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EP4375570B1 - Biomass heating system with improved cleaning and blockage detection thereof - Google Patents

Biomass heating system with improved cleaning and blockage detection thereof Download PDF

Info

Publication number
EP4375570B1
EP4375570B1 EP22209601.8A EP22209601A EP4375570B1 EP 4375570 B1 EP4375570 B1 EP 4375570B1 EP 22209601 A EP22209601 A EP 22209601A EP 4375570 B1 EP4375570 B1 EP 4375570B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotation
combustion
heating system
boiler
combustion chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP22209601.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP4375570C0 (en
EP4375570A1 (en
Inventor
Thilo SOMMERAUER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SL Technik GmbH
Original Assignee
SL Technik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SL Technik GmbH filed Critical SL Technik GmbH
Priority to EP22209601.8A priority Critical patent/EP4375570B1/en
Publication of EP4375570A1 publication Critical patent/EP4375570A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP4375570B1 publication Critical patent/EP4375570B1/en
Publication of EP4375570C0 publication Critical patent/EP4375570C0/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23BMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B60/00Combustion apparatus in which the fuel burns essentially without moving
    • F23B60/02Combustion apparatus in which the fuel burns essentially without moving with combustion air supplied through a grate
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23HGRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
    • F23H15/00Cleaning arrangements for grates; Moving fuel along grates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J1/00Removing ash, clinker, or slag from combustion chambers
    • F23J1/06Mechanically-operated devices, e.g. clinker pushers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J3/00Removing solid residues from passages or chambers beyond the fire, e.g. from flues by soot blowers
    • F23J3/02Cleaning furnace tubes; Cleaning flues or chimneys
    • F23J3/023Cleaning furnace tubes; Cleaning flues or chimneys cleaning the fireside of watertubes in boilers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23HGRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
    • F23H2700/00Grates characterised by special features or applications
    • F23H2700/004Rotary grates with horizontal axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2700/00Ash removal, handling and treatment means; Ash and slag handling in pulverulent fuel furnaces; Ash removal means for incinerators
    • F23J2700/001Ash removal, handling and treatment means

