen von Brennstoff aus der Brennkammer kann mit dem Nachteil einer starken Druckerhöhung in der Brennkammer verbunden sein, sodass heiße Rauchgase in erhöhtem Maße in die Brennstoffzuführung geblasen werden. Um diesem Nachteil entgegenzuwirken, ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit dazu vorbereitet ist, die Rückbrandsicherung in Abhängigkeit von einer Aktivität der Ausblaseinheit zu steuern. So kann beispielsweise eine Rückbrandsicherung geschlossen werden, bevor der Druckstoß durch die Ausblaseinheit erfolgt wird. Generell wird die Rückbrandsicherung zweckmäßigerweise aktiviert bevor die Ausblaseinheit aktiviert wird.
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Besonders kritisch kann das Einblasen von heißen Rauchgasen in die Brennstoffzuführung sein, wenn diese vollständig oder weitgehend von Brennstoff entleert ist. Die heißen Rauchgase und auch glühenden Aschepartikel können bis zu einem Brennstofflager durchschlagen. Um dies zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit dazu vorbereitet ist, die Aktivierung der Ausblaseinheit in Abhängigkeit von einem Füllstand in der Brennstoffzuführung zu steuern.
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Schlägt beispielsweise bei einer Störung das Feuer aus der Brennkammer in die Brennstoffzufuhr und entfacht dort einen Brand, so kann ein zusätzlich auftretender Druckstoß, beispielsweise um die Störung in der Brennkammer zu beheben, den Brand in der Brennstoffzuführung deutlich entfachen oder im schlimmsten Fall in ein Brennstofflager tragen. Um dies zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorbereitet ist, in Abhängigkeit von einer Rückbrandgefahr eine Brennstoffzuführung zur Brennkammer vor einer Aktivierung der Ausblaseinheit zu steuern. Wird beispielsweise eine erhöhte Temperatur oder Rauch in der Brennstoffzuführung erkannt, so kann zunächst eine Fördereinheit aktiviert werden, sodass Brennstoff zur Brennkammer geführt wird. Hierdurch wird brennender Brennstoff in die Brennkammer befördert und somit der Brand aus der Brennstoffzuführung entfernt. Erst hiernach wird die Ausblaseinheit aktiviert, sodass deren Druckstoß keinen Brand in der Brennstoffzuführung entfachen kann.
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Eine einfache Maßnahme zum Verhindern eines unerwünschten Rauchgasstroms stromaufwärts durch die Brennstoffzuführung bei einer Aktivierung der Ausblaseinheit ist das Einblasen von Gas in die Brennstoffzuführung, sodass eine Gasströmung stromabwärts entsteht oder zumindest begünstigt wird. Hierfür ist die Ausblaseinheit zweckmäßigerweise mit einer Gasleitung versehen, die in die Brennstoffzuführung mündet. Die Mündung liegt zweckmäßigerweise stromaufwärts vor einer Brennstofffördereinheit, beispielsweise einer Schnecke. Der erhöhte Druck durch den Druckstoß wird auch stromabwärts in die Brennstoffzuführung geleitet, sodass der Druckstoß von dort stromabwärts dem aus der Brennkammer stromaufwärts geführten Druckstoß entgegenwirkt.
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Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf ein Verfahren zum Betreiben einer mobilen Festbrennstofffeuerungsanlage, die einen Festbrennstoffbrenner, eine Brennkammer, eine Brennstoffzuführung zur Brennkammer, eine Rückbrandsicherung in der Brennstoffzuführung und eine Steuereinheit aufweist. Um eine Rückbrandgefahr gering zu halten, wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit einen Sicherungszustand der Rückbrandsicherung steuert.
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Einer Fortsetzung eines Druckstoßes von der Brennkammer in die Brennstoffzuführung kann außerdem entgegengewirkt werden, wenn die Ausblaseinheit relativ zur Brennkammer und einer Brennstoffzuführungsmündung in die Brennkammer so angeordnet ist, dass ein Druckstoß aus der Ausblaseinheit in die Brennkammer keine Druckerhöhung in die Brennstoffzuführungsmündung hinein bewirkt. Die Anordnung kann beispielsweise dergestalt sein, dass eine durch den Druckstoß erzeugte Strömung Gas von der Mündung weg reißt, sodass die damit verbundene Druckminderung um die Mündung eine Druckerhöhung, die aus der Brennkammer zur Mündung drückt, zumindest ausgleicht.
