EP4056899A1 - Drehrost mit einer brennstoffunabhängigen reinigungseinrichtung für eine biomasse-heizanlage und verfahren zum abreinigen des drehrostes - Google Patents

Drehrost mit einer brennstoffunabhängigen reinigungseinrichtung für eine biomasse-heizanlage und verfahren zum abreinigen des drehrostes Download PDF

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EP4056899A1
EP4056899A1 EP21218434.5A EP21218434A EP4056899A1 EP 4056899 A1 EP4056899 A1 EP 4056899A1 EP 21218434 A EP21218434 A EP 21218434A EP 4056899 A1 EP4056899 A1 EP 4056899A1
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EP
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rotary grate
grate
rotary
elements
openings
Prior art date
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EP4056899B1 (de
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Thilo SOMMERAUER
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SL Technik GmbH
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23H15/00—Cleaning arrangements for grates; Moving fuel along grates
    • 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
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    • F23G7/10—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of field or garden waste or biomasses
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    • F23G2900/50001—Combination of two or more furnaces
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N2223/48—Learning / Adaptive control
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2900/00—Special features of, or arrangements for controlling combustion
    • F23N2900/05006—Controlling systems using neuronal networks

Definitions

  • the invention relates to an improved rotary grate with a fuel-independent cleaning device for a biomass heating system.
  • the invention relates to a three-part rotary grate with improved cleaning for a fuel-flexible biomass heating system.
  • Biomass heating systems in a power range from 20 to 500 kW are known. Biomass can be considered a cheap, domestic, crisis-proof and environmentally friendly fuel. There are, for example, wood chips or pellets as combustible biomass or solid fuel.
  • the pellets usually consist of wood shavings, sawdust, biomass or other material that has been compacted into small discs or cylinders approximately 3 to 15 mm in diameter and 5 to 30 mm long.
  • Wood chips also known as wood chips, woodchips or woodchips
  • wood chips are wood that has been crushed with cutting tools.
  • Biomass heating systems for fuel in the form of pellets and wood chips essentially have a boiler with a combustion chamber (the combustion chamber) and a heat exchange device connected to it. Due to stricter legal regulations in many countries, some biomass heating systems also have a Fine dust filter on. Other various accessories are regularly available, such as control devices, probes, safety thermostats, pressure switches, exhaust gas or flue gas recirculation and a separate fuel tank.
  • a device for supplying fuel, a device for supplying air and an ignition device for the fuel are regularly provided in the combustion chamber.
  • the means for supplying the air normally comprises a high-efficiency, low-pressure fan in order to favorably influence the thermodynamic factors of combustion in the combustion chamber.
  • a device for supplying fuel can be provided, for example, with a lateral insert (so-called transverse insert firing). The fuel is pushed into the combustion chamber from the side via a screw or a piston.
  • a firing grate is also usually provided in the combustion chamber, on which the fuel is essentially supplied and burned continuously.
  • This grate stores the fuel for combustion and has openings that allow the passage of part of the combustion air as primary air to the fuel.
  • the grate can be rigid or movable.
  • Movable grates are usually used for simple disposal of the combustion residues produced during combustion, such as ash and slag.
  • these combustion residues can stick or cake on the grate and have to be cleaned off manually on a regular basis, which is disadvantageous.
  • the ash and slag can also block the openings in the grate for air supply with the ash or slag, which adversely affects the combustion efficiency.
  • Practice shows that the combustion residues can stick or cake, especially in the openings of the grate, which makes cleaning the grate even more difficult.
  • the grate When the primary air flows through the grate, the grate is also cooled, which protects the material. Should the openings become clogged, this cooling effect will also be impaired.
  • furnaces that are to be charged with different fuels have the inherent problem that the different fuels have different ash melting points, water contents and different combustion behavior. It is therefore problematic to provide a heating system that is equally well suited for different fuels and whose grates can be cleaned in a correspondingly improved manner.
  • the combustion chamber can also be regularly divided into a primary combustion zone (direct combustion of the fuel on the grate) and a secondary combustion zone (post-combustion of the flue gas).
  • a primary combustion zone direct combustion of the fuel on the grate
  • a secondary combustion zone post-combustion of the flue gas.
  • the drying, pyrolytic decomposition and gasification of the fuel takes place in the combustion chamber.
  • Secondary air can also be introduced in order to completely burn the resulting combustible gases.
  • the combustion of the pellets or wood chips essentially has two phases.
  • the fuel is at least partially pyrolytically decomposed and converted into gas by high temperatures and air, which can be blown into the combustion chamber solids a.
  • the fuel outgasses and the resulting gas is also burned.
  • Pyrolysis is the thermal decomposition of a solid substance in the absence of oxygen. Pyrolysis can be divided into primary and secondary pyrolysis.
  • the products of primary pyrolysis are pyrolysis coke and pyrolysis gases, the pyrolysis gases being divided into room temperature condensable and non-condensable gases.
  • the primary pyrolysis takes place at roughly 250-450°C and the secondary pyrolysis at around 450-600°C.
  • the secondary pyrolysis that subsequently occurs is based on the further reaction of the pyrolysis products that were primarily formed.
  • the drying and pyrolysis take place at least largely without the use of air, because volatile CH compounds escape from the particle and therefore no air can reach the particle surface.
  • Gasification can be seen as part of oxidation; the solid, liquid and gaseous products formed during the pyrolytic decomposition are reacted by further exposure to heat. This is done by adding a gasification agent such as air, oxygen or steam.
  • a gasification agent such as air, oxygen or steam.
  • the lambda value during gasification is greater than zero and less than one. Gasification takes place at around 300 to 850°C. Above approximately 850°C, complete oxidation takes place with excess air (lambda greater than 1).
  • the end products of the reaction are essentially carbon dioxide, water vapor and ash. In all phases, the boundaries are not rigid, but fluid.
  • the combustion process can be advantageously regulated by means of a lambda probe provided at the exhaust gas outlet of the boiler.
  • the conversion of the pellets into gas increases the combustion efficiency because gaseous fuel is better mixed with the combustion air, and less emission of pollutants, less unburned particles and ash are produced.
  • Combustion of biomass produces airborne combustion products, the main components of which are carbon, hydrogen and oxygen. These can be divided into emissions from complete oxidation, from incomplete oxidation and substances from trace elements or impurities.
  • the emissions from complete oxidation are essentially carbon dioxide (CO 2 ) and water vapor (H 2 O).
  • the formation of carbon dioxide from the carbon in the biomass is the goal of combustion, since the energy released can be used in this way.
  • the release of carbon dioxide (CO 2 ) is largely proportional to the carbon content of the fuel burned; thus the carbon dioxide is also dependent on the useful energy to be provided.
  • a reduction can essentially only be achieved by improving the efficiency. In any case, combustion residues such as ash and slag are also produced, which can adhere firmly to the grate.
  • biomass heating systems which are intended to be suitable for different types of biofuel
  • the varying quality and consistency of the fuel makes it difficult to maintain a consistently high efficiency of the biomass heating system, especially since the ash and slag formation on the grate varies greatly dimensions can be done. There is a considerable need for optimization in this regard.
  • the biological fuel can be contaminated. These impurities can increase the formation of ash and slag and/or cause blockages in the openings of the grate.
  • pellets falling into the combustion chamber can roll or slide out of the grate and end up in an area of the combustion chamber where the temperature is lower or lower where the air supply is poor, or they can even fall into the bottom chamber of the boiler.
  • Pellets that do not remain on the grid or grate burn incompletely, causing poor efficiency, excessive ash and a certain amount of unburned pollutant particles.
  • Biomass heating systems for pellets or wood chips have the following additional disadvantages and problems.
  • EP 3 789 676 B1 treated with a cleaning device for a rotating grate with a beating action.
  • a drop hammer configuration ensures that a mass element strikes a stop of the respective element when the elements of the rotary grate are rotated.
  • the hybrid technology should enable the use of both pellets and wood chips with a water content of between 8 and 35 percent by weight.
  • the task(s) mentioned above or the potential individual problems can also relate to other aspects of the overall system, for example the combustion chamber or the air flow through the grate.
  • Rotary grate for a biomass heating system having at least one rotary grate element with a perforation made up of a plurality of slot-shaped openings; at least one bearing axis, by means of which the rotary grate element is rotatably mounted; at least one cleaning device attached to one of the rotary grate elements, the cleaning device having a mass element that is movable relative to the rotary grate element and piercing elements for the openings attached to the mass element; wherein the cleaning device is set up such that when the rotary grate element rotates, an acceleration movement of the mass element is initiated, so that the cleaning device exerts a knocking effect on the rotary grate element and a piercing effect on the openings in order to clean the rotary grate element with its openings.
  • Rotary grate for a biomass heating system wherein the cleaning device is set up such that when the rotating grate element rotates to initiate the acceleration movement, the mass element is raised to a fall start position, from which the mass element falls linearly under the influence of gravitational acceleration by means of a linear guide in order to generate the knocking effect on the rotating grate element and at the same time the piercing effect for the openings.
  • Rotary grate for a biomass heating system wherein a fall height for the falling of the mass element and a mass of the mass element are set up such that when falling, ash deposits on and in the openings, which have arisen through sintering, are removed by the piercing effect be able.
  • Rotating grate for a biomass heating system according to one of the preceding aspects, wherein the linear guide is designed as a linear slide guide with two suspensions and two complementary guide openings.
  • Rotating grate for a biomass heating system according to one of the preceding aspects, wherein the piercing elements are designed in the form of a comb with a plurality of projections.
  • Rotary grate for a biomass heating system wherein the piercing elements have a length such that they can completely penetrate the openings, and the piercing elements are designed with projections in such a way that the projections taper continuously in the direction of their distal ends; and the lancing elements are arranged in such a way that they are respectively provided complementary to the openings.
  • Rotary grate for a biomass heating system wherein the piercing elements are plate-shaped, and the piercing elements have a fastening part for fastening to the mass element, and the piercing elements have a plurality of projections tapering in the length direction of the piercing element, and the piercing elements Central part between the fastening part and the projections.
  • Rotary grate for a biomass heating system according to one of the preceding aspects, wherein a length of the central part is dimensioned such that it can completely penetrate the rotary grate element.
  • the mass element having slot-shaped recesses in which the piercing elements for fastening the piercing elements to the mass element are accommodated.
  • Rotary grate for a biomass heating system wherein the mass element to which the piercing elements are attached is set up in such a way that a piercing element is provided for each opening of the rotary grate element.
  • Rotating grate for a biomass heating system according to any of the preceding aspects, wherein the cleaning device comprises: a suspension attached to the rotating grate element and slide bearings in the mass elements which together form a linear carriage guide which enables linear movement of the mass element towards and away from the rotating grate element.
  • Rotary grate for a biomass heating system wherein at least three cleaning devices are provided for a rotary grate element, wherein one cleaning device is provided on a bearing axis of the rotary grate element, and the other cleaning devices are provided adjacent to each other.
  • Rotary grate for a biomass heating system wherein the mass element has plain bearings as the guide openings for receiving the suspension.
  • the mass element has two outer plates between which a plurality of inner plates are sandwiched, the inner plates having recesses which extend to the plain bearing.
  • a rotary grate for a biomass heating system according to any of the preceding aspects, wherein the cleaning means is mounted on the underside of the rotary grate member opposite a combustion surface of the rotary grate member.
  • Rotary grate for a biomass heating system wherein the rotary grate has a first rotary grate element, a second rotary grate element and a third rotary grate element, which are each arranged to be rotatable by at least 90 degrees about the respective bearing axis.
  • Method for cleaning a rotary grate of a biomass heating system wherein the mass element is raised when the rotary grate element rotates to initiate the acceleration movement to a fall start position, from which the mass element falls linearly under the influence of gravitational acceleration in order to reduce the knocking effect on the to produce a rotary grate element.
  • a rotary grate for a biomass heating system which further has the following: at least one rotary grate element; at least one bearing axle, by means of which the rotary grate element is rotatably mounted; at least one cleaning device attached to one of the rotary grate elements, the cleaning device having a mass element that is movable relative to the rotary grate element; wherein the cleaning device is set up in such a way that when the rotary grate element rotates, an acceleration movement of the mass element is initiated, so that the cleaning device exerts a knocking effect on the rotary grate element in order to clean the rotary grate element.
  • a rotary grate for a biomass heating system, wherein: the cleaning device is set up in such a way that the mass element is raised when the rotary grate element rotates to initiate the acceleration movement to a fall start position, from which the mass element is under the influence of gravitational acceleration to generate the knocking effect on the rotating grate element.
  • a rotary grate for a biomass heating system, wherein: the cleaning device is set up such that the mass element of the cleaning device strikes a stop surface of the rotary grate element when it accelerates or falls.
  • a rotary grate for a biomass heating system with: the cleaning device such is set up such that the mass element of the cleaning device deflects a striking arm during its acceleration or falling movement, so that it strikes a stop surface.
  • a rotary grate for a biomass heating system, wherein: the cleaning device is set up in such a way that when the rotary grate element is rotated in a first direction and when the rotary grate element is rotated in a second direction, which is opposite to the first direction , each hitting a stop surface.
  • a rotary grate for a biomass heating system wherein: the cleaning device is attached to the underside of the rotary grate element, which is opposite a combustion surface of the rotary grate element.
  • a rotary grate for a biomass heating system wherein: the cleaning device has the following: a suspension attached to the rotary grate element with a joint; a beater arm having a first end and a second end, the mass member being provided at one of the ends of the beater arm; wherein the beating arm is connected to the suspension via the joint so that it can be pivoted about an axis of rotation of the joint.
  • a rotary grate for a biomass heating system, wherein: the bearing axis of the rotary grate element is provided at least approximately parallel to the axis of rotation of the joint of the beater arm; and/or the bearing axis is arranged at least approximately horizontally.
  • a rotary grate for a biomass heating system, wherein: the impact arm can be pivoted by a predefined angle between the fall start position and a fall end position is arranged; and/or the cleaning device is attached exclusively to the rotary grate element and is connected to it.
  • a rotary grate for a biomass heating system, wherein: the cleaning device is set up with the mass element in such a way that the mass element has a flat striking surface which is aligned at least approximately parallel to the striking surface when struck.
  • a rotary grate for a biomass heating system, wherein: at least one stop surface is provided on the underside of the rotary grate element and/or on the bearing axis and/or on the cleaning device.
  • a rotary grate for a biomass heating system wherein: the rotary grate elements form a combustion surface for the fuel; wherein the rotary grate elements have openings for the air for combustion, the openings being elongated in the form of a slit, a longitudinal axis of the openings being provided at an angle of 30 to 60 degrees to a fuel insertion direction.
  • a rotary grate for a biomass heating system, wherein: the rotary grate has a first rotary grate element, a second rotary grate element and a third rotary grate element, which are each arranged to be rotatable by at least 90 degrees about the respective bearing axis.
  • a rotary grate for a biomass heating system, wherein: the rotary grate also has a rotary grate mechanism that is configured in such a way that it can rotate the third rotary grate element independently of the first rotary grate element and the second rotary grate element, and that these the first rotary grate element and the second Rotating grate element can rotate together and independently of the third rotating grate element.
  • a rotary grate for a biomass heating system wherein: the rotary grate has a perforation; and wherein the perforation consists of a plurality of slit-shaped openings arranged in plan view of the rotary grate such that: a first number of the slit-shaped openings are arranged at a first angle and non-parallel to a direction of insertion of the fuel onto the rotary grate.
  • a rotary grate for a biomass heating system, with a second number of slot-shaped openings being arranged on the rotary grate at a second angle and not parallel to an insertion direction of the fuel.
  • a rotary grate for a biomass heating system wherein: the first angle is greater than 30 degrees and less than 60 degrees; and the second angle is greater than 30 degrees and less than 60 degrees.
  • a rotary grate for a biomass heating system wherein: a combustion surface of the rotary grate configures a substantially oval or elliptical combustion surface; and the insertion direction of the fuel is equal to a longer central axis of the oval combustion surface of the rotary grate.
  • a method for cleaning a rotary grate of a biomass heating system comprising the following steps: at least one rotary grate element; at least one bearing axle, by means of which the rotary grate element is rotatably mounted; at least one cleaning device attached to one of the rotary grate elements, the cleaning device having a mass element that is movable relative to the rotary grate element; the method comprising the following steps:
  • a method for cleaning a rotary grate of a biomass heating system wherein the mass element is raised when the rotary grate element rotates to initiate the acceleration movement to a fall start position, from which the mass element falls under the influence of gravitational acceleration in order to counteract the knocking effect to generate on the rotary grate element.
  • a method for cleaning a rotary grate of a biomass heating system is provided, with rotation of the rotary grate element in a first direction and rotation of the rotary grate element in a second direction, which is opposite to the first direction, impacting on a stop surface he follows.
  • horizontal can denote a level orientation of an axis or a cross section, assuming that the boiler is also set up horizontally, with which, for example, the ground level can be the reference.
  • horizontal as used herein means “parallel” to the base plane of the vessel, as commonly defined.
  • horizontal can be understood merely as at least approximately perpendicular to the direction of action of the gravitational force of the earth or gravitational acceleration.
  • biomass heating system with the grate according to the invention and the grate according to the invention with the cleaning device / the cleaning devices is / are below in embodiments and individual aspects based on the
  • an expression such as “A or B”, “at least one of A and/or B”, or “one or more of A and/or B” can include all possible combinations of features listed together.
  • Terms such as “first,” “second,” “primary,” or “secondary” as used herein may represent different elements regardless of their order and/or importance, and are not limiting of corresponding elements.
  • an element e.g., a first element
  • another element e.g., a second element
  • the element may be directly connected to the other element or to the other element connected via another element (e.g. a third element).
  • a phrase “configured for” (or “configured for”) as used in the present disclosure may be replaced with “suitable for,””suitablefor,””adaptedfor,””madefor,””capableof,” or “designed for.” depending on what is technically possible.
  • a phrase “device configured to” or “set up to” may mean that the device can operate in conjunction with another device or component, or perform a corresponding function.
  • the biomass heating system 1 of the present disclosure is to be described in general in order to shed more light on the "environment" of the present rotary grate 25 with its cleaning device 125 .
  • FIG. 1 shows a three-dimensional overview of an exemplary biomass heating system 1, which can contain the rotary grate 25 according to the invention with a cleaning device 125.
  • the arrow V in the figures indicates the front view of the plant 1
  • the arrow S in the figures indicates the side view of the plant 1.
  • the biomass heating system 1 has a boiler 11 which is mounted on a base 12 of the boiler.
  • the boiler 11 has a boiler housing 13, for example made of sheet steel.
  • a combustion device 2 (not shown), which can be reached via a first maintenance opening with a closure 21 .
  • a rotary mechanism mount 22 for a rotary grate 25 (not shown) supports a rotary mechanism 23 with which drive forces can be transmitted to bearing axles 81 of the rotary grate 25 .
  • a heat exchanger 3 (not shown), which can be reached from above via a second maintenance opening with a closure 31 .
  • an optional filter assembly 4 (not shown) having an electrode 44 (not shown) suspended by an insulating electrode support 43 and powered by an electrode supply line 42 .
  • the exhaust gas from the biomass heating system 1 is discharged via an exhaust gas outlet 41 which is arranged downstream (fluidically) of the filter device 4 in terms of flow.
  • a fan can be provided here.
  • a recirculation device 5 is provided downstream of the boiler 11, which recirculates part of the flue gas via recirculation ducts 54 and 55 and air valves 52 for reuse in the combustion process. This recirculation device 5 will later with reference to Figures 12 to 17 explained in detail.
  • the biomass heating system 1 has a fuel supply 6, with which the fuel is conveyed in a controlled manner to the combustion device 2 in the primary combustion zone 26 from the side onto the rotary grate 25.
  • the fuel supply 6 has a cell wheel sluice 61 with a fuel supply opening 65, the cell wheel sluice 61 having a drive motor 66 with control electronics.
  • a driven by the drive motor 66 axis 62 drives a transmission mechanism 63 to the can drive a fuel screw conveyor (not shown) 67 so that the fuel is conveyed in a fuel supply channel 64 to the combustion device 2 .
  • An ash removal device 7 is provided in the lower part of the biomass heating system 1 , which has an ash discharge screw 71 with a transition screw 73 in an ash discharge channel, which is operated by a motor 72 .
  • FIG 2 now shows a cross-sectional view through the biomass heating system 1 of FIG 1 , which was taken along a section line SL1 and which is shown viewed from the side S.
  • the corresponding 3 which has the same cut as 2 represents, for the sake of clarity, the flows of the flue gas and flow cross-sections are shown schematically. to 3 it should be noted that individual areas compared to the 2 are shown grayed out. This is only for clarity 3 and the visibility of the flow arrows S5, S6 and S7.
  • the boiler 11 is mounted on the boiler base 12 and has a multi-walled boiler housing 13 in which water or another fluid heat exchange medium can circulate.
  • a water circulation device 14 with a pump, valves, lines, etc. is provided for the supply and removal of the heat exchange medium.
  • the combustion device 2 has a combustion chamber 24 in which the combustion process of the fuel takes place in the core.
  • the combustion chamber 24 has a multi-part rotary grate 25, which will be explained in more detail later, on which the fuel bed 28 rests.
  • the multi-part rotary grate 25 is rotatably mounted by means of a plurality of bearing axles 81 .
  • the primary combustion zone 26 of the combustor 24 is encompassed by (a plurality of) combustor brick(s) 29, with which the combustor bricks 29 define the geometry of the primary combustion zone 26 .
  • the cross-section of the primary combustion zone 26 (for example) along horizontal section line A1 is substantially oval (for example 380mm +/- 60mm x 320mm +/- 60mm; it should be noted that some of the above size combinations may also result in a circular cross-section).
  • the arrows S1 of the corresponding 3 show the primary flow in the primary combustion zone 26 schematically, this primary flow also (not shown) has a twist to improve the mixing of the flue gas.
  • the combustion chamber bricks 29 form the inner lining of the primary combustion zone 26, store heat and are directly exposed to the fire.
  • the combustion chamber stones 29 thus also protect the other material of the combustion chamber 24 , for example cast iron, from the direct effect of the flames in the combustion chamber 24 .
  • the combustion chamber stones 29 are preferably adapted to the shape of the grate 25 .
  • the combustion chamber bricks 29 also have secondary air or recirculation nozzles 291, which recirculate the flue gas into the primary combustion zone 26 for renewed participation in the combustion process.
  • the secondary air nozzles or recirculation nozzles 291 are not aligned with the center of the primary combustion zone 26, but are aligned acentrically in order to cause a swirl of the flow in the primary combustion zone 26 (ie a turbulent flow).
  • Insulation 311 is provided at the boiler tube entrance.
  • the oval cross-sectional shape of the primary combustion zone 26 (and the nozzle) advantageously promotes the formation of a turbulent flow.
  • a secondary combustion zone 27 adjoins the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 and defines the radiant part of the combustion chamber 24.
  • the flue gas produced during combustion releases its thermal energy mainly through thermal radiation, in particular to the heat exchange medium, which is located in the two left-hand chambers for the heat exchange medium 38 is located.
  • the corresponding flue gas flow is in 3 indicated by arrows S2 and S3.
  • the first maintenance opening 21 is insulated with an insulating material such as Vermiculite TM .
  • the present secondary combustion zone 27 is set up in such a way that burnout of the flue gas is ensured. The special geometric design of the secondary combustion zone 27 will be explained in more detail later.
  • the secondary combustion zone 27 only starts at the level of the corresponding air nozzles from a flow point of view.
  • the secondary combustion zone 27 can structurally also be regarded as the entire space above the primary combustion zone 26 through which a flow can take place.
  • the flue gas flows via its inlet 33 into the heat exchange device 3, which has a bundle of boiler tubes 32 provided parallel to one another.
  • the flue gas now flows downwards in the boiler tubes 32, as in 3 indicated by the arrows S4.
  • This part of the flow can also be referred to as the convection part, since the heat dissipation of the flue gas takes place essentially on the boiler tube walls via forced convection. Due to the temperature gradients in the heat exchanger medium, for example in the water, caused in the boiler 11, natural convection of the water occurs, which promotes thorough mixing of the boiler water.
  • Spring turbulators 36 and spiral or band turbulators 37 are arranged in the boiler tubes 32 in order to improve the efficiency of the heat exchange device 4 .
  • the outlet of the boiler tubes 32 opens into the turning chamber 35 via the turning chamber inlet 34.
  • the turning chamber 35 is sealed off from the combustion chamber 24 in such a way that no flue gas from the turning chamber 35 can flow directly back into the combustion chamber 24.
  • a common (removal) transport path for the combustion residues is provided, which can occur in the entire flow area of the boiler 11. If the filter device 4 is not provided, the flue gas is discharged upwards again in the boiler 11 .
  • the other case of the optional filter device 4 is in the 2 and 3 shown. In the process, the flue gas is fed back up into the filter device 4 after the turning chamber 35 (cf. arrows S5), which in the present example is an electrostatic filter device 4. Flow screens can be provided at the inlet 44 of the filter device 4, which homogenize the flue gas flow.
  • Electrostatic dust filters also known as electrostatic precipitators, are devices for separating particles from gases that are based on the electrostatic principle. These filter devices are used in particular for the electrical cleaning of exhaust gases.
  • electrostatic precipitators dust particles are electrically charged by a corona discharge and drawn to the oppositely charged electrode.
  • the corona discharge takes place on a suitable, charged high-voltage electrode inside the electrostatic precipitator.
  • the electrode is preferably designed with protruding tips and possibly sharp edges, because the density of the field lines and thus also the electric field strength is greatest there and the corona discharge is thus favored.
  • the opposite electrode usually consists of a grounded section of flue gas or exhaust pipe that is mounted around the electrode.
  • the degree of separation of an electrostatic precipitator depends in particular on the dwell time of the exhaust gases in the filter system and the voltage between the spray and separation electrodes.
  • the rectified high voltage required for this is provided by a high-voltage generating device (not shown).
  • the high-voltage generation system and the holder for the electrode must be protected from dust and dirt in order to avoid unwanted leakage currents and to extend the service life of system 1.
  • a rod-shaped electrode 45 (which is preferably designed like an elongated, plate-shaped steel spring) is held approximately centrally in an approximately chimney-shaped interior of the filter device 4 .
  • the electrode 45 consists at least largely of high-quality spring steel or chromium steel and is held by an electrode holder 43 via a high-voltage insulator, ie an electrode insulation 46 .
  • the electrode 45 is capable of vibrating and hangs downwards into the interior of the filter device 4.
  • the electrode 45 can, for example, vibrate back and forth transversely to the longitudinal axis of the electrode 45.
  • a cage 48 simultaneously serves as a counter-electrode and as a cleaning mechanism for the filter device 4.
  • the cage 48 is connected to ground or earth potential.
  • the flue gas or exhaust gas flowing in the filter device 4 is filtered by the prevailing potential difference, cf. the arrows S6, as explained above.
  • the electrode 45 is switched off.
  • the cage 48 preferably has an octagonal regular cross-sectional profile.
  • the cage 48 can preferably be laser cut during manufacture.
  • the flue gas flows through the turning chamber 34 into the inlet 44 of the filter device 4.
  • the (optional) filter device 4 is optionally provided fully integrated in the boiler 11, so that the wall surface facing the heat exchanger 3 and flushed through by the heat exchange medium is also used for heat exchange from the direction of the filter device 4, with which the efficiency of the system 1 is further improved. In this way, at least part of the wall of the filter device 4 can be flushed with the heat exchange medium.
  • the cleaned exhaust gas flows out of the filter device 4 at the filter outlet 47, as indicated by the arrows S7. After leaving the filter, part of the exhaust gas is returned to the primary combustion zone 26 via the recirculation device 5 . This will also be explained in more detail later.
  • This waste gas or flue gas intended for recirculation can also be referred to as “Rezi” or “Rezi gas” for short.
  • the remaining part of the exhaust gas is conducted out of the boiler 11 via the exhaust gas outlet 41 .
  • An ash discharge 7 is arranged in the lower part of the boiler 11.
  • the ash falling, for example, from the combustion chamber 24, the boiler tubes 32 and the filter device 4 is discharged laterally from the boiler 11 via an ash discharge screw 71.
  • the boiler 11 of this embodiment was calculated using CFD simulations. Furthermore, practical experiments were carried out to confirm the CFD simulations. The starting point for the considerations were calculations for a 100 kW boiler, although a power range from 20 to 500 kW was taken into account.
  • the flow processes can be laminar and/or turbulent, accompanied by chemical reactions, or it can be a multi-phase system.
  • CFD simulations are therefore well suited as a design and optimization tool.
  • CDF simulations were used to optimize the fluidic parameters in such a way that the objects of the invention listed above are achieved.
  • the mechanical design and dimensioning of the boiler 11 were largely defined by the CFD simulation and also by associated practical experiments.
  • the simulation results are based on a flow simulation taking heat transfer into account.
  • the combustion chamber shape and geometry are intended to achieve the best possible turbulent mixing and homogenization of the flow over the cross section of the flue gas duct, minimization of the combustion volume, reduction in excess air and the recirculation ratio (efficiency, operating costs), reduction in CO emissions and of NOx emissions, a reduction of Temperature peaks (fouling and slagging) and a reduction in flue gas velocity peaks (material stress and erosion).
  • the 4 showing a partial view of the 2 is, and the figure 5 , which is a sectional view through the boiler 11 along the vertical section line A2, represent a combustion chamber geometry that meets the above-mentioned requirements for biomass heating systems over a wide power range of, for example, 20 to 500 kW.
  • BK1 172 mm + ⁇ 40 mm , preferably + ⁇ 17 mm
  • BK2 300 mm + ⁇ 50 mm , preferably + ⁇ 30 mm
  • BK3 430 mm + ⁇ 80 mm , preferably + ⁇ 40 mm
  • BK4 538 mm + ⁇ 80 mm , preferably + ⁇ 50 mm
  • BK6 307 mm + ⁇ 50 mm , preferably + ⁇ 20 mm ;
  • BK7 82 mm + ⁇ 20 mm , preferably + ⁇ 20 mm ;
  • BK8 379 mm + ⁇ 40 mm , preferably + ⁇ 20 mm ;
  • BK9 470 mm + ⁇ 50 mm , preferably + ⁇ 20 mm ;
  • BK10 232 mm + ⁇ 40 mm , preferably + ⁇ 20 mm ;
  • BK11 380 mm + ⁇ 60 mm , preferably + ⁇ 30 mm ;
  • BK12 460 mm + ⁇ 80 mm , preferably + ⁇ 30 mm .
  • both the geometries of the primary combustion zone 26 and the secondary combustion zone 27 of the combustion chamber 24 for a 100 kW boiler 11 can be optimized with these values.
  • the specified size ranges are ranges with which the requirements are (approximately) fulfilled as well as with the specified exact values.
  • a chamber geometry of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 (or an inner volume of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24) can preferably be defined using the following basic parameters: A volume with an oval horizontal base area measuring 380 mm +/- 60 mm (preferably +/- 30mm) x 320 mm +- 60 mm (preferably +-30mm), and a height of 538 mm +- 80 mm (preferably +- 50 mm).
  • the volume defined above can have an upper opening in the form of a combustion chamber nozzle 203, which opens into the secondary combustion zone 27 of the combustion chamber 24, which has a combustion chamber slope 202 protruding into the secondary combustion zone 27, which preferably contains the heat exchange medium 38.
  • the combustion chamber slope 202 reduces the cross section of the secondary combustion zone 27 by at least 5%, preferably by at least 15% and even more preferably by at least 19%.
  • the combustion chamber slope 202 serves to homogenize the flow S3 in the direction of the heat exchanger 3 and thus the flow through the boiler tubes 32.
  • Combustors having a rectangular or polygonal combustor and nozzle are common in the prior art, however, the irregular shape of the combustor and nozzle presents another impediment to even air distribution and good mixing of air and fuel, as has been recognized herein.
  • the combustion chamber 24 is provided without dead corners or dead edges.
  • the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 can comprise a volume which preferably has an oval or approximately circular horizontal cross-section on the outer circumference (such a cross-section is shown in 2 marked with A1 as an example).
  • This horizontal cross section can also preferably represent the base area of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 .
  • the combustion chamber 24 can have an approximately constant cross section over the height indicated by the double arrow BK4.
  • the primary combustion zone 24 can have an approximately oval-cylindrical volume.
  • the side walls and base (grate) of the primary combustion zone 26 may be perpendicular to one another.
  • the horizontal cross section of the combustion chamber 24 and in particular of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 can also preferably be regular. Further, the horizontal cross-section of the combustor 24, and particularly the primary combustion zone 26 of the combustor 24, may preferably be a regular (and/or symmetrical) ellipse.
  • the horizontal cross section (the outer circumference) of the primary combustion zone 26 can be designed to be constant over a predetermined height, for example 20 cm.
  • An oval-cylindrical primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 is thus provided in the present case, which, according to CFD calculations, enables a significantly more uniform and better air distribution in the combustion chamber 24 than in the case of rectangular combustion chambers of the prior art.
  • the lack of dead spaces also avoids zones in the combustion chamber with poor air flow, which increases efficiency and reduces slag formation.
  • the nozzle 203 between the primary combustion zone 26 and the secondary combustion zone 27 is designed as an oval or approximately circular constriction in order to also optimize the flow conditions.
  • the swirl of the flow in the primary combustion zone 26 explained above leads to a helix-shaped flow path directed upwards, with an equally oval or approximately circular nozzle promoting this flow path and not disturbing it like conventional rectangular nozzles.
  • This optimized nozzle 203 concentrates the air flowing upwards and ensures an even flow into the secondary combustion zone 27. This improves the combustion process and increases efficiency.
  • the combustion chamber slope 202 of 4 which without a reference number in the 2 and 3 can be seen and where the combustion chamber 25 (or its cross-section) tapers at least approximately linearly from bottom to top, according to CFD calculations ensures that the flue gas flow in the direction of the heat exchange device 4 is made more uniform, which means that its efficiency can be improved.
  • the horizontal cross-sectional area of the combustion chamber 25 tapers from beginning to end End of the combustion chamber slope 202 preferably at least 5%.
  • the combustion chamber slope 202 is provided on the side of the combustion chamber 25 to the heat exchange device 4 and is provided rounded at the point of maximum narrowing. Parallel or straight combustion chamber walls without a taper (so as not to impede the flue gas flow) are common in the prior art.
  • the deflection of the flue gas flow upstream of the tube bundle heat exchanger is designed in such a way that an uneven flow onto the tubes is avoided as far as possible, with the result that temperature peaks in individual boiler tubes 32 can be kept low. As a result, the efficiency of the heat exchange device 4 is improved.
  • the gaseous volume flow of the flue gas is conducted through the sloping combustion chamber wall at a uniform speed (even in the case of different combustion states) to the heat exchanger tubes or the boiler tubes 32 .
  • the exhaust gas temperature is thus reduced and the efficiency increased.
  • the flow distribution is particularly at the in the 3 shown indicator line WT1 much more evenly than in the prior art.
  • the line WT1 represents an entry area for the heat exchanger 3.