Definitions

  • the invention relates to a blockage detection system for cleaning combustion residues in a biomass heating system.
  • the EP 4 056 900 A1 discloses a biomass heating system for burning fuel in the form of pellets and/or wood chips, comprising: a boiler with a combustion device, a heat exchanger with a plurality of boiler tubes, a cleaning device comprising: a drive unit for driving the cleaning device, a crank element coupled to the drive unit via a freewheel, wherein the drive unit can drive the crank element in a direction of rotation, a thrust member provided for reciprocating movement and coupled to the crank element; at least one cleaning shaft arranged in operative connection with the thrust member, at least one cleaning element arranged in operative connection with the cleaning shaft; wherein the cleaning device is configured such that the thrust member is displaced in a thrust direction upon rotation of the crank element in the direction of rotation by the drive unit; and the thrust member is displaced in an impulse direction opposite to the thrust direction after a predetermined crank rotational position of the crank element has been exceeded.
  • the US 2007/125281 A1 discloses a device for the combustion of granular, solid fuel, for example pellets and the like, this device comprising: a combustion chamber, an air inlet for supplying air to the combustion chamber via at least one air chamber and at least one air duct for achieving an air flow through the combustion chamber, a supply and metering arrangement for supplying the fuel into the combustion chamber, an ignition device for igniting the fuel, a control unit for operating the combustion device and parts cooperating therewith, an outlet for hot combustion gases from the combustion chamber, a movably arranged ash feeder with a drive unit controlled by the control unit for automatically supplying ash, ash, unburned fuel and slag products from the combustion chamber, wherein the ash feeder comprises a movable front part with a perforated bottom forming the above-mentioned inner bottom, which is movable between at least one operating position opening up the lower end of the fireplace and an ash emptying position, wherein a first temperature sensor is arranged in the vicinity of the
  • Biomass heating systems with outputs ranging from 20 to 500 kW are well known. Biomass can be considered an inexpensive, domestic, crisis-proof, and environmentally friendly fuel.
  • Combustible biomass, or solid fuel includes wood chips and pellets, for example.
  • the combustion chamber typically includes a fuel supply system, an air supply system, and a fuel ignition device.
  • the air supply system typically includes a high-performance, low-pressure fan to favorably influence the thermodynamic factors during combustion in the combustion chamber.
  • a fuel supply system can, for example, be provided with a side feed (so-called cross-feed firing). The fuel is fed into the combustion chamber from the side via a screw or piston.
  • the combustion chamber also typically contains a combustion grate, onto which the fuel is continuously fed and burned.
  • This combustion grate stores the fuel for combustion and has openings that allow a portion of the combustion air to pass through as primary air to the fuel.
  • the grate can also be rigid or movable. Movable grates typically serve to easily dispose of combustion residues created during combustion, such as ash and slag. However, these combustion residues can adhere or cake to the grate and require regular, inconvenient manual cleaning. The ash and slag can also clog the air supply openings in the grate, thereby adversely affecting combustion efficiency. Practice has shown that combustion residues can adhere or cake, particularly in the openings of the grate, making cleaning the grate even more difficult.
  • the grate As the primary air flows through the grate, the grate is also cooled, thus protecting the material. If the openings become clogged, this cooling effect is also impaired.
  • furnaces intended to be fed with different fuels which is the subject of the present disclosure, have the inherent problem that the different fuels have different ash melting points, water contents, and different combustion behaviors. This makes it difficult to provide a heating system that is equally well suited to different fuels and whose grates can be cleaned accordingly.
  • the combustion chamber can also be regularly divided into a primary combustion zone (immediate combustion of the fuel on the grate) and a secondary combustion zone (afterburning of the flue gas). Drying, pyrolytic decomposition, and gasification of the fuel take place in the combustion chamber. Secondary air can also be introduced to completely combust the resulting combustible gases.
  • the combustion of pellets or wood chips essentially consists of two phases.
  • the fuel is heated to high temperatures Temperatures and air that can be blown into the combustion chamber are at least partially pyrolytically decomposed and converted into gas.
  • the combustion of the gasified portion and any remaining solids occur. As a result, the fuel outgasses, and the resulting gas is co-combusted.
  • Gasification can be considered a part of oxidation; the solid, liquid, and gaseous products formed during pyrolytic decomposition are reacted by further heat. This occurs with the addition of a gasification agent such as air, oxygen, or even steam.
  • a gasification agent such as air, oxygen, or even steam.
  • the lambda value during gasification is greater than zero and less than one. Gasification takes place between approximately 300 and 850°C. Above approximately 850°C, complete oxidation occurs with excess air (lambda greater than 1).
  • the reaction end products are essentially carbon dioxide, steam, and ash. The boundaries between all phases are not rigid, but fluid.
  • the combustion process can be advantageously controlled using a lambda probe located at the boiler's exhaust outlet.
  • the efficiency of combustion is increased by converting pellets into gas because gaseous fuel is better mixed with the combustion air, and lower emissions of pollutants, less unburned particles and ash are produced.
  • the combustion of biomass produces airborne combustion products whose main components are carbon, hydrogen and oxygen. These can be divided into emissions from complete oxidation, incomplete oxidation and substances from trace elements or impurities. Emissions from complete oxidation are essentially carbon dioxide ( CO2 ) and water vapor ( H2O ).
  • CO2 carbon dioxide
  • H2O water vapor
  • the formation of carbon dioxide from the carbon in the biomass is the aim of combustion, as this allows the released energy to be used.
  • the release of carbon dioxide ( CO2 ) is largely proportional to the carbon content of the burned fuel; thus, the carbon dioxide also depends on the useful energy available. A reduction can essentially only be achieved by improving efficiency. Combustion residues such as ash and slag are also produced in every case and can adhere firmly to the grate.
  • grate cleaning is a highly variable process that depends on the specific conditions of ash and slag formation.
  • Conventional state-of-the-art solutions involve cleaning processes and devices that are therefore significantly oversized and extensive. There is a significant need for optimization in this regard.
  • the biofuel may be contaminated. These contaminants can increase ash and slag formation and/or cause blockages in the grate openings and the rotating mechanism. Blockages can also occur in rotating grates.
  • pellets that fall into the combustion chamber can roll or slip out of the grid or grate and fall into an area of the combustion chamber
  • Pellets can enter a room where the temperature is lower or where the air supply is poor, or they can even fall into the lowest chamber of the boiler.
  • Pellets that do not remain on the grate or grate burn incompletely, resulting in 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.
  • One problem is that incomplete combustion due to the uneven distribution of fuel on the grate and the suboptimal mixing of air and fuel promotes the accumulation and falling of unburned ash through the air inlet openings that lead directly to the combustion grate into the air ducts.
  • the hybrid technology is intended to enable the use of both pellets and wood chips with water contents between 8 and 35 percent by weight.
  • the above-mentioned task(s) or the potential individual problems may also relate to other aspects of the overall system, for example the combustion chamber or the air flow through the grate.
  • the biomass heating system is arranged to detect the blockage only if the determined rotational speed is less than the predetermined threshold value in at least two consecutive determinations.
  • the heat exchanger comprises a plurality of boiler tubes with turbulators located therein; and the sensor is a position sensor that can directly or indirectly detect a rest position of the turbulators.
  • a method for detecting a blockage of a rotating grate of a biomass heating system comprises: a boiler with a combustion device and with a heat exchanger, a control device with a storage device; at least one sensor that can detect a state of an ash removal device for cleaning combustion residues from the boiler; wherein the method comprises the following steps: detecting, by the control device, a blockage of the ash removal device by evaluating information from the sensor.
  • the biomass heating system further comprises the following: a rotating grate of the combustion device with at least one rotating grate element rotatably mounted with a rotation axis; at least one rotation angle sensor which can detect a rotation angle of the rotation axis and which is communicatively connected to the control device; at least one drive for rotating the rotation axis, wherein the drive is controlled by the control device, wherein the method comprises the following steps: determining the rotation speed of the at least one Rotating grate element; comparing the determined rotational speed with a predetermined threshold value; detecting a blockage of a rotation of the at least one rotating grate element if the comparison shows that the rotational speed is less than the threshold value.
  • determining the rotational speed comprises the following steps: detecting a first rotational angle at a first time; detecting a second rotational angle at a second time, which is set a predetermined waiting time after the first time; calculating the difference between the first rotational angle and the second rotational angle.
  • the blockage is only detected if the determined rotational speed is less than the predetermined threshold value in at least two consecutive determinations.
  • the following is disclosed, further comprising the following steps: carrying out a breaker function upon positive detection of the blockage of the rotation in a first direction of rotation, wherein the breaker function consists in that the at least one rotating grate element is rotated back in a second direction of rotation for a predetermined time counter to the first direction of rotation, and subsequently the at least one rotating grate element is rotated again in the first direction of rotation.
  • “Horizontal” in this case can refer to a flat alignment of an axis or cross-section, assuming that the boiler is also installed horizontally, whereby, for example, the ground level can be the reference.
  • “horizontal” in this case can mean “parallel” to the base plane of the boiler, as this is commonly defined.
  • “horizontal” can be understood merely as at least approximately perpendicular to the direction of action of the Earth's gravitational force or acceleration.
  • a term such as "A or B,” “at least one of A and/or B,” or “one or more of A and/or B” may include all possible combinations of features listed together.
  • Terms such as “first,” “second,” “primary,” or “secondary” used herein may represent various elements regardless of their order and/or meaning and do not limit corresponding elements.
  • an element e.g., a first element
  • another element e.g., a second element
  • the element may be connected directly to the other element or may be connected to the other element via another element (e.g., a third element).
  • a term “configured to” (or “adapted to) used in the present disclosure may be replaced with “suitable for,” “suitable for,” “adapted to,” “made to,” “capable of,” or “designed to,” as technically feasible.
  • a term “device configured to” or “adapted to” may mean that the device can operate in conjunction with another device or component, or can perform a corresponding function.
  • the biomass heating system 1 of the present disclosure will be described in general in order to shed more light on the "environment" of the cleaning and in particular of the ash removal devices 7, 25, i.e., the present rotating grate 25 with its cleaning and also the ash screw 71.
  • Fig. 1 shows a three-dimensional overview view of the biomass heating system 1 according to an embodiment of the invention.
  • the arrow V indicates the front view of the system 1
  • the arrow S indicates the side view of the system 1.
  • the biomass heating system 1 comprises a boiler 11 mounted on a boiler base 12.
  • the boiler 11 has a boiler housing 13, for example, made of sheet steel. Insulation of the boiler 11 is not fully illustrated.
  • a combustion device 2 Located in the front part of the boiler 11 is a combustion device 2 (not shown), which can be accessed via a first maintenance opening with a closure 21.
  • a rotating mechanism holder 22 (not shown) for a rotating grate 25 supports a rotating mechanism 23, with which drive forces can be transmitted to rotating axes 81 or bearing axes 81 of the rotating grate 25.
  • the rotating mechanism 23 can preferably have an expandable transmission element, for example a toothed belt, which transmits the drive forces of the motor 231 to the rotating axis 81.
  • the rotating grate 25 has a dual function in this case. On the one hand, it is a grate for the fuel, and on the other hand, it also serves as an ash removal device 25, since it can remove the combustion residues by tipping them away.
  • an electrostatic filter device 4 (also referred to as filter 4 for short) with an electrode 45 (cf. Fig. 2 ff.), which is suspended by an insulating electrode holder 43 and which is energized via an electrode supply line 42.
  • the filter device 4 has a tubular internal volume 46b, which extends in a longitudinal direction of the filter device 4.
  • the exhaust gas from the biomass heating system 1, which has flowed through the filter device 4 is discharged via an exhaust gas outlet 41, which is arranged fluidically downstream of the filter device 4.
  • a fan or blower can be provided here.
  • a recirculation device 5 is provided behind the boiler 11, which recirculates part of the flue or exhaust gas via recirculation ducts 51, 53 and 54 and flaps 52 for cooling the combustion process and reuse in the combustion process.
  • the biomass heating system 1 has a fuel feed 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 rotating grate 25.
  • the fuel feed 6 has a rotary valve 61 with a fuel feed opening 65, wherein the rotary valve 61 has a drive motor 66 with control electronics.
  • An axle 62 driven by the drive motor 66 drives a transmission mechanism 63, which can drive a fuel conveyor screw 67 (not shown), so that the fuel is conveyed to the combustion device 2 in a fuel feed channel 64.
  • an ash removal device 7 which has an ash removal screw 71 in an ash removal channel, which is driven by a motor 72.
  • This ash removal device 7 is preferably configured such that when the ash removal screw 71 is rotated by the motor 72, the turbulators in the heat exchanger 3 are also moved back and forth, thus cleaning the heat exchanger. Slag or other residues from combustion (e.g., nails) can become trapped in this ash removal device 7 and jam the ash removal device 7.
  • the biomass heating system 1 further comprises a control device 100.
  • This control device 100 is provided with a conventional processor, volatile and non-volatile memory (e.g., (S-)RAM, ROM, flash, and/or cache memory), and various interfaces. Analog or digital inputs and outputs can be provided as interfaces. For example, CAN bus interfaces, 0-10 V analog inputs, or 4-20 mA analog inputs/outputs for sensors and actuators, and/or RS-232 interfaces can be provided.
  • the control device preferably (optionally) comprises at least one interface with an Internet protocol (IP, Ethernet, WLAN) according to known standards. This allows the control device to communicate, preferably via the Internet, with the data processing devices installed remotely from the biomass heating system 1.
  • IP Internet protocol
  • control device 100 can have a keyboard and/or a display for displaying operating data.
  • the display can also have a so-called touch function, allowing an operator to make inputs on the display.
  • the control device 100 may also have a voltage generation unit which generates the voltage for the operation of the filter device 4.
  • a plurality of sensors are provided for detecting physical and/or chemical variables of the biomass heating system 1. Examples of such sensors are described in relation to the Fig. 2 described in more detail.
  • One of the sensors that may be communicatively connected to the control device 100 may be a boiler temperature sensor 115.
  • a combustion chamber 24 or boiler tubes 32 are at least partially surrounded by a heat exchange medium 38 (cf. Fig. 2 ), for example (heating) water.
  • the boiler temperature sensor 115 preferably measures or detects the temperature of the heat exchange medium 38 in the boiler 11 at a location that is representative of an average temperature of the heat exchange medium 38 in the boiler 11.
  • the temperature detected by the boiler temperature sensor 115 is communicated to the control device 100 (preferably as a signal, for example, a voltage signal, a current signal, or a digital signal), whereby the temperature (which may still need to be calculated from the signal; for example, a voltage of 1 volt could correspond to 10 degrees Celsius above zero) is available to the control device 100 for further processing.
  • a signal for example, a voltage signal, a current signal, or a digital signal
  • the control device can store the temperature detected by the boiler temperature sensor 115 in a (permanent or volatile) memory. The same applies analogously to all other detected sensor data.
  • boiler temperature sensor 115 and the detected temperature can also be applied to other sensors and physical or chemical quantities, in particular to the sensors which are described with reference to Fig. 2 described.
  • Sensors that can be used include, in particular, fuel bed height sensors or ember bed height sensors 86, the lambda probe 112, the exhaust gas temperature sensor 111, the vacuum sensor 113, and the heating water temperature sensor 114.
  • control device 100 can have sensors with which the (target) voltage that should be applied to the electrode 45 of the filter device 100 and the current If flowing in the filter device 4 can be detected.
  • the control device 100 can have current detection means for detecting the current through the electrode 45 or through the various motors.
  • the control device 100 can have voltage detection means for detecting the filter voltage Vf applied to the electrode 45 or the voltage applied to the respective motor.
  • At least one mechanical, optical, or inductive rotation angle sensor or position sensor 259 can be provided, with which the rotational position or angle of rotation of the rotating grate elements 252, 253, 254 can be detected.
  • a position sensor can be provided that can detect the rotational position of the ash auger 71.
  • a limit switch can be provided with which an end stop of the rotating grate on the transition element 255 (i.e. the rotating grate elements 252, 253, 254 are in their horizontal working position) can be detected.
  • At least one position sensor 75 (also referred to as cleaning sensor 76), which is, for example, an inductive position switch, is provided.
  • the position sensor 75 is provided for detecting the position or the rest or end position of the cleaning mechanism, which is driven by the motor 72, and/or the ash auger 71.
  • the cleaning sensor 76 can be provided in such a way that it can detect a rest position of the cleaning mechanism.
  • the cleaning sensor 76 can output a positive signal when the cleaning mechanism is in its rest position (for example, the turbulators are in their lowest position) and is not actively deflected by the motor 72.
  • the cleaning sensor 76 can, for example, be an inductive switch, wherein the presence or position of a rod, lever or similar mechanical
  • the coupling element between the screw 71 and the motor 72 in the rest position of the cleaning mechanism can be detected by the sensor 76 and/or the rotational position of the screw 71 and/or the height of the turbulators 36, 37.
  • a position sensor 75 can, for example, indirectly detect the rest position of the turbulators 36, 37 by detecting the position of a coupling element of the cleaning mechanism between the motor 72 and the turbulators 36, 37. By determining the position, conclusions can therefore be drawn about the state of the ash removal.
  • the actuators of the biomass heating system 1 can also be communicatively connected to the control device 100.
  • the air valves 52 of the recirculation device 5, the ignition device 201, the motors 231 and 66, the electrostatic filter 4 or the electrostatic precipitator 4 (e.g., its on/off state Sf,), the ash removal system 7 or its motor 72, the fuel supply system 6 with its rotary valve 61 or its drive motor 66 can be controlled by the control device 100.
  • the control device 100 controls the at least one motor 231 or a drive unit 231 for rotating the rotating grate elements 252, 253, 254 explained later.
  • the control device can also detect the current flowing through the at least one motor using a current sensor. Furthermore, the voltage applied to the motor can optionally also be detected, and thus the (control) power required for motor rotation can also be calculated.
  • the filter device 4 is communicatively connected to the control device 100 such that the state, voltage, and/or current supply of the electrode 45 can be controlled.
  • the control device 100 can be configured such that the on/off state Sf of the electrode 45 and its voltage Vf can be adjusted.
  • the voltage can be adjusted within a range of 10-80 kV, preferably within a range of 10-60 kV.
  • the control device 100 can thus regulate the biomass heating system 1. At least one recorded physical/chemical variable and/or at least An electrical variable of at least one sensor of the biomass heating system 1 is/are communicated to the control device 100.
  • the biomass heating system 1 uses this variable(s) to calculate a control response, which in turn is used to adjust at least one actuator of the biomass heating system 1.
  • the adjustment of the at least one actuator influences the physical/chemical processes in the biomass heating system 1 (in particular those of combustion), which are in turn detected by the at least one sensor. This closes at least one control loop. Due to the large number of possible control tasks of the control device 100, the control device 100 can also control more than one control loop of the biomass heating system simultaneously.
  • control of the filter device (voltage control of the electrode 45) can be based on various detected variables.
  • Fig. 2 shows a cross-sectional view through the biomass heating system 1 of the Fig. 1 , which was made along a section line SL1, and which is shown viewed from the side view S.
  • Fig. 3 which has the same cut as Fig. 2
  • the flue gas flows "S" and flow cross-sections are shown schematically (These flows also correspond to process steps S1...S7, from the generation of the flue gas to the outlet from the biomass heating system 11).
  • Fig. 3 It should be noted that individual areas are different from the Fig. 2 are shown dimmed. This is only for the clarity of the Fig. 3 and the visibility of the flow arrows S5, S6 and S7.
  • Fig. 2 From left to right are Fig. 2
  • the combustion device 2, the heat exchanger 3, and an (optional) filter device 4 of the boiler 11 are provided.
  • the boiler 11 is mounted on the boiler base 12 and has a multi-walled boiler casing 13 in which water or another fluid heat exchange medium 38 can circulate.
  • a water circulation device 14 with a pump, valves, pipes, 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 fuel combustion process essentially takes place.
  • the combustion chamber 24 has a multi-part rotating grate 25 on which the fuel bed 28 rests.
  • the multi-part rotating grate 25 is rotatably mounted by means of a plurality of bearing axes 81.
  • All secondary air nozzles 291 are aligned in such a way that they each either a right-handed or a left-handed flow.
  • each secondary air nozzle 291 can contribute to the creation of the vortex flows, with each secondary air nozzle 291 having a similar orientation.
  • individual secondary air nozzles 291 can also be arranged neutrally (oriented toward the center) or counter-rotating (with opposite orientation), although this may impair the fluidic efficiency of the arrangement.
  • Electrostatic dust filters also known as electrostatic precipitators in science, are devices for separating particles from gases based on the electrostatic principle. These filter devices are used primarily for the electrical purification of exhaust gases.
  • electrostatic precipitators dust particles are electrically charged by a corona discharge from a discharge electrode and drawn to the oppositely charged electrode (precipitation electrode). The corona discharge takes place on a suitable, charged high-voltage electrode (also called a discharge electrode) inside the electrostatic precipitator.
  • the (spray) electrode 45 is designed with protruding tips and possibly with sharp edges because the density of the field lines and thus also the electric field strength is greatest there and thus the corona discharge is favored.
  • the opposite electrode (counter electrode or collecting electrode) usually consists of a grounded exhaust pipe section or a cage-like arrangement that is mounted or provided around the electrode.
  • the separation efficiency of an electrostatic precipitator depends in particular on the residence time of the exhaust gases in the filter system and the voltage between the spray and separation electrodes.
  • the required rectified high voltage is provided by the voltage generation unit of the control device 100 (not shown).
  • the electrode 45 consists at least largely of a high-quality spring steel or chrome steel and is held by an electrode holder 43 via an insulator 46, ie an electrode insulation 46.
  • the holder 43 for the electrode 45 and, in particular, the insulator 46 are exposed to dust and contamination, as they are located on or in the flue gas-carrying interior. Therefore, special measures are required to prevent unwanted leakage currents.
  • the cage 48 can be moved by the cleaning system 7 to also clean the filter 4. Such movement can be accompanied by the movement of the turbulators 36, 37.
  • an optimized rod-shaped electrode 45 is held approximately centrally in an approximately chimney-shaped or elongated interior of the filter device 4.
  • This (spray) electrode 45 hangs downwards in the interior of the filter device 4 in a manner capable of oscillating or pendulum motion.
  • the electrode 45 can, for example, oscillate back and forth transversely to the longitudinal axis of the electrode 45.
  • a cage 48 serves simultaneously as a counter electrode and as a cleaning mechanism for the filter device 4.
  • the cage 48 is connected to the ground or earth potential.
  • the flue gas or exhaust gas flowing in the filter device 4 (see arrows S6) is filtered by the prevailing potential difference, as explained above.
  • the arrows S6 roughly indicate the range in which a flow velocity of the flue gas is to be determined as a reference.
  • the flow velocity is in a range of 0.5 to 3 m/s, preferably in a range of 1 to 2 m/s when the biomass heating system is operated at full load.
  • Full load operation is understood to mean operation of the biomass heating system in which at least 90% of the nominal output [kW] (for which the boiler 11 is designed and regularly certified) is delivered.
  • Partial load operation means operation of the boiler 11 or the biomass heating system 1 below these 90%.
  • the indicator line WT3 indicates an exemplary cross-sectional line through the filter device 4, in which the flow is as homogeneous as possible or roughly evenly distributed across the cross-section of the boiler tubes 32 (due, among other things, to flow baffles at the inlet of the filter device 4 and the geometry of the turning chamber 35).
  • a uniform flow through the filter device 3 or the last boiler pass minimizes streak formation and thus also optimizes the separation efficiency of the filter device 4 and the heat transfer in the biomass heating system 1.
  • the cage 48 preferably has an octagonal, regular cross-sectional profile, as can be seen, for example, in the view of the Fig. 13
  • 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 filter device 4 is advantageously fully integrated into the boiler 11, whereby the wall surface facing the heat exchanger 3 and flushed with the heat exchange medium is also used for heat exchange from the direction of the filter device 4, thus further improving the efficiency of the system 1.
  • the wall surface facing the heat exchanger 3 and flushed with the heat exchange medium is also used for heat exchange from the direction of the filter device 4, thus further improving the efficiency of the system 1.
  • at least a portion of the wall of the filter device 4 can be flushed with the heat exchange medium, whereby at least a portion of this wall is cooled with boiler water.
  • the purified exhaust gas flows out of the filter device 4, as indicated by the arrows S7. After exiting the filter, a portion 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 exhaust gas or flue gas intended for recirculation can also be referred to as "reci” or “reci-gas” for short.
  • the remaining part of the exhaust gas is led out of the boiler 11 via the exhaust gas outlet 41.
  • the arrow S8 indicates a flue gas flow or swirl, in which flue gas does not exit directly from the filter 4, but forms a reversal or vortex flow in a dead volume of the filter 4 (which is located behind the outlet 47 in terms of flow, thus not being located in the main flow S6, S7 through the filter 4), and in particular can flow past the insulator 46.
  • soot and ash can deposit on the insulator.
  • carbonaceous combustion residues can also deposit on the insulator, impairing its function. Further details will be provided with reference to the Fig. 9 explained.
  • An ash removal system 7 is located in the lower part of the boiler 11.
  • the ash separated and falling out of the combustion chamber 24, the boiler tubes 32, and the filter device 4, for example, is conveyed out of the boiler 11 via an ash removal screw 71.
  • Fig. 2 and Fig. 3 Further sensors are shown that are at least communicatively connected to the control device 100.
  • the sensors record (physical and/or chemical) variables of the biomass heating system 1.
  • An exhaust gas temperature sensor 111 is provided downstream of the outlet of the heat exchanger 3. This sensor measures the temperature of the exhaust gas or flue gas after it has flowed through the heat exchanger 3. This sensor 111 can preferably be used to control the temperature of the flue gas flowing into the filter 4 for filtration.
  • a conventional temperature sensor or a PT-100 or PT-1000 sensor can be used as the exhaust gas temperature sensor 111, which is provided in the wall of the exhaust duct or protrudes into the exhaust duct.
  • the exhaust gas temperature sensor 111 can determine the temperature of the exhaust gas in degrees Celsius.
  • the exhaust gas temperature sensor 111 can, for example, be provided before or after the optional filter device 4. Likewise, for example, the exhaust gas sensor 111 can be provided before the exhaust gas outlet 41. Furthermore, more than one exhaust gas temperature sensor 111 can be provided to increase measurement accuracy or to provide metrological redundancies. For example, one exhaust gas temperature sensor 111 can be provided directly after the outlet of the heat exchanger 3, and another exhaust gas temperature sensor 111 can be provided after the filter device 4.
  • At least one lambda probe 112 is provided. It serves as a sensor for the lambda control of the biomass heating system 1.
  • the lambda probe detects at least one physical/chemical variable that enables control of the combustion process in the boiler 11.
  • the lambda probe 112 enables an O2 content measurement or an oxygen content measurement of the exhaust gas or flue gas downstream of the combustion chamber 24.
  • a lambda sensor can typically compare the residual oxygen content in the exhaust gas with the oxygen content of a reference, usually the current atmospheric or ambient air. From this, the combustion air ratio ⁇ (combustion air to fuel ratio) can be determined and adjusted. Two measurement principles can be used: voltage of a solid-state electrolyte (Nernst probe) and resistance change of a ceramic (resistance probe).
  • the lambda probe 112 can measure the oxygen content of the exhaust gas (for example, in vol%), and thus an optimal mixture can be controlled at the boiler 11, preferably by means of an AI model, in order to prevent an excess of cooling supply air or carbon monoxide (with unused residual calorific value) resulting from a lack of oxygen, which would "rob" the heating system of energy.
  • Fig. 2 Two possible installation positions are proposed. One is located adjacent to the inlet 33 of heat exchanger 3 (see Fig. 2 , top, middle) and the other is located in the exhaust gas outlet 41 and thus after the outlet of the heat exchanger 3 (cf. Fig. 2 , top right).
  • the lambda probe 112 can be provided at any position in the exhaust gas duct of the boiler 11, as long as it can measure the exhaust gas or flue gas.
  • the control device 100 can, for example, regulate the supply of primary air to the combustion chamber and the fuel supply quantity.
  • an (optional) vacuum sensor 113 or pressure difference sensor 113 is provided.
  • This vacuum sensor 113 measures the (negative) pressure in the combustion chamber 24, for example, in the unit [mPas], or the differential pressure between the combustion chamber 24 and the ambient air pressure.
  • the primary air (and optionally the secondary air) is drawn into the combustion chamber 24 for combustion via the negative pressure.
  • an (optional) return (or flow) temperature sensor 114 or a heating water temperature sensor 114 is provided. This is provided, for example, in the return or flow of a conventional water circulation system 14 and detects the temperature of the heating water in the water circuit in which the boiler 11 is provided.
  • the heat exchange medium 38 is preferably the heating water.
  • the temperature of the heat exchange medium 38 in or outside the boiler can be detected with the previously explained boiler temperature sensor 115 or with the heating water temperature sensor 114 (preferably a return temperature sensor 114).
  • a fuel bed height sensor 116 detects the height of the fuel bed 28 above the grate and thus a quantity of fuel, for example wood chips, on the grate 25.
  • a quantity of fuel for example wood chips
  • An example of such a sensor in a mechanical design is shown in the EP 3 789 670 B1 in relation to their Fig. 17 and 18 described, reference is made to it in advance.
  • the fuel bed height sensor 116 can be provided, for example, as an ultrasonic sensor.
  • a combustion chamber temperature sensor 117 is provided. This detects a temperature of the combustion chamber 24, for example, in degrees Celsius.
  • the combustion chamber temperature sensor 117 can be provided at the outlet of the combustion chamber 24 or also in the combustion chamber 24 or on the combustion chamber wall. This combustion chamber temperature sensor 117 can detect the temperature in the combustion chamber 24, for example, as a known PT100 sensor or as an infrared measuring device. More than one combustion chamber temperature sensor 117 can also be provided, whereby, for example, an average temperature of this plurality of combustion chamber temperature sensors 117 can be determined or calculated as the combustion chamber temperature.
  • the locations of the sensors of the Fig. 2 and 3 may also deviate from the locations shown, as deemed appropriate by the expert.
  • the combustion chamber temperature may also be recorded at a different location.
  • the combustion chamber 24 and the geometry of the filter device 4 and the upstream reversing chamber 35 of this embodiment were calculated using CFD simulations. Furthermore, practical experiments were conducted to confirm the CFD simulations. The starting point for the considerations were calculations for a 100 kW boiler, but a power range of 20 to 500 kW was considered.
  • the flow processes can be laminar and/or turbulent, accompanied by chemical reactions, or the system can be multiphase.
  • CFD simulations are therefore well suited as a design and optimization tool.
  • CFD simulations were used to optimize the fluidic parameters in such a way that the aforementioned objects of the invention are achieved.
  • the mechanical design and dimensioning of the boiler 11, the combustion chamber 24, the secondary air nozzles 291, and the combustion chamber nozzle 203 were largely defined by the CFD simulation and also by associated practical experiments.
  • the simulation results are based on a flow simulation that takes heat transfer into account.
  • combustion chamber shape or geometry should achieve the best possible turbulent mixing and homogenization of the flow across the cross-section of the flue gas duct, minimize the combustion volume, reduce excess air and the recirculation ratio (efficiency, operating costs), reduce CO and NOx emissions, reduce temperature peaks (fouling and slagging), and reduce flue gas velocity peaks (material stress and erosion).
  • the Fig. 4 which is a partial view of the Fig. 2 is, and the Fig. 5 , which is a sectional view through the boiler 11 along the vertical section line A2, represents 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.
  • both the geometries of the primary combustion zone 26 and the secondary combustion zone 27 of the combustion chamber 24 can be optimized for a 100 kW boiler 11.
  • the specified size ranges are ranges with which the requirements are (approximately) met, as are the specified exact values.
  • a chamber geometry of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 (or an internal volume of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24) can preferably be defined based on the following basic parameters: A volume with an oval horizontal base measuring 380 mm +- 60 mm (preferably +-30 mm) x 320 mm +- 60 mm (preferably +-30 mm), and a height of 538 mm +- 80 mm (preferably +- 50 mm).
  • the above-defined volume 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 projecting 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.
  • combustion chambers with rectangular or polygonal combustion chamber and nozzle are common, but the irregular shape of the combustion chamber and the nozzle represents a further obstacle to uniform air distribution and good mixing of air and fuel, as has been recognized in the present case.
  • combustion chamber 24 is provided without dead corners or dead edges.
  • the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 may comprise a volume which preferably has an oval or approximately circular horizontal cross-section in the outer circumference (such a cross-section is shown in Fig. 2 (for example, marked A1).
  • 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 Over the height indicated by the double arrow BK4, the combustion chamber 24 can have an approximately constant cross-section.
  • the primary combustion zone 24 can have an approximately oval-cylindrical volume.
  • the side walls and the base area (the grate) of the primary combustion zone 26 can 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. Furthermore, the horizontal cross-section of the combustion chamber 24 and in particular of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 can 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 provided, which, according to CFD calculations, enables a significantly more uniform and better air distribution in the combustion chamber 24 than in 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 to optimize the flow conditions.
  • the previously described swirl of the flow in the primary combustion zone 26 leads to a helical, upward flow path, whereby a similarly oval or approximately circular nozzle favors this flow path and does not disrupt the conventional rectangular nozzles.
  • This optimized nozzle 203 focuses the upward-flowing air and ensures a uniform inflow into the secondary combustion zone 27. This improves the combustion process and increases efficiency.
  • the combustion chamber slope 202 of the Fig. 4 which without reference symbols also in the Fig. 2 and 3 can be seen and at which the combustion chamber 25 (or its cross-section) tapers at least approximately linearly from bottom to top, ensures, according to CFD calculations, a uniformity of the flue gas flow in the direction of the heat exchange device 4, which can improve its efficiency.
  • the horizontal cross-sectional area of the combustion chamber 25 tapers from the beginning to the end of the combustion chamber slope 202, preferably by at least 5%.
  • the combustion chamber slope 202 is provided on the side of the combustion chamber 25 towards the heat exchange device 4 and is rounded at the point of maximum taper. In the prior art, parallel or straight combustion chamber walls without a taper are common (so as not to impede the flue gas flow).
  • the deflection of the flue gas flow in front of the tube bundle heat exchanger is designed in such a way that an uneven flow to the tubes is avoided as best as possible, thus keeping temperature peaks in individual boiler tubes 32 low As a result, the efficiency of the heat exchange device 4 is improved.
  • the gaseous volume flow of the flue gas is guided through the inclined 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 Fig. 3
  • the indicator line WT1 shown is significantly more uniform than in the prior art.
  • the line WT1 represents an inlet surface 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 arranged as homogeneously as possible (among other things due to flow baffles at the inlet of the filter device 4 and due to the geometry of 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 an initial ignition or a re-ignition of the fuel.
  • the ignition device 201 can be a glow igniter.
  • the ignition device is advantageously arranged in a stationary position and horizontally offset laterally from the location where the fuel is poured.
  • the Fig. 5 The fuel bed 28 shown shows an exemplary fuel distribution due to the supply of fuel from the right side of the Fig. 5 .
  • This fuel bed 28 is supplied from below with a flue gas-fresh air mixture 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 control system (not shown in detail) based on various sensor-detected measured values and associated air valves 52.
  • a combustion chamber nozzle 203 is shown, which separates the primary combustion zone 26 from the secondary combustion zone 27 and accelerates and focuses the flue gas flow. This improves the flue gas flow's mixing and allows it to burn more efficiently in the secondary combustion zone 27.
  • the area ratio of the combustion chamber nozzle 203 ranges from 25% to 45%, but is preferably 30% to 40%, and is ideally 36% ⁇ 1% (ratio of the measured inlet area to the measured outlet area of the nozzle 203).
  • the Fig. 6 shows a three-dimensional sectional view (obliquely from above) of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 with the rotating grate 25, and in particular of the special design of the combustion chamber stones 29.
  • the Fig. 7 shows accordingly to Fig. 6 an exploded view of the combustion chamber bricks 29.
  • the views of the Fig. 6 and 7 can preferably be used with the dimensions listed above. Fig. 4 and 5 However, this is not necessarily the case.
  • the chamber wall of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 is provided with a plurality of combustion chamber bricks 29 in a modular design, which, among other things, facilitates production and maintenance. Maintenance is facilitated in particular by the possibility of removing individual combustion chamber bricks 29.
  • combustion chamber bricks 29 On the bearing surfaces 260 of the combustion chamber bricks 29, form-fitting grooves 261 and projections 262 (in Fig. 6 To avoid redundancies, only a few of these are shown in the figures as examples) to create a mechanical and largely airtight connection, in turn preventing the ingress of disruptive external air.
  • two at least largely symmetrical combustion chamber bricks each form a complete ring.
  • three rings are stacked one on top of the other to form the oval-cylindrical or, alternatively, at least approximately circular (the latter is not shown) primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24.
  • Three additional combustion chamber blocks 29 are provided as the upper closure, with the annular nozzle 203 being supported by two retaining blocks 264, which are placed in a form-fitting manner on the upper ring 263.
  • Grooves 261 are provided on all support surfaces 260 either for matching projections 262 and/or for inserting suitable sealing material.
  • the support stones 264 which are preferably symmetrical, can preferably have an inwardly inclined slope 265 in order to simplify sweeping of fly ash onto the rotating grate 25.
  • the lower ring 263 of the combustion chamber stones 29 rests on a base plate 251 of the rotating grate 25. Ash accumulates on the inner edge between this lower ring 263 of the combustion chamber stones 29, thus advantageously sealing 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 stones 29.
  • three rings of combustion chamber bricks 29 are provided, as this represents the most efficient method of manufacture and maintenance.
  • two, four, or five (2, 4, or 5) such rings may be provided.
  • the oval horizontal cross-section of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 is preferably a point-symmetric and/or regular oval with the smallest inner diameter BK3 and the largest inner diameter BK11. These dimensions were the result of the optimization of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 using CFD simulation and practical tests.
  • the supervision of the Fig. 8 may preferably be designed with the dimensions listed above. However, this is not mandatory.
  • the rotating grate 25 has the base plate 251 as a base element. In a roughly oval-shaped opening of the base plate 251, a transition element 255 is provided, which bridges a space between a first rotating grate element 252, a second rotating grate element 253 and a third rotating grate element 254, which can be rotated are mounted.
  • the rotating grate 25 is designed as a rotating grate with three individual elements, ie, it can also be referred to as a triple rotating grate. Air holes for the flow of primary air are provided in the rotating grate elements 252, 253, and 254.
  • the rotating grate elements 252, 253, and 254 are flat and heat-resistant metal plates, for example, made of a cast metal, which have an at least largely flat surface on their upper side and are connected to the bearing axles 81 on their underside, for example, via intermediate support elements. Viewed from above, the rotating grate elements 252, 253, and 254 have curved and complementary sides or contours.
  • the rotating grate elements 252, 253, 254 can have complementary and curved sides, wherein the second rotating grate element 253 preferably has concave sides toward the adjacent first and third rotating grate elements 252, 254, and preferably the first and third rotating grate elements 252, 254 each have a convex side toward the second rotating grate element 253. This improves the crushing function of the rotating grate elements, as the length of the fracture is increased and the crushing forces (similar to scissors) are applied more precisely.
  • the rotating grate elements 252, 253, and 254 (as well as their enclosure in the form of the transition element 255) have, when viewed together, an approximately oval outer shape, which in turn avoids dead spots or dead spaces in which suboptimal combustion could occur or ash could accumulate undesirably.
  • the optimal dimensions of this outer shape of the rotating grate elements 252, 253, and 254 are shown in Fig. 8 denoted by the double arrows DR1 and DR2.
  • DR 2 350 mm + ⁇ 60 mm
  • the rotating grate 25 has an oval combustion surface 258, which is more favorable for fuel distribution, air flow through the fuel, and fuel combustion than a conventional rectangular combustion surface.
  • the combustion surface 258 is essentially formed by the surfaces of the rotating grate elements 252, 253, and 254 (in the horizontal state). The combustion surface is thus the upward-facing surface of the rotating 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 rotating grate 25 (cf. arrow E of the Fig. 9 , 10 and 11 ).
  • the fuel supply can be effected from a direction parallel to a longer central axis (main axis) of the oval combustion surface of the rotating grate 25.
  • the first rotating grate element 252 and the third rotating grate element 254 can preferably be identical in their combustion surface 258. Furthermore, the first rotating grate element 252 and the third rotating grate element 254 can be identical or structurally identical to one another. This is the case, for example, in Fig. 9 can be seen, wherein the first rotating grate element 252 and the third rotating grate element 254 have the same shape.
  • the second rotating grate element 253 is arranged between the first rotating grate element 252 and the third rotating grate element 254.
  • the rotating grate 25 is provided with an approximately point-symmetrical oval combustion surface 258.
  • the rotating grate 25 can form an approximately elliptical or oval combustion surface 258, where DR2 is the dimension of its major axis and DR1 is the dimension of its minor axis.
  • the rotating grate 25 can have an approximately oval combustion surface 258 which is axially symmetrical with respect to a central axis of the combustion surface 258.
  • the rotating grate 25 can have an approximately circular combustion surface 258, although this results in minor disadvantages in the fuel supply and distribution.
  • Rotation angle sensors 259 are provided, preferably on the rotation axes 81, for detecting the angle of rotation or the rotational position of the rotation axes 81.
  • the position of the rotating grate elements 252, 253, 254, for example, in relation to the horizontal or their rest position, can be determined using the rotation angle sensors 259. Further details on the special function and advantages of the present rotating grate 25 will be explained later with reference to the Figures 9 , 10 and 11 described.
  • Pellet heating systems in particular can experience increased failures due to slag formation in the combustion chamber 24, particularly on the rotating grate 25.
  • Slag is always formed during a combustion process when temperatures in the embers reach temperatures above the ash melting point. The ash then softens, sticks together, and upon cooling, forms solid, dark-colored slag. This process, also known as sintering, is undesirable in the biomass heating system 1, as the accumulation of slag in the combustion chamber 24 can lead to a malfunction: it shuts down.
  • the combustion chamber 24 usually has to be opened, and the slag has to be removed.
  • the ash melting point depends largely on the fuel used. Spruce wood, for example, has an ash melting point of approximately 1200 °C. However, the ash melting point of a fuel can also fluctuate significantly. Depending on the quantity and composition of the minerals contained in the wood, the behavior of the ash during the combustion process changes.
  • Another factor that can influence slag formation is the transport and storage of wood pellets or wood chips. These should be as undamaged as possible when entering the combustion chamber 24. If the wood pellets are already crumbled when they enter the combustion process, this increases the density of the ember bed. This results in greater slag formation. Transport from the storage room to the combustion chamber 24 is particularly important here. Long distances, as well as bends and angles, lead to damage to the wood pellets. One problem with this is that slag formation cannot be completely avoided due to the multitude of influencing factors described above.
  • the resulting slag (and also the ash) can be advantageously removed due to the special design and functionality of the present rotating grate 25. This will now be explained with reference to the Figures 9 , 10 and 11 explained in more detail.
  • the Figures 9 , 10 and 11 show a three-dimensional view of the rotating grate 25 with the base plate 251, the first rotating grate element 252, the second rotating grate element 253 and the third rotating grate element 254.
  • the views of the Fig. 9 , 10 and 11 can preferably correspond to the dimensions listed above. This is However, this is not necessarily the case.
  • the individual components of the rotating grate mechanism 23 are designed to be interchangeable.
  • the gears are designed to be plugged on. This facilitates maintenance and also allows for a change of the mechanism during assembly, if necessary.
  • the openings 256 in the rotating grate elements 252, 253 and 254 are designed in such a way that they are suitable for the usual pellet material and/or the usual wood chips are small enough that they do not fall through, and that they are large enough that the fuel can be well supplied with air.
  • Fig. 9 now shows the rotating grate 25 in a closed position or in a working position (ie a first state), with all rotating grate elements 252, 253 and 254 aligned horizontally or closed. This is the position in normal operation. Due to the uniform arrangement of the plurality of openings 256, a uniform flow through the fuel bed 28 (this is in Fig. 9 not shown) on the rotating grate 25. In this way, the optimal combustion condition can be achieved.
  • the fuel is applied to the rotating grate 25 from the direction of arrow E; in this way, the fuel is fed from the right side of the Fig. 9 pushed up onto the rotating grate 25.
  • ash and/or slag accumulate on the rotating grate 25, and in particular on the rotating grate elements 252, 253, and 254.
  • the rotating grate 25 can be efficiently cleaned with the present rotating grate 25.
  • Two rotational position sensors 259 are also indicated, which can detect the rotational position of the bearing axes 81. These rotational position sensors 259 can be, for example, magnetic-inductive sensors. This serves to control the rotational position of the three rotating grate elements 252, 253, 254.
  • Fig. 10 shows the rotating grate in the state of partial cleaning of the rotating grate 25 in ember maintenance mode (i.e., in a second state).
  • ember maintenance mode i.e., in a second state.
  • the third rotating grate element 254 is rotated (see arrow D1). Because only one of the three rotating grate elements is rotated, the embers are maintained on the first and second rotating grate elements 252, 253, while at the same time the ash and slag can fall downwards out of the combustion chamber 24.
  • no external ignition is required to restart operation (this saves up to 90% ignition energy).
  • a further consequence is reduced wear on the ignition device (e.g., an ignition rod) and electricity savings.
  • ash cleaning can advantageously take place during operation of the biomass heating system 1.
  • Fig. 10 also shows a state of ember maintenance during a (often sufficient) partial cleaning. This allows the operation of System 1 to be advantageously more continuous, eliminating the need for a lengthy complete ignition, which can take several tens of minutes, unlike the usual full cleaning of a conventional grate.
  • FIG. 10 Grate lips 257 of the second rotating grate element 253 (on both sides) are visible. These grate lips 257 are configured such that the first rotating grate element 252 and the third rotating grate element 254, when closed, rest on the upper side of the grate lips 257, thus ensuring that the rotating grate elements 252, 253, and 254 are provided with no gaps between them and thus form a seal. This prevents air streams and unwanted primary air currents through the ember bed. This advantageously improves combustion efficiency.
  • Fig. 11 shows the rotating grate 25 in the state of universal cleaning or in an open state (i.e., a third state), which is preferably carried out during a plant shutdown. All three rotating grate elements 252, 253, and 254 are rotated, with the first and second rotating grate elements 252, 253 preferably being rotated in the opposite direction to the third rotating grate element 254 (cf. arrows D2). This achieves, on the one hand, a complete emptying of the rotating grate 25, and, on the other hand, the slag is now removed from four odd outer edges. In other words, an advantageous 4-fold crushing function is realized.
  • Fig. 9 The explanations regarding the geometry of the outer edges also apply to Fig. 10 .
  • the present rotating grate 25 realizes, in addition to normal operation (cf. Fig. 9 ) advantageously two different types of cleaning (cf. Fig. 10 and 11 ), whereby the partial cleaning allows cleaning during operation of system 1.
  • the simple mechanical design of the rotating grate 25 makes it robust, reliable and durable.
  • Fig. 12 shows a general operating procedure of the biomass heating system 1 for one combustion cycle.
  • a combustion cycle occurs during combustion operation of the biomass heating system 1. Depending on the energy demand, more than one combustion cycle can occur consecutively during combustion operation. Thus, multiple combustion cycles can be executed during combustion operation.
  • biomass heating system 1 can also be operated in standby mode, in which no combustion takes place and the biomass heating system waits for its use.
  • the combustion process can first be prepared in the optional step S50.
  • the biomass heating system can be initialized mechanically and electronically.
  • the operating system of the control device 100 can be booted up, a self-test of the electronics can be performed, and/or the rotating grate elements 252, 253, 254 can be rotated (opened) by a predetermined angle to remove any deposits on the grate and test the mechanics before a combustion process.
  • the rotary (encoder) sensors can be used to check whether controlling the motors 231 of the rotating mechanism leads to the desired result or whether something is blocked.
  • the mechanical boiler cleaning via tubulators), ash removal, and the optional electrostatic precipitator cleaning can be operated for a predefined time (e.g., 30 seconds).
  • the air passages of boiler 11 can also be flushed. To do this, the biomass heating system is flushed with air by opening the primary and secondary air valves. Then, the air dampers are closed and the flue gas recirculation line is flushed.
  • the combustion chamber 24 is filled with fuel.
  • the fuel is conveyed via the fuel supply 6 onto the rotating grate 25 until a predetermined fuel bed height is reached.
  • the fuel bed height is measured using the fuel bed height sensor 116.
  • the fuel bed height sensor 116 is, for example, a mechanical level flap 86 with a rotation angle sensor.
  • step S52 the fuel is ignited in step S52.
  • This can also be referred to as the ignition phase.
  • Energy is supplied to the fuel via the ignition device 201 until it burns.
  • the valves or valve positions during fuel ignition can be adjusted to promote fuel ignition.
  • the fan 15 is also activated to generate a corresponding negative pressure in the combustion chamber 24.
  • the primary air and secondary valves can be set to predefined values (e.g., 60% and 15%), and a predefined negative pressure is maintained in the combustion chamber (e.g., 75 Pa).
  • step S53 the stabilization of the combustion.
  • a predetermined combustion chamber temperature e.g., 50°C
  • a predetermined lambda e.g. 17%
  • the biomass heating system 1 proceeds to step S53, the stabilization of the combustion.
  • ignition of the fuel bed is further promoted.
  • the positions of the air valves 52, the function of the fan 15, and also the fuel supply are adjusted accordingly.
  • the boiler 11 and the combustion chamber 24 should continue to heat up.
  • the combustion process should gradually transition to a steady state in which, from a thermodynamic perspective, equilibrium prevails. If the combustion temperature increases to a predetermined value, for example, 400°C, step S53 is completed.
  • step S54 stabilized combustion and the actual heating operation.
  • the power output or combustion intensity is controlled by means of the fuel supply 6, the fan 15, the position of the valves 52, and other actuators based on the sensor data from sensors of the biomass heating system 1, for example, based on the combustion chamber temperature, the lambda value, and/or the boiler (water or medium) temperature.
  • Fuel-dependent power control can be used here.
  • Step S54 is terminated when, for example, sufficient heat output has been made available and/or complete combustion of the fuel in the boiler 11 is detected and calculated.
  • step S55 the combustion chamber 24, and in particular the rotating grate 25, is burned out.
  • the fuel supply is stopped, and the combustion chamber temperature drops.
  • the fuel residues on the rotating grate 25 are burned.
  • the positions of the valves 52 and the fan 15 can be adjusted accordingly.
  • the rotating grate 25 is cleaned by rotating or opening the rotating grate elements accordingly.
  • step S55 the burnout, the primary air supply can be increased (for example, the valves for regulating the primary air supply can be fully opened) to accelerate the combustion process in the boiler, and in particular in the combustion chamber 24, and to keep this step, or phase of the boiler cycle, as short as possible. Therefore, in this step S55, the carbonaceous residues in the combustion chamber 24 should be burned as quickly and completely as possible. The temperature in the combustion chamber 24 typically rises again briefly during this time.
  • step S55 the process can be deactivated (END), or the process can start again (after some time) and then proceed to step S50, which begins a new combustion cycle or heating cycle.
  • Fig. 13 shows a performance diagram of an exemplary combustion cycle of the biomass heating system 1, from ignition (S52) to burnout (S55).
  • ignition S52
  • burnout S55
  • preparation S50
  • filling S50
  • the boiler temperature and the temperature in combustion chamber 24 increase approximately in step with the boiler output. Therefore, there are temperature peaks or maxima at the beginning and end of a combustion cycle.
  • the increased temperature in the boiler reheats and, preferably, completely burns off carbonaceous residues and deposits on the interior walls and parts of the boiler.
  • the ash is an amorphous, ceramic-like material mixture, it does not have a clearly defined melting point, but rather softens continuously over a wide temperature range. Viscosity decreases with increasing temperature, the ash becomes sticky, the fine ash grains agglomerate and sinter into larger lumps, and the ash begins to creep and eventually even flow.
  • slag is always formed during a combustion process when temperatures in the embers reach temperatures above the ash melting point.
  • the ash then becomes soft, sticky, and upon cooling, forms the familiar solid, dark-colored slag, which can range in hardness from porous/brittle/crumbly to glassy.
  • temperatures and their associated viscosities can only be predicted with great accuracy, as the temperature and melting behavior of the fuel (which is highly variable) or mixture of substances used for combustion is extremely complex. Even minor changes in the proportions of the substances can have a significant impact on the softening point if the mixture forms a eutectic. In general, temperatures rise with increasing coalification. Some substances (such as some potassium, aluminum, sodium, magnesium, and silicon compounds) are known to drastically reduce the softening point. This is particularly evident in stalk-like biomasses (straw and grass), which contain such substances in elevated concentrations and are among the fuels with the lowest ash softening temperatures.
  • the cooling and solidification of the slag occurs not only during the temperature changes in a combustion cycle, but also spatially during the transition from the hot zone of the combustion chamber 24 to the cold peripheral areas or into the downstream heat exchanger 4 and also into the filter device 4. Caking deposits form here, which impede and impair heat transfer and increase the flue gas pressure loss of the furnace. This is referred to as "slagging" of the furnace.
  • slag can block the movement of the grate, or the openings for the primary air supply, i.e. the combustion air flowing through the grate from below, can become clogged.
  • the devices for cleaning and conveying the ash can even be blocked by large, hard lumps of slag.
  • Fig. 14 shows a triggering procedure with which a boiler cleaning cycle can be initiated.
  • This triggering procedure can, for example, be executed cyclically by the control device 100, or this triggering procedure can be executed automatically when the operating state of the boiler 11 transitions to state S55: Burnout.
  • step S70 a determination is made as to whether or not the boiler 11 is in the burnout state S55. This can either be queried cyclically and determined ("No"), or this determination is automatically considered fulfilled upon execution of the burnout operating state S55 (initiated by the control device 100).
  • a predefined threshold BTS can be set, for example, to 180 degrees Celsius. This threshold ensures that cleaning is not carried out with combustion residues that are still oxidizing. Furthermore, it ensures that the slag is less viscous or already more brittle or fragile for cleaning, thus making cleaning more efficient.
  • cleaning of the boiler 11 can be performed in step S72.
  • cleaning can involve rotating the rotating grate elements 252, 253, 254 by means of the motors 231.
  • cleaning can involve moving the cleaning mechanism including the cleaning screw 71 and the turbulators 37.
  • cleaning of the boiler 11 preferably includes cleaning the grate 25, the heat exchanger 3, the ash pan in the lower part of the boiler, and (optionally) also the electrostatic filter device 4.
  • Fig. 15 shows a further development of the triggering procedure of the Fig. 14 , whereby a blockage detection of the cleaning mechanism (including ash screw and preferably turbulators) controlled by the motor 72 can be detected.
  • the cleaning mechanism including ash screw and preferably turbulators
  • position sensor 75 detects whether the cleaning mechanism is in the rest position or not in step S73. For example, if the cleaning mechanism has become jammed or seized due to a foreign object and is blocked, it will usually not return to the rest position. Therefore, such a blockage can be detected using position sensor 75.
  • step S73 If the determination at step S73 is Yes, the cleaning mechanism has returned to the rest position and there is no blockage.
  • step S73 If the determination in step S73 is: No, the cleaning mechanism has not returned to the rest position (which it should due to the weight of the turbulators) and a blockage is positively detected or recognized (step S74).
  • a corresponding error message can be stored in the system, or a user can be notified of the blockage via a user interface (e.g., via a touchscreen).
  • a user interface e.g., via a touchscreen.
  • the boiler 11 can stop operation for safety reasons in response to the detected blockage.
  • Fig. 16 shows an (optional) cleaning optimization procedure which ensures a cleaned and unblocked initial state of the boiler 11 before the start of a combustion cycle, if necessary.
  • step S80 it is determined whether the start of a combustion cycle is requested or not.
  • a request can, for example, be made manually by a user via input at a user interface.
  • Such a request can also be made automatically, for example, by requesting heating power or by specifying a predefined number of heating cycles to be run consecutively.
  • position sensor 75 detects in step S81 whether the cleaning mechanism is in the rest position or not. For example, if the cleaning mechanism has become jammed or seized due to a foreign object and is blocked, it will usually not return to the rest position. Therefore, such a blockage can be detected using position sensor 75.
  • step S81 If the determination in step S81 is yes, the cleaning mechanism has returned to the rest position and there is no blockage. As a result, step S82 is executed.
  • step S81 determines whether the cleaning mechanism has returned to its rest position (which it should have done due to the weight of the turbulators), and a blockage is positively detected. Subsequently, step S83 is executed to attempt to release the blockage by driving or moving the mechanism.
  • step S82 a query is made as to whether or not cleaning was already performed during the last burnout S55 of boiler 11.
  • a so-called “flag” can be activated in software, for example, when cleaning the boiler during burnout. This flag is reset, for example, when steps S54 (or S53, etc.) are performed.
  • step S84 queries whether the combustion chamber temperature is less than the predefined threshold BTS or not.
  • step S84 If the result of step S84 is No, the process proceeds to step S85. Therefore, if the temperature of the boiler 11 is too high for cleaning, the next combustion cycle is started directly, and cleaning before the combustion cycle is not performed.
  • step S84 If the result of step S84 is Yes, the boiler is cleaned in step S83. Consequently, the temperature of boiler 11 has dropped to a level which allows cleaning, and in addition, the time loss due to cleaning the boiler 11 must be accepted, since the boiler is already "colder" anyway.
  • step S83 the process proceeds to step S85.
  • Fig. 17a shows a cleaning process of the boiler 11.
  • step S90 the motor 72 is energized for a predefined motor time BM, thus the cleaning mechanism is moved by the motor 72 for a specific time BM.
  • This time (duration) is defined such that the cleaning mechanism covers a specific range of motion, for example, such that the turbulators in the heat exchanger 3 perform a sufficient stroke.
  • the time (duration) BM can be set, for example, to 30 seconds.
  • step S91 following step S90 the current supply to motor 72 is interrupted for a predefined pause time P1.
  • This pause time P1 can be, for example, 10 seconds.
  • step S92 following step S91 it is determined whether or not a predefined number WH of executions of steps S90 and S91 has occurred, i.e., whether or not a predefined number WH of iterations of the loop with steps S90 and S91 has been performed.
  • This predefined number WH can be, for example, 5.
  • step S92 If the result of step S92 is No, steps S90 and S91 are repeated.
  • step S92 If the result of step S92 is Yes, the process proceeds to step S93.
  • step S93 If the result of step S93 is Yes, the process is terminated. Blockage-free cleaning has been completed.
  • step S94 is identical to that described with reference to step S74. Therefore, the method ends with an error message.
  • the method can carry out an anti-blocking process 1 or a first anti-blocking process with step S94, which is described below with reference to Fig. 17b is explained in more detail.
  • Fig. 17b shows a first anti-blockade procedure, which is a further development of the procedure of Fig. 17a is.
  • step S95 motor 72 is energized for a predefined energization time BM2 to release the blockage.
  • the energization time BM2 is preferably longer than the energization time BM1 to increase the force acting on the blockage.
  • step S95 After the energization in step S95, as already explained, it is again detected whether the cleaning mechanism has returned to the rest position or not.
  • step S96 If this is not the case (S96: No), the blockage could not be resolved or eliminated.
  • step S97 There are two alternatives: Either the process is terminated with an error message or an error, or it proceeds to an anti-blockage process 2, which is described below with regard to the Figures 17c and 17 days is explained in more detail.
  • Figures 17c and 17d show a second anti-blockade procedure in advanced training on the procedures of Fig. 17a and/or 17b.
  • step S98 the motor 72 is energized again for a predefined energization time BM3.
  • the energization time BM3 can preferably be longer than the energization time BM3.
  • step S99 If the result of step S99 is Yes, the blockage is released and the cleaning process is terminated.
  • step S99 If the result of step S99 is No, the blockage persists. Subsequently, the power supply is interrupted or paused in step S100 for a predefined pause time P2. This allows the mechanism time to return to its rest position independently.
  • step 101 If the result of step 101 is Yes, the blockage is cleared and the cleaning process is terminated.
  • step S101 If the result of step S101 is No, the blockage still exists.
  • the motor is energized at short intervals BI in step S102.
  • Such intervals can, for example, consist of 2 seconds of energization followed by 2 seconds of pause, which can be repeated multiple times, for example, two to eight times.
  • the cleaning mechanism is moved jerkily or shaken, for example, to break up brittle slag or to release jams. It is preferred that the intervals be repeated at least twice.
  • step 103 the check described above is carried out again.
  • step 103 If the result of step 103 is Yes, the blockage is cleared and the cleaning process is terminated.
  • step S103 the blockage persists.
  • the motor 72 is (optionally) moved in a second direction of rotation for a predefined energization time BM4, for example, 2 seconds, which is opposite to the usual direction of rotation of the motor 72 for cleaning (i.e., the first direction of rotation of the motor 72).
  • step S105 (cf. S102) at short intervals BI.
  • step 106 the check described above is repeated carried out.
  • step 106 If the result of step 106 is Yes, the blockage is cleared and the cleaning process is terminated.
  • step S106 If the result of step S106 is No, the blockage persists. In this case, the blockage is so persistent that step S107 identifies a (non-machine-resolvable) blockage (see S74), and the method is terminated.
  • Fig. 18 shows a blockage detection method for the rotating grate 25 of the biomass heating system 1.
  • This blockage detection process is performed when a partial or full cleaning of the rotating grate 25 is performed, i.e., when at least one of the motors 231 is energized. This is queried in step S110.
  • step S111 a current first rotation angle Dd1 is detected (and stored) by means of the rotation position sensor 259.
  • a predefined waiting time WD is waited for.
  • motor 231 continues to be energized, meaning that the associated rotating grate element 252, 253, 254 or the rotation axis 81 should continue to rotate, provided the rotating grate is not blocked.
  • a current second rotation angle Dd2 is detected (and stored) using the rotational position sensor 259.
  • two rotation angles Dd1 and Dd2 are now detected and stored at a defined time interval.
  • the end angles are predefined end angles relating to the rotation angles of the respective rotating grate element 252, 253, 254, which represent the mechanically maximum possible end angle or end stop.
  • a rotating grate element can typically be rotated within a rotation range of 0 degrees (horizontal end position) to 170 degrees (rotated end position during cleaning).
  • the rotating grate element 252, 253, 254 is still in mid-rotation. At this point, a blockage can be detected by comparing the detected rotation angles Dd1 and Dd2, see step 115. This comparison essentially determines whether the rotation angles Dd1 and Dd2 differ to such an extent that unblocked movement can be assumed. If the rotation angles Dd1 and Dd2 do not differ or do not differ sufficiently, then a blockage can be assumed.
  • step S115 can be determined, for example (other mathematical methods will of course also be readily apparent to those skilled in the art) using the following comparison: I Dd2-Dd1 I > threshold value Sd.
  • the threshold value Sd is a lower rotation angle (speed) value, which is determined in advance, for example, through experiments.
  • the threshold value Sd thus indicates a minimum movement speed at which the rotating grate element 252, 253, 254 should move (which is known, for example, from the design and electrical specifications as the minimum target value).
  • the difference Dd2 and Dd1 represents the sensor-detected rotational (angular) speed based on the time interval WD determined by step S112.
  • the procedure of Fig. 18 a rotational speed of the rotational axis 81 ((Dd1 - Dd2) per time unit WD including the calculation time in the control device or the electronic running times.
  • the (optional) absolute value formation from the difference Dd2 - Dd1 it is irrelevant in which direction the rotating grate element 252, 253, 254 is rotated.
  • the difference is 0.2 degrees. If the predefined time WD is 0.1 second, the detected angular velocity is 0.2 degrees per 0.1 second. If the threshold value Sd is now set to 0.1 degrees per 0.1 second, it is positively detected that the rotating grate element 252, 253, 254 is moving sufficiently fast and is therefore not blocked (S115: Yes). In this case, the process runs in a loop to check the movement or blockage detection until one of the end angles is reached (S111 to S115).
  • step S115 if the comparison in step S115 has a negative result (i.e., the rotating grate element 252, 253, 254 does not move or moves too slowly), the method proceeds to step S116.
  • This step and the following steps are optional and serve to improve the method.
  • the method can be carried out instead of the Fig. 18 shown step directly into the realization "rust blocked" (cf. p118).
  • step S116 an error count counter FE is incremented by +1. Subsequently, in step S117, a check is performed to determine whether the current error count FE is greater than a predefined maximum error count FEma.
  • the predefined maximum error count FEma can be, for example, 5.
  • step S116 If the result of step S116 is No, the process returns to step S111.
  • step S116 if the result of step S116 is Yes, it can be assumed that the grate 25 or the rotating grate element 252, 253, 254 is blocked (step S118). The process subsequently ends with the conclusion or error message "Grate blocked.” As a result, for example, an error message may be issued and/or the combustion operation of the biomass heating system may be terminated.
  • the rotation direction of the rotating grate element 252, 253, 254 can be temporarily reversed to clear a blockage, and then the rotation of the rotating grate element 252, 253, 254 can be continued in the original direction.
  • An error counter can also be used here, allowing, for example, three attempts.
  • Fig. 19 shows a diagram showing the procedure of Fig. 18 with a temporal progression of the angle of rotation without blockage, with blockage and with a breaker function on detected blockage, as well as an alternative process step in response to a detected blockage.
  • the vertical axis of the diagram of the Fig. 19 indicates a rotation angle that is detected by the rotation position or angle sensor 259.
  • the rotation angle can preferably be detected at regular intervals, for example, it is sampled every 0.1 seconds.
  • the horizontal axis represents time.
  • the diagram of the Fig. 19 thus shows the temporal course of the rotation of the rotation axis 91 and thus of the corresponding rotating grate element 252, 253, 254.
  • the arrow labeled "Rotation of an axis” refers to a curve section in which the angle of axis 81 decreases. This curve section shows that a rotating grate element 252, 253, 254 is rotated back from an open position to the closed position (horizontal position). It should be noted that the method shown can, of course, also be applied when opening the rotating grate element 252, 253, 254.
  • a first angle of rotation Dd1 and a second angle of rotation Dd2 are now recorded at a time interval WD (S111, S112, S113).
  • the final angle in this case, the minimum angle 0
  • the minimum angle 0 is not reached (p. 114). The procedure continues.
  • step S115 the method proceeds to step S116.
  • the error counter is incremented by 1. It should be noted that, although this is Fig. 18 and Fig. 19 not shown, the error counter is initialized to 0 at the beginning of the procedure ("Start"). At “#1" 1 error is counted or the first loop pass of the loop of the Fig. 18 with steps S111 to S117. In this example, the predefined maximum error number Fma is preset or pre-stored to "2". In this respect, the loop of the Fig.
  • step S117 in the third iteration is an exit from the loop (S117: Yes), with the result "Gratus blocked" (S118).
  • a blockage of the rotating grate is reliably detected without additional sensors or special measures (e.g., an additional current sensor for the motor current supply).
  • the time WD can be used to define the breaking force with which the rotating grate attempts to break up the slag when rotating. The longer this time WD is, the longer the motor is energized in the event of a blockage.
  • the maximum error count Fma defines the number of iterations of the loop S 111-S 117 until a reaction occurs and thus the time during which the motor counteracts the blockage.
  • the error counter (S 116, S 117) prevents an overly rapid reaction to only minor movement blockages, which occur more frequently.
  • the rotational movement in Fig. 19 While the speed is shown linearly, in practice it can be non-linear (depending on the type and quantity of slag).
  • the threshold Sd can be used to very sensitively adjust which movement speeds are still permissible and which are no longer permissible.
  • the process can be specifically adjusted to the requirements of a rotating grate using the parameters Sd, WD, and Fma, which plays an important role in breaking up slag, without, however, itself being damaged by overloading.
  • the rotating grate 25 of the Fig. 9 to 11 Although it is shown without the cleaning device, it can be combined at any time with a cleaning device not shown.
  • the rotating grate 25 is described by way of example with three rotating grate elements 252, 253, 254.
  • the rotating grate 25 can also have only one rotating grate element 252, or even two rotating grate elements 252, 253.
  • a rotating grate 25 with a plurality of rotating grate elements is conceivable.
  • the present disclosure is not limited to a specific number of rotating grate elements 252, 253, 254.
  • the rotation of the rotating grate elements can also be different in terms of cleaning than in terms of Figures 9 to 11 described. Therefore, the present disclosure is not limited to the specific manner of rotation (and the states created thereby) of the rotating grate elements. For example, there may also be only two states: one of a working position of the rotating grate (closed/horizontal state) and one of full cleaning of the rotating grate (fully open or non-horizontal state). Likewise, there may be further states of the rotating grate 25, insofar as this is apparent to the person skilled in the art from a combination of horizontal and non-horizontal individual states of the respective rotating grate elements. For example, only the middle rotating grate element 253 can be rotated for partial cleaning.
  • the rotating grate elements 252, 253, 254 can be rotated individually or together to switch between the three explained states.
  • each rotating grate element 252, 253, 254 can have at least one known cleaning device.
  • one or more rotating grate elements from the total number of rotating grate elements of the rotating grate 25 can also have no cleaning device.
  • the method for blockage detection is described for a single axis 81. It is understood that the method can also be applied (simultaneously) to more than one axis 81.
  • a blockage can include a releasable or a non-releasable mechanical blockage.
  • a blockage may include a mechanical blockage of a movement which, for example, exceeds the available drive or torque of a drive device or which, if rotated, would result in damage to the mechanism, even though the drive or torque would be sufficient to overcome the blockage itself.
  • Fig. 19 170 degrees and 0 degrees are specified as the maximum and minimum angles, respectively. These angles can, of course, be other angles, depending on the rotating grate.
  • the recirculation device 5 is described with a primary recirculation and a secondary recirculation.
  • the recirculation device 5 can also have only a primary recirculation and no secondary recirculation in its basic configuration.
  • the components required for the secondary recirculation can be completely omitted, for example, the recirculation inlet channel divider 532, the Secondary recirculation channel 57 and an associated secondary mixing unit 5b, which is explained, as well as the recirculation nozzles 291 are omitted.
  • only primary recirculation may 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 rotating grate 25, but is also fed (for example, via another channel) to the recirculation nozzles 291 provided in this variant.
  • This variant is mechanically simpler and thus more cost-effective, but nevertheless has the recirculation nozzles 291 for swirling the flow in the combustion chamber 24.
  • An air flow sensor, a vacuum cell, 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.
  • rotating grate elements 252, 253, and 254 instead of just three rotating grate elements 252, 253, and 254, two, four, or more rotating grate elements can be provided.
  • five rotating grate elements could be arranged with the same symmetry and functionality as the three rotating grate elements presented here.
  • the rotating grate elements can also be shaped or designed differently from one another. More rotating grate elements have the advantage of enhancing the crushing function.
  • concave sides can also be provided, whereby the sides of the rotating grate element 253 can subsequently have a complementary convex shape. This is functionally almost equivalent.
  • the rotating grate can also be called a tilting 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 bricks 29 may also be provided without the recirculation nozzles 291. This may apply in particular to the case where no secondary recirculation is provided.
  • the geometries of the rotating grate elements 252, 253, and 254 may differ from those shown in the figures. These rotating grate elements can be rectangular, square, or even round, for example.
  • the first and second anti-blockade procedures of the Figures 17b to 17d can also be executed independently of each other in response to a blockage detected elsewhere.
  • the procedures of the Figures 17a not necessarily together and are each disclosed as an independent procedure.
  • the second anti-blockade procedure of the Fig. 17c and 17d as a further development of the procedure of Fig. 17a which is the first anti-blockade procedure of the Fig. 17b can be omitted.
  • the methods explained herein can be implemented as a computer program or part of a computer program.
  • the procedures described below can represent parts of an overall system control program.
  • Fig. 12 The procedures described below can be carried out cyclically or repeatedly.
  • a computer program which may also be referred to or described as a program, software, a software application, an application, a module, a software module, a script, or code, may be written in any form of programming language, including compiled or interpreted languages, or declarative or procedural languages; and it may be written in any form, including as a specific program or as a module, component, subroutine, or other suitable unit for use in a computing environment.
  • a program may, but need not, be a file in a file system.
  • a program may be stored in a section of a file that holds other programs or data, such as one or more scripts stored in a trace language document, in a single file dedicated to the program in question, or in multiple coordinated files, such as files that store one or more modules, subroutines, or sections of code.
  • a computer program may be deployed to run on one computer or on multiple computers located at one location or distributed over multiple locations and connected by a data communications network.
  • the methods and logic flows described in this specification may be executed by one or more programmable computers executing one or more computer programs for performing functions by operating on input data and generating an output.
  • the methods and logic flows may also be executed by special-purpose logic circuitry, such as an FPGA or ASIC, or by a combination of special-purpose logic circuitry and one or more programmed computers.
  • Suitable computers for executing a computer program may be based on general-purpose or special-purpose microprocessors, or both, or on any other type of central processing unit.
  • a central processing unit receives instructions and data from a read-only memory or a random-access memory, or both.
  • the essential elements of a computer are a central processing unit for executing instructions and one or more memory devices for storing instructions and data.
  • the central processing unit and memory may be supplemented by or integrated with special-purpose logic circuitry.
  • a computer also includes one or more mass storage devices for storing data or is operative to receive data therefrom or transfer data to connected to one or more mass storage devices, such as magnetic, magneto-optical, or optical disks. However, a computer need not include such devices.
  • a computer may be embedded in another device, such as a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a mobile audio or video player, a game console, a global positioning system (GPS) receiver, or a portable storage device, such as a universal serial bus (USB) flash drive, to name a few.
  • PDA personal digital assistant
  • GPS global positioning system
  • USB universal serial bus
  • Suitable computer-readable media for storing computer program instructions and data include all forms of non-volatile memory, media, and storage devices, including, by way of example, semiconductor memory devices, e.g., EPROM, EEPROM, and flash memory devices; magnetic disks, e.g., internal hard disks or removable storage devices; magneto-optical disks; and CD-ROM and DVD-ROM disks.
  • semiconductor memory devices e.g., EPROM, EEPROM, and flash memory devices
  • magnetic disks e.g., internal hard disks or removable storage devices
  • magneto-optical disks e.g., CD-ROM and DVD-ROM disks.
  • embodiments of the content described in this specification may be executed on a computer having a display device, e.g., a CRT (cathode ray tube) or LCD (liquid crystal display) monitor, for displaying information to the user, and a keyboard and pointing device, e.g., a mouse or tactile ball, through which the user can provide input to the computer.
  • a display device e.g., a CRT (cathode ray tube) or LCD (liquid crystal display) monitor
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Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD

Die Erfindung betrifft eine Biomasse-Heizanlage mit verbesserter Abreinigung und einer Blockadeerfassung derselben.The invention relates to a biomass heating system with improved cleaning and blockage detection.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Blockadeerfassung für eine Abreinigung für Verbrennungsrückstände einer Biomasse-Heizanlage.In particular, the invention relates to a blockage detection system for cleaning combustion residues in a biomass heating system.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die EP 4 056 900 A1 offenbart eine Biomasse-Heizanlage zur Verfeuerung von Brennstoff in Form von Pellets und/oder Hackgut, wobei diese Folgendes aufweist: einen Kessel mit einer Brenneinrichtung, einen Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von Kesselrohren, eine Reinigungseinrichtung, welche das Folgende aufweist: eine Antriebseinheit zum Antrieb der Reinigungseinrichtung, ein Kurbelelement, dass über einen Freilauf mit der Antriebseinheit gekoppelt ist, wobei die Antriebseinheit das Kurbelelement in einer Drehrichtung antrieben kann, ein Schubglied, das hin- und her bewegbar vorgesehen ist und das mit dem Kurbelelement gekoppelt ist; zumindest eine Reinigungswelle, die mit dem Schubglied wirkverbunden angeordnet ist, zumindest ein Reinigungselement, das mit der Reinigungswelle wirkverbunden angeordnet ist; wobei die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass das Schubglied bei Drehung des Kurbelelements in Drehrichtung durch die Antriebseinheit in einer Schubrichtung verschoben wird; und das Schubglied nach dem Überschreiten einer vorbestimmten Kurbeldrehposition des Kurbelelements in einer Impulsrichtung, die der Schubrichtung entgegengesetzt ist, verschoben wird.The EP 4 056 900 A1 discloses a biomass heating system for burning fuel in the form of pellets and/or wood chips, comprising: a boiler with a combustion device, a heat exchanger with a plurality of boiler tubes, a cleaning device comprising: a drive unit for driving the cleaning device, a crank element coupled to the drive unit via a freewheel, wherein the drive unit can drive the crank element in a direction of rotation, a thrust member provided for reciprocating movement and coupled to the crank element; at least one cleaning shaft arranged in operative connection with the thrust member, at least one cleaning element arranged in operative connection with the cleaning shaft; wherein the cleaning device is configured such that the thrust member is displaced in a thrust direction upon rotation of the crank element in the direction of rotation by the drive unit; and the thrust member is displaced in an impulse direction opposite to the thrust direction after a predetermined crank rotational position of the crank element has been exceeded.

Die US 2007/125281 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Verbrennung von körnigem, festem Brennstoff, zum Beispiel Pellets und dergleichen, diese Vorrichtung umfassend: eine Verbrennungskammer, einen Lufteinlass zum Zuführen von Luft zur Verbrennungskammer über mindestens eine Luftkammer und mindestens einen Luftkanal zum Erreichen eines Luftstroms durch die Verbrennungskammer, eine Zuführ- und Dosieranordnung zum Zuführen des Brennstoffs in die Verbrennungskammer eine Zündeinrichtung zum Zünden des Brennstoffs, eine Steuereinheit zum Betrieb der Verbrennungseinrichtung und damit zusammenwirkender Teile, einen Auslass für heiße Verbrennungsgase aus der Brennkammer, eine beweglich angeordnete Aschezuführung mit einer von der Steuereinheit gesteuerten Antriebseinheit zum automatischen Zuführen von Asche, Asche, unverbranntem Brennstoff und Schlackenprodukten aus der Brennkammer, wobei der Aschezuführer ein bewegliches Vorderteil mit einem perforierten Boden umfasst, der den oben erwähnten inneren Boden bildet, der zwischen mindestens einer Betriebsposition, die das untere Ende der Feuerstelle erschließt und einer Ascheentleerungsposition beweglich ist, wobei ein erster Temperatursensor in der Nähe der Verbrennungskammer positioniert ist, wobei der erste Sensor mit der Steuereinheit verbunden ist, die so angeordnet ist, dass sie die Aktivierung der Antriebseinheit nur dann ermöglicht, wenn die erfasste Temperatur unter einem kritischen Wert liegt.The US 2007/125281 A1 discloses a device for the combustion of granular, solid fuel, for example pellets and the like, this device comprising: a combustion chamber, an air inlet for supplying air to the combustion chamber via at least one air chamber and at least one air duct for achieving an air flow through the combustion chamber, a supply and metering arrangement for supplying the fuel into the combustion chamber, an ignition device for igniting the fuel, a control unit for operating the combustion device and parts cooperating therewith, an outlet for hot combustion gases from the combustion chamber, a movably arranged ash feeder with a drive unit controlled by the control unit for automatically supplying ash, ash, unburned fuel and slag products from the combustion chamber, wherein the ash feeder comprises a movable front part with a perforated bottom forming the above-mentioned inner bottom, which is movable between at least one operating position opening up the lower end of the fireplace and an ash emptying position, wherein a first temperature sensor is arranged in the vicinity of the combustion chamber, the first sensor being connected to the control unit, which is arranged to enable activation of the drive unit only when the detected temperature is below a critical value.

Die US 2007/215021 A1 offenbart das Folgende: Damit ein Brennertopf für einen Getreideofen kontinuierlich betrieben werden kann, hat der Brennertopf entweder: (1) einen zu öffnenden Boden mit mindestens einer ersten und einer zweiten Position, wobei eine der mindestens ersten und zweiten Positionen im Wesentlichen geschlossen ist, um zu ermöglichen, dass ein Körper aus brennbarem Brennstoff auf seiner oberen Oberfläche verbrennt, wobei die andere der mindestens ersten und zweiten Positionen eine Öffnung bereitstellt, wobei die Seitenwandabschnitte des Brennertopfs und eine Oberseite des Brennertopfs so geformt sind, dass ein fester Klinker aus der Öffnung in dem zu öffnenden Boden herausfallen kann, wenn der zu öffnende Boden in seiner zweiten Position ist; oder (2) einen Boden, der als einer aus einer Reihe von Abschnitten eines drehbaren Glieds ausgebildet ist, so dass das Glied bei seiner Drehung Asche vom Boden des Brennbehälters mit sich fortführt. Zwischen dem zu öffnenden oder drehbaren Boden, den Seitenflächen und der Oberseite ist ein Verbrennungsvolumen vorgesehen, das einen oberen und einen unteren Teil aufweist, wobei ein Feuer auf einer Verbrennungsfläche im unteren Teil nach oben zum oberen Teil hin brennt, so dass sich Verbrennungsnebenprodukte auf der Verbrennungsfläche ansammeln, um zu bewirken, dass brennender Brennstoff auf einem höheren Niveau verbrennt; das höhere Niveau hat eine kleinere Querschnittsfläche als der untere Teil, so dass die Verbrennungsnebenprodukte als eine Einheit aus der Bodenöffnung des Brennertopfs fallen können. Leicht zu entzündender Brennstoff wird aus einem Trichter in den Brennertopf befördert und entzündet. Wenn die Temperatur hoch genug ist, um den schwerer zündbaren Brennstoff zu entzünden, wird dieser in den Brennertopf befördert und der Durchfluss des leicht zündbaren Brennstoffs gestoppt.The US 2007/215021 A1 discloses the following: In order for a burner pot for a grain kiln to be continuously operated, the burner pot has either: (1) an openable bottom having at least a first and a second position, one of the at least first and second positions being substantially closed to allow a body of combustible fuel to burn on its upper surface, the other of the at least first and second positions providing an opening, the side wall portions of the burner pot and a top surface of the burner pot being shaped such that a solid clinker can fall out of the opening in the openable bottom when the openable bottom is in its second position; or (2) a bottom formed as one of a series of portions of a rotatable member such that the member, upon rotation, carries ash from the bottom of the burner vessel. Between the openable or rotatable bottom, A combustion volume is provided between the side surfaces and the top, which has an upper and a lower part. A fire burns on a combustion surface in the lower part upwards towards the upper part, so that combustion by-products accumulate on the combustion surface to cause burning fuel to combust at a higher level; the higher level has a smaller cross-sectional area than the lower part, so that the combustion by-products can fall as a unit from the bottom opening of the burner pot. Easily ignitable fuel is fed from a hopper into the burner pot and ignited. When the temperature is high enough to ignite the less ignitable fuel, it is fed into the burner pot and the flow of the easily ignitable fuel is stopped.

Die AT 13 825 U1 offenbart einen Heizkessel mit einer an einen seitlichen Brennstoffförderer angeschlossenen Brennkammer und mit einem die Brennkammer gegenüber einem Ascheraum abschließenden Rost, der zwei in Förderrichtung des Brennstoffförderers hintereinander angeordnete Rostfelder aufweist, die um quer zur Förderrichtung des Brennstoffförderers verlaufende Kippwellen voneinander unabhängig drehbar gelagert sind. Um eventuell vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die beiden Rostfelder mit Hilfe gesonderter Stelltriebe antreibbar und in ihrer die Arbeitsstellung bestimmenden Drehlage ausschließlich über die Stelltriebe festhaltbar sind.The AT 13 825 U1 discloses a boiler with a combustion chamber connected to a lateral fuel conveyor and with a grate closing off the combustion chamber opposite an ash chamber. The grate has two grate sections arranged one behind the other in the conveying direction of the fuel conveyor, which are mounted for independent rotation about tilting shafts running transversely to the conveying direction of the fuel conveyor. In order to create potentially advantageous design conditions, it is proposed that the two grate sections be driven by means of separate actuators and be held in their rotational position, which determines the working position, exclusively by means of the actuators.

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.Biomass heating systems with outputs ranging from 20 to 500 kW are well known. Biomass can be considered an inexpensive, domestic, crisis-proof, and environmentally friendly fuel. Combustible biomass, or solid fuel, includes wood chips and pellets, for example.

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.Pellets usually consist of wood chips, sawdust, biomass, or other materials compressed into small discs or cylinders with a diameter of approximately 3 to 15 mm and a length of 5 to 30 mm. Wood chips (also known as wood chips, wood chips, or wood shavings) are wood that has been shredded using cutting tools.

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.Biomass heating systems for fuel in the form of pellets and wood chips essentially consist of a boiler with a combustion chamber and an adjoining heat exchanger. Due to stricter legal regulations in many countries, some biomass heating systems also feature a fine dust filter. Various other accessories are usually included, such as control devices, probes, safety thermostats, pressure switches, a flue gas recirculation system, and a separate fuel tank.

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.The combustion chamber typically includes a fuel supply system, an air supply system, and a fuel ignition device. The air supply system, in turn, typically includes a high-performance, low-pressure fan to favorably influence the thermodynamic factors during combustion in the combustion chamber. A fuel supply system can, for example, be provided with a side feed (so-called cross-feed firing). The fuel is fed into the combustion chamber from the side via a screw or piston.

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.The combustion chamber also typically contains a combustion grate, onto which the fuel is continuously fed and burned. This combustion grate stores the fuel for combustion and has openings that allow a portion of the combustion air to pass through as primary air to the fuel. The grate can also be rigid or movable. Movable grates typically serve to easily dispose of combustion residues created during combustion, such as ash and slag. However, these combustion residues can adhere or cake to the grate and require regular, inconvenient manual cleaning. The ash and slag can also clog the air supply openings in the grate, thereby adversely affecting combustion efficiency. Practice has shown that combustion residues can adhere or cake, particularly in the openings of the grate, making cleaning the grate even more difficult.

Dabei ist die Art und Weise der Entstehung und der Anhaftung der Verbrennungsrückstände stark von den diversen Betriebszuständen des Kessels abhängig und mithin sind die Verbrennungsrückstände sehr variabel, was eine Abreinigung erschwert.The manner in which combustion residues form and adhere depends heavily on the various operating conditions of the boiler and, as a result, the combustion residues are very variable, which makes cleaning difficult.

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.As the primary air flows through the grate, the grate is also cooled, thus protecting the material. If the openings become clogged, this cooling effect is also impaired.

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.Furthermore, insufficient air supply on the grate can lead to increased slag formation. In particular, furnaces intended to be fed with different fuels, which is the subject of the present disclosure, have the inherent problem that the different fuels have different ash melting points, water contents, and different combustion behaviors. This makes it difficult to provide a heating system that is equally well suited to different fuels and whose grates can be cleaned accordingly.

Bei einem Drehrost besteht das zusätzliche Problem, dass eine Drehung durch Verbrennungsrückstände erschwert oder gar behindert werden kann, was die Mechanik stärker als üblich verschleißen oder auch gar beschädigen kann.With a rotating grate, there is the additional problem that rotation can be made more difficult or even hindered by combustion residues, which can cause the mechanics to wear out more than usual or even damage them.

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.The combustion chamber can also be regularly divided into a primary combustion zone (immediate combustion of the fuel on the grate) and a secondary combustion zone (afterburning of the flue gas). Drying, pyrolytic decomposition, and gasification of the fuel take place in the combustion chamber. Secondary air can also be introduced to completely combust the resulting combustible gases.

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.After drying, the combustion of pellets or wood chips essentially consists of two phases. In the first phase, the fuel is heated to high temperatures Temperatures and air that can be blown into the combustion chamber are at least partially pyrolytically decomposed and converted into gas. In the second phase, the combustion of the gasified portion and any remaining solids occur. As a result, the fuel outgasses, and the resulting gas is co-combusted.

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 Lambdasonde kann der Verbrennungsprozess vorteilhaft geregelt werden.Pyrolysis is the thermal decomposition of a solid material 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, with the pyrolysis gases being divided into those that are condensable and those that are non-condensable at room temperature. Primary pyrolysis takes place at roughly 250–450°C, and secondary pyrolysis at approximately 450–600°C. The subsequent secondary pyrolysis is based on the further reaction of the primary pyrolysis products. Drying and pyrolysis largely take place without the use of air, as volatile CH compounds escape from the particle, preventing air from reaching the particle surface. Gasification can be considered a part of oxidation; the solid, liquid, and gaseous products formed during pyrolytic decomposition are reacted by further heat. This occurs with the addition of a gasification agent such as air, oxygen, or even steam. The lambda value during gasification is greater than zero and less than one. Gasification takes place between approximately 300 and 850°C. Above approximately 850°C, complete oxidation occurs with excess air (lambda greater than 1). The reaction end products are essentially carbon dioxide, steam, and ash. The boundaries between all phases are not rigid, but fluid. The combustion process can be advantageously controlled using a lambda probe located at the boiler's exhaust outlet.

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.Generally speaking, the efficiency of combustion is increased by converting pellets into gas because gaseous fuel is better mixed with the combustion air, and lower emissions of pollutants, less unburned particles and ash are produced.

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.The combustion of biomass produces airborne combustion products whose main components are carbon, hydrogen and oxygen. These can be divided into emissions from complete oxidation, incomplete oxidation and substances from trace elements or impurities. Emissions from complete oxidation are essentially carbon dioxide ( CO2 ) and water vapor ( H2O ). The formation of carbon dioxide from the carbon in the biomass is the aim of combustion, as this allows the released energy to be used. The release of carbon dioxide ( CO2 ) is largely proportional to the carbon content of the burned fuel; thus, the carbon dioxide also depends on the useful energy available. A reduction can essentially only be achieved by improving efficiency. Combustion residues such as ash and slag are also produced in every case and can adhere firmly to the grate.

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. Insofern ist eine Rostabreinigung ein recht variabler und von den Umständen der Asche- und Schlackebildung abhängiger Vorgang. Übliche Lösungen aus dem Stand der Technik sehen Reinigungsverfahren und - vorrichtungen vor, welche deshalb erheblich überdimensioniert und extensiv sind. Diesbezüglich besteht erheblicher Optimierungsbedarf.Particularly in biomass heating systems designed to be suitable for various types of biofuel, the varying quality and consistency of the fuel makes it difficult to maintain consistently high efficiency, especially since ash and slag formation on the grate can occur to a very different extent. Therefore, grate cleaning is a highly variable process that depends on the specific conditions of ash and slag formation. Conventional state-of-the-art solutions involve cleaning processes and devices that are therefore significantly oversized and extensive. There is a significant need for optimization in this regard.

Zudem kann der biologische Brennstoff verunreinigt sein. Diese Verunreinigungen können die Asche- und Schlackebildung verstärken und/oder Verstopfungen in den Öffnungen des Rostes und an der Drehmechanik verursachen. Zudem können bei Drehrosten auch Blockaden entstehen.In addition, the biofuel may be contaminated. These contaminants can increase ash and slag formation and/or cause blockages in the grate openings and the rotating mechanism. Blockages can also occur in rotating grates.

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.Another disadvantage of conventional biomass heating systems for pellets can be that pellets that fall into the combustion chamber can roll or slip out of the grid or grate and fall into an area of the combustion chamber Pellets can enter a room where the temperature is lower or where the air supply is poor, or they can even fall into the lowest chamber of the boiler. Pellets that do not remain on the grate or grate burn incompletely, resulting in poor efficiency, excessive ash, and a certain amount of unburned pollutant particles.

Biomasse-Heizanlagen für Pellets oder Hackgut weisen die folgenden weiteren Nachteile und Probleme auf.Biomass heating systems for pellets or wood chips have the following additional disadvantages and problems.

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.One problem is that incomplete combustion due to the uneven distribution of fuel on the grate and the suboptimal mixing of air and fuel promotes the accumulation and falling of unburned ash through the air inlet openings that lead directly to the combustion grate into the air ducts.

Dies ist besonders störend und verursacht häufige Unterbrechungen, um Wartungsarbeiten wie eben ein Abreinigen bzw. Reinigen des Kessels generell und insbesondere des Drehrosts 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. Insofern ist es auch ein Problem, dass die Reinigungsintervalle rein vorsorglich kürzer als erforderlich vorgesehen sind, womit der Kesselbetrieb nicht optimal erfolgt.This is particularly disruptive and causes frequent interruptions for maintenance work such as cleaning the boiler in general, and the rotating grate in particular. For all these reasons, a large excess of air is normally maintained in the combustion chamber, but this reduces the flame temperature and combustion efficiency, and leads to high NOx emissions. Such excess air is undesirable. Therefore, it is also problematic that cleaning intervals are planned to be shorter than necessary purely as a precautionary measure, which results in suboptimal boiler operation.

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.The above problems were addressed in the (post-published) state of the art of EP 3 789 676 B1 treated with a cleaning device for a rotating grate with a tapping effect. A drop hammer configuration ensures that a mass element strikes a stop on the respective element when the rotating grate elements rotate.

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. Weiterhin sind auch bei dieser Lösung die Reinigungsintervalle zu kurz, das Problem einer möglichen Blockade der Drehung der Drehrostelemente besteht weiterhin, und es sind die Reinigungsvorgänge als solche aus Sicherheitsgründen extensiv vorgesehen.However, it has been shown that this state-of-the-art solution has two disadvantages. Firstly, the drop hammer configuration requires The rotating grate principle requires a considerable amount of space and is therefore too large for boilers with lower output (and dimensions). Furthermore, the cleaning efficiency of the rotating grate still needs improvement. Furthermore, even with this solution, the cleaning intervals are too short, the problem of a potential blockage in the rotation of the rotating grate elements still exists, and the cleaning processes themselves are designed to be extensive for safety reasons.

Es kann ausgehend von den vorstehend genannten Problemen eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung sein, eine Biomasse-Heizanlage vorzusehen, die eine optimierte Abreinigung der Biomasse-Heizanlage ermöglicht.Based on the problems mentioned above, it may be an object of the present invention to provide a biomass heating system which enables optimized cleaning of the biomass heating system.

Beispielsweise sollte eine einfache Entaschung oder Abreinigung des Rostes ermöglicht werden, sowie sollte eine einfache Wartung des Rostes der Biomasse-Heizanlage ermöglicht werden.For example, easy ash removal or cleaning of the grate should be possible, as should easy maintenance of the grate of the biomass heating system.

Zudem sollte eine hohe Anlagenverfügbarkeit vorhanden sein.In addition, there should be high system availability.

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.
In this context, the following consideration could play a role in accordance with the invention and in addition:
The hybrid technology is intended to enable the use of both pellets and wood chips with water contents between 8 and 35 percent by weight.

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.The above-mentioned task(s) or the potential individual problems may also relate to other aspects of the overall system, for example the combustion chamber or the air flow through the grate.

Diese Aufgabe(n) wird/werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche , welche die Erfindung definieren, gelöst. Weitere Aspekte und vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object(s) is/are solved by the subject matter of the independent claims, which define the invention. Further aspects and advantageous developments are the subject matter of the dependent claims.

Die Vorteile dieser Konfiguration und auch der folgenden Aspekte ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der zugehörigen Ausführungsbeispiele.The advantages of this configuration and also the following aspects will become apparent from the following description of the associated embodiments.

Gemäß der Erfindung ist ein Biomasse-Heizanlage zur Verfeuerung von biogenem Brennstoff offenbart, die Anlage aufweisend: einen Kessel mit einer Brenneinrichtung und mit einem Wärmetauscher; eine Steuereinrichtung mit einem Speicher; zumindest einen Sensor, der einen Zustand einer Ascheabfuhreinrichtung zur Abreinigung von Verbrennungsrückständen aus dem Kessel erfassen kann; wobei die Biomasse-Heizanlage derart eingerichtet ist, dass die Steuereinrichtung eine Blockade der Ascheabfuhreinrichtung mittels von dem Sensor erhaltener Informationen erfassen kann.According to the invention, a biomass heating system for burning biogenic fuel is disclosed, the system comprising: a boiler with a combustion device and with a heat exchanger; a control device with a storage device; at least one sensor that can detect a state of an ash removal device for cleaning combustion residues from the boiler; wherein the biomass heating system is configured such that the control device can detect a blockage of the ash removal device by means of information received from the sensor.

Gemäß der Erfindung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, diese Anlage aufweisend: einen Kessel mit einer Brenneinrichtung und mit einem Wärmetauscher, wobei die Brenneinrichtung einen Drehrost mit zumindest einem mit einer Drehachse drehbar gelagerten Drehrostelement aufweist, wobei der Drehrost gedreht werden kann, um die Verbrennungsrückstände von der Verbrennungsfläche des Drehrosts abzureinigen; zumindest einen Drehwinkelsensor als den Sensor, welcher einen Drehwinkel der Drehachse erfassen kann und welcher mit der Steuereinrichtung kommunikativ verbunden ist; zumindest einen Antrieb zur Drehung der Drehachse, wobei der Antrieb von der Steuereinrichtung angesteuert wird; wobei die Biomasse-Heizanlage eingerichtet ist, eine Blockade einer Drehung des zumindest einen Drehrostelements zu erfassen, falls eine bestimmte Drehgeschwindigkeit des zumindest einen Drehrostelements kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert.According to the invention, a biomass heating system is provided, this system comprising: a boiler with a combustion device and with a heat exchanger, wherein the combustion device has a rotating grate with at least one rotating grate element rotatably mounted about a rotation axis, wherein the rotating grate can be rotated in order to clean the combustion residues from the combustion surface of the rotating grate; at least one rotation angle sensor as the sensor, which can detect a rotation angle of the rotation axis and which is communicatively connected to the control device; at least one drive for rotating the rotation axis, wherein the drive is controlled by the control device; wherein the biomass heating system is configured to detect a blockage of a rotation of the at least one rotating grate element if a certain rotation speed of the at least one rotating grate element is less than a predetermined threshold value.

Gemäß einer Weiterbildung der vorstehenden Aspekte ist das Folgende offenbart, wobei die Biomasse-Heizanlage eingerichtet ist, die Drehgeschwindigkeit mittels einer Differenz von zwei erfassten Drehwinkeln zu bestimmen, wobei die beiden Drehwinkel in einem vorbestimmten zeitlichen Abstand zueinander erfasst werden.According to a further development of the above aspects, the following is disclosed, wherein the biomass heating system is configured to determine the rotational speed by means of a difference between two detected angles of rotation, wherein the two angles of rotation are detected at a predetermined time interval from one another.

Gemäß einer Weiterbildung der vorstehenden Aspekte ist das Folgende offenbart, wobei die Biomasse-Heizanlage eingerichtet ist, die Blockade erst dann zu erfassen, falls die bestimmte Drehgeschwindigkeit bei zumindest zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert.According to a further development of the above aspects, the following is disclosed, wherein the biomass heating system is arranged to detect the blockage only if the determined rotational speed is less than the predetermined threshold value in at least two consecutive determinations.

Gemäß einer Weiterbildung der vorstehenden Aspekte ist das Folgende offenbart, wobei die Biomasse-Heizanlage eingerichtet ist, bei positiver Erfassung der Blockade der Drehung in einer ersten Drehrichtung eine Brecherfunktion ausgeführt wird, bei der das zumindest eine Drehrostelement eine vorbestimmte Zeit entgegen der ersten Drehrichtung in eine zweite Drehrichtung zurückgedreht wird, und in Folge das zumindest eine Drehrostelement erneut in die erste Drehrichtung gedreht wird.According to a further development of the above aspects, the following is disclosed, wherein the biomass heating system is configured such that, upon positive detection of the blockage of the rotation in a first direction of rotation, a breaker function is carried out, in which the at least one rotating grate element is rotated back in a second direction of rotation for a predetermined time counter to the first direction of rotation, and subsequently the at least one rotating grate element is rotated again in the first direction of rotation.

Gemäß einer Weiterbildung der vorstehenden Aspekte ist das Folgende offenbart, wobei der Wärmetauscher eine Mehrzahl von Kesselrohren mit darin befindlichen Turbulatoren aufweist; und der Sensor ein Positionssensor ist, der eine Ruhestellung der Turbulatoren mittelbar oder unmittelbar erfassen kann.According to a further development of the above aspects, the following is disclosed, wherein the heat exchanger comprises a plurality of boiler tubes with turbulators located therein; and the sensor is a position sensor that can directly or indirectly detect a rest position of the turbulators.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Erfassung einer Blockade eines Drehrosts einer Biomasse-Heizanlage offenbart, wobei die Biomasse-Heizanlage das Folgende aufweist: einen Kessel mit einer Brenneinrichtung und mit einem Wärmetauscher, eine Steuereinrichtung mit einem Speicher; zumindest einen Sensor, der einen Zustand einer Ascheabfuhreinrichtung zur Abreinigung von Verbrennungsrückständen aus dem Kessel erfassen kann; wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erfassen, durch die Steuereinrichtung, einer Blockade der Ascheabfuhreinrichtung durch Auswerten von Informationen von dem Sensor.According to the invention, a method for detecting a blockage of a rotating grate of a biomass heating system is disclosed, wherein the biomass heating system comprises: a boiler with a combustion device and with a heat exchanger, a control device with a storage device; at least one sensor that can detect a state of an ash removal device for cleaning combustion residues from the boiler; wherein the method comprises the following steps: detecting, by the control device, a blockage of the ash removal device by evaluating information from the sensor.

Gemäß der Erfindung weist die Biomasse-Heizanlage weiter das Folgende auf: einen Drehrost der Brenneinrichtung mit zumindest einem mit einer Drehachse drehbar gelagerten Drehrostelement aufweist; zumindest einen Drehwinkelsensor, welcher einen Drehwinkel der Drehachse erfassen kann und welcher mit der Steuereinrichtung kommunikativ verbunden ist; zumindest einen Antrieb zur Drehung der Drehachse, wobei der Antrieb von der Steuereinrichtung angesteuert wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bestimmen der Drehgeschwindigkeit des zumindest einen Drehrostelements; Vergleichen der bestimmten Drehgeschwindigkeit mit einem vorbestimmten Schwellenwert; Erfassung einer Blockade einer Drehung des zumindest einen Drehrostelements, falls der Vergleich ergibt, dass die Drehgeschwindigkeit kleiner ist als der Schwellenwert.According to the invention, the biomass heating system further comprises the following: a rotating grate of the combustion device with at least one rotating grate element rotatably mounted with a rotation axis; at least one rotation angle sensor which can detect a rotation angle of the rotation axis and which is communicatively connected to the control device; at least one drive for rotating the rotation axis, wherein the drive is controlled by the control device, wherein the method comprises the following steps: determining the rotation speed of the at least one Rotating grate element; comparing the determined rotational speed with a predetermined threshold value; detecting a blockage of a rotation of the at least one rotating grate element if the comparison shows that the rotational speed is less than the threshold value.

Gemäß einer Weiterbildung der vorstehenden Aspekte ist das Folgende offenbart, wobei das Bestimmen der Drehgeschwindigkeit die folgenden Schritte umfasst: Erfassen eines ersten Drehwinkels zu einem ersten Zeitpunkt; Erfassen eines zweiten Drehwinkels zu einem zweiten Zeitpunkt, der eine vorbestimmte Wartezeit nach dem ersten Zeitpunkt festgelegt ist; Berechnen der Differenz des ersten Drehwinkels und des zweiten Drehwinkels.According to a development of the above aspects, the following is disclosed, wherein determining the rotational speed comprises the following steps: detecting a first rotational angle at a first time; detecting a second rotational angle at a second time, which is set a predetermined waiting time after the first time; calculating the difference between the first rotational angle and the second rotational angle.

Gemäß einer Weiterbildung der vorstehenden Aspekte ist das Folgende offenbart, wobei die Blockade erst dann detektiert wird, falls die bestimmte Drehgeschwindigkeit bei zumindest zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert.According to a further development of the above aspects, the following is disclosed, wherein the blockage is only detected if the determined rotational speed is less than the predetermined threshold value in at least two consecutive determinations.

Gemäß einer Weiterbildung der vorstehenden Aspekte ist das Folgende offenbart, weiter aufweisend die folgenden Schritte: Ausführen einer Brecherfunktion bei positiver Erfassung der Blockade der Drehung in einer ersten Drehrichtung, wobei die Brecherfunktion darin besteht, dass das zumindest eine Drehrostelement eine vorbestimmte Zeit entgegen der ersten Drehrichtung in eine zweite Drehrichtung zurückgedreht wird, und in Folge das zumindest eine Drehrostelement erneut in die erste Drehrichtung gedreht wird.According to a development of the above aspects, the following is disclosed, further comprising the following steps: carrying out a breaker function upon positive detection of the blockage of the rotation in a first direction of rotation, wherein the breaker function consists in that the at least one rotating grate element is rotated back in a second direction of rotation for a predetermined time counter to the first direction of rotation, and subsequently the at least one rotating grate element is rotated again in the first direction of rotation.

Offenbart ist zudem ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren eines der vorstehenden Aspekte auszuführen.Also disclosed is a computer program comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the method of one of the above aspects.

Offenbart ist weiterhin ein computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm vorausgehenden Aspekts gespeichert ist.Also disclosed is a computer-readable storage medium on which the computer program of the preceding aspect is stored.

Die einzelnen Effekte und Vorteile dieser Aspekte ergeben sich aus der nachstehenden Figurenbeschreibung und den zugehörigen Zeichnungen.The individual effects and advantages of these aspects are shown in the following figure description and the corresponding drawings.