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Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen kombinierbar.
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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 unabhängigen Anspruch kombiniert werden.
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Es zeigen:
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1 eine mobile Festbrennstofffeuerungsanlage mit einem Festbrennstoffbrenner, einer Brennkammer und einem Wärmetauscher und
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2 die Brennkammer und den Festbrennstoffbrenner in einer detaillierteren Darstellung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer mobilen Festbrennstofffeuerungsanlage 2, die für einen Transport zu mehreren verschiedenen Einsatzorten vorbereitet ist. Die Festbrennstofffeuerungsanlage 2 umfasst eine Brennkammer 4 und einen Festbrennstoffbrenner 6, die in einem Rahmen 8 gelagert sind, der an seinem unteren Ende Einschuböffnungen 10 zum Einstecken der Gabel eines Gabelstaplers aufweist. Bei der in 1 gezeigten schematischen und stark vereinfachten Darstellung sind nur die für die Erfindung wesentlichen Komponenten gezeigt, und auf andere betriebswesentliche Elemente der Festbrennstofffeuerungsanlage wurde der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
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Die mobile Festbrennstofffeuerungsanlage 2 hat in diesem Ausführungsbeispiel eine Nennleistung von 150 kW und ist mit Festbrennstoff, insbesondere Holz, wie Hackschnitzel, Holzpellets und dergleichen, befeuerbar. Hierzu umfasst sie ein in 2 gezeigtes Brennstofflager 12, das über einen Brennstoffkanal 14 mit dem Festbrennstoffbrenner 6 verbunden ist, durch den der Festbrennstoff 40 im Betrieb der Festbrennstofffeuerungsanlage 2 verbrannt wird. Das Brennstofflager 12 kann alternativ separat zur Festbrennstofffeuerungsanlage 2 ausgeführt sein und über den Brennstoffkanal 14 mit dieser gekuppelt werden, beispielsweise über eine Schlauchleitung oder dergleichen.
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Die aus der Verbrennung entstehenden heißen Rauchgase werden nach oben hin aus der Brennkammer 4 abgeführt und durch einen Abgaspfad 16 in einem Abgasstrom einem Wärmetauscher 18 der Festbrennstofffeuerungsanlage 2 von oben zugeführt. Das Rauchgas wird in einem ersten Zug des Wärmetauschers 18 von oben nach unten und dann in einem zweiten Zug von unten nach oben durch den Wärmetauscher 18 geführt und erreicht anschließend eine Rauchgasabführung 20, wie in 1 angedeutet ist. Aus der Rauchgasabführung 20 wird das abgekühlte Rauchgas nach außerhalb der Festbrennstofffeuerungsanlage 2 ausgeblasen.
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Zum Abtransport der Verbrennungswärme aus dem Rauchgasstrom ist ein Kühlluftstrom in einem Kühlluftpfad 22 in einer Gegenstromführung zum Abgasstrom geführt. Die Kühlluft wird als Außenluft beziehungsweise Umgebungsluft durch ein Kühlluftgebläse 24 unmittelbar von der Umgebung der Festbrennstofffeuerungsanlage abgesaugt und durch die Kaltseite der beiden Züge des Wärmetauschers 18 im Gegenstrom zum Abgasstrom geblasen.
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Der im Wärmetauscher 18 erwärmte Kühlluftstrom trifft anschließend auf die Außenhülle der Brennkammer 4 und umströmt diese. Auf der anderen Seite der Brennkammer wird die Luft durch eine Auslassöffnung 26 aus der Festbrennstofffeuerungsanlage 2 ausgeblasen und steht dort mit einer maximalen Nennleistung von 150 kW zur Verfügung, beispielsweise für die Gebäudetrocknung. Die Brennkammer 4 wird durch den Kühlluftstrom gekühlt, sodass ihre Außentemperatur relativ kühl und für einen mobilen Einsatz geeignet bleibt.
