EP0716266B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln einer Rostfeuerung mit beweglichem Rost - Google Patents

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EP0716266B1
EP0716266B1 EP95890215A EP95890215A EP0716266B1 EP 0716266 B1 EP0716266 B1 EP 0716266B1 EP 95890215 A EP95890215 A EP 95890215A EP 95890215 A EP95890215 A EP 95890215A EP 0716266 B1 EP0716266 B1 EP 0716266B1
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EP
European Patent Office
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grate
sensor element
zone
discharge
optical receiver
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EP95890215A
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English (en)
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Gernot Dipl.-Ing. Dr. Staudinger
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STAUDINGER GERNOT
Original Assignee
STAUDINGER GERNOT
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/50—Control or safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F23N5/082—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00—Flame sensors
    • F23N2229/08—Flame sensors detecting flame flicker
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00—Flame sensors
    • F23N2229/20—Camera viewing

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for regulating a Grate firing with movable grate, from the ashes over an end area of the Grate is removed or discharged, with the goods located on the grate
  • the presence of embers, if necessary, in several places along the Gutweg is observed and depending on the observation, the air supply and / or the delivery speed of the fuel is regulated.
  • the grate firing can be used to burn solid fuels such as Wood, bark, straw but also garbage.
  • the grate can be an inclined (but also horizontal) stair grate, moving grate, moving grate or the like be.
  • the solid fuel is added and then mechanically transported over this, the "primary air" from below the grate is fed.
  • the ash is thrown away at the end of the grate.
  • the burning zone is in the middle of the grate and so is the grate dimensioned that there is only more ash at the end of the grate, which then from Rust is thrown into a collection or conveyor.
  • the method described in the patent specification DD 292068 (Steinmüller) automatically records evaluation criteria for the combustion progress and is supposed to Enable automation of control. This is used to record the radiation a burn on a grate which is essentially individual Combustion rust zones outgoing radiation detected and depending on the radiation controlled the control of the individual zones.
  • a thermographic process makes it possible to measure the temperature of the grate the embers bed formed, i.e. a two-dimensional one To map the temperature profile in individual rust zones and thus each of the individual Targeting zones in order to optimize combustion in the zones and to minimize the formation of pollutants (dioxins, nitrogen oxides bib).
  • the disadvantages mentioned can be avoided if the observation of the goods on the grate in the discharge or discharge area of the grate a viewing angle ( ⁇ ) of 10 ° to 30 °, preferably 16 ° to 20 °, on the occurrence of Light emission from the goods in the discharge or removal area is carried out and there the radiation in the wavelength range of the visible Light is detected integrally.
  • ⁇ a viewing angle
  • the ember bed but only the rust discharge and not by illustration, but only by one integral detection of radiation in the wavelength range of visible light in the Field of view of the sensor (s) observed.
  • the present invention would admit give little information to regulate the overall combustion on the grate, however, it helps to minimize the dropping of combustibles into the ashes and furthermore to make better use of the grate length, which also reduces pollutant formation.
  • a device for controlling grate firing with movable grate, from which ash is discharged via an end region of the grate or is carried out, the goods on the grate for the presence of embers possibly observed at several points along the Gutweg and depending on it from the observation of the air supply and / or the conveying speed of the Fuel is regulated, it is provided that in the discharge or discharge area of the grate in a manner known per se at least one in the wavelength range of sensitive sensor element emitted by the embers is aligned, wherein the signals of the sensor element or elements, if necessary after passage through an amplifier, to the input of a control element for the grate feed and / or the fuel supply to the grate and / or the air supply to the grate can be laid and that the at least one sensor element is designed to receive light and a viewing angle of the sensor element of 10 ° to 30 °, preferably 16 ° up to 20 °, resulting shielding against radiation from other rust areas is available.
  • a simple to implement embodiment provides that the shielding of the at least one sensor element against radiation from other rust areas of the wall of an opening in the combustion chamber wall in which the Sensor element, at least with its light receiver, is arranged, is formed.
  • the at least one sensor element can also be shielded against Radiation from other areas of rust from one enclosing the light receiver Be formed sleeve.
  • At least one can advantageously receive aligned by light from the discharge or discharge area of the grate Sensor element at least one more, in the wavelength range of the embers emitted light sensitive sensor element can be provided, which on the Receiving light that comes from an area that is adjacent to that of the at least one sensor element for observing the removal or Discharge area, adjoins the feed area and preferably approximately has the same width as the observed discharge or discharge area, and wherein shielding against radiation from other than that observed at the or discharge area adjoining areas is provided and the shield preferably of a sleeve enclosing the light receiver of the sensor element or is formed by the wall of an opening in the combustion chamber wall, in which the further sensor element at least with its light receiver, e.g.
  • one Glass rod is arranged, and wherein the signals of the further sensor element if necessary after passing through an amplifier, to the input of a Control device for the grate feed and / or the fuel supply to the grate and / or the air supply to the grate, in particular for its removal or Discharge area, can be placed.
  • a Control device for the grate feed and / or the fuel supply to the grate and / or the air supply to the grate, in particular for its removal or Discharge area can be placed.
  • Glass rod the sensor elements directly or in itself known way over a fiber optic bundle with the electronic signal generator Be connected to the sensor element so that the signal transmitter is removed from Light receiver, protected against heat radiation, can be arranged.