  • the indicator line WT3 indicates an exemplary cross-sectional line through the filter device 4, in which the flow is set up as homogeneously as possible (due to flow screens at the entrance of the filter device 4 and due to the geometry the turning chamber 35).
  • an ignition device 201 is provided in the lower part of the combustion chamber 25 on the fuel bed 28 . This can cause initial ignition or re-ignition of the fuel.
  • the ignition device 201 can be a glow igniter.
  • the ignition device is advantageously stationary and offset laterally horizontally to the location where the fuel is poured.
  • a lambda probe (not shown) can (optionally) be provided after the exit of the flue gas (ie after S7) from the filter device. through the
  • Lambda probe a controller (not shown) can detect the respective calorific value.
  • the lambda probe can thus ensure the ideal mixing ratio between the fuels and the oxygen supply. Despite different fuel qualities, the result is high efficiency and higher efficiency.
  • the fuel bed 28 shown shows an exemplary fuel distribution due to the delivery of the fuel from the right side of the figure 5 .
  • This fuel bed 28 is flown from below with a mixture of flue gas and fresh air, which is provided by the recirculation device 5 .
  • This flue gas/fresh air mixture is advantageously pre-tempered and has the ideal quantity (mass flow) and the ideal mixing ratio, as regulated by a system controller (not shown in detail) on the basis of various measured values recorded by sensors and associated air valves 52 .
  • a combustor nozzle 203 is shown separating the primary combustion zone 26 from the secondary combustion zone 27 and accelerating and focusing the flue gas flow. As a result, the flue gas flow is better mixed and can burn more efficiently in the secondary combustion zone 27 .
  • the area ratio of combustor nozzle 203 ranges from 25% to 45%, but is preferably 30% to 40%, and is ideally 36% +/- 1% (ratio of measured entrance area to measured exit area of nozzle 203).
  • the 6 shows a three-dimensional sectional view (obliquely from above) of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 with the rotary grate 25, and in particular on the special design of the combustion chamber bricks 29.
  • the 7 shows according to 6 an exploded view of the combustion chamber bricks 29.
  • the views of 6 and 7 can preferably with the dimensions listed above 4 and 5 be executed. However, this is not necessarily the case.
  • the chamber wall of the primary combustion zone 26 of the combustor 24 is provided with a plurality of combustor bricks 29 in a modular construction which, among other things, facilitates manufacture and maintenance. Maintenance is facilitated in particular by the possibility of removing individual combustion chamber bricks 29.
  • Form-fitting grooves 261 and projections 262 are provided in order to create a mechanical and largely airtight connection, in order in turn to prevent the ingress of disturbing external air.
  • every two at least largely symmetrical combustion chamber blocks (with the possible exception of the openings for the Rezi gas) form a complete ring.
  • three rings are preferably stacked on top of one another in order to form the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 which is oval-cylindrical or alternatively at least approximately circular (the latter is not shown).
  • Three further combustion chamber bricks 29 are provided as the upper closure, with the annular nozzle 203 being supported by two retaining bricks 264 which are placed on the upper ring 263 in a form-fitting manner. All bearing surfaces 260 have grooves 261 either for mating projections 262 and/or for the insertion of suitable sealing material.
  • the mounting stones 264 which are preferably symmetrical, can preferably have an inwardly inclined bevel 265 in order to make it easier for fly ash to be swept away onto the rotary grate 25.
  • the lower ring 263 of the combustion chamber bricks 29 rests on a base plate 251 of the rotary grate 25 . Ash is increasingly deposited on the inner edge between this lower ring 263 of the combustion chamber bricks 29 , which advantageously independently and advantageously seals this transition during operation of the biomass heating system 1 .
  • the (optional) openings for the recirculation nozzles 291 are provided in the middle ring of the combustion chamber bricks 29 .
  • Three rings of combustor bricks 29 are provided here, as this represents the most efficient way of manufacture and also of maintenance. Alternatively, two, four or five (2, 4 or 5) such rings can also be provided.
  • the combustion chamber bricks 29 are preferably made of high-temperature silicon carbide, which makes them very wear-resistant.
  • the combustion chamber bricks 29 are provided as molded bricks.
  • the combustion chamber bricks 29 are shaped in such a way that the interior volume of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 has an oval horizontal cross section, which means that dead corners or dead spaces, which are usually not optimally flowed through by the primary air, are avoided by an ergonomic shape, as a result of which the fuel present there is not optimal is burned. Due to the existing shape of the combustion chamber bricks 29, the flow of primary air and consequently the efficiency of the combustion is improved.
  • the oval horizontal cross section of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 is preferably a point-symmetrical and/or regular oval with the smallest inside diameter BK3 and the largest inside diameter BK11.
  • FIG 8 shows a plan view of the rotary grate 25 from above seen from the section line A1 of FIG 2 to illustrate various fundamentally possible operating states of rotary grate 25.
  • the supervision of 8 can preferably be designed with the dimensions listed above. However, this is not necessarily the case.
  • the rotary grate 25 has the base plate 251 as a base element.
  • a transition element 255 is provided in a roughly oval-shaped opening in the base plate 251, which bridges a gap between a first rotary grate element 252, a second rotary grate element 253 and a third rotary grate element 254, which are rotatably mounted.
  • the rotary grate 25 is provided as a rotary grate with three individual elements, i. H. this can also be referred to as a triple rotary grate.
  • Air holes are provided in the rotary grate elements 252, 253 and 254 for primary air to flow through.
  • the rotary grate elements 252, 253 and 254 are flat and heat-resistant metal plates, for example made of cast metal, which have an at least largely planar configured surface on the upper side and are connected to the bearing axles 81 on the lower side, for example via intermediate mounting elements.
  • rotating grate elements 252, 253 and 254 have curved and complementary sides or contours.
  • the rotating grate elements 252, 253, 254 can have mutually complementary and curved sides, with the second rotating grate element 253 preferably having concave sides to the adjacent first and third rotating grate elements 252, 254, and preferably the first and third rotating grate elements 252, 254 to the respective second rotary grate element 253 has a convex side. This improves the crushing function of the rotary grate elements, as the length of the fracture is increased and the forces acting to break (similar to scissors) act in a more targeted manner.
  • the rotary grate elements 252, 253 and 254 (and their enclosure in the form of the transition element 255) have an approximately oval outer shape when viewed together, which in turn avoids dead corners or dead spaces in which suboptimal combustion could take place or ash could accumulate could accumulate undesirably.
  • the optimal dimensions of this outer shape of the rotating grate elements 252, 253 and 254 are in 8 denoted by the double arrows DR1 and DR2.
  • the rotary grate 25 has an oval combustion surface 258 which is more favorable for fuel distribution, air flow through the fuel and combustion of the fuel than a conventional rectangular combustion surface.
  • the combustion surface 258 is formed at the core by the surfaces of the rotary grate members 252, 253 and 254 (in the horizontal state).
  • the combustion surface is therefore the upward-pointing surface of the rotary grate elements 252, 253 and 254.
  • This oval combustion surface advantageously corresponds to the fuel support surface when the fuel is applied or pushed laterally onto the rotary grate 25 (cf. arrow E of 9 , 10 and 11 ).
  • the fuel can be supplied from a direction which is parallel to a longer central axis (main axis) of the oval combustion surface of the rotary grate 25 .
  • the first rotary grate element 252 and the third rotary grate element 254 can preferably be configured identically in their combustion surface 258 . Next lets do the first
  • Rotating grate element 252 and the third rotating grate element 254 may be identical or structurally identical to one another. For example, this is in 9 1, with the first rotating grate element 252 and the third rotating grate element 254 having the same shape.
  • the second rotary grate element 253 is arranged between the first rotary grate element 252 and the third rotary grate element 254 .
  • the rotary grate 25 is preferably provided with an approximately point-symmetrical, oval combustion surface 258 .
  • the rotary grate 25 can form an approximately elliptical or oval combustion surface 258, with DR2 being the dimensions of its major axis and DR1 being the dimensions of its minor axis.
  • the rotary grate 25 can have an approximately oval combustion surface 258 which is axisymmetric with respect to a central axis of the combustion surface 258 .
  • the rotary grate 25 can have an approximately circular combustion surface 258, which entails minor disadvantages in fuel supply and distribution.
  • Two motors or drives 231 of the rotary mechanism 23 are also provided, with which the rotary grate elements 252, 253 and 254 can be rotated accordingly. More about the special function and the advantages of the present rotary grate 25 is later with reference to the figures 9 , 10 and 11 described.
  • the ash melting point depends very much on the fuel used. Spruce wood, for example, has an ash melting point of around 1200 °C. But the ash melting point of a fuel can also vary greatly. Depending on the quantity and composition of the minerals contained in the wood, the behavior of the ash changes during the combustion process.
  • Another factor that can influence slag formation is the transport and storage of the wood pellets or chips. This is because they should reach the combustion chamber 24 as undamaged as possible. If the wood pellets have already crumbled when they enter the combustion process, this increases the density of the ember bed. The result is more slag formation.
  • the transport from the storage room to the combustion chamber 24 is of importance here. Particularly long distances, as well as curves and angles, lead to damage to the wood pellets. There is thus a problem in that the formation of slag cannot be completely avoided due to the large number of influencing factors described above.
  • the resulting slag (and also the ash) can advantageously be removed due to the special shape and the functionality of the present rotary grate 25 .
  • This will now be related to the figures 9 , 10 and 11 explained in more detail.
  • the figures 9 , 10 and 11 show a three-dimensional view of the rotary grate 25 with the base plate 251, the first rotary grate element 252, the second rotary grate element 253 and the third rotary grate element 254.
  • the views of FIG 9 , 10 and 11 can preferably correspond to the dimensions listed above. However, this is not necessarily the case.
  • This view shows the rotary grate 25 as a free slide-in part with rotary grate mechanism 23 and drive(s) 231.
  • the rotary grate 25 is mechanically provided in such a way that it can be individually prefabricated in the manner of the modular system, and as a slide-in part inserted into a provided elongated opening of the boiler 11 and can be installed. This also facilitates the maintenance of this wear-prone part.
  • the rotary grate 25 can thus preferably have a modular design, in which case it can be quickly and efficiently removed and reinserted as a complete part with rotary grate mechanism 23 and drive 231 .
  • the modularized rotary grate 25 can thus also be assembled and disassembled using quick-release fasteners.
  • prior art rotary grates are typically permanently mounted and thus difficult to maintain or assemble.
  • the drive 231 can have two separately controllable electric motors. These are preferably provided on the side of the rotating grate mechanism 23 .
  • the electric motors can have reduction gears.
  • end stop switches can be provided which provide end stops for the end positions of the rotating grate elements 252, 253 and 254 respectively.
  • the individual components of the rotary grate mechanism 23 are intended to be exchangeable.
  • the gears are provided to be plugged. This facilitates maintenance and also a side change of the mechanics during assembly, if necessary.
  • the openings 256 already mentioned are provided.
  • the rotary grate elements 252, 253 and 254 can each be rotated by at least 90° via their respective bearing axles 81, which are driven via the rotary mechanism 23 by the drive 231, in this case the two motors 231 degrees, preferably at least 120 degrees, even more preferably 170 degrees, about the respective bearing or rotation axis 81 .
  • the maximum angle of rotation can be 180 degrees or a little less than 180 degrees, as the grate lips 257 allow. A free rotation of 360 degrees is also conceivable if no rotation-limiting grate lips are provided.
  • the rotary mechanism 23 is set up in such a way that the third rotary grate element 254 can be rotated individually and independently of the first rotary grate element 252 and the second rotary grate element 243, and that the first rotary grate element 252 and the second rotary grate element 243 are rotated together and independently of the third rotary grate element 254 be able.
  • the rotary mechanism 23 can be provided accordingly, for example by means of running wheels, toothed or drive belts and/or gears.
  • the rotary grate elements 252, 253 and 254 can preferably be produced as a cast grate with a laser cut in order to ensure precise shape retention. This in particular in order to define the air flow through the fuel bed 28 as precisely as possible and to avoid disruptive air currents, for example strands of air at the edges of the rotary grate elements 252, 253 and 254.
  • the openings 256 in the rotating grate elements 252, 253 and 254 are arranged in such a way that they are small enough for the usual pellet material and/or the usual wood chips not to fall through and large enough for the fuel to flow well with air can be.
  • ash and/or slag accumulates on the rotary grate 25 and in particular on the rotary grate elements 252, 253 and 254.
  • the rotary grate 25 can be cleaned efficiently (for the ash removal 7 explained later).
  • a potential slag on the two outer edges of the third rotary grate element 254 is broken up (opened) during the rotation thereof, with the curved outer edges of the third rotary grate element 254 not only shearing off over a greater overall length than with conventional rectangular elements of the prior art , but also with an uneven distribution of movement in relation to the outer edge (there is more movement in the middle than at the bottom and top edges).
  • the breaker function of the rotating grate 25 is thus significantly strengthened.
  • grate lips 257 (on both sides) of the second rotary grate element 253 can be seen. These grate lips 257 are set up in such a way that the first rotary grate element 252 and the third rotary grate element 254 rest on the upper side of the grate lips 257 in the closed state, and thus the rotary grate elements 252, 253 and 254 are provided with no gaps relative to one another and are therefore provided in a sealing manner. This avoids strands of air and undesired primary air flows through the bed of embers. This advantageously improves the efficiency of the combustion.
  • FIG. 11 shows the rotary grate 25 in the state of universal cleaning or in an open state, which is preferably carried out during a plant standstill. All three rotary grate elements 252, 253 and 254 are rotated, with the first and second rotary grate element 252, 253 preferably being rotated in the opposite direction to the third rotary grate element 254. On the one hand, the rotary grate 25 is completely emptied, and on the other hand, the slag is removed now broken on four odd outer edges. In other words, an advantageous 4-fold breaker function is realized.
  • the above in relation to 9 What is explained with regard to the geometry of the outer edges also applies with regard to 10 .
  • the present rotary grate 25 realizes in addition to normal operation (cf. 9 ) advantageously two different types of cleaning (cf. 10 and 11 ), whereby the partial cleaning allows a cleaning during the operation of the plant 1.
  • the inventor of the present application has made investigations to improve the cleaning device of the (in-house and post-published) prior art EP 3 789 676 B1 made, the results of these investigations below with reference to 22 be explained.
  • the biomass heating system 1 was put into operation, and regular stocktaking and chemical investigations were carried out on the ash and slag residues on rotary grate 25.
  • the rotary grate 25 of the prior art has 4 cleaning devices 125 according to the falling hammer principle with a rotatably mounted mass element for striking a stop of the rotary grate, with two cleaning devices 125 being provided on the middle rotary grate element 253 and one each on the left and right rotary grate elements 252 and 254.
  • the mass element of these cleaning devices strikes in certain areas which are roughly indicated by the lightly hatched circles 299. In these areas 299 there is a really good cleaning effect, also because the attack takes place immediately.
  • the cleaning effect is not so optimal, also because the respective impact on the rotary grate 25 by the cleaning device 125 does not take place immediately, and the impact impulse thus only spreads (damped) through the grate got to.
  • the cleaning effect in the areas 298 was not optimal or the grate 25 is only partially cleaned.
  • the openings 256 slowly close from the edge and that a kind of ash or slag edge first forms at the openings 256 .
  • the ash or slag forms a layer which grows inwards from the edges of the openings 256, with a layer of slag being formed which, however, does not cover the depths of the openings 256.
  • the molar potassium/calcium ratio is well below 1 for the ash samples from the openings 256 and just above 1 for the ash samples from the surface of the grate 25.
  • potassium and calcium can form double carbonates in the temperature range below approx. 800°C (K 2 Ca 2 (CO 3 ) 2 and K 2 CO 3 (CO 2 ) 2 ).
  • K 2 Ca 2 (CO 3 ) 2 and K 2 CO 3 (CO 2 ) 2 At potassium/calcium ratios of >1, the proportion of K 2 CO 3 in the ash increases.
  • K 2 CO 3 can form melting phases in the temperature range from approx. 1000°C.
  • the results of these calculations only provide rough guide values, since they depend on the surrounding gas phase composition (reducing, oxidizing, CO 2 content).
  • the different carbonate contents of the ash deposits on the grate 25 and at the openings 25 can be explained by different dwell times and gas atmospheres, since the CO 2 content is in the areas in which no air acts (ie away from the openings 256 for the air flow). in the gas is usually even higher.
  • Potassium and calcium carbonates form on the grate due to the largely substoichiometric conditions in the fuel bed 28 and the CO 2 present in the gas or air. At high temperatures, due to the incipient melting of the ash, these can form sintering or even local melting phases. With such sintering, the ash particles begin to combine to form a planar lattice, which builds up as a result and the openings 256 can close. This sintering has the property that it breaks apart over a large area when force is applied, since the lattice structure is destroyed. Conversely, however, an indirect impact on the sintering often has little effect, since its adhesion to the rust as a flat structure is too large for efficient cleaning.
  • a rotary grate 25 with a rotary grate element 252 is shown in a first state.
  • the closed position or the working position of the 9 may correspond, the combustion surface 258 is oriented approximately horizontally.
  • the fuel may lie on the combustion surface 258 for combustion.
  • the dash-dot line of the 12a indicates an example horizontal line H. This is at least approximately perpendicular to the direction of the gravitational acceleration.
  • the working position of the rotating grate 25 or the rotating grate element 252 can be based on this horizontal line H, with the combustion surface 258 being aligned at least approximately parallel to the horizontal line H.
  • the rotary grate element 252 is rotatably mounted by means of a bearing shaft 81, in the present case with a rectangular cross section, shown as an example.
  • a bearing shaft 81 In the present case with a rectangular cross section, shown as an example.
  • One of the directions of rotation is indicated by the arrow D1.
  • the axis of rotation of the bearing shaft 81 is in 12a marked with a circle with a dot inside the bearing shaft 81.
  • the bearing shaft 81 supports the rotary grate element 252 , it being possible for the rotary grate element 252 to be fixed on the bearing shaft 81 .
  • the bearing shaft can also be provided on the side of the rotary grate element 252 , or (not shown) the bearing shaft 81 can be an integral part of the rotary grate element 252 .
  • the bearing shaft 81 is in turn rotatably mounted relative to the biomass heating system 1 .
  • the rotation of the bearing shaft 81 and thus of the rotary grate element 252 takes place via a (in the Figures 12a to 12d drive device (not shown for the sake of simplicity), for example via an electric motor 231.
  • the coupling between the drive device and the bearing shaft 81 can preferably be flexible and not rigid.
  • the coupling can take place by means of a flexible toothed belt.
  • the coupling can also take place by means of a toothed gear with play.
  • the cleaning device 125 is attached to the bearing shaft 81 of the rotary grate element 252 .
  • the cleaning device 125 can also be attached directly to the rotary grate element 252 .
  • the bearing shaft 81 has a (geometric) axis of rotation 832 about which the rotary grate element 252 is rotated.
  • the cleaning device 125 is provided on the underside of the rotary grate element 252 .
  • the cleaning device 125 can hang freely on the rotary grate element 252 without touching other parts of the biomass heating system 1 .
  • the cleaning device 125 has a suspension 122 with a joint 123 .
  • the suspension 112 extends away from the rotary grate element 252 and spaces the joint 123 from the bearing shaft 81.
  • the joint 123 provides an axis of rotation for a beating arm 124 which is rotatably mounted by the joint 123 in relation to the longitudinal extent of the beating arm 124 approximately centrally.
  • the striking arm 124 is elongate and has, for example, the shape of a rod or shaft.
  • the striking arm 124 has a first end 124a and a second end 124b.
  • the second end 124b may provide a striking arm head 126 for striking against a striking surface 128b.
  • a mass member 127 is attached at the first end 124a of the beater arm 124.
  • the mass element 127 is preferably made of a metal and can serve as a weight and also as an impact element in the sense of a hammer head. In this respect, the mass element 127 can also represent a striking arm head 126 .
  • the mass element 127 itself can be provided in one piece or also in several pieces.
  • the mass element 127 can be a single cast element, or it can consist of several pieces of metal that are welded or bolted together.
  • the mass element 127 can also be provided in one piece or in several pieces with the striking arm 124 .
  • the mass element 127 can be manufactured with the beater arm 124 as a single casting.
  • the impact arm 124 with the mass element 127 of Figures 12a to 12d can also be referred to as a drop hammer.
  • At least one lancing element 129 with projections 130 is also provided on the striking arm head 126 or on the mass element.
  • the piercing element 129 is set up in such a way that its projections 130 can penetrate into a (preferably slot-shaped) opening 256 of the rotating grate element 252 .
  • the projections 130 can preferably be designed to taper towards the end of the projections 130 . In other words, the projections 130 can be provided in such a way that they taper (preferably continuously) towards their distal end or are provided in the shape of a wedge.
  • the at least one lancing element 129 is designed with its projections 130 in the shape of a comb.
  • several projections (130) are provided next to each other in a row.
  • a bevel is provided at the second end 124b of the hammer arm 124, with which a hammer arm head 126 is provided with a surface which, in the first state, rests flat on the underside of the rotary grate element 252 or on a stop surface 128b of the rotary grate element 252.
  • the mass element 127 which is attached to the beating arm 124, is arranged at a maximum distance from the rotary grate element 252. Due to the weight of the mass element 127, the beating arm 124 remains stable in the in position in the first state 12a position shown in its starting position.
  • the angle ⁇ shown with its dashed legs indicates the range of movement of the beating arm 124 .
  • the cleaning device 215 is set up in such a way that the beating arm 124 can move freely in this angular range ⁇ .
  • the drive for rotating the rotary grate element 252 is also used indirectly for the function of the cleaning device 125 and thus for knocking off the rotary grate 25 . Due to the position of the beater arm and the defined angular range ⁇ , the rotating grate 25 is knocked off precisely when the rotating grate 25 is rotated to clean combustion residues.
  • the drop starting point of the drop hammer configuration can be mechanically arranged such that the rotating grate 25 is tapped off when the combustion surface 258 overhangs downward.
  • the combustion of the fuel can take place on the combustion surface 258 of the rotary grate element 252 .
  • Combustion residues including ash and slag, remain on the grate. These combustion residues can also stick or cake on the rotary grate element 252, and in particular openings 256 (in 12a not shown) of the rotary grate element 252 clog, which worsens the combustion.
  • Figure 12b shows the rotary grate 25 in a second state, in which the rotary grate 25 with the rotary grate element 252 and the cleaning device 125 together with respect to the 12a have been further rotated in the direction of arrow D1.
  • the cleaning device 125 In the course of rotating in the direction of arrow D ⁇ b>1 from the first state to the second state, the cleaning device 125 is moved integrally with the rotating grate member 252 . During this movement, the beating arm 124 is raised together with the mass element 127; the potential energy of the mass element 127 is increased.
  • the beating arm 124 remains in its starting angular position in the second state.
  • the impact arm 124 has not yet moved relative to the rotary grate element 252 with the mass element 127 .
  • the impact arm 124 with the mass element 127 exceeds the fall start position F1, from which the impact arm 124 with the mass element 127 falls under the influence of gravitational acceleration onto a stop surface 128a of the rotary grate element 252, or from which the Impact arm 124 leaves its initial angular position relative to the rotary grate element 252 with the mass element 127 .
  • the impact arm 124 tips over with the mass element 127 in the third state, covers the angular range ⁇ , and reaches a fall end position Fe or an end angle position, in which the mass element 127 hits the rotating grate element 252 .
  • the at least one lancing element 129 penetrates the opening 256 with its projections first, and preferably penetrates the opening 256 completely.
  • the piercing element 129 pierces through the opening 256 in such a way that its projections 130 pass completely through the rotary grate element 252 and the projections 130 protrude from the front side of the rotary grate element 252 in the third state.
  • the continued rotation of the rotary grate element 252 beyond the fall start position F1 initiates an acceleration movement of the mass element 127, in which the potential energy or potential energy of the mass element 127 is converted into kinetic energy.
  • the energy of the fall first serves to pierce (i.e. before the Striking is first stabbed), whereby a stabbing action resulting from the falling movement into the opening 256 concentrates on the removal of the ash and slag deposits in, on and at the opening 256.
  • the stinging effect from the energy of the fall is advantageously concentrated on the tips or distal ends of the projections 256, since these hit the ash or slag deposits first with a relatively small impact area.
  • the projections 130 can break up these sinterings with the piercing effect more effectively than simply hitting the grate element 252 as is the case in the prior art.
  • the comb-shaped design of the projections 130 takes into account the slit-shaped or elongated design of the opening 256, so that the opening 256 can be cleaned completely. In this way, sinterings are removed over the entire length of the opening 256, which is also relevant because the opening 256 is clogged from the outside in and the middle of the openings 256 is therefore the last to be closed. In this respect, for example, a single projection 130 that would only be formed for the center of the opening 256 would possibly only pass through the (not yet) sintered center of the opening 256 and would not clean off the sintered edges of the opening 256 .
  • the fall start position F1 results from the usual laws of mechanics, taking into account the direction of action of the gravitational acceleration.
  • the fall start position F1 can be determined, for example, by the relative position of the center of mass Ms (which is Figure 12b is only drawn in schematically for illustration purposes) relative to the position of the bearing 124 with its axis of rotation.
  • a start of the (down) falling movement of the beating arm 124 from a fall start position F1 with the mass element 127 is shown in detail in dashed lines, and an end of the falling movement of the beating arm 124 with the mass element 127 is shown with shown in solid lines.
  • the fall start position generally represents a position of the mass element 127 and/or the impact arm 124 when the rotary grate 25 rotates, from which the fall movement begins.
  • the falling movement of the beating arm 124 with the mass element 127 is in principle a rotary movement.
  • the impulse of the impact arm 124 with the mass element 127 when it hits the stop surface 128a is equal to the impulse sum of the distributed mass ⁇ mi ⁇ vi of the drop hammer, with the speed vi of the individual mass increments mi of the drop hammer depending on the radius of the rotary movement of the individual mass increments .
  • This impulse causes an impact or knocking on or against the rotary grate element 252 and also penetration or piercing (or depending on the length of the projections 130 also piercing or piercing) into the opening 256.
  • the impact or knocking causes the rotary grate element 252 to shake and, particularly in the case of a flexible coupling between the drive device and the bearing shaft 81, a rapid back and forth movement of the rotary grate element 252 about its axis of rotation. Combustion residues on the rotary grate element 252 are thus knocked off and also shaken off.
  • the impact or knocking of the mass element 127 on the stop surface 128a of the rotary grate element 252 results in a knocking effect with which the rotary grate element 252 can be cleaned of combustion residues, for example ash or slag.
  • Penetrating into the opening 256 also causes the ash or slag deposits and, in particular, planar sinterings to break up in, above and on the opening, since the tips of the projections 130 strike the deposits and sinterings in a targeted manner and break them.
  • the present cleaning device 125 thus combines two measures for grate cleaning: beating and piercing.
  • FIG 12d a fourth state is shown, in which the rotating grate element 252 has rotated further in the direction of arrow D1.
  • the mass element 127 rests on the first stop surface 128a, and the second end 124b of the striking arm 124 does not rest on the stop surface 128.
  • the rotary movement in the direction of arrow D1 can now either stop at a predefined position and then continue in the opposite direction in the direction of arrow D2, or the rotary movement can be continued in the direction of arrow D1 until a 360 degree rotation has taken place.
  • the rotary movement in the direction of arrow D2 can be continued in particular in such a way that the rotary grate element 252 returns to its working position 12a is moved back.
  • the mechanism explained above can be used to make a second impact or a second knock on the rotating grate element 252, which improves the cleaning of the rotating grate element 252.
  • the tapping on the rotary grate element 252 also takes place directly on the rotary grate element 252 itself when the first tap is applied.
  • the mass element 127 can also have a considerable weight compared to the mass of the rotary grate element 252, for example 100 to 1000 grams. Due to the fall distance explained above and the gravitational acceleration, the resulting impulse is comparatively large, which means that in addition to the loose ash also more firmly adhering impurities or slag are removed can become. Due to the pointed ends of the projections 130, the impulse prior to tapping also concentrates on breaking up the ash or slag deposits and in particular the sintering at the openings 256.
  • the acceleration movement is initiated by rotating the rotary grate element 252, ie immanently at the point in time at which the grate is tilted for cleaning, but without requiring its own drive or a specially controlled triggering device. In this way, the knocking effect and the piercing effect are effected automatically at the right time due to the design.
  • the fall start position can advantageously be set in such a way that the combustion surface 258 points downwards when knocked, so that the combustion residues removed when knocked or knocked can fall directly into the ash container or chamber of the biomass heating system 1 .
  • FIG. 12a shows a rotary grate element 252 of a rotary grate 25 with a bearing axis 81 in a working position of the rotary grate element 252 or in a first state of the rotary grate element 252, as also in FIG 12a is shown.
  • This is the working condition of the grate 25, where fuel rests on the combustion surface 258, is burned and combustion residues are produced.
  • combustion residues such as ash or slag, lie on the grate 25 and can also adhere more firmly to the grate 25.
  • combustion residues can also get into the perforation or the openings 256 of the grate and adhere to these openings 256, with the flow through the fuel bed 28 being impaired here.
  • a suspension 122 for a mass element 127 with a corresponding counter bearing 133 or sliding bearing 133, for example a bushing 133 can now serve as a (linear) guide.
  • the sliding bearings 133 can be guide openings 133 .
  • the suspension 122 can be in the form of a pin or rod with an end stop having a stop surface 128b.
  • the mass element 127 can be movably provided on the suspension 122 in such a way that it can move back and forth in the longitudinal direction of the suspension 122 (cf.
  • the mass element 127 can be in the form of a perforated disk, through the central hole of which the suspension 122 is passed (as a bushing or plain bearing).
  • the mass member has a first surface 127a and a second surface 127b on both sides thereof. in the in 12a In the position shown, the second surface 127b of the mass element 127 rests on the end stop or the (second) stop surface 128b of the suspension 122 .
  • the mass element 127 can be designed as a plate 127, which is provided, for example, as a polygon or shaped body.
  • the (surface) outline of the plate-shaped mass element 127 can be designed in such a way that it is adapted to the shape of the respective associated rotary grate element 252, 253, 254.
  • a plurality of lancing elements 129 can now be provided on this plate 127, with the lancing elements 129 being arranged in such a way that they can pierce or pierce their respectively opposite opening 256.
  • the mass element 127 as a plate 127 thus has the advantage that the piercing elements 127 can be provided to match openings 256 which are provided in a grate element 252, 253, 254 in a complex pattern.
  • a complex pattern with a flow guidance-related distribution of the openings 256 is shown in FIG 14 shown what is referred to.
  • the lancing elements 129 can be attached to the mass element 127 in such a way that the lancing elements 129 are provided complementary to the openings 256 .
  • the tips of the projections 130 of the lancing elements 129 are the openings 256 in the first state 13a each across an air gap.
  • This spacing of the piercing elements 129 from the openings in the first state or in the working position of the rotary grate 25 is advantageous since an undisturbed flow of air through the rotary grate 25 for combustion can be ensured (cf. the arrows LU in 13a ), although the piercing elements 129 are provided in close proximity to the opening.
  • the shape of the projections 130 also contributes to this. These taper in the direction of their distal end or taper to a point, with the result that only minimal disturbances in the air flow at the entrance into the opening 256 are generated at the lower entrance of the openings 256 .
  • a mass element 127 which is provided as a plate 127 under the respective rotary grate element 252, 25, 3, 254, can have a very considerable mass, with which the knocking and piercing effect can be improved.
  • two piercing elements 130 are provided on the mass element 127 for piercing or piercing into the openings 256 .
  • the lancing elements 130 are only shown as individual projections 130 in a side view, but these can also extend in the form of a comb with a plurality of projections 130 (in Figures 13a and 13b e.g. perpendicular to the plane of the paper).
  • the mass element 127 will slide or fall downwards on the suspension 122 when it reaches a fall start position (cf. the arrow ST in Fig Figure 13b ), and initially develop a piercing effect in the openings 256, and then (subsequently) strike with its first surface 127a on the (first) stop surface 128b. This can create a stabbing action and then a tapping action, just like that in relation to the Figures 12a to 12d is described.
  • the 14a shows a rotary grate 25 with three rotary grate elements 252, 253, 254 and with a plurality of cleaning devices 125 from a plan view of the rotary grate 25 in its working position or in the working state, which is referred to as the first state.
  • the Figure 14b shows the rotary grate 25 of 14 a with three rotating grate elements 252, 253, 254 and with respective cleaning devices 125 from a bottom view of the rotating grate 25.
  • Figure 14c shows the rotary grate 25 of Figures 14a and 14b in a sectional view along the line A3-A3.
  • Figures 14a to c show an implementation of the principle of Figures 13a and 13b .
  • FIGS. 14a and 14b and 14c show the rotary grate 25 in the closed position or in a working position, with all rotary grate elements 252, 253 and 254 being aligned horizontally or closed. This is the position in normal operation.
  • the rotary grate 25 has a base plate 251 and a transition element 255 from the base plate 251 to the rotary grate elements 252, 253, 254.
  • the direction or axis of insertion of the fuel onto the rotary grate 25 is indicated by the arrow E.
  • the motors 31 can drive the bearing axles 81 of the three rotary grate elements 252, 253, 254 via a rotary mechanism 23 in order to rotate them.
  • all three rotary grate elements 252, 253, 254 can also be rotated independently of one another if, for example, three motors 231 are provided.
  • the result of the rotation of the rotary grate elements 252, 253 and 254 is shown in FIGS figures 16 ff. are shown as an example of process steps for cleaning the rotary grate 25 .
  • rotational position sensors 259 which can detect the rotational position of the bearing axles 81 .
  • These rotational position sensors 259 can be magnetic-inductive sensors, for example. This serves to regulate the rotational position of the three rotary grate elements 252, 253, 254.
  • the rotary grate 25 is shown without a fuel bed with its three rotary grate elements 252, 253, 254, which have elongated or slit-shaped openings 256, which serve to supply air into the fuel bed from below.
  • the exemplary, relatively evenly distributed arrangement of the large number of openings 256 ensures a uniform flow through the fuel bed 28 (this is shown in 14a and 14b not shown) on the combustion surface 285 of the rotary grate 25 with primary air.
  • This arrangement of the slit-shaped openings 256 which is generally provided at an angle to the direction of insertion, prevents the formation of an air barrier when the pellets or wood chips are inserted, since these are significantly less likely to accumulate on the combustion surface 258 .
  • the probability is greater that the pellets or wood chips will stick to the catch the edges of the openings and fuel cannot be pushed through evenly.
  • elongated or slit-shaped openings 256 have the advantage that they are easy to produce and that they have a significant opening area for the air flow, but without the fuel being able to fall through the grate.
  • these openings 256 also have the disadvantage that these openings 256 can slag, which can interrupt the air supply to the fuel bed.
  • These slit-shaped openings 256 can preferably have a width of 4.6 mm +/- 0.5 mm (or + 0.4 mm and - 1 mm) and/or a length of 35 mm +/- 10 mm.
  • the slit-shaped openings 256 can also have a width of 4.5 mm +/- 0.6 mm and/or a length of 40 mm +/- 20 mm.