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Die mobile Festbrennstofffeuerungsanlage 2 ist von einem Gehäuse 28 nach außen hin geschützt, das zu allen vier Seiten hin Seitenwände und nach oben hin die Gehäusedecke aufweist. Nach unten hat das Gehäuse 28 einen Boden, unter dem die Einschuböffnungen 10 angeordnet sind.
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2 zeigt den Festbrennstoffbrenner 6 in einer detailierteren, jedoch immer noch schematischen Darstellung. Der Festbrennstoffbrenner 6 umfasst eine Fördereinheit 36 mit einem motorischen Antrieb 38. Die Fördereinheit 36 kann beispielsweise eine Förderschnecke sein, zum Einschieben von Festbrennstoff 40 in die Brennkammer 4. Weiter ist eine Brennstoffzuführung 32 dargestellt, die den Brennstoffkanal 14, beispielsweise einem Rohr- oder Schlauchsystem, die das Brennstofflager 12 mit der Brennkammer 4 verbindet, und die Fördereinheit 36 umfasst.
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Weiter ist der Festbrennstoffbrenner 6 mit einem Gasfördersystem 34 ausgestattet, das zwei Gasfördereinheiten aufweist, nämlich ein Primärluftgebläse 42 und ein Sekundärluftgebläse 44, zum Zuführen der Verbrennungsluft in die Brennkammer 4. Alternativ kann das Gasfördersystem eine Gasfördereinheit zum Einblasen von zweckmäßigerweise abgekühltem Rauchgas in die Brennstoffzuführung 32 aufweisen. Über jeweils eine Gaszuleitung 46, 48 sind das Primärluftgebläse 42 und das Sekundärluftgebläse 44 mit der Brennstoffzuführung in der Weise verbunden, dass Primärluft beziehungsweise Sekundärluft in die Brennstoffzuführung 32 einblasbar ist. Über ein Ventil 50, 52 ist diese Luftzufuhr zu- und abschaltbar. In alternativen Ausführungsbeispielen kann nur die Gaszuleitung 46 oder 48 mit dem Ventil 50 bzw. 52 oder gar keine Gaszuleitung vorhanden sein.
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Mit der Brennstoffzuführung 32 verbunden sind drei Sensoren, nämlich ein Füllstandssensor 54, ein optischer Sensor 56 und eine Temperatursensor 58. Die drei Sensoren können – je nach Ausführungsbeispiel – einzeln, zu zweit oder alle drei gemeinsam eingesetzt sein und sind unabhängig voneinander betreibbar. Der Füllstandsensor 54 und der optische Sensor 56 können in einem Sensor vereint sein, insoweit kann der Füllstandsensor 54 auch ein optischer Sensor sein.
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Mittels einer Absperreinheit 60 kann die Brennstoffzuführung 32 geschlossen werden, sodass kein Brennstoff 40 mehr die Absperreinheit 60 passieren kann. Die Absperreinheit 60 umfasst einen Schieber, der mithilfe eines nicht dargestellten Antriebs in die Brennstoffzuführung 32 eingefahren werden kann, die hierdurch verschlossen wird.
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Eine Steuereinheit 62 mit einem oder mehreren Prozessoren und einem oder mehreren Speichern, in denen ein oder mehrere Steuerungsprogramme abgelegt sind, ist zur Steuerung der mit ihr verbundenen Einheiten 38, 42, 44, 50, 52, 54, 56, 58, 60 mithilfe der Steuerungssoftware vorbereitet. Diese Steuerung geschieht automatisch, sodass ein Bediener der Anlage nach einem Einschalten der Steuereinheit 62 und gegebenenfalls einer Auswahl eines von mehreren Steuerungsprogrammen nicht mehr in den Steuerungsprozess eingreifen muss.