  • light beams transmitted by sensor elements to be led from the sensor elements to the signal generator via fiber optic bundles At this known training is a possibility of observing one Burner, the glass fiber bundles opening out in the center of the burner, so that can be observed directly there. In the present case, however, it is about the monitoring of an ember bed for visible embers nests, in which one appropriate shielding and also due to the high heat radiation of the Embers build up a removal of the auto switch is essential.
  • the light receiver e.g. Glass rod
  • surrounding sleeve on the outside with at least one, preferably with three Disks may be provided in the space between the sleeve and the sleeve surrounding wall are arranged.
  • a cooling medium preferably air
  • a Connection piece can be supplied, so that even in the case of higher temperatures in the Close to the grate a safe working method and a high durability of the device is achieved.
  • the sloping feed grate according to FIG. 1 becomes firmer on the left side Fuel is given up and by the movement of the grate elements and the inclination of the grate conveyed to the right. In the zone labeled 1, the fuel first dried, gasification and combustion take place in zone 2 and in the Zone 3 still burns some fuel residues. For the most part, however, is zone 3 already covered with ashes. About the discharge 4, the ash 5 is finally from the Firing chamber discharged. Primary air 7 flows through the grate from below Rust is allocated according to the prevailing operating conditions.
  • Ember bed height which can be e.g. is measured at position 80 but the presence of embers at the bottom of the grate.
  • the invention is the burnout zone 3 of the grate by one or monitor multiple optical sensors. These optical sensors are on that Light embers sensitive and give a signal which is proportional to the received light intensity is.
  • the sensors 8 are depending on the width of the bed one or more are placed side by side so that they just line the drop area watch the rust. These sensors should not give a light signal in normal operation receive.
  • the sensors 8 are in principle for controlling the system with the Aim not to throw off burning fuel, sufficient and you could generally get by with the sensor (s) 8. However, it has proven to be proven to be advantageous - one sensor - or, in the case of very wide systems, several sensors 9 to attach, which are directed to that part of the fuel bed that is currently located above the viewing area of the sensors 8.
  • This sensor (Sensors) 9 should very well receive a light signal during normal operation indicates that there is still embers and that the rust is full Length is covered with fuel.
  • the sensor is also used in extreme part-load operation 9 can't see embers.
  • the grate advance should be accelerated to the fullest possible to fill with fuel.
  • the grate is for an even fuel allocation dimensioned and can only be used under this condition with a minimal Pollutant emissions are operated.
  • a sensor 14 sensitive to light is an electronic component and may therefore not be exposed to a higher temperature. It also hangs The level of the signal depends on the operating temperature of the electronic sensor. It is So it is necessary to place the sensor in such a way that it does on the one hand light On the other hand, it can receive from the combustion chamber in one place located where it is not affected by the temperature of the firebox. Usually a temperature of 50 °, at most 70 °, may not exceeded - not even if there is a malfunction e.g. as a result of a power failure and possible cooling by air is no longer available Available. This problem is solved by using a glass rod 10 the radiation emitted by the embers is intercepted and be on by it end located outside the combustion chamber is guided, as in FIG.
  • the glass rod 10 is in a detail shown in FIG. 3 Protective sleeve.
  • the glass rod receives the Radiation from the embers, the viewing angle ⁇ of the glass rod favorably is restricted between 10 ° and 30 °.
  • the viewing angle is advantageously determined at 16 ° to 20 °.
  • the rod at a safe distance behind the front 12 of the Thermal insulation 13 of the combustion chamber to end to overheat avoid and keep the pollution as low as possible.
  • a representative part of the surface of the grate can be detected.
  • sufficient length of the glass rod e.g.
  • the optical sensor system 14 can be attached at its end become.
  • a flexible fiber optic cable is connected, which together with the Fiber optic cables from neighboring sensors lead to a common housing, in which the sensors of all glass rods are housed.
  • the fiber optic cables can be almost any length.
  • the diameter of the glass rod 10 is between 1 and 6 mm, preferably between 2 and 4.5 mm. If the glass rod 10 is too thin, it is sufficient the mechanical strength and the amount of light received, it becomes too thick, then it becomes too expensive.
  • the length of the glass rod is conveniently between 200 and 600 mm, because - if it is shorter than 200 mm - the cold end is not far from the hot combustion chamber and only a glass rod that is too long is expensive and has no advantage.
  • a glass rod 10 is shown as an example in its protective sleeve.
  • the Glass rod 10 is housed in a sleeve 24 and with its rear end 15 with glued to this sleeve with a heat-resistant adhesive.
  • the front end of the Glass rod 10 is loosely guided through a bore 16. This is loose guidance necessary to enable thermal expansion without tension.
  • the front end 3 of the glass rod is surmounted by a continuation 17 of the sleeve 24, on the one hand mechanical protection and on the other hand the viewing angle of the glass rod to the extent that it does not include the refractory lining 12.
  • the disks 18 On the Outside of the sleeve 24 one to three disks 18 are attached to the Penetration of heat radiation into the rear part of the connection piece as far as possible prevent.
  • the disks 18 have a number of holes distributed around the circumference Purge air, which is passed through the nozzle 19 and partially through the bore 20 emerges in the area between the sleeve and the protective tube 29 - flow through to let. The rest of the purge air flows in through the bore 21 past the glass rod Towards the firebox.