  • slot-shaped openings 256 also extend through the bearing axles 81 or the shafts 81, which also allows the primary air to flow into the fuel bed in the areas of the rotary grate elements 252, 253, 254 that are located above the shafts 81.
  • these openings 256 which extend through the shafts 81 and through the respective rotary grate element 252, 253, 254, have a significantly greater depth (and thus clog more easily) than the openings 256, which only extend through the respective rotary grate element 252 , 253, 254 extend.
  • Rotating grate elements 252, 253, 254 are arranged protruding in the direction of the openings 256.
  • FIG 14b which shows the rotary grate 25 from below, nine cleaning devices 125 are also shown.
  • the rotary grate elements 252, 253, 254 each have three cleaning devices 125, with which (preferably all) openings 256 can be cleaned by means of the piercing elements 129.
  • two or four (or more) cleaning devices 125 can also be provided for each rotary grate element 252, 253, 254.
  • the nine cleaning devices 125 are provided on the underside of the rotary grate elements 252, 253, 254.
  • the cleaning devices 125 have two suspensions 122 as part of (linear) guides and one movable ingot element 127x each.
  • At least one piercing element 129 is attached to the mass element 127x, which protrudes from the mass element 127x in the direction of the rotating grate element 252, 253, 254.
  • the cleaning devices 125 with their mass element 127x are movably attached to the respective rotating grate elements 252, 253, 254 by means of the suspension 122.
  • the suspensions 122 enable a substantially linear or rectilinear movement of the mass elements 127x away from the rotary grate element 252, 253, 254 and towards it.
  • the mass elements 127x are suspended or guided in such a way that they perform a translational movement when the rotary grate element 252, 253, 254 rotates.
  • the suspensions 122 are in the working position Figures 14a , 14b and 14c downwards and store the mass elements 127x.
  • the mass elements 127x are preferably mounted or guided exclusively by the suspensions 122 .
  • the suspensions 122 are designed as linear suspensions in the form of rods or pins and are attached to the rotating grate element 252 , 253 , 254 or to the bearing axis 81 .
  • the suspensions 122 can be designed as round rods or as guide bolts 122 .
  • the present linear suspension serves as a linear bearing with relatively low friction and a guide that is as free of play as possible.
  • the length of the suspensions 122 defines the length of the stroke of the mass element 127x when the rotary grate element 252, 253, 254 rotates, which in turn defines the impact and piercing energy of the cleaning device 125.
  • bushings 133 are provided in the mass elements 127x. These bushings 133 or plain bearings 133 can be referred to somewhat more generally as guide openings 133 .
  • Guide openings 133 are thus provided in the mass elements 127x as plain bearings 133 for receiving the rod-shaped suspensions 122 or for receiving the guide bolts 122 .
  • the guide openings 133 are preferably deburred and smoothed on the inside, for example polished.
  • the guide openings 133 can be produced by means of laser cutting, which means that they have a good surface quality and fitting accuracy.
  • two suspensions 122 with two complementary guide openings 133 are provided in the mass elements 127x, whereby a linear carriage guide is provided for a movable carriage in the form of the mass element 127x.
  • the mass element 127x tilts or jams much less with a carriage guide, since the guide can be equipped with a relatively large amount of play, and it nevertheless has a clearly defined range of movement.
  • a large mass such as that of the mass element 127x, can be reliably movably supported with a linear slide guide without the usual soot, dust or slag deposits leading to guide failure.
  • the guide must be designed in such a way that the piercing elements 129 can pierce or pierce the openings 256 .
  • the lancing elements 129 moved with the mass element 127x must be provided with an exact fit for the respective corresponding openings 256 in order to prevent the lancing elements 129 from tilting or wedging in the openings 256 .
  • a reliable linear guide is provided for this purpose.
  • piercing elements 129 are located in the openings 256 in every position of the mass element 127x, so that, on the one hand, no foreign bodies can accumulate on the underside of the grate 25 in front of the openings 256 (which prevent the piercing element 129 from entering the opening 256 from could prevent the underside) and thus, on the other hand, the position of the lancing elements 129 in the
  • Openings experience a further guidance of the mass element 127x with its piercing elements 129 in relation to the rotating grate element 252, 253, 254.
  • the movement of the mass element 127x with its pricking elements 129 can be defined not only by the linear guide, but also by the pricking elements 129 in the respective openings 256.
  • the piercing elements 129 are moved through only part of the openings 256 and for the piercing elements 129 to pierce the openings 256 on the upper side with their projections 130, i.e. for the piercing elements 129 during cleaning or the falling movement of the mass element 127x through the upper opening level of the openings 256 (which is formed by the upper side of the rotating grate elements 252, 253, 254.
  • the projections 130 of the lancing elements 129 are preferably designed in the form of a comb or a fork.
  • a lancing element 129 has a plurality of projections 130 which are arranged one after the other in one plane.
  • An opening 256 can thus be cleaned over its entire length, since the slag or ash deposits are broken up at several points.
  • it unfolds the puncturing effect of puncturing elements 129 with projections 130 arranged in the form of a comb is nevertheless selective, as a result of which the falling energy can also act selectively in the areal slag or ash deposits. This also breaks up very stubborn or solid deposits of slag or ash.
  • the projections 130 push further through the slag or ash deposits. It is advantageous that the projections 130 taper continuously in the direction of their distal ends (in at least one sectional plane of the projection 130) (cf. Figure 14c , centre), or steadily expand in the direction of their proximal ends, so that "wedges" are driven into the slag or ash deposits, which may further break away and break up any slag or ash deposits remaining at the opening 256 after impact will.
  • the projections 130 do not disadvantageously impede the supply of air into the openings 256, although the projections 130 are already partly in the openings 256 in their initial position (i.e. in the working position of the rotating grate elements 252, 253, 254) (as also in FIG Figure 14c you can see).
  • the mass elements 127x of Figure 14b are adapted in their shape to the shape of the respective rotary grate elements 252, 253, 254 in such a way that mass elements 127x do not protrude beyond the surface of the respective rotary grate element 252, 253, 254 when they rest on the rotary grate element.
  • the mass members 127 hang down to their original position, and the mass members 127 are spaced from the rotating grate members 252,253,254.
  • the rotary grate elements 252, 253, 254 are cleaned by the respective cleaning device 125, as in principle with respect to Figures 13a and 13b is explained, and how this is explained below in detail with reference to the following figures 16 ff. is explained.
  • one cleaning device 125 can be provided on the left and one on the right of the shaft 81, and a cleaning device 125 can be provided on the shaft 81 or on the bearing axis 81.
  • the cleaning devices 125 to the left and right of the shaft 81 hit the rotating grate element 252, 253, 254 directly (without the shaft 81 in between) in the event of impact on the latter, which means that the knocking effect can have a direct effect on the rotating grate element 252, 253, 254 .
  • the cleaning device 125 which is arranged above or adjacent to the shaft 81 or the bearing axis 81, is also provided specifically for cleaning the central area of the rotary grate element 252, 253, 254, whereby its impact energy is only provided for this area.
  • the different areas of the rotary grate element 252, 253, 254 can be applied separately with the impact energy, with which the problem of "Incomplete" cleaning of conventional rotary grates is remedied with conventional cleaning equipment.
  • the present concept of a cleaning device 125 can also be flexibly adapted to different and/or complex grate shapes.
  • the cleaning device 125 can also be used at precisely that point or surface of the grate 25 at which the greatest accumulation of contamination can be expected.
  • the cleaning device can advantageously be set up in such a way that the knocking effect is generated directly at the points of the grate 25 to be cleaned and that the piercing effect also covers (preferably all) openings 256 of the grate 25 .
  • the piercing elements 129 with their linear guide ensure reliable cleaning of the openings 256, while at the same time the form and arrangement of the plurality of cleaning devices 215 also improves the knocking-off effect and at the same time the space required for such a cleaning device 125 is lower. than with conventional cleaning devices.
  • the present cleaning device 125 combined a tapping and a stabbing cleaning means for a grate 25 in a single compact and effective mechanism.
  • the Figures 15a to 15o show views of parts of the cleaning devices 125 of FIG Figures 14a to 14c .
  • FIG. 15a, 15b and 15c such as Figures 15d, 15e, 15f , such as Figures 15g, 15h and 15i , such as Figures 15j, 15k and 15l , such as Figures 15m, 15n and 15o
  • a mass element 127x with its lancing elements 129 from three different views, specifically in a side view, in a plan view and in a three-dimensional oblique view.
  • the terms “top” and “bottom” refer to the position of the features shown in the working position of the rotary grate 25, ie, the Rotating grate elements 252, 253, 254 are not rotated or tilted.
  • proximal and distal relate to the lancing elements 129 and their position relative to the mass element 127x, which is regarded as the starting body.
  • these mass elements 127x have pricking elements 129 provided corresponding to the corresponding openings 256 .
  • the lancing elements 129 are also adapted to the respective extension direction of the respective corresponding openings 256, for example rotated.
  • the mass elements 127x consist (preferably) of stacked metal plates, which can be laser cut. In this case, the lowermost and the uppermost plate of the mass elements 127 can have a different outline.
  • the mass elements 127x are each provided with two plain bearings 133 for receiving the suspensions 122 .
  • Recesses 134 are provided in the slide bearings 133 in such a way that they enlarge the space in the slide bearing 133 in the middle.
  • the recesses 134 are preferably provided open to the outside of the mass element 127x, so that ash and slag, which is introduced into the plain bearing 133, for example when the mass element 127x moves, can leave the plain bearing 133 again without complications.
  • the recesses 134 in the respective mass elements 127x also serve to further minimize the so-called “drawer effect" in the present linear carriage guide.
  • the drawer effect refers to the mechanical jamming of a carriage on a guideway as a result of tilting. It is triggered by a torque acting on the carriage, which means there is a risk of self-locking.
  • the recesses 134 In order to make the present (sliding) guides as smooth-running as possible, the greatest possible guide play is sought with the recesses 134 .
  • the outer edges or the end areas of the plain bearings 133 or bushings 133 or guide openings 133 touch the guide track, whereby the guide length is maximized.
  • the guide with the recesses 134 is more tolerant of shape errors such as unevenness or changes in shape due to stress-related or thermally-related deflection.
  • the contact surface for the sliding of the suspension 122 in the plain bearings 133 is reduced, which generally reduces friction.
  • slag, ash, foreign bodies in the fuel e.g. metal residues in pellets
  • the recesses 134 optimize the function of the present linear guide.
  • the mass elements 127x are adapted to the shape of the respective rotary grate elements 252, 253, 254 in terms of their shape or their outer contours in a plan view (i.e. viewed from above or below).
  • the mass elements 127x are shaped in such a way that they can be arranged next to one another under the respective rotating grate element 252, 253, 254 without interfering with one another and without protruding beyond the outline of the respective rotating grate element 252, 253, 254.
  • the mass elements 127x are of such a flat design that all the openings 256 of the grate 25 can be "reached" or pierced by the piercing elements 129 .
  • the available area under the respective rotary grate element 252, 253, 254 is optimally utilized in order to be able to accommodate a large amount of mass (for a good cleaning effect) on the one hand and to close all or at least many openings 256 of the rotary grate with the piercing elements 129 on the other achieve, while the entire structure is still space-saving and compact.
  • the approximately elongate (and preferably plate-shaped) lancing elements 129 also have three sections: at one (proximal) end, a fastening part 131 for fastening the lancing element 129 to the mass element 127x (whereby the fastening part 31 is fully inserted in the mass element 127x in the present case), on which other (distal) end the tapered projections 130, and between the Fastening part 131 and the projections 130 is a middle part 132.
  • the transition between the projections 130 and the middle part 132 is roughly indicated by the dotted line.
  • the Figures 16 to 21 show the grate 25 of the Figures 14a , 14b and 14c successively in the execution of an exemplary step-by-step and / or complete cleaning process or method, the first state as the initial state in the Figures 14a , 14b and 14c is shown.
  • each rotating grate element 252, 253, 254 can be rotated individually and thus cleaned individually.
  • all rotary grate elements 252, 253, 254 could be rotated simultaneously if, for example, no rotary grate lips or no mutual rotation limitations are present.
  • a rotary grate element 252, 253, 254 can be rotated fully by 360 degrees, or a rotary grate element 252, 253, 254 can be rotated back and forth, for example by only up to 180 degrees.
  • the grate 25 can also have only one rotary grate element or only two rotary grate elements.
  • FIG 16 shows a vertical cross-sectional view of the grate 25 of FIG 14a in a second state.
  • a system controller determines that partial or full cleaning of the grate 25 should take place. In the present case, the system control determines that the grate 25 should be completely cleaned in stages.
  • the third rotating grate element 254 has been rotated in the direction of arrow D1.
  • the mass element 127 of the cleaning device 125 of the third rotary grate element 254 is raised with the force of one of the motors 231 of the rotary mechanism 23, with its potential energy being increased.
  • the other rotating grate elements 252, 253 remain in the starting position.
  • the rotary grate element that is at the furthest distance from the fuel insert E is thus rotated first.
  • the loose ash falls down from the third rotary grate element 254 for ash discharge.
  • ash or slag can still adhere to the third rotary grate element 254 .
  • FIG. 17 shows a vertical cross-sectional view of the grate 14a in a third state.
  • the third rotary grate element 254 has been rotated even further in the direction of arrow D1.
  • the combustion surface 258 of the third rotary grate element 254 now overhangs, with the result that the loose or detached ash can fall off the rotary grate element 254 even better.
  • ash or slag can still adhere to the third rotary grate element 254 .
  • the purpose of the cleaning device 125 according to the invention is to remove precisely these combustion residues from the grate 25, which are more difficult to remove.
  • the arrow ST indicates the movement of the falling and the distance of this falling of the mass elements 1271, 274 of the rotary grate element 254. It can be seen that the piercing elements 129 have passed through the openings 256 and thus clean these openings 256 of ash and slag deposits.
  • the lancing elements 129 with their projections 130 are designed in such a way that the projections 130 have also passed completely through the openings 130 and that consequently the central part 132 of the lancing elements 129 is located in the openings. In other words, the lancing element passes through the upper opening surface of the respective opening 256 with its middle part 132 as it falls.
  • the projections 130 penetrate further into the ash or slag deposits and blast them further onto or away from the grate 25 .
  • the center portion 132 enters the opening 256 and passes through the opening 256, removing any remaining ash or slag from the openings 256.
  • the length of the projections 130 can preferably be at least the thickness of the rotary grate element 254 . Additionally, the length of the central portion 132 may be at least twice the thickness of the rotary grate member 254 .
  • the third rotating grate element 254 has been rotated even further in the direction of arrow D1.
  • gravity is used so that ash or slag that is still slightly adhering (this can also be electrostatically charged, for example) falls down into the funnel-shaped ash container 74 .
  • the first and second rotating grate elements 252, 253 have been rotated together in the direction of arrow D3.
  • the direction of rotation is the opposite of the direction of rotation D1.
  • the mass elements 127x of the cleaning devices 25 of the first and second rotary grate elements 252, 253 are further raised.
  • the third rotary grate element 254 remains in a stationary rotary position.
  • the first and second rotary grate elements 252, 253 have been rotated further together in the direction of arrow D3.
  • the mass elements 127 have exceeded their fall start positions and have fallen onto the stop surfaces 128a of the first and second rotary grate elements 252, 253, respectively, and have punctured and knocked off the rotary grate elements 252, 253.
  • the third rotary grate element 254 remains in a stationary rotary position.
  • the mass elements 127x have thus fallen down and the piercing elements 129 have passed through the openings 256 .
  • the third rotary grate element 254 remains in a stationary rotary position.
  • FIG. 21 shows a vertical cross-sectional view of the grate 14a in a seventh state.
  • the rotating grate elements 252, 253, 254 can be rotated back into their working positions. A cleaning by tapping and piercing the openings 256 has taken place. The cleaning process can thus return to the first state.
  • the rotary grate 25 of Figures 9 to 11 is shown without the cleaning device 125, but can be combined at any time with one of the cleaning devices 125 shown in the following figures.
  • the rotary grate 25 is described here as an example with three rotary grate elements 252, 253, 254. However, the rotary grate 25 can also have only one rotary grate element 252, or also two rotary grate elements 252, 253. In principle, a rotary grate 25 with a plurality of rotary grate elements is conceivable. In this respect, the present disclosure is not limited to a specific number of rotary grate elements 252, 253, 254.
  • each rotary grate element 252, 253, 254 can have two or more cleaning devices 125.
  • a rotary grate element or several rotary grate elements from the total number of rotary grate elements of the rotary grate 25 can also have no cleaning device 125 .
  • only one of the rotary grate elements 252, 253, 254 can have at least two cleaning devices 125.
  • cleaning devices 125 can also be provided for each rotating grate element 252, 253, 254. At least one piercing element 129 can be provided for each cleaning device 125 .
  • a lancing element 129 does not necessarily have to be provided for each opening 256 . Fewer lancing elements 129 than openings 256 can also be provided.
  • more than two guides or suspensions 122 with plain bearings 133 can also be provided per cleaning device 125, as long as these enable a linear movement of the respective mass element 127x.
  • the recirculation device 5 is described here with a primary recirculation and a secondary recirculation. However, in its basic configuration, the recirculation device 5 can also only have a primary recirculation and no secondary recirculation. With this basic configuration of the recirculation device, the components required for the secondary recirculation can be omitted completely, for example the recirculation inlet channel divider 532, the secondary recirculation channel 57 and an associated secondary mixing unit 5b, which will be explained, and the recirculation nozzles 291 can be omitted.
  • only one primary recirculation can be provided in such a way that the secondary mixing unit 5b and the associated channels are omitted, and the mixture of the primary recirculation is not only fed under the rotary grate 25, but also (e.g. via another channel) to the is supplied to the recirculation nozzles 291 provided in this variant.
  • This variant is mechanically simpler and therefore less expensive, but still has the recirculation nozzles 291 for creating a swirl in the flow in the combustion chamber 24 .
  • An air quantity sensor, a vacuum unit, a temperature sensor, an exhaust gas sensor and/or a lambda sensor can be provided at the inlet of the flue gas recirculation device 5 .
  • rotary grate elements 252, 253 and 254 instead of only three rotary grate elements 252, 253 and 254, two, four or more rotary grate elements can also be provided.
  • five rotary grate elements could be arranged with the same symmetry and functionality as the three rotary grate elements presented.
  • the rotary grate elements can also be shaped or designed differently from one another. More rotary grate elements have the advantage that the crushing function is increased.
  • convex sides of the rotary grate elements 252 and 254 concave sides of these can also be provided, in which case the sides of the rotary grate element 253 can be shaped in a complementary convex manner. This is functionally almost equivalent.
  • Fuels other than wood chips or pellets can also be used as fuels in the biomass heating system.
  • the rotary grate can also be referred to as a tipping grate.
  • the biomass heating system disclosed here can also be fired exclusively with one type of fuel, for example only with pellets.
  • the combustion chamber blocks 29 can also be provided without the recirculation nozzles 291 . This can apply in particular to the case in which no secondary recirculation is provided.
  • the geometry in particular of the circumference of the rotating grate elements 252, 253, 254, can vary from that in 14a geometry shown.
  • the doctrine relating to the angular arrangement of the slot-shaped openings 256 of 14a can also be applied to other types and shapes of gratings.
  • tilting or sliding grates with the angled arrangement of the slot-shaped openings 256 can also be provided, for example.

Landscapes

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Abstract

Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1), aufweisend zumindest ein Drehrostelement (252, 253, 254) mit einer Perforation aus einer Mehrzahl von schlitzförmigen Öffnungen (256); zumindest eine Lagerachse (81), mittels der das Drehrostelement (252, 253, 254) drehbar gelagert ist; zumindest eine an einem der Drehrostelemente (252, 253, 254) angebrachte Reinigungseinrichtung (125), wobei die Reinigungseinrichtung (125) ein relativ zum Drehrostelement (252, 253, 254) bewegliches Masseelement (127x) und an dem Masseelement (127x) angebrachte Stechelemente (129) für die Öffnungen (256) aufweist; wobei die Reinigungseinrichtung (125) derart eingerichtet ist, dass bei Drehung des Drehrostelements (252, 253, 254) eine Beschleunigungsbewegung des Masseelements (127x) initiiert wird, so dass die Reinigungseinrichtung (125) eine Klopfwirkung auf das Drehrostelement (252, 253, 254) und eine Stechwirkung für die Öffnungen (256) ausübt, um das Drehrostelement (252, 253, 254) mit dessen Öffnungen (256) abzureinigen.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft einen verbesserten Drehrost mit einer brennstoffunabhängigen Reinigungseinrichtung für eine Biomasse-Heizanlage.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung einen dreiteiligen Drehrost mit einer verbesserten Abreinigung für eine brennstoffflexible Biomasse-Heizanlage.
    • STAND DER TECHNIK
  • Biomasse-Heizanlagen in einem Leistungsbereich von 20 bis 500 kW sind bekannt. Biomasse kann als ein günstiger, heimischer, krisensicherer und umweltfreundlicher Brennstoff angesehen werden. Als verfeuerbare Biomasse, bzw. Festbrennstoff, gibt es beispielsweise Hackgut oder Pellets.
  • Die Pellets bestehen meistens aus Holzspänen, Sägespänen, Biomasse oder anderen Materialien, die in kleine Scheiben oder Zylinder mit einem Durchmesser von ca. 3 bis 15 mm und einer Länge von 5 bis 30 mm verdichtet worden sind. Hackgut (auch als Holzschnitzel, Holzhackschnitzel oder Hackschnitzel bezeichnet) ist mit schneidenden Werkzeugen zerkleinertes Holz.
  • Biomasse-Heizanlagen für Brennstoff in Form von Pellets und Hackgut weisen im Wesentlichen einen Kessel mit einer Brennkammer (der Verbrennungsraum) und mit einer daran anschließenden Wärmetauschvorrichtung auf. Aufgrund in vielen Ländern verschärfter gesetzlicher Vorschriften weisen einige Biomasse-Heizanlagen auch einen Feinstaubfilter auf. Regelmäßig ist weiteres verschiedenes Zubehör vorhanden, wie beispielsweise Regelungseinrichtungen, Sonden, Sicherheitsthermostate, Druckschalter, eine Abgas- bzw. Rauchgasrückführung und ein separater Brennstoffbehälter.
  • Bei der Brennkammer sind regelmäßig eine Einrichtung zur Zuführung von Brennstoff, eine Einrichtung für die Zufuhr der Luft und eine Zündvorrichtung für den Brennstoff vorgesehen. Die Einrichtung zur Zufuhr der Luft weist wiederum normalerweise ein Hochleistungsgebläse mit niedrigem Druck auf, um die thermodynamischen Faktoren bei der Verbrennung in der Brennkammer vorteilhaft zu beeinflussen. Eine Einrichtung zur Zuführung von Brennstoff kann beispielsweise mit einem seitlichen Einschub vorgesehen sein (sog. Quereinschubfeuerung). Dabei wird der Brennstoff von der Seite über eine Schnecke oder einen Kolben in die Brennkammer eingeschoben.
  • In der Brennkammer ist weiter üblicherweise ein Feuerungsrost vorgesehen, auf welchem kontinuierlich der Brennstoff im Wesentlichen zugeführt und verbrannt wird. Dieser Feuerungsrost lagert den Brennstoff für die Verbrennung und weist Öffnungen auf, die den Durchgang eines Teils der Verbrennungsluft als Primärluft zu dem Brennstoff erlauben. Weiter kann der Rost starr oder beweglich ausgeführt sein. Bewegliche Roste dienen üblicherweise einer einfachen Entsorgung der bei der Verbrennung entstehenden Verbrennungsrückstände, beispielsweise Asche und Schlacke. Diese Verbrennungsrückstände können jedoch an dem Rost anhaften oder anbacken und müssen regelmäßig nachteilhaft manuell abgereinigt werden. Dabei können durch die Asche und Schlacke zudem die Öffnungen im Rost zur Luftzufuhr mit der Asche oder Schlacke verstopfen, womit die Verbrennungseffizienz nachteilhaft beeinflusst wird. Die Praxis zeigt, dass die Verbrennungsrückstände insbesondere in den Öffnungen des Rostes fest anhaften oder anbacken können, womit eine Abreinigung des Rostes nochmals erschwert wird.
  • Beim Durchströmen des Rosts mit der Primärluft wird unter anderem auch der Rost gekühlt, wodurch das Material geschont wird. Sollten die Öffnungen nun verstopfen, so wird auch dieser Kühleffekt verschlechtert.
  • Zudem kann es bei unzureichender Luftzuführung auf dem Rost nochmals zu erhöhter Schlackenbildung kommen. Insbesondere Feuerungen, die mit unterschiedlichen Brennstoffen beschickt werden sollen, womit sich die vorliegende Offenbarung insbesondere beschäftigt, weisen die inhärente Problematik auf, dass die unterschiedlichen Brennstoffe unterschiedliche Ascheschmelzpunkte, Wassergehalte und unterschiedliches Brennverhalten aufweisen. Damit ist es problematisch eine Heizanlage vorzusehen, die für unterschiedliche Brennstoffe gleichermaßen gut geeignet ist und deren Roste entsprechend verbessert abgereinigt werden können.
  • Die Brennkammer kann weiterhin regelmäßig in eine Primärverbrennungszone (unmittelbare Verbrennung des Brennstoffes auf dem Rost) und eine Sekundärverbrennungszone (Nachverbrennung des Rauchgases) eingeteilt werden. In der Brennkammer erfolgt die Trocknung, pyrolytische Zersetzung sowie die Vergasung des Brennstoffes. Um die entstehenden brennbaren Gase vollständig zu verbrennen kann zudem eine Sekundärluft eingeführt werden.
  • Die Verbrennung der Pellets oder des Hackguts weist nach der Trocknung im Wesentlichen zwei Phasen auf. In der ersten Phase wird der Brennstoff durch hohe Temperaturen und Luft, die in die Brennkammer eingeblasen werden kann, und zumindest teilweise pyrolytisch zersetzt und in Gas umgewandelt, In der zweiten Phase treten die Verbrennung des in Gas umgewandelten Teils sowie die Verbrennung der eventuell vorhandenen restlichen Feststoffe ein. Insofern gast der Brennstoff aus, und das entstandene Gas wird mitverbrannt.
  • Unter Pyrolyse versteht man die thermische Zersetzung eines festen Stoffes unter Sauerstoffabschluss. Die Pyrolyse lässt sich in die primäre und sekundäre Pyrolyse aufteilen. Die Produkte der primären Pyrolyse sind Pyrolysekoks und Pyrolysegase, wobei sich die Pyrolysegase in bei Raumtemperatur kondensierbare und nicht kondensierbare Gase unterteilen lassen. Die primäre Pyrolyse findet bei grob 250-450°C und die sekundäre Pyrolyse bei ungefähr 450-600°C statt. Die in weiterer Folge auftretende sekundäre Pyrolyse basiert auf der Weiterreaktion der primär gebildeten Pyrolyseprodukte. Die Trocknung und Pyrolyse finden zumindest weitgehend ohne den Einsatz von Luft statt, da flüchtige CH - Verbindungen vom Partikel austreten und daher keine Luft an die Partikeloberfläche gelangt. Die Vergasung kann als Teil der Oxidation gesehen werden; es werden die bei der pyrolytischen Zersetzung entstandenen festen, flüssigen und gasförmigen Produkte durch weitere Wärmeeinwirkung in Reaktion gebracht. Dies geschieht unter Zugabe eines Vergasungsmittels wie Luft, Sauerstoff oder auch Wasserdampf. Der Lambda-Wert bei der Vergasung ist größer als null und kleiner als eins. Die Vergasung findet bei rund 300 bis 850°C statt. Oberhalb von ungefähr 850°C findet die vollständige Oxidation mit Luftüberschuss (Lambda größer 1) statt. Die Reaktionsendprodukte sind im Wesentlichen Kohlendioxid, Wasserdampf und Asche. Bei allen Phasen sind die Grenzen nicht starr, sondern fließend. Mittels einer am Abgasausgang des Kessels vorgesehenen Lamdasonde kann der Verbrennungsprozess vorteilhaft geregelt werden.
  • Allgemein ausgedrückt wird der Wirkungsgrad der Verbrennung durch die Umwandlung der Pellets in Gas erhöht, weil gasförmiger Brennstoff mit der Verbrennungsluft besser vermischt wird, und eine geringere Emission von Schadstoffen, weniger unverbrannte Partikel und Asche erzeugt werden.
  • Bei der Verbrennung von Biomasse entstehen luftgetragene Verbrennungsprodukte, deren Hauptbestandteile Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff sind. Diese können in Emissionen aus vollständiger Oxidation, aus unvollständiger Oxidation und Stoffen aus Spurenelementen bzw. Verunreinigungen unterschieden werden. Bei den Emissionen aus vollständiger Oxidation handelt es sich im Wesentlichen um Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O). Die Bildung von Kohlenstoffdioxid aus dem Kohlenstoff der Biomasse ist das Ziel der Verbrennung, da so die freigesetzte Energie genutzt werden kann. Die Freisetzung von Kohlenstoffdioxid (CO2) verhält sich weitgehend proportional zum Kohlenstoffgehalt der verbrannten Brennstoffmenge; somit ist das Kohlenstoffdioxid auch abhängig von der bereitzustellenden Nutzenergie. Eine Reduzierung kann im Wesentlichen nur durch eine Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt werden. Ebenso entstehen in jedem Falle Verbrennungsrückstände, wie beispielsweise Asche und Schlacke, die entsprechend fest an dem Rost anhaften können.
  • Insbesondere bei Biomasse-Heizanlagen, welche für verschiedene Arten von biologischem Brennstoff tauglich sein sollen, erschwert es die variierende Qualität und Konsistenz des Brennstoffs, eine durchgängig hohe Effizienz der Biomasse-Heizanlage aufrechtzuerhalten, insbesondere da die Asche- und Schlackebildung auf dem Rost in sehr unterschiedlichem Maße erfolgen kann. Diesbezüglich besteht erheblicher Optimierungsbedarf.
  • Zudem kann der biologische Brennstoff verunreinigt sein. Diese Verunreinigungen können die Asche- und Schlackebildung verstärken und/oder Verstopfungen in den Öffnungen des Rostes verursachen.
  • Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Biomasse-Heizanlagen für Pellets kann darin bestehen, dass Pellets, die in die Brennkammer fallen, aus dem Gitter bzw. Rost herausrollen bzw. herausrutschen können und in einen Bereich der Brennkammer gelangen können, in dem die Temperatur niedriger ist oder in dem die Luftzufuhr schlecht ist, oder sie können sogar in die unterste Kammer des Kessels fallen. Pellets, die nicht auf dem Gitter bzw. Rost verbleiben, verbrennen unvollständig und verursachen dadurch einen schlechten Wirkungsgrad, übermäßige Asche und eine bestimmte Menge an unverbrannten Schadstoffpartikeln.
  • Biomasse-Heizanlagen für Pellets oder Hackgut weisen die folgenden weiteren Nachteile und Probleme auf.
  • Ein Problem besteht darin, dass eine unvollständige Verbrennung infolge der nicht gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffes auf dem Gitter bzw. Rost und infolge der nicht optimalen Mischung von Luft und Brennstoff die Anhäufung und das Herabfallen von unverbrannter Asche durch die Lufteintrittsöffnungen, die direkt auf den Verbrennungsrost führen, in die Luftkanäle begünstigt.
  • Dies ist besonders störend und verursacht häufige Unterbrechungen, um Wartungsarbeiten wie Reinigen durchzuführen. Aus all diesen Gründen wird in der Brennkammer normalerweise ein großer Luftüberschuss aufrechterhalten, doch dadurch nehmen die Flammentemperatur und der Wirkungsgrad der Verbrennung ab, und es kommt zu hohen NOx-Emissionen. Ein solcher Luftüberschuss ist unerwünscht.
  • Die vorstehenden Probleme wurden im (nachveröffentlichten) Stand der Technik der EP 3 789 676 B1 mit einer Reinigungseinrichtung für einen Drehrost mit einer Klopfwirkung behandelt. Dabei sorgt eine Fallhammer-Konfiguration bei Drehung der Elemente des Drehrosts für ein Anschlagen eines Masseelements auf einen Anschlag des jeweiligen Elements.
  • Allerdings hat sich gezeigt, dass diese Lösung des Stands der Technik zwei Nachteile beinhaltet. Zum einen benötigt die Fallhammer-Konfiguration unter dem Drehrost Prinzip bedingt recht viel Platz und ist damit für Kessel mit kleinerer Leistung (und Dimensionierung) zu groß, und zum anderen ist die Abreinigungswirkung beim Drehrost weiterhin verbesserungsbedürftig.
  • Es kann ausgehend von den vorstehend genannten Problemen eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung sein, einen Rost für eine Biomasse-Heizanlage, welche vorzugsweise in Hybrid-Technologien vorgesehen ist, vorzusehen, der einen optimierten Betrieb der Biomasse-Heizanlage erlaubt.
  • Beispielsweise sollte eine einfache Entaschung oder Abreinigung des Rostes ermöglicht werden, sowie sollte eine einfache Wartung des Rostes der Biomasse-Heizanlage ermöglicht werden.
  • Zudem sollte eine hohe Anlagenverfügbarkeit vorhanden sein.
  • Dabei könnte erfindungsgemäß und ergänzend folgende Überlegung eine Rolle spielen:
    Die Hybridtechnologie soll sowohl den Einsatz von Pellets als auch von Hackgut mit Wassergehalten zwischen 8 und 35 Gewichtsprozent ermöglichen.
  • Dabei kann/können sich die vorstehend genannte(n) Aufgabe(n) oder die potentiellen Einzelproblemstellungen auch auf andere Teilaspekte der Gesamtanlage beziehen, beispielsweise auf die Brennkammer oder die Luftführung durch den Rost.