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Zum Betrieb der Festbrennstofffeuerungsanlage 2 wird diese mittels eines Lastkraftwagens an ihren Betriebsort gefahren und dort z.B. mithilfe eines Gabelstaplers abgesetzt. Ein Stromanschluss wird angeschlossen und die Festbrennstofffeuerungsanlage 2 wird mit Betriebsstrom versorgt. Je nachdem, ob das Brennstofflager 12 Teil der Festbrennstofffeuerungsanlage 2 ist oder nicht, wird dieses über den Brennstoffkanal 14 mit der Fördereinheit 36 verbunden. Nach dem Einschalten der Anlage und eventuell einem Auswählen eines Steuerungsprogramms und hierdurch eines Betriebsmodus steuert die Steuereinheit 62 den Betrieb der Festbrennstofffeuerungsanlage 2 selbstständig.
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Zum Betrieb fließt Festbrennstoff 40 aus dem Brennstofflager 12 durch die Schwerkraft getrieben nach unten in die Fördereinheit 36 und wird von dieser in den Brennraum 64 der Brennkammer 4 befördert. Über eine nicht dargestellte Zündeinheit wird der Festbrennstoff 40 entzündet und der Festbrennstoff 40 verbrennt und erzeugt Rauchgas, das wie zu 1 beschrieben, abgeführt wird. Die Verbrennung wird neben der Zufuhr mit Festbrennstoff 40 durch die Zuführung von Verbrennungsluft reguliert, nämlich durch die Zuführung von Primärluft durch das Primärluftgebläse 42 und Sekundärluft durch das Sekundärluftgebläse 44. Die Verbrennungsluft wird von der Umgebung eingesogen und über einen Primärluftkanal beziehungsweise Sekundärluftkanal dem Brennraum 64 zugeführt. Zum Beenden der Verbrennung wird die Zufuhr der Verbrennungsluft gestoppt. Der Festbrennstoff 40 brennt aus und das Feuer erlischt.
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Wie aus 2 zu sehen ist, steht der Festbrennstoff 40 auch beim Brennen des Feuers in der Brennkammer 4 in der Fördereinheit 36, sodass auch dort der Festbrennstoff 40 Feuer fangen kann. Bedingt durch den Überdruckbetrieb durch das Einblasen der Verbrennungsluft in die Brennkammer 4, besteht während des Betriebs ein leichter Überdruck in der Brennkammer 4 gegenüber der Umgebung. Hierdurch strömt ein Luftstrom rückwärts durch die Fördereinheit 36 und zum Brennstofflager 12. Hierdurch kann ein Rückbrand entstehen, der den Festbrennstoff 40 auch in dem Brennstoffkanal 14 und im schlimmsten Fall im Brennstofflager 12 entzündet. Um dies zu verhindern, können eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen einzeln oder kumulativ durchgeführt werden.
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Zunächst wird vom Temperatursensor 58 die Temperatur in der Brennstoffzuführung 32 gemessen. Bleibt diese unterhalb eines vorgegebenen Temperaturwerts, kann davon ausgegangen werden, dass kein oder nur ein vernachlässigbarer Rückbrand am vorderen Ende der Fördereinheit 36 besteht.
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Allerdings kann es sein, dass durch den Überdruck Rauch durch die Brennstoffzuführung 32 getrieben wird. Dies führt zumindest zu einer Verunsicherung des Betreibers, spätestens dann, wenn Rauch aus dem Brennstofflager 12 austritt. Daher wird mithilfe des optischen Sensors 56 ein optischer Zustand der Brennstoffzuführung 32 überwacht, beispielsweise eine Lufttrübe. Bleibt diese unter einem vorgegebenen Wert, so kann davon ausgegangen werden, dass kein oder nur vernachlässigbar wenig Rauchgas durch die Brennstoffzuführung 32 dringt.
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Eine erhöhte Temperatur oder Rauch in der Brennstoffzuführung 32 können auf eine Rückbrandgefahr hindeuten. Diese wird durch die Steuereinheit 62 als solche erfasst. Diese steuert nun eine oder mehrere Rückbrandsicherungsmaßnahmen zum Verhindern eines Rückbrands. Welche der Maßnahmen aktiviert wird, kann von der Größe der Rückbrandgefahr und/oder von einem oder mehreren Betriebsparametern des momentan vorliegenden Betriebs abhängig gemacht werden.