"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."Horizontal" in this case can refer to a flat alignment of an axis or cross-section, assuming that the boiler is also installed horizontally, whereby, for example, the ground level can be the reference. Alternatively, "horizontal" in this case can mean "parallel" to the base plane of the boiler, as this is commonly defined. Further alternatively, especially in the absence of a reference plane, "horizontal" can be understood merely as at least approximately perpendicular to the direction of action of the Earth's gravitational force or acceleration.

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.Although all of the above individual features and details of an aspect of the invention and the developments of this aspect are described in connection with the biomass heating system, these individual features and details are also disclosed as such independently of the biomass heating system.

Die Biomasse-Heizanlage wird 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 mithin in einem ersten Zustand, wobei alle Drehrostelemente horizontal ausgerichtet bzw. geschlossen sind;
Fig. 10
zeigt den Drehrost der Fig. 9 in dem Zustand einer Teilabreinigung, mithin einem zweiten Zustand, des Drehrosts im Gluterhaltungsbetrieb;
Fig. 11
zeigt den Drehrost der Fig. 9 im Zustand der Universalabreinigung, mithin in einem dritten Zustand, wobei die Universalabreinigung bevorzugt während eines Anlagenstillstands durchgeführt wird;
Fig. 13
zeigt ein Leistungsdiagramm eines beispielhaften Zyklus des Verbrennungsbetriebs der Biomasse-Heizanlage von der Zündung bis zum Ausbrennen;
Fig. 14
zeigt ein Auslöseverfahren, mit dem eine Abreinigung des Kessels ausgelöst werden kann;
Fig. 15
zeigt eine Weiterbildung des Auslöseverfahrens der Fig. 14;
Fig. 16
zeigt ein Abreinigungsoptimierungsverfahren;
Fig. 17a
zeigt ein Abreinigungsverfahren für den Kessel;
Fig. 17b
zeigt ein erstes Anti-Blockade-Verfahren, welches eine Fortbildung des Verfahrens der Fig. 17a ist;
Figuren 17c und 17d
zeigen ein zweites Anti-Blockade-Verfahren in Fortbildung zu den Verfahren der Fig. 17a und/oder 17b;
Fig. 18
zeigt ein Blockadeerfassungsverfahren für den Drehrost der Biomasse-Heizanlage;
Fig. 19
zeigt ein Diagramm mit dem Verfahren der Fig. 18 mit einem zeitlichen Verlauf des Drehwinkels ohne Blockade, mit Blockade und mit einer Brecherfunktion auf erkannter Blockade, sowie einer Alternative in Reaktion auf eine erkannte Blockade.
The biomass heating system is explained in more detail below in exemplary embodiments and individual aspects using the figures:
Fig. 1
shows a three-dimensional overview view of a biomass heating system according to an embodiment of the invention;
Fig. 2
shows a cross-sectional view of the biomass heating system of the Fig. 1 , which was made along a section line SL1 and which is shown viewed from the side view S;
Fig. 3
also shows a cross-sectional view of the biomass heating system of the Fig. 1 with a representation of the flow pattern, wherein the cross-sectional view was taken along a section line SL1 and is shown viewed from the side view S;
Fig. 4
shows a partial view of the Fig. 2 , which has a combustion chamber geometry of the boiler of the Fig. 2 and Fig. 3 represents;
Fig. 5
shows a sectional view through the boiler or the combustion chamber of the boiler along the vertical section line A2 of the Fig. 4 ;
Fig. 6
shows a three-dimensional sectional view of the primary combustion zone of the combustion chamber with the rotating grate of the Fig. 4 ;
Fig. 7
shows accordingly to Fig. 6 an exploded view of the combustion chamber stones;
Fig. 8
shows a top view of the rotating grate with rotating grate elements from the viewpoint of section line A1 of the Fig. 2 ;
Fig. 9
shows the rotating grate of the Fig. 2 in the closed position, i.e. in a first state, with all rotating grate elements being horizontally aligned or closed;
Fig. 10
shows the rotating grate of the Fig. 9 in the state of partial cleaning, thus a second state, of the rotating grate in the ember maintenance mode;
Fig. 11
shows the rotating grate of the Fig. 9 in the state of universal cleaning, thus in a third state, whereby the universal cleaning is preferably carried out during a plant shutdown;
Fig. 13
shows a performance diagram of an exemplary cycle of combustion operation of the biomass heating system from ignition to burnout;
Fig. 14
shows a triggering procedure with which a boiler cleaning can be initiated;
Fig. 15
shows a further development of the triggering procedure of the Fig. 14 ;
Fig. 16
shows a cleaning optimization process;
Fig. 17a
shows a cleaning process for the boiler;
Fig. 17b
shows a first anti-blockade procedure, which is a further development of the procedure of Fig. 17a is;
Figures 17c and 17d
show a second anti-blockade procedure in advanced training on the procedures of Fig. 17a and/or 17b;
Fig. 18
shows a blockage detection method for the rotating grate of the biomass heating system;
Fig. 19
shows a diagram showing the procedure of Fig. 18 with a temporal course of the angle of rotation without blockage, with blockage and with a breaker function on detected blockage, as well as an alternative in response to a detected blockage.

BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS

Im Folgenden werden verschiedene lediglich beispielhafte Ausführungsformen 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.Various merely exemplary embodiments of the present disclosure are disclosed below with reference to the accompanying drawings. However, embodiments and terms used therein are not intended to limit the present disclosure to specific embodiments.

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.If more general terms are used in the description for features or elements shown in the figures, it is intended that not only the specific feature or element in the figures is disclosed to the person skilled in the art, but also the more general technical teaching.

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.With regard to the description of the figures, the same reference numerals may be used in the individual figures to refer to similar or technically corresponding elements. Furthermore, for the sake of clarity, more elements or features may be depicted with reference numerals in individual detail or partial views than in the overview views. It is assumed that these elements or features are also disclosed accordingly in the overview views, even if they are not explicitly listed there.

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.It should be understood that a singular form of a noun corresponding to an object may include one or more of the things, unless the context in question clearly indicates otherwise.

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.In the present disclosure, a term such as "A or B," "at least one of A and/or B," or "one or more of A and/or B" may include all possible combinations of features listed together. Terms such as "first," "second," "primary," or "secondary" used herein may represent various elements regardless of their order and/or meaning and do not limit corresponding elements. When an element (e.g., a first element) is described as being "operably" or "communicatively" coupled or connected to another element (e.g., a second element), the element may be connected directly to the other element or may be connected to the other element via another element (e.g., a third element).

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.For example, a term "configured to" (or "adapted to) used in the present disclosure may be replaced with "suitable for," "suitable for," "adapted to," "made to," "capable of," or "designed to," as technically feasible. Alternatively, in a particular situation, a term "device configured to" or "adapted to" may mean that the device can operate in conjunction with another device or component, or can perform a corresponding function.

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/sind.All size specifications given in "mm" are to be understood as a size range of ±1 mm around the specified value, unless another tolerance or other ranges or range limits are explicitly stated.

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 somit 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.It should be noted that the individual aspects at hand, for example the cleaning device, are disclosed separately from or separately from the biomass heating system as individual parts or individual devices. It is therefore clear to the person skilled in the art that individual aspects or system components are also disclosed individually. In the present case, the individual aspects or system components are disclosed in particular in the subsections marked with parentheses. It is intended that these individual aspects may also be claimed separately.

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.Furthermore, for the sake of clarity, not all features and elements are individually identified in the figures, especially when they are repeated. Rather, the elements and features are identified as examples. Analogous or identical elements are to be understood as such.

(Biomasse-Heizanlage)(biomass heating system)

Zunächst soll die Biomasse-Heizanlage 1 der vorliegenden Offenbarung allgemein beschrieben werden, um das "Umfeld" der Abreinigung und insbesondere der Ascheabfuhreinrichtungen 7, 25, d.h. des vorliegenden Drehrosts 25 mit seiner Abreinigung und auch der Ascheschnecke 71, näher zu beleuchten.First, the biomass heating system 1 of the present disclosure will be described in general in order to shed more light on the "environment" of the cleaning and in particular of the ash removal devices 7, 25, i.e., the present rotating grate 25 with its cleaning and also the ash screw 71.

Fig. 1 zeigt eine dreidimensionale Überblicksansicht der Biomasse-Heizanlage 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 1 shows a three-dimensional overview view of the biomass heating system 1 according to an embodiment of the invention.

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.In the figures, the arrow V indicates the front view of the system 1, and the arrow S indicates the side view of the system 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. Nicht vollständig dargestellt ist eine Isolation des Kessels 11.The biomass heating system 1 comprises a boiler 11 mounted on a boiler base 12. The boiler 11 has a boiler housing 13, for example, made of sheet steel. Insulation of the boiler 11 is not fully illustrated.

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 (nicht dargestellt) für einen Drehrost 25 lagert eine Drehmechanik 23, mit der Antriebskräfte auf Drehachsen 81 bzw. Lagerachsen 81 des Drehrosts 25 übertragen werden können. Die Drehmechanik 23 kann bevorzugt ein dehnbares Übertragungsglied, beispielsweise ein Zahnband, aufweisen, welches die Antriebskräfte der Motors 231 auf die Drehachse 81 überträgt. Der Drehrost 25 hat vorliegend eine Doppelfunktion. Einerseits ist er ein Rost für den Brennstoff, und andererseits dient dieser auch als Ascheabfuhreinrichtung 25, da er die Verbrennungsrückstände durch Abkippen abführen kann.Located in the front part of the boiler 11 is a combustion device 2 (not shown), which can be accessed via a first maintenance opening with a closure 21. A rotating mechanism holder 22 (not shown) for a rotating grate 25 supports a rotating mechanism 23, with which drive forces can be transmitted to rotating axes 81 or bearing axes 81 of the rotating grate 25. The rotating mechanism 23 can preferably have an expandable transmission element, for example a toothed belt, which transmits the drive forces of the motor 231 to the rotating axis 81. The rotating grate 25 has a dual function in this case. On the one hand, it is a grate for the fuel, and on the other hand, it also serves as an ash removal device 25, since it can remove the combustion residues by tipping them away.

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.In the middle part of the boiler 11 there is a heat exchanger 3 (not shown), which can be reached from above via a second maintenance opening with a closure 31.

Im Hinterteil des Kessels 11 befindet sich eine elektrostatische Filtereinrichtung 4 (kurz auch als Filter 4 bezeichnet) mit einer Elektrode 45 (vgl. Fig. 2 ff.), die mit einer isolierenden Elektrodenhalterung 43 aufgehängt ist, und die über eine Elektrodenversorgungsleitung 42 unter Spannung gesetzt wird. Die Filtereinrichtung 4 weist ein röhrenförmiges Innenvolumen 46b, welches sich in einer Längsrichtung der Filtereinrichtung 4 erstreckt.In the rear part of the boiler 11 there is an electrostatic filter device 4 (also referred to as filter 4 for short) with an electrode 45 (cf. Fig. 2 ff.), which is suspended by an insulating electrode holder 43 and which is energized via an electrode supply line 42. The filter device 4 has a tubular internal volume 46b, which extends in a longitudinal direction of the filter device 4.

Das Abgas der Biomasse-Heizanlage 1, welches durch die Filtereinrichtung 4 geströmt ist, wird über einen Abgasausgang 41 abgeführt, der der Filtereinrichtung 4 (fluidisch) strömungstechnisch nachgelagert angeordnet ist. Hier kann ein Ventilator oder ein Gebläse vorgesehen sein.The exhaust gas from the biomass heating system 1, which has flowed through the filter device 4, is discharged via an exhaust gas outlet 41, which is arranged fluidically downstream of the filter device 4. A fan or blower can be provided here.

Hinter dem Kessel 11 ist eine Rezirkulationseinrichtung 5 vorgesehen, die einen Teil des Rauch- bzw. Abgases über Rezirkulationskanäle 51, 53 und 54 und Klappen 52 zur Kühlung des Verbrennungsvorgangs und Wiederverwendung beim Verbrennungsvorgang rezirkuliert.A recirculation device 5 is provided behind the boiler 11, which recirculates part of the flue or exhaust gas via recirculation ducts 51, 53 and 54 and flaps 52 for cooling the combustion process and reuse in the combustion process.

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.Furthermore, the biomass heating system 1 has a fuel feed 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 rotating grate 25. The fuel feed 6 has a rotary valve 61 with a fuel feed opening 65, wherein the rotary valve 61 has a drive motor 66 with control electronics. An axle 62 driven by the drive motor 66 drives a transmission mechanism 63, which can drive a fuel conveyor screw 67 (not shown), so that the fuel is conveyed to the combustion device 2 in a fuel feed channel 64.

Im unteren Teil der Biomasse-Heizanlage 1 ist eine Ascheabfuhreinrichtung 7 vorgesehen, welche eine Ascheaustragungsschnecke 71 in einem Ascheaustragungskanal aufweist, die von einem Motor 72 betrieben wird. Diese Ascheabfuhreinrichtung 7 ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass bei Drehung der Ascheaustragungsschnecke 71 durch den Motor 72 auch die Turbulatoren im Wärmetauscher 3 hin- und herbewegt werden, womit eine Abreinigung des Wärmetauschers erfolgt. In dieser Ascheabfuhreinrichtung 7 können sich Schlacke oder auch andere Reste von der Verbrennung (beispielsweise Nägel) verklemmen und diese Aschabfuhreinrichtung 7 verklemmen.In the lower part of the biomass heating system 1, an ash removal device 7 is provided, which has an ash removal screw 71 in an ash removal channel, which is driven by a motor 72. This ash removal device 7 is preferably configured such that when the ash removal screw 71 is rotated by the motor 72, the turbulators in the heat exchanger 3 are also moved back and forth, thus cleaning the heat exchanger. Slag or other residues from combustion (e.g., nails) can become trapped in this ash removal device 7 and jam the ash removal device 7.

Die Biomasse-Heizanlage 1 weist des Weiteren eine Steuereinrichtung 100 auf. Diese Steuereinrichtung 100 ist mit einem herkömmlichen Prozessor, flüchtigem und nicht-flüchtigem Speicher (beispielsweise (S-) RAM, ROM, Flash und/oder Cache-Speicher), sowie diversen Schnittstellen vorgesehen. Als Schnittstellen können analoge oder digitale Ein- und Ausgänge vorgesehen sein. Beispielsweise können CAN-Bus Schnittstellen, 0-10 V analoge Eingänge oder 4-20 mA analoge Eingänge/Ausgänge für Sensoren und Aktoren und/oder RS-232 Schnittstellen vorgesehen sein. Zudem weist die Steuereinrichtung vorzugsweise (optional) zumindest eine Schnittstelle mit einem Internet-Protokoll (IP, Ethernet, WLAN) nach den bekannten Standards auf. Damit kann die Steuereinrichtung, bevorzugt über das Internet, mit den von der Biomasse-Heizanlage 1 entfernt installierten Datenverarbeitungseinrichtungen kommunizieren.The biomass heating system 1 further comprises a control device 100. This control device 100 is provided with a conventional processor, volatile and non-volatile memory (e.g., (S-)RAM, ROM, flash, and/or cache memory), and various interfaces. Analog or digital inputs and outputs can be provided as interfaces. For example, CAN bus interfaces, 0-10 V analog inputs, or 4-20 mA analog inputs/outputs for sensors and actuators, and/or RS-232 interfaces can be provided. In addition, the control device preferably (optionally) comprises at least one interface with an Internet protocol (IP, Ethernet, WLAN) according to known standards. This allows the control device to communicate, preferably via the Internet, with the data processing devices installed remotely from the biomass heating system 1.

Die Möglichkeit einer Kommunikation zu entfernt angeordneten Datenverarbeitungseinrichtungen kann vorgesehen sein.The possibility of communication with remotely located data processing facilities may be provided.

Weiterhin kann die Steuereinrichtung 100 eine Tastatur und/oder ein Display zur Anzeige von Betriebsdaten aufweisen. Das Display kann ebenso eine sogenannte Touch-Funktion aufweisen, bei der ein Bediener Eingaben auf dem Display vornehmen kann.Furthermore, the control device 100 can have a keyboard and/or a display for displaying operating data. The display can also have a so-called touch function, allowing an operator to make inputs on the display.

Die Steuereinrichtung 100 kann auch eine Spannungserzeugungseinheit aufweisen, welche die Spannung für den Betrieb der Filtereinrichtung 4 erzeugt.The control device 100 may also have a voltage generation unit which generates the voltage for the operation of the filter device 4.

Neben der Steuereinrichtung 100 sind eine Mehrzahl von Sensoren zur Erfassung von physikalischen und/oder chemischen Größen der Biomasse-Heizanlage 1 vorgesehen. Beispiele solcher Sensoren sind in Bezug auf die Fig. 2 näher beschrieben.In addition to the control device 100, a plurality of sensors are provided for detecting physical and/or chemical variables of the biomass heating system 1. Examples of such sensors are described in relation to the Fig. 2 described in more detail.

Einer der Sensoren, der mit der Steuereinrichtung 100 kommunikativ verbunden sein kann, kann ein Kesseltemperatursensor 115 sein. Eine Brennkammer 24 oder Kesselrohre 32 (vgl. Fig. 2) sind zumindest teilweise von einem Wärmetauschmedium 38 (vgl. Fig. 2), beispielsweise (Heizungs-)Wasser, umgeben. Der Kesseltemperatursensor 115 misst oder erfasst die Temperatur des Wärmetauschmediums 38 im Kessel 11 vorzugsweise an einer Stelle, die für eine Durchschnittstemperatur des Wärmetauschmediums 38 im Kessel 11 repräsentativ ist.One of the sensors that may be communicatively connected to the control device 100 may be a boiler temperature sensor 115. A combustion chamber 24 or boiler tubes 32 (see Fig. 2 ) are at least partially surrounded by a heat exchange medium 38 (cf. Fig. 2 ), for example (heating) water. The boiler temperature sensor 115 preferably measures or detects the temperature of the heat exchange medium 38 in the boiler 11 at a location that is representative of an average temperature of the heat exchange medium 38 in the boiler 11.

Die von dem Kesseltemperatursensor 115 erfasste Temperatur wird an die Steuereinrichtung 100 kommuniziert (vorzugsweise als Signal, beispielsweise als Spannungssignal, als Stromsignal oder als digitales Signal), womit der Steuereinrichtung 100 die Temperatur (welche eventuell noch aus dem Signal berechnet werden muss, beispielsweise könnte die Spannung von 1 Volt 10 Grad Celsius über einem Nullpunkt entsprechen) zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung steht. Gleiches gilt für alle anderen hierin beschriebenen Sensoren bzw. erfassenden Einrichtungen.The temperature detected by the boiler temperature sensor 115 is communicated to the control device 100 (preferably as a signal, for example, a voltage signal, a current signal, or a digital signal), whereby the temperature (which may still need to be calculated from the signal; for example, a voltage of 1 volt could correspond to 10 degrees Celsius above zero) is available to the control device 100 for further processing. The same applies to all other sensors or detecting devices described herein.

Dabei kann die Steuereinrichtung die von dem Kesseltemperatursensor 115 erfasste Temperatur in einem (permanenten oder flüchtigen) Speicher abspeichern. Gleiches gilt analog für alle anderen erfassten Sensordaten.The control device can store the temperature detected by the boiler temperature sensor 115 in a (permanent or volatile) memory. The same applies analogously to all other detected sensor data.

Das vorstehend betreffend Kesseltemperatursensor 115 und der erfassten Temperatur (als erfasste physikalische Größe) Dargelegte kann auch auf weitere Sensoren und physikalische oder chemische Größen Anwendung finden, insbesondere auf die Sensoren, welche mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben werden. Als Sensoren können insbesondere Sensoren der Brennstoffbetthöhe bzw. Glutbetthöhe 86, die Lambdasonde 112, der Abgastemperatursensor 111, der Unterdrucksensor 113, der Heizungswassertemperatursensor 114 verwendet werden.The above statements regarding boiler temperature sensor 115 and the detected temperature (as a detected physical quantity) can also be applied to other sensors and physical or chemical quantities, in particular to the sensors which are described with reference to Fig. 2 described. Sensors that can be used include, in particular, fuel bed height sensors or ember bed height sensors 86, the lambda probe 112, the exhaust gas temperature sensor 111, the vacuum sensor 113, and the heating water temperature sensor 114.

Weiter kann die Steuereinrichtung 100 Sensoren aufweisen, mit denen die (Soll-) Spannung, welche an der Elektrode 45 der Filtereinrichtung 100 anliegen soll, und der Strom If, der in der Filtereinrichtung 4 fließt, erfasst werden kann. Gleiches gilt für die diversen Motoren, welche für die (Ab-)Reinigung des Kessels, d.h., der Drehung der Drehrostelemente 252, 253, 254 oder der Ascheschnecke 71 zum Einsatz kommen. Damit kann die Steuereinrichtung 100 Stromerfassungsmittel zum Erfassen des Stroms durch die Elektrode 45 oder durch die diversen Motoren aufweisen. Ebenso kann die Steuereinrichtung 100 Spannungserfassungsmittel zum Erfassen der Filterspannung Vf, welche an der Elektrode 45 anliegt, oder der Spannung, die an dem jeweiligen Motor anliegt, aufweisen.Furthermore, the control device 100 can have sensors with which the (target) voltage that should be applied to the electrode 45 of the filter device 100 and the current If flowing in the filter device 4 can be detected. The same applies to the various motors used for cleaning the boiler, i.e., the rotation of the rotating grate elements 252, 253, 254 or the ash screw 71. Thus, the control device 100 can have current detection means for detecting the current through the electrode 45 or through the various motors. Likewise, the control device 100 can have voltage detection means for detecting the filter voltage Vf applied to the electrode 45 or the voltage applied to the respective motor.

Weiter kann zumindest ein mechanischer, optischer oder auch induktiver Drehwinkelsensor bzw. Positionssensor 259 vorgesehen sein, mit dem die Drehlage bzw. der Drehwinkel der Drehrostelemente 252, 253, 254 erfasst werden kann. Ebenso kann ein Positionssensor vorgesehen sein, der die Drehlage der Ascheschnecke 71 erfassen kann.Furthermore, at least one mechanical, optical, or inductive rotation angle sensor or position sensor 259 can be provided, with which the rotational position or angle of rotation of the rotating grate elements 252, 253, 254 can be detected. Likewise, a position sensor can be provided that can detect the rotational position of the ash auger 71.

Weiter kann ein Endschalter vorgesehen sein, mit dem ein Endanschlag des Drehrosts am Übergangselement 255 (d.h. die Drehrostelemente 252, 253, 254 befinden sich in deren horizontaler Arbeitsposition) erfasst werden kann.Furthermore, a limit switch can be provided with which an end stop of the rotating grate on the transition element 255 (i.e. the rotating grate elements 252, 253, 254 are in their horizontal working position) can be detected.

Weiter ist zumindest ein Positionssensor 75 (auch als Reinigungssensor 76 bezeichnet), der beispielsweise ein induktiver Positionsschalter ist, vorgesehen. Der Positionssensor 75 ist zur Erfassung der Position oder der Ruhe- bzw. Endstellung der Reinigungsmechanik, welche von dem Motor 72 angetrieben wird, und/oder der Ascheschnecke 71, vorgesehen. Insbesondere kann der Reinigungssensor 76 derart vorgesehen sein, dass dieser eine Ruheposition der Reinigungsmechanik erfassen kann. Beispielsweise kann der Reinigungssensor 76 ein positives Signal ausgeben, wenn sich die Reinigungsmechanik in deren Ruheposition (beispielsweise sind die Turbulatoren in deren untersten Position) befindet und nicht aktiv durch den Motor 72 ausgelenkt wird. So kann der Reinigungssensor 76 beispielweise ein induktiver Schalter sein, wobei die Anwesenheit oder Position eines Gestänges, Hebels oder eines ähnlichen mechanischen Kopplungselements zwischen der Schnecke 71 und dem Motor 72 in Ruheposition der Reinigungsmechanik durch den Sensor 76 und/oder die Drehungslage der Schnecke 71 und/oder die Höhenlage der Turbulatoren 36, 37 erfasst werden kann. Es kann ein Positionssensor 75 beispielsweise die Ruhelage der Turbulatoren 36, 37 mittelbar erfassen, indem die Lage eines Kopplungselements der Reinigungsmechanik zwischen Motor 72 und den Turbulatoren 36, 37 erfasst wird. Mit Bestimmung der Position kann mithin auf den Zustand der Ascheabfuhr geschlossen werden.Furthermore, at least one position sensor 75 (also referred to as cleaning sensor 76), which is, for example, an inductive position switch, is provided. The position sensor 75 is provided for detecting the position or the rest or end position of the cleaning mechanism, which is driven by the motor 72, and/or the ash auger 71. In particular, the cleaning sensor 76 can be provided in such a way that it can detect a rest position of the cleaning mechanism. For example, the cleaning sensor 76 can output a positive signal when the cleaning mechanism is in its rest position (for example, the turbulators are in their lowest position) and is not actively deflected by the motor 72. Thus, the cleaning sensor 76 can, for example, be an inductive switch, wherein the presence or position of a rod, lever or similar mechanical The coupling element between the screw 71 and the motor 72 in the rest position of the cleaning mechanism can be detected by the sensor 76 and/or the rotational position of the screw 71 and/or the height of the turbulators 36, 37. A position sensor 75 can, for example, indirectly detect the rest position of the turbulators 36, 37 by detecting the position of a coupling element of the cleaning mechanism between the motor 72 and the turbulators 36, 37. By determining the position, conclusions can therefore be drawn about the state of the ash removal.

Zudem können auch die Aktoren der Biomasse-Heizanlage 1 mit der Steuereinrichtung 100 kommunikativ verbunden sein. Dabei können beispielsweise die Luftventile 52 der Rezirkulationseinrichtung 5, die Zündeinrichtung 201, die Motoren 231 und 66, der elektrostatische Filter 4 bzw. der Elektrofilter 4 (bspw. dessen An-/AusZustand Sf,), die Ascheabfuhr 7 bzw. deren Motor 72, die Brennstoffzufuhr 6 mit deren Zellenradschleuse 61 bzw. deren Antriebsmotor 66 durch die Steuereinrichtung 100 angesteuert werden.In addition, the actuators of the biomass heating system 1 can also be communicatively connected to the control device 100. For example, the air valves 52 of the recirculation device 5, the ignition device 201, the motors 231 and 66, the electrostatic filter 4 or the electrostatic precipitator 4 (e.g., its on/off state Sf,), the ash removal system 7 or its motor 72, the fuel supply system 6 with its rotary valve 61 or its drive motor 66 can be controlled by the control device 100.

Die Steuereinrichtung 100 steuert den zumindest einen Motor 231 bzw. eine Antriebseinheit 231 zur Drehung der später erläuterten Drehrostelemente 252, 253, 254 an. Hierbei kann die Steuereinrichtung auch mittels eines Stromsensors den Strom erfassen, der durch den zumindest einen Motor fließt. Weiter kann optional auch die Spannung erfasst werden, die am Motor anliegt und mithin kann auch die (Ansteuer-)Leistung berechnet werden, die für die Motordrehung erforderlich ist.The control device 100 controls the at least one motor 231 or a drive unit 231 for rotating the rotating grate elements 252, 253, 254 explained later. The control device can also detect the current flowing through the at least one motor using a current sensor. Furthermore, the voltage applied to the motor can optionally also be detected, and thus the (control) power required for motor rotation can also be calculated.

Weiterhin ist die Filtereinrichtung 4 mit der Steuereinrichtung 100 derart kommunikativ verbunden, dass der Zustand, die Spannung und/oder die Bestromung der Elektrode 45 gesteuert werdenkönnen. Dabei kann die Steuereinrichtung 100 derart eingerichtet sein, dass der An-/Aus-Zustand Sf der Elektrode 45 und deren Spannung Vf eingestellt werden kann. Beispielsweise kann die Spannung in einem Bereich von 10-80 kV, vorzugsweise in einem Bereich von 10-60 kV, eingestellt werden.Furthermore, the filter device 4 is communicatively connected to the control device 100 such that the state, voltage, and/or current supply of the electrode 45 can be controlled. The control device 100 can be configured such that the on/off state Sf of the electrode 45 and its voltage Vf can be adjusted. For example, the voltage can be adjusted within a range of 10-80 kV, preferably within a range of 10-60 kV.

Die Steuereinrichtung 100 kann damit eine Regelung der Biomasse-Heizanlage 1 vornehmen. Zumindest eine erfasste physikalische/chemische Größe und/oder zumindest eine elektrotechnische Größe zumindest eines Sensors der Biomasse-Heizanlage 1 wird/werden zu der Steuereinrichtung 100 kommuniziert, die Biomasse-Heizanlage 1 verwendet diese Größe(n) zur Berechnung einer Regelantwort, wobei die Regelantwort wiederum zur Einstellung zumindest eines Aktors der Biomasse-Heizanlage 1 verwendet wird. Aufgrund der Einstellung des zumindest eines Aktors wiederum werden die physikalisch/chemischen Vorgänge in der Biomasse-Heizanlage 1 (insbesondere diejenigen der Verbrennung) beeinflusst, was wiederum von dem zumindest einem Sensor erfasst wird. Damit schließt sich zumindest ein Regelkreis. Aufgrund der Vielzahl von möglichen Regelungsaufgaben der Steuereinrichtung 100 kann durch die Steuereinrichtung 100 auch mehr als ein Regelkreis der Biomasse-Heizanlage gleichzeitig geregelt werden.The control device 100 can thus regulate the biomass heating system 1. At least one recorded physical/chemical variable and/or at least An electrical variable of at least one sensor of the biomass heating system 1 is/are communicated to the control device 100. The biomass heating system 1 uses this variable(s) to calculate a control response, which in turn is used to adjust at least one actuator of the biomass heating system 1. The adjustment of the at least one actuator influences the physical/chemical processes in the biomass heating system 1 (in particular those of combustion), which are in turn detected by the at least one sensor. This closes at least one control loop. Due to the large number of possible control tasks of the control device 100, the control device 100 can also control more than one control loop of the biomass heating system simultaneously.

Insbesondere kann die Regelung der Filtereinrichtung (Spannungsregelung der Elektrode 45) basierend auf diversen erfassten Größen erfolgen.In particular, the control of the filter device (voltage control of the electrode 45) can be based on various detected variables.

Fig. 2 zeigt 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 "S" des Rauchgases, und strömungstechnische Querschnitte schematisch dargestellt (Diese Strömungen entsprechen auch Verfahrensschritten S1...S7, von der Erzeugung des Rauchgases bis zum Austritt aus der Biomasse-Heizanlage 11). Zu Fig. 3 ist anzumerken, 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. Fig. 2 shows a cross-sectional view through the biomass heating system 1 of the Fig. 1 , which was made along a section line SL1, and which is shown viewed from the side view S. In the corresponding Fig. 3 , which has the same cut as Fig. 2 For the sake of clarity, the flue gas flows "S" and flow cross-sections are shown schematically (These flows also correspond to process steps S1...S7, from the generation of the flue gas to the outlet from the biomass heating system 11). Fig. 3 It should be noted that individual areas are different from the Fig. 2 are shown dimmed. This is only for the clarity of the Fig. 3 and the visibility of the flow arrows S5, S6 and 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 38 zirkulieren kann. Zur Zufuhr und Abfuhr des Wärmetauschmediums ist eine Wasserzirkulationseinrichtung 14 mit Pumpe, Ventilen, Leitungen, etc. vorgesehen.From left to right are Fig. 2 The combustion device 2, the heat exchanger 3, and an (optional) filter device 4 of the boiler 11 are provided. The boiler 11 is mounted on the boiler base 12 and has a multi-walled boiler casing 13 in which water or another fluid heat exchange medium 38 can circulate. A water circulation device 14 with a pump, valves, pipes, etc. is provided for the supply and removal of the heat exchange medium.

Die Brenneinrichtung 2 weist eine Brennkammer 24 auf, in der im Kern der Verbrennungsprozess des Brennstoffes stattfindet. Die Brennkammer 24 weist einen mehrteiligen Drehrost 25 auf, auf dem das Brennstoffbett 28 aufliegt. Der mehrteilige Drehrost 25 ist mittels einer Mehrzahl von Lagerachsen 81 drehbar gelagert angeordnet.The combustion device 2 has a combustion chamber 24, in which the fuel combustion process essentially takes place. The combustion chamber 24 has a multi-part rotating grate 25 on which the fuel bed 28 rests. The multi-part rotating grate 25 is rotatably mounted by means of a plurality of bearing axes 81.

Weiter bezugnehmend auf Fig. 2 und Fig. 3 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). Der Pfeil S1 gibt die Strömung aus der Sekundärluftdüse 291 schematisch wieder, wobei diese Strömung (diese ist rein schematisch dargestellt) einen durch die Sekundärluftdüsen 291 induzierten Drall aufweist, um die Durchmischung des Rauchgases zu verbessern.Further referring to Fig. 2 and Fig. 3 The primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 is enclosed by (a plurality of) combustion chamber bricks 29, whereby the combustion chamber bricks 29 define the geometry of the primary combustion zone 26. The cross-section of the primary combustion zone 26 (for example) along the horizontal section line A1 is essentially oval (for example, 380 mm +- 60 mm x 320 mm ± 60 mm; it should be noted that some of the above size combinations can also result in a circular cross-section). The arrow S1 schematically represents the flow from the secondary air nozzle 291, wherein this flow (shown purely schematically) has a swirl induced by the secondary air nozzles 291 in order to improve the mixing of the flue gas.

Dabei sind die Sekundärluftdüsen 291 derart ausgestaltet, dass diese die (durch die Brennkammersteine 29 vorgewärmte) Sekundärluft tangential in die Brennkammer 24 mit ihrem dortigen ovalen Querschnitt einführen. Damit entsteht eine wirbel- oder drallbehaftete Strömung S1, die grob spiral- oder helixförmig nach oben verläuft. In anderen Worten wird eine nach oben verlaufende und um eine Vertikalachse rotierende Spiralströmung ausgebildet.The secondary air nozzles 291 are designed such that they introduce the secondary air (preheated by the combustion chamber bricks 29) tangentially into the oval cross-section of the combustion chamber 24. This creates a vortex- or swirling flow S1 that flows upwards in a roughly spiral or helical manner. In other words, an upward spiral flow rotating around a vertical axis is formed.

Es sind die Sekundärluftdüsen 291 somit derart ausgerichtet, dass diese die Sekundärluft - in der horizontalen Ebene betrachtet - tangential in die Brennkammer 24 einführen. In anderen Worten sind die Sekundärluftdüsen 291 jeweils als nicht auf die Brennkammermitte ausgerichteter Eintritt für die Sekundärluft vorgesehen. Im Übrigen kann ein solcher tangentialer Eintritt auch bei einer kreisförmigen Brennkammergeometrie zum Einsatz kommen.The secondary air nozzles 291 are thus oriented such that they introduce the secondary air—viewed in the horizontal plane—tangentially into the combustion chamber 24. In other words, the secondary air nozzles 291 are each provided as an inlet for the secondary air that is not aligned with the combustion chamber center. Furthermore, such a tangential inlet can also be used with a circular combustion chamber geometry.

Dabei sind alle Sekundärluftdüsen 291 derart ausgerichtet, dass diese jeweils entweder eine rechtsdrehende oder eine linksdrehende Strömung bewirken. Insofern kann jede Sekundärluftdüse 291 zur Entstehung der Wirbelströmungen beitragen, wobei jede Sekundärluftdüse 291 eine gleichartige Ausrichtung aufweist. Zu Vorstehendem ist anzumerken, dass in Ausnahmefällen einzelne Sekundärluftdüsen 291 auch neutral (mit Ausrichtung in die Mitte) oder gegenläufig (mit entgegengesetzter Ausrichtung) angeordnet sein können, obschon dies die strömungstechnische Effizienz der Anordnung verschlechtern kann.All secondary air nozzles 291 are aligned in such a way that they each either a right-handed or a left-handed flow. In this respect, each secondary air nozzle 291 can contribute to the creation of the vortex flows, with each secondary air nozzle 291 having a similar orientation. Regarding the above, it should be noted that in exceptional cases, individual secondary air nozzles 291 can also be arranged neutrally (oriented toward the center) or counter-rotating (with opposite orientation), although this may impair the fluidic efficiency of the arrangement.