  • Diese Aufgabe(n) wird/werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Aspekte und vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Vorteile dieser Konfiguration und auch der folgenden Aspekte ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der zugehörigen Ausführungsbeispiele.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage, aufweisend zumindest ein Drehrostelement mit einer Perforation aus einer Mehrzahl von schlitzförmigen Öffnungen ;zumindest eine Lagerachse , mittels der das Drehrostelement drehbar gelagert ist; zumindest eine an einem der Drehrostelemente angebrachte Reinigungseinrichtung, wobei die Reinigungseinrichtung ein relativ zum Drehrostelement bewegliches Masseelement und an dem Masseelement angebrachte Stechelemente für die Öffnungen aufweist; wobei die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass bei Drehung des Drehrostelements eine Beschleunigungsbewegung des Masseelements initiiert wird, so dass die Reinigungseinrichtung eine Klopfwirkung auf das Drehrostelement und eine Stechwirkung für die Öffnungen ausübt, um das Drehrostelement mit dessen Öffnungen abzureinigen.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß dem vorhergehenden Aspekt, wobei die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass
    das Masseelement bei Drehung des Drehrostelements zur Initiierung der Beschleunigungsbewegung auf eine Fallstartposition angehoben wird, von dem aus das Masseelement unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung mittels einer Linearführung linear herabfällt, um die Klopfwirkung auf das Drehrostelement und zugleich die Stechwirkung für die Öffnungen zu erzeugen.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei eine Fallhöhe für das Herabfallen des Masseelements und eine Masse des Masseelements derart eingerichtet sind, dass beim Herabfallen Aschedepositionen an und in den Öffnungen , welche durch Versinterung entstanden sind, durch die Stechwirkung entfernt werden können.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß einem der vorausgehenden Aspekte, wobei die Linearführung als eine lineare Schlittenführung mit zwei Aufhängungen und zwei komplementären Führungsöffnungen ausgestaltet ist.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß einem der vorausgehenden Aspekte, wobei die Stechelemente kammförmig mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen ausgestaltet sind.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß einem der vorausgehenden Aspekte, wobei die Stechelemente eine Länge derart aufweisen, dass diese die Öffnungen vollständig durchdringen können, und die Stechelemente derart mit Vorsprüngen ausgestaltet sind, dass sich die Vorsprünge in Richtung derer distalen Enden stetig verjüngen; und die Stechelemente derart angeordnet sind, dass diese jeweils komplementär zu den Öffnungen vorgesehen sind.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß einem der vorausgehenden Aspekte, wobei die Stechelemente plattenförmig ausgestaltet sind, und die Stechelemente ein Befestigungsteil zur Befestigung an dem Masseelement aufweisen, und die Stechelemente eine Mehrzahl von sich in Längenrichtung des Stechelements verjüngenden Vorsprüngen aufweisen, und die Stechelemente ein Mittelteil zwischen dem Befestigungsteil und den Vorsprüngen aufweist.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß einem der vorausgehenden Aspekte, wobei eine Länge des Mittelteils derart bemessen ist, dass dieses das Drehrostelement vollständig durchdringen kann.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß einem der vorausgehenden Aspekte, wobei das Masseelement schlitzförmige Ausnehmungen aufweist, in welche die Stechelemente zur Befestigung der Stechelemente an dem Masseelement aufgenommen sind.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß einem der vorausgehenden Aspekte, wobei das Masseelement , an welchem die Stechelemente befestigt sind, derart eingerichtet ist, dass für jede Öffnung des Drehrostelements ein Stechelement vorgesehen ist.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß einem der vorausgehenden Aspekte, wobei die Reinigungseinrichtung das Folgende aufweist:
    eine an dem Drehrostelement angebrachte Aufhängung und Gleitlager in den Masseelementen, welche gemeinsam eine lineare Schlittenführung ausbilden, welche eine lineare Bewegung des Masseelements zu dem Drehrostelement und von diesem weg ermöglicht.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß einem der vorausgehenden Aspekte, wobei für ein Drehrostelement zumindest drei Reinigungseinrichtungen vorgesehen sind, wobei eine Reinigungseinrichtung auf einer Lagerachse des Drehrostelements vorgesehen ist, und die anderen Reinigungseinrichtungen jeweils benachbart zueinander vorgesehen sind.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß einem der vorausgehenden Aspekte, wobei das Masseelement Gleitlager als die Führungsöffnungen zur Aufnahme der Aufhängung aufweist.
    das Masseelement zwei Außenplatten aufweist, zwischen denen sandwichartig eine Mehrzahl von Innenplatten vorgesehen ist, wobei die Innenplatten Aussparungen aufweisen, welche sich bis zu dem Gleitlager erstrecken.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß einem der vorausgehenden Aspekte, wobei die Reinigungseinrichtung an der Unterseite des Drehrostelements, die einer Verbrennungsfläche des Drehrostelements entgegengesetzt ist, angebracht ist.
  • Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage gemäß einem der vorausgehenden Aspekte, wobei der Drehrost ein erstes Drehrostelement, ein zweites Drehrostelement und ein drittes Drehrostelement aufweist, die jeweils um die jeweilige Lagerachse um zumindest 90 Grad drehbar angeordnet sind.
  • Verfahren zum Abreinigen eines Drehrosts einer Biomasse-Heizanlage , wobei der Drehrost das Folgende aufweist:
    • zumindest ein Drehrostelement mit einer Perforation aus einer Mehrzahl von schlitzförmigen Öffnungen; zumindest eine Lagerachse , mittels der das Drehrostelement drehbar gelagert ist; zumindest eine an einem der Drehrostelemente angebrachte Reinigungseinrichtung, wobei die Reinigungseinrichtung ein relativ zum Drehrostelement linear bewegliches Masseelement mit einer Mehrzahl von Stechelementen aufweist;
    • wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
  • Drehen des Drehrostelements in eine erste Richtung und damit einhergehendes Bewegen des Masseelements der Reinigungseinrichtung;
  • Initiieren einer Beschleunigungsbewegung des Masseelements;
  • Anschlagen des Masseelements mit Klopfwirkung auf einer Anschlagfläche entweder des Drehrostelements oder der Reinigungseinrichtung zur Abreinigung des Drehrostelements und mit einer Stechwirkung in die Öffnungen mittels der Stechelemente .
  • Verfahren zum Abreinigen eines Drehrosts einer Biomasse-Heizanlage, gemäß dem vorhergehenden Aspekt, wobei das Masseelement bei Drehung des Drehrostelements zur Initiierung der Beschleunigungsbewegung auf eine Fallstartposition angehoben wird, von dem aus das Masseelement unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung linear herabfällt, um die Klopfwirkung auf das Drehrostelement zu erzeugen.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, der weiter das Folgende aufweist: zumindest ein Drehrostelement; zumindest eine Lagerachse, mittels der das Drehrostelement drehbar gelagert ist; zumindest eine an einem der Drehrostelemente angebrachte Reinigungseinrichtung, wobei die Reinigungseinrichtung ein relativ zum Drehrostelement bewegliches Masseelement aufweist; wobei die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass bei Drehung des Drehrostelements eine Beschleunigungsbewegung des Masseelements initiiert wird, so dass die Reinigungseinrichtung eine Klopfwirkung auf das Drehrostelement ausübt, um das Drehrostelement abzureinigen.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass das Masseelement bei Drehung des Drehrostelements zur Initiierung der Beschleunigungsbewegung auf eine Fallstartposition angehoben wird, von dem aus das Masseelement unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung herabfällt, um die Klopfwirkung auf das Drehrostelement zu erzeugen.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass das Masseelement der Reinigungseinrichtung bei dessen Beschleunigungs- oder Fallbewegung auf eine Anschlagfläche des Drehrostelements anschlägt.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass das Masseelement der Reinigungseinrichtung bei dessen Beschleunigungs- oder Fallbewegung einen Schlagarm auslenkt, so dass dieser auf eine Anschlagfläche anschlägt.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass bei Drehung des Drehrostelements in eine erste Richtung und bei Drehung des Drehrostelements in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, jeweils ein Anschlagen auf eine Anschlagfläche erfolgt.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: die Reinigungseinrichtung an der Unterseite des Drehrostelements, die einer Verbrennungsfläche des Drehrostelements entgegengesetzt ist, angebracht ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: die Reinigungseinrichtung das Folgende aufweist: eine an dem Drehrostelement angebrachte Aufhängung mit einem Gelenk; einen Schlagarm mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das Masseelement an einem der Enden des Schlagarms vorgesehen ist; wobei der Schlagarm über das Gelenk um eine Drehachse des Gelenks schwenkbar mit der Aufhängung verbunden ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: die Lagerachse des Drehrostelements zumindest annähernd parallel zu der Drehachse des Gelenks des Schlagarms vorgesehen ist; und/oder die Lagerachse zumindest annähernd horizontal angeordnet ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: der Schlagarm zwischen der Fallstartposition und einer Fallendposition um einen vordefinierten Winkel schwenkbar angeordnet ist; und/oder die Reinigungseinrichtung ausschließlich an dem Drehrostelement angebracht ist und mit diesem in Verbindung steht.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: die Reinigungseinrichtung mit dem Masseelement derart eingerichtet ist, dass das Masseelement eine ebene Schlagfläche aufweist, die beim Anschlagen zumindest annähernd parallel zur Anschlagfläche ausgerichtet ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: zumindest eine Anschlagfläche auf der Unterseite des Drehrostelements und/oder auf der Lagerachse und/oder auf der Reinigungseinrichtung vorgesehen ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: wobei die Drehrostelemente eine Verbrennungsfläche für den Brennstoff ausbilden; wobei die Drehrostelemente Öffnungen für die Luft zur Verbrennung aufweisen, wobei die Öffnungen länglich in Form eines Schlitzes ausgebildet sind, wobei eine Längsachse der Öffnungen in einem Winkel von 30 bis 60 Grad zu einer Brennstoffeinschubrichtung vorgesehen ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: der Drehrost ein erstes Drehrostelement, ein zweites Drehrostelement und ein drittes Drehrostelement aufweist, die jeweils um die jeweilige Lagerachse um zumindest 90 Grad drehbar angeordnet sind.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: der Drehrost weiter eine Drehrostmechanik aufweist, die derart konfiguriert ist, dass diese das dritte Drehrostelement unabhängig von dem ersten Drehrostelement und dem zweiten Drehrostelement drehen kann, und dass diese das erste Drehrostelement und das zweite Drehrostelement gemeinsam miteinander und unabhängig von dem dritten Drehrostelement drehen kann.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: der Drehrost eine Perforation aufweist; und wobei die Perforation aus einer Mehrzahl von schlitzförmigen Öffnungen besteht, die in der Draufsicht auf den Drehrost derart angeordnet sind, dass: eine erste Anzahl der schlitzförmigen Öffnungen in einem ersten Winkel und nicht parallel zu einer Einschubrichtung des Brennstoffs auf den Drehrost angeordnet ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei eine zweite Anzahl der schlitzförmigen Öffnungen in einem zweiten Winkel und nicht parallel zu einer Einschubrichtung des Brennstoffs auf den Drehrost angeordnet ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: der erste Winkel größer 30 Grad und kleiner 60 Grad ist; und der zweite Winkel größer 30 Grad und kleiner 60 Grad ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Drehrost für eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: eine Verbrennungsfläche des Drehrosts eine im Wesentlichen ovale oder elliptische Verbrennungsfläche konfiguriert; und die Einschubrichtung des Brennstoffs gleich einer längeren Mittelachse der ovalen Verbrennungsfläche des Drehrosts ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Verfahren zum Abreinigen eines Drehrosts einer Biomasseheizanlage vorgesehen, wobei der Drehrost das Folgende aufweist: zumindest ein Drehrostelement; zumindest eine Lagerachse, mittels der das Drehrostelement drehbar gelagert ist; zumindest eine an einem der Drehrostelemente angebrachte Reinigungseinrichtung, wobei die Reinigungseinrichtung ein relativ zum Drehrostelement bewegliches Masseelement aufweist; wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
  • Drehen des Drehrostelements in eine erste Richtung und damit einhergehendes Bewegen des Masseelements der Reinigungseinrichtung; Initiieren einer Beschleunigungsbewegung des Masseelements; Anschlagen des Masseelements mit Klopfwirkung auf einer Anschlagfläche entweder des Drehrostelements oder der Reinigungseinrichtung zur Abreinigung des Drehrostelements.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Verfahren zum Abreinigen eines Drehrosts einer Biomasseheizanlage vorgesehen, wobei das Masseelement bei Drehung des Drehrostelements zur Initiierung der Beschleunigungsbewegung auf eine Fallstartposition angehoben wird, von dem aus das Masseelement unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung herabfällt, um die Klopfwirkung auf das Drehrostelement zu erzeugen.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines der vorstehenden Aspekte ist ein Verfahren zum Abreinigen eines Drehrosts einer Biomasseheizanlage vorgesehen, wobei bei Drehung des Drehrostelements in eine erste Richtung und bei Drehung des Drehrostelements in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, jeweils ein Anschlagen auf eine Anschlagfläche erfolgt.
  • Die einzelnen Effekte und Vorteile dieser Aspekte ergeben sich aus der nachstehenden Figurenbeschreibung und den zugehörigen Zeichnungen.
  • "Horizontal" kann vorliegend eine ebene Ausrichtung einer Achse oder eines Querschnitts in der Annahme bezeichnen, dass der Kessel ebenso horizontal aufgestellt ist, womit beispielsweise das Erdniveau die Referenz sein kann. Alternativ kann "horizontal" vorliegend "parallel" zur Grundebene des Kessels bedeuten, so wie diese üblicherweise definiert wird. Weiter alternativ kann, insbesondere bei einem Fehlen einer Bezugsebene, "horizontal" lediglich als zumindest annähernd lotrecht zur Wirkungsrichtung der Gravitationskraft der Erde bzw. Erdbeschleunigung verstanden werden.
  • Obschon alle vorstehenden Einzelmerkmale und Details eines Aspekts der Erfindung und der Weiterbildungen dieses Aspekts in Zusammenhang mit der Biomasse-Heizanlage beschrieben sind, so sind diese Einzelmerkmale und Details auch als solche unabhängig von der Biomasse-Heizanlage offenbart.
  • Die Biomasse-Heizanlage mit dem erfindungsgemäßen Rost und der erfindungsgemäße Rost mit der Reinigungseinrichtung / den Reinigungseinrichtungen wird/werden nachfolgend in Ausführungsbeispielen und einzelnen Aspekten anhand der
  • Figuren näher erläutert:
    • Fig. 1
    zeigt eine dreidimensionale Überblicksansicht einer Biomasse-Heizanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    Fig. 2
    zeigt eine Querschnittsansicht durch die Biomasse-Heizanlage der Fig. 1, welche entlang einer Schnittlinie SL1 vorgenommen wurde und welche aus der Seitenansicht S betrachtet dargestellt ist;
    Fig. 3
    zeigt ebenso eine Querschnittsansicht durch die Biomasse-Heizanlage der Fig. 1 mit einer Darstellung des Strömungsverlaufs, wobei die Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie SL1 vorgenommen wurde und aus der Seitenansicht S betrachtet dargestellt ist;
    Fig. 4
    zeigt eine Teilansicht der Fig. 2, die eine Brennkammergeometrie des Kessels der Fig. 2 und Fig. 3 darstellt;
    Fig. 5
    zeigt eine Schnittansicht durch den Kessel bzw. die Brennkammer des Kessels entlang der Vertikalschnittlinie A2 der Fig. 4;
    Fig. 6
    zeigt eine dreidimensionale Schnittansicht auf die Primärverbrennungszone der Brennkammer mit dem Drehrost der Fig. 4;
    Fig. 7
    zeigt entsprechend zur Fig. 6 eine Explosionsdarstellung der Brennkammersteine;
    Fig. 8
    zeigt eine Aufsicht auf den Drehrost mit Drehrostelementen von oben aus Sicht der Schnittlinie A1 der Fig. 2;
    Fig. 9
    zeigt den Drehrost der Fig. 2 in geschlossener Position, wobei alle Drehrostelemente horizontal ausgerichtet bzw. geschlossen sind;
    Fig. 10
    zeigt den Drehrost der Fig. 9 in dem Zustand einer Teilabreinigung des Drehrosts im Gluterhaltungsbetrieb;
    Fig. 11
    zeigt den Drehrost der Fig. 9 im Zustand der Universalabreinigung, welche bevorzugt während eines Anlagenstillstands durchgeführt wird;
    Figuren 12a bis 12d
    zeigen eine Prinzipdarstellung eines Drehrosts mit einer beispielhaften Reinigungseinrichtung, welche sich mittels einer Drehung bewegt;
    Figuren 13a und 13b
    zeigen eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Drehrosts mit einer Reinigungseinrichtung, welche sich linear bewegt;
    Figuren 14a bis 14c
    zeigen Ansichten auf einen erfindungsgemäßen Drehrost mit Reinigungseinrichtungen in einem ersten Zustand;
    Figuren 15a bis 15b
    zeigen Ansichten von Teilen der Reinigungseinrichtungen der Fig. 14a bis 14c;
    Fig. 16
    zeigt eine vertikale Querschnittsansicht auf den Rost der Fig. 14a in einem zweiten Zustand;
    Fig. 17
    zeigt eine vertikale Querschnittsansicht auf den Rost der Fig. 14a in einem dritten Zustand;
    Fig. 18
    zeigt eine vertikale Querschnittsansicht auf den Rost der Fig. 14a in einem vierten Zustand;
    Fig. 19
    zeigt eine vertikale Querschnittsansicht auf den Rost der Fig. 14a in einem fünften Zustand;
    Fig. 20
    zeigt eine vertikale Querschnittsansicht auf den Rost der Fig. 14a in einem sechsten Zustand;
    Fig. 21
    zeigt eine vertikale Querschnittsansicht auf den Rost der Fig. 14a in einem siebten Zustand;
    Fig. 22
    veranschaulicht die Probleme eines anderen Drehrosts mit einer Reinigungseinrichtung.
    BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden verschiedene lediglich beispielhafte Ausfiihrungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offenbart. Ausführungsformen und darin verwendete Begriffe sollen jedoch nicht dazu dienen, die vorliegende Offenbarung auf bestimmte Ausführungsformen zu beschränken, und sie sollte so ausgelegt werden, dass sie verschiedene Änderungen, Äquivalente und/oder Alternativen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.
  • Sollten in der Beschreibung allgemeinere Begriffe für in den Figuren dargestellte Merkmale oder Elemente verwendet werden, so ist beabsichtigt, dass für den Fachmann nicht nur das spezielle Merkmal oder Element in den Figuren offenbart ist, sondern auch die allgemeinere technische Lehre.
  • In Bezug auf die Beschreibung der Figuren können die gleichen Bezugszeichen in den einzelnen Figuren verwendet werden, um auf ähnliche oder technisch entsprechende Elemente zu verweisen. Weiter können der Übersichtlichkeit halber in einzelnen Detail- oder Ausschnittsansichten mehr Elemente oder Merkmale mit Bezugszeichen dargestellt sein, als in den Überblicksansichten. Dabei ist davon auszugehen, dass diese Elemente oder Merkmale auch entsprechend in den Überblicksdarstellungen offenbart sind, auch wenn diese dort nicht explizit aufgeführt sind.
  • Es ist zu verstehen, dass eine Singularform eines Substantivs, das einem Gegenstand entspricht, eines oder mehrere der Dinge beinhalten kann, es sei denn, der betreffende Kontext weist eindeutig auf etwas anderes hin.
  • In der vorliegenden Offenbarung kann ein Ausdruck wie "A oder B", "mindestens einer von A oder/und B" oder "einer oder mehrere von A oder/und B" alle möglichen Kombinationen von zusammen aufgeführten Merkmalen beinhalten. Ausdrücke wie "erster", "zweiter", "primär" oder "sekundär", die hierin verwendet werden, können verschiedene Elemente unabhängig von ihrer Reihenfolge und/oder Bedeutung darstellen und schränken entsprechende Elemente nicht ein. Wenn beschrieben wird, dass ein Element (z.B. ein erstes Element) "funktionsfähig" oder "kommunikativ" mit einem anderen Element (z.B. einem zweiten Element) gekoppelt oder verbunden ist, kann das Element direkt mit dem anderen Element verbunden werden oder mit dem anderen Element über ein anderes Element (z.B. ein drittes Element) verbunden werden.
  • Ein in der vorliegenden Offenbarung verwendeter Ausdruck "konfiguriert zu" (oder "eingerichtet") kann beispielsweise durch "geeignet für", "geeignet zu", "angepasst zu", "gemacht zu", "fähig zu" oder "entworfen zu" ersetzt werden, je nach dem technisch Möglichen. Alternativ kann in einer bestimmten Situation ein Ausdruck "Vorrichtung konfiguriert zu" oder "eingerichtet zu" bedeuten, dass die Vorrichtung zusammen mit einer anderen Vorrichtung oder Komponente arbeiten kann, oder eine entsprechende Funktion ausführen kann.
  • Alle Größenangaben, welche in "mm" angegeben sind, sind als ein Größenbereich von +- 1 mm um den angegebenen Wert zu verstehen, sofern nicht eine andere Toleranz oder andere Bereiche oder Bereichsgrenzen explizit angegeben ist.
  • Anzumerken ist, dass die vorliegenden Einzelaspekte, beispielsweise die Reinigungseinrichtung, gesondert von bzw. getrennt von der Biomasse-Heizanlage hierin als Einzelteile oder Einzelvorrichtungen offenbart sind. Es ist dem Fachmann also klar, dass auch einzelne Aspekte oder Anlagenteile hierin auch für sich genommen offenbart sind. Vorliegend sind die einzelnen Aspekte oder Anlageteile insbesondere in den durch Klammern gekennzeichneten Unterkapiteln offenbart. Es ist vorgesehen, dass diese einzelnen Aspekte auch gesondert beansprucht werden können.
  • Weiter sind der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht alle Merkmale und Elemente, insbesondere wenn sich diese wiederholen, einzeln bezeichnet. Es sind vielmehr die Elemente und Merkmale jeweils exemplarisch bezeichnet. Analoge oder gleiche Elemente sind dann als solche zu verstehen.
    • (Biomasse-Heizanlage)
  • Zunächst soll die Biomasse-Heizanlage 1 der vorliegenden Offenbarung allgemein beschrieben werden, um das "Umfeld" des vorliegenden Drehrosts 25 mit seiner Reinigungseinrichtung 125 näher zu beleuchten.
  • Fig. 1 zeigt eine dreidimensionale Überblicksansicht einer beispielhaften Biomasse-Heizanlage 1, welche den erfindungsgemäßen Drehrost 25 mit einer Reinigungseinrichtung 125 beinhalten kann.
  • Der Pfeil V bezeichnet in den Figuren die Vorderansicht der Anlage 1, und der Pfeil S bezeichnet in den Figuren die Seitenansicht der Anlage 1.
  • Die Biomasse-Heizanlage 1 weist einen Kessel 11 auf, der auf einem Kesselfuß 12 gelagert ist. Der Kessel 11 weist ein Kesselgehäuse 13, beispielsweise aus Stahlblech, auf.
  • Im vorderen Teil des Kessels 11 befindet sich eine Brenneinrichtung 2 (nicht dargestellt), die über eine erste Wartungsöffnung mit einem Verschluss 21 erreicht werden kann. Eine Drehmechanikhalterung 22 für einen Drehrost 25 (nicht dargestellt) lagert eine Drehmechanik 23, mit der Antriebskräfte auf Lagerachsen 81 des Drehrosts 25 übertragen werden können.
  • Im Mittelteil des Kessels 11 befindet sich ein Wärmetauscher 3 (nicht dargestellt), der von oben über eine zweite Wartungsöffnung mit einem Verschluss 31 erreicht werden kann.
  • Im Hinterteil des Kessels 11 befindet sich eine optionale Filtereinrichtung 4 (nicht dargestellt) mit einer Elektrode 44 (nicht dargestellt), die mit einer isolierenden Elektrodenhalterung 43 aufgehängt ist, und die über eine Elektrodenversorgungsleitung 42 unter Spannung gesetzt wird. Das Abgas der Biomasse-Heizanlage 1 wird über einen Abgasausgang 41 abgeführt, der der Filtereinrichtung 4 strömungstechnisch (fluidisch) nachgelagert angeordnet ist. Hier kann ein Ventilator vorgesehen sein.
  • Hinter dem Kessel 11 ist eine Rezirkulationseinrichtung 5 vorgesehen, die einen Teil des Rauch- bzw. Abgases über Rezirkulationskanäle 54 und 55 und Luftventile 52 zur Wiederverwendung beim Verbrennungsvorgang rezirkuliert. Diese Rezirkulationseinrichtung 5 wird später mit Bezug auf die Figuren 12 bis 17 im Detail erläutert.
  • Weiter weist die Biomasse-Heizanlage 1 eine Brennstoffzufuhr 6 auf, mit der der Brennstoff kontrolliert zu der Brenneinrichtung 2 in die Primärverbrennungszone 26 von der Seite auf den Drehrost 25 befördert wird. Die Brennstoffzufuhr 6 weist eine Zellradschleuse 61 mit einer Brennstoffzufuhröffnung 65 auf, wobei die Zellradschleuse 61 einen Antriebsmotor 66 mit einer Ansteuerelektronik aufweist. Eine von dem Antriebsmotor 66 angetriebene Achse 62 treibt eine Übersetzungsmechanik 63 an, die eine (nicht dargestellte) Brennstoff-Förderschnecke 67 antreiben kann, so dass der Brennstoff in einem Brennstoff-Zufuhrkanal 64 zu der Brenneinrichtung 2 gefördert wird.
  • Im unteren Teil der Biomasse-Heizanlage 1 ist eine Ascheabfuhreinrichtung 7 vorgesehen, welche eine Ascheaustragungsschnecke 71 mit einer Übergangsschnecke 73 in einem Ascheaustragungskanal aufweist, die von einem Motor 72 betrieben wird.
  • Fig. 2 zeigt nun eine Querschnittsansicht durch die Biomasse-Heizanlage 1 der Fig. 1, welche entlang einer Schnittlinie SL1 vorgenommen wurde und welche aus der Seitenansicht S betrachtet dargestellt ist. In der korrespondierenden Fig. 3, welche den gleichen Schnitt wie Fig. 2 darstellt, sind der Übersichtlichkeit halber die Strömungen des Rauchgases und strömungstechnische Querschnitte schematisch dargestellt. Zu Fig. 3 anzumerken ist, dass einzelne Bereiche im Vergleich zu der Fig. 2 abgeblendet dargestellt sind. Dies dient nur der Übersichtlichkeit der Fig. 3 und der Sichtbarkeit der Strömungspfeile S5, S6 und S7.
  • Von links nach rechts sind in Fig. 2 die Brenneinrichtung 2, der Wärmetauscher 3 und eine (optionale) Filtereinrichtung 4 des Kessels 11 vorgesehen. Der Kessel 11 ist auf dem Kesselfuß 12 gelagert, und weist ein mehrwandiges Kesselgehäuse 13 auf, in welchem Wasser oder ein anderes fluides Wärmetauschmedium zirkulieren kann. Zur Zufuhr und Abfuhr des Wärmetauschmediums ist eine Wasserzirkulationseinrichtung 14 mit Pumpe, Ventilen, Leitungen, etc. vorgesehen.
  • Die Brenneinrichtung 2 weist eine Brennkammer 24 auf, in der im Kern der Verbrennungsprozess des Brennstoffes stattfindet. Die Brennkammer 24 weist einen, später näher erläuterten, mehrteiligen Drehrost 25 auf, auf dem das Brennstoffbett 28 aufliegt. Der mehrteilige Drehrost 25 ist mittels einer Mehrzahl von Lagerachsen 81 drehbar gelagert angeordnet.
  • Weiter bezugnehmend auf Fig. 2 ist die Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 durch (eine Mehrzahl von) Brennkammersteine(n) 29 umfasst, womit die Brennkammersteine 29 die Geometrie der Primärverbrennungszone 26 definieren. Der Querschnitt der Primärverbrennungszone 26 (beispielsweise) entlang der Horizontalschnittlinie A1 ist im Wesentlichen oval (beispielsweise 380 mm +- 60mm x 320 mm +- 60 mm; dabei ist anzumerken, dass einige der vorstehenden Größenkombinationen auch einen kreisförmigen Querschnitt ergeben können). Die Pfeile S1 der korrespondierenden Fig. 3 geben die Primärströmung in der Primärverbrennungszone 26 schematisch wieder, wobei diese Primärströmung zudem (nicht näher dargestellt) einen Drall aufweist, um die Durchmischung des Rauchgases zu verbessern. Die Brennkammersteine 29 bilden die Innenverkleidung der Primärverbrennungszone 26 aus, speichern Wärme und sind dem Feuer direkt ausgesetzt. Damit schützen die Brennkammersteine 29 auch das weitere Material der Brennkammer 24, beispielsweise Gusseisen, vor der direkten Flammeneinwirkung in der Brennkammer 24. Die Brennkammersteine 29 sind vorzugsweise an die Form des Rosts 25 angepasst. Die Brennkammersteine 29 weisen weiter Sekundärluft- bzw. Rezirkulationsdüsen 291 auf, die das Rauchgas in die Primärverbrennungszone 26 zur erneuten Teilnahme am Verbrennungsprozess rezirkulieren. Die Sekundärluftdüsen bzw. Rezirkulationsdüsen 291 sind dabei nicht auf die Mitte der Primärverbrennungszone 26 ausgerichtet, sondern sind azentrisch ausgerichtet, um einen Drall der Strömung in der Primärverbrennungszone 26 zu bewirken (d. h. eine Wirbelströmung). Die Brennkammersteine 29 werden später noch eingehender erläutert. Eine Isolation 311 ist am Kesselrohreintritt vorgesehen. Die ovale Querschnittsform der Primärverbrennungszone 26 (und der Düse) begünstigen die Ausbildung einer Wirbelströmung vorteilhaft.
  • Eine Sekundärverbrennungszone 27 schließt sich an die Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 an und definiert den Strahlungsteil der Brennkammer 24. In dem Strahlungsteil gibt das bei der Verbrennung entstandene Rauchgas seine Wärmeenergie hauptsächlich durch Wärmestrahlung insbesondere an das Wärmetauschmedium ab, welches sich in den beiden linken Kammern für das Wärmetauschmedium 38 befindet. Die entsprechende Rauchgasströmung ist in Fig. 3 durch die Pfeile S2 und S3 angegeben. Die erste Wartungsöffnung 21 ist mit einem Dämmmaterial, beispielsweise Vermiculite™, isoliert. Die vorliegende Sekundärverbrennungszone 27 ist derart eingerichtet, dass ein Ausbrand des Rauchgases gewährleistet wird. Die spezielle geometrische Ausgestaltung der Sekundärverbrennungszone 27 wird später noch eingehender erläutert. Anzumerken ist, dass die Sekundärverbrennungszone 27 strömungstechnisch betrachtet erst auf der Höhe der entsprechenden Luftdüsen beginnt. Allerdings kann vorliegend die Sekundärverbrennungszone 27 strukturell betrachtet auch als der gesamte durchströmbare Raum oberhalb der Primärverbrennungszone 26 betrachtet werden.
  • Nach der Sekundärverbrennungszone 27 strömt das Rauchgas über dessen Eintritt 33 in die Wärmetauscheinrichtung 3, welche ein Bündel von parallel zueinander vorgesehenen Kesselrohren 32 aufweist. In den Kesselrohren 32 strömt das Rauchgas nun abwärts, wie in Fig. 3 durch die Pfeile S4 angegeben. Man kann diesen Teil der Strömung auch als Konvektionsteil bezeichnen, da die Wärmeabgabe des Rauchgases im Wesentlichen an den Kesselrohrwänden über eine erzwungene Konvektion erfolgt. Durch die im Kessel 11 verursachten Temperaturgradienten im Wärmetauschermedium, beispielsweise im Wasser, stellt sich eine natürliche Konvektion des Wassers ein, welche eine Durchmischung des Kesselwassers begünstigt.
  • In den Kesselrohren 32 sind Federturbulatoren 36 und Spiral- bzw. Bandturbulatoren 37 angeordnet, um den Wirkungsgrad der Wärmetauscheinrichtung 4 zu verbessern.
  • Der Ausgang der Kesselrohre 32 mündet über den Wendekammereintritt 34 bzw. -einlass in die Wendekammer 35. Dabei ist die Wendekammer 35 derart gegenüber der Brennkammer 24 abgedichtet, dass kein Rauchgas aus der Wendekammer 35 direkt zurück in die Brennkammer 24 strömen kann. Allerdings ist trotzdem ein gemeinsamer (Ab-)Transportweg für die Verbrennungsrückstände vorgesehen, die im gesamten Strömungsbereich des Kessels 11 anfallen können. Falls die Filtereinrichtung 4 nicht vorgesehen ist, wird das Rauchgas wieder im Kessel 11 nach oben abgeführt. Der andere Fall der optionalen Filtereinrichtung 4 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Dabei wird das Rauchgas nach der Wendekammer 35 wieder nach oben in die Filtereinrichtung 4 eingeleitet (vgl. Pfeile S5), welche vorliegend beispielhaft eine elektrostatische Filtereinrichtung 4 ist. Dabei können am Eintritt 44 der Filtereinrichtung 4 Strömungsblenden vorgesehen sein, die die Rauchgasströmung homogenisieren.
  • Elektrostatische Staubfilter, oder auch Elektroabscheider genannt, sind Einrichtungen zur Abscheidung von Partikeln aus Gasen, die auf dem elektrostatischen Prinzip beruhen. Diese Filtereinrichtungen werden insbesondere zur elektrischen Reinigung von Abgasen verwendet. Bei Elektrofiltern werden Staubteilchen durch eine Koronaentladung elektrisch aufgeladen und zur entgegengesetzt aufgeladenen Elektrode gezogen. Die Koronaentladung findet auf einer dafür geeigneten, geladenen Hochspannungselektrode im Inneren des Elektrofilters statt. Die Elektrode ist bevorzugt mit herausragenden Spitzen und eventuell scharfen Kanten ausgeführt, weil dort die Dichte der Feldlinien und damit auch die elektrische Feldstärke am größten und somit die Koronaentladung begünstigt ist. Die gegengesetzte Elektrode besteht für gewöhnlich aus einem geerdeten Rauchgas- bzw. Abgasrohrabschnitt, der um die Elektrode gelagert ist. Der Abscheidungsgrad eines Elektrofilters ist insbesondere von der Verweilzeit der Abgase im Filtersystem und der Spannung zwischen Sprüh- und Abscheidungselektrode abhängig. Die dafür notwendige gleichgerichtete Hochspannung wird von einer Hochspannungserzeugungseinrichtung (nicht dargestellt) bereitgestellt. Die Hochspannungserzeugungsanlage und die Halterung für die Elektrode sind vor Staub und Verschmutzung zu schützen, um ungewollte Kriechströme zu vermeiden und die Standzeit der Anlage 1 zu verlängern.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine stabförmige Elektrode 45 (welche vorzugsweise wie eine längliche, plattenförmige Stahlfeder ausgestaltet ist) in etwa mittig in einem annähernd kaminförmigen Innenraum der Filtereinrichtung 4 gehaltert. Die Elektrode 45 besteht zumindest weitgehend aus einem hochwertigen Federstahl oder Chromstahl und ist von einer Elektrodenhalterung 43 über einen Hochspannungsisolator, d. h. eine Elektrodenisolation 46, gehaltert.
  • Die Elektrode 45 hängt schwingungsfähig nach unten in den Innenraum der Filtereinrichtung 4. Dabei kann die Elektrode 45 beispielsweise quer zur Längsachse der Elektrode 45 hin- und her schwingen.
  • Ein Käfig 48 dient gleichzeitig als Gegenelektrode und als Abreinigungsmechanik für die Filtereinrichtung 4. Der Käfig 48 ist mit dem Masse- bzw. Erdpotential verbunden. Durch den herrschenden Potentialunterschied wird das in der Filtereinrichtung 4 strömende Rauchgas bzw. Abgas, vgl. die Pfeile S6, gefiltert, wie vorstehend erläutert. Im Falle der Abreinigung der Filtereinrichtung 4 wird die Elektrode 45 stromlos geschaltet. Der Käfig 48 weist vorzugsweise ein achteckiges regelmäßiges Querschnittsprofil auf. Der Käfig 48 kann vorzugsweise bei der Herstellung mit dem Laser zugeschnitten werden.