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Eine Rückbrandsicherungsmaßnahme ist das Einschieben von Festbrennstoff 40 mithilfe der Fördereinheit 36 in die Brennkammer 4. Hierdurch wird in der Fördereinheit 36 befindlicher brennender Festbrennstoff 40 in den Brennraum 64 gedrückt und der Rückbrand wird beendet.
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Eine weitere Maßnahme ist, eine Gaszufuhr in die Brennstoffzuführung 32, beispielsweise mithilfe des Primärluftgebläses 42 und/oder des Sekundärluftgebläses 44 durch ein Öffnen des entsprechenden Ventils 50, 52, zu beginnen. Hierdurch wird die Luftstromrichtung in der Brennstoffzuführung 32 in Richtung zur Brennkammer 4 umgekehrt und eine Rückbrand kann verlangsamt oder gestoppt werden.
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Eine weitere Maßnahme besteht darin, mithilfe von nicht dargestellten Drucksensoren die Drücke in der Brennstoffzuführung 32 und dem Brennraum 64 zu vergleichen. Hierdurch kann eine Luftstromrichtung in der Brennstoffzuführung 32 erkannt und durch eine entsprechende Gaszuführung in die Brennstoffzuführung 32 oder den Brennraum 64 umgekehrt beziehungsweise in die gewünschte Richtung und Stärke eingestellt werden. Insbesondere kann bei Angleichung der Drücke durch die stufenlos regelbaren Ventile 50, 52 ein Luftstillstand in der Brennstoffzuführung 32 erreicht werden. Die Zuführung von Verbrennungsluft zum Rückbrand kann so gestoppt und dieser kann zum Erlöschen gebracht werden.
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Eine weitere Maßnahme ist das Absperren der Brennstoffzuführung 32, beispielsweise durch die Absperreinheit 60. Der Rückbrand kann bis maximal zur Absperreinheit 60 gelangen und auf keinen Fall in das Brennstofflager 12 zurückschlagen. Hierzu kann die Absperreinheit 60 alternativ zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel unmittelbar neben der Fördereinheit 36 angeordnet sein, zweckmäßigerweise stromabwärts von den Sensoren 54, 56, 58, um diese bei einem Rückbrand vor einer Zerstörung zu bewahren.
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Die Rückbrandsicherung hat mehrere Ausprägungen, die gemeinsam oder einzeln und unabhängig voneinander Anwendung finden können. Eine Rückbrandsicherung stellt die Fördereinheit 36 dar, die durch das Einschieben von brennendem Festbrennstoff 40 in den Brennraum 64 einen Rückbrand unterbindet. Eine andere Rückbrandsicherung stellt die Absperreinheit 60 dar, durch die die Brennstoffzuführung 32 verschlossen und somit ein weiterer Rückbrand unterbunden werden kann. Auch die beiden Gaszuführungen stellen mithilfe der ansteuerbaren Ventile 50, 52 jeweils eine Rückbrandsicherung dar, da mit ihnen ein Rückbrand verringert oder unterbunden werden kann.
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Die verschiedenen Sicherungszustände, wie die Förderung beziehungsweise Geschwindigkeit der Brennstoffförderung durch die Fördereinheit 36, die Gaseinführung in die Brennstoffzuführung 32 und die Absperrung der Brennstoffzuführung 32 durch die Absperreinheit 60, werden durch die Steuereinheit 62 ausgewählt und gesteuert. Dies kann in Abhängigkeit von einer Rückbrandgefahr beziehungsweise der Höhe der Rückbrandgefahr geschehen und zweckmäßigerweise auch von weiteren Umständen bzw. Betriebsparametern abhängig gemacht werden. Ein solcher Betriebsparameter ist eine Entleerung der Brennstoffzuführung 32. Die Entleerung wird durch den Füllstandsensor 54 erkannt, der zumindest in seiner Umgebung das Vorliegen von Festbrennstoff 40 erkennt. Er erkennt somit eine brennstofffreie Zone innerhalb der Brennstoffzuführung 32.