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 und insbesondere zur bedarfsweisen Kühlung rezirkulieren. Die Sekundärluftdüsen 291 sind dabei nicht auf die Mitte der Primärverbrennungszone 26 ausgerichtet, sondern azentrisch ausgerichtet, um einen Drall der Strömung in der Primärverbrennungszone 26 zu bewirken (d. h. eine Drall- und Wirbelströmung, welche später näher erläutert wird). Die Brennkammersteine 29 werden später noch eingehender erläutert. Eine Isolation 311 ist am Kesselrohreintritt vorgesehen. Die ovale Querschnittsform der Primärverbrennungszone 26 (und der Düse) sowie die Länge und Lage der Sekundärluftdüsen 291 begünstigen die Ausbildung und den Erhalt einer Wirbelströmung vorzugsweise bis zur Decke der Brennkammer 24 vorteilhaft.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 bricks 29 thus also protect the other material of the combustion chamber 24, for example, cast iron, from the direct impact of the flames in the combustion chamber 24. The combustion chamber bricks 29 are preferably adapted to the shape of the grate 25. The combustion chamber bricks 29 further 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 and, in particular, for cooling as needed. The secondary air nozzles 291 are not aligned with the center of the primary combustion zone 26, but are aligned eccentrically to create a swirl in the flow in the primary combustion zone 26 (i.e., a swirl and vortex flow, which will be explained in more detail later). The combustion chamber bricks 29 will be explained in more detail later. An insulation 311 is provided at the boiler tube inlet. The oval cross-sectional shape of the primary combustion zone 26 (and the nozzle) as well as the length and position of the secondary air nozzles 291 advantageously promote the formation and maintenance of a vortex flow, preferably up to the ceiling of the combustion chamber 24.

Eine Sekundärverbrennungszone 27 schließt sich, entweder auf der Höhe der Brennkammerdüsen 291 (funktional bzw. verbrennungstechnisch betrachtet) oder auf Höhe der Brennkammerdüse 203 (rein strukturell bzw. baulich betrachtet) an die Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 26 an, und definiert den Strahlungsteil der Brennkammer 26. 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 entsprechenden Rauchgasströmungen sind in Fig. 3 durch die Pfeile S2 und S3 rein beispielhaft angegeben. Diese Wirbelströmungen werden eventuell auch leichte Rückströmungen oder weitere Turbulenzen beinhalten, die durch die rein schematischen Pfeile S2 und S3 nicht dargestellt werden. Das Grundprinzip der Strömungsausprägung in der Brennkammer 24 ist dem Fachmann jedoch, ausgehend von den Pfeilen S2 und S3, klar bzw. berechenbar.A secondary combustion zone 27 adjoins the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 26, either at the level of the combustion chamber nozzles 291 (functionally or in terms of combustion technology) or at the level of the combustion chamber nozzle 203 (purely structurally or in terms of construction), and defines the radiation part of the combustion chamber 26. In the radiation part, 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. The corresponding flue gas flows are in Fig. 3 The flow patterns are indicated purely by way of example by arrows S2 and S3. These vortex flows may also contain slight backflows or other turbulences that are not represented by the purely schematic arrows S2 and S3. However, the basic principle of the flow pattern in the combustion chamber 24 is clear and calculable to the person skilled in the art, based on the arrows S2 and S3.

Durch die Sekundärlufteindüsung hervorgerufen bilden sich in der isolierten bzw. begrenzten Brennkammer 24 ausgeprägte Drall- bzw. Rotations- bzw. Wirbelströmungen aus. Dabei trägt insbesondere die ovale Brennkammergeometrie 24 dazu bei, dass sich die Wirbelströmung ungestört bzw. optimal entwickeln kann.Caused by the secondary air injection, pronounced swirling, rotating, or vortex flows form in the isolated or confined combustion chamber 24. The oval geometry of the combustion chamber 24, in particular, contributes to the undisturbed and optimal development of the vortex flow.

Nach dem Austritt aus der Düse 203, die diese Wirbelströmungen nochmals bündelt, zeigen sich kerzenflammenförmige Rotationsströmungen S2, welche vorteilhaft bis zur Brennkammerdecke 204 reichen können, womit der verfügbare Raum der Brennkammer 24 besser ausgenutzt wird. Dabei sind die Wirbelströmungen auf die Brennkammermitte konzentriert und nutzen das Volumen der Sekundärverbrennungszone 27 ideal aus. Weiter mindert die Einschnürung, die die Brennkammerdüse 203 für die Wirbelströmungen darstellt, die Rotationsströmungen, womit Turbulenzen zur Verbesserung der Durchmischung des Luft-Rauchgasgemischs erzeugt werden. Es findet somit eine Quervermischung durch die Einschnürung bzw. Verengung durch die Brennkammerdüse 203 statt. Der Rotationsimpuls der Strömungen bleibt allerdings zumindest teilweise auch oberhalb der Brennkammerdüse 203 erhalten, was die Ausbreitung dieser Strömungen bis zur Brennkammerdecke 204 erhält.After exiting nozzle 203, which further concentrates these vortex flows, candle-flame-shaped rotational flows S2 appear, which can advantageously extend to the combustion chamber ceiling 204, thus better utilizing the available space of the combustion chamber 24. The vortex flows are concentrated in the center of the combustion chamber and ideally utilize the volume of the secondary combustion zone 27. Furthermore, the constriction created by the combustion chamber nozzle 203 for the vortex flows reduces the rotational flows, thereby creating turbulence to improve the mixing of the air-flue gas mixture. Thus, cross-mixing occurs due to the constriction caused by the combustion chamber nozzle 203. However, the rotational momentum of the flows is at least partially retained above the combustion chamber nozzle 203, which maintains the propagation of these flows up to the combustion chamber ceiling 204.

Die Sekundärluftdüsen 291 sind in den elliptischen bzw. ovalen Querschnitt der Brennkammer 24 somit derart integriert, dass sie aufgrund ihrer Länge und ihrer Ausrichtung Wirbelströmungen induzieren, die das Rauchgas-Sekundärluftgemisch in Rotation versetzen und dadurch (nochmals durch in Kombination mit der darüber positionierten Brennkammerdüse 203 verbessert) eine vollständige Verbrennung bei minimalem Luftüberschuss und somit maximalem Wirkungsgrad ermöglichen.The secondary air nozzles 291 are thus integrated into the elliptical or oval cross-section of the combustion chamber 24 in such a way that, due to their length and orientation, they induce vortex flows that set the flue gas-secondary air mixture in rotation and thereby (further improved in combination with the combustion chamber nozzle 203 positioned above) enable complete combustion with minimal excess air and thus maximum efficiency.

Dabei ist die Sekundärluftzufuhr derart gestaltet ist, dass diese die heißen Brennkammersteine 29 durch Umströmung derselben kühlt und die Sekundärluft im Gegenzug selbst vorgewärmt wird, wodurch die Ausbrandgeschwindigkeit der Rauchgase beschleunigt wird und die Vollständigkeit des Ausbrandes auch bei extremer Teillast (z. B. 30% der Nennlast) sichergestellt wird.The secondary air supply is designed in such a way that it cools the hot combustion chamber bricks 29 by flowing around them and, in turn, the secondary air itself is preheated, whereby the burnout speed of the flue gases is accelerated and the completeness of the burnout is ensured even at extreme partial load (e.g. 30% of the nominal load).

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.The first maintenance opening 21 is insulated with an insulating material, such as Vermiculite . The present secondary combustion zone 27 is configured to ensure exhaustion of the flue gas. The specific geometric design of the secondary combustion zone 27 will be explained in more detail later.

Nach der Sekundärverbrennungszone 27 strömt das Rauchgas 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.After the secondary combustion zone 27, the flue gas flows into the heat exchanger device 3, which has a bundle of parallel boiler tubes 32. In the boiler tubes 32, the flue gas now flows downwards, as in Fig. 3 indicated by the arrows S4. This part of the flow can also be referred to as the convection part, since the heat transfer from the flue gas occurs primarily at the boiler tube walls via forced convection. The temperature gradients caused in the heat exchange medium, for example, in the water, in boiler 11 result in natural convection of the water, which promotes mixing of the boiler water.

In den Kesselrohren 32 sind Federturbulatoren 36 und Spiral- bzw. Bandturbulatoren 37 angeordnet, um den Wirkungsgrad der Wärmetauscheinrichtung 4 zu verbessern. Diese Turbulatoren 36, 37 sind geformte Metallteile, welche sich in den Kesselrohren 32 des Wärmetauschers 3 befinden, und welche in den Kesselrohren 32 zur Abreinigung von Verbrennungsrückständen in diesen Rohren 32 hin- und herbewegt werden können.Spring turbulators 36 and spiral or ribbon turbulators 37 are arranged in the boiler tubes 32 to improve the efficiency of the heat exchanger device 4. These turbulators 36, 37 are shaped metal parts located in the boiler tubes 32 of the heat exchanger 3 and can be moved back and forth in the boiler tubes 32 to clean combustion residues in these tubes 32.

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 Einströmung des Rauchgases in den Filter vergleichmäßigen.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 directly can flow back into the combustion chamber 24. However, a common transport path is provided for the combustion residues that can accumulate in the entire flow area of the boiler 11. If the filter device 4 is not provided, the flue gas is discharged upwards in the boiler 11. The other case of the optional filter device 4 is described in the Fig. 2 and 3 . After passing through the turning chamber 35, the flue gas is fed upwards again into the filter device 4 (see arrows S5), which in this case is, by way of example, an electrostatic filter device 4. Flow baffles can be provided at the inlet 44 of the filter device 4 to even out the flow of flue gas into the filter.

Elektrostatische Staubfilter, in der Wissenschaft 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 einer Sprühelektrode elektrisch aufgeladen und zur entgegengesetzt aufgeladenen Elektrode (Niederschlagselektrode) gezogen. Die Koronaentladung findet auf einer dafür geeigneten, geladenen Hochspannungselektrode (auch als Sprühelektrode bezeichnet) im Inneren des Elektrofilters statt.Electrostatic dust filters, also known as electrostatic precipitators in science, are devices for separating particles from gases based on the electrostatic principle. These filter devices are used primarily for the electrical purification of exhaust gases. In electrostatic precipitators, dust particles are electrically charged by a corona discharge from a discharge electrode and drawn to the oppositely charged electrode (precipitation electrode). The corona discharge takes place on a suitable, charged high-voltage electrode (also called a discharge electrode) inside the electrostatic precipitator.

Die (Sprüh-)Elektrode 45 ist mit herausragenden Spitzen und eventuell mit scharfen Kanten ausgeführt, weil dort die Dichte der Feldlinien und damit auch die elektrische Feldstärke am größten und somit die Koronaentladung begünstigt ist.The (spray) electrode 45 is designed with protruding tips and possibly with sharp edges because the density of the field lines and thus also the electric field strength is greatest there and thus the corona discharge is favored.

Die gegengesetzte Elektrode (Gegenelektrode bzw. Niederschlagselektrode) besteht für gewöhnlich aus einem geerdeten Abgasrohrabschnitt oder einer käfigartigen Anordnung, der um die Elektrode gelagert bzw. vorgesehen ist.The opposite electrode (counter electrode or collecting electrode) usually consists of a grounded exhaust pipe section or a cage-like arrangement that is mounted or provided around the electrode.

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 der Spannungserzeugungseinheit der Steuereinrichtung 100 (nicht dargestellt) bereitgestellt. Die Elektrode 45 besteht zumindest weitgehend aus einem hochwertigen Federstahl oder Chromstahl und ist von einer Elektrodenhalterung 43 über einen Isolator 46, d. h. eine Elektrodenisolation 46, gehaltert.The separation efficiency of an electrostatic precipitator depends in particular on the residence time of the exhaust gases in the filter system and the voltage between the spray and separation electrodes. The required rectified high voltage is provided by the voltage generation unit of the control device 100 (not shown). The electrode 45 consists at least largely of a high-quality spring steel or chrome steel and is held by an electrode holder 43 via an insulator 46, ie an electrode insulation 46.

Die Halterung 43 für die Elektrode 45 und insbesondere der Isolator 46 sind vorliegend Staub und Verschmutzung ausgesetzt, da diese am bzw. im rauchgasführenden Innenraum angeordnet sind. Insofern sind besondere Maßnahmen zur Vermeidung ungewollter Kriechströme erforderlich. Der Käfig 48 kann durch die Abreinigung 7 bewegt werden, um auch den Filter 4 abzureinigen. Eine solche Bewegung kann mit der Bewegung der Turbulatoren 36, 37 einhergehen.The holder 43 for the electrode 45 and, in particular, the insulator 46 are exposed to dust and contamination, as they are located on or in the flue gas-carrying interior. Therefore, special measures are required to prevent unwanted leakage currents. The cage 48 can be moved by the cleaning system 7 to also clean the filter 4. Such movement can be accompanied by the movement of the turbulators 36, 37.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine optimierte stabförmige Elektrode 45 in etwa mittig in einem annähernd kaminförmigen oder länglichen Innenraum der Filtereinrichtung 4 gehaltert.As in Fig. 2 As shown, an optimized rod-shaped electrode 45 is held approximately centrally in an approximately chimney-shaped or elongated interior of the filter device 4.

Diese (Sprüh-)Elektrode 45 hängt schwingungsfähig bzw. pendelfähig nach unten in dem Innenraum der Filtereinrichtung 4. Dabei kann die Elektrode 45 beispielsweise quer zur Längsachse der Elektrode 45 hin- und herschwingen.This (spray) electrode 45 hangs downwards in the interior of the filter device 4 in a manner capable of oscillating or pendulum motion. The electrode 45 can, for example, oscillate back and forth transversely to the longitudinal axis of the electrode 45.

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. Die Pfeile S6 geben grob den Bereich an, in welchem eine Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases als Referenz zu bestimmen ist. In diesem Bereich im Inneren der rohrförmigen Filtereinrichtung 4 liegt die Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von 0,5 bis 3 m/s, vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 2 m/s, wenn die Biomasse-Heizanlage im Volllastbetrieb betrieben wird. Unter Volllastbetrieb wird derjenige Betrieb der Biomasse-Heizanlage verstanden, bei dem mindestens 90% der Nominalleistung [kW] (auf welche der Kessel 11 ausgelegt und regelmäßig auch zertifiziert ist) abgegeben wird. Unter Teillastbetrieb wird ein Betrieb des Kessels 11 bzw. der Biomasse-Heizanlage 1 unterhalb dieser 90% verstanden.A cage 48 serves simultaneously as a counter electrode and as a cleaning mechanism for the filter device 4. The cage 48 is connected to the ground or earth potential. The flue gas or exhaust gas flowing in the filter device 4 (see arrows S6) is filtered by the prevailing potential difference, as explained above. The arrows S6 roughly indicate the range in which a flow velocity of the flue gas is to be determined as a reference. In this area inside the tubular filter device 4, the flow velocity is in a range of 0.5 to 3 m/s, preferably in a range of 1 to 2 m/s when the biomass heating system is operated at full load. Full load operation is understood to mean operation of the biomass heating system in which at least 90% of the nominal output [kW] (for which the boiler 11 is designed and regularly certified) is delivered. Partial load operation means operation of the boiler 11 or the biomass heating system 1 below these 90%.

Die Indikatorlinie WT3 gibt eine beispielhafte Querschnittslinie durch die Filtereinrichtung 4 an, in der die Strömung möglichst homogen eingerichtet bzw. über den Querschnitt der Kesselrohre 32 grob gleichverteilt ist (u. A. aufgrund von Strömungsblenden am Eingang der Filtereinrichtung 4 und aufgrund der Geometrie der Wendekammer 35). Eine gleichmäßige Durchströmung der Filtereinrichtung 3 bzw. des letzten Kesselzuges minimiert Strähnenbildung und optimiert dadurch zudem die Abscheideeffizienz der Filtereinrichtung 4 sowie den Wärmeübergang in der Biomasse-Heizanlage 1.The indicator line WT3 indicates an exemplary cross-sectional line through the filter device 4, in which the flow is as homogeneous as possible or roughly evenly distributed across the cross-section of the boiler tubes 32 (due, among other things, to flow baffles at the inlet of the filter device 4 and the geometry of the turning chamber 35). A uniform flow through the filter device 3 or the last boiler pass minimizes streak formation and thus also optimizes the separation efficiency of the filter device 4 and the heat transfer in the biomass heating system 1.

Im Falle der Abreinigung der Filtereinrichtung 4 wird die Elektrode 45 stromlos geschaltet. Der Käfig 48 weist vorzugsweise ein achteckiges, regelmäßiges Querschnittsprofil auf, so wie sich das beispielsweise der Ansicht der Fig. 13 entnehmen lässt. Der Käfig 48 kann vorzugsweise bei der Herstellung mit dem Laser zugeschnitten werden.When cleaning the filter device 4, the electrode 45 is de-energized. The cage 48 preferably has an octagonal, regular cross-sectional profile, as can be seen, for example, in the view of the Fig. 13 The cage 48 can preferably be laser cut during manufacture.

Das Rauchgas strömt nach dem Austritt aus dem Wärmetauscher 3 (aus dessen Austritt) durch die Wendekammer 34 in den Eintritt 44 der Filtereinrichtung 4.After leaving the heat exchanger 3 (from its outlet), the flue gas flows through the turning chamber 34 into the inlet 44 of the filter device 4.

Dabei ist die Filtereinrichtung 4 vorteilhaft 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 der Filtereinrichtung 4 mit dem Wärmetauschmedium durchspült sein, womit zumindest ein Teil dieser Wand mit Kesselwasser gekühlt wird.The filter device 4 is advantageously fully integrated into the boiler 11, whereby the wall surface facing the heat exchanger 3 and flushed with the heat exchange medium is also used for heat exchange from the direction of the filter device 4, thus further improving the efficiency of the system 1. Thus, at least a portion of the wall of the filter device 4 can be flushed with the heat exchange medium, whereby at least a portion of this wall is cooled with boiler water.

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.At the filter outlet 47, the purified exhaust gas flows out of the filter device 4, as indicated by the arrows S7. After exiting the filter, a portion 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 exhaust gas or flue gas intended for recirculation can also be referred to as "reci" or "reci-gas" for short. The remaining part of the exhaust gas is led out of the boiler 11 via the exhaust gas outlet 41.

Der Pfeil S8 gibt eine Rauchgasströmung bzw. Verwirbelung an, bei der Rauchgas nicht direkt aus dem Filter 4 austritt, sondern in einem Totvolumen des Filters 4 (welches strömungstechnisch hinter den Austritt 47 gelegen ist, womit es nicht in der Hauptdurchgangsströmung S6, S7 durch den Filter 4 gelegen ist), eine Umkehr bzw. Wirbelströmung ausbildet und insbesondere den Isolator 46 beströmen kann. Dabei können sich Ruß und Asche auf dem Isolator ablagern. So können sich neben nichtmineralischen Verbrennungsrückständen auch kohlenstoffhaltige Verbrennungsrückstände auf dem Isolator ablagern, welche die Funktion des Isolators beeinträchtigen. Näheres hierzu wird in Bezug auf die Fig. 9 erläutert.The arrow S8 indicates a flue gas flow or swirl, in which flue gas does not exit directly from the filter 4, but forms a reversal or vortex flow in a dead volume of the filter 4 (which is located behind the outlet 47 in terms of flow, thus not being located in the main flow S6, S7 through the filter 4), and in particular can flow past the insulator 46. In this case, soot and ash can deposit on the insulator. Thus, in addition to non-mineral combustion residues, carbonaceous combustion residues can also deposit on the insulator, impairing its function. Further details will be provided with reference to the Fig. 9 explained.

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 abgeschiedene und herausfallende Asche seitlich aus dem Kessel 11 ausgefördert.An ash removal system 7 is located in the lower part of the boiler 11. The ash separated and falling out of the combustion chamber 24, the boiler tubes 32, and the filter device 4, for example, is conveyed out of the boiler 11 via an ash removal screw 71.

In Fig. 2 und Fig. 3 sind weitere Sensoren abgebildet, die mit der Steuereinrichtung 100 zumindest kommunikativ verbunden sind. Mit den Sensoren werden (physikalische und/oder chemische) Größen der Biomasse-Heizanlage 1 erfasst.In Fig. 2 and Fig. 3 Further sensors are shown that are at least communicatively connected to the control device 100. The sensors record (physical and/or chemical) variables of the biomass heating system 1.

Ein Abgastempertatursensor 111 ist stromabwärts zu dem Ausgang des Wärmetauschers 3 vorgesehen. Dieser misst eine Temperatur des Abgases bzw. Rauchgases, nachdem dieses durch den Wärmetauscher 3 hindurchgeströmt ist. Dieser Sensor 111 kann bevorzugt zur Regelung der Temperatur des in den Filter 4 hineinströmenden Rauchgases zur Filterung eingesetzt werden.An exhaust gas temperature sensor 111 is provided downstream of the outlet of the heat exchanger 3. This sensor measures the temperature of the exhaust gas or flue gas after it has flowed through the heat exchanger 3. This sensor 111 can preferably be used to control the temperature of the flue gas flowing into the filter 4 for filtration.

Als Abgastempertatursensor 111 kann ein herkömmlicher Temperaturfühler oder auch ein PT-100 oder PT-1000 Sensor zum Einsatz kommen, welcher in der Wand des Abgaskanals vorgesehen ist oder in den Abgaskanal hineinragt. Mit Hilfe des Abgastempertatursensors 111 kann die Temperatur des Abgases in Grad Celsius bestimmt werden.A conventional temperature sensor or a PT-100 or PT-1000 sensor can be used as the exhaust gas temperature sensor 111, which is provided in the wall of the exhaust duct or protrudes into the exhaust duct. The exhaust gas temperature sensor 111 can determine the temperature of the exhaust gas in degrees Celsius.

Es kann der Abgastempertatursensor 111 beispielsweise vor oder nach der optionalen Filtereinrichtung 4 vorgesehen sein. Ebenso beispielsweise kann der Abgassensor 111 vor dem Abgasausgang 41 vorgesehen sein. Des Weiteren kann auch mehr als ein Abgastempertatursensor 111 vorgesehen sein, um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen oder auch messtechnische Redundanzen vorzusehen. Es kann beispielsweise ein Abgastempertatursensor 111 direkt nach dem Ausgang des Wärmetauschers 3 und ein weiterer Abgastemperatursensor 111 kann nach der Filtereinrichtung 4 vorgesehen sein.The exhaust gas temperature sensor 111 can, for example, be provided before or after the optional filter device 4. Likewise, for example, the exhaust gas sensor 111 can be provided before the exhaust gas outlet 41. Furthermore, more than one exhaust gas temperature sensor 111 can be provided to increase measurement accuracy or to provide metrological redundancies. For example, one exhaust gas temperature sensor 111 can be provided directly after the outlet of the heat exchanger 3, and another exhaust gas temperature sensor 111 can be provided after the filter device 4.

Des Weiteren ist zumindest eine Lambdasonde 112 vorgesehen. Sie ist als Sensor für die Lambdaregelung der Biomasse-Heizanlage 1 vorgesehen. Mit der Lambdasonde wird zumindest eine physikalische/chemische Größe erfasst, die eine Regelung des Verbrennungsvorgangs im Kessel 11 ermöglicht. Die Lambdasonde 112 ermöglicht eine O2-Gehaltsmessung bzw. eine Sauerstoffgehaltsmessung des Abgases bzw. des Rauchgases nach der Brennkammer 24.Furthermore, at least one lambda probe 112 is provided. It serves as a sensor for the lambda control of the biomass heating system 1. The lambda probe detects at least one physical/chemical variable that enables control of the combustion process in the boiler 11. The lambda probe 112 enables an O2 content measurement or an oxygen content measurement of the exhaust gas or flue gas downstream of the combustion chamber 24.

Eine Lambdasonde kann üblicherweise den Restsauerstoffgehalt im Abgas mit dem Sauerstoffgehalt einer Referenz, meist der momentanen Atmosphären- bzw. Umgebungsluft, vergleichen. Daraus kann das Verbrennungsluftverhältnis λ (Verhältnis von Verbrennungsluft zu Brennstoff) bestimmt und eingestellt werden. Es können zwei Messprinzipien verwendet werden: Spannung eines Festkörperelektrolyts (Nernst-Sonde) und Widerstandsänderung einer Keramik (Widerstandssonde).A lambda sensor can typically compare the residual oxygen content in the exhaust gas with the oxygen content of a reference, usually the current atmospheric or ambient air. From this, the combustion air ratio λ (combustion air to fuel ratio) can be determined and adjusted. Two measurement principles can be used: voltage of a solid-state electrolyte (Nernst probe) and resistance change of a ceramic (resistance probe).

Bei der vorliegenden Verwendung in der Biomasse-Heizanlage kann die Lambdasonde 112 den Sauerstoffgehalt des Abgases (beispielsweise in Vol-%) messen, und so kann am Kessel 11 ein optimales Gemisch, vorzugsweise mittels eines KI-Modells, geregelt werden, um so ein Überangebot an kühlender Zuluft oder infolge Sauerstoffmangels entstehendes Kohlenstoffmonoxid (mit ungenutztem Restheizwert) zu verhindern, welche dem Heizungssystem Energie "rauben" würden.In the present application in the biomass heating system, the lambda probe 112 can measure the oxygen content of the exhaust gas (for example, in vol%), and thus an optimal mixture can be controlled at the boiler 11, preferably by means of an AI model, in order to prevent an excess of cooling supply air or carbon monoxide (with unused residual calorific value) resulting from a lack of oxygen, which would "rob" the heating system of energy.

Für die zumindest eine Lambdasonde 112 sind in Fig. 2 zwei mögliche Einbaupositionen vorgeschlagen. Die eine befindet sich benachbart zum Eingang 33 des Wärmetauschers 3 (vgl. Fig. 2, oben, Mitte) und die andere befindet sich im Abgasausgang 41 und damit nach dem Ausgang des Wärmetauschers 3 (vgl. Fig. 2, oben rechts). Generell kann die Lambdasonde 112 an einer beliebigen Position in der Abgasführung des Kessels 11 vorgesehen sein, solange diese das Abgas bzw. Rauchgas vermessen kann.For at least one lambda sensor 112 are in Fig. 2 Two possible installation positions are proposed. One is located adjacent to the inlet 33 of heat exchanger 3 (see Fig. 2 , top, middle) and the other is located in the exhaust gas outlet 41 and thus after the outlet of the heat exchanger 3 (cf. Fig. 2 , top right). In general, the lambda probe 112 can be provided at any position in the exhaust gas duct of the boiler 11, as long as it can measure the exhaust gas or flue gas.

Je größer allerdings die Entfernung zwischen Flamme in der Brennkammer 24 und Lambdasonde 112 gewählt wird, desto schwieriger wird die Regelung des Kessels 11 wegen der dann auftretenden Totzeit. Deshalb ist es vorzuziehen, die Sonde möglichst nahe an der Brennkammer 24 zu montieren. Mit dem Signal der Lambdasonde 112 können über die Steuereinrichtung 100 beispielsweise die Zufuhr an Primärluft in die Brennkammer und die Brennstoffzufuhrmenge geregelt werden.However, the greater the distance between the flame in the combustion chamber 24 and the lambda probe 112, the more difficult it becomes to control the boiler 11 due to the resulting dead time. Therefore, it is preferable to mount the probe as close as possible to the combustion chamber 24. Using the signal from the lambda probe 112, the control device 100 can, for example, regulate the supply of primary air to the combustion chamber and the fuel supply quantity.

Weiter ist ein (optionaler) Unterdrucksensor 113 oder Druckdifferenzsensor 113 vorgesehen. Dieser Unterdrucksensor 113 misst den (Unter-)Druck in der Brennkammer 24, beispielsweise in der Einheit [mPas], beziehungsweise den Differenzdruck der Brennkammer 24 zum Umgebungsluftdruck. Über den Unterdruck wird die Primärluft (und optional die Sekundärluft) in die Brennkammer 24 zur Verbrennung angesaugt.Furthermore, an (optional) vacuum sensor 113 or pressure difference sensor 113 is provided. This vacuum sensor 113 measures the (negative) pressure in the combustion chamber 24, for example, in the unit [mPas], or the differential pressure between the combustion chamber 24 and the ambient air pressure. The primary air (and optionally the secondary air) is drawn into the combustion chamber 24 for combustion via the negative pressure.

Weiter ist ein (optionaler) Rücklauf- (oder Vorlauf-)Temperatursensor 114 bzw. ein Heizungswassertemperatursensor 114 vorgesehen. Dieser ist beispielsweise im Rücklauf oder im Vorlauf einer üblichen Wasserzirkulationseinrichtung 14 vorgesehen und erfasst die Temperatur des Heizungswassers im Wasserkreislauf, in welchem der Kessel 11 vorgesehen ist. Dabei ist das Wärmetauschmedium 38 vorzugsweise das Heizungswasser.Furthermore, an (optional) return (or flow) temperature sensor 114 or a heating water temperature sensor 114 is provided. This is provided, for example, in the return or flow of a conventional water circulation system 14 and detects the temperature of the heating water in the water circuit in which the boiler 11 is provided. The heat exchange medium 38 is preferably the heating water.

Damit kann die Temperatur des Wärmetauschmediums 38 in bzw. außerhalb des Kessels mit dem vorher erläuterten Kesseltemperatursensor 115 bzw. mit dem Heizungswassertemperatursensor 114 (bevorzugt ein Rücklauftemperatursensor 114) erfasst werden.Thus, the temperature of the heat exchange medium 38 in or outside the boiler can be detected with the previously explained boiler temperature sensor 115 or with the heating water temperature sensor 114 (preferably a return temperature sensor 114).

Ein Brennstoffbetthöhensensor 116 (vorliegend in den Fig. ohne eine beispielhafte Mechanik dargestellt) erfasst die Höhe des Brennstoffbetts 28 über dem Rost und damit eine Menge des Brennstoffs, beispielsweise der Hackschnitzel, auf dem Rost 25. Ein Beispiel für einen derartigen Sensor in mechanischer Ausführung ist in der EP 3 789 670 B1 in Bezug auf deren Fig. 17 und 18 beschrieben, vorauf Bezug genommen wird. Alternativ kann der Brennstoffbetthöhensensor 116 beispielsweise als Ultraschallsensor vorgesehen sein.A fuel bed height sensor 116 (shown in the figures without an exemplary mechanism) detects the height of the fuel bed 28 above the grate and thus a quantity of fuel, for example wood chips, on the grate 25. An example of such a sensor in a mechanical design is shown in the EP 3 789 670 B1 in relation to their Fig. 17 and 18 described, reference is made to it in advance. Alternatively, the fuel bed height sensor 116 can be provided, for example, as an ultrasonic sensor.

Weiter ist ein Brennkammertemperatursensor 117 vorgesehen. Dieser erfasst eine Temperatur der Brennkammer 24, beispielsweise in Grad Celsius. Der Brennkammertemperatursensor 117 kann am Ausgang der Brennkammer 24 oder auch in der Brennkammer 24 bzw. an der Brennkammerwand vorgesehen sein. Dieser Brennkammertemperatursensor 117 kann die Temperatur in der Brennkammer 24 beispielsweise als bekannter PT100-Fühler oder als Infrarot-Messeinrichtung erfassen. Es kann auch mehr als ein Brennkammertemperatursensor 117 vorgesehen sein, womit beispielsweise eine Durchschnittstemperatur dieser Mehrzahl von Brennkammertemperatursensoren 117 als Brennkammertemperatur ermittelt bzw. berechnet werden kann.Furthermore, a combustion chamber temperature sensor 117 is provided. This detects a temperature of the combustion chamber 24, for example, in degrees Celsius. The combustion chamber temperature sensor 117 can be provided at the outlet of the combustion chamber 24 or also in the combustion chamber 24 or on the combustion chamber wall. This combustion chamber temperature sensor 117 can detect the temperature in the combustion chamber 24, for example, as a known PT100 sensor or as an infrared measuring device. More than one combustion chamber temperature sensor 117 can also be provided, whereby, for example, an average temperature of this plurality of combustion chamber temperature sensors 117 can be determined or calculated as the combustion chamber temperature.

Anzumerken ist, dass die Orte der Sensoren der Fig. 2 und 3 auch von den dargestellten Orten abweichen können, so wie dies vom Fachmann als sinnvoll erachtet wird. Beispielsweise kann die Brennkammertemperatur auch an einem anderen Ort erfasst werden.It should be noted that the locations of the sensors of the Fig. 2 and 3 may also deviate from the locations shown, as deemed appropriate by the expert. For example, the combustion chamber temperature may also be recorded at a different location.

Die Brennkammer 24 und auch die Geometrie der Filtereinrichtung 4 sowie der vorgelagerten Wendekammer 35 dieser Ausführungsform wurden 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.The combustion chamber 24 and the geometry of the filter device 4 and the upstream reversing chamber 35 of this embodiment were calculated using CFD simulations. Furthermore, practical experiments were conducted to confirm the CFD simulations. The starting point for the considerations were calculations for a 100 kW boiler, but a power range of 20 to 500 kW was considered.

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 CFD-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, der Brennkammer 24, der Sekundärluftdüsen 291 und der Brennkammerdüse 203 maßgeblich durch die CFD-Simulation und auch durch zugehörige praktische Experimente definiert. Die Simulationsergebnisse basieren auf einer Strömungssimulation mit Berücksichtigung der Wärmeübertragung.A CFD simulation (CFD = Computational Fluid Dynamics) is the spatially and temporally resolved simulation of flow and heat conduction processes. The flow processes can be laminar and/or turbulent, accompanied by chemical reactions, or the system can be multiphase. CFD simulations are therefore well suited as a design and optimization tool. In the present invention, CFD simulations were used to optimize the fluidic parameters in such a way that the aforementioned objects of the invention are achieved. In particular, the mechanical design and dimensioning of the boiler 11, the combustion chamber 24, the secondary air nozzles 291, and the combustion chamber nozzle 203 were largely defined by the CFD simulation and also by associated practical experiments. The simulation results are based on a flow simulation that takes heat transfer into account.

(Brennkammer)(combustion chamber)

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).The following explanations regarding the design of the combustion chamber shape describe, by way of example, where the grate according to the invention can be used. The combustion chamber shape or geometry should achieve the best possible turbulent mixing and homogenization of the flow across the cross-section of the flue gas duct, minimize the combustion volume, reduce excess air and the recirculation ratio (efficiency, operating costs), reduce CO and NOx emissions, reduce temperature peaks (fouling and slagging), and reduce flue gas velocity peaks (material stress and 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.The Fig. 4 which is a partial view of the Fig. 2 is, and the Fig. 5 , which is a sectional view through the boiler 11 along the vertical section line A2, represents 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.