  • Das Rauchgas strömt nach dem Austritt aus dem Wärmetauscher 3 (aus dessen Austritt) durch die Wendekammer 34 in den Eintritt 44 der Filtereinrichtung 4.
  • Dabei ist die (optionale) Filtereinrichtung 4 optional vollintegriert in den Kessel 11 vorgesehen, womit die dem Wärmetauscher 3 zugewandte und von dem Wärmetauschermedium durchspülte Wandfläche auch aus Richtung der Filtereinrichtung 4 zum Wärmetausch eingesetzt wird, womit die Effizienz der Anlage 1 nochmals verbessert wird. Damit kann zumindest ein Teil der Wand die Filtereinrichtung 4 mit dem Wärmetauschmedium durchspült sein.
  • Am Filteraustritt 47 strömt das gereinigte Abgas aus der Filtereinrichtung 4 hinaus, wie durch die Pfeile S7 angegeben. Nach dem Filteraustritt wird ein Teil des Abgases über die Rezirkulationseinrichtung 5 wieder zu der Primärverbrennungszone 26 zurückgeführt. Auch dies wird später noch näher erläutert werden. Dieses zur Rezirkulierung bestimmte Abgas bzw. Rauchgas kann kurz auch als "Rezi" oder "Rezi-Gas" bezeichnet werden. Der verbleibende Teil des Abgases wird über den Abgasausgang 41 aus dem Kessel 11 hinausgeleitet.
  • Eine Ascheabfuhr 7 ist im unteren Teil des Kessels 11 angeordnet. Über eine Ascheaustragungsschnecke 71 wird die beispielsweise aus der Brennkammer 24, den Kesselrohren 32 und der Filtereinrichtung 4 herausfallende Asche seitlich aus dem Kessel 11 ausgefördert.
  • Der Kessel 11 dieser Ausführungsform wurde mittels CFD-Simulationen berechnet. Weiter wurden Praxisexperimente durchgeführt, um die CFD-Simulationen zu bestätigen. Ausgangspunkt der Überlegungen waren Berechnungen für einen 100 kW Kessel, wobei jedoch ein Leistungsbereich von 20 bis 500 kW berücksichtigt wurde.
  • Eine CFD-Simulation (CFD = Computational Fluid Dynamics = numerische Strömungsmechanik) ist die räumlich und zeitlich aufgelöste Simulation von Strömungs- und Wärmeleitprozessen. Dabei können die Strömungsprozesse laminar und/oder turbulent sein, von chemischen Reaktionen begleitet auftreten, oder es kann sich um ein mehrphasiges System handeln. CFD-Simulationen eignen sich somit gut als Design- und Optimierungswerkzeug. Bei der vorliegenden Erfindung wurden CDF-Simulationen eingesetzt, um die strömungstechnischen Parameter derart zu optimieren, dass die vorstehend aufgeführten Aufgaben der Erfindung gelöst werden. Insbesondere wurden im Ergebnis die mechanische Ausgestaltung und Dimensionierung des Kessels 11 maßgeblich durch die CFD-Simulation und auch durch zugehörige praktische Experimente definiert. Die Simulationsergebnisse basieren auf einer Strömungssimulation mit Berücksichtigung der Wärmeübertragung.
  • Die vorstehend aufgeführten Bestandteile der Biomasse-Heizanlage 1 und des Kessels 11, die Ergebnis der CFD-Simulationen sind, werden nachstehend eingehender beschrieben.
    • (Brennkammer)
  • Die nachfolgenden Ausführungen zur Gestaltung der Brennkammerform beschreiben beispielhaft, wo der erfindungsgemäße Rost eingesetzt werden kann. Durch die Brennkammerform bzw. -geometrie erreicht werden sollen eine möglichst gute turbulente Durchmischung und Homogenisierung der Strömung über den Querschnitt des Rauchgaskanals, eine Minimierung des Feuerungsvolumens, eine Reduktion des Luftüberschusses und des Rezirkulationsverhältnisses (Wirkungsgrad, Betriebskosten), eine Reduktion der CO-Emissionen und der NOx-Emissionen, eine Reduktion von Temperaturspitzen (Fouling und Verschlackung) sowie eine Reduktion von Rauchgas-Geschwindigkeitsspitzen (Materialbeanspruchung und Erosion).
  • Die Fig. 4, die eine Teilansicht der Fig. 2 ist, und die Fig. 5, welche eine Schnittansicht durch den Kessel 11 entlang der Vertikalschnittlinie A2 ist, stellen eine Brennkammergeometrie dar, die den vorstehend genannten Anforderungen für Biomasse-Heizanlagen über einen weiten Leistungsbereich von beispielsweise 20 bis 500 kW gerecht wird.
  • Die in den Figuren 3 und 4 angegebenen und über CFD-Berechnungen und Praxisexperimente ermittelten Maße sind im Einzelnen wie folgt: BK1 = 172 mm + − 40 mm , vorzugsweise + − 17 mm ;
    Figure imgb0001
     BK2 = 300 mm + − 50 mm , vorzugsweise + − 30 mm ;
    Figure imgb0002
     BK3 = 430 mm + − 80 mm , vorzugsweise + − 40 mm ;
    Figure imgb0003
     BK4 = 538 mm + − 80 mm , vorzugsweise + − 50 mm ;
    Figure imgb0004
     BK5 = BK3 − BK2 / 2 = bspw . 65 mm + − 30 mm , vorzugsweise + − 20 mm ;
    Figure imgb0005
     BK6 = 307 mm + − 50 mm , vorzugsweise + − 20 mm ;
    Figure imgb0006
     BK7 = 82 mm + − 20 mm , vorzugsweise + − 20 mm ;
    Figure imgb0007
     BK8 = 379 mm + − 40 mm , vorzugsweise + − 20 mm ;
    Figure imgb0008
     BK9 = 470 mm + − 50 mm , vorzugsweise + − 20 mm ;
    Figure imgb0009
     BK10 = 232 mm + − 40 mm , vorzugsweise + − 20 mm ;
    Figure imgb0010
     BK11 = 380 mm + − 60 mm , vorzugsweise + − 30 mm ;
    Figure imgb0011
     BK12 = 460 mm + − 80 mm , vorzugsweise + − 30 mm .
    Figure imgb0012
  • Diese Maßangaben sind allerdings lediglich beispielhaft, und dienen der Verdeutlichung der vorliegenden technischen Lehre.
  • Mit diesen Werten können vorliegend sowohl die Geometrien der Primärverbrennungszone 26 als auch der Sekundärverbrennungszone 27 der Brennkammer 24 für einen 100 kW Kessel 11 optimiert werden. Die angegebenen Größenbereiche sind Bereiche, mit denen die Anforderungen ebenso (annähernd) erfüllt werden, wie mit den angegebenen exakten Werten.
  • Dabei kann vorzugsweise eine Kammergeometrie der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 (bzw. ein Innenvolumen der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24) anhand der folgenden Grundparameter definiert werden: Ein Volumen mit einer ovalen horizontalen Grundfläche mit den Maßen von 380 mm +- 60mm (vorzugsweise +-30mm) x 320 mm +- 60 mm (vorzugsweise +-30mm), sowie einer Höhe von 538 mm +- 80 mm (vorzugsweise +- 50 mm).
  • Als Fortbildung dessen kann das vorstehend definierte Volumen eine obere Öffnung in Form einer Brennkammerdüse 203 aufweisen, die in die Sekundärverbrennungszone 27 der Brennkammer 24 mündet, welche eine in die Sekundärverbrennungszone 27 hineinragende Brennkammerschräge 202 aufweist, welche vorzugsweise das Wärmetauschmedium 38 beinhaltet. Die Brennkammerschräge 202 verringert den Querschnitt der Sekundärverbrennungszone 27 zumindest um 5%, bevorzugt um zumindest 15% und noch mehr bevorzugt um zumindest 19%.
  • Die Brennkammerschräge 202 dient der Homogenisierung der Strömung S3 in Richtung des Wärmetauschers 3 und damit der Beströmung der Kesselrohre 32.
  • Im Stand der Technik gibt es häufig Brennkammern mit rechteckiger oder polygonaler Brennkammer und Düse, wobei jedoch die unregelmäßige Form der Brennkammer und der Düse ein weiteres Hindernis für eine gleichmäßige Luftverteilung und eine gute Mischung von Luft und Brennstoff darstellt, wie vorliegend erkannt wurde.
  • Deshalb ist vorliegend die Brennkammer 24 ohne Totecken oder Totkanten vorgesehen.
  • Vorliegend wurde somit erkannt, dass die Geometrie der Brennkammer (und des gesamten Strömungsverlaufs im Kessel) eine maßgebliche Rolle bei den Überlegungen zur Optimierung der Biomasse-Heizanlage 1 spielt. Deshalb wurde (in Abkehr von den üblichen rechteckigen oder mehr-eckigen Formgebungen) die hierin beschriebene ovale oder runde Grundgeometrie ohne Totecken gewählt. Zudem wurde auch diese Grundgeometrie der Brennkammer und deren Aufbau mit den vorstehend angegebenen Maßen/Maßbereichen optimiert. Dabei sind diese Maße/Maßbereiche derart gewählt, dass insbesondere auch unterschiedliche Brennstoffe (Hackgut und Pellets) mit unterschiedlicher Qualität (beispielsweise mit unterschiedlichem Wassergehalt) bei sehr hohem Wirkungsgrad verbrannt werden können. Dies haben die Praxistests und CFD-Simulationen ergeben.
  • Insbesondere kann die Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 ein Volumen umfassen, das bevorzugt im Außenumfang einen ovalen oder annähernd kreisförmigen Horizontalquerschnitt aufweist (ein solcher Querschnitt ist in Fig. 2 beispielhaft mit A1 gekennzeichnet). Dieser Horizontalquerschnitt kann zudem bevorzugt die Grundfläche der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 darstellen. Über die durch den Doppelpfeil BK4 angegebene Höhe kann die Brennkammer 24 einen annähernd gleichbleibenden Querschnitt aufweisen. Insofern kann die Primärverbrennungszone 24 ein annähernd oval-zylindrisches Volumen aufweisen. Bevorzugt können die Seitenwände und die Grundfläche (der Rost) der Primärverbrennungszone 26 senkrecht aufeinander stehen.
  • Vorstehend wird der Begriff "annähernd" verwendet, da selbstverständlich einzelne Kerben, konstruktiv bedingte Abweichungen oder kleine Asymmetrien vorhanden sein können, beispielsweise bei den Übergängen der einzelnen Brennkammersteine 29 zueinander. Diese geringfügigen Abweichungen spielen strömungstechnisch jedoch nur eine untergeordnete Rolle.
  • Der Horizontalquerschnitt der Brennkammer 24 und insbesondere der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 kann ebenso bevorzugt regelmäßig ausgeführt sein. Weiter kann der Horizontalquerschnitt der Brennkammer 24 und insbesondere der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 bevorzugt eine regelmäßige (und/oder symmetrische) Ellipse sein.
  • Zudem kann der Horizontalquerschnitt (der Außenumfang) der Primärverbrennungszone 26 über eine vorgegebene Höhe, beispielsweise 20 cm) dieser gleichbleibend ausgestaltet sein.
  • Damit ist vorliegend eine oval-zylindrische Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 vorgesehen, die nach CFD-Berechnungen eine deutlich gleichmäßigere und bessere Luftverteilung in der Brennkammer 24 ermöglicht als bei rechteckigen Brennkammern des Stands der Technik. Die fehlenden Toträume vermeiden zudem Zonen in der Brennkammer mit schlechter Luftdurchströmung, was die Effizienz steigert und die Schlackebildung verringert.
  • Ebenso ist die Düse 203 zwischen der Primärverbrennungszone 26 und der Sekundärverbrennungszone 27 als ovale oder annähernd kreisförmige Verengung ausgestaltet, um ebenso die Strömungsverhältnisse zu optimieren. Der vorstehend erläuterte Drall der Strömung in der Primärverbrennungszone 26 führt zu einem helixförmig nach oben gerichteten Strömungsverlauf, wobei eine ebenso ovale oder annähernd kreisförmige Düse diesen Strömungsverlauf begünstigt, und nicht wie übliche rechteckige Düsen stört. Diese optimierte Düse 203 bündelt die nach oben strömende Luft und sorgt für eine gleichmäßige Zuströmung in die Sekundärverbrennungszone 27. Dies verbessert den Verbrennungsvorgang und erhöht die Effizienz.
  • Zudem wird vorliegend der Strömungsverlauf in der Sekundärverbrennungszone 27 und aus der Sekundärverbrennungszone 27 zu den Kesselrohren 32 optimiert, wie nachstehend näher erläutert.
  • Die Brennkammerschräge 202 der Fig. 4, welche ohne Bezugszeichen auch in den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist und an der sich die Brennkammer 25 (bzw. deren Querschnitt) von unten nach oben hin zumindest annähernd linear verjüngt, sorgt nach CFD-Berechnungen für eine Vergleichmäßigung der Rauchgasströmung in Richtung der Wärmetauscheinrichtung 4, womit deren Effizienz verbessert werden kann. Dabei verjüngt sich die horizontale Querschnittsfläche der Brennkammer 25 von Anfang bis Ende der Brennkammerschräge 202 bevorzugt zumindest um 5%. Die Brennkammerschräge 202 ist dabei auf der Seite der Brennkammer 25 zur Wärmetauscheinrichtung 4 vorgesehen, und ist an der Stelle der maximalen Verjüngung abgerundet vorgesehen. Im Stand der Technik üblich sind parallele bzw. gerade Brennkammerwände ohne eine Verjüngung (um die Rauchgasströmung nicht zu behindern).
  • Die Umlenkung des Rauchgasstromes vor dem Rohrbündelwärmetauscher ist derart ausgestaltet, dass eine ungleichmäßige Anströmung der Rohre bestmöglich vermieden wird, womit Temperaturspitzen in einzelnen Kesselrohren 32 niedrig gehalten werden können. In der Folge ist die Effizienz der Wärmetauscheinrichtung 4 verbessert.
  • Im Detail wird der gasförmige Volumenstrom des Rauchgases durch die schräge Brennkammerwandung mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit (auch im Falle unterschiedlicher Verbrennungszustände) zu den Wärmetauscherrohren bzw. den Kesselrohren 32 geführt. Dadurch entsteht eine gleichmäßige Wärmeverteilung der einzelnen Kesselrohre 32 betreffenden Wärmetauscherflächen. Die Abgastemperatur wird somit gesenkt und der Wirkungsgrad erhöht. Dabei ist die Strömungsverteilung insbesondere an der in der Fig. 3 dargestellten Indikatorlinie WT1 deutlich gleichmäßiger als im Stand der Technik. Die Linie WT1 stellt eine Eintrittsfläche für den Wärmetauscher 3 dar. Die Indikatorlinie WT3 gibt eine beispielshafte Querschnittslinie durch die Filtereinrichtung 4 an, in der die Strömung möglichst homogen eingerichtet ist (u. A. aufgrund von Strömungsblenden am Eingang der Filtereinrichtung 4 und aufgrund der Geometrie der Wendekammer 35).
  • Weiter ist im unteren Teil der Brennkammer 25 am Brennstoffbett 28 eine Zündeinrichtung 201 vorgesehen. Diese kann eine Initialzündung oder eine erneute Zündung des Brennstoffes bewirken. Es kann die Zündeinrichtung 201 ein Glühzünder sein. Die Zündeinrichtung ist vorteilhaft ortsfest und horizontal seitlich versetzt zum Ort der Einschüttung des Brennstoffs angeordnet.
  • Weiter kann (optional) nach dem Ausgang des Rauchgases (d. h. nach S7) aus der Filtereinrichtung eine Lamdasonde (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Durch die
  • Lambdasonde kann eine Steuerung (nicht dargestellt) den jeweiligen Heizwert erkennen. Die Lambdasonde kann somit für das ideale Mischverhältnis zwischen den Brennstoffen und der Sauerstoffzufuhr sorgen. Trotz unterschiedlicher Brennstoffqualitäten werden im Ergebnis eine hohe Effizienz und ein höherer Wirkungsgrad erreichbar.
  • Das in Fig. 5 gezeigte Brennstoffbett 28 zeigt eine beispielhafte Brennstoffverteilung aufgrund der Zuführung des Brennstoffs von der rechten Seite der Fig. 5. Dieses Brennstoffbett 28 wird von unten mit einem Rauchgas-Frischluft Gemisch beströmt, das von der Rezirkulationseinrichtung 5 bereitgestellt wird. Dieses Rauchgas-Frischluft Gemisch ist vorteilhaft vortemperiert und weist die ideale Menge (Massenstrom) und das ideale Mischungsverhältnis auf, so wie das eine nicht näher gezeigte Anlagensteuerung aufgrund diverser sensorisch erfasster Messwerte und zugehöriger Luftventile 52 regelt.
  • Weiter ist in den Fig. 4 und 5 eine Brennkammerdüse 203 gezeigt, die die Primärverbrennungszone 26 von der Sekundärverbrennungszone 27 trennt und die Rauchgasströmung beschleunigt und bündelt. Dadurch wird die Rauchgasströmung besser durchmischt und kann in der Sekundärverbrennungszone 27 effizienter verbrennen. Das Flächenverhältnis der Brennkammerdüse 203 liegt in einem Bereich von 25% bis 45%, beträgt jedoch bevorzugt 30% bis 40%, und ist idealerweise 36 % +- 1% (Verhältnis der gemessenen Eingangsfläche zur gemessenen Ausgangsfläche der Düse 203).
  • Mithin stellen die vorstehenden Angaben zur Brennkammergeometrie der Primärverbrennungszone 26 zusammen mit der Geometrie der Düse 203 eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Offenbarung dar.
    • (Brennkammersteine)
  • Die Fig. 6 zeigt eine dreidimensionale Schnittansicht (von schräg oben) auf die Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 mit dem Drehrost 25, und insbesondere auf die besondere Ausgestaltung der Brennkammersteine 29. Die Fig. 7 zeigt entsprechend zur Fig. 6 eine Explosionsdarstellung der Brennkammersteine 29. Die Ansichten der Fig. 6 und 7 können bevorzugt mit den vorstehend aufgeführten Abmessungen der Fig. 4 und 5 ausgeführt sein. Dies ist jedoch nicht zwingend der Fall.
  • Die Kammerwand der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 ist mit einer Mehrzahl von Brennkammersteinen 29 in einem modularen Aufbau vorgesehen, was unter anderem die Fertigung und die Wartung erleichtert. Die Wartung wird insbesondere durch die Möglichkeit der Entnahme einzelner Brennkammersteine 29 erleichtert.
  • An den Auflageflächen 260 der Brennkammersteine 29 sind formschlüssige Nuten 261 und Vorsprünge 262 (in Fig. 6 sind zur Vermeidung von Redundanzen in den Figuren exemplarisch nur jeweils ein paar dieser bezeichnet) vorgesehen, um eine mechanische und weitgehend luftdichte Verbindung zu schaffen, um wiederum das Eindringen von störender Fremdluft zu vermeiden. Bevorzugt bilden je zwei zumindest weitgehend symmetrische Brennkammersteine (mit Ausnahme eventuell der Öffnungen für das Rezi-Gas) einen vollständigen Ring aus. Weiter sind bevorzugt drei Ringe aufeinandergestapelt, um die oval-zylindrische oder alternativ auch zumindest annähernd kreisförmige (letzteres ist nicht dargestellt) Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 auszubilden.
  • Als oberer Abschluss sind drei weitere Brennkammersteine 29 vorgesehen, wobei die ringförmige Düse 203 durch zwei Halterungssteine 264 gelagert wird, die formschlüssig auf den oberen Ring 263 aufgesetzt werden. Bei allen Auflageflächen 260 sind Nuten 261 entweder für passende Vorsprünge 262 und/oder zur Einfügung von geeignetem Dichtmaterial vorgesehen.
  • Die Halterungssteine 264, welche bevorzugt symmetrisch ausgebildet sind, können bevorzugt eine nach innen geneigte Schräge 265 aufweisen, um ein Abkehren von Flugasche auf den Drehrost 25 zu vereinfachen.
  • Der untere Ring 263 der Brennkammersteine 29 liegt auf einer Bodenplatte 251 des Drehrosts 25 auf. An der Innenkannte zwischen diesem unteren Ring 263 der Brennkammersteine 29 lagert sich vermehrt Asche ab, was somit diesen Übergang vorteilhaft im Betrieb der Biomasse-Heizanlage 1 selbstständig und vorteilhaft abdichtet.
  • Im mittleren Ring der Brennkammersteine 29 sind die (optionalen) Öffnungen für die Rezirkulationsdüsen 291 vorgesehen.
  • Vorliegend sind drei Ringe von Brennkammersteinen 29 vorgesehen, da dies den effizientesten Weg der Herstellung und auch der Wartung darstellt. Alternativ können auch zwei, vier oder fünf (2, 4 oder 5) solcher Ringe vorgesehen sein.
  • Die Brennkammersteine 29 bestehen vorzugsweise aus Hochtemperatur-Siliziumkarbid, wodurch diese sehr verschleißfest sind.
  • Die Brennkammersteine 29 sind als Formsteine vorgesehen. Die Brennkammersteine 29 sind derart geformt, dass das Innenvolumen der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 einen ovalen Horizontalquerschnitt aufweist, womit durch eine ergonomische Formgebung Totecken bzw. Toträume vermieden werden, die üblicherweise von der Primärluft nicht optimal durchströmt werden, wodurch der dort vorhandene Brennstoff nicht optimal verbrannt wird. Aufgrund der vorliegenden Formgebung der Brennkammersteine 29 wird die Durchströmung mit Primärluft und folglich die Effizienz der Verbrennung verbessert.
  • Der ovale Horizontalquerschnitt der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 ist bevorzugt ein punktsymmetrisches und/oder regelmäßiges Oval mit dem kleinsten Innendurchmesser BK3 und dem größten Innendurchmesser BK11. Diese Maße waren das Ergebnis der Optimierung der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 mittels CFD-Simulation und von praktischen Versuchen.
    • (Drehrost)
  • Fig. 8 zeigt eine Aufsicht auf den Drehrost 25 von oben aus Sicht der Schnittlinie A1 der Fig. 2 zur Veranschaulichung von verschiedenen grundsätzlich möglichen Betriebszuständen des Drehrosts 25.
  • Die Aufsicht der Fig. 8 kann bevorzugt mit den vorstehend aufgeführten Abmessungen ausgeführt sein. Dies ist jedoch nicht zwingend der Fall.
  • Der Drehrost 25 weist die Bodenplatte 251 als Basiselement auf. In einer grob ovalförmigen Öffnung der Bodenplatte 251 ist ein Übergangselement 255 vorgesehen, welches einen Zwischenraum zwischen einem ersten Drehrostelement 252, einem zweiten Drehrostelement 253 und einem dritten Drehrostelement 254 überbrückt, welche drehbar gelagert sind. Damit ist der Drehrost 25 als Drehrost mit drei Einzelelementen vorgesehen, d. h. dieser kann auch als 3-fach Drehrost bezeichnet werden. In den Drehrostelementen 252, 253 und 254 sind Luftlöcher zur Durchströmung mit Primärluft vorgesehen.
  • Die Drehrostelemente 252, 253 und 254 sind flache und hitzebeständige Metallplatten, beispielsweise aus einem Metallguss, die auf deren Oberseite eine zumindest weitgehend eben konfigurierte Oberfläche aufweisen und an deren Unterseite mit den Lagerachsen 81 beispielsweise über Zwischenhalterungselemente verbunden sind. Von oben betrachtet weisen die Drehrostelemente 252, 253 und 254 gekrümmte und komplementäre Seiten bzw. Umrisse auf.
  • Insbesondere können die Drehrostelemente 252, 253, 254 zueinander komplementäre und gekrümmte Seiten aufweisen, wobei vorzugsweise das zweite Drehrostelement 253 jeweils zu dem benachbarten ersten und dritten Drehrostelement 252, 254 konkave Seiten aufweist, und vorzugsweise das erste und dritte Drehrostelement 252, 254 jeweils zu dem zweiten Drehrostelement 253 hin eine konvexe Seite aufweist. Damit wird die Brecherfunktion der Drehrostelemente verbessert, da die Länge des Bruchs vergrößert wird und die zum Brechen wirkenden Kräfte (ähnlich wie bei einer Schere) gezielter angreifen.
  • Die Drehrostelemente 252, 253 und 254 (sowie deren Umfassung in Form des Übergangselements 255) weisen gemeinsam betrachtet in der Aufsicht eine annähernd ovale Außenform auf, womit hier wiederum Totecken bzw. Toträume vermieden werden, in denen eine nicht optimale Verbrennung stattfinden könnte oder sich Asche unerwünscht ansammeln könnte. Die optimalen Abmessungen dieser Außenform der Drehrostelemente 252, 253 und 254 sind in Fig. 8 mit den Doppelpfeilen DR1 und DR2 bezeichnet. Bevorzugt, aber nicht ausschließlich, sind DR1 und DR2 wie folgt definiert: DR1 = 288 mm + − 40 mm , bevorzugt + − 20 mm
    Figure imgb0013
     DR2 = 350 mm + − 60 mm , bevorzugt + − 20 mm
    Figure imgb0014
  • Diese Werte haben sich bei den CFD-Simulationen und dem folgenden Praxistest als Optimalwerte (-bereiche) herausgestellt. Diese Maße korrespondieren mit denen der
  • Fig. 4 und 5. Diese Maße sind insbesondere für die Verbrennung von unterschiedlichen Brennstoffen bzw. den Brennstoffarten Hackgut und Pellets (Hybridfeuerung) in einem Leistungsbereich von 20 bis 200 kW vorteilhaft.
  • Dabei weist der Drehrost 25 eine ovale Verbrennungsfläche 258 auf, die für die Brennstoffverteilung, die Luftdurchströmung des Brennstoffs und den Abbrand des Brennstoffs günstiger ist als eine übliche rechteckige Verbrennungsfläche. Die Verbrennungsfläche 258 wird im Kern durch die Oberflächen der Drehrostelemente 252, 253 und 254 (im horizontalen Zustand) gebildet. Die Verbrennungsfläche ist somit die nach oben zeigende Oberfläche der Drehrostelemente 252, 253 und 254. Diese ovale Verbrennungsfläche entspricht vorteilhaft der Brennstoffauflagefläche, wenn der Brennstoff seitlich auf den Drehrost 25 aufgebracht bzw. aufgeschoben wird (vgl. der Pfeil E der Fig. 9, 10 und 11). Insbesondere kann die Brennstoffzufuhr aus einer Richtung erfolgen, die parallel zu einer längeren Mittelachse (Hauptachse) der ovalen Verbrennungsfläche des Drehrosts 25 liegt.
  • Das erste Drehrostelement 252 und das dritte Drehrostelement 254 können bevorzugt in deren Verbrennungsfläche 258 identisch ausgebildet sein. Weiter können das erste
  • Drehrostelement 252 und das dritte Drehrostelement 254 identisch oder baugleich zueinander sein. Dies ist beispielsweise in Fig. 9 zu sehen, wobei das erste Drehrostelement 252 und das dritte Drehrostelement 254 die gleiche Form aufweisen.
  • Weiter ist das zweite Drehrostelement 253 zwischen dem ersten Drehrostelement 252 und dem dritten Drehrostelement 254 angeordnet.
  • Bevorzugt ist der Drehrost 25 mit einer annähernd punktsymmetrischen ovalen Verbrennungsfläche 258 vorgesehen.
  • Ebenso kann der Drehrost 25 eine annähernd elliptische bzw. ovale Verbrennungsfläche 258 ausbilden, wobei DR2 die Maße von deren Hauptachse und DR1 die Maße von deren Nebenachse sind.
  • Weiter kann der Drehrost 25 eine annähernd ovale Verbrennungsfläche 258 aufweisen, welche achsensymmetrisch in Bezug auf eine Mittenachse der Verbrennungsfläche 258 ist.
  • Weiter kann der Drehrost 25 eine annähernd kreisförmige Verbrennungsfläche 258 aufweisen, wobei dies geringfügige Nachteile bei der Brennstoffzuführung und der -verteilung nach sich zieht.
  • Weiter sind zwei Motoren bzw. Antriebe 231 der Drehmechanik 23 vorgesehen, mit denen die Drehrostelemente 252, 253 und 254 entsprechend gedreht werden können. Näheres zur besonderen Funktion und zu den Vorteilen des vorliegenden Drehrosts 25 wird später mit Bezug auf die Figuren 9, 10 und 11 beschrieben.
  • Insbesondere bei Pelletheizungen kann es vermehrt zu Ausfällen durch SchlackeBildung in der Brennkammer 24, insbesondere auf dem Drehrost 25, kommen. Schlacke entsteht bei einem Verbrennungsvorgang immer dann, wenn in der Glut Temperaturen über dem Ascheschmelzpunkt erreicht werden. Die Asche wird dann weich, verklebt und bildet nach dem Abkühlen feste, dunkel gefärbte Schlacke. Dieser auch als Versinterung bezeichnete Vorgang ist bei der Biomasse-Heizanlage 1 unerwünscht, da es durch die Anreicherung von Schlacke in der Brennkammer 24 zu einer Funktionsstörung kommen kann: sie schaltet sich ab. Die Brennkammer 24 muss üblicherweise geöffnet werden und die Schlacke muss entfernt werden.
  • Der Ascheschmelzunkt hängt ganz wesentlich von dem verwendeten Brennmaterial ab. Fichtenholz hat beispielsweise einen Ascheschmelzpunkt von ca. 1200 °C. Doch auch der Ascheschmelzpunkt eines Brennstoffes kann starken Schwankungen unterliegen. Je nach Menge und Zusammensetzung der im Holz enthaltenen Mineralien ändert sich das Verhalten der Asche im Verbrennungsprozess.
  • Ein weiterer Faktor, der die Schlackebildung beeinflussen kann, sind Transport und Lagerung der Holzpellets oder der Hackschnitzel. Diese sollten nämlich möglichst unbeschädigt in die Brennkammer 24 gelangen. Sind die Holzpellets bereits zerbröselt wenn sie in den Verbrennungsprozess gelangen, so erhöht sich dadurch die Dichte des Glutbetts. Stärkere Schlackebildung ist die Folge. Insbesondere der Transport vom Lagerraum zur Brennkammer 24 ist hier von Bedeutung. Besonders lange Wege, sowie Bögen und Winkel, führen zu einer Beschädigung der Holzpellets. Damit besteht ein Problem darin, dass die Schlackenbildung aufgrund der vorstehend beschriebenen Vielzahl von Einflussfaktoren nicht komplett vermieden werden kann.
  • Ein weiterer Faktor betrifft die Führung des Verbrennungsvorgangs. Bislang war man bestrebt, die Temperaturen eher hoch zu halten, um einen möglichst hohen Ausbrand und niedrige Emissionen zu erzielen. Durch eine optimierte Brennkammergeometrie und Geometrie der Verbrennungszone 258 des Drehrosts 25 ist es möglich, die Verbrennungstemperatur niedriger zu halten, und somit die Schlackebildung zu verringern.
  • Zudem kann entstehende Schlacke (und auch die Asche) durch die besondere Formgebung und die Funktionalität des vorliegenden Drehrosts 25 vorteilhaft entfernt werden. Dies wird nun mit Bezug auf die Figuren 9, 10 und 11 näher erläutert.
  • Die Figuren 9, 10 und 11 zeigen eine dreidimensionale Ansicht des Drehrosts 25 mit der Bodenplatte 251, dem ersten Drehrostelement 252, dem zweiten Drehrostelement 253 und dem dritten Drehrostelement 254. Die Ansichten der Fig. 9, 10 und 11 können bevorzugt mit den vorstehend aufgeführten Abmessungen korrespondieren. Dies ist jedoch nicht zwingend der Fall.
  • Diese Ansicht zeigt den Drehrost 25 als freigestelltes Einschubteil mit Drehrostmechanik 23 und Antrieb(en) 231. Der Drehrost 25 ist mechanisch derart vorgesehen, dass er nach Art des Baukastensystems einzeln vorgefertigt werden kann, und als Einschubteil in eine vorgesehene längliche Öffnung des Kessels 11 eingeführt und eingebaut werden kann. Dies erleichtert zudem die Wartung dieses verschleißanfälligen Teils. Damit kann der Drehrost 25 bevorzugt modular ausgebildet sein, wobei dieser als Komplettteil mit Drehrostmechanik 23 und Antrieb 231 schnell und effizient entnommen und wieder eingesetzt werden kann. Der modularisierte Drehrost 25 kann damit auch mittels Schnellverschlüssen montiert und demontiert werden. Im Gegensatz dazu sind die Drehroste des Stands der Technik regelmäßig fest montiert, und somit schwer zu warten oder zu montieren.
  • Der Antrieb 231 kann zwei getrennt ansteuerbare Elektromotoren aufweisen. Diese sind vorzugsweise seitlich an der Drehrostmechanik 23 vorgesehen. Die Elektromotoren können Untersetzungsgetriebe aufweisen. Weiter können Endanschlagsschalter vorgesehen sein, die Endanschläge jeweils für die Endpositionen der Drehrostelemente 252, 253 und 254 vorsehen.
  • Die Einzelkomponenten der Drehrostmechanik 23 sind austauschbar vorgesehen. Beispielsweise sind die Zahnräder aufsteckbar vorgesehen. Dies erleichtert die Wartung und auch einen Seitenwechsel der Mechanik bei der Montage, falls erforderlich.
  • In den Drehrostelementen 252, 253 und 254 des Drehrosts 25 sind die schon erwähnten Öffnungen 256 vorgesehen. Die Drehrostelemente 252, 253 und 254 können über deren jeweilige Lagerachsen 81, die über die Drehmechanik 23 von dem Antrieb 231, vorliegend den beiden Motoren 231, angetrieben werden, jeweils zumindest um 90 Grad, bevorzugt zumindest um 120 Grad, noch mehr bevorzugt um 170 Grad um die jeweilige Lager- bzw. Drehachse 81 gedreht werden. Dabei kann der maximale Drehwinkel 180 Grad oder auch etwas weniger als 180 Grad sein, so wie das die Rostlippen 257 zulassen. Ebenso ist eine freie Drehung um 360 Grad denkbar, falls keine drehbegrenzenden Rostlippen vorgesehen sind. Dabei ist die Drehmechanik 23 derart eingerichtet, dass das dritte Drehrostelement 254 einzeln und unabhängig vom ersten Drehrostelement 252 und vom zweiten Drehrostelement 243 gedreht werden kann, und dass das erste Drehrostelement 252 und das zweite Drehrostelement 243 gemeinsam und unabhängig von dem dritten Drehrostelement 254 gedreht werden können. Die Drehmechanik 23 kann beispielsweise mittels Laufrädern, Zahn- oder Antriebsriemen und/oder Zahnrädern entsprechend vorgesehen sein.
  • Die Drehrostelemente 252, 253 und 254 können bevorzugt als Gussrost mit einem Laserzuschnitt hergestellt werden, um eine exakte Formhaltigkeit sicherzustellen. Dies insbesondere, um die Luftführung durch das Brennstoffbett 28 so genau wie möglich zu definieren, und störende Luftströmungen, beispielsweise Luftsträhnen an den Rändern der Drehrostelemente 252, 253 und 254, zu vermeiden.