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Läuft beispielsweise das Brennstofflager 12 leer oder entleert sich die Brennstoffzuführung 32, beispielsweise durch ein Stocken des Brennstoffflusses beziehungsweise einen Förderstau die oder in der Brennstoffzuführung 32, so nimmt der Druckverlust über die Brennstoffzuführung 32, der im Wesentlichen durch den darin enthaltenen Brennstoff 40 verursacht wird, ab. Entsprechend steigt durch den Überdruckbetrieb der Luftstrom entgegen der Brennstoffförderungsrichtung in der Brennstoffzuführung 32 an. Hierdurch erhöht sich die Rückbrandgefahr. Um dieser entgegenzuwirken, wird Gas in die Brennstoffzuführung 32 eingeblasen, und eines oder beide Ventile 50, 52 werden entsprechend angesteuert. Der fehlende Strömungswiderstand wird kompensiert oder überkompensiert und die Rückbrandgefahr wird verringert beziehungsweise aufgehoben.
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Liegt eine brennstofffreie Zone in der Brennstoffzuführung 32 vor, so kann die Steuereinheit 62 – ggf. je nach Vorliegen weiterer Betriebsparameter – die Absperreinheit 60 ansteuern und diese verschließt die Brennstoffzuführung 32. Ein Rückbrand kann durch die Absperreinheit verhindert werden. Durch das Vorliegen der brennstofffreien Zone zumindest im Bereich des Füllstandsensors 54, der benachbart zu der Absperreinheit 60 angeordnet sein kann, ist das Verschließen der Brennstoffzuführung 32 einfach zu bewerkstelligen, da beispielsweise der Schieber einfach einfahren kann, da ihn kein Festbrennstoff am Verschließen der Brennstoffzuführung 32 hindert.
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Auch bei einem Ausführungsbeispiel ohne Gaszuleitungen 46, 48 kann eine Rückbrandgefahr durch das Steuern von Verbrennungsluft verringert werden. Wird beispielsweise eine Rückbrandgefahr erkannt, wie durch das Vorliegen von Rauch in der Brennstoffzuführung 32 und/oder einem Temperaturanstieg über einen vorgegebenen Wert in der Brennstoffzuführung 32, kann die Verbrennungsluftzuführung reduziert oder gestoppt werden. Die heißen Rauchgase steigen weiterhin aus dem Brennraum 64 auf und erzeugen hierdurch in diesem einen Unterdruck gegenüber der Umgebung. Es kommt zu einer Luftströmungsumkehr in der Brennstoffzuführung 32, wodurch die Rückbrandgefahr verringert wird. Außerdem kann durch das Fehlen der Verbrennungsluft bei langsamer Verringerung des Unterdrucks durch das Abnehmen der Flammen im Brennraum 64 auch der Rückbrand durch Verbrennungsluftmangel verringert beziehungsweise gestoppt werden.
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Bei Vorliegen eines Betriebsfehlers, kann es sinnvoll sein, die Verbrennung im Brennraum 64 zügig zu stoppen. Da auch beim Unterbinden der Frischluftzufuhr in den Brennraum 64 das Feuer darin nur langsam verlöscht, kann ein Zerstreuen des brennenden Festbrennstoffs 40 sinnvoll sein. Dies kann durch ein Gebläse, beispielsweise in Form einer Turbine erfolgen. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann diese Funktion das Primärluftgebläse 42 übernehmen, das in einem besonderen Betriebsmodus geeignet ist, einen sehr starken Luftstrom in den Brennraum 64 einzublasen. Es kann jedoch auch eine separates Gebläse verwendet werden. Hierdurch wird der brennende Festbrennstoff 40 zerstreut und beispielsweise in einen hinteren Bereich 66 des Brennraums 64 oder in eine separate Kammer gedrückt, wodurch der Brand schneller verlöscht.