  • the air flow entering through the nozzle 19 is between 0.5 and 2 kg / h.
  • the Optical sensor 14 are attached, which according to the known methods of State of the art can be done.
  • a flexible from the rear end of the glass rod 10 Optical fiber cable (one for each glass rod) is led to a common housing, in which has a sensor for each glass rod with the associated electronics.
  • the sensor signal is processed according to the known methods of Electronics.
  • the signal emitted from the electronics is included known technology connected to the control elements for the grate operation.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln einer Rostfeuerung mit beweglichem Rost, von dem Asche über einen Endbereich des Rostes abgeführt bzw. ausgetragen wird, wobei das am Rost befindliche Gut auf Vorhandensein von Glut gegebenenfalls an mehreren Stellen des Gutweges beobachtet wird und in Abhängigkeit von der Beobachtung, die Luftzufuhr und/oder die Fördergeschwindigkeit des Brennstoffes geregelt wird.
Die Rostfeuerung kann zum Verbrennen fester Brennstoffe wie beispielsweise Holz, Rinde, Stroh aber auch Müll ausgebildet sein. Der Rost kann ein geneigter (aber auch horizontaler) Treppenrost, Vorschubrost, Rückschubrost oder dergleichen sein. Am Anfang des Rostes wird der feste Brennstoff aufgegeben und sodann mechanisch über diesen transportiert, wobei dem Rost von unten die "Primärluft" zugeführt wird. Am Ende des Rostes wird die Asche abgeworfen. Im Normalfall befindet sich die Brennzone in der Mitte des Rostes und es ist der Rost so dimensioniert, daß am Ende des Rostes nur mehr Asche vorhanden ist, die dann vom Rost in eine Sammel- oder Fördereinrichtung abgeworfen wird.
Wird der Rost überladen, d.h. mit mehr Brennstoff beschickt als während der Verweilzeit auf dem Rost verbrennen kann, dann wird unverbrannter Brennstoff als Glut mit der Asche abgeworfen. Ähnliches kann auftreten, wenn der Brennstoff - was bei Biomasse sehr oft der Fall ist - sehr naß ist und aus diesem Grunde die Zündung verzögert wird. Auch in diesem Fall kommt es zum Abwurf von noch brennendem Material in die Asche. Eine dritte Ursache für den Abwurf von noch brennendem Brennstoff ist eine starke Inhomogenität, was bei Müll sehr oft vorkommt. In diesem Fall finden große und kompakte Brennstoffstücke nicht ausreichend Zeit auf dem Rost, um auszubrennen.
Die Nachteile eines solchen Betriebes mit Brennstoffabwurf in die Asche sind dreifach:
  • Dadurch, daß noch brennfähiger Brennstoff in die Asche transportiert wird, geht Brennstoff verloren und es leidet darunter die Wirtschaftlichkeit der Anlage.
  • Die dabei produzierte Asche ist mit Kohlenstoff beladen und daher schwierig deponierbar und für eine Reihe von Anwendungsfällen nicht mehr geeignet.
  • Meist ergibt sich ein solcher Zustand, wenn die Feuerung mit Maximallast oder mit Überlast betrieben wird. In solch einem Fall wird brennfähiger Brennstoff in die Asche abgeworfen und neuer, meist nasser, Brennstoff nachgeschoben. Dieses hat zur Folge, daß immer mehr nasser Brennstoff in die Feuerung eingebracht wird und dieser erst trocknen muß, d.h. daß ein Teil der erzeugten Wärme für die Trocknung des eingebrachten zu nassen Brennstoffes verwendet wird. Die tatsächliche Leistung der Feuerung sinkt also, was dazu führt, daß die Regelung den Rost mit mehr Brennstoff beschickt. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis das Feuer zur Gänze am untersten Rand des Rostes gelegen ist und immer mehr unverbrannter Brennstoff in die Asche geschoben wird, während die Kesselleistung abnimmt bis schließlich das Feuer erlischt.
Bei Vorschubrosten, auf denen Biomasse - z.B. Rinde - verbrannt wird, ist es bekannt, Lichtschranken für die Überwachung der Glutbetthöhe einzusetzen. Dabei werden bei einem Vorschubrost mehrere Lichtschranken knapp über der erwarteten Höhe des Glutbettes an verschiedenen Stellen oberhalb des Rostes angeordnet. In der Wand des Feuerraumes sind einander gegenüberliegend Öffnungen angebracht, wobei sich vor der einen Öffnung ein Lichtsender und auf der anderen, gegenüberliegenden Öffnung ein Lichtempfänger befindet. Wenn der Lichtempfänger kein Signal bekommt, ist dies ein Zeichen, daß das Glutbett zu hoch ist und die Beschickung oder der Rostvorschub reduziert werden muß. Diese Methode hat zwei Nachteile:
  • a) Die Lichtschranke zeigt nur an, ob die zulässige Höhe des Glutbettes überschritten ist. Die Lichtschranke kann nicht anzeigen, wenn an dieser Stelle sich keine Glut mehr befindet Es sind darum vielfach mehrere Lichtschranken übereinander angeordnet.