  • Die Öffnungen 256 in den Drehrostelementen 252, 253 und 254 sind derart eingerichtet, dass diese für das übliche Pelletmaterial und/oder die üblichen Hackschnitzel klein genug sind, dass diese nicht hindurchfallen, und dass diese groß genug sind, dass der Brennstoff gut mit Luft beströmt werden kann.
  • Fig. 9 zeigt nun den Drehrost 25 in geschlossener Position bzw. in einer Arbeitsposition, wobei alle Drehrostelemente 252, 253 und 254 horizontal ausgerichtet bzw. geschlossen sind. Dies ist die Position im Regelbetrieb. Durch die gleichmäßige Anordnung der Vielzahl der Öffnungen 256 wird eine gleichmäßige Durchströmung des Brennstoffbetts 28 (dieses ist in Fig. 9 nicht dargestellt) auf dem Drehrost 25 sichergestellt. Insofern kann hier der optimale Verbrennungszustand hergestellt werden. Der Brennstoff wird aus Richtung des Pfeiles E auf den Drehrost 25 aufgebracht; insofern wird der Brennstoff von der rechten Seite der Fig. 9 auf den Drehrost 25 hinaufgeschoben.
  • Im Betrieb sammelt sich Asche und oder Schlacke auf dem Drehrost 25 und insbesondere auf den Drehrostelementen 252, 253 und 254 an. Mit dem vorliegenden Drehrost 25 kann eine effiziente Abreinigung des Drehrosts 25 (zur später erläuterten Ascheabfuhr 7) erfolgen.
  • Fig. 10 zeigt den Drehrost in dem Zustand einer Teilabreinigung des Drehrosts 25 im Gluterhaltungsbetrieb. Dazu wird nur das dritte Drehrostelement 254 gedreht. Dadurch, dass nur eines der drei Drehrostelemente gedreht wird, erhält sich die Glut auf dem ersten und dem zweiten Drehrostelement 252, 253, während zugleich die Asche und Schlacke nach unten aus der Brennkammer 24 hinausfallen kann. In der Folge ist keine externe Zündung zur Wiederaufnahme des Betriebs erforderlich (dies spart bis zu 90% Zündenergie). Eine weitere Folge sind eine Verschleißminderung der Zündeinrichtung (beispielsweise eines Zündstabes) und eine Stromersparnis. Weiter kann vorteilhaft eine Aschereinigung im Betrieb der Biomasse-Heizanlage 1 erfolgen.
  • Fig. 10 zeigt ebenso einen Zustand der Gluterhaltung während einer (oft schon ausreichenden) Teilabreinigung. Damit kann der Betrieb der Anlage 1 vorteilhaft kontinuierlicher erfolgen, womit im Gegensatz zur üblichen Vollabreinigung eines herkömmlichen Rostes keine langwierige vollständige Zündung erfolgen muss, die einige zehn Minuten in Anspruch nehmen kann.
  • Zudem wird eine potentielle Schlacke an den beiden Außenkanten des dritten Drehrostelements 254 bei der Drehung dessen (auf-)gebrochen, wobei aufgrund der kurvenförmigen Außenkanten des dritten Drehrostelements 254 nicht nur die Abscherung über eine größere Gesamtlänge als bei herkömmlichen rechteckigen Elementen des Stands der Technik erfolgt, sondern auch mit einer ungleichmäßigen Bewegungsverteilung in Bezug auf die Außenkante (in der Mitte erfolgt eine größere Bewegung als an den unteren und oberen Rändern). Damit ist die Brecherfunktion des Drehrosts 25 deutlich verstärkt.
  • In Fig. 10 sind (beidseitige) Rostlippen 257 des zweiten Drehrostelements 253 erkennbar. Diese Rostlippen 257 sind derart eingerichtet, dass das erste Drehrostelement 252 und das dritte Drehrostelement 254 im geschlossenen Zustand dieser auf der Oberseite der Rostlippen 257 aufliegen, und somit die Drehrostelemente 252, 253 und 254 zueinander spaltfrei vorgesehen und damit dichtend vorgesehen sind. Damit werden Luftsträhnen und unerwünschte Primärluftströmungen durch das Glutbett vermieden. Vorteilhaft wird damit die Effizienz der Verbrennung verbessert.
  • Fig. 11 zeigt den Drehrost 25 im Zustand der Universalabreinigung bzw. in einem geöffneten Zustand, welche bevorzugt während eines Anlagenstillstands durchgeführt wird. Dabei werden alle drei Drehrostelemente 252, 253 und 254 gedreht, wobei das erste und zweite Drehrostelement 252, 253 bevorzugt in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden wie das dritte Drehrostelement 254. Realisiert wird damit einerseits eine vollständige Entleerung des Drehrosts 25, und andererseits wird die Schlacke nunmehr an vier ungeraden Außenkanten aufgebrochen. Mit anderen Worten wird eine vorteilhafte 4-fache Brecherfunktion realisiert. Das vorstehend in Bezug auf Fig. 9 zu der Geometrie der Außenkanten Erläuterte gilt auch in Bezug auf Fig. 10.
  • Zusammengefasst realisiert der vorliegende Drehrost 25 neben dem Normalbetrieb (vgl. Fig. 9) vorteilhaft zwei unterschiedliche Arten der Abreinigung (vgl. Fig. 10 und 11), wobei die Teilabreinigung eine Abreinigung während des Betriebs der Anlage 1 erlaubt.
  • Im Vergleich dazu sind marktübliche Drehrostsysteme nicht ergonomisch und haben durch ihre rechteckige Geometrie nachteilige Totecken, in welchen die Primärluft den Brennstoff nicht optimal durchströmen kann. An diesen Ecken kommt es gehäuft zu einer Schlackenbildung. Dies sorgt für eine schlechtere Verbrennung mit einem schlechteren Wirkungsgrad.
  • Der vorliegende einfache mechanische Aufbau des Drehrosts 25 gestaltet diesen robust, zuverlässig und langlebig.
    • (Drehrost mit einer verbesserten Reinigungseinrichtung)
  • Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat Untersuchungen zur Verbesserung der Reinigungseinrichtung des (hauseigenen und nachveröffentlichten) Stands der Technik der EP 3 789 676 B1 vorgenommen, wobei die Ergebnisse dieser Untersuchungen nachstehend mit Bezug auf Fig. 22 erläutert werden. Bei diesen Untersuchungen wurde die Biomasse-Heizanlage 1 in Betrieb gesetzt, und es wurden regelmäßige Bestandsaufnahmen und auch chemische Untersuchungen an den Asche- und Schlackeresten am Drehrost 25 vorgenommen.
  • Der Drehrost 25 des Stands der Technik weist 4 Reinigungseinrichtungen 125 nach dem Fallhammerprinzip mit einem drehbar gelagerten Masseelement zum Anschlagen auf einen Anschlag des Drehrosts auf, wobei zwei Reinigungseinrichtungen 125 am mittleren Drehrostelement 253 und jeweils eines am linken und rechten Drehrostelemente 252 und 254 vorgesehen sind. Das Masseelement dieser Reinigungseinrichtungen schlägt bei Drehung der Drehrostelemente 252, 253, 254 in bestimmten Bereichen auf, welche grob mit den leicht schraffierten Kreisen 299 angedeutet sind. In diesen Bereichen 299 besteht eine recht gute Abreinigungswirkung, auch da der Anschlag unmittelbar erfolgt. In den stark schraffierten Bereichen (welche nur grob angedeutet sind) besteht jedoch eine nicht so optimale Abreinigungswirkung, auch da der jeweilige Anschlag auf den Drehrost 25 durch die Reinigungseinrichtung 125 nicht unmittelbar erfolgt, und sich damit der Schlagimpuls erst (gedämpft) durch den Rost ausbreiten muss. In anderen Worten erfolgt an den Stellen des Rosts, die von dem unmittelbaren Aufschlag der vier Masseelements auf die jeweils zugehörigen Anschläge entfernt angeordnet sind, nur eine stark gedämpfte Erschütterung bzw. nur ein gedämpfter Schlag. Damit war die Abreinigungswirkung in den Bereichen 298 nicht optimal bzw. es wird der Rost 25 nur lückenhaft abgereinigt.
  • Allerdings konnten die spezifische Veraschung bzw. Verschlackung des Rosts und die nicht optimale Abreinigungswirkung nicht ausschließlich mittels der Positionen des jeweiligen Anschlags des Masseelements erklärt werden. So waren insbesondere die Öffnungen 256 im mittleren Bereich 297 des Rosts zugesetzt, wobei hier bei den Untersuchungen allerdings sogar benachbart zwei Anschläge für zwei Masseelemente zweier Reinigungseinrichtungen vorgesehen waren. Damit kann der vorstehend beschriebene Dämpfungseffekt alleine nicht für die nicht optimale Abreinigung des Rosts 25 verantwortlich gemacht werden.
  • Bei den Untersuchungen wurde zudem beobachtet, dass sich die Öffnungen 256 langsam vom Rand her schließen und sich zuerst eine Art Asche- oder Schlacke-Rand an den Öffnungen 256 ausbildet. Dabei bildet die Asche bzw. Schlacke eine Schicht, welche von den Rändern der Öffnungen 256 nach innen zuwächst, wobei sich eine Schicht an Schlacke ausbildet, die die Öffnungen 256 jedoch nicht in deren Tiefe verlegt.
  • Eine nass-chemische Analyse der Aschedepositionen an den Öffnungen 256 ergab, dass diese vorwiegend aus Kalium (K) und Calcium (Ca) bestehen. Beide Elemente treten zu relevanten Teilen als Karobate auf, womit hohe TIC-Gehalte (anorganischer Kohlenstoff = Karbonat-Kohlenstoff) in der Asche festgestellt wurden. Dabei wurde festgestellt, dass Aschedepositionen von der Oberfläche des Rosts 25 (und entfernt von den Öffnungen 256) einen 1,6 bis 1,8 fachen TIC-Gehalt im Vergleich zu Aschedepositionen an den Öffnungen 256 des Rosts 25 aufweisen. Dies bedeutet, dass der Calcium- und Kalium-Karbonatanteil der Asche auf der Oberfläche des Rosts 25 nochmals deutlich höher ist als an und über den Öffnungen 256.
  • Das molare Kalium/Calcium-Verhältnis liegt bei den von den Öffnungen 256 stammenden Ascheproben deutlich unter 1 und bei den von der Oberfläche des Rosts 25 stammenden Ascheproben knapp über 1.
  • Mittels thermodynamischer Hochtemperatur-Gleichgewichtsberechnungen können Kalium und Calcium im Temperaturbereich unter ca. 800°C Doppelkarbonate bilden (K2Ca2(CO3)2 und K2CO3(CO2)2). Bei Kalium/Calcium-Verhältnissen von >1 steigt der K2CO3-Anteil in der Asche. K2CO3 kann im Temperaturbereich ab ca. 1000°C Schmelzphasen ausbilden. Anzumerken ist allerdings, dass die Ergebnisse dieser Berechnungen nur grobe Richtwerte liefern, da sich den der umgebenden Gasphasenzusammensetzung (reduzierend, oxidierend, CO2-Gehalt) abhängen.
  • Die unterschiedlichen Karbonatgehalte der Aschedepositionen auf dem Rost 25 und an den Öffnungen 25 lassen sich durch unterschiedliche Verweilzeiten und Gasatmosphären erklären, da in den Bereichen, in welchen keine Luft einwirkt (d.h. entfernt von den Öffnungen 256 für die Luftdurchströmung), der CO2-Gehalt im Gas üblicherweise noch höher ist.
  • Aufgrund der zum Großteil unterstöchiometrischen Verhältnisse im Brennstoffbett 28 und dem im Gas bzw. der Luft vorhandenen CO2 bilden sich die Kalium und Calcium-Karbonate am Rost. Diese können bei hohen Temperaturen aufgrund der beginnenden Ascheschmelze Versinterungen bzw. auch lokale Schmelzphasen ausbilden. Bei einer solchen Versinterung beginnen die Aschepartikel sich zu einem flächenartigen Gitter zu verbinden, das sich in Folge aufbaut und die Öffnungen 256 verschließen kann. Diese Versinterungen haben die Eigenschaft, dass diese bei Krafteinwirkung flächig auseinanderbrechen, da die Gitterstruktur zerstört wird. Umgekehrt zweigt allerdings ein indirekter Stoß auf die Versinterung oftmals nur wenig Wirkung, da deren Anhaftung auf dem Rost als flächige Struktur für eine effiziente Abreinigung zu groß ist.
  • Hinzu tritt der Umstand, dass die Größe der Karbonatbildung und auch das Auftreten der Versinterung brennstoffabhängig sind. Beispielsweise wurde beobachtet, dass die Versinterung bei Pellets als Brennstoff stark auftreten kann, während beispielsweise bei Hackgut als Brennstoff eine Versinterung nicht oder nur unwesentlich auftritt. Insofern handelt es sich vorliegend um eine besondere Problematik, welche bestimmte Brennstoffe (insb. solche mit höherer Dichte) mehr betrifft, als andere.
  • Zusammengefasst wurde erkannt, dass an den Öffnungen 256 und auf dem Rost 25 (entfernt von den Öffnungen) sich brennstoffabhängig eine unterschiedliche Chemie betreffend der Veraschung bzw. Verschlackung ausbildet, womit auch die mechanischen Eigenschaften der jeweiligen Veraschung bzw. Verschlackung unterschiedlich ist. Damit besteht bei brennstoffflexiblen Feuerungen das zusätzliche besondere Problem, dass ein Teil der Asche- bzw. Schlackedepositionen bei bestimmten Brennstoffen entsteht, und bei anderen aber nicht bzw. in weit geringerem Ausmaß. Damit muss eine brennstoffunabhängige Reinigung des Rosts gewährleistet werden, wobei die Reinigung auch dann funktionieren muss, wenn die Art der Versinterung bzw. Verschlackung stark variiert.
  • Weiter wurde erkannt, dass besonders über den Öffnungen 256 störende flächige Versinterungen ausgebildet werden, welche mittels einer herkömmlichen Klopfwirkung nicht effizient abgereinigt werden können.
  • Nachstehend wird mit Bezug auf die Figuren 12a bis 12d ein erstes allgemeines Beispiel des erfindungsgemäßen Prinzips einer Reinigungseinrichtung 125 für einen Drehrost 25 erläutert, welche den vorstehenden Erkenntnissen Rechnung trägt.
  • In Fig. 12a ist ein Drehrost 25 mit einem Drehrostelement 252 in einem ersten Zustand dargestellt. In diesem ersten Zustand, der der geschlossenen Position bzw. der Arbeitsposition der Fig. 9 entsprechen kann, ist die Verbrennungsfläche 258 in etwa horizontal ausgerichtet. In dem ersten Zustand kann der Brennstoff auf der Verbrennungsfläche 258 zur Verbrennung liegen.
  • Die Strich-Punkt-Linie der Fig. 12a gibt eine beispielhafte Horizontale H an. Diese steht zumindest annähernd senkrecht zur Richtung der Erdbeschleunigung. An dieser Horizontalen H kann sich die Arbeitsposition des Drehrosts 25 beziehungsweise des Drehrostelements 252 orientieren, wobei die Verbrennungsfläche 258 zumindest annähernd parallel zur Horizontalen H ausgerichtet ist.
  • Das Drehrostelement 252 ist mittels einer Lagerwelle 81, vorliegend mit einem beispielhaft dargestellten rechteckigen Querschnitt, drehbar gelagert. Eine der Drehrichtungen ist mit dem Pfeil D1 angegeben. Die Drehachse der Lagerwelle 81 ist in Fig. 12a mit einem Kreis mit Punkt innerhalb der Lagerwelle 81 gekennzeichnet. Die Lagerwelle 81 lagert das Drehrostelement 252, wobei das Drehrostelement 252 auf der Lagerwelle 81 fixiert sein kann. Alternativ (nicht dargestellt) kann die Lagerwelle auch seitlich an dem Drehrostelement 252 vorgesehen sein, oder (nicht dargestellt) kann die Lagerwelle 81 ein integraler Bestandteil des Drehrostelements 252 sein.
  • Die Lagerwelle 81 ist wiederum relativ zur Biomasseheizanlage 1 drehbar gelagert vorgesehen. Die Drehung der Lagerwelle 81 und damit des Drehrostelements 252 erfolgt über eine (in den Figuren 12a bis 12d zur Vereinfachung nicht dargestellte) Antriebseinrichtung, beispielsweise über einen Elektromotor 231.
  • Vorzugsweise kann die Kopplung zwischen der Antriebseinrichtung und der Lagerwelle 81 flexibel und nicht starr vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Kopplung mittels eines flexiblen Zahnriemens erfolgen. Auch kann die Kopplung mittels eines Zahnradgetriebes mit einem Spiel erfolgen.
  • An der Lagerwelle 81 des Drehrostelements 252 ist die Reinigungseinrichtung 125 angebracht. Alternativ (nicht dargestellt) kann die Reinigungseinrichtung 125 auch unmittelbar an dem Drehrostelement 252 angebracht sein. Die Lagerwelle 81 weist eine (geometrische) Drehachse 832 auf, um die das Drehrostelement 252 gedreht wird.
  • Die Reinigungseinrichtung 125 ist an der Unterseite des Drehrostelements 252 vorgesehen. Dabei kann die Reinigungseinrichtung 125 frei an dem Drehrostelement 252 hängen, ohne andere Teile der Biomasse-Heizanlage 1 zu berühren.
  • Die Reinigungseinrichtung 125 weist eine Aufhängung 122 mit einem Gelenk 123 auf. Die Aufhängung 112 erstreckt sich von dem Drehrostelement 252 weg und beabstandet das Gelenk 123 von der Lagerwelle 81.
  • Das Gelenk 123 sieht eine Drehachse für einen Schlagarm 124 vor, welcher durch das Gelenk 123 in Bezug auf die Längserstreckung des Schlagarms 124 in etwa mittig drehbar gelagert ist. Der Schlagarm 124 ist länglich ausgebildet und hat beispielsweise die Form eines Stabes oder Schaftes. Der Schlagarm 124 weist dabei ein erstes Ende 124a und ein zweites Ende 124b auf. Das zweite Ende 124b kann einen Schlagarmkopf 126 zum Anschlagen auf eine Anschlagfläche 128b vorsehen.
  • Am ersten Ende 124a des Schlagarms 124 ist ein Masseelement 127 befestigt. Das Masseelement 127 ist bevorzugt aus einem Metall hergestellt und kann als Gewicht und auch als Schlagelement im Sinne eines Hammerkopfes dienen. Insofern kann das Masseelement 127 ebenso einen Schlagarmkopf 126 darstellen.
  • Das Masseelement 127 selbst kann einstückig oder auch mehrstückig vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Masseelement 127 ein einzelnes Gusselement sein, oder es kann aus mehreren Metallteilen bestehen, welche miteinander verschweißt oder verschraubt sind. Auch kann das Masseelement 127 mit dem Schlagarm 124 einstückig oder mehrstückig vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Masseelement 127 mit dem Schlagarm 124 als ein einzelnes Gussteil hergestellt sein.
  • Der Schlagarm 124 mit dem Masseelement 127 der Fig. 12a bis 12d kann zusammengefasst auch als Fallhammer bezeichnet werden.
  • Weiter ist am Schlagarmkopf 126 bzw. am Masseelement zumindest ein Stechelement 129 mit Vorsprüngen 130 vorgesehen. Das Stechelement 129 ist derart eingerichtet, dass dieses mit seinen Vorsprüngen 130 in eine (vorzugsweise schlitzförmige) Öffnung 256 des Drehrostelements 252 eindringen kann. Die Vorsprünge 130 können bevorzugt zum Ende der Vorsprünge 130 hin spitz zulaufend ausgebildet sein. In anderen Worten können die Vorsprünge 130 derart vorgesehen sein, das diese sich zu deren distalem Ende hin (bevorzugt stetig) verjüngen bzw. keilförmig vorgesehen sind.
  • Weiter ist das zumindest eine Stechelement 129 mit dessen Vorsprüngen 130 kammförmig ausgebildet. Somit sind mehrere Vorsprünge (130) nebeneinander in einer Reihe vorgesehen.
  • Am zweiten Ende 124b des Schlagarms 124 ist eine Abschrägung vorgesehen, mit der ein Schlagarmkopf 126 mit einer Fläche vorgesehen ist, die im ersten Zustand flächig an der Unterseite des Drehrostelements 252 bzw. an einer Anschlagfläche 128b des Drehrostelements 252 anliegt.
  • Damit ist die maximale Auslenkung des Schlagarms 123 mit dem Masseelement 127 in eine Richtung begrenzt. In anderen Worten ist das Masseelement 127, welches an dem Schlagarm 124 befestigt ist, von dem Drehrostelement 252 maximal beabstandet angeordnet. Durch das Gewicht des Masseelements 127 verbleibt der Schlagarm 124 in dem ersten Zustand stabil in der in Fig. 12a dargestellten Lage in seiner Ausgangsposition.
  • Der in Fig. 12a dargestellte Winkel η mit dessen gestrichelten gezeichneten Schenkeln gibt den Bewegungsbereich des Schlagarms 124 an. In anderen Worten ist die Reinigungseinrichtung 215 derart eingerichtet, dass sich der Schlagarm 124 in diesem Winkelbereich η frei bewegen kann. Hierfür ist allerdings vorteilhaft kein eigener bzw. gesonderter Antrieb vorgesehen. Vielmehr wird der Antrieb zur Drehung des Drehrostelements 252 auch für die Funktion der Reinigungseinrichtung 125 und damit das Abklopfen des Drehrosts 25 indirekt mitbenutzt. Dabei wird der Drehrost 25 aufgrund der Lage des Schlagarms und des definierten Winkelbereichs η genau dann abgeklopft, wenn der Drehrost 25 zur Reinigung von Verbrennungsrückständen gedreht wird. In anderen Worten kann der Fallstartpunkt der Fallhammerkonfiguration mechanisch derart eingerichtet sein, dass der Drehrost 25 dann abgeklopft wird, wenn die Verbrennungsfläche 258 nach unten überhängt.
  • In dem ersten Zustand kann beispielsweise die Verbrennung des Brennstoffs auf der Verbrennungsfläche 258 des Drehrostelements 252 erfolgen. Dabei verbleiben Verbrennungsrückstände, unter anderem Asche und Schlacke, auf dem Rost. Diese Verbrennungsrückstände können zudem an dem Drehrostelement 252 fest anhaften oder anbacken, und insbesondere können auch Öffnungen 256 (in Fig. 12a nicht dargestellt) des Drehrostelements 252 verstopfen, was die Verbrennung verschlechtert.
  • Fig. 12b zeigt den Drehrost 25 in einem zweiten Zustand, in welchem der Drehrost 25 mit dem Drehrostelement 252 und der Reinigungseinrichtung 125 gemeinsam in Bezug auf die Fig. 12a in Richtung des Pfeils D1 weiter gedreht worden sind.
  • Im Laufe der Drehung in Richtung des Pfeils D1 vom ersten Zustand in den zweiten Zustand wird die Reinigungseinrichtung 125 integral mit dem Drehrostelement 252 bewegt. Bei dieser Bewegung wird der Schlagarm 124 zusammen mit dem Masseelement 127 angehoben; die potentielle Energie des Masseelements 127 wird erhöht.
  • Dabei verbleibt der Schlagarm 124 im zweiten Zustand in seiner Ausgangswinkelposition. Der Schlagarm 124 hat sich mit dem Masseelement 127 noch nicht relativ zu dem Drehrostelement 252 bewegt.
  • Dreht man den Schlagarm 124 über diesen zweiten Zustand hinaus weiter in Richtung des Pfeils D1, was in Fig. 12c dargestellt ist, in einen dritten Zustand, überschreitet der Schlagarm 124 mit dem Masseelement 127 die Fallstartposition F1, von der aus der Schlagarm 124 mit dem Masseelement 127 unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung auf eine Anschlagfläche 128a des Drehrostelements 252 herabfällt, bzw. von der aus der Schlagarm 124 mit dem Masseelement 127 seine Ausgangswinkelposition relativ zu dem Drehrostelement 252 verlässt. In anderen Worten kippt der Schlagarm 124 mit dem Masseelement 127 im dritten Zustand um, überstreicht den Winkelbereich η, und erreicht eine Fallendposition Fe bzw. eine Endwinkelposition, bei der das Masseelement 127 an dem Drehrostelement 252 anschlägt. Dabei dringt das zumindest eine Stechelement 129 mit dessen Vorsprüngen voran in die Öffnung 256 ein, und durchdringt vorzugsweise die Öffnung 256 vollständig. In anderen Worten sticht das Stechelement 129 derart durch die Öffnung 256, dass deren Vorsprünge 130 vollständig durch das Drehrostelement 252 hindurchtreten, und die Vorsprünge 130 im dritten Zustand aus der Vorderseite des Drehrostelements 252 hinausragen.
  • Damit initiiert die fortgesetzte Drehung des Drehrostelements 252 über die Fallstartposition F1 eine Beschleunigungsbewegung des Masseelements 127, bei der die Lageenergie bzw. potentielle Energie des Masseelements 127 in kinetische Energie umgewandelt wird. Bei dieser Bewegung dient beim Ein- und auch beim Durchdringen der Öffnung 256 zudem die Energie des Falls zuerst zum Stechen (d.h. vor dem Anschlagen wird zuerst Eingestochen), womit sich eine aus der Fallbewegung resultierende Stechwirkung in die Öffnung 256 auf das Entfernen der Asche- und Schlackedepositionen in, auf und an der Öffnung 256 konzentriert. Weiter konzentriert sich die Stechwirkung aus der Energie des Falls vorteilhaft auf die Spitzen bzw. distalen Enden der Vorsprünge 256, da diese zuerst in die Asche- bzw. Schlackedepositionen mit einer vergleichsweise recht geringen Aufschlagfläche treffen.
  • Dadurch, dass insbesondere die Versinterungen an und über der Öffnung 256 (wie vorstehend zur Physik und Chemie der Versinterungen näher erläutert) flächig und eher spröde ausgebildet sind, können die Vorsprünge 130 diese Versinterungen mit der Stechwirkung effektiver aufbrechen als ein reines Aufschlagen auf das Rostelement 252 wie dies im Stand der Technik der Fall ist.
  • Zudem berücksichtigt die kammförmige Ausbildung der Vorsprünge 130 die schlitzförmige bzw. längliche Ausbildung der Öffnung 256, damit die Öffnung 256 vollständig gereinigt werden kann. So werden Versinterungen über die gesamte Länge der Öffnung 256 entfernt, was auch deshalb relevant ist, da die Öffnung 256 von außen nach innen zugesetzt wird und mithin die Mitte der Öffnungen 256 als letztes verschlossen wird. Insofern würde beispielsweise ein einzelner Vorsprung 130, der nur für die Mitte der Öffnung 256 ausgebildet wäre, eventuell nur durch die (noch) nicht versinterte Mitte der Öffnung 256 hindurchtreten, und die versinterten Ränder der Öffnung 256 nicht abreinigen.
  • Die Fallstartposition F1 ergibt sich aus den üblichen Gesetzen der Mechanik unter Berücksichtigung der Wirkungsrichtung der Erdbeschleunigung. Die Fallstartposition F1 kann beispielsweise durch relative Position des Masseschwerpunkts Ms (welcher in Fig. 12b nur rein zur schematisch zur Veranschaulichung eingezeichnet ist) zur Position des Lagers 124 mit seiner Drehachse definiert werden.
  • In Fig. 12c ist im Detail ein Beginn der (Herab-) Fallbewegung des Schlagarms 124 ab einer Fallstartposition F1 mit dem Masseelement 127 gestrichelt dargestellt, und ein Ende der Herabfallbewegung des Schlagarms 124 mit dem Masseelement 127 ist mit durchgezogenen Linien dargestellt. Am Ende der Herabfallbewegung des Schlagarms 124 mit dem Masseelement 127 schlägt das Masseelement 127 auf der Anschlagfläche 128a des Drehrostelements 252 an. Die Fallstartposition stellt allgemein eine Position des Masseelements 127 und/oder des Schlagarms 124 bei Drehung des Drehrosts 25 dar, ab dem die Fallbewegung beginnt.
  • Die Fallbewegung des Schlagarms 124 mit dem Masseelement 127 ist im Prinzip eine Drehbewegung. Impulsphysikalisch betrachtet ist der Impuls des Schlagarms 124 mit dem Masseelement 127 beim Anschlag auf die Anschlagfläche 128a gleich der Impulssumme der verteilten Masse Σ mi ∗ vi des Fallhammers, wobei die Geschwindigkeit vi der einzelnen Masseninkremente mi des Fallhammers von dem Radius der Drehbewegung der einzelnen Masseninkremente abhängt.
  • Mit diesem Impuls erfolgt ein Stoß oder ein Anklopfen auf bzw. an das Drehrostelement 252 und ebenso ein Eindringen bzw. Einstechen (oder je nach Länge der Vorsprünge 130 auch ein Durchringen bzw. Durchstechen) in die Öffnung 256.
  • Der Stoß oder das Anklopfen bewirkt eine Erschütterung des Drehrostelements 252 und, insbesondere bei einer flexiblen Kopplung zwischen Antriebseinrichtung und Lagerwelle 81, eine schnelle Hin- und Herbewegung des Drehrostelements 252 um dessen Drehachse. Damit werden Verbrennungsrückstände auf dem Drehrostelement 252 abgeklopft und auch abgeschüttelt.
  • Der Stoß oder das Anklopfen des Masseelements 127 auf der Anschlagfläche 128a des Drehrostelements 252 resultiert zusammengefasst in einer Klopfwirkung, mit welcher das Drehrostelement 252 von Verbrennungsrückständen, beispielsweise Asche oder Schlacke, abgereinigt werden kann.
  • Das Eindringen in die Öffnung 256 bewirkt des Weiteren ein Aufbrechen der Asche- bzw. Schlackedepositionen und insbesondere von flächigen Versinterungen in, über und an der Öffnung, da die Spitzen der Vorsprünge 130 gezielt an die Depositionen und Versinterungen anschlägt, und diese bricht.
  • Mit dem Durchdringen wird sichergestellt, dass auch flächige Versinterungen aufgebrochen werden, welche beispielsweise nur über der Öffnung 256 aber nicht in dieser entstanden ist. So haben die vorstehend beschriebenen Untersuchungen gezeigt, dass die Versinterung eher nicht in der Öffnung 256 bzw. in deren Innenvolumen entsteht, sondern ähnlich dem Zuwachsen einer Eisschicht auf einem See von deren Rändern nur an und über der Öffnung 256 ausgehend von der Oberfläche des Drehrostelements 252.
  • Damit kombiniert die vorliegende Reinigungseinrichtung 125 zwei Maßnahmen zur Rostabreinigung: das Klopfen und das Stechen.
  • In Fig. 12d ist ein vierter Zustand dargestellt, bei welchem sich das Drehrostelement 252 weiter in Richtung des Pfeils D1 gedreht hat. Hierbei liegt das Masseelement 127 auf der ersten Anschlagfläche 128a auf, und das zweite Ende 124b des Schlagarms 124 liegt nicht auf der Anschlagfläche 128 auf.
  • Die Drehbewegung in Richtung des Pfeils D1 kann nun entweder an einer vordefinierten Position stoppen und dann in Richtung des Pfeils D2 entgegengesetzt fortgesetzt werden, oder es kann die Drehbewegung weiter in Richtung des Pfeils D1 fortgesetzt werden, bis eine 360 Grad Drehung erfolgt ist. Dabei kann die Drehbewegung in Richtung des Pfeils D2 insbesondere derart fortgeführt werden, dass das Drehrostelement 252 wieder auf seine Arbeitsposition der Fig. 12a zurückbewegt wird.
  • In beiden vorgenannten Fällen der Fortführung der Drehbewegung (weiter in Richtung des Pfeils D1 oder in Richtung des Pfeils D2) kann wiederum eine weitere Fallstartposition erreicht werden, in welcher sich der Schlagarm 124 in die Ausgangsposition der Fig. 12a bzw. in seine Ausgangswinkelposition zurückbewegen wird. Hierbei fällt das Masseelement 127 zurück, wobei nunmehr das zweite Ende des Schlagarms 124b mit dem dortigen Schlagarmkopf 126 auf die Anschlagfläche 128b anschlägt. Dabei gilt das vorteilhafte Hebelgesetz.
  • Damit kann mit der vorstehend erläuterten Mechanik bei der (optionalen) Rückkehr des Drehrostelements 252 in seine Ausgangsposition ein zweiter Stoß oder ein zweites Anklopfen auf bzw. an das Drehrostelement 252 erfolgen, was die Abreinigung des Drehrostelements 252 verbessert.
  • Versuche mit einer Experimentalanlage haben gezeigt, dass die Reinigungseinrichtung 125 mit der vorstehend erläuterten Konfiguration zu einer sehr effizienten Abreinigung des Rostes 25 und auch der Öffnungen 256 des Rosts 25 führt.
  • Diese effiziente Abreinigung hat insbesondere die folgenden Gründe:
    Das Anklopfen bzw. der Impuls auf das Drehrostelement 252 erfolgt von der Unterseite des Drehrostelements, die der verunreinigten oder verschlackten Verbrennungsfläche 258 gegenüberliegt. Damit wird der Großteil der Verunreinigung oder Verschlackung von der Verbrennungsfläche 258 aus der idealen Richtung abgeklopft, d. h. die Verbrennungsrückstände werden vom Rost 25 weggeklopft. Dies gilt auch für das Eindringen der Vorsprünge 130 in die Öffnungen 256 des Rosts.
  • Das Anklopfen auf das Drehrostelement 252 erfolgt zudem bei dem ersten Anklopfen unmittelbar auf das Drehrostelement 252 selbst.
  • Das Masseelement 127 kann weiterhin im Vergleich zur Masse des Drehrostelements 252 ein erhebliches Gewicht aufweisen, beispielsweise 100 bis 1000 Gramm. Aufgrund der vorstehend erläuterten Fallstrecke und der Erdbeschleunigung ist der resultierende Impuls vergleichsweise groß, womit neben der losen Asche auch stärker anhaftende Verunreinigungen oder Verschlackungen entfernt werden können. Durch die spitzen Enden der Vorsprünge 130 konzentriert sich der Impuls vor dem Abklopfen zudem auf das Aufbrechen der Asche- bzw. Schlackedepositionen und insbesondere der Versinterungen an den Öffnungen 256.
  • Bei einer Hin- und Rückdrehung oder eine vollständigen Umdrehung des Drehrostelements 252 erfolgt ein zweimaliges Anschlagen oder Anklopfen, womit die Klopfwirkung zweifach erzeugt wird.
  • Zudem bestehen die weiteren Vorteile:
    Die Initiierung der Beschleunigungsbewegung erfolgt durch die Drehung des Drehrostelements 252, d. h. immanent zu dem Zeitpunkt, zu dem der Rost zur Abreinigung gekippt wird, ohne jedoch einen eigenen Antrieb oder eine eigens gesteuerte Auslösevorrichtung zu benötigen. Damit wird die Klopfwirkung und die Stechwirkung konstruktiv bedingt automatisch zum richtigen Zeitpunkt bewirkt.