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Um einen starken Überdruck in der Brennkammer 4 gegenüber der Umgebung bei einem solchen Zerblasen des brennenden Festbrennstoffs gering zu halten oder zu vermeiden, wird der Luftstrom so in den Brennraum 64 eingeblasen, dass beim Einblasen der Pressluft im Bereich der Mündung der Fördereinheit 36 ein möglichst geringer oder kein Überdruck im Verhältnis zur Umgebung oder kein größerer Überdruck als im regulären Betrieb entsteht. Hierzu ist beispielsweise die Mündung der Fördereinheit 36 durch ein Absperrmittel 68, z.B. ein Absperrblech, von der Einblasöffnung der Pressluft getrennt. Die Pressluft erzeugt hierdurch einen Luftstrom in Richtung der ausgeblasenen Pressluft und damit von der Mündung der Fördereinheit 36 weg. Auch wenn im Brennraum 64 durch das Einschießen der Pressluft eine kurzfristige Druckerhöhung eintritt, so ist diese jedoch im Bereich der Mündung der Fördereinheit 36 gering oder sogar nicht vorhanden.
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Sollte die Druckerhöhung durch den Druckstoß im Bereich der Fördereinheit 36 nicht zu vermeiden sein, so kann – um ein starkes Zurückdrücken von heißen Rauchgasen in die Fördereinheit 36 und weiter in die Brennstoffzuführung 32 zu vermeiden – die Rückbrandsicherung aktiviert werden. Dies kann durch das Schließen der Absperreinheit 60 geschehen und/oder durch das Einblasen von Gas in die Brennstoffzuführung 32, insbesondere durch eines der Ventile 50, 52. Diese Maßnahme kann auf den Zustand der besonderen Aktivierung des Druckstoßgebläses, in diesem Beispiel des Primärluftgebläses 42, beschränkt bleiben.
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Da bei leerer oder teilentleerter Brennstoffzuführung 32 nur ein geringer Strömungswiderstand innerhalb der Brennstoffzuführung 32 vorliegt, kann das Einführen eines starken Luftstoßes in den Brennraum 64 mit einem starken rückwärtigen Luftstrom in der Brennstoffzuführung 32 und dadurch einem Einblasen von Rauch in das Brennstofflager 12 verbunden sein. Um dies zu vermeiden, ist es vorteilhaft die Aktivierung der Ausblaseinheit, beispielsweise des Primärluftgebläses 42, in Abhängigkeit von einem Füllstand der Brennstoffzuführung 32 zu steuern. Ist der Füllstand gering, wird beispielsweise auf die Aktivierung der Ausblaseinheit verzichtet oder die Aktivierung geschieht schwächer, sodass der Druckstoß schwächer ist.
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Wenn ein Rückbrand vorliegt und zum Beenden des Betriebs der Festbrennstofffeuerungsanlage 2 ein Druckstoß erfolgen soll, ist es vorteilhaft, den Rückbrand möglichst vor dem Druckstoß zu beseitigen, um ein Einblasen von Funken in den Brennstoffkanal 14 zu vermeiden. Daher ist es sinnvoll, bei Vorliegen eines Rückbrands zunächst zu versuchen, durch eine Brennstoffförderung, also durch die Aktivierung der Fördereinheit 36, den Rückbrand zurück in den Brennraum 64 zu drücken. Geschieht nun ein Druckstoß, so ist die Funkenwirkung durch die fehlende Glut in der Fördereinheit 36 erheblich geringer, sodass eine weitere Rückbrandgefahr verringert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Festbrennstofffeuerungsanlage
- 4
- Brennkammer
- 6
- Festbrennstoffbrenner
- 8
- Rahmen
- 10
- Einschuböffnung
- 12
- Brennstofflager
- 14
- Brennstoffzuführung
- 16
- Abgaspfad
- 18
- Wärmetauscher
- 20
- Rauchgasabführung
- 22
- Kühlluftpfad
- 24
- Kühlluftgebläse
- 26
- Auslassöffnung
- 28
- Gehäuse
- 30
- Gehäusedecke
- 32
- Brennstoffzuführung
- 34
- Gasfördersystem
- 36
- Fördereinheit
- 38
- Antrieb
- 40
- Festbrennstoff
- 42
- Primärluftgebläse
- 44
- Sekundärluftgebläse
- 46
- Gaszuleitung
- 48
- Gaszuleitung
- 50
- Ventil
- 52
- Ventil
- 54
- Füllstandsensor
- 56
- optischer Sensor
- 58
- Temperatursensor
- 60
- Absperreinheit
- 62
- Steuereinheit
- 64
- Brennraum
- 66
- Bereich
- 68
- Absperrblech