  • b) Jede Lichtschranke benötigt zwei horizontale Öffnungen in der Brennkammerwand auf einem Niveau, das vielfach von der Brennstoffschüttung überschritten wird. Um diese Öffnung sauber zu halten, ist darum ein großer Spülluftstrom notwendig. Im Normalbetrieb stellt dieser Spülluftstrom kein Problem dar, da diese Luft als Sekundärluft benötigt wird; lediglich der hohe Vordruck ist ein (geringer) Nachteil. Arbeitet die Anlage jedoch im Aussetzbetrieb, dann bedeutet dies, daß auch während jener Zeit, in der normalerweise keine Luft der Anlage zugeführt wird, Luft in die Brennkammer eintritt und darum die Feuerungsleistung nicht unter einen Grenzbetrag reduziert werden kann.
    • Bei großen Feuerungsanlagen bedient man sich zur Überwachung einer TV-Kamera. Der Bildschirm dieser TV-Kamera befindet sich in der Warte, und das Betriebspersonal regelt die Anlage nach der Beobachtung des Bildschirmbildes. Die Investitionen für ein ausreichend robustes Bildübertragungssystem sowie die Kosten für das Personal für den Anlagenbetrieb sind hoch und außerdem nicht automatisierbar. Neuerdings bedient man sich einer automatischen Bildauswertung, indem man von der Infrarotstrahlung auf den lokalen Zustand des Glutbettes schließt. Über einen Rechner läßt sich dann sowohl der Rostvorschub wie auch die Luftversorgung des Rostes optimal steuern (DD 292 068 A5). Dieses Verfahren ist aber außergewöhnlich teuer und darum für kleine Anlagen im unbeaufsichtigten Betrieb nicht anwendbar.
    Das in der Patentschrift DD 292068 (Steinmüller) beschriebene Verfahren erfaßt automatisch Bewertungskriterien für den Verbrennungsfortschritt und soll eine Automatisierung der Regelung ermöglichen. Dabei wird zur Erfassung der Strahlung einer Verbrennung auf einem Rost die im wesentlichen von einzelnen Verbrennungsrostzonen ausgehende Strahlung erfaßt und in Abhängigkeit von der erfaßten Strahlung die Regelung der einzelnen Zonen angesteuert. Durch Einsatz eines thermographischen Verfahrens ist es möglich, die Temperatur des auf dem Rost gebildeten Glutbettes flächig zu erfassen, d.h. einen zweidimensionalen Temperaturverlauf in einzelnen Rostzonen abzubilden und somit jede der einzelnen Zonen gezielt anzusteuern, um die Verbrennung auf den Zonen zu optimieren und damit die Schadstoffbildung (Dioxine, Stickoxide.....) zu minimieren.
    Diese Technik wird heute tatsächlich bei Müllverbrennungsanlagen angewendet, wobei man sich infrarot-empfindlicher TV-Kameras bedient, die dann, nach entsprechender Bildbearbeitung, Isothermen für die ganze Rostfläche angeben. Bei kleinen automatisch geregelten Rostfeuerungen für z.B. Biomasse wird diese Methode nicht eingesetzt, da sie zu teuer, zu kompliziert und auch nicht notwendig ist. Vielmehr wird die betreuende Person dazu angewiesen, in regelmäßigen Zeitabständen durch ein Schaufenster das untere Ende des Rostes zu beobachten und danach den Rostbetrieb einzustellen. Es ist einsichtig, daß diese Methode erstens kostenaufwendig ist, da das Personal bezahlt werden muß und zweitens von der Zuverlässigkeit und dem Wissensstand der Person abhängt. Es wurde auch schon bekannt (Patents Abstracts of Japan, Band 5, Nr. 93 (M-74), 17/06/81; & JP - A - 56 - 040 018), die Steuerung der Luftzufuhr bzw. der Fördergeschwindigkeit des Brennstoffes über die Beobachtung der Lichtemission des Glutbettes an zwei Stellen des Brennstoffweges auszuführen. Für die Steuerung ausgewertet wird hiebei der sich zwischen den beiden Stellen einstellende Gradient der Verbrennung. Die beiden Stellen, an welchen bei der bekannten Vorrichtung die Lichtemission gemessen wird, sind in der Druckschrift nicht festgelegt. Nachteilig hiebei ist der Umstand, daß die Steuerung aufgrund der Lichtemission an bloß zwei Stellen der Feuerung erfolgt. Ein auf den tatsächlichen Zustand der Feuerung Rückschlüsse erlaubendes Ergebnis steht damit für die Regelung der Verbrennung nicht zur Verfügung.
    Die erwähnten Nachteile lassen sich jedoch vermeiden, wenn die Beobachtung des am Rost befindlichen Gutes im Austrag- bzw. Abfuhrbereich des Rostes mit einem Blickwinkel (α) von 10° bis 30°, vorzugsweise 16° bis 20°, auf Auftreten von Lichtemission aus dem im Austrag- bzw. Abfuhrbereich befindlichen Gut durchgeführt wird und dort die Strahlung im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes integral erfaßt wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird nicht das Glutbett, sondern nur der Rostabwurf und nicht durch Abbildung, sondern nur durch eine integrale Erfassung der Strahlung im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes im Sichtfeld des (der) Sensors(en) beobachtet. Die vorliegende Erfindung würde zwar zu wenig Information geben, um die Verbrennung auf dem Rost insgesamt zu regeln, sie hilft jedoch, den Abwurf von Brennbarem in die Asche zu minimieren und weiters die Rostlänge besser auszunutzen, was auch die Schadstoffbildung reduziert.
    Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Regeln einer Rostfeuerung mit beweglichem Rost, von dem Asche über einen Endbereich des Rostes abgeführt bzw. ausgetragen wird, wobei das am Rost befindliche Gut auf Vorhandensein von Glut gegebenenfalls an mehreren Stellen des Gutweges beobachtet wird und in Abhängkeit von der Beobachtung die Luftzufuhr und/oder die Fördergeschwindigkeit des Brennstoffes geregelt wird, ist vorgesehen, daß auf den Abfuhr- bzw. Austragbereich des Rostes in an sich bekannter Weise mindestens ein im Wellenlängenbereich des von der Glut emittierten Lichtes empfindliches Sensorelement ausgerichtet ist, wobei die Signale des bzw. der Sensorelemente, gegebenenfalls nach Durchgang durch einen Verstärker, an den Eingang eines Steuerorganes für den Rostvorschub und/oder die Brennstoffzufuhr zum Rost und/oder die Luftzufuhr zum Rost, legbar sind und daß das mindestens eine Sensorelement für den Empfang von Licht ausgebildet ist und eine einen Blickwinkel des Sensorelementes von 10° bis 30°, vorzugsweise 16° bis 20°, ergebende Abschirmung gegen Strahlung aus anderen Rostbereichen vorhanden ist. Dadurch wird eine besonders günstige Ausgestaltung zur Beobachtung des Abfuhr- bzw. Austragbereiches des Rostes erzielt, mit welcher erkannt werden kann, ob das dort am Rost befindliche Gut noch Glutkörper sichtbar vorliegen hat, wobei aufgrund der Abschirmung störende Einflüsse von Nachbarregionen ausgeschaltet sind.
    Eine einfach zu realisierende Ausgestaltung sieht vor, daß die Abschirmung des mindestens einen Sensorelementes gegen Strahlung aus anderen Rostbereichen von der Wandung einer Durchbrechung der Brennkammerwandung, in der das Sensorelement, zumindest mit seinem Lichtempfänger, angeordnet ist, gebildet ist. Ebenso kann jedoch die Abschirmung des mindestens einen Sensorelementes gegen Strahlung aus anderen Rostbereichen von einer den Lichtempfänger umschließenden Hülse gebildet sein.
    Vorteilhafterweise kann zusätzlich zu dem mindestens einen auf den Empfang von Licht aus dem Abfuhr- bzw. Austragbereich des Rostes ausgerichteten Sensorelement mindestens ein weiteres, im Wellenlängenbereich des von der Glut emittierten Lichtes empfindliches Sensorelement vorgesehen sein, das auf den Empfang von Licht ausgerichtet ist, das aus einem Bereich kommt, der an den von dem mindestens einen Sensorelement für die Beobachtung des Abfuhr- bzw. Austragbereiches, gegen den Aufgabebereich hin anschließt und bevorzugt etwa gleiche Breite wie der beoachtete Abfuhr- bzw. Austragbereich besitzt, und wobei eine Abschirmung gegen Strahlung aus anderen als dem beoachteten an den Abfuhr- bzw. Austragbereich anschließenden Bereichen vorgesehen ist und die Abschirmung bevorzugt von einer den Lichtempfänger des Sensorelementes umschließenden Hülse oder von der Wandung einer Durchbrechung der Brennkammerwandung gebildet ist, in der das weitere Sensorelement zumindest mit seinem Lichtempfänger, z.B. einem Glasstab, angeordnet ist, und wobei die Signale des weiteren Sensorelementes gegebenenfalls nach Durchgang durch einen Verstärker, an den Eingang eines Steuerorganes für den Rostvorschub und/oder die Brennstoffzufuhr zum Rost und/oder die Luftzufuhr zum Rost, insbesondere zu dessen Abfuhr- bzw. Austragbereich, legbar sind. Dies hat den Vorteil, daß aufgrund der zusätzlichen Beobachtung ermittelt werden kann, bis zu welchem Rostbereich noch Glut vorhanden ist, um solcherart auch die Brennstoffaufgabe auf den Rost abschätzen zu können. Auch kann ermittelt werden, ob aufgrund der Luftzufuhr das gesamte Gut verbrannt ist oder ob noch brennbares Restgut vorhanden ist. Auch kann ein etwa zu großer Vorschub am Rost rechtzeitig erkannt werden. Dabei kann der Lichtempfänger, z.B. Glasstab, der Sensorelemente unmittelbar oder in an sich bekannter Weise über ein Glasfaserbündel mit dem elektronischen Signalgeber des Sensorelementes verbunden sein, sodaß der Signalgeber entfernt vom Lichtempfänger, gegen Wärmestrahlung geschützt, angeordnet werden kann. Wie angeführt, ist es an sich bekannt, von Sensorelementen übermittelte Lichtstrahlen über Glasfaserbündel von den Sensorelementen zum Signalgeber zu führen. Bei dieser bekannten Ausbildung handelt es sich um eine Beoachtungsmöglichkeit eines Brenners, wobei die Glasfaserbündel im Zentrum des Brenners ausmünden, sodaß dort direkt beobachtet werden kann. Im vorliegenden Fall handelt es sich jedoch um die Überwachung eines Glutbettes auf sichtbare Glutnester, bei welcher eine entsprechende Abschirmung und auch aufgrund der hohen Wärmestrahlung der Glutnester eine Entfernung der Signalgeber wesentlich ist. Um das Eindringen von Fehlluft im Bereich des Rostes zu verhindern, kann die den Lichtempfänger, z.B. Glasstab, umschließende Hülse außen mit mindestens einer, bevorzugt mit drei Scheiben versehen sein, die in dem Raum zwischen der Hülse und der die Hülse umgebenden Wand angeordnet sind.