  • Dabei kann die Fallstartposition vorteilhaft derart festgelegt sein, dass die Verbrennungsfläche 258 beim Abklopfen nach unten zeigt, womit die beim Stoß oder Anklopfen entfernten Verbrennungsrückstände direkt in den Aschebehälter bzw. -raum der Biomasse-Heizanlage 1 fallen können.
  • Nachstehend wird mit Bezug auf die Figuren 13a und 13b ein zweites allgemeines Beispiel des erfindungsgemäßen Prinzips einer Reinigungseinrichtung 125 für einen Drehrost 25 erläutert.
  • Eine Initiierung einer Beschleunigungsbewegung des Masseelements 127 kann auch ohne die in den Figuren 12a bis 12d gezeigte Fallhammer-Konfiguration in linearer Art und Weise erfolgen, wie folgt erläutert:
    Die Fig. 13a zeigt ein Drehrostelement 252 eines Drehrosts 25 mit einer Lagerachse 81 in einer Arbeitsposition des Drehrostelements 252 bzw. in einem ersten Zustand des Drehrostelements 252, so wie das auch in Fig. 12a gezeigt ist. Dies ist der Arbeitszustand des Rosts 25, auf dem Brennstoff auf der Verbrennungsfläche 258 aufliegt, verbrannt wird, und Verbrennungsrückstände entstehen. Diese Verbrennungsrückstände, beispielsweise Asche oder Schlacke, liegen auf dem Rost 25 auf und können auch fester an dem Rost 25 anhaften. Zudem können Verbrennungsrückstände auch in die Perforation bzw. die Öffnungen 256 des Rosts gelangen und in diesen Öffnungen 256 haften, wobei hier die Durchströmung des Brennstoffbetts 28 verschlechtert wird.
  • Anstelle der Fallhammer-Konfiguration der Fig. 12a kann nun eine Aufhängung 122 für ein Masseelement 127 mit einem entsprechenden Gegenlager 133 bzw. Gleitlager 133, beispielsweise einer Buchse 133 als (Linear-) Führung dienen. In einem Fall können die Gleitlager 133 Führungsöffnungen 133 sein. Beispielsweise kann die Aufhängung 122 in Stift- oder Stabform mit einem Endanschlag mit einer Anschlagfläche 128b vorgesehen sein. Auf der Aufhängung 122 kann das Masseelement 127 derart beweglich vorgesehen sein, dass sich dieses in der Längsrichtung der Aufhängung 122 hin- und her bewegen kann (vgl. der Doppelpfeil P der Fig. 13a, der zudem auch eine Fallhöhe für das Masseelement 127 bei Drehung des Drehrostelements 252 angibt; zu den Anschlagflächen 127a, 127b des Masseelements 127 vgl. auch die Ausführungen zur den Figuren 12a und 12b). Beispielsweise kann das Masseelement 127 als eine Lochscheibe ausgestaltet sein, durch deren mittiges Loch (als Buchse bzw. Gleitlager) die Aufhängung 122 durchgeführt ist. Das Masseelement weist auf seinen beiden Seiten eine erste Fläche 127a und eine zweite Fläche 127b auf. In der in Fig. 12a gezeigten Position liegt die zweite Fläche 127b des Masseelements 127 auf dem Endanschlag bzw. der (zweiten) Anschlagfläche 128b der Aufhängung 122 auf.
  • Weiter kann das Masseelement 127 als eine Platte 127 ausgestaltet sein, welche beispielsweise als Vieleck oder Formkörper vorgesehen ist. Das plattenförmige Masseelement 127 kann dabei in seinem (Flächen-) Umriss derart ausgestaltet sein, dass dieses an die Form des jeweilig zugehörigen Drehrostelements 252, 253, 254 angepasst ist.
  • An dieser Platte 127 kann nun eine Mehrzahl von Stechelementen 129 vorgesehen sein, wobei die Stechelemente 129 derart angeordnet sind, dass diese in ihre jeweils gegenüberliegende Öffnung 256 einstechen oder diese durchstechen können.
  • Damit hat das Masseelement 127 als Platte 127 den Vorteil, dass die Stechelemente 127 passend zu Öffnungen 256 vorgesehen sein können, welche in einem Rostelement 252, 253, 254 in einem komplexen Muster vorgesehen sind. Ein solches komplexes Muster mit einer strömungsführungsbedingten Verteilung der Öffnungen 256 (in bspw. unterschiedlichen Ausrichtungen und Längen) ist beispielsweise in Fig. 14 gezeigt, worauf verwiesen wird. Insofern können die Stechelemente 129 an dem Masseelement 127 derart angebracht sein, dass die Stechelemente 129 komplementär zu den Öffnungen 256 vorgesehen sind. In anderen Worten liegen die Spitzen der Vorsprünge 130 der Stechelemente 129 den Öffnungen 256 im ersten Zustand der Fig. 13a jeweils über einen Luftspalt gegenüber. Bei Drehung des Drehrostelements 252, 253, 254 kann damit die Stechelemente 129 linear in die Öffnungen 256 eindringen bzw. diese durchdringen.
  • Diese Beabstandung der Stechelemente 129 von den Öffnungen im ersten Zustand bzw. in der Arbeitsposition des Drehrosts 25 ist vorteilhaft, da eine ungestörte Durchströmung des Drehrosts 25 mit Luft für die Verbrennung sichergestellt werden kann (vgl. die Pfeile LU in Fig. 13a), obwohl die Stechelemente 129 in unmittelbarer Nähe zur Öffnung vorgesehen sind.
  • Dazu trägt auch die Form der Vorsprünge 130 bei. Diese verjüngen sich in Richtung deren distalen Endes bzw. laufen spitz zu, womit am unteren Eintritt der Öffnungen 256 nur minimale Störungen in der Luftströmung am Eintritt in die Öffnung 256 erzeugt werden.
  • Bei der Konfiguration der Fig. 13a und 13b ist zudem generell eine weitgehend ungestörte Beströmung der Unterseite des Drehrosts 25 (was für eine Kühlung des Drehrosts 25 bzw. der Drehrostelemente 252, 253, und 254 vorteilhaft ist) trotz der Anwesenheit der Reinigungseinrichtung 125 möglich, da das Masseelement 127 und die Stechelemente 129 beabstandet zum Drehrost 25 vorgesehen sind.
  • Es kann mit der Linearführung des Masseelements 127 weiter im Vergleich zu der Fallhammer-Konfiguration der Fig. 12a bis d vorteilhaft viel Platz bzw. Einbauvolumen für die Reinigungseinrichtung 125 eingespart werden, womit eine Reinigungseinrichtung 125 vorteilhaft auch in Kessel 11 mit kleinerer Leistung (beispielsweise 50 kW) und mit einem entsprechend kleineren Drehrost 25 integriert werden kann.
  • Weiter kann ein Masseelement 127, welches als Plate 127 unter dem jeweiligen Drehrostelement 252, 25,3 254 vorgesehen ist, eine ganz erhebliche Masse aufweisen, womit die Klopf- und Stechwirkung verbessert werden kann.
  • Weiter sind an dem Masseelement 127 zwei Stechelemente 130 zum Einstechen bzw. Durchstechen in die Öffnungen 256 vorgesehen. In dieser Ansicht sind die Stechelemente 130 in deren Seitenansicht zwar nur als einzelne Vorsprünge 130 dargestellt, allerdings können diese sich auch kammförmig mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen 130 erstrecken (in Fig. 13a und Fig. 13b bspw. senkrecht zur Papierebene).
  • Wird nun das Drehrostelement 252 in Richtung des Pfeils D1 gedreht, so wie das in der Fig. 13 gezeigt ist, wird das Masseelement 127 bei Erreichen einer Fallstartposition auf der Aufhängung 122 nach unten gleiten bzw. fallen (vgl. der Pfeil ST der Fig. 13b), und zunächst eine Stechwirkung in die Öffnungen 256 entfalten, und dann (in weiterer Folge) mit dessen ersten Fläche 127a auf der (ersten) Anschlagfläche 128b anschlagen. Damit kann eine Stechwirkung und dann eine Klopfwirkung erzeugt werden, so wie das auch in Bezug auf die Fig. 12a bis 12d beschrieben ist.
  • Wird das Drehrostelement 252 in Folge entweder in Richtung des Pfeils D1 oder in Richtung des Pfeils D2 weitergedreht, dann kann wiederum eine weitere Fallstartposition erreicht werden, aus der das Masseelement 127 zurückgleitet bzw. fällt, und mit seiner zweiten Fläche 127b auf die zweite Anschlagfläche 128b aufschlägt.
  • Damit können auch mit diesem zweiten Beispiel einer Reinigungseinrichtung 125 der Fig. 13a und 13b in etwa die gleichen Vorteile und Effekte erzielt werden, wie bei dem ersten Beispiel der Fig. 12a bis 12d.
  • (Drehrost 25 mit Drehrostelementen 252, 253, 254 und mit Reinigungseinrichtungen 125)
  • Die Fig. 14a zeigt einen Drehrost 25 mit drei Drehrostelementen 252, 253, 254 und mit einer Mehrzahl von Reinigungseinrichtungen 125 aus einer Draufsicht auf den Drehrost 25 in dessen Arbeitsposition bzw. in dem Arbeitszustand, welcher als erster Zustand bezeichnet wird.
  • Die Fig. 14b zeigt den Drehrost 25 der Fig. 14 a mit drei Drehrostelementen 252, 253, 254 und mit jeweiligen Reinigungseinrichtungen 125 aus einer Untersicht auf den Drehrost 25.
  • Die Fig. 14c zeigt den Drehrost 25 der Figuren 14a und 14b in einer Schnittansicht entlang der Schnittlinie A3-A3.
  • Die Fig. 14a bis c zeigen dabei eine Umsetzung des Prinzips der Fig. 13a und 13b.
  • Der Drehrost 25 mit den drei Drehrostelementen 252, 253, 254 und deren Funktion wurden vorstehend in Bezug auf die Figuren 8 und 9 näher beschrieben, weshalb nachstehend zur Vermeidung von Wiederholungen hauptsächlich die Reinigungseinrichtung 125 erläutert wird.
  • Die Figuren 14a und 14b und 14c zeigen den Drehrost 25 in geschlossener Position bzw. in einer Arbeitsposition, wobei alle Drehrostelemente 252, 253 und 254 horizontal ausgerichtet bzw. geschlossen sind. Dies ist die Position im Regelbetrieb. Der Drehrost 25 weist eine Bodenplatte 251 und ein Übergangselement 255 von der Bodenplatte 251 zu den Drehrostelementen 252, 253, 254 auf.
  • Die Einschubrichtung bzw. -achse des Brennstoffs auf den Drehrost 25 ist mit dem Pfeil E angegeben.
  • Die Motoren 31 können die Lagerachsen 81 der drei Drehrostelemente 252, 253, 254 zur Drehung dieser über eine Drehmechanik 23 antreiben. Die Drehmechanik 23, welche in der Drehmechanikhalterung 22 gelagert ist, koppelt die Lagerachse 81 mit den Motoren 31 über einen Zahnriemen und Zahnräder, wobei das erste und das zweite Drehrostelement 252, 253 gemeinsam gedreht werden, und das dritte Drehrostelement 254 unabhängig von dem ersten und zweiten Drehrostelement 252, 253 gedreht werden können. Alternativ (nicht dargestellt) können aber auch alle drei Drehrostelemente 252, 253, 254 unabhängig voneinander gedreht werden, falls beispielsweise drei Motoren 231 vorgesehen sind. Das Ergebnis der Drehung der Drehrostelemente 252, 253 und 254 ist in den Figuren 16 ff. beispielhaft in Verfahrensschritten zur Abreinigung des Drehrosts 25 dargestellt.
  • Es sind in Fig. 14a und 14b zwei Drehlagesensoren 259 gezeigt, welche die Drehlage der Lagerachsen 81 erfassen können. Diese Drehlagesensoren 259 können beispielsweise magnetisch-induktive Sensoren sein. Dies dient der Regelung der Drehlage der drei Drehrostelemente 252, 253, 254.
  • In der Draufsicht der Fig. 14a ist der Drehrost 25 ohne ein Brennstoffbett mit seinen drei Drehrostelementen 252, 253, 254 dargestellt, welche längliche oder schlitzförmige Öffnungen 256 aufweisen, die der Luftzufuhr in das Brennstoffbett von unten dienen.
  • Durch die beispielhafte relativ gleichmäßig verteilte Anordnung der Vielzahl der Öffnungen 256 wird eine gleichmäßige Durchströmung des Brennstoffbetts 28 (dieses ist in Fig. 14a und 14b nicht dargestellt) auf der Verbrennungsfläche 285 des Drehrosts 25 mit Primärluft sichergestellt. Diese im Allgemeinen zur Einschubrichtung winklig vorgesehene Anordnung der schlitzförmigen Öffnungen 256 verhindert das Entstehen einer Luftbarriere bei dem Einschub der Pellets oder des Hackguts, da sich diese auf der Verbrennungsfläche 258 mit einer deutlich geringeren Wahrscheinlichkeit aufstauen. Beispielsweise bei quer zur Einschubrichtung vorgesehenen schlitzförmigen Öffnungen ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass sich die Pellets oder die Hackschnitzel an den Kanten der Öffnungen fangen und kein gleichmäßiger Durchschub von Brennstoff stattfinden kann. Auch ist es bei einem Rost 25, insbesondere mit der vorstehend beschriebenen komplexen Geometrie der Drehrostelemente 252, 253, 254, mit der teilweise winkligen Anordnung der schlitzförmigen Öffnungen 256 vorteilhaft möglich, eine Anordnung der Öffnungen 256 mit einer möglichst gleichmäßigen Verteilung der Luftdurchströmung des Brennstoffbetts vorzusehen. Allerdings führt diese strömungstechnisch und verfahrenstechnisch optimierte Ausrichtung der Öffnungen 256 dazu, dass diese auch entsprechend abgereinigt werden müssen.
  • Zudem haben längliche bzw. schlitzförmige Öffnungen 256 den Vorteil, dass diese einfach herzustellen sind und dass diese eine erhebliche Öffnungsfläche für den Luftstrom aufweisen, ohne jedoch dass der Brennstoff durch den Rost hindurchfallen kann. Allerdings haben diese Öffnungen 256 auch den Nachteil, dass diese Öffnungen 256 verschlacken können, womit die Luftzufuhr in das Brennstoffbett unterbrochen werden kann.
  • Diese schlitzförmigen Öffnungen 256 können bevorzugt eine Breite von 4,6 mm +-0,5 mm (oder + 0,4 mm und - 1 mm) und/oder eine Länge von 35 mm +- 10 mm aufweisen. Auch können die schlitzförmigen Öffnungen 256 eine Breite von 4,5 mm +-0,6 mm und/oder eine Länge von 40 mm +- 20 mm aufweisen.
  • Weiter erstreckt sich ein Teil der schlitzförmigen Öffnungen 256 auch durch die Lagerachsen 81 bzw. die Wellen 81, womit eine Einströmung der Primärluft in das Brennstoffbett auch in den Bereichen der Drehrostelemente 252, 253, 254 ermöglicht wird, die sich oberhalb der Wellen 81 befinden. Umgekehrt weisen diese Öffnungen 256, welche sich durch die Wellen 81 und durch das jeweilige Drehrostelement 252, 253, 254 erstrecken, eine deutlich größere Tiefe auf (und setzen sich damit leichter zu) als die Öffnungen 256, welche sich nur durch das jeweilige Drehrostelement 252, 253, 254 erstrecken.
  • In den Öffnungen 256 der Fig. 14a sind von oben sichtbar die distalen Enden der Stechelemente 129 bzw. deren Vorsprünge 130 dargestellt, die unterhalb der
  • Drehrostelemente 252, 253, 254 in Richtung der Öffnungen 256 hervorstehend angeordnet sind.
  • In der Fig. 14b, die den Drehrost 25 von unten zeigt, sind weiterhin neun Reinigungseinrichtungen 125 dargestellt. Die Drehrostelemente 252, 253, 254 weisen jeweils drei Reinigungseinrichtungen 125 auf, womit (vorzugsweise alle) Öffnungen 256 mittels den Stechelementen 129 gereinigt werden können. Alternativ können für jedes Drehrostelement 252, 253, 254 auch zwei oder vier (oder mehr) Reinigungseinrichtungen 125 vorgesehen sein.
  • Die neun Reinigungseinrichtungen 125 sind an der Unterseite der Drehrostelemente 252, 253, 254 vorgesehen. Die Reinigungseinrichtungen 125 weisen zwei Aufhängungen 122 als Teil von (Linear-) Führungen und je ein bewegliches Masselelement 127x auf. An dem Masseelement 127x ist zumindest ein Stechelement 129 angebracht, welches von dem Masseelement 127x in Richtung des Drehrostelements 252, 253, 254 hervorsteht.
  • Es sind die Reinigungseinrichtungen 125 mit deren Masseelement 127x mittels der Aufhängung 122 beweglich an den jeweiligen Drehrostelementen 252, 253 254 angebracht. Dabei ermöglichen die Aufhängungen 122 eine im Wesentlichen lineare bzw. geradlinige Bewegung der Masseelemente 127x von dem Drehrostelement 252, 253, 254 weg und zu diesem hin. In anderen Worten sind die Masseelemente 127x derart aufgehängt bzw. geführt, dass diese bei Drehung des Drehrostelements 252, 253, 254 eine translatorische Bewegung vollziehen.
  • Die Aufhängungen 122 stehen in der Arbeitslage der Figuren 14a, 14b und 14c nach unten hervor und lagern die Masseelemente 127x. Bevorzugt sind die Masseelemente 127x ausschließlich durch die Aufhängungen 122 gelagert bzw. geführt. Die Aufhängungen 122 sind als Linear-Aufhängung stab- oder stiftförmig ausgestaltet, und sind an dem Drehrostelement 252, 253, 254 oder an der Lagerachse 81 angebracht. Die Aufhängungen 122 können als Rundstangen oder als Führungsbolzen 122 ausgestaltet sein.
  • Die vorliegende Linearaufhängung dient als Linearlager mit einer relativ geringen Reibung und einer möglichst spielfreien Führung. Dabei wird über die Länge der Aufhängungen 122 die Länge des Hubs des Masseelements 127x bei Drehung des Drehrostelements 252, 253, 254 definiert, womit wiederum die Aufschlag- und die Stechenergie der Reinigungseinrichtung 125 definiert wird.
  • Für die Aufhängung 122 sind in den Masseelementen 127x komplementäre Gleitlager bzw. Buchsen 133 vorgesehen. Diese Buchsen 133 bzw. Gleitlager 133 können etwas allgemeiner als Führungsöffnungen 133 bezeichnet werden.
  • In den Masseelementen 127x sind somit Führungsöffnungen 133 als Gleitlager 133 zur Aufnahme der stabförmigen Aufhängungen 122 bzw. zur Aufnahme der Führungsbolzen 122 vorgesehen. Die Führungsöffnungen 133 sind bevorzugt entgratet und innen geglättet, beispielsweise poliert. Ebenso können die Führungsöffnungen 133 mittels Laserschneiden gefertigt werden, womit diese eine gute Oberflächengüte und Passgenauigkeit aufweisen.
  • Vorliegend sind zwei Aufhängungen 122 mit zwei komplementären Führungsöffnungen 133 in den Masseelementen 127x vorgesehen, womit eine lineare Schlittenführung für einen beweglichen Schlitten in Form des Masseelements 127x vorgesehen ist.
  • Diese Art einer Linearführung hat den erheblichen Vorteil, dass diese sehr wenig Platz benötigt bzw. sehr kompakt aber zugleich effizient ist (insb. im Vergleich zu der Fallhammer-Variante einer Reinigungseinrichtung 125). Die Reinigungseinrichtung kann baubedingt eine ausreichende Fallenergie des Masseelements 127x aufweisen, wobei diese ist weitgehend von der Reibung der Linearführung, der Masse des Masseelements 127x und der Fallhöhe des Masseelements 127x = Länge der Führung abhängig ist. Diese Parameter können jedoch auch mit der vorliegenden kompakten Reinigungseinrichtung 125 mit einer zuverlässigen Linearführung mit ausreichender Fallenergie zur gleichmäßigen Abreinigung des Rosts 25 realisiert werden.
  • Aufgrund des deutlich kleineren Platzbedarfs der vorliegenden Reinigungseinrichtungen 125 ist es dabei überhaupt erst möglich, eine solche Reinigungseinrichtung 125 in einem Kessel 11 kleinerer Bauart (bzw. mit geringerer Leistung) zu integrieren, und davon zudem auch gleich mehrere Reinigungseinrichtungen 125 (beispielsweise 3) unter einem Drehrostelement 252, 253, 254 anzubringen, um eine gleichmäßigere Abreinigung mit Klopf- und Stechwirkung vorzusehen.
  • Zudem verkantet bzw. verklemmt das Masseelement 127x mit einer Schlittenführung deutlich weniger, da die Führung mit einem relativ großzügigem Spiel ausgestattet sein kann, und diese trotzdem einen klar definierten Bewegungsbereich aufweist. In anderen Worten kann eine große Masse, wie die des Masseelements 127x, mit einer linearen Schlittenführung zuverlässig beweglich gelagert werden, ohne dass die üblichen Ruß-, Staub- oder Schlackeablagerungen zu einem Ausfall der Führung führen.
  • Weiter muss die Führung derart ausgestaltet sein, dass ein Einstechen bzw. Durchstechen der Öffnungen 256 durch die Stechelemente 129 möglich ist. Dabei ist es erforderlich, dass eine Mehrzahl von länglichen oder plattenförmigen Stechelementen 129 derart ausgerichtet ist und derart geführt wird, dass diese mit der Bewegung des Masseelements 127x gemeinsam in die Öffnungen 256 eingeführt und/oder durch die Öffnungen 256 durchgeführt werden. In anderen Worten müssen die mit dem Masseelement 127x bewegten Stechelemente 129 passgenau zu den jeweils korrespondierenden Öffnungen 256 vorgesehen sein, um ein Verkanten oder Verkeilen der Stechelemente 129 in den Öffnungen 256 zu vermeiden.
  • Hierfür ist vorliegend eine zuverlässige Linearführung vorgesehen.
  • Zudem ist es bevorzugt, dass sich Stechelemente 129 in jeder Lage des Masseelements 127x in den Öffnungen 256 befinden, damit zum einen keine Fremdkörper auf der Unterseite des Rosts 25 vor die Öffnungen 256 ansammeln können (welche den Eintritt des Stechelements 129 in die Öffnung 256 von der Unterseite her verhindern könnten) und damit zum anderen auch die Lage der Stechelemente 129 in den
  • Öffnungen eine weitere Führung des Masseelements 127x mit dessen Stechelementen 129 in Bezug auf das Drehrostelement 252, 253, 254 erfahren. Anderen Worten kann die Bewegung des Masseelements 127x mit dessen Stechelementen 129 nicht nur durch die Linearführung definiert sein, sondern auch durch die Stechelemente 129 in den jeweiligen Öffnungen 256.
  • Diesbezüglich sei daran erinnert, dass die oben beschriebenen Untersuchungen zu den Asche- bzw. Schlackdepositionen ergeben haben, dass diese weitgehend auf der Oberseite des Rosts 25 entstehend und die Öffnungen 256 von außen her durch den Aufbau einer schichtartigen Struktur zusetzen. Insofern ist es nicht erforderlich, dass die Stechelemente 129 von unten her in die Öffnungen 256 (d.h. durch die untere Öffnungsebene der Öffnungen 256, welche durch die Unterseite der Drehrostelemente 252, 253, 254 gebildet wird) stechen bzw. stoßen.
  • Es ist für eine Abreinigung des Rosts 25 und der Öffnungen 256 vielmehr ausreichend, dass die Stechelemente 129 nur durch einen Teil der Öffnungen 256 hindurchbewegt werden und die Stechelemente 129 mit deren Vorsprüngen 130 die Öffnungen 256 auf deren Oberseite durchstoßen, d.h., dass die Stechelemente 129 bei Abreinigung bzw. der Fallbewegung des Masseelements 127x durch die obere Öffnungsebene der Öffnungen 256 (welche durch die Oberseite der Drehrostelemente 252, 253, 254 gebildet wird, durchtreten.
  • Dabei wird der Wiederstand eventuell vorhandener (hartnäckiger) Schlacke- bzw. Aschedepositionen effizient überwunden wobei die spitzen Vorsprünge 130 der Stechelemente 129 eine Stechwirkung in Form des Aufbrechens der Asche- bzw. Schlackedepositionen ausüben.
  • Dabei sind die Vorsprünge 130 der Stechelemente 129 vorzugsweise kammförmig bzw. gabelförmig ausgestaltet. Insofern weist ein Stechelement 129 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 130 auf, welche der Reihe nach in einer Ebene angeordnet sind. Damit kann eine Öffnung 256 über ihre gesamte Länge abgereinigt werden, da die Schlacke- bzw. Aschedepositionen an mehreren Stellen aufgebrochen werden. Allerdings entfaltet sich die Stechwirkung von Stechelementen 129 mit kammförmig angeordneten Vorsprüngen 130 trotzdem punktuell, wodurch die Fallenergie ebenso punktuell in die flächenhaften Schlacke- bzw. Aschedepositionen einwirken kann. Damit brechen auch sehr hartnäckige bzw. feste Schlacke- bzw. Aschedepositionen auf. Nach dem Auftreffen der (bevorzugt spitz ausgeführten) Vorsprünge 130 auf die Schlacke- bzw. Aschedepositionen schieben sich die Vorsprünge weiter durch die Schlacke- bzw. Aschedepositionen hindurch. Dabei ist es vorteilhaft, dass ich die Vorsprünge 130 in Richtung derer distaler Enden (in zumindest einer Schnittebene des Vorsprungs 130) stetig verjüngen (vgl. Fig. 14c, Mitte), bzw. in Richtung derer proximaler Enden stetig erweitern, damit "Keile" in die Schlacke- bzw. Aschedepositionen hineingetrieben werden, die evtl. noch nach dem Auftreffen verbleibende Schlacke- bzw. Aschedepositionen an der Öffnung 256 weiter weg- und aufgebrochen werden.
  • Zudem wird mit den Vorsprüngen 130 auch eine Luftzufuhr in die Öffnungen 256 nicht nachteilhaft behindert, obwohl sich die Vorsprünge 130 schon in deren Ausgangslage (d.h. in der Arbeitsposition der Drehrostelemente 252, 253, 254) teilweise in den Öffnungen 256 befinden (wie auch in Fig. 14c zu sehen ist).
  • Die Masseelemente 127x der Fig. 14b sind in deren Form an die Form der jeweiligen Drehrostelemente 252, 253, 254 derart angepasst, dass Masseelemente 127x insofern im Falle des Aufliegens auf dem Drehrostelement nicht über die Fläche der jeweiligen Drehrostelement 252, 253, 254 hinausragen.
  • In den Fig. 14a, 14b und 14c hängen die Masseelementen 127 nach unten in deren Ausgangsposition, und die Masseelemente 127 sind von den Drehrostelementen 252, 253, 254 beanstandet. Bei Drehung eines einzelnen oder von mehreren Drehrostelementen 252, 253, 254 werden die Drehrostelemente 252, 253, 254 durch die jeweilige Reinigungseinrichtung 125 abgereinigt, so wie das im Prinzip in Bezug auf die Fig. 13a und 13b erläutert ist, und wie dies nachstehend noch im Einzelnen anhand der noch folgenden Figuren 16 ff. erläutert ist.
  • Es basiert das vorliegend gezeigte spezielle Konzept von drei Reinigungseinrichtungen 125 pro Drehrostelement 252, 253, 254 (bzw. von zumindest zwei Reinigungseinrichtungen pro Drehrostelement) auf folgenden weiteren Überlegungen:
    • Jedes Drehrostelement 252, 253, 254 ist mittels einer Welle 81 bzw. Lagerachse 81 drehbar gelagert. Hieraus ergibt sich, dass unter dem Drehrostelement 252, 253, 254 (regelmäßig mittig) die Welle 81 vorgesehen ist, welche die Reinigungseinrichtung 125 von dem Drehrostelement 252, 253, 254 beabstandet angeordnet und mithin die Reinigungswirkung des Abklopfens verschlechtert. Es führt die Lagerung des Drehrostelements 252, 253, 254 mittels einer Welle 81 generell dazu, dass eine Klopfwirkung der Reinigungseinrichtung verschlechtert wird, da diese die Aufschlagenergie des Klopfens teilweise aufnimmt und mithin dämpft. Insofern landet ein guter Teil der Aufschlagenergie in der Welle 81 und nicht im Drehrostelement 252, 253, 254, was nachteilhaft ist. Wie Versuche gezeigt haben, ist somit eine einzelne Reinigungseinrichtung 125 auf einer Welle nicht so effektiv bei der Abreinigung des gesamten Drehrosts 25 incl. dessen Öffnungen 256, wie diese sein sollte (vgl. Ausführungen zur Fig. 22). Dieser Umstand verstärkt sich dann auch noch besonders bei diversen Brennstoffen, welche stärker zur Versinterung neigen, wie erläutert.
  • Sind allerdings drei Reinigungseinrichtungen 125 vorgesehen, so kann je eine Reinigungseinrichtung 125 links und rechts zur Welle 81 vorgesehen sein, sowie kann eine Reinigungseinrichtung 125 auf der Welle 81 bzw. auf der Lagerachse 81 vorgesehen sein. Damit schlagen die Reinigungseinrichtungen 125 links und rechts der Welle 81 im Fall des Aufschlagens auf das Drehrostelement 252, 253, 254 direkt (ohne die Welle 81 dazwischen) auf dieses auf, womit sich die Klopfwirkung direkt auf das Drehrostelement 252, 253, 254 auswirken kann. Die Reinigungseinrichtung 125, welche über bzw. benachbart zu der Welle 81 bzw. der Lagerachse 81 angeordnet ist, ist weiterhin speziell für die Reinigung des Mittenbereichs des Drehrostelements 252, 253, 254 vorgesehen, womit deren Aufschlagenergie für eben nur diesen Bereich vorgesehen ist. Damit können die verschiedenen Bereiche des Drehrostelements 252, 253, 254 entsprechend getrennt mit der Aufschlagenergie beaufschlagt werden, womit das Problem der "lückenhaften" Abreinigung herkömmlicher Drehroste mit herkömmlichen Reinigungseinrichtungen behoben wird.
  • Das vorliegende Konzept einer Reinigungseinrichtung 125 kann zudem flexibel an unterschiedliche und/oder auch komplexe Rostformen angepasst werden kann. Dabei kann die Reinigungseinrichtung 125 auch genau an derjenigen Stelle oder Fläche des Rosts 25 zum Einsatz kommen, an welcher der größte Anfall an Verunreinigungen erwartet werden kann. In anderen Worten kann die Reinigungseinrichtung vorteilhaft derart eingerichtet sein, dass die Klopfwirkung unmittelbar an den abzureinigenden Stellen des Rostes 25 erzeugt wird, und dass die Stechwirkung auch (vorzugsweise alle) Öffnungen 256 des Rostes 25 erfasst.
  • Zusammengefasst sorgen bei der vorliegenden Reinigungseinrichtung 125 die Stechelemente 129 mit deren linearer Führung für eine zuverlässige Abreinigung der Öffnungen 256, während zugleich durch Form und Anordnung der Mehrzahl der Reinigungseinrichtungen 215 auch die Abklopfwirkung verbessert wird und zugleich der Platzbedarf für eine derartige Reinigungseinrichtung 125 geringer ist, als bei herkömmlichen Reinigungseinrichtungen. In anderen Worten kombinierten die vorliegende Reinigungseinrichtung 125 ein Abklopfen und ein Stechen als Reinigungsmittel für einen Rost 25 in einer einzelnen kompakten und effektiven Mechanik.
  • Die Figuren 15a bis 15o zeigen Ansichten von Teilen der Reinigungseinrichtungen 125 der Fig. 14a bis 14c. Dabei ist in den Figuren 15a bis 15o ein Satz von Masseelemente 127x mit deren Stechelementen 129 für die neun Reinigungseinrichtungen 125 der Fig. 14a bis 14c dargestellt. Dabei zeigen jeweils drei Figuren (Figuren 15a, 15b und 15c, sowie Figuren 15d, 15e, 15f, sowie Figuren 15g, 15h und 15i, sowie Figuren 15j, 15k und 15l, sowie Figuren 15m, 15n und 15o) ein Masseelement 127x mit dessen Stechelementen 129 aus drei verschiedenen Ansichten, namentlich in einer Seitenansicht, in einer Draufsicht und in einer dreidimensionalen Schrägansicht. Die Bezeichnungen "oben" und "unten" beziehen sich auf die Lage der dargestellten Merkmale in der Arbeitsposition des Drehrosts 25, d.h., die Drehrostelemente 252, 253, 254 sind nicht gedreht oder gekippt. Die Bezeichnungen "proximal" und distal" beziehen sich auf die Stechelemente 129 bzw. deren Lage relativ zum Masseelement 127x, welcher als Ausgangskörper betrachtet wird.
  • In den Figuren 15a bis 15o wurden der Übersichtlichkeit halber nicht alle Bezugszeichen und Hinweise wiederholt dargestellt. Allerdings sind gleich aussehende Elemente bzw. Merkmale in den Figuren auch mit den gleichen Bezugszeichen zu verstehen.
  • Gemeinsam haben die Figuren 15a bis 15o, dass diese Masseelemente 127x mit entsprechend der korrespondierenden Öffnungen 256 vorgesehenen Stechelementen 129 aufweisen. Dabei sind die Stechelemente 129 auch an die jeweilige Erstreckungsrichtung der jeweils korrespondierenden Öffnungen 256 angepasst, beispielsweise gedreht.
  • Die Masseelemente 127x bestehen (vorzugsweise) aus aufeinander gestapelten Metallplatten, welche mit Laser zugeschnitten sein können. Dabei können die unterste und die oberste Platte der Masseelemente 127 einen anderen Umriss aufweisen.
  • Die Masseelemente 127x sind jeweils mit zwei Gleitlagern 133 zur Aufnahme der Aufhängungen 122 vorgesehen. Bei den Gleitlagern 133 sind Aussparungen 134 derart vorgesehen, dass diese den Raum im Gleitlager 133 mittig vergrößern. Bevorzugt sind die Aussparungen 134 zur Außenseite des Masseelements 127x geöffnet vorgesehen, damit Asche- und Schlacke, welche in das Gleitlager 133 beispielsweise bei einer Bewegung des Masseelements 127x eingetragen wird, das Gleitlager 133 wieder komplikationsfrei verlassen kann.
  • Die Aussparungen 134 in den jeweiligen Masseelementen 127x dienen zudem der weiteren Minimierung des sog. "Schubladeneffekts" bei der vorliegenden linearen Schlittenführung. Der Schubladeneffekt bezeichnet das mechanische Klemmen eines Schlittens auf einer Führungsbahn infolge Verkantens. Ausgelöst wird er durch ein auf den Schlitten wirkendes Drehmoment, womit die Gefahr einer Selbsthemmung besteht.