Die in den Figuren 3 und 4 angegebenen und über CFD-Berechnungen und Praxisexperimente ermittelten Maße sind im Einzelnen wie folgt: BK 1 = 172 mm + 40 mm , vorzugsweise + 17 mm ;

Figure imgb0001
BK 2 = 300 mm + 50 mm , vorzugsweise + 30 mm ;
Figure imgb0002
BK 3 = 430 mm + 80 mm , vorzugsweise + 40 mm ;
Figure imgb0003
BK 4 = 538 mm + 80 mm , vorzugsweise + 50 mm ;
Figure imgb0004
BK 5 = BK 3 BK 2 / 2 = bspw . 65 mm + 30 mm , vorzugsweise + 20 mm ;
Figure imgb0005
BK 6 = 307 mm + 50 mm , vorzugsweise + 20 mm ;
Figure imgb0006
BK 7 = 82 mm + 20 mm , vorzugsweise + 20 mm ;
Figure imgb0007
BK 8 = 379 mm + 40 mm , vorzugsweise + 20 mm ;
Figure imgb0008
BK 9 = 470 mm + 50 mm , vorzugsweise + 20 mm ;
Figure imgb0009
BK 10 = 232 mm + 40 mm , vorzugsweise + 20 mm ;
Figure imgb0010
BK 11 = 380 mm + 60 mm , vorzugsweise + 30 mm ;
Figure imgb0011
BK 12 = 460 mm + 80 mm , vorzugsweise + 30 mm .
Figure imgb0012
The Figures 3 and 4 The dimensions specified and determined through CFD calculations and practical experiments are as follows: BK 1 = 172 mm + 40 mm , vorzugsweise + 17 mm ;
Figure imgb0001
BK 2 = 300 mm + 50 mm , vorzugsweise + 30 mm ;
Figure imgb0002
BK 3 = 430 mm + 80 mm , vorzugsweise + 40 mm ;
Figure imgb0003
BK 4 = 538 mm + 80 mm , vorzugsweise + 50 mm ;
Figure imgb0004
BK 5 = BK 3 BK 2 / 2 = bspw . 65 mm + 30 mm , vorzugsweise + 20 mm ;
Figure imgb0005
BK 6 = 307 mm + 50 mm , vorzugsweise + 20 mm ;
Figure imgb0006
BK 7 = 82 mm + 20 mm , vorzugsweise + 20 mm ;
Figure imgb0007
BK 8 = 379 mm + 40 mm , vorzugsweise + 20 mm ;
Figure imgb0008
BK 9 = 470 mm + 50 mm , vorzugsweise + 20 mm ;
Figure imgb0009
BK 10 = 232 mm + 40 mm , vorzugsweise + 20 mm ;
Figure imgb0010
BK 11 = 380 mm + 60 mm , vorzugsweise + 30 mm ;
Figure imgb0011
BK 12 = 460 mm + 80 mm , vorzugsweise + 30 mm .
Figure imgb0012

Diese Maßangaben sind allerdings lediglich beispielhaft, und dienen der Verdeutlichung der vorliegenden technischen Lehre.However, these dimensions are merely exemplary and serve to clarify the present technical teaching.

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.Using these values, both the geometries of the primary combustion zone 26 and the secondary combustion zone 27 of the combustion chamber 24 can be optimized for a 100 kW boiler 11. The specified size ranges are ranges with which the requirements are (approximately) met, as are the specified exact values.

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).
In this case, a chamber geometry of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 (or an internal volume of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24) can preferably be defined based on the following basic parameters:
A volume with an oval horizontal base measuring 380 mm +- 60 mm (preferably +-30 mm) x 320 mm +- 60 mm (preferably +-30 mm), and a height of 538 mm +- 80 mm (preferably +- 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%.As a further development of this, the above-defined volume 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 projecting 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%.

Die Brennkammerschräge 202 dient der Homogenisierung der Strömung S3 in Richtung des Wärmetauschers 3 und damit der Beströmung der Kesselrohre 32.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.

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.In the prior art, combustion chambers with rectangular or polygonal combustion chamber and nozzle are common, but the irregular shape of the combustion chamber and the nozzle represents a further obstacle to uniform air distribution and good mixing of air and fuel, as has been recognized in the present case.

Deshalb ist vorliegend die Brennkammer 24 ohne Totecken oder Totkanten vorgesehen.Therefore, the combustion chamber 24 is provided without dead corners or dead edges.

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 mehreckigen 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.In this case, it was recognized that the geometry of the combustion chamber (and the entire flow pattern in the boiler) plays a key role in the considerations for optimizing biomass heating system 1. Therefore, the oval or round basic geometry described here without dead corners was chosen (in contrast to the usual rectangular or polygonal shapes). Furthermore, this basic geometry of the combustion chamber and its structure were also optimized with the dimensions/dimension ranges specified above. These dimensions/dimension ranges were selected in such a way that, in particular, different fuels (wood chips and pellets) of varying quality (for example, with different water contents) can be burned with very high efficiency. This was the result of practical tests and CFD simulations.

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.In particular, the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 may comprise a volume which preferably has an oval or approximately circular horizontal cross-section in the outer circumference (such a cross-section is shown in Fig. 2 (for example, marked A1). This horizontal cross-section can also preferably represent the base area of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24. Over the height indicated by the double arrow BK4, the combustion chamber 24 can have an approximately constant cross-section. In this respect, the primary combustion zone 24 can have an approximately oval-cylindrical volume. Preferably, the side walls and the base area (the grate) of the primary combustion zone 26 can be perpendicular to one another.

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.The term "approximately" is used above because individual notches, design-related deviations, or small asymmetries may naturally be present, for example, at the transitions between the individual combustion chamber bricks 29. However, these minor deviations play only a minor role in terms of flow.

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.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. Furthermore, the horizontal cross-section of the combustion chamber 24 and in particular of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 can preferably be a regular (and/or symmetrical) ellipse.

Zudem kann der Horizontalquerschnitt (der Außenumfang) der Primärverbrennungszone 26 über eine vorgegebene Höhe, beispielsweise 20 cm, dieser gleichbleibend ausgestaltet sein.In addition, 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.

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.Thus, an oval-cylindrical primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 is provided, which, according to CFD calculations, enables a significantly more uniform and better air distribution in the combustion chamber 24 than in 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.

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 üblich 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.Likewise, the nozzle 203 between the primary combustion zone 26 and the secondary combustion zone 27 is designed as an oval or approximately circular constriction to optimize the flow conditions. The previously described swirl of the flow in the primary combustion zone 26 leads to a helical, upward flow path, whereby a similarly oval or approximately circular nozzle favors this flow path and does not disrupt the conventional rectangular nozzles. This optimized nozzle 203 focuses the upward-flowing air and ensures a uniform inflow into the secondary combustion zone 27. This improves the combustion process and increases efficiency.

Zudem wird vorliegend der Strömungsverlauf in der Sekundärverbrennungszone 27 und aus der Sekundärverbrennungszone 27 zu den Kesselrohren 32 optimiert, wie nachstehend näher erläutert.In addition, the flow pattern in the secondary combustion zone 27 and from the secondary combustion zone 27 to the boiler tubes 32 is optimized, as explained in more detail below.

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).The combustion chamber slope 202 of the Fig. 4 , which without reference symbols also in the Fig. 2 and 3 can be seen and at which the combustion chamber 25 (or its cross-section) tapers at least approximately linearly from bottom to top, ensures, according to CFD calculations, a uniformity of the flue gas flow in the direction of the heat exchange device 4, which can improve its efficiency. The horizontal cross-sectional area of the combustion chamber 25 tapers from the beginning to the end of the combustion chamber slope 202, preferably by at least 5%. The combustion chamber slope 202 is provided on the side of the combustion chamber 25 towards the heat exchange device 4 and is rounded at the point of maximum taper. In the prior art, parallel or straight combustion chamber walls without a taper are common (so as not to impede the flue gas flow).

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.The deflection of the flue gas flow in front of the tube bundle heat exchanger is designed in such a way that an uneven flow to the tubes is avoided as best as possible, thus keeping temperature peaks in individual boiler tubes 32 low As a result, the efficiency of the heat exchange device 4 is improved.

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).In detail, the gaseous volume flow of the flue gas is guided through the inclined 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. This creates a uniform heat distribution of the individual heat exchanger surfaces of the boiler tubes 32. The exhaust gas temperature is thus reduced and the efficiency increased. The flow distribution is particularly at the Fig. 3 The indicator line WT1 shown is significantly more uniform than in the prior art. The line WT1 represents an inlet surface 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 arranged as homogeneously as possible (among other things due to flow baffles at the inlet of the filter device 4 and due to the geometry of the turning chamber 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.Furthermore, an ignition device 201 is provided in the lower part of the combustion chamber 25 on the fuel bed 28. This can cause an initial ignition or a re-ignition of the fuel. The ignition device 201 can be a glow igniter. The ignition device is advantageously arranged in a stationary position and horizontally offset laterally from the location where the fuel is poured.

Weiter kann (optional) nach dem Ausgang des Rauchgases (d. h. nach S7) aus der Filtereinrichtung eine Lambdasonde (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.Furthermore, a lambda probe (not shown) can be optionally installed downstream of the flue gas outlet (i.e., after S7) from the filter unit. The lambda probe allows a control system (not shown) to detect the respective calorific value. The lambda probe can thus ensure the ideal mixing ratio between the fuels and the oxygen supply. Despite varying fuel qualities, high efficiency and higher efficiency can be achieved.

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.The Fig. 5 The fuel bed 28 shown shows an exemplary fuel distribution due to the supply of fuel from the right side of the Fig. 5 . This fuel bed 28 is supplied from below with a flue gas-fresh air mixture 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 control system (not shown in detail) based on various sensor-detected measured values and associated air valves 52.

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).Further on in the Fig. 4 and 5 A combustion chamber nozzle 203 is shown, which separates the primary combustion zone 26 from the secondary combustion zone 27 and accelerates and focuses the flue gas flow. This improves the flue gas flow's mixing and allows it to burn more efficiently in the secondary combustion zone 27. The area ratio of the combustion chamber nozzle 203 ranges from 25% to 45%, but is preferably 30% to 40%, and is ideally 36% ± 1% (ratio of the measured inlet area to the measured outlet area of the nozzle 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.Thus, the above information on the combustion chamber geometry of the primary combustion zone 26 together with the geometry of the nozzle 203 represents an advantageous development of the present disclosure.

(Brennkammersteine und Einsicht auf den Drehrost)(Combustion chamber stones and view of the rotating grate)

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.The Fig. 6 shows a three-dimensional sectional view (obliquely from above) of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 with the rotating grate 25, and in particular of the special design of the combustion chamber stones 29. The Fig. 7 shows accordingly to Fig. 6 an exploded view of the combustion chamber bricks 29. The views of the Fig. 6 and 7 can preferably be used with the dimensions listed above. Fig. 4 and 5 However, this is not necessarily the case.

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.The chamber wall of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 is provided with a plurality of combustion chamber bricks 29 in a modular design, which, among other things, facilitates production and maintenance. Maintenance is facilitated in particular by the possibility of removing individual combustion chamber bricks 29.

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.On the bearing surfaces 260 of the combustion chamber bricks 29, form-fitting grooves 261 and projections 262 (in Fig. 6 To avoid redundancies, only a few of these are shown in the figures as examples) to create a mechanical and largely airtight connection, in turn preventing the ingress of disruptive external air. Preferably, two at least largely symmetrical combustion chamber bricks (with the possible exception of the openings for the recirculation gas) each form a complete ring. Furthermore, preferably, three rings are stacked one on top of the other to form the oval-cylindrical or, alternatively, at least approximately circular (the latter is not shown) primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24.

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.Three additional combustion chamber blocks 29 are provided as the upper closure, with the annular nozzle 203 being supported by two retaining blocks 264, which are placed in a form-fitting manner on the upper ring 263. Grooves 261 are provided on all support surfaces 260 either for matching projections 262 and/or for inserting suitable sealing material.

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.The support stones 264, which are preferably symmetrical, can preferably have an inwardly inclined slope 265 in order to simplify sweeping of fly ash onto the rotating grate 25.

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.The lower ring 263 of the combustion chamber stones 29 rests on a base plate 251 of the rotating grate 25. Ash accumulates on the inner edge between this lower ring 263 of the combustion chamber stones 29, thus advantageously sealing this transition during operation of the biomass heating system 1.

Im mittleren Ring der Brennkammersteine 29 sind die (optionalen) Öffnungen für die Rezirkulationsdüsen 291 vorgesehen.The (optional) openings for the recirculation nozzles 291 are provided in the middle ring of the combustion chamber stones 29.

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.In this case, three rings of combustion chamber bricks 29 are provided, as this represents the most efficient method of manufacture and maintenance. Alternatively, two, four, or five (2, 4, or 5) such rings may be provided.

Die Brennkammersteine 29 bestehen vorzugsweise aus Hochtemperatur-Siliziumkarbid, wodurch diese sehr verschleißfest sind.The combustion chamber bricks 29 are preferably made of high-temperature silicon carbide, which makes them very wear-resistant.

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.The combustion chamber bricks 29 are provided as shaped bricks. The combustion chamber bricks 29 are shaped such that the interior volume of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 has an oval horizontal cross-section. This ergonomic design avoids dead spots or dead spaces, which are typically not optimally traversed by the primary air, resulting in suboptimal combustion of the fuel present there. Due to the shape of the combustion chamber bricks 29, the flow of primary air and, consequently, the combustion efficiency are improved.

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.The oval horizontal cross-section of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 is preferably a point-symmetric and/or regular oval with the smallest inner diameter BK3 and the largest inner diameter BK11. These dimensions were the result of the optimization of the primary combustion zone 26 of the combustion chamber 24 using CFD simulation and practical tests.

(Drehrost)(rotating grate)

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. Fig. 8 shows a top view of the rotating grate 25 from the viewpoint of the section line A1 of the Fig. 2 to illustrate various possible operating states of the rotating grate 25.

Die Aufsicht der Fig. 8 kann bevorzugt mit den vorstehend aufgeführten Abmessungen ausgeführt sein. Dies ist jedoch nicht zwingend der Fall.The supervision of the Fig. 8 may preferably be designed with the dimensions listed above. However, this is not mandatory.

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.The rotating grate 25 has the base plate 251 as a base element. In a roughly oval-shaped opening of the base plate 251, a transition element 255 is provided, which bridges a space between a first rotating grate element 252, a second rotating grate element 253 and a third rotating grate element 254, which can be rotated are mounted. Thus, the rotating grate 25 is designed as a rotating grate with three individual elements, ie, it can also be referred to as a triple rotating grate. Air holes for the flow of primary air are provided in the rotating grate elements 252, 253, and 254.

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.The rotating grate elements 252, 253, and 254 are flat and heat-resistant metal plates, for example, made of a cast metal, which have an at least largely flat surface on their upper side and are connected to the bearing axles 81 on their underside, for example, via intermediate support elements. Viewed from above, the rotating grate elements 252, 253, and 254 have curved and complementary sides or contours.

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.In particular, the rotating grate elements 252, 253, 254 can have complementary and curved sides, wherein the second rotating grate element 253 preferably has concave sides toward the adjacent first and third rotating grate elements 252, 254, and preferably the first and third rotating grate elements 252, 254 each have a convex side toward the second rotating grate element 253. This improves the crushing function of the rotating grate elements, as the length of the fracture is increased and the crushing forces (similar to scissors) are applied more precisely.

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: DR 1 = 288 mm + 40 mm , bevorzugt + 20 mm

Figure imgb0013
DR 2 = 350 mm + 60 mm , bevorzugt + 20 mm
Figure imgb0014
The rotating grate elements 252, 253, and 254 (as well as their enclosure in the form of the transition element 255) have, when viewed together, an approximately oval outer shape, which in turn avoids dead spots or dead spaces in which suboptimal combustion could occur or ash could accumulate undesirably. The optimal dimensions of this outer shape of the rotating grate elements 252, 253, and 254 are shown in Fig. 8 denoted by the double arrows DR1 and DR2. Preferably, but not exclusively, DR1 and DR2 are defined as follows: DR 1 = 288 mm + 40 mm , bevorzugt + 20 mm
Figure imgb0013
DR 2 = 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.These values have been found to be optimal values (ranges) in the CFD simulations and the subsequent practical test. These dimensions correspond to those of the Fig. 4 and 5 These dimensions are particularly advantageous for the combustion of different fuels, i.e. wood chips and pellets (hybrid combustion) in a power range of 20 to 200 kW.

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.The rotating grate 25 has an oval combustion surface 258, which is more favorable for fuel distribution, air flow through the fuel, and fuel combustion than a conventional rectangular combustion surface. The combustion surface 258 is essentially formed by the surfaces of the rotating grate elements 252, 253, and 254 (in the horizontal state). The combustion surface is thus the upward-facing surface of the rotating 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 rotating grate 25 (cf. arrow E of the Fig. 9 , 10 and 11 ). In particular, the fuel supply can be effected from a direction parallel to a longer central axis (main axis) of the oval combustion surface of the rotating grate 25.

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.The first rotating grate element 252 and the third rotating grate element 254 can preferably be identical in their combustion surface 258. Furthermore, the first rotating grate element 252 and the third rotating grate element 254 can be identical or structurally identical to one another. This is the case, for example, in Fig. 9 can be seen, wherein the first rotating grate element 252 and the third rotating grate element 254 have the same shape.

Weiter ist das zweite Drehrostelement 253 zwischen dem ersten Drehrostelement 252 und dem dritten Drehrostelement 254 angeordnet.Furthermore, the second rotating grate element 253 is arranged between the first rotating grate element 252 and the third rotating grate element 254.

Bevorzugt ist der Drehrost 25 mit einer annähernd punktsymmetrischen ovalen Verbrennungsfläche 258 vorgesehen.Preferably, the rotating grate 25 is provided with an approximately point-symmetrical oval combustion surface 258.

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.Likewise, the rotating grate 25 can form an approximately elliptical or oval combustion surface 258, where DR2 is the dimension of its major axis and DR1 is the dimension of its minor axis.

Weiter kann der Drehrost 25 eine annähernd ovale Verbrennungsfläche 258 aufweisen, welche achsensymmetrisch in Bezug auf eine Mittenachse der Verbrennungsfläche 258 ist.Furthermore, the rotating grate 25 can have an approximately oval combustion surface 258 which is axially symmetrical with respect to a central axis of the combustion surface 258.

Weiter kann der Drehrost 25 eine annähernd kreisförmige Verbrennungsfläche 258 aufweisen, wobei dies geringfügige Nachteile bei der Brennstoffzuführung und-verteilung nach sich zieht.Furthermore, the rotating grate 25 can have an approximately circular combustion surface 258, although this results in minor disadvantages in the fuel supply and distribution.

Weiter sind zwei Motoren bzw. Antriebe 231 der Drehmechanik 23 vorgesehen, mit denen die Drehrostelemente 252, 253 und 254 entsprechend gedreht werden können. Dabei sind, vorzugsweise an den Drehachsen 81, Drehwinkelsensoren 259 (vorliegend freigestellt dargestellt) zur Erfassung des Drehwinkels bzw. der Drehstellung der Drehachsen 81 vorgesehen. Mit den Drehwinkelsensoren 259 kann die Lage der Drehrostelemente 252, 253, 254, beispielsweise in Bezug auf die Horizontale bzw. Ruhelage derselben, bestimmt werden. Näheres zur besonderen Funktion und zu den Vorteilen des vorliegenden Drehrosts 25 wird später mit Bezug auf die Figuren 9, 10 und 11 beschrieben.Furthermore, two motors or drives 231 of the rotating mechanism 23 are provided, with which the rotating grate elements 252, 253 and 254 can be rotated accordingly. Rotation angle sensors 259 (shown here as separate units) are provided, preferably on the rotation axes 81, for detecting the angle of rotation or the rotational position of the rotation axes 81. The position of the rotating grate elements 252, 253, 254, for example, in relation to the horizontal or their rest position, can be determined using the rotation angle sensors 259. Further details on the special function and advantages of the present rotating grate 25 will be explained later with reference to the Figures 9 , 10 and 11 described.

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.Pellet heating systems in particular can experience increased failures due to slag formation in the combustion chamber 24, particularly on the rotating grate 25. Slag is always formed during a combustion process when temperatures in the embers reach temperatures above the ash melting point. The ash then softens, sticks together, and upon cooling, forms solid, dark-colored slag. This process, also known as sintering, is undesirable in the biomass heating system 1, as the accumulation of slag in the combustion chamber 24 can lead to a malfunction: it shuts down. The combustion chamber 24 usually has to be opened, and the slag has to be removed.

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.The ash melting point depends largely on the fuel used. Spruce wood, for example, has an ash melting point of approximately 1200 °C. However, the ash melting point of a fuel can also fluctuate significantly. Depending on the quantity and composition of the minerals contained in the wood, the behavior of the ash during the combustion process changes.

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.Another factor that can influence slag formation is the transport and storage of wood pellets or wood chips. These should be as undamaged as possible when entering the combustion chamber 24. If the wood pellets are already crumbled when they enter the combustion process, this increases the density of the ember bed. This results in greater slag formation. Transport from the storage room to the combustion chamber 24 is particularly important here. Long distances, as well as bends and angles, lead to damage to the wood pellets. One problem with this is that slag formation cannot be completely avoided due to the multitude of influencing factors described above.

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.Another factor concerns the management of the combustion process. Until now, the goal was to keep temperatures relatively high in order to achieve the highest possible burnout and low emissions. By optimizing the combustion chamber geometry and the geometry of combustion zone 258 of rotating grate 25, it is possible to keep the combustion temperature lower, thus reducing slag formation.

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.In addition, the resulting slag (and also the ash) can be advantageously removed due to the special design and functionality of the present rotating grate 25. This will now be explained with reference to the Figures 9 , 10 and 11 explained in more detail.

(Abreinigung des Drehrosts)(Cleaning the rotating grate)

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.The Figures 9 , 10 and 11 show a three-dimensional view of the rotating grate 25 with the base plate 251, the first rotating grate element 252, the second rotating grate element 253 and the third rotating grate element 254. The views of the Fig. 9 , 10 and 11 can preferably correspond to the dimensions listed above. This is However, this is not necessarily the case.

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.This view shows the rotating grate 25 as a free-standing insert part with the rotating grate mechanism 23 and drive(s) 231. The rotating grate 25 is mechanically designed in such a way that it can be individually prefabricated in a modular system and inserted and installed as an insert part into a provided elongated opening in the boiler 11. This also facilitates the maintenance of this wear-prone part. The rotating grate 25 can therefore preferably be designed in a modular manner, whereby it can be quickly and efficiently removed and reinserted as a complete part with the rotating grate mechanism 23 and drive 231. The modularized rotating grate 25 can thus also be assembled and disassembled using quick-release fasteners. In contrast, the rotating grates of the prior art are usually permanently mounted and thus difficult to maintain or assemble.

Der Antrieb 231 kann zwei getrennt ansteuerbare Elektromotoren aufweisen. Diese sind vorzugsweise seitlich an der Drehrostmechanik 23 vorgesehen. Die Elektromotoren können Untersetzungsgetriebe aufweisen. Alternativ kann auch nur ein einzelner Antrieb 231 vorgesehen sein.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. Alternatively, only a single drive 231 can be provided.

Weiter kann zumindest ein Endanschlag bzw. ein Endschalter vorgesehen sein, der zumindest einen Endanschlag für die Endposition der Drehrostelemente 252, 253 und 254 erfasst.Furthermore, at least one end stop or one limit switch can be provided, which detects at least one end stop for the end position of the rotating grate elements 252, 253 and 254.

Ebenso kann zumindest ein Drehlagesensor bzw. Drehwinkelsensor 259 bzw. ein Positionssensor 259 vorgesehen sein, welcher eine (Dreh-)Position der Drehachse 81 und damit der Drehrostelemente 252, 253, 254 erfassen kann. Der Drehlagesensor 259 kann beispielsweise ein bekannter magnetischer Winkelmesser bzw. Drehgeber sein, der einen Absolutwinkel ausgibt. Diese Sensoren haben eine Achse, deren Drehung erfasst wird, wobei beispielsweise ein digitales Signal, ein analoges Signal (beispielsweise eine lineare Spannung) in Abhängigkeit zum erfassten Winkel ausgegeben wird. Der Drehlagesensor 259 kann mittelbar oder unmittelbar die Drehung bzw. Drehlage der Achse 81 erfassen. Der Drehlagesensor kann beispielsweise mit seiner Achse direkt auf der Achse 81 montiert sein, um deren Drehung zu erfassen. Alternativ kann der Drehlagesensor auch über eine Mechanik (beispielsweise Zahnräder) mit der Achse 81 mittelbar verbunden sein.Likewise, at least one rotational position sensor or rotational angle sensor 259 or a position sensor 259 can be provided, which can detect a (rotational) position of the rotational axis 81 and thus of the rotating grate elements 252, 253, 254. The rotational position sensor 259 can, for example, be a known magnetic protractor or rotary encoder that outputs an absolute angle. These sensors have an axis whose rotation is detected, whereby, for example, a digital signal or an analog signal (for example, a linear voltage) is output depending on the detected angle. The rotational position sensor 259 can directly or indirectly detect the rotation or rotational position of the axis 81. The rotational position sensor can, for example, be mounted with its axis directly on the axis 81. mounted to detect its rotation. Alternatively, the rotary position sensor can also be indirectly connected to axis 81 via a mechanism (e.g., gears).

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.The individual components of the rotating grate mechanism 23 are designed to be interchangeable. For example, the gears are designed to be plugged on. This facilitates maintenance and also allows for a change of the mechanism during assembly, if necessary.

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.The aforementioned openings 256 are provided in the rotating grate elements 252, 253, and 254 of the rotating grate 25. The rotating grate elements 252, 253, and 254 can each be rotated by at least 90 degrees, preferably at least 120 degrees, and even more preferably 170 degrees, about the respective bearing or rotation axis 81 via their respective bearing axes 81, which are driven by the drive 231, in this case the two motors 231, via the rotating mechanism 23. The maximum angle of rotation can be 180 degrees or slightly less than 180 degrees, as permitted by the grate lips 257. Free rotation by 360 degrees is also conceivable if no rotation-limiting grate lips are provided. The rotating mechanism 23 is configured such that the third rotating grate element 254 can be rotated individually and independently of the first rotating grate element 252 and the second rotating grate element 243, and such that the first rotating grate element 252 and the second rotating grate element 243 can be rotated jointly and independently of the third rotating grate element 254. The rotating mechanism 23 can be provided accordingly, for example, by means of running wheels, toothed or drive belts, and/or gears.

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.The rotating grate elements 252, 253, and 254 can preferably be manufactured as cast iron grates with laser cutting to ensure precise dimensional stability. This is particularly important to define the air flow through the fuel bed 28 as precisely as possible and to avoid disruptive air currents, such as air streaks at the edges of the rotating grate elements 252, 253, and 254.

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.The openings 256 in the rotating grate elements 252, 253 and 254 are designed in such a way that they are suitable for the usual pellet material and/or the usual wood chips are small enough that they do not fall through, and that they are large enough that the fuel can be well supplied with air.

Fig. 9 zeigt nun den Drehrost 25 in geschlossener Position bzw. in einer Arbeitsposition (d.h. einem ersten Zustand), 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. Fig. 9 now shows the rotating grate 25 in a closed position or in a working position (ie a first state), with all rotating grate elements 252, 253 and 254 aligned horizontally or closed. This is the position in normal operation. Due to the uniform arrangement of the plurality of openings 256, a uniform flow through the fuel bed 28 (this is in Fig. 9 not shown) on the rotating grate 25. In this way, the optimal combustion condition can be achieved. The fuel is applied to the rotating grate 25 from the direction of arrow E; in this way, the fuel is fed from the right side of the Fig. 9 pushed up onto the rotating grate 25.

Im Betrieb sammeln 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 erfolgen.During operation, ash and/or slag accumulate on the rotating grate 25, and in particular on the rotating grate elements 252, 253, and 254. The rotating grate 25 can be efficiently cleaned with the present rotating grate 25.

Es sind zudem zwei Drehlagesensoren 259 angedeutet, 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.Two rotational position sensors 259 are also indicated, which can detect the rotational position of the bearing axes 81. These rotational position sensors 259 can be, for example, magnetic-inductive sensors. This serves to control the rotational position of the three rotating grate elements 252, 253, 254.

Fig. 10 zeigt den Drehrost in dem Zustand einer Teilabreinigung des Drehrosts 25 im Gluterhaltungsbetrieb (d.h. in einem zweiten Zustand). Dazu wird nur das dritte Drehrostelement 254 gedreht (vgl. Pfeil D1). 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 shows the rotating grate in the state of partial cleaning of the rotating grate 25 in ember maintenance mode (i.e., in a second state). For this purpose, only the third rotating grate element 254 is rotated (see arrow D1). Because only one of the three rotating grate elements is rotated, the embers are maintained on the first and second rotating grate elements 252, 253, while at the same time the ash and slag can fall downwards out of the combustion chamber 24. As a result, no external ignition is required to restart operation (this saves up to 90% ignition energy). A further consequence is reduced wear on the ignition device (e.g., an ignition rod) and electricity savings. Furthermore, ash cleaning can advantageously take place during operation of the biomass heating system 1.

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. Fig. 10 also shows a state of ember maintenance during a (often sufficient) partial cleaning. This allows the operation of System 1 to be advantageously more continuous, eliminating the need for a lengthy complete ignition, which can take several tens of minutes, unlike the usual full cleaning of a conventional grate.

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 addition, potential slag is broken up at the two outer edges of the third rotating grate element 254 during its rotation. Due to the curved outer edges of the third rotating grate element 254, not only does the shearing occur over a greater overall length than with conventional rectangular elements of the prior art, but also with an uneven distribution of movement with respect to the outer edge (greater movement occurs in the center than at the lower and upper edges). This significantly enhances the crushing function of the rotating grate 25.

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.In Fig. 10 Grate lips 257 of the second rotating grate element 253 (on both sides) are visible. These grate lips 257 are configured such that the first rotating grate element 252 and the third rotating grate element 254, when closed, rest on the upper side of the grate lips 257, thus ensuring that the rotating grate elements 252, 253, and 254 are provided with no gaps between them and thus form a seal. This prevents air streams and unwanted primary air currents through the ember bed. This advantageously improves combustion efficiency.

Fig. 11 zeigt den Drehrost 25 im Zustand der Universalabreinigung bzw. in einem geöffneten Zustand (d.h. einem dritten 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 (vgl. Pfeile D2). 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. Fig. 11 shows the rotating grate 25 in the state of universal cleaning or in an open state (i.e., a third state), which is preferably carried out during a plant shutdown. All three rotating grate elements 252, 253, and 254 are rotated, with the first and second rotating grate elements 252, 253 preferably being rotated in the opposite direction to the third rotating grate element 254 (cf. arrows D2). This achieves, on the one hand, a complete emptying of the rotating grate 25, and, on the other hand, the slag is now removed from four odd outer edges. In other words, an advantageous 4-fold crushing function is realized. The above-mentioned Fig. 9 The explanations regarding the geometry of the outer edges also apply to 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.In summary, the present rotating grate 25 realizes, in addition to normal operation (cf. Fig. 9 ) advantageously two different types of cleaning (cf. Fig. 10 and 11 ), whereby the partial cleaning allows cleaning during operation of system 1.

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.In comparison, commercially available rotating grate systems are not ergonomic and, due to their rectangular geometry, have disadvantageous dead corners where the primary air cannot flow optimally through the fuel. Slag formation frequently occurs in these corners, resulting in poorer combustion and lower efficiency.

Der vorliegende einfache mechanische Aufbau des Drehrosts 25 gestaltet diesen robust, zuverlässig und langlebig.The simple mechanical design of the rotating grate 25 makes it robust, reliable and durable.

Ein Problem bei den Bewegungen, welche mit den Pfeilen D1 und D2 eingezeichnet sind, besteht in der Möglichkeit der Blockade der Bewegung durch Verbrennungsrückstände und auch durch unerwünschte Inhalte in dem Brennstoff (beispielsweise Nägel, Metallsplitter oder Ähnliches). Eine solche Blockade bei der Drehung könnte, ohne die hierin beschriebene Blockadeerfassung, zu einer Beschädigung der Antriebsmechanik oder der Motoren 231 führen. Umgekehrt soll der Drehrost 25 allerdings seine vorstehend beschriebene Brecherfunktion ausführen können, d.h., Schlacke brechen, und dabei allerdings gleichzeitig nicht durch "härtere" bzw. "permanentere" Blockierer beschädigt werden.One problem with the movements indicated by arrows D1 and D2 is the possibility of blockages in the movement caused by combustion residues and also by undesirable contents in the fuel (e.g., nails, metal splinters, or similar). Such a blockage during rotation could, without the blockage detection described herein, lead to damage to the drive mechanism or the motors 231. Conversely, however, the rotating grate 25 should be able to perform its crushing function described above, i.e., break up slag, while simultaneously not being damaged by "harder" or "more permanent" blockers.

Später sind entsprechende Lösungen für dieses Problem beschrieben.Appropriate solutions to this problem are described later.

Um die Abreinigung der Biomasse-Heizanlage 1 im Kontext des Betriebs dieser darzustellen, wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 12 ein Verbrennungsbetrieb bzw. ein Betriebsverfahren der Biomasse-Heizanlage 1 erläutert.In order to illustrate the cleaning of the biomass heating system 1 in the context of its operation, the following is described with reference to Fig. 12 a combustion plant or a Operating procedure of the biomass heating system 1 explained.

(Betriebsverfahren für die Biomasse-Heizanlage 1)(Operating procedure for biomass heating system 1)

Fig. 12 zeigt ein allgemeines Betriebsverfahren der Biomasse-Heizanlage 1 für einen Verbrennungszyklus. Fig. 12 shows a general operating procedure of the biomass heating system 1 for one combustion cycle.

Ein Verbrennungszyklus findet während eines Verbrennungsbetriebs der Biomasse-Heizanlage 1 statt. Dabei kann im Verbrennungsbetrieb, je nach Energiebedarf, auch mehr als ein Verbrennungszyklus nacheinander stattfinden. So können im Verbrennungsbetrieb mehrere Verbrennungszyklen ausgeführt werden.A combustion cycle occurs during combustion operation of the biomass heating system 1. Depending on the energy demand, more than one combustion cycle can occur consecutively during combustion operation. Thus, multiple combustion cycles can be executed during combustion operation.

Weiter kann die Biomasse-Heizanlage 1 auch im Stand-By betrieben werden, in welchem kein Verbrennungsbetrieb stattfindet, und die Biomasse-Heizanlage auf deren Einsatz zuwartet.Furthermore, the biomass heating system 1 can also be operated in standby mode, in which no combustion takes place and the biomass heating system waits for its use.

Nach einem Start des Verbrennungszyklus, üblicherweise durch Einschalten der Biomasse-Heizanlage 1 durch einen Nutzer mit Anforderung eines aktiven Kesselbetriebs oder durch eine externe (Heiz-)Automatik, kann zunächst bei dem optionalen Schritt S50 ein Vorbereiten des Verbrennungsvorgangs erfolgen.After the combustion cycle has been started, usually by switching on the biomass heating system 1 by a user requesting active boiler operation or by an external (heating) automatic system, the combustion process can first be prepared in the optional step S50.

Bei dem Vorbereiten des Schritts S50 kann die Biomasse-Heizanlage mechanisch und elektronisch initialisiert werden. Dabei kann beispielsweise das Betriebssystem der Steuereinrichtung 100 hochfahren, es kann ein Selbsttest der Elektronik durchgeführt werden und/oder es können die Drehrostelemente 252, 253, 254 um einen vorbestimmten Winkel angedreht (geöffnet) werden, um etwaige Ablagerungen auf dem Rost zu entfernen und die Mechanik vor einem Verbrennungsvorgang zu testen. Bei einem solchen Mechaniktest des Drehrosts 25 kann mittels der Dreh(geber)sensoren überprüft werden, ob eine Ansteuerung der Motoren 231 der Drehmechanik zum gewünschten Ergebnis führt, oder ob etwas blockiert ist. Weiter können die mechanische Kesselreinigung (über Tubu-latoren), die Entaschung und die optionale Elektrofilterabreinigung für eine vordefinierte Zeit (z.B. 30 Sekunden) betrieben werden. Auch kann ein Spülen der Luftwege des Kessels 11 erfolgen. Hierzu wird die Biomasse-Heizanlage durch Öffnen der Primärluft- und Sekundärluftventile mit Luft gespült. Dann werden die Luftschieber geschlossen und die Rauchgasrezirkulationsleitung wird gespült.During preparation for step S50, the biomass heating system can be initialized mechanically and electronically. For example, the operating system of the control device 100 can be booted up, a self-test of the electronics can be performed, and/or the rotating grate elements 252, 253, 254 can be rotated (opened) by a predetermined angle to remove any deposits on the grate and test the mechanics before a combustion process. During such a mechanical test of the rotating grate 25, the rotary (encoder) sensors can be used to check whether controlling the motors 231 of the rotating mechanism leads to the desired result or whether something is blocked. Furthermore, the mechanical boiler cleaning (via tubulators), ash removal, and the optional electrostatic precipitator cleaning can be operated for a predefined time (e.g., 30 seconds). The air passages of boiler 11 can also be flushed. To do this, the biomass heating system is flushed with air by opening the primary and secondary air valves. Then, the air dampers are closed and the flue gas recirculation line is flushed.