    Schließlich kann dem Raum zwischen dem Lichtempfänger und der Innenwandung der Hülse ein Kühlmedium, bevorzugt Luft, über einen Anschlußstutzen zuführbar sein, wodurch auch im Falle höherer Temperaturen in der Nähe des Rostes eine sichere Arbeitsweise und eine hohe Haltbarkeit der Einrichtung erzielt ist.
    Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen,
  • Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch die Brennkammer eines Kessels mit Vorschubrost,
  • Fig. 2 ein Detail aus Fig. 1 und
  • Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Detail eines Sensors.
    • Dem schrägen Vorschubrost gemäß Fig. 1 wird auf der linken Seite fester Brennstoff aufgegeben und durch die Bewegung der Rostelemente und die Neigung des Rostes nach rechts gefördert. In der mit 1 bezeichneten Zone wird der Brennstoff zunächst getrocknet, in Zone 2 findet Vergasung und Verbrennung statt und in der Zone 3 verbrennen noch einige Brennstoffreste. Größtenteils ist die Zone 3 jedoch schon von Asche bedeckt. Über den Abwurf 4 wird die Asche 5 schließlich aus dem Brennraum ausgetragen. Durch den Rost strömt von unten Primärluft 7, die dem Rost entsprechend den auf diesem herrschenden Betriebsbedingungen zugeteilt wird.
    Das Kriterium für einen Ascheabwurf ohne Brennstoffteile ist nun nicht die Glutbetthöhe, die mittels einer Lichtschranke z.B. an der Position 80 gemessen wird, sondern das Vorhandensein von Glut am untersten Ende des Rostes.
    Die Erfindung besteht darin, die Ausbrennzone 3 des Rostes durch einen oder mehrere optische Sensoren zu überwachen. Diese optischen Sensoren sind auf das Licht der Glut empfindlich und geben ein Signal, welches proportional der empfangenen Lichtintensität ist. Von den Sensoren 8 sind je nach Breite des Bettes einer oder mehrere nebeneinander so angebracht, daß sie gerade den Abwurfbereich des Rostes beobachten. Diese Sensoren sollten im Normalbetrieb kein Lichtsignal empfangen. Die Sensoren 8 sind im Prinzip für die Regelung der Anlage mit dem Ziel, keinen brennenden Brennstoff abzuwerfen, ausreichend und man könnte grundsätzlich mit dem oder den Sensor(en) 8 auskommen. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, einen - oder bei sehr breiten Anlagen mehrere - Sensor(en) 9 anzubringen, die auf jenen Teil des Brennstoffbettes gerichtet sind, der sich gerade oberhalb des Betrachtungsbereiches der Sensoren 8 befindet. Dieser Sensor (Sensoren) 9 sollte im Normalbetrieb sehr wohl ein Lichtsignal empfangen, das anzeigt, daß sich hier noch Glut befindet und daß damit der Rost über seine volle Länge mit Brennstoff bedeckt ist. Bei extremem Teillastbetrieb wird auch der Sensor 9 keine Glut sehen können.
    Aufgrund der Informationen von den Sensoren 8 und 9 wird der Betrieb des Rostes wie folgt gesteuert:
    Wenn die untere Gruppe von Sensoren 8 Glut sieht, wird der Rostvorschub reduziert und - wenn die Möglichkeit dafür gegeben ist - auch die Luftzufuhr in den unteren Rostbereich verstärkt. Dadurch ergibt sich einerseits eine längere Verweilzeit des Brennstoffes auf dem Rost und andererseits ein höheres Luftangebot für den Ausbrand des Brennstoffes. Wenn diese beiden Maßnahmen noch nicht zum Ziel führen - d.h. daß Sensor 8 keine Glut mehr sieht - dann muß die Brennstoffaufgabe 6 vermindert werden. Meistens ist dann der Brennstoff so naß, daß er auf dem Rost erst zu spät zündet und damit nicht genug Zeit für den Ausbrand bleibt.
    Sieht jedoch bei Normalbetrieb weder der Sensor 8 noch der Sensor 9 Glut, dann sollte der Rostvorschub beschleunigt werden, um den Rost möglichst zur Gänze mit Brennstoff zu belegen. Der Rost ist für eine gleichmäßige Brennstoffbelegung dimensioniert und kann nur unter dieser Bedingung mit einer minimalen Schadstoffemission betrieben werden.