  • Um die vorliegende (Gleit-) Führungen möglichst leichtgängig zu gestalten, wird mit den Aussparungen 134 ein möglichst großes Führungsspiel angestrebt. Dadurch berühren die äußeren Kanten bzw. die Endbereiche der Gleitlager 133 bzw. Buchsen 133 bzw. Führungsöffnungen 133 die Führungsbahn, wodurch die Führungslänge maximiert wird. Zudem ist die Führung mit den Aussparungen 134 toleranter gegenüber Formfehlern wie Ungeradheit bzw. bei Formveränderung bei belastungsbedingter oder thermisch Bedingter Durchbiegung. Ebenso ist die Auflagefläche für das gleiten der Aufhängung 122 in den Gleitlagern 133 verkleinert, was die Reibung generell verringert. Zudem können durch die Aussparung 134 auch Schlacke, Asche, Fremdkörper im Brennstoff (z.B. Metallreste in Pellets) leichter wieder aus dem Gleitlagern 133 austreten bzw. durch die Bewegung hinausgetragen werden. Insofern optimieren die Aussparungen 134 die Funktion der vorliegenden Linearführung.
  • Weiter sind die Masseelemente 127x in deren Form bzw. in deren Aussenumriss in der Draufsicht (d.h. von oben oder von unten betrachtet) an die Form der jeweiligen Drehrostelemente 252, 253, 254 angepasst. So sind die Masseelemente 127x derart geformt, dass diese nebeneinander unter dem jeweiligen Drehrostelement 252, 253, 254 anordenbar sind, ohne sich gegenseitig zu behindern und ohne über den Umriss des jeweiligen Drehrostelements 252, 253, 254 hinauszuragen. Allerdings sind die Masseelemente 127x derart flächig ausgestaltet, dass alle Öffnungen 256 des Rosts 25 von den Stechelementen 129 "erreicht" bzw. durchstoßen werden können. In anderen Worten wird die zur Verfügung stehende Fläche unter dem jeweiligen Drehrostelement 252, 253, 254 optimal ausgenützt, um einerseits viel Masse (für eine gute Abreinigungswirkung) unterbringen zu können und um andererseits alle oder zumindest viele Öffnungen 256 des Drehrosts mit den Stechelementen 129 zu erreichen, während der gesamte Aufbau trotzdem platzsparend und kompakt ist.
  • Die in etwa länglichen (und vorzugsweise plattenförmigen) Stechelemente 129 weisen weiter drei Abschnitte auf: an dem einen (proximalen) Ende ein Befestigungsteil 131 zur Befestigung des Stechelements 129 am Masseelement 127x (wobei der Befestigungsteil 31 vorliegend vollständig im Masseelement 127x steckt), an dem anderen (distalen) Ende die sich verjüngenden Vorsprünge 130, und zwischen dem Befestigungsteil 131 und den Vorsprüngen 130 befindet sich ein Mittelteil 132. Durch die gepunktete Linie ist grob der Übergang zwischen den Vorsprüngen 130 und dem Mittelteil 132 angegeben.
  • Die Figuren 16 bis 21 zeigen den Rost 25 der Figuren 14a, 14b und 14c nacheinander bei der Ausführung eines beispielhaften stufenweisen und/oder vollständigen Abreiniungsvorgangs bzw. -verfahrens, dessen erster Zustand als Ausgangszustand schon in den Figuren 14a, 14b und 14c gezeigt ist.
  • Um Wiederholungen zu vermeiden wird betreffend der Merkmale und der Funktion der Reinigungsreinrichtungen 25 auf die Erläuterungen zu den Fig. 14a, 14b und 14c verwiesen. Ebenso sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Fig. 16 bis 21 nicht alle Bezugszeichen der Fig. 14a, 14b und 14c wiederholt dargestellt. Die entsprechenden Merkmale sind jedoch identisch. Die Schnitte A3-A3 beziehen sich auf die Schnittlinien der Figuren 14.
  • Von den in den Figuren 15a bis 21 dargestellten Verfahrensschritten können jedoch auch nur einzelne Schritte ausgeführt werden. Beispielsweise kann nur eine Teilabreinigung eines einzelnen Drehrostelements 252, 253, 254 durchgeführt werden, was den Fig. 14 bis 17 entspricht. Es kann generell jedes Drehrostelement 252, 253, 254 einzeln gedreht und damit einzeln abgereinigt werden. Auch könnten beispielsweise alle Drehrostelemente 252, 253, 254 gleichzeitig gedreht werden, wenn beispielsweise keine Drehrostlippen oder keine gegenseitigen Drehbegrenzungen vorhanden sind. Zudem kann eine volle Drehung eines Drehrostelements 252, 253, 254 um 360 Grad erfolgen, oder aber es kann eine Hin- und Rückdrehung eines Drehrostelements 252, 253, 254 beispielsweise nur um bis zu 180 Grad erfolgen. Auch kann der Rost 25 alternativ nur ein Drehrostelement oder auch nur zwei Drehrostelemente aufweisen.
  • Fig. 16 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht auf den Rost 25 der Fig. 14a in einem zweiten Zustand.
  • Nachdem beispielsweise eine vorbestimmte Brenndauer verstrichen ist und/oder nachdem ein Glutbetthöhensensor (nicht dargestellt) eine vorbestimmte Aschehöhe (und damit -menge) erfasst hat, bestimmt eine Anlagensteuerung (nicht dargestellt), dass eine Teil- oder eine Vollabreinigung des Rosts 25 erfolgen soll. Vorliegend bestimmt die Anlagensteuerung, dass eine stufenweise Vollabreinigung des Rosts 25 erfolgen soll.
  • In diesem zweiten Zustand ist das dritte Drehrostelement 254 in Richtung des Pfeils D1 gedreht worden. Dabei wird das Masseelement 127 der Reinigungseinrichtung 125 des dritten Drehrostelements 254 mit der Kraft eines der Motoren 231 der Drehmechanik 23 angehoben, wobei dessen potentielle Energie vergrößert wird. Die anderen Drehrostelemente 252, 253 verbleiben in der Ausgangslage. Damit wird zuerst dasjenige Drehrostelement gedreht, welches vom Brennstoffeinschub E am weitesten beabstandet ist. In diesem Zustand fällt die lose Asche vom dritten Drehrostelement 254 nach unten zur Ascheaustragung. Allerdings kann noch Asche oder Schlacke am dritten Drehrostelement 254 anhaften.
  • Fig. 17 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht auf den Rost der Fig. 14a in einem dritten Zustand.
  • In diesem dritten Zustand ist das dritte Drehrostelement 254 noch weiter in Richtung des Pfeils D1 gedreht worden. Die Verbrennungsfläche 258 des dritten Drehrostelements 254 hängt nun über, womit die lose bzw. gelöste Asche noch besser vom Drehrostelement 254 hinabfallen kann. Allerdings kann weiterhin noch Asche oder Schlacke am dritten Drehrostelement 254 anhaften. Die erfindungsgemäße Reinigungseinrichtung 125 hat den Zweck, eben diese schwieriger zu entfernenden Verbrennungsrückstände vom Rost 25 zu entfernen.
  • In Fig. 17 gibt der Pfeil ST die Bewegung des Herabfallens und die Strecke dieses Herabfallens der Masseelemente 1271, 274 des Drehrostelements 254 an. Zu erkennen ist, dass die Stechelemente 129 durch die Öffnungen 256 hindurchgetreten sind, und diese Öffnungen 256 somit von Asche- und Schlackedepositionen abreinigen. Dabei sind die Stechelemente 129 mit deren Vorsprüngen 130 derart ausgestaltet, dass auch die Vorsprünge 130 vollständig durch die Öffnungen 130 durchgetreten sind, und dass sich mithin der Mittelteil 132 der Stechelemente 129 in den Öffnungen befindet. In anderen Worten tritt das Stechelement beim Herabfallen mit dessen Mittelteil 132 durch die obere Öffnungsfläche der jeweiligen Öffnung 256 hindurch.
  • Damit wird sichergestellt, dass die Öffnungen 256 zumindest über die Querschnittsfläche des Mittelteils 132 abgereinigt wird, womit vorteilhaft der Großteil des Öffnungsquerschnitts der Öffnungen 256 eröffnet wird.
  • Weiter führt die vorstehend erläuterte Ausgestaltung des Stechelements 129 auch zu einer zeitlich vorteilhaften Abfolge der Abreinigungswirkungen der vorliegenden Reinigungseinrichtungen 125:
    • Beim Herabfallen stoßen ersichtlich zuerst die Spitzen der Vorsprünge 130 durch die Öffnungen 256, womit die Fallenergie zuerst sehr punktuell auf die Asche- bzw. Schlackedepositionen über und in den Öffnungen 256 wirkt. Dabei erfolgt ein erstes Aufbrechen auch recht harter Verschlackungen oder Versinterungen.
  • Danach dringen die Vorsprünge 130 in die Asche- bzw. Schlackedepositionen weiter ein, und sprengen diese weiter auf bzw. vom Rost 25 weg.
  • Wiederum danach dringt der Mittelteil 132 in die Öffnung 256 ein und tritt durch die Öffnung 256 durch, womit noch verbliebene Asche- bzw. Schlackereste aus den Öffnungen 256 entfernt werden.
  • Aufgrund der Länge des Stechelements 129 (vgl. Fig. 17, dieses ragt aus dem Drehrostelement 254 hinaus) kann nun der Fall des Masseelements 127x auch nach dem Durchstechen der Öffnungen 256 fortgesetzt werden, womit das Masseelement 127x wieder mit einem ausreichenden Impuls mit seiner Fläche 127b auf das Drehrostelement 254 aufschlägt und damit eine wirksame Abklopfwirkung entfalten kann. Mit dieser Geometrie wird vermieden, dass das Masseelement 127x beim Stechen in die Öffnungen 256 derart dauerhaft entschleunigt wird, dass danach kein ausreichender Impuls für ein Abklopfen des Drehrostelements 254 vorhanden ist.
  • Um den vorstehend beschriebenen Effekt zu erreichen, kann die Länge der Vorsprünge 130 bevorzugt mindestens der Dicke des Drehrostelements 254 sein. Zudem kann die Länge des Mittelteils 132 mindestens zweimal der Dicke des Drehrostelements 254 sein.
  • Fig. 18 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht auf den Rost der Fig. 14a in einem vierten Zustand.
  • In diesem vierten Zustand ist das dritte Drehrostelement 254 noch weiter in Richtung des Pfeils D1 gedreht worden. Durch das weitere Überkippen des Drehrostelements 254 wird die Gravitation genutzt, damit noch leicht anhaftende Asche- bzw. Schlacke (diese kann beispielsweise auch elektrostatisch aufgeladen sein) nach unten in den trichterförmigen Aschebehälter 74 fällt.
  • Fig. 19 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht auf den Rost der Fig. 14a in einem fünften Zustand.
  • In diesem fünften Zustand sind das erste und zweite Drehrostelement 252, 253 gemeinsam in Richtung des Pfeils D3 gedreht worden. Dabei ist die Drehrichtung umgekehrt zur Drehrichtung D1. Dabei werden weiter die Masseelemente 127x der Reinigungseinrichtungen 25 des ersten und zweiten Drehrostelements 252, 253 angehoben. Das dritte Drehrostelement 254 verbleibt in einer stationären Drehlage.
  • In diesem sechsten Zustand sind das erste und zweite Drehrostelement 252, 253 gemeinsam in Richtung des Pfeils D3 weiter gedreht worden. Dabei haben die Masseelemente 127 deren Fallstartpositionen überschritten, und sind jeweils auf die Anschlagflächen 128a jeweils des ersten und zweiten Drehrostelements 252, 253 herabgefallen und haben die Drehrostelemente 252, 253 durchstochen und abgeklopft. Das dritte Drehrostelement 254 verbleibt in einer stationären Drehlage. Die Masseelemente 127x sind somit herabgefallen und die Stechelemente 129 sind durch die Öffnungen 256 hindurchgetreten. Das dritte Drehrostelement 254 verbleibt in einer stationären Drehlage.
  • Fig. 21 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht auf den Rost der Fig. 14a in einem siebten Zustand.
  • In diesem siebten Zustand sind das erste und zweite Drehrostelement 252, 253 gemeinsam in Richtung des Pfeils D3 weiter gedreht worden. Damit kann die Asche bzw. die Schlacke leichter herabfallen.
  • Nach dem siebten Zustand können die Drehrostelemente 252, 253, 254 wieder in ihre Arbeitspositionen zurückgedreht werden. Ein Abreinigen mittels Abklopfen und Stechen in die Öffnungen 256 ist erfolgt. Das Reinigungsverfahren kann somit in den ersten Zustand zurückkehren.
    • (Weitere Ausführungsformen)
  • Die Erfindung lässt neben den erläuterten Ausführungsformen und Aspekten weitere Gestaltungsgrundsätze zu. So können einzelne Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen und Aspekte auch beliebig miteinander kombiniert werden, solange dies für den Fachmann als ausführbar ersichtlich ist.
  • Der Drehrost 25 der Fig. 9 bis 11 ist zwar ohne die Reinigungseinrichtung 125 dargestellt, kann jedoch jederzeit mit einer der in den nachfolgenden Figuren dargestellten Reinigungseinrichtungen 125 kombiniert werden.
  • Obwohl die Reinigungseinrichtung in den Figuren 9 bis 11 nicht dargestellt ist, kann das in Bezug auf die Figuren 12a bis 21 Erläuterte auch auf den Drehrost 25 der Figuren 9 bis 11 Anwendung finden, wobei eine verbesserte Abreinigung des Drehrosts 25 insbesondere bei der Teil- und Universalabreinigung erzielt werden kann. Damit kann die technische Lehre betreffend der Reinigungseinrichtung 125 mit der technischen Lehre betreffend der Figuren 9 bis 11 kombiniert werden, so wie das dem Fachmann sinnvoll erscheint.
  • Vorliegend ist der Drehrost 25 beispielhaft mit drei Drehrostelementen 252, 253, 254 beschrieben. Allerdings kann der Drehrost 25 auch nur ein Drehrostelement 252 aufweisen, oder aber auch zwei Drehrostelemente 252, 253. Grundsätzlich ist ein Drehrost 25 mit einer Mehrzahl von Drehrostelementen denkbar. Insofern ist die vorliegende Offenbarung nicht auf eine spezifische Anzahl von Drehrostelementen 252, 253, 254 beschränkt.
  • Weiter kann jedes Drehrostelement 252, 253, 254 zwei oder mehrere Reinigungseinrichtungen 125 aufweisen. Ebenso können ein Drehrostelement oder mehrere Drehrostelemente aus der Gesamtzahl von Drehrostelementen des Drehrosts 25 auch keine Reinigungseinrichtung 125 aufweisen. Beispielsweise kann nur eines der Drehrostelemente 252, 253, 254 zumindest zwei Reinigungseinrichtungen 125 aufweisen.
  • Pro Drehrostelement 252, 253, 254 können anstelle von drei Reinigungseinrichtungen 125 auch zwei oder vier, mithin zumindest zwei Reinigungseinrichtungen 125 vorgesehen sein. Pro Reinigungseinrichtung 125 kann zumindest ein Stechelement 129 vorgesehen sein. Es muss nicht zwingend für jede Öffnung 256 ein Stechelement 129 vorgesehen sein. Es können auch weniger Stechelemente 129 als Öffnungen 256 vorgesehen sein. Weiter können pro Reinigungseinrichtung 125 auch mehr als zwei Führungen bzw. Aufhängungen 122 mit Gleitlagern 133 vorgesehen sein, solange diese eine lineare Bewegung des jeweiligen Masseelements 127x ermöglicht.
  • Vorliegend wird die Rezirkulationseinrichtung 5 mit einer Primärrezirkulation und einer Sekundärrezirkulation beschrieben. Die Rezirkulationseinrichtung 5 kann jedoch in deren Basiskonfiguration auch nur eine Primärrezirkulation und keine Sekundärrezirkulation aufweisen. Bei dieser Basiskonfiguration der Rezirkulationseinrichtung können entsprechend die für die Sekundärrezirkulation erforderlichen Komponenten vollständig entfallen, beispielsweise können der Rezirkulationseintrittskanalteiler 532, der Sekundärrezirkulationskanal 57 und eine zugehörige Sekundärmischeinheit 5b, welche erläutert wird, sowie die Rezirkulationsdüsen 291 entfallen.
  • Es kann wiederum alternativ auch nur eine Primärrezirkulation derart vorgesehen sein, dass zwar die Sekundärmischeinheit 5b und die zugehörigen Kanäle entfallen, und das Gemisch der Primärrezirkulation jedoch nicht nur unter den Drehrost 25 zugeführt wird, sondern dieses auch (beispielsweise über einen weiteren Kanal) zu den in dieser Variante vorgesehenen Rezirkulationsdüsen 291 zugeführt wird. Diese Variante ist mechanisch einfacher und damit kostengünstiger, und weist jedoch trotzdem die Rezirkulationsdüsen 291 zur Drallbildung der Strömung in der Brennkammer 24 auf.
  • Am Eingang der Rauchgasrezirkulationseinrichtung 5 können ein Luftmengensensor, eine Unterdruckdose, ein Temperatursensor, ein Abgassensor und/oder ein Lambda-Sensor vorgesehen sein.
  • Weiter können anstatt von nur drei Drehrostelementen 252, 253 und 254 auch zwei, vier oder mehr Drehrostelemente vorgesehen sein. Beispielsweise fünf Drehrostelemente könnten mit der gleichen Symmetrie und Funktionalität angeordnet sein, wie die vorgestellten drei Drehrostelemente. Zudem können die Drehrostelemente auch unterschiedlich zueinander geformt oder ausgebildet sein. Mehr Drehrostelemente haben den Vorteil, dass die Brecherfunktion verstärkt wird.
  • Zu den angegebenen Maßen ist anzumerken, dass auch abweichend von diesen andere Maße bzw. Maßkombinationen vorgesehen werden können.
  • Anstelle der konvexen Seiten der Drehrostelemente 252 und 254 können auch konkave Seiten dieser vorgesehen sein, wobei die Seiten des Drehrostelements 253 in Folge komplementär konvex geformt sein können. Dies ist funktional annähernd gleichwertig.
  • Als Brennstoffe der Biomasse-Heizanlage können auch andere Brennstoffe als Hackgut oder Pellets verwendet werden.
  • Der Drehrost kann alternativ auch als Kipprost bezeichnet werden.
  • Die vorliegend offenbarte Biomasse-Heizanlage kann auch ausschließlich mit einer Art eines Brennstoffs befeuert werden, beispielsweise nur mit Pellets.
  • Die Brennkammersteine 29 können auch ohne die Rezirkulationsdüsen 291 vorgesehen sein. Dies kann insbesondere für den Fall gelten, bei welchem keine Sekundärrezirkulation vorgesehen ist.
  • Die Geometrie insbesondere des Umfangs der der Drehrostelemente 252, 253, 254 kann von der in Fig. 14a dargestellten Geometrie abweichen. Damit kann die Lehre betreffend der winkligen Anordnung der schlitzförmigen Öffnungen 256 der Fig. 14a auch auf andere Arten und Formen von Rosten Anwendung finden. Zudem können beispielsweise auch Kipp- oder Schieberoste mit der winkligen Anordnung der schlitzförmigen Öffnungen 256 vorgesehen werden.
  • Die hierin offenbarten Ausführungsformen wurden zur Beschreibung und zum Verständnis der offenbarten technischen Sachverhalte bereitgestellt und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken. Daher ist dies so auszulegen, dass der Umfang der vorliegenden Offenbarung jede Änderung oder andere verschiedene Ausführungsformen beinhaltet, die auf dem technischen Geist der vorliegenden Offenbarung basieren.
    • (Bezugszeichenliste)
    • 1
    Biomasse-Heizanlage
    11
    Kessel
    12
    Kesselfuß
    13
    Kesselgehäuse
    14
    Wasserzirkulationseinrichtung
    15
    Gebläse
    16
    Außenverkleidung
    125
    Reinigungseinrichtung
    121
    Befestigung mit Anschlag
    122
    Aufhängung
    123
    Drehachse/Lager/Gelenk
    124
    Schlagarm
    124a, 124b
    erstes Ende, zweites Ende des Schlagarms
    126
    Schlagarmkopf
    127
    Masseelement
    127x
    Masseelemente (x= 1 bis 5)
    127a, 127b
    Fläche des Masseelements
    128a, 128b
    Anschlagfläche
    129
    Stechelement
    130
    Vorsprünge des Stechelements
    131
    Befestigungsteil des Stechelements
    132
    Mittelteil des Stechelements
    133
    Gleitlager bzw. Buchse der Führung
    134
    Aussparung im Masseelement
    2
    Brenneinrichtung
    21
    erste Wartungsöffnung für die Brenneinrichtung
    22
    Drehmechanikhalterung
    23
    Drehmechanik
    24
    Brennkammer
    25
    Drehrost
    26
    Primärverbrennungszone der Brennkammer
    27
    Sekundärverbrennungszone bzw. Strahlungsteil der Brennkammer
    28
    Brennstoffbett
    29
    Brennkammersteine
    A1
    erste Horizontalschnittlinie
    A2
    erste Vertikalschnittlinie
    201
    Zündeinrichtung
    202
    Brennkammerschräge
    203
    Brennkammerdüse
    211
    Dämmmaterial bspw. Vermiculite
    231
    Antrieb bzw. Motor(en) der Drehmechanik
    251
    Bodenplatte des Drehrosts
    252
    Erstes Drehrostelement
    253
    Zweites Drehrostelement
    254
    Drittes Drehrostelement
    255
    Übergangselement
    256
    Öffnungen
    257
    Rostlippen
    258
    Verbrennungsfläche
    259
    Drehlagesensor
    260
    Auflageflächen der Brennkammersteine
    261
    Nut
    262
    Vorsprung
    263
    Ring
    264
    Halterungssteine
    265
    Schräge der Halterungssteine
    291
    Sekundärluft bzw. Rezirkulationsdüsen
    298
    Stellen mit schlechterer Reinigungswirkung
    299
    Stellen mit guter Reinigungswirkung
    3
    Wärmetauscher
    31
    Wartungsöffnung für Wärmetauscher
    32
    Kesselrohre
    33
    Kesselrohreintritt
    34
    Wendekammereintritt
    35
    Wendekammer
    36
    Federturbulator
    37
    Band- oder Spiralturbulator
    38
    Wärmetauschmedium
    331
    Isolation am Kesselrohreintritt
    4
    Filtereinrichtung
    41
    Abgasausgang
    42
    Elektrodenversorgungsleitung
    43
    Elektrodenhalterung
    44
    Filtereintritt
    45
    Elektrode
    46
    Elektrodenisolation
    47
    Filteraustritt
    48
    Käfig
    49
    Rauchgaskondensator
    411
    Rauchgaszuleitung zum Rauchgaskondensator
    412
    Rauchgasausgang aus dem Rauchgaskondensator
    481
    Käfighalterung
    491
    erster Fluidanschluss
    491
    zweiter Fluidanschluss
    493
    Wärmetauscherrohr
    4931
    Rohrhalteelement
    4932
    Rohrbodenelement
    4933
    Schlaufen/Umkehrstellen
    4934
    erste Zwischenräume der Wärmetauscherrohre zueinander
    4935
    zweite Zwischenräume der Wärmetauscherrohre zu der Außenwand des Rauchgaskondensators
    4936
    Durchlässe
    495
    Kopfelement
    4951
    Kopfelementströmungsführung
    496
    Kondensataustritt
    4961
    Kondensatsammeltrichter
    497
    Flansch
    498
    Seitenfläche mit Wartungsöffnung
    499
    Halterungseinrichtung für den Rauchgaskondensator
    5
    Rezirkulationseinrichtung
    50
    Ringkanal um Brennkammersteine
    52
    Luftventil
    53
    Rezirkulationseintritt
    54
    Primärmischkanal
    55
    Sekundärmischkanal oder Sekundärtemperierungskanal
    56
    Primärrezirkulationskanal
    57
    Sekundärrezirkulationskanal
    58
    Primärluftkanal
    59
    Sekundärluftkanal
    5a
    Primärmischeinheit
    5b
    Sekundärmischeinheit
    521
    Ventilstellaktor
    522
    Ventilstellachsen
    523
    Ventilflügel
    524
    Ventilgehäuse
    525
    Ventilvorkammer
    526
    Ventildurchtrittsöffnung
    527
    Ventilkörper
    528
    Ventilfläche
    531
    Rezirkulationseintrittskanal
    532
    Rezirkulationseintrittskanalteiler
    541
    Primärdurchtritt
    542
    Primärmischkammer
    543
    Primärmischkammeraustritt
    544
    Primärreziventileintritt
    545
    Primärluftventileintritt
    546
    Primärmischkammergehäuse
    551
    Sekundärdurchtritt
    552
    Sekundärmischkammer
    553
    Sekundärmischkammeraustritt
    554
    Sekundärreziventileintritt
    555
    Sekundärluftventileintritt
    556
    Sekundärmischkammergehäuse
    581 Primärlufteintritt
    582 Primärluftsensor
    591 Sekundärlufteintritt
    592 Sekundärluftsensor
    6 Brennstoffzufuhr
    61 Zellradschleuse
    62 Achse der Brennstoffzufuhr
    63 Übersetzungsmechanik
    64 Brennstoffzufuhrkanal
    65 Brennstoffzufuhröffnung
    66 Antriebsmotor
    67 Brennstoff-Förderschnecke
    7 Ascheabfuhr
    71 Ascheaustragungsschnecke
    711 Schneckenachse
    712 Zentrierungsscheibe
    713 Wärmetauscherabschnitt
    714 Brennerabschnitt
    72 Motor der Ascheabfuhr mit Mechanik
    73 Übergangsschnecke
    731 rechter Unterabschnitt - nach links steigende Schnecke
    732 linker Unterabschnitt -nach rechts steigende Schnecke
    74 Aschebehälter / Aschewanne
    75 Übergangschneckengehäuse
    751 Öffnung des Übergangsschneckengehäuses
    752 Begrenzungsblech
    753 Hauptkörperabschnitt des Gehäuses
    754 Befestigungs- und Trennelement
    755 Trichterelement
    81 Lagerachsen
    82 Drehachse der Brennstoff-Niveauklappe
    83 Brennstoff-Niveauklappe
    831 Hauptfläche
    832 Mittenachse der Drehachse bzw. Lagerwelle 81
    833 Oberflächenparallele
    834 Öffnungen
    84 Lagerkerbe
    85 Sensorflansch
    86 Glutbetthöhenmessmechanik
    9 Reinigungseinrichtung
    91 Reinigungsantrieb
    92 Reinigungswellen
    93 Wellenhalterung
    94 Fortsatz
    95 Turbulatorhalterungen
    951 Drehlageraufnahme
    952 Fortsätze
    953 Durchlässe
    954 Ausnehmungen
    955 Drehlagergestänge
    96 zweiarmiger Schlaghebel
    97 Anschlagkopf
    E Einschubrichtung des Brennstoffs
    S∗ Strömungspfeile
    F1 Fallstartposition
    D1 erste Drehrichtung
    D2,D3 zweite Drehrichtungen, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt sind
    H Horizontale
    FS Schlagkraft
    Ms Masseschwerpunkt
    S (ST) Herabfallrichtung
    Le Längsachse der Schlitze
    ST Herabfallvektor des Masseelements 127x

Claims (17)

  1. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1), aufweisend
    zumindest ein Drehrostelement (252, 253, 254) mit einer Perforation aus einer Mehrzahl von schlitzförmigen Öffnungen (256);
    zumindest eine Lagerachse (81), mittels der das Drehrostelement (252, 253, 254) drehbar gelagert ist;
    zumindest eine an einem der Drehrostelemente (252, 253, 254) angebrachte Reinigungseinrichtung (125), wobei die Reinigungseinrichtung (125) ein relativ zum Drehrostelement (252, 253, 254) bewegliches Masseelement (127x) und an dem Masseelement (127x) angebrachte Stechelemente (129) für die Öffnungen (256) aufweist;
    wobei die Reinigungseinrichtung (125) derart eingerichtet ist, dass bei Drehung des Drehrostelements (252, 253, 254) eine Beschleunigungsbewegung des Masseelements (127x) initiiert wird, so dass die Reinigungseinrichtung (125) eine Klopfwirkung auf das Drehrostelement (252, 253, 254) und eine Stechwirkung für die Öffnungen (256) ausübt, um das Drehrostelement (252, 253, 254) mit dessen Öffnungen (256) abzureinigen.
  2. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß Anspruch 1, wobei
    die Reinigungseinrichtung (125) derart eingerichtet ist, dass
    das Masseelement (127x) bei Drehung des Drehrostelements (252, 253, 254) zur Initiierung der Beschleunigungsbewegung auf eine Fallstartposition (F1) angehoben wird, von dem aus das Masseelement (127x) unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung mittels einer Linearführung (122, 133) linear herabfällt, um die Klopfwirkung auf das Drehrostelement (252, 253, 254) und zugleich die Stechwirkung für die Öffnungen (256) zu erzeugen.
  3. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei
    eine Fallhöhe für das Herabfallen des Masseelements (127x) und eine Masse des Masseelements (127x) derart eingerichtet sind, dass beim Herabfallen Aschedepositionen an und in den Öffnungen (256), welche durch Versinterung entstanden sind, durch die Stechwirkung entfernt werden können.
  4. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei
    die Linearführung (122, 133) als eine lineare Schlittenführung mit zwei Aufhängungen (122) und zwei komplementären Führungsöffnungen (133) ausgestaltet ist.
  5. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei
    die Stechelemente (129) kammförmig mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen (130) ausgestaltet sind.
  6. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei
    die Stechelemente (129) eine Länge derart aufweisen, dass diese die Öffnungen (256) vollständig durchdringen können, und
    die Stechelemente (129) derart mit Vorsprüngen (130) ausgestaltet sind, dass sich die Vorsprünge (130) in Richtung derer distalen Enden stetig verjüngen; und
    die Stechelemente (129) derart angeordnet sind, dass diese jeweils komplementär zu den Öffnungen (256) vorgesehen sind.
  7. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei
    die Stechelemente (129) plattenförmig ausgestaltet sind, und
    die Stechelemente (129) ein Befestigungsteil (131) zur Befestigung an dem Masseelement (127x) aufweisen, und
    die Stechelemente (129) eine Mehrzahl von sich in Längenrichtung des Stechelements (12) verjüngenden Vorsprüngen (130) aufweisen, und
    die Stechelemente (129) ein Mittelteil (132) zwischen dem Befestigungsteil (132) und den Vorsprüngen (130) aufweist.
  8. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei
    wobei eine Länge des Mittelteils derart bemessen ist, dass dieses das Drehrostelement (252, 253,254) vollständig durchdringen kann.
  9. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei
    das Masseelement (127x) schlitzförmige Ausnehmungen aufweist, in welche die Stechelemente (129) zur Befestigung der Stechelemente (127x) an dem Masseelement (127x) aufgenommen sind.
  10. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei
    das Masseelement (127x), an welchem die Stechelemente (129) befestigt sind, derart eingerichtet ist, dass für jede Öffnung (256) des Drehrostelements (252, 253, 254) ein Stechelement (129) vorgesehen ist.
  11. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei
    die Reinigungseinrichtung (125) das Folgende aufweist:
    eine an dem Drehrostelement (252, 253, 254) angebrachte Aufhängung (122) und Gleitlager (133) in den Masseelementen (127x), welche gemeinsam eine lineare Schlittenführung ausbilden, welche eine lineare Bewegung des Masseelements (127x) zu dem Drehrostelement (252, 253, 254) und von diesem weg ermöglicht.
  12. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei
    für ein Drehrostelement (252, 253, 254) zumindest drei Reinigungseinrichtungen (125) vorgesehen sind, wobei eine Reinigungseinrichtung auf einer Lagerachse (81) des Drehrostelements (252, 253, 254) vorgesehen ist, und die anderen Reinigungseinrichtungen (125) jeweils benachbart zueinander vorgesehen sind.
  13. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei
    das Masseelement (127x) Gleitlager (133) als die Führungsöffnungen (133) zur Aufnahme der Aufhängung (122) aufweist
    das Masseelement (127x) zwei Außenplatten aufweist, zwischen denen sandwichartig eine Mehrzahl von Innenplatten vorgesehen ist, wobei die Innenplatten Aussparungen (134) aufweisen, welche sich bis zu dem Gleitlager (133) erstrecken.
  14. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei
    die Reinigungseinrichtung (125) an der Unterseite des Drehrostelements (252, 253, 254), die einer Verbrennungsfläche (258) des Drehrostelements (252, 253, 254) entgegengesetzt ist, angebracht ist.
  15. Drehrost (25) für eine Biomasse-Heizanlage (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei
    der Drehrost (25) ein erstes Drehrostelement (252), ein zweites Drehrostelement (253) und ein drittes Drehrostelement (254) aufweist, die jeweils um die jeweilige Lagerachse (81) um zumindest 90 Grad drehbar angeordnet sind.
  16. Verfahren zum Abreinigen eines Drehrosts (25) einer Biomasse-Heizanlage (1), wobei der Drehrost (25) das Folgende aufweist:
    zumindest ein Drehrostelement (252, 253, 254) mit einer Perforation aus einer Mehrzahl von schlitzförmigen Öffnungen (256);
    zumindest eine Lagerachse (81), mittels der das Drehrostelement (252, 253, 254) drehbar gelagert ist;
    zumindest eine an einem der Drehrostelemente (252, 253, 254) angebrachte Reinigungseinrichtung (125), wobei die Reinigungseinrichtung (125) ein relativ zum Drehrostelement (252, 253, 254) linear bewegliches Masseelement (127x) mit einer Mehrzahl von Stechelementen (129) aufweist;
    wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    Drehen des Drehrostelements (252,253,254) in eine erste Richtung (D1) und damit einhergehendes Bewegen des Masseelements (127x) der Reinigungseinrichtung (125);
    Initiieren einer Beschleunigungsbewegung des Masseelements (127x);
    Anschlagen des Masseelements (127x) mit Klopfwirkung auf einer Anschlagfläche (128a, 128b) entweder des Drehrostelements (252, 253, 254) oder der Reinigungseinrichtung (125) zur Abreinigung des Drehrostelements (252, 253, 254) und mit einer Stechwirkung in die Öffnungen (256) mittels der Stechelemente (129).
  17. Verfahren zum Abreinigen eines Drehrosts (25) einer Biomasse-Heizanlage (1), gemäß Anspruch 16, wobei
    das Masseelement (127x) bei Drehung des Drehrostelements (252, 253, 254) zur Initiierung der Beschleunigungsbewegung auf eine Fallstartposition (F1, F2) angehoben wird, von dem aus das Masseelement (127x) unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung linear herabfällt, um die Klopfwirkung auf das Drehrostelement (252, 253, 254) zu erzeugen.
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