Im nächsten Schritt S52 erfolgt ein Füllen der Brennkammer 24 mit Brennstoff. Dabei wird der Brennstoff über die Brennstoffzufuhr 6 auf den Drehrost 25 gefördert, bis eine vorbestimmte Brennstoffbetthöhe erreicht ist. Dazu wird die Brennstoffbetthöhe mit dem Brennstoffbetthöhensensor 116 gemessen. Der Brennstoffbetthöhensensor 116 ist beispielsweise eine mechanische Niveauklappe 86 mit einem Drehwinkelsensor.In the next step S52, the combustion chamber 24 is filled with fuel. The fuel is conveyed via the fuel supply 6 onto the rotating grate 25 until a predetermined fuel bed height is reached. For this purpose, the fuel bed height is measured using the fuel bed height sensor 116. The fuel bed height sensor 116 is, for example, a mechanical level flap 86 with a rotation angle sensor.

Als Nächstes erfolgt ein Zünden des Brennstoffs in Schritt S52. Dies kann auch als Zündphase bezeichnet werden. Dabei wird dem Brennstoff über die Zündeinrichtung 201 Energie zugeführt, bis dieser brennt. Des Weiteren können die Ventile bzw. Ventilstellungen beim Zünden des Brennstoffs derart eingestellt werden, dass diese das Zünden des Brennstoffs begünstigen. Bei einem solchen Zünden wird im Übrigen auch das Gebläse 15 aktiviert, um einen entsprechenden Unterdruck in der Brennkammer 24 zu erzeugen. Die Primärluft- und Sekundärventile können dabei auf vordefinierte Werte (z.B.: 60% und 15%) gestellt werden und es wird ein vordefinierter Unterdruck in der Brennkammer (z.B. 75 Pa) eingeregelt.Next, the fuel is ignited in step S52. This can also be referred to as the ignition phase. Energy is supplied to the fuel via the ignition device 201 until it burns. Furthermore, the valves or valve positions during fuel ignition can be adjusted to promote fuel ignition. During such ignition, the fan 15 is also activated to generate a corresponding negative pressure in the combustion chamber 24. The primary air and secondary valves can be set to predefined values (e.g., 60% and 15%), and a predefined negative pressure is maintained in the combustion chamber (e.g., 75 Pa).

Erreicht nun die Biomasse-Heizanlage 1 eine vorbestimmte Brennraum- bzw. Brennkammertemperatur (beispielsweise 50°C) und/oder ein vorbestimmtes Lambda (beispielsweise 17%), geht die Biomasse-Heizanlage 1 zu Schritt S53 über, der Stabilisierung der Verbrennung. Bei diesem Schritt, der auch als Stabilisierungsphase bezeichnet wird, wird ein Entzünden des Brennstoffbetts weiter gefördert. Entsprechend werden die Stellungen der Luftventile 52, die Funktion des Gebläses 15 und auch die Brennstoffzufuhr angepasst. Dabei sollen sich der Kessel 11 und auch die Brennkammer 24 weiter erwärmen. Vorzugsweise soll der Verbrennungsvorgang sukzessive in einen stationären Zustand übergehen, in welchem aus thermodynamischer Sicht ein Gleichgewicht herrscht. Erhöht sich die Verbrennungstemperatur bis auf einen vorbestimmten Wert, beispielsweise 400°C, ist Schritt S53 abgeschlossen.If the biomass heating system 1 now reaches a predetermined combustion chamber temperature (e.g., 50°C) and/or a predetermined lambda (e.g., 17%), the biomass heating system 1 proceeds to step S53, the stabilization of the combustion. In this step, which is also referred to as the stabilization phase, ignition of the fuel bed is further promoted. The positions of the air valves 52, the function of the fan 15, and also the fuel supply are adjusted accordingly. In the process, the boiler 11 and the combustion chamber 24 should continue to heat up. Preferably, the combustion process should gradually transition to a steady state in which, from a thermodynamic perspective, equilibrium prevails. If the combustion temperature increases to a predetermined value, for example, 400°C, step S53 is completed.

Entsprechend geht das Verfahren zu Schritt S54 über: der stabilisierten Verbrennung und dem eigentlichen Heizbetrieb. In diesem Schritt S54 erfolgt eine Regelung der Leistungsabgabe bzw. der Verbrennungsintensität mittels der Brennstoffzufuhr 6, des Gebläses 15, der Stellung der Ventile 52, und weiterer Aktoren basierend auf den Sensordaten von Sensoren der Biomasse-Heizanlage 1, beispielsweise basierend auf der Brennkammertemperatur, dem Lambda-Wert und/oder der Kessel(wasser bzw. -medium)temperatur. Hierbei kann eine brennstoffabhängige Leistungsregelung zum Einsatz kommen.Accordingly, the method proceeds to step S54: stabilized combustion and the actual heating operation. In this step S54, the power output or combustion intensity is controlled by means of the fuel supply 6, the fan 15, the position of the valves 52, and other actuators based on the sensor data from sensors of the biomass heating system 1, for example, based on the combustion chamber temperature, the lambda value, and/or the boiler (water or medium) temperature. Fuel-dependent power control can be used here.

Der Schritt S54 wird beendet, wenn beispielsweise genügend Wärmeleistung zur Verfügung gestellt wurde und/oder ein vollständiger Abbrand des Brennstoffs im Kessel 11 erfasst und berechnet wird.Step S54 is terminated when, for example, sufficient heat output has been made available and/or complete combustion of the fuel in the boiler 11 is detected and calculated.

Danach findet bei Schritt S55 ein Ausbrennen der Brennkammer 24 und insbesondere des Drehrosts 25 statt. Dabei wird die Brennstoffzufuhr beendet und es sinkt die Brennkammertemperatur. Es verbrennen die Reste des Brennstoffs auf dem Drehrost 25. Hierzu können beispielsweise auch die Stellungen der Ventile 52 und das Gebläse 15 entsprechend eingestellt werden. Am Ende des Ausbrennens erfolgt eine Abreinigung des Drehrosts 25 durch entsprechendes Drehen bzw. Öffnen der Drehrostelemente.Subsequently, in step S55, the combustion chamber 24, and in particular the rotating grate 25, is burned out. The fuel supply is stopped, and the combustion chamber temperature drops. The fuel residues on the rotating grate 25 are burned. For this purpose, the positions of the valves 52 and the fan 15 can be adjusted accordingly. At the end of the burnout, the rotating grate 25 is cleaned by rotating or opening the rotating grate elements accordingly.

Bei Schritt S55, dem Ausbrennen, kann die Primärluftzufuhr vergrößert werden, (beispielsweise können die Ventile zur Regelung der Primärluftzufuhr vollständig geöffnet werden), um den Vorgang des Abbrennens in dem Kessel und insbesondere in der Brennkammer 24 zu beschleunigen und diesen Schritt, bzw. diese Phase des Kesselzyklus, möglichst kurz zu halten. Insofern sollen bei diesem Schritt S55 die kohlenstoffhaltigen Reste in der Brennkammer 24 möglichst schnell und vollständig verbrannt werden. Dabei steigt üblicherweise die Temperatur in der Brennkammer 24 nochmals kurzfristig an.In step S55, the burnout, the primary air supply can be increased (for example, the valves for regulating the primary air supply can be fully opened) to accelerate the combustion process in the boiler, and in particular in the combustion chamber 24, and to keep this step, or phase of the boiler cycle, as short as possible. Therefore, in this step S55, the carbonaceous residues in the combustion chamber 24 should be burned as quickly and completely as possible. The temperature in the combustion chamber 24 typically rises again briefly during this time.

Nach Beendigung des Schritts S55 kann das Verfahren deaktiviert werden (ENDE), oder aber kann das Verfahren (nach einiger Zeit) erneut starten und dann zu Schritt S50 übergehen, womit ein erneuter Verbrennungszyklus bzw. Heizzyklus beginnt.After completion of step S55, the process can be deactivated (END), or the process can start again (after some time) and then proceed to step S50, which begins a new combustion cycle or heating cycle.

Fig. 13 zeigt ein Leistungsdiagramm eines beispielhaften Zyklus des Verbrennungsbetriebs der Biomasse-Heizanlage 1 von Zündung (S52) bis zum Ausbrennen (S55). Der Einfachheit halber sind die Vorgänge des Vorbereitens (S50) und des Füllens (S50) vorliegend weggelassen Fig. 13 shows a performance diagram of an exemplary combustion cycle of the biomass heating system 1, from ignition (S52) to burnout (S55). For simplicity, the preparation (S50) and filling (S50) processes are omitted here.

Im Leistungsdiagramm der Fig. 13 ist mit dem Pfeil S52 in etwa der Vorgang des (erneuten) Zündens des Brennstoffs gekennzeichnet. Der Brennstoff fängt Feuer und die Leistung steigt aufgrund des noch unverbrauchten Brennstoffs schnell an. In etwa im Bereich des Pfeils S53 wird eine Stabilisierung des Verbrennungsvorgangs vollzogen, womit die Leistung nach etwas Fluktuation auf den gewünschten Sollleistungswert stabilisiert wird. In etwa im Bereich der Pfeile S54 findet der (stabilisierte) Verbrennungsvorgang statt, womit eine relativ konstante Leistungsabgabe des Kessels 11 erfolgt. Etwa bei S55 findet ein Ausbrennen der Biomasse-Heizanlage mit der damit einhergehenden Leistungsspitze statt, wobei der Beginn der Erhöhung der Primärluftzufuhr in Fig. 13 mit "I" angegeben ist. Durch diese erhöhte Primärluftzufuhr werden die noch unverbrannten Brennstoffrückstände verbrannt, womit vermieden wird, dass unverbrannter Brennstoff aus dem Kessel 11 abgereinigt wird.In the performance diagram of the Fig. 13 The process of (re-)ignition of the fuel is marked by arrow S52. The fuel catches fire and the output increases rapidly due to the still unused fuel. Approximately in the area of arrow S53, the combustion process stabilizes, whereby the output, after some fluctuation, is stabilized to the desired target output value. Approximately in the area of arrow S54, the (stabilized) combustion process takes place, resulting in a relatively constant output of boiler 11. Approximately at S55, the biomass heating system burns out with the associated output peak, whereby the increase in the primary air supply begins in Fig. 13 indicated by "I". This increased primary air supply burns the unburned fuel residues, thus preventing unburned fuel from being cleaned from boiler 11.

Danach endet der gezeigte Verbrennungszyklus endgültig, die Leistung und die Brennkammertemperatur fallen ab.After that, the combustion cycle shown finally ends, the power and the combustion chamber temperature drop.

Mit der Kesselleistung in etwa gleich verlaufend ist die Kesseltemperatur und auch die Temperatur in der Brennkammer 24. Insofern gibt es in einem Verbrennungszyklus Temperaturspitzen bzw. -maxima zu Beginn des Verbrennungszyklus und zum Ende des Verbrennungszyklus. Beim Ausbrennen S55 werden mit einer erhöhten Temperatur im Kessel insbesondere kohlenstoffhaltige Reste und Ablagerungen an den Kesselinnenwänden- und innenteilen nochmals erwärmt und vorzugsweise vollständig abgebrannt.The boiler temperature and the temperature in combustion chamber 24 increase approximately in step with the boiler output. Therefore, there are temperature peaks or maxima at the beginning and end of a combustion cycle. During burnout S55, the increased temperature in the boiler reheats and, preferably, completely burns off carbonaceous residues and deposits on the interior walls and parts of the boiler.

Bei den Temperaturen, die unterhalb der Temperatur im stabilisierten Verbrennungsbetrieb S54 liegen, entstehen zudem gehäuft Verbrennungsrückstände, es kann zur Verrußung kommen.At temperatures below the temperature in stabilized combustion operation S54, combustion residues are also produced in large quantities, sooting can occur.

Da es sich bei der Asche um amorphes, keramikartiges Materialgemisch handelt, hat diese keinen scharf definierten Schmelzpunkt, sondern die Erweichung erfolgt kontinuierlich über einen weiten Temperaturbereich. Die Viskosität nimmt mit steigender Temperatur ab, die Asche wird klebrig, die feinen Aschekörner agglomerieren und versintern zu größeren Brocken, die Asche beginnt zu kriechen und schließlich sogar zu fließen.Because the ash is an amorphous, ceramic-like material mixture, it does not have a clearly defined melting point, but rather softens continuously over a wide temperature range. Viscosity decreases with increasing temperature, the ash becomes sticky, the fine ash grains agglomerate and sinter into larger lumps, and the ash begins to creep and eventually even flow.

Des Weiteren entsteht Schlacke bei einem Verbrennungsvorgang immer dann, wenn in der Glut Temperaturen über dem Ascheschmelzpunkt erreicht werden. Die Asche wird dann weich, klebrig und bildet nach dem Abkühlen die bekannte feste, dunkel gefärbte Schlacke, welche porös/brüchig/krümelig bis glasartig hart sein kann.Furthermore, slag is always formed during a combustion process when temperatures in the embers reach temperatures above the ash melting point. The ash then becomes soft, sticky, and upon cooling, forms the familiar solid, dark-colored slag, which can range in hardness from porous/brittle/crumbly to glassy.

Insofern kann man aus der der Fig. 13 im Grundsatz auf den Zustand der Verbrennungsrückstände und insbesondere der entstandenen Schlacke schließen. Bei niedriger Kesselleistung sind die Verbrennungsrückstände eher fest und brüchig, während die Verbrennungsrückstände bei hohen Temperaturen eher weich und zäh sind. Letzteres kann eine effektive Abreinigung erschweren.In this respect, one can conclude from the Fig. 13 In principle, this provides information about the condition of the combustion residues, and especially the resulting slag. At low boiler outputs, the combustion residues tend to be solid and brittle, while at high temperatures, the combustion residues tend to be soft and viscous. The latter can make effective cleaning more difficult.

Die tatsächlichen Temperaturen mit den zugehörigen Viskositäten sind allerdings nur sehr ungenau vorherzusagen, da das Temperatur- und Schmelzverhalten des Brennstoffs (der sehr variabel ist) bzw. Stoffgemischs zur Verbrennung außerordentlich komplex ist. Bereits geringfügige Änderungen bei den Stoffanteilen können den Erweichungspunkt stark beeinflussen, wenn das Gemisch ein Eutektikum bildet. Im Allgemeinen steigen die Temperaturen mit zunehmender Inkohlung. Einige Stoffe (etwa manche Kalium-, Aluminium-, Natrium-, Magnesium- und Siliziumverbindungen) sind dafür bekannt, dass sie den Erweichungspunkt massiv herabsetzen. Dies zeigt sich insbesondere bei halmgutartigen Biomassen (Stroh und Gras), die solche Stoffe in erhöhter Konzentration enthalten und die zu den Brennstoffen mit den niedrigsten Ascheerweichungstemperaturen gehört.However, the actual temperatures and their associated viscosities can only be predicted with great accuracy, as the temperature and melting behavior of the fuel (which is highly variable) or mixture of substances used for combustion is extremely complex. Even minor changes in the proportions of the substances can have a significant impact on the softening point if the mixture forms a eutectic. In general, temperatures rise with increasing coalification. Some substances (such as some potassium, aluminum, sodium, magnesium, and silicon compounds) are known to drastically reduce the softening point. This is particularly evident in stalk-like biomasses (straw and grass), which contain such substances in elevated concentrations and are among the fuels with the lowest ash softening temperatures.

Die Abkühlung und das Erstarren der Schlacke erfolgt zeitlich betrachtet nicht nur bei den Temperaturänderungen in einem Verbrennungszyklus, sondern räumlich betrachtet auch beim Übergang aus der heißen Zone der Brennkammer 24 in die kalten Randbereiche oder in den nachgeschalteten Wärmetauscher 4 und auch in die Filtereinrichtung 4. Hier bilden sich Anbackungen, die den Wärmedurchgang behindern und verschlechtern, und die den rauchgasseitigen Druckverlust der Feuerung erhöhen. Man spricht von einer "Verschlackung" der Feuerung.The cooling and solidification of the slag occurs not only during the temperature changes in a combustion cycle, but also spatially during the transition from the hot zone of the combustion chamber 24 to the cold peripheral areas or into the downstream heat exchanger 4 and also into the filter device 4. Caking deposits form here, which impede and impair heat transfer and increase the flue gas pressure loss of the furnace. This is referred to as "slagging" of the furnace.

Bei der vorliegenden Rostfeuerung kann durch Schlacke die Bewegung des Rostes blockiert werden, oder die Öffnungen für die Primärzuluft, mithin die Verbrennungsluft, die von unten durch den Rost strömt, können verklebt werden. Die Vorrichtungen für die Abreinigung und Beförderung der Asche können dabei sogar durch große, harte Schlackebrocken blockiert werden.In this grate firing system, slag can block the movement of the grate, or the openings for the primary air supply, i.e. the combustion air flowing through the grate from below, can become clogged. The devices for cleaning and conveying the ash can even be blocked by large, hard lumps of slag.

Hier zeigt sich, dass Schlacke im Vergleich zu pulvriger Asche schwieriger in der Handhabung bei der Reinigung ist, insbesondere da die Konsistenz und Menge der Schlacke stark variieren kann, wie erläutert. Mit den hierin beschriebenen Lösungen kann man insbesondere diesem Problem Herr werden.This demonstrates that slag is more difficult to handle during cleaning than powdered ash, especially since the consistency and quantity of slag can vary greatly, as explained. The solutions described here can address this particular problem.

(Abreinigung des Kessels)(Cleaning the boiler)

Fig. 14 zeigt ein Auslöseverfahren, mit dem eine Abreinigung des Kessels ausgelöst werden kann. Dieses Auslöseverfahren kann beispielsweise zyklisch durch die Steuereinrichtung 100 ausgeführt werden, oder aber kann dieses Auslöseverfahren bei dem Übergang des Betriebszustands des Kessels 11 in den Zustand S55: Ausbrennen automatisch mitausgeführt werden. Fig. 14 shows a triggering procedure with which a boiler cleaning cycle can be initiated. This triggering procedure can, for example, be executed cyclically by the control device 100, or this triggering procedure can be executed automatically when the operating state of the boiler 11 transitions to state S55: Burnout.

Bei Schritt S70 erfolgt eine Bestimmung, ob sich der Kessel 11 im Zustand S55 des Ausbrennens befindet oder nicht. Dabei kann dies entweder zyklisch abgefragt und bestimmt werden ("Nein"), oder aber wird diese Bestimmung automatisch bei der Ausführung des Betriebszustands S55 Ausbrennen (der von der Steuereinrichtung 100 herbeigeführt wird) als erfüllt gewertet.In step S70, a determination is made as to whether or not the boiler 11 is in the burnout state S55. This can either be queried cyclically and determined ("No"), or this determination is automatically considered fulfilled upon execution of the burnout operating state S55 (initiated by the control device 100).

Falls sich der Kessel 11 im Zustand des Ausbrennens befindet (S70: Ja), wird ermittelt, ob die Brennkammertemperatur (welche mit dem entsprechenden Brennkammertemperatursensor 117 erfasst wird) kleiner ist als eine vordefinierte Schwelle BTS. Diese Schwelle BTS kann beispielsweise auf 180 Grad Celsius festgelegt sein. Mit dieser Schwelle wird sichergestellt, dass eine Abreinigung nicht mit noch oxidierenden Verbrennungsrückständen durchgeführt wird. Weiter wird für die Abreinigung sichergestellt, dass die Schlacke weniger viskos bzw. schon eher brüchig oder spröde ist, womit die Abreinigung effizienter wird.If the boiler 11 is in the burnout state (S70: Yes), it is determined whether the combustion chamber temperature (which is measured by the corresponding combustion chamber temperature sensor 117) is lower than a predefined threshold BTS. This threshold BTS can be set, for example, to 180 degrees Celsius. This threshold ensures that cleaning is not carried out with combustion residues that are still oxidizing. Furthermore, it ensures that the slag is less viscous or already more brittle or fragile for cleaning, thus making cleaning more efficient.

Falls also die Brennkammertemperatur kleiner ist als die vordefinierte Schwelle BTS (S71: Ja), dann kann im Schritt S72 eine Abreinigung des Kessels 11 durchgeführt werden. Eine solche Abreinigung kann das Drehen der Drehrostelemente 252, 253, 254 mittels der Motoren 231 beinhalten. Zudem kann eine solche Abreinigung ein Bewegen der Reinigungsmechanik beinhaltend die Reinigungsschnecke 71 und die Turbulatoren 37 beinhalten. Mithin umfasst die Abreinigung des Kessels 11 vorzugsweise eine Abreinigung des Rosts 25, des Wärmetauschers 3, der Aschesenke im unteren Teil des Kessels und (optional) auch der elektrostatischen Filtereinrichtung 4.If the combustion chamber temperature is lower than the predefined threshold BTS (S71: Yes), then cleaning of the boiler 11 can be performed in step S72. Such cleaning can involve rotating the rotating grate elements 252, 253, 254 by means of the motors 231. Furthermore, such cleaning can involve moving the cleaning mechanism including the cleaning screw 71 and the turbulators 37. Thus, cleaning of the boiler 11 preferably includes cleaning the grate 25, the heat exchanger 3, the ash pan in the lower part of the boiler, and (optionally) also the electrostatic filter device 4.

Fig. 15 zeigt eine Weiterbildung des Auslöseverfahrens der Fig. 14, wobei eine Blockadeerfassung der durch den Motor 72 angesteuerten Reinigungsmechanik (u.A. Ascheschnecke und vorzugsweise Turbulatoren) erfasst werden kann. Betreffend der Verfahrensschritte S70, S71 und S72 wird auf die vorstehenden Erläuterungen zu Fig. 14 verwiesen. Fig. 15 shows a further development of the triggering procedure of the Fig. 14 , whereby a blockage detection of the cleaning mechanism (including ash screw and preferably turbulators) controlled by the motor 72 can be detected. Regarding the method steps S70, S71 and S72, reference is made to the above explanations of Fig. 14 referred to.

Nach erfolgter Abreinigung wird bei Schritt S73 durch den Positionssensor 75 erfasst, ob sich die Reinigungsmechanik in Ruhestellung befindet oder nicht. Hat sich beispielsweise die Reinigungsmechanik aufgrund eines Fremdkörpers verkeilt oder festgefressen und ist blockiert, so kehrt diese regelmäßig nicht in die Ruhestellung zurück. Insofern kann mit dem Positionssensor 75 eine solche Blockade detektiert werden.After cleaning is complete, position sensor 75 detects whether the cleaning mechanism is in the rest position or not in step S73. For example, if the cleaning mechanism has become jammed or seized due to a foreign object and is blocked, it will usually not return to the rest position. Therefore, such a blockage can be detected using position sensor 75.

Ist die Bestimmung bei Schritt S73: Ja, ist die Reinigungsmechanik in die Ruhestellung zurückgekehrt und es liegt keine Blockade vor.If the determination at step S73 is Yes, the cleaning mechanism has returned to the rest position and there is no blockage.

Ist die Bestimmung bei Schritt S73: Nein, so ist die Reinigungsmechanik nicht in die Ruhestellung zurückgekehrt (was diese schon aufgrund des Eigengewichts der Turbulatoren sollte) und es wird eine Blockade positiv detektiert bzw. erkannt (Schritt S74).If the determination in step S73 is: No, the cleaning mechanism has not returned to the rest position (which it should due to the weight of the turbulators) and a blockage is positively detected or recognized (step S74).

In Schritt S74 kann beispielsweise eine entsprechende Fehlermeldung im System hinterlegt werden, oder aber kann ein Benutzer über eine Benutzerschnittstelle (beispielsweise über einen Touch-Screen) auf die Blockade hingewiesen werden. Ebenso kann der Kessel 11 in Reaktion auf die erkannte Blockade den Betrieb aus Sicherheitsgründen einstellen.In step S74, for example, a corresponding error message can be stored in the system, or a user can be notified of the blockage via a user interface (e.g., via a touchscreen). Likewise, the boiler 11 can stop operation for safety reasons in response to the detected blockage.

Fig. 16 zeigt ein (optionales) Abreinigungsoptimierungsverfahren, mit dem ein abgereinigter und nicht-blockierter Ausgangszustand des Kessels 11 vor dem Start eines Verbrennungszyklus sichergestellt wird, sofern dies notwendig ist. Fig. 16 shows an (optional) cleaning optimization procedure which ensures a cleaned and unblocked initial state of the boiler 11 before the start of a combustion cycle, if necessary.

Bei Schritt S80 wird bestimmt, ob der Start eines Verbrennungszyklus angefordert ist oder nicht. Eine solche Anforderung kann beispielsweise manuell durch einen Benutzer durch Eingabe an einer Benutzerschnittstelle erfolgen. Ebenso kann eine solche Anforderung automatisch erfolgen, beispielsweise durch eine Anforderung von Heizleistung oder durch die Festlegung einer vordefinierten Anzahl von Heizzyklen, welche nacheinander abgefahren werden.In step S80, it is determined whether the start of a combustion cycle is requested or not. Such a request can, for example, be made manually by a user via input at a user interface. Such a request can also be made automatically, for example, by requesting heating power or by specifying a predefined number of heating cycles to be run consecutively.

Es wird nunmehr - vor der Aufnahme des Heizzyklus und damit vor dem Start des Verbrennungsbetriebs - bei Schritt S81 durch den Positionssensor 75 erfasst, ob sich die Reinigungsmechanik in Ruhestellung befindet oder nicht. Hat sich beispielsweise die Reinigungsmechanik aufgrund eines Fremdkörpers verkeilt oder festgefressen und ist blockiert, so kehrt diese regelmäßig nicht in die Ruhestellung zurück. Insofern kann mit dem Positionssensor 75 eine solche Blockade detektiert werden.Now, before the heating cycle begins and thus before combustion operation begins, position sensor 75 detects in step S81 whether the cleaning mechanism is in the rest position or not. For example, if the cleaning mechanism has become jammed or seized due to a foreign object and is blocked, it will usually not return to the rest position. Therefore, such a blockage can be detected using position sensor 75.

Ist die Bestimmung bei Schritt S81: Ja, ist die Reinigungsmechanik in die Ruhestellung zurückgekehrt und es liegt keine Blockade vor. In Folge dessen wird Schritt S82 ausgeführt.If the determination in step S81 is yes, the cleaning mechanism has returned to the rest position and there is no blockage. As a result, step S82 is executed.

Ist die Bestimmung bei Schritt S81: Nein, so ist die Reinigungsmechanik nicht in die Ruhestellung zurückgekehrt (was diese schon aufgrund des Eigengewichts der Turbulatoren sollte) und es wird eine Blockade positiv detektiert bzw. erkannt. In Folge dessen wird Schritt S83 ausgeführt, um mittels des Antreibens bzw. Bewegens der Mechanik auf ein Lösen der Blockade hinzuwirken.If the determination in step S81 is "No," the cleaning mechanism has not returned to its rest position (which it should have done due to the weight of the turbulators), and a blockage is positively detected. Subsequently, step S83 is executed to attempt to release the blockage by driving or moving the mechanism.

Bei Schritt S82 wird abgefragt, ob eine Abreinigung schon bei dem letzten Ausbrennen S55 des Kessels 11 durchgeführt wurde oder nicht. Hierfür kann beispielsweise bei Abreinigung des Kessels während des Ausbrennens softwaretechnisch ein sogenanntes "Flag" aktiviert werden, das beispielsweise bei Durchführung der Schritte S54 (oder auch S 53 etc.) wieder zurückgesetzt wird.In step S82, a query is made as to whether or not cleaning was already performed during the last burnout S55 of boiler 11. For this purpose, a so-called "flag" can be activated in software, for example, when cleaning the boiler during burnout. This flag is reset, for example, when steps S54 (or S53, etc.) are performed.

Wurde eine Abreinigung des Kessels 11 schon bei dem letzten Ausbrennen S55 durchgeführt (d.h., es wurde schon beim Ende des vorausgegangenen Verbrennungszyklus abgereinigt; S82: Ja), kann der aktuell angeforderte Verbrennungszyklus gestartet werden (S85). Damit wird eine unnötige Betätigung der Reinigungsmechanik vermieden, womit mithin Zeit und Verschleiß eingespart werden.If boiler 11 was already cleaned during the last burnout (S55) (i.e., it was already cleaned at the end of the previous combustion cycle; S82: Yes), the currently requested combustion cycle can be started (S85). This avoids unnecessary activation of the cleaning mechanism, thus saving time and wear.

Ist das Ergebnis von Schritt S82 Nein, wird in Folge bei Schritt S84 abgefragt, ob die Brennkammertemperatur kleiner der vordefinierten Schwelle BTS ist oder nicht.If the result of step S82 is No, step S84 then queries whether the combustion chamber temperature is less than the predefined threshold BTS or not.

Ist das Ergebnis von Schritt S84 Nein, geht das Verfahren zu Schritt S85 über. Ist also die Temperatur des Kessels 11 zum Abreinigen zu hoch, wird direkt der nächste Verbrennungszyklus gestartet und das Abreinigen vor dem Verbrennungszyklus wird nicht durchgeführt.If the result of step S84 is No, the process proceeds to step S85. Therefore, if the temperature of the boiler 11 is too high for cleaning, the next combustion cycle is started directly, and cleaning before the combustion cycle is not performed.

Ist das Ergebnis von Schritt S84 Ja, wird in Schritt S83 eine Abreinigung des Kessels durchgeführt. Mithin ist die Temperatur des Kessels 11 auf ein Niveau gefallen, welches eine Abreinigung erlaubt, und zudem ist auch der Zeitverlust durch das Abreinigen des Kessels 11 hinzunehmen, da der Kessel sowieso bereits "kälter" ist.If the result of step S84 is Yes, the boiler is cleaned in step S83. Consequently, the temperature of boiler 11 has dropped to a level which allows cleaning, and in addition, the time loss due to cleaning the boiler 11 must be accepted, since the boiler is already "colder" anyway.

Nach Schritt S83 geht das Verfahren zu Schritt S85 über.After step S83, the process proceeds to step S85.

Fig. 17a zeigt ein Abreinigungsverfahren des Kessels 11. Fig. 17a shows a cleaning process of the boiler 11.

Ist eine Abreinigung des Kessels 11 angefordert (vgl. beispielsweise die Schritte S72 oder S83), so wird das Abreinigungsverfahren für den Kessel 11 gestartet.If cleaning of boiler 11 is requested (see, for example, steps S72 or S83), the cleaning process for boiler 11 is started.

Bei Schritt S90 wird der Motor 72 für eine vordefinierte Motorzeit BM bestromt, mithin wird die Reinigungsmechanik von dem Motor 72 für eine bestimmte Zeit BM bewegt. Diese Zeit(dauer) ist derart definiert, dass die Reinigungsmechanik einen bestimmten Bewegungsbereich überstreicht, beispielsweise derart, dass die Turbulatoren im Wärmetauscher 3 einen ausreichenden Hub vollführen. Die Zeit(dauer) BM kann beispielsweise auf 30 Sekunden festgelegt sein.In step S90, the motor 72 is energized for a predefined motor time BM, thus the cleaning mechanism is moved by the motor 72 for a specific time BM. This time (duration) is defined such that the cleaning mechanism covers a specific range of motion, for example, such that the turbulators in the heat exchanger 3 perform a sufficient stroke. The time (duration) BM can be set, for example, to 30 seconds.

Bei dem auf Schritt S90 folgenden Schritt S91 wird die Bestromung des Motors 72 für eine vordefinierte Pausenzeit P1 unterbrochen. Diese Pausenzeit P1 kann beispielsweise 10 Sekunden betragen.In step S91 following step S90, the current supply to motor 72 is interrupted for a predefined pause time P1. This pause time P1 can be, for example, 10 seconds.

Bei dem auf Schritt S91 folgenden Schritt S92 wird ermittelt, ob eine vordefinierte Anzahl WH von Durchführungen der Schritte S90 und S91 erfolgt ist oder nicht, d.h., ob eine vordefinierte Anzahl WH von Iterationen der Schleife mit den Schritten S90 und S91 durchgeführt wurde oder nicht. Diese vordefinierte Anzahl WH kann beispielsweise 5 sein.In step S92 following step S91, it is determined whether or not a predefined number WH of executions of steps S90 and S91 has occurred, i.e., whether or not a predefined number WH of iterations of the loop with steps S90 and S91 has been performed. This predefined number WH can be, for example, 5.

Ist das Ergebnis von Schritt S92 Nein, werden die Schritte S90 und S91 wiederholt.If the result of step S92 is No, steps S90 and S91 are repeated.

Durch die wiederholte Ausführung der Schritte S90 und S91 (Reinigen, Pause, Reinigen, Pause...) wird die Reinigungswirkung verbessert.By repeatedly executing steps S90 and S91 (clean, pause, clean, pause...) the cleaning effect is improved.

Ist das Ergebnis von Schritt S92 Ja, fährt das Verfahren mit Schritt S93 fort.If the result of step S92 is Yes, the process proceeds to step S93.

Hier wird, analog zu vorstehend Beschriebenem, erfasst, ob die Reinigungsmechanik 75 nach der Bestromung des Motors 72 und nach der Pause P1 in deren Ruhestellung zurückgekehrt ist, oder nicht.Here, analogous to what has been described above, it is detected whether the cleaning mechanism 75 has returned to its rest position after the motor 72 has been energized and after the pause P1 or not.

Ist das Ergebnis von Schritt S93 Ja, wird das Verfahren beendet. Eine blockadefreie Abreinigung ist erfolgt.If the result of step S93 is Yes, the process is terminated. Blockage-free cleaning has been completed.

Ist das Ergebnis von Schritt S94 Nein, fährt das Verfahren mit Schritt S94 fort. Im einfachsten Fall ist Schritt S94 identisch zu dem in Bezug auf Schritt S74 Beschriebenen. Mithin endet das Verfahren mit einer Fehlermeldung. Optional und alternativ kann das Verfahren jedoch mit Schritt S94 einen Anti-Blockade-Vorgang 1 bzw. ein erstes Anti-Blockade-Verfahren durchführen, welches nachstehend in Bezug auf Fig. 17b näher erläutert ist.If the result of step S94 is no, the method continues with step S94. In the simplest case, step S94 is identical to that described with reference to step S74. Therefore, the method ends with an error message. Optionally and alternatively, however, the method can carry out an anti-blocking process 1 or a first anti-blocking process with step S94, which is described below with reference to Fig. 17b is explained in more detail.

Fig. 17b zeigt ein erstes Anti-Blockade-Verfahren, welches eine Fortbildung des Verfahrens der Fig. 17a ist. Fig. 17b shows a first anti-blockade procedure, which is a further development of the procedure of Fig. 17a is.

Ist eine Blockade der Reinigungsmechanik erkannt, soll diese gelöst werden. Hierfür wird bei Schritt S95 der Motor 72 für eine vordefinierte Bestromungszeit BM2 bestromt, um die Blockade zu lösen. Die Bestromungszeit BM2 ist vorzugsweise länger als die Bestromungszeit BM1, um die Kraftwirkung auf die Blockade zu vergrößern.If a blockage in the cleaning mechanism is detected, it must be released. For this purpose, in step S95, motor 72 is energized for a predefined energization time BM2 to release the blockage. The energization time BM2 is preferably longer than the energization time BM1 to increase the force acting on the blockage.

Nach der Bestromung bei Schritt S95 wird wiederum, wie schon erläutert, erfasst, ob die Reinigungsmechanik in die Ruhestellung zurückgekehrt ist oder nicht.After the energization in step S95, as already explained, it is again detected whether the cleaning mechanism has returned to the rest position or not.