    Eine für Licht empfindliche Sensorik 14 ist ein elektronischer Bauteil und darf darum nicht einer höheren Temperatur ausgesetzt werden. Außderdem hängt die Höhe des Signals von der Betriebstemperatur des elektronischen Sensors ab. Es ist also erforderlich, den Sensor so zu plazieren, daß er sehr wohl einerseits das Licht aus der Brennkammer empfangen kann anderderseits sich aber an einem Ort befindet, wo er nicht durch die Temperatur des Feuerraumes beeinträchtigt wird. Üblicherweise darf eine Temperatur von 50°, höchstens 70°, keinesfalls überschritten werden - auch dann nicht, wenn es zu einer Betriebsstörung z.B. infolge Stromausfall kommt und eine eventuelle Kühlung durch Luft nicht mehr zur Verfügung steht. Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß mittels eines Glasstabes 10 die von der Glut ausgehende Strahlung aufgefangen und durch diesen an sein außerhalb des Feuerraumes befindliches Ende geführt wird, so wie in Fig. 2 dargestellt. Der Glasstab 10 befindet sich in einer in Fig. 3 näher detaillieten Schutzhülse. An seiner vorderen Abschlußfläche 31 empfängt der Glasstab die Strahlung von der Glut, wobei der Blickwinkel α des Glasstabes günstigerweise zwischen 10° und 30° eingeschränkt ist. Mittels der optischen Eigenschaften wird der Blickwinkel vorteilhaft auf 16° bis 20° bestimmt. Bei diesem Blickwinkel ist es einerseits möglich, den Stab in einem sicheren Abstand hinter der Vorderfront 12 der Wärmeisolierung 13 der Brennkammer enden zu lassen, um eine Überhitzung zu vermeiden und die Verschmutzung möglichst hintanzuhalten. Andererseits kann bei diesem Winkel ein repräsentativer Teil der Oberfläche des Rostes erfaßt werden. Bei ausreichender Länge des Glasstabes (z.B. 200 mm außerhalb der Wärmeisolierung der Brennkammer) kann bei seinem Ende die optische Sensorik 14 angebracht werden. Eine andere Lösungsmöglichkeit ist jene, daß am Ende des Glasstabes 10 ein flexibles Lichtwellenleiterkabel angeschlossen wird, welches gemeinsam mit den Lichtleiterkabeln von benachbarten Sensoren zu einem gemeinsamen Gehäuse führt, in welchem die Sensorik aller Glasstäbe untergebracht ist. Diese Lösung hat den Vorteil, daß der empfindliche elektronische Teil abseits von aller Gefährdung durch Feuer und Wasser montiert werden kann. Die Lichtwellenleiterkabel können dabei fast beliebig lang sein. Der Durchmesser des Glasstabes 10 beträgt zwischen 1 und 6 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 4,5 mm. Wird der Glasstab 10 zu dünn, so reicht die mechanische Festigkeit und die empfangene Lichtmenge nicht aus, wird er zu dick, dann wird er zu teuer. Die Länge des Glasstabes beträgt günstigerweise zwischen 200 und 600 mm, da - wenn er kürzer als 200 mm ist - das kalte Ende zu wenig weit von dem heißen Brennraum entfernt ist und ein zu langer Glasstab nur teuer ist und keinen Vorteil bringt.
    In Fig. 3 ist beispielhaft ein Glasstab 10 in seiner Schutzhülse dargestellt. Der Glasstab 10 ist in einer Hülse 24 untergebracht und mit seinem hinteren Ende 15 mit dieser Hülse mit einem warmfesten Kleber verklebt. Das vordere Ende des Glasstabes 10 wird durch eine Bohrung 16 lose geführt. Diese lose Führung ist notwendig, um die Wärmedehnung spannungsfrei zu ermöglichen. Das vordere Ende 3 des Glasstabes wird durch eine Fortsetzung 17 der Hülse 24 überragt, um einerseits mechanischen Schutz zu bieten und andererseits den Blickwinkel des Glasstabes soweit einzuschränken, daß er nicht die feuerfeste Auskleidung 12 miterfaßt. Auf der Außenseite der Hülse 24 sind ein bis drei Scheiben 18 angebracht, um das Eindringen von Wärmestrahlung in den Hinterteil des Anschlußstutzens möglichst zu unterbinden. Die Scheiben 18 haben, am Umfang verteilt einige Bohrungen, um Spülluft, die durch den Stutzen 19 geführt wird und die teilweise durch die Bohrung 20 in den Bereich zwischen Hülse und Schutzrohr 29 austritt - durchströmen zu lassen. Der Rest der Spülluft strömt durch die Bohrung 21 am Glasstab vorbei in Richtung Feuerraum. Der durch den Stutzen 19 eintretende Luftstrom beträgt zwischen 0,5 und 2 kg/h.
    Bei einem hinreichend langen Glasstab 10 kann beim hinteren Ende direkt der optische Sensor 14 angebracht werden, was nach den bekannten Methoden des Standes der Technik erfolgen kann. Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsvariante ist, daß vom hinteren Ende des Glasstabes 10 ein flexibles Lichtleiterkabel (je Glasstab eines) zu einem gemeinsamen Gehäuse geführt wird, in dem sich für jeden Glasstab ein Sensor mit der dazugehörigen Elektronik befindet. Die Verarbeitung des Sensorsignales erfolgt nach den bekannten Methoden der Elektronik. Desgleichen wird das aus der Elektronik abgegebene Signal mit bekannter Technik zu den Steuerungselementen für den Rostbetrieb verbunden.

    Claims (10)

    1. Verfahren zum Regeln einer Rostfeuerung mit beweglichem Rost, von dem Asche über einen Endbereich des Rostes abgeführt bzw. ausgetragen wird, wobei das am Rost befindliche Gut auf Vorhandensein von Glut gegebenenfalls an mehreren Stellen des Gutweges beobachtet wird und in Abhängkeit von der Beobachtung die Luftzufuhr und/oder die Fördergeschwindigkeit des Brennstoffes geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtung des am Rost befindlichen Gutes im Austrag- bzw. Abfuhrbereich des Rostes mit einem Blickwinkel (α) von 10° bis 30°, vorzugsweise 16° bis 20°, auf Auftreten von Lichtemission aus dem im Austrag- bzw. Abfuhrbereich befindlichen Gut durchgeführt wird und dort die Strahlung im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes integral erfaßt wird.
    2. Vorrichtung zum Regeln einer Rostfeuerung mit beweglichem Rost, von dem Asche über einen Endbereich des Rostes abgeführt bzw. ausgetragen wird, wobei das am Rost befindliche Gut auf Vorhandensein von Glut gegebenenfalls an mehreren Stellen des Gutweges beobachtet wird und in Abhängkeit von der Beobachtung die Luftzufuhr und/oder die Fördergeschwindigkeit des Brennstoffes geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Abfuhr- bzw. Austragbereich des Rostes in an sich bekannter Weise mindestens ein im Wellenlängenbereich des von der Glut emittierten Lichtes empfindliches Sensorelement (8) ausgerichtet ist, wobei die Signale des bzw. der Sensorelemente (8), gegebenenfalls nach Durchgang durch einen Verstärker, an den Eingang eines Steuerorganes für den Rostvorschub und/oder die Brennstoffzufuhr zum Rost und/oder die Luftzufuhr zum Rost, legbar sind und daß das mindestens eine Sensorelement (8) für den Empfang von Licht ausgebildet ist und eine einen Blickwinkel des Sensorelementes von 10° bis 30°, vorzugsweise 16° bis 20°, ergebende Abschirmung gegen Strahlung aus anderen Rostbereichen vorgesehen ist.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale des bzw. der Sensorelemente (8) an den Eingang eines Steuerorganes für die Luftzufuhr zum Abfuhr- bzw. Austragbereich des Rostes legbar sind.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung des mindestens einen Sensorelementes gegen Strahlung aus anderen Rostbereichen von der Wandung einer Durchbrechung der Brennkammerwandung (13), in der das Sensorelement (8), zumindest mit seinem Lichtempfänger, angeordnet ist, gebildet ist.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger des mindestens einen Sensorelementes (8) ein Glasstab (10) ist.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung des mindestens einen Sensorelementes gegen Strahlung aus anderen Rostbereichen von einer den Lichtempfänger umschließenden Fortsetzung (17) einer Hülse (24) des Lichtempfängers gebildet ist.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem mindestens einen auf den Empfang von Licht aus dem Abfuhr- bzw. Austragbereich des Rostes ausgerichteten Sensorelement (8) mindestens ein weiteres, im Wellenlängenbereich des von der Glut emittierten Lichtes empfindliches Sensorelement (9) vorgesehen ist, das auf den Empfang von Licht ausgerichtet ist, das aus einem Bereich kommt, der an den von dem mindestens einen Sensorelement (8) für die Beobachtung des Abfuhr- bzw. Austragbereiches beobachteten Bereich, gegen den Aufgabebereich hin anschließt und bevorzugt etwa gleiche Breite wie der beobachtete Abfuhr- bzw. Austragbereich besitzt, und daß eine Abschirmung gegen Strahlung aus anderen als dem beobachteten an den Abfuhr- bzw. Austragbereich anschließenden Bereichen vorgesehen ist und daß die Abschirmung bevorzugt von einer den Lichtempfänger des Sensorelementes (9) umschließenden Fortsetzung (17) einer Hülse (24) des Lichtempfängers oder von der Wandung einer Durchbrechung der Brennkammerwandung gebildet ist, in der das weitere Sensorelement (9) zumindest mit seinem Lichtempfänger, z.B. einem Glasstab (10), angeordnet ist, und daß die Signale des weiteren Sensorelementes (9) gegebenenfalls nach Durchgang durch einen Verstärker, an den Eingang eines Steuerorganes für den Rostvorschub und/oder die Brennstoffzufuhr zum Rost und/oder die Luftzufuhr zum Rost, insbesondere zu dessen Abfuhr- bzw. Austragbereich, legbar sind.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger, z.B. Glasstab, der Sensorelemente (8, 9) unmittelbar oder in an sich bekannter Weise über ein Glasfaserbündel mit dem elektronischen Signalgeber (14) des Sensorelementes (8, 9) verbunden ist, so daß der Signalgeber (14) entfernt vom Lichtempfänger, gegen Wärmestrahlung geschützt, angeordnet werden kann.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lichtempfänger, z.B. Glasstab (10), umschließende Hülse (24) außen mit mindestens einer, bevorzugt mit drei Scheiben (18) versehen ist, die in dem Raum zwischen der Hülse (24) und der die Hülse (24) umgebenden Wand angeordnet sind.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Raum zwischen dem Lichtempfänger und der Innenwandung der Hülse (24) ein Kühlmedium, bevorzugt Luft, über einen Anschlußstutzen (19) zuführbar ist.
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