Ist dies der Fall (S96: Ja), konnte die Blockade erfolgreich gelöst werden, und es kann die Abreinigung bzw. das Abreinigungsverfahren der Fig 17a und 17b beendet werden.If this is the case (S96: Yes), the blockage has been successfully resolved and the cleaning or cleaning process of the Fig. 17a and 17b be terminated.

Ist dies nicht der Fall (S96: Nein), konnte die Blockade nicht gelöst bzw. behoben werden. Dann fährt das Verfahren mit Schritt S97 fort. Auch hier gibt es nun zwei Alternativen: Entweder wird das Verfahren mit einer Fehlermeldung oder einem Fehler beendet, oder aber es wird zu einem Anti-Blockade-Verfahren 2 übergegangen, welches nachstehend in Bezug auf die Figuren 17c und 17 d näher erläutert wird.If this is not the case (S96: No), the blockage could not be resolved or eliminated. The process then continues with step S97. Here, too, there are two alternatives: Either the process is terminated with an error message or an error, or it proceeds to an anti-blockage process 2, which is described below with regard to the Figures 17c and 17 days is explained in more detail.

Figuren 17c und 17d zeigen ein zweites Anti-Blockade-Verfahren in Fortbildung zu den Verfahren der Fig. 17a und/oder 17b. Figures 17c and 17d show a second anti-blockade procedure in advanced training on the procedures of Fig. 17a and/or 17b.

Bei Schritt S98 wird nochmals eine Bestromung des Motors 72 für eine vordefinierte Bestromungszeit BM3 vorgenommen. Dabei kann vorzugsweise die Bestromungszeit BM3 größer sein als die Bestromungszeit BM3. Mithin wird die Reinigungsmechanik zwar größerer Belastung ausgesetzt, allerdings nur in dem Fall, in dem ein Versuch mit geringerer Leistung gescheitert ist. Alternativ kann im Übrigen BM1 = BM2 = BM3 sein, sollte eine Staffelung der Antriebszeit nicht gewünscht sein.In step S98, the motor 72 is energized again for a predefined energization time BM3. The energization time BM3 can preferably be longer than the energization time BM3. Thus, the cleaning mechanism is subjected to greater stress, but only in the case where an attempt with lower power has failed. Alternatively, BM1 = BM2 = BM3 can be used if staggering the drive time is not desired.

Bei Schritt S99 wird die oben beschriebene Überprüfung erneut vorgenommen.At step S99, the check described above is performed again.

Ist das Ergebnis von Schritt S99 Ja, ist die Blockade gelöst, und das Abreinigungsverfahren wird beendet.If the result of step S99 is Yes, the blockage is released and the cleaning process is terminated.

Ist das Ergebnis von Schritt S99 Nein, besteht die Blockade weiterhin. In Folge wird die Bestromung bei Schritt S100 für eine vordefinierte Pausenzeit P2 unterbrochen bzw. pausiert. Hier wird der Mechanik Zeit gegeben, selbstständig in Ruhelage zurückzukehren.If the result of step S99 is No, the blockage persists. Subsequently, the power supply is interrupted or paused in step S100 for a predefined pause time P2. This allows the mechanism time to return to its rest position independently.

Bei Schritt 101 wird die oben beschriebene Überprüfung erneut vorgenommen.At step 101, the check described above is performed again.

Ist das Ergebnis von Schritt 101 Ja, ist die Blockade gelöst, und das Abreinigungsverfahren wird beendet.If the result of step 101 is Yes, the blockage is cleared and the cleaning process is terminated.

Ist das Ergebnis von Schritt S101 Nein, besteht die Blockade weiterhin. In diesem Fall wird der Motor bei Schritt S102 in kurzen Intervallen BI bestromt. Derartige Intervalle können beispielsweise aus 2 Sekunden Bestromung, 2 Sekunden Pause bestehen, wobei diese mehrfach, beispielsweise zwei bis acht Mal wiederholt wird. Insofern wird die Reiningungsmechanik mit ruckartig bewegt bzw. es wird an der Reinigungsmechanik gerüttelt, um beispielsweise spröde Schlacke zu zerbröseln oder Verklemmungen zu lösen. Bevorzugt ist, dass die Intervalle zumindest zwei Mal wiederholt werden.If the result of step S101 is No, the blockage still exists. In this case, the motor is energized at short intervals BI in step S102. Such intervals can, for example, consist of 2 seconds of energization followed by 2 seconds of pause, which can be repeated multiple times, for example, two to eight times. In this case, the cleaning mechanism is moved jerkily or shaken, for example, to break up brittle slag or to release jams. It is preferred that the intervals be repeated at least twice.

Bei dem folgenden Schritt 103 wird die oben beschriebene Überprüfung erneut vorgenommen.In the following step 103, the check described above is carried out again.

Ist das Ergebnis von Schritt 103 Ja, ist die Blockade gelöst, und das Abreinigungsverfahren wird beendet.If the result of step 103 is Yes, the blockage is cleared and the cleaning process is terminated.

Ist das Ergebnis von Schritt S103 Nein, besteht die Blockade weiterhin. In diesem Fall wird (optional) der Motor 72 für eine vordefinierte Bestromungszeit BM4, beispielsweise 2 Sekunden, in einer zweiten Drehrichtung bewegt, die der üblichen Drehrichtung des Motors 72 zur Abreinigung (d.h., die erste Drehrichtung des Motors 72) entgegengesetzt ist.If the result of step S103 is No, the blockage persists. In this case, the motor 72 is (optionally) moved in a second direction of rotation for a predefined energization time BM4, for example, 2 seconds, which is opposite to the usual direction of rotation of the motor 72 for cleaning (i.e., the first direction of rotation of the motor 72).

Danach wird der Motor 72 bei Schritt S105 erneut (vgl. S102) in kurzen Intervallen BI bestromt.Thereafter, the motor 72 is energized again at step S105 (cf. S102) at short intervals BI.

Ausführliche praktische Versuche haben gezeigt, dass die vorgenannten Verfahrensschritte die effektivste Variante sind, um Blockaden zu lösen. Eine mehrfache ruckartige und kurzfristige Bestromung des Motors 72 in die erste Richtung, gefolgt von einer einzelnen Bestromung des Motors 72 in die zweite (Gegen-)Richtung, wiederum gefolgt von der mehrfachen ruckartigen und kurzfristigen Bestromung des Motors 72 in die erste Richtung hatte auch bei sehr hartnäckigen Verschlackungen und starkem Verschmutzungsanfall die größte Wahrscheinlichkeit die Blockade endgültig zu lösen.Extensive practical tests have shown that the aforementioned process steps are the most effective way to clear blockages. Applying multiple, abrupt and brief energizations to motor 72 in the first direction, followed by a single energization of motor 72 in the second (opposite) direction, followed again by multiple, abrupt and brief energizations to motor 72 in the first direction, had the greatest probability of definitively clearing the blockage, even in cases of very stubborn slagging and heavy contamination.

Bei dem folgenden Schritt 106 wird die oben beschriebene Überprüfung erneut vorgenommen.In the following step 106, the check described above is repeated carried out.

Ist das Ergebnis von Schritt 106 Ja, ist die Blockade gelöst, und das Abreinigungsverfahren wird beendet.If the result of step 106 is Yes, the blockage is cleared and the cleaning process is terminated.

Ist das Ergebnis von Schritt S106 Nein, besteht die Blockade weiterhin. In diesem Fall ist die Blockade derart hartnäckig, dass mit Schritt S107 eine (nicht maschinell lösbare) Blockade erkannt wird (vgl. S74) und das Verfahren beendet wird.If the result of step S106 is No, the blockage persists. In this case, the blockage is so persistent that step S107 identifies a (non-machine-resolvable) blockage (see S74), and the method is terminated.

Angemerkt wird, dass mit "*1" in der Fig. 17d die Fortsetzung des Verfahrens der Fig. 17c angegeben ist.Please note that with "*1" in the Fig. 17d the continuation of the proceedings of Fig. 17c is specified.

Fig. 18 zeigt ein Blockadeerfassungsverfahren für den Drehrost 25 der Biomasse-Heizanlage 1. Fig. 18 shows a blockage detection method for the rotating grate 25 of the biomass heating system 1.

Dieses Blockadeerfassungsverfahren wird durchgeführt, wenn eine Teil- oder auch Vollabreinigung des Drehrosts 25 durchgeführt wird, mithin wenn zumindest einer der Motoren 231 bestromt wird. Dies wird bei Schritt S110 abgefragt.This blockage detection process is performed when a partial or full cleaning of the rotating grate 25 is performed, i.e., when at least one of the motors 231 is energized. This is queried in step S110.

Wird zumindest ein Motor 231 bestromt (S110: Ja), wird im folgenden Schritt S111 ein aktueller erster Drehwinkel Dd1 mittels des Drehlagesensors 259 erfasst (und abgespeichert).If at least one motor 231 is energized (S110: Yes), in the following step S111 a current first rotation angle Dd1 is detected (and stored) by means of the rotation position sensor 259.

Im darauffolgenden Schritt S112 wird eine vordefinierte Wartezeit WD abgewartet. In dieser Zeit ist der Motor 231 weiterhin bestromt, mithin sollte sich das zugehörige Drehrostelement 252, 253, 254 bzw. die Drehachse 81 weiterdrehen, falls keine Blockade des Drehrosts vorliegt.In the subsequent step S112, a predefined waiting time WD is waited for. During this time, motor 231 continues to be energized, meaning that the associated rotating grate element 252, 253, 254 or the rotation axis 81 should continue to rotate, provided the rotating grate is not blocked.

Bei dem darauffolgenden Schritt S113 wird ein aktueller zweiter Drehwinkel Dd2 mittels des Drehlagesensors 259 erfasst (und abgespeichert). In anderen Worten sind nunmehr in einem definierten Zeitabstand zwei Drehwinkel Dd1 und Dd2 erfasst und abgespeichert.In the subsequent step S113, a current second rotation angle Dd2 is detected (and stored) using the rotational position sensor 259. In other words, two rotation angles Dd1 and Dd2 are now detected and stored at a defined time interval.

Im Folgenden Schritt D114 wird geprüft, ob einer der beiden Endwinkel erreicht ist oder nicht. Die Endwinkel sind vordefinierte Endwinkel betreffend die Drehwinkel des jeweiligen Drehrostelements 252, 253, 254, welche den mechanisch maximal möglichen Endwinkel bzw. Endanschlag darstellen. Beispielsweise kann ein Drehrostelement üblicherweise in einem Drehbereich von 0 Grad (horizontale Endstellung) zu 170 Grad (gedrehte Endstellung bei Abreinigung) gedreht werden.In the following step D114, a check is made to determine whether one of the two end angles has been reached. The end angles are predefined end angles relating to the rotation angles of the respective rotating grate element 252, 253, 254, which represent the mechanically maximum possible end angle or end stop. For example, a rotating grate element can typically be rotated within a rotation range of 0 degrees (horizontal end position) to 170 degrees (rotated end position during cleaning).

Stimmt also der erfasste Drehwinkel Dd2 mit einem der beiden vordefinierten Endwinkel überein (S114: Ja), so ist der jeweilige Soll-Endanschlag erreicht, es liegt keine Blockade vor (da sich das Drehrostelement vollständig drehe könnte) und das Verfahren wird beendet. Es lieg keine Blockade vor.If the detected rotation angle Dd2 matches one of the two predefined end angles (S114: Yes), the respective target end stop has been reached, there is no blockage (since the rotating grate element could rotate completely), and the process is terminated. There is no blockage.

Ist keiner der Endwickel erreicht, befindet sich das Drehrostelement 252, 253, 254 noch mitten in der Drehung. Hier kann nun eine Blockadeerfassung durch einen Abgleich der erfassten Drehwinkel Dd1 und Dd2 erfolgen, vgl. Schritt 115. Dieser Abgleich bestimmt im Kern, ob sich die Drehwinkel Dd1 und Dd2 derart unterschieden, dass von einer unblockierten Bewegung ausgegangen werden kann. Unterschieden sich die Drehwinkel Dd1 und Dd2 nicht oder nicht ausreichend, dann kann von einer Blockade ausgegangen werden.If none of the end coils is reached, the rotating grate element 252, 253, 254 is still in mid-rotation. At this point, a blockage can be detected by comparing the detected rotation angles Dd1 and Dd2, see step 115. This comparison essentially determines whether the rotation angles Dd1 and Dd2 differ to such an extent that unblocked movement can be assumed. If the rotation angles Dd1 and Dd2 do not differ or do not differ sufficiently, then a blockage can be assumed.

Dieser Abgleich bei Schritt S115 kann beispielsweise (andere mathematische Methoden sind dem Fachmann selbstverständlich auch direkt ersichtlich) mit folgendem Vergleich ermittelt werden: I Dd2-Dd1 I > Schwellenwert Sd. Der Schwellenwert Sd ist ein unterer Drehwinkel(geschwindigkeits)wert, der vorab beispielsweise durch Experimente festgelegt wird. Der Schwellenwert Sd gibt damit eine minimale Bewegungsgeschwindigkeit an, mit der sich das Drehrostelement 252, 253, 254 bewegen sollte (was beispielsweise aus den konstruktiven und elektrischen Vorgaben als Minimalsollwert bekannt ist).This adjustment in step S115 can be determined, for example (other mathematical methods will of course also be readily apparent to those skilled in the art) using the following comparison: I Dd2-Dd1 I > threshold value Sd. The threshold value Sd is a lower rotation angle (speed) value, which is determined in advance, for example, through experiments. The threshold value Sd thus indicates a minimum movement speed at which the rotating grate element 252, 253, 254 should move (which is known, for example, from the design and electrical specifications as the minimum target value).

Die Differenz Dd2 und Dd1 gibt, aufgrund des zeitliches Abstands WD, der durch Schritt S112 festgelegt ist, die sensorisch erfasste Dreh(winkel)geschwindigkeit wieder. Insofern ermittelt das Verfahren der Fig. 18 eine Drehgeschwindigkeit der Drehachse 81 ((Dd1 - Dd2) pro Zeiteinheit WD incl. der Berechnungszeit in der Steuereinrichtung bzw. der elektronischen Laufzeiten. Mit der (optionalen) Betragsbildung aus der Differenz Dd2 - Dd1 ist es unerheblich, in welche Richtung das Drehrostelement 252, 253, 254 gedreht wird.The difference Dd2 and Dd1 represents the sensor-detected rotational (angular) speed based on the time interval WD determined by step S112. In this respect, the procedure of Fig. 18 a rotational speed of the rotational axis 81 ((Dd1 - Dd2) per time unit WD including the calculation time in the control device or the electronic running times. With the (optional) absolute value formation from the difference Dd2 - Dd1, it is irrelevant in which direction the rotating grate element 252, 253, 254 is rotated.

Ist beispielsweise Dd2 66,8 Grad und Dd1 67 Grad, ist die Differenz 0,2 Grad. Ist nun weiter die vordefinierte Zeit WD 0,1 Sekunde, ist die erfasste Winkelgeschwindigkeit 0,2 Grad pro 0,1 Sekunde. Ist nun der Schwellenwert Sd auf 0,1 Grad pro 0,1 Sekunde festgelegt, so ist positiv erfasst, dass sich das Drehrostelement 252, 253, 254 ausreichend schnell bewegt und mithin nicht blockiert ist (S115: Ja). In diesem Fall läuft das Verfahren in einer Schleife zur Überprüfung der Bewegung bzw. Blockadeerfassung bis einer der Endwinkel erreicht ist (S111 bis S115).For example, if Dd2 is 66.8 degrees and Dd1 is 67 degrees, the difference is 0.2 degrees. If the predefined time WD is 0.1 second, the detected angular velocity is 0.2 degrees per 0.1 second. If the threshold value Sd is now set to 0.1 degrees per 0.1 second, it is positively detected that the rotating grate element 252, 253, 254 is moving sufficiently fast and is therefore not blocked (S115: Yes). In this case, the process runs in a loop to check the movement or blockage detection until one of the end angles is reached (S111 to S115).

Sollte allerdings der Abgleich in Schritt S115 ein negatives Ergebnis haben (d.h., das Drehrostelement 252, 253, 254 bewegt sich nicht oder zu langsam), geht das Verfahren zur Schritt S116 über. Dieser Schritt und die folgenden Schritte sind optional und dienen der Verbesserung des Verfahrens. Alternativ (bzw. im einfachsten Fall) kann das Verfahren anstelle des in Fig. 18 gezeigten Schrittes direkt in die Erkenntnis "Rost blockiert" (vgl. S118) übergehen.However, if the comparison in step S115 has a negative result (i.e., the rotating grate element 252, 253, 254 does not move or moves too slowly), the method proceeds to step S116. This step and the following steps are optional and serve to improve the method. Alternatively (or in the simplest case), the method can be carried out instead of the Fig. 18 shown step directly into the realization "rust blocked" (cf. p118).

Bei Schritt S116 wird ein Fehleranzahlzähler FE um +1 erhöht. In Folge wird bei Schritt S117 überprüft, ob die aktuelle Fehleranzahl FE größer ist als eine vordefinierte maximale Fehleranzahl FEma. Die vordefinierte maximale Fehleranzahl FEma kann beispielsweise 5 betragen.In step S116, an error count counter FE is incremented by +1. Subsequently, in step S117, a check is performed to determine whether the current error count FE is greater than a predefined maximum error count FEma. The predefined maximum error count FEma can be, for example, 5.

Ist das Ergebnis von Schritt S116 Nein, dann kehrt das Verfahren zu Schritt S111 zurück.If the result of step S116 is No, the process returns to step S111.

Ist allerdings das Ergebnis von Schritt S116 Ja, kann davon ausgegangen werden, dass der Rost 25 bzw. das Drehrostelement 252, 253, 254 blockiert ist (Schritt S118). Das Verfahren endet in Folge mit der Schlussfolgerung bzw. Fehlermeldung "Rost blockiert". In Folge dessen kann beispielsweise eine Fehlermeldung ausgegeben werden, und/oder es kann der Verbrennungsbetrieb der Biomasse-Heizanlage beendet werden.However, if the result of step S116 is Yes, it can be assumed that the grate 25 or the rotating grate element 252, 253, 254 is blocked (step S118). The process subsequently ends with the conclusion or error message "Grate blocked." As a result, for example, an error message may be issued and/or the combustion operation of the biomass heating system may be terminated.

Ebenso kann in Folge auf die Fehlermeldung "Rost blockiert" die Drehrichtung des Drehrostelements 252, 253, 254 umgekehrt werden, um eine Blockade zu lösen.Likewise, following the error message "Grate blocked", the direction of rotation of the rotating grate element 252, 253, 254 can be reversed in order to release a blockage.

Weiterhin kann in Folge auf die Fehlermeldung "Rost blockiert" die Drehrichtung des Drehrostelements 252, 253, 254 kurzfristig umgekehrt werden, um eine Blockade zu lösen, und dann kann die Drehung des Drehrostelements 252, 253, 254 in der ursprünglichen Richtung fortgesetzt werden. Hier kann ebenso ein Fehlerzähler zum Einsatz kommen, der hierfür beispielsweise drei Versuche zulässt.Furthermore, following the error message "Grate blocked," the rotation direction of the rotating grate element 252, 253, 254 can be temporarily reversed to clear a blockage, and then the rotation of the rotating grate element 252, 253, 254 can be continued in the original direction. An error counter can also be used here, allowing, for example, three attempts.

Fig. 19 zeigt ein Diagramm mit dem Verfahren der Fig. 18 mit einem zeitlichen Verlauf des Drehwinkels ohne Blockade, mit Blockade und mit einer Brecherfunktion auf erkannter Blockade, sowie einem alternativen Verfahrensschritt in Reaktion auf eine erkannte Blockade. Fig. 19 shows a diagram showing the procedure of Fig. 18 with a temporal progression of the angle of rotation without blockage, with blockage and with a breaker function on detected blockage, as well as an alternative process step in response to a detected blockage.

Die Vertikalachse des Diagramms der Fig. 19 gibt einen Drehwinkel an, der durch den Drehlage bzw. -winkelsensor 259 erfasst wird. Der Drehwinkel kann bevorzugt in regelmäßigen Abständen erfasst werden, beispielsweise wird er alle 0,1 Sekunden abgetastet.The vertical axis of the diagram of the Fig. 19 indicates a rotation angle that is detected by the rotation position or angle sensor 259. The rotation angle can preferably be detected at regular intervals, for example, it is sampled every 0.1 seconds.

Die Horizontalachse gibt die Zeit wieder. Das Diagramm der Fig. 19 zeigt somit den zeitlichen Verlauf der Drehung der Drehachse 91 und mithin des entsprechenden Drehrostelements 252, 253, 254.The horizontal axis represents time. The diagram of the Fig. 19 thus shows the temporal course of the rotation of the rotation axis 91 and thus of the corresponding rotating grate element 252, 253, 254.

Der Pfeil mit der Bezeichnung "Drehung einer Achse" bezieht sich auf einen Kurvenabschnitt, in der sich der Winkel der Achse 81 verringert. Insofern zeigt dieser Kurvenabschnitt, dass ein Drehrostelement 252, 253, 254 aus einer geöffneten Position in die geschlossene Position (Horizontallage) zurückgedreht wird. Anzumerken ist, dass das gezeigte Verfahren selbstverständlich auch bei einer Öffnung des Drehrostelements 252, 253, 254 zur Anwendung kommen kann.The arrow labeled "Rotation of an axis" refers to a curve section in which the angle of axis 81 decreases. This curve section shows that a rotating grate element 252, 253, 254 is rotated back from an open position to the closed position (horizontal position). It should be noted that the method shown can, of course, also be applied when opening the rotating grate element 252, 253, 254.

Bei der gezeigten Schließbewegung werden nun ein erster Drehwinkel Dd1 und ein zweiter Drehwinkel Dd2 in einem zeitlichen Abstand WD erfasst (S111, S112, S113).During the closing movement shown, a first angle of rotation Dd1 and a second angle of rotation Dd2 are now recorded at a time interval WD (S111, S112, S113).

Zunächst ist der Endwinkel (in diesem Fall der minimale Winkel 0) nicht erreicht (S 114). Das Verfahren wird fortgesetzt.Initially, the final angle (in this case, the minimum angle 0) is not reached (p. 114). The procedure continues.

Da sich die Winkel Dd1 und Dd2 zudem ausreichend unterscheiden (>Sd) ist das Drehrostelement 252, 253, 254 nicht blockiert, mithin ist keine besondere Reaktion erforderlich (S115). Die weiteren Punkte auf diesem Kurvenabschnitt deuten an, dass die Erfassung der Drehwinkel wiederholt erfolgt (d.h. solange der Motor 231 bestromt wird, wird der Drehwinkel wiederholt erfasst). Insofern zeigt die Fig. 19 das Verfahren nur ausschnittsweise.Since the angles Dd1 and Dd2 are sufficiently different (>Sd), the rotating grate element 252, 253, 254 is not blocked, thus no special reaction is required (S115). The further points on this curve section indicate that the detection of the rotation angle is repeated (ie, as long as the motor 231 is energized, the rotation angle is repeatedly detected). In this respect, the Fig. 19 the procedure only partially.

Der Pfeil mit der Bezeichnung "Blockade" bezieht sich auf den Beginn eines Kurvenabschnitts, in der sich der Winkel der Achse 81 nicht mehr verringert. Ab diesem Zeitpunkt ist das Drehrostelement 252, 253, 254 blockiert, beispielsweise hat sich ein harter Schlackebrocken verklemmt.The arrow labeled "Blockage" indicates the beginning of a curve section where the angle of axis 81 no longer decreases. From this point on, the rotating grate element 252, 253, 254 is blocked, for example, by a hard slag lump.

Da weiterhin nun der erste Drehwinkel Dd1 und der zweite Drehwinkel Dd2 in einem zeitlichen Abstand WD erfasst werden (S111, S112, S113), unterschreitet das Ergebnis der Berechnung des Schritts S115 den Schwellenwert Sd (S115). Mithin schreitet das Verfahren zu Schritt S116 fort. Es wird der Fehleranzahlzähler um 1 erhöht. Hierzu ist anzumerken, dass, obschon dies in Fig. 18 und Fig. 19 nicht gezeigt ist, der Fehlerzähler zu Beginn des Verfahrens ("Start") auf 0 initialisiert wird. Bei "#1" wird somit 1 Fehler gezählt bzw. erfolgt der erste Schleifendurchlauf der Schleife der Fig. 18 mit den Schritten S111 bis S117. In diesem Beispiel ist die vordefinierte Fehlermaximalanzahl Fma auf "2" voreingestellt bzw. vorgespeichert. Insofern wird die Schleife der Fig. 18 mit den Schritten S111 bis S117 dreimal wiederholt, womit in Fig. 19 mit "#2" und "#3" eine zweite und dritte Iteration der Schleife mit den Schritten S111 bis S117 dargestellt ist. Das Ergebnis in Schritt S 117 bei der dritten Iteration ist allerdings ein Verlassen der Schleife (S117: Ja), mit dem Ergebnis "Rost blockiert" (S118).Since the first rotation angle Dd1 and the second rotation angle Dd2 are now detected at a time interval WD (S111, S112, S113), the result of the calculation in step S115 falls below the threshold value Sd (S115). Therefore, the method proceeds to step S116. The error counter is incremented by 1. It should be noted that, although this is Fig. 18 and Fig. 19 not shown, the error counter is initialized to 0 at the beginning of the procedure ("Start"). At "#1" 1 error is counted or the first loop pass of the loop of the Fig. 18 with steps S111 to S117. In this example, the predefined maximum error number Fma is preset or pre-stored to "2". In this respect, the loop of the Fig. 18 with steps S111 to S117 repeated three times, resulting in Fig. 19 "#2" and "#3" represent a second and third iteration of the loop with steps S111 to S117. However, the result in step S117 in the third iteration is an exit from the loop (S117: Yes), with the result "Gratus blocked" (S118).

In der Folge zu Schritt S118 gibt es nun beispielsweise drei Möglichkeiten der Reaktion des Systems

  1. a) Fehlermeldung und Beenden der Drehung.
  2. b) .Zurückdrehen des Rostes auf seine Ausgangsposition (wäre Schritt 119). Dies ist in Fig. 19 mit der gestrichelten Linie und dem Pfeil "Zurückdrehen" dargestellt.
  3. c) Ausführen einer Brecherfunktion. Die Brecherfunktion kann darin bestehen, die Drehung der Achse 81 für eine vorbestimmte Rückdrehzeit zurückzudrehen (d.h. eine Drehung in eine zweite Richtung, die der Ursprungsrichtung entgegengesetzt ist, auszuführen), und dann wiederum die Drehung der Achse 81 in die Ursprungsrichtung fortzusetzen, bis eventuell wieder eine Blockade erfasst wird (S111 bis S117). Diese Rückwärts-Vorwärtsdrehung kann einmalig oder auch wiederholt durchgeführt werden. In Fig. 19 beispielhaft dargestellt ist, dass diese Rückwärts-Vorwärtsdrehung 3-malig durchgeführt wird, bis die Schlacke gebrochen wird. Mit dieser Rückwärts-Vorwärtsdrehung kann eine Brecherfunktion implementiert werden, die dazu gedacht ist, Schlacke und Verbrennungsrückstände zu brechen und damit die Blockade zu beenden.
  • Insofern weist die Brecherfunktion die folgenden weiteren Schritte auf, die Schritt S118 nachfolgen oder diesen ersetzen:
    • Zurückdrehen der Achse 81 für eine vorbestimmte Zeit;
    • Fortsetzen der Drehung in die Ursprungsrichtung, wobei das Verfahren zu S110 zurückkehrt.
  • Ergänzend wird angemerkt, dass die Brecherfunktion auch noch zusätzlich einen weiteren Brecherfehlerzähler aufweisen kann, womit ein Zurückdrehen beispielsweise nur für eine bestimmte Anzahl von Iterationen durchgeführt wird.
Following step S118, there are now three possible reactions of the system
  1. a) Error message and termination of rotation.
  2. b) .Turn the grate back to its original position (step 119). This is Fig. 19 shown with the dashed line and the "Turn back" arrow.
  3. c) Executing a breaker function. The breaker function can consist of reversing the rotation of the axis 81 for a predetermined reversal time (i.e., performing a rotation in a second direction opposite to the original direction), and then continuing the rotation of the axis 81 in the original direction until a blockage is possibly detected again (S111 to S117). This reverse-forward rotation can be performed once or repeatedly. Fig. 19 As an example, this reverse-forward rotation is performed three times until the slag is broken. This reverse-forward rotation can be used to implement a crushing function designed to break up slag and combustion residues, thus clearing the blockage.
  • In this respect, the breaker function has the following additional steps, which follow or replace step S118:
    • Rotating the axis 81 back for a predetermined time;
    • Continue the rotation in the original direction, returning to S110.
  • It should also be noted that the breaker function can also have an additional breaker error counter, with which a reversal is only carried out for a certain number of iterations, for example.

Das Verfahren der Figuren 18 und 19 hat die folgenden Eigenschaften und Vorteile:
Es wird eine Blockade des Drehrosts zuverlässig ohne weitere Sensorik oder spezielle Maßnahmen (beispielsweise ein weiterer Stromsensor für die Bestromung des Motors) erkannt. Mittels der Zeit WD kann die Brechkraft definiert werden, mit der der Drehrost bei Drehung ein Aufbrechen von Schlacke versucht. Je länger diese Zeit WD ist, umso länger wird der Motor bei Blockade bestromt. Gleiches gilt für den Fehlerzähler (S 116, S117). Die Fehlermaximalanzahl Fma definiert die Anzahl der Iterationen der Schleife S111-S117, bis eine Reaktion erfolgt und mithin die Zeit, in der der Motor gegen die Blockade wirkt. Zudem wird mit dem Fehlerzähler (S116, S117) eine zu schnelle Reaktion auf nur geringfügige Bewegungsblockaden vermieden, welche häufiger vorkommen. Obschon die Drehbewegung in Fig. 19 linear dargestellt ist, kann diese in der Praxis nicht-linear (je nach Art und Menge der Schlacke) erfolgen. Mithin kann mit der Schwelle Sd recht feinfühlig eingestellt werden, welche Bewegungsgeschwindigkeit noch zulässig ist und welche nicht mehr zulässig. Insofern kann das Verfahren mittels der Parameter Sd, WD und Fma spezifisch auf die Erfordernisse eines Drehrosts eingestellt werden, der eine wichtige Funktion darin hat Schlacke zu brechen; ohne dabei allerdings selbst durch Überlastung beschädigt zu werden.
The procedure of Figures 18 and 19 has the following features and advantages:
A blockage of the rotating grate is reliably detected without additional sensors or special measures (e.g., an additional current sensor for the motor current supply). The time WD can be used to define the breaking force with which the rotating grate attempts to break up the slag when rotating. The longer this time WD is, the longer the motor is energized in the event of a blockage. The same applies to the error counter (S 116, S 117). The maximum error count Fma defines the number of iterations of the loop S 111-S 117 until a reaction occurs and thus the time during which the motor counteracts the blockage. In addition, the error counter (S 116, S 117) prevents an overly rapid reaction to only minor movement blockages, which occur more frequently. Although the rotational movement in Fig. 19 While the speed is shown linearly, in practice it can be non-linear (depending on the type and quantity of slag). Thus, the threshold Sd can be used to very sensitively adjust which movement speeds are still permissible and which are no longer permissible. In this respect, the process can be specifically adjusted to the requirements of a rotating grate using the parameters Sd, WD, and Fma, which plays an important role in breaking up slag, without, however, itself being damaged by overloading.

(Weitere Ausführungsformen)(Other embodiments)

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.In addition to the embodiments and aspects explained above, the invention allows for further design principles. Individual features of the various embodiments and aspects can also be combined with one another in any way, as long as this is evident to a person skilled in the art.

Der Drehrost 25 der Fig. 9 bis 11 ist zwar ohne die Reinigungseinrichtung dargestellt, kann jedoch jederzeit mit einer nicht dargestellten Reinigungseinrichtung kombiniert werden.The rotating grate 25 of the Fig. 9 to 11 Although it is shown without the cleaning device, it can be combined at any time with a cleaning device not shown.

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.In the present case, the rotating grate 25 is described by way of example with three rotating grate elements 252, 253, 254. However, the rotating grate 25 can also have only one rotating grate element 252, or even two rotating grate elements 252, 253. In principle, a rotating grate 25 with a plurality of rotating grate elements is conceivable. In this respect, the present disclosure is not limited to a specific number of rotating grate elements 252, 253, 254.

Die Drehung der Drehrostelemente kann in Bezug auf die Abreinigung auch anders erfolgen, als in Bezug auf die Figuren 9 bis 11 beschrieben. Mithin ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die spezifische Art und Weise der Drehungen (und der damit geschaffenen Zustände) der Drehrostelemente beschränkt. Es kann beispielsweise auch nur zwei Zustände, einen einer Arbeitsposition des Drehrosts (geschlossener / horizontaler Zustand) und den der Vollabreinigung des Drehrosts (vollständig geöffneter bzw. nicht-horizontaler Zustand) geben. Ebenso kann es noch weitere Zustände des Drehrosts 25 geben, insoweit dies für den Fachmann aus einer Kombination von horizontalen und nicht-horizontalen Einzelzuständen der jeweiligen Drehrostelemente ersichtlich ist. Beispielsweise kann auch nur das mittlere Drehrostelement 253 für eine Teilabreinigung gedreht werden.The rotation of the rotating grate elements can also be different in terms of cleaning than in terms of Figures 9 to 11 described. Therefore, the present disclosure is not limited to the specific manner of rotation (and the states created thereby) of the rotating grate elements. For example, there may also be only two states: one of a working position of the rotating grate (closed/horizontal state) and one of full cleaning of the rotating grate (fully open or non-horizontal state). Likewise, there may be further states of the rotating grate 25, insofar as this is apparent to the person skilled in the art from a combination of horizontal and non-horizontal individual states of the respective rotating grate elements. For example, only the middle rotating grate element 253 can be rotated for partial cleaning.

Wie in Bezug auf die Fig. 9 bis 11 erläutert, können die Drehrostelemente 252, 253, 254 einzeln oder miteinander gedreht werden, um zwischen den drei erläuterten Zuständen zu wechseln.As regards the Fig. 9 to 11 As explained, the rotating grate elements 252, 253, 254 can be rotated individually or together to switch between the three explained states.

Es ist ersichtlich, dass die beschriebene Blockadeerfassung bzw. -erkennung auch für andere Arten von Drehrosten und Reinigungsmechaniken anwendbar ist.It is clear that the blockage detection described is also applicable to other types of rotating grates and cleaning mechanisms.

Weiter kann jedes Drehrostelement 252, 253, 254 zumindest eine bekannte Reinigungseinrichtung aufweisen. Ebenso können ein Drehrostelement oder mehrere Drehrostelemente aus der Gesamtzahl von Drehrostelementen des Drehrosts 25 auch keine Reinigungseinrichtung aufweisen.Furthermore, each rotating grate element 252, 253, 254 can have at least one known cleaning device. Likewise, one or more rotating grate elements from the total number of rotating grate elements of the rotating grate 25 can also have no cleaning device.

Für zumindest ein Drehrostelement 252, 253, 254 kann beispielsweise zusätzlich eine Reinigungseinrichtung vorgesehen sein, so wie diese aus dem hauseigenen Stand der Technik der EP 21 218 434.5 bekannt ist, obschon dies hierin nicht näher erläutert ist.For at least one rotating grate element 252, 253, 254, for example, additionally A cleaning device must be provided, as is the case with the in-house state-of-the-art technology of the EP 21 218 434.5 is known, although this is not explained in detail here.

Weiterhin ist das Verfahren zur Blockadeerfassung für eine einzelne Achse 81 beschrieben. Es versteht sich, dass das Verfahren auch (gleichzeitig) auf mehr als eine Achse 81 angewandt werden kann.Furthermore, the method for blockage detection is described for a single axis 81. It is understood that the method can also be applied (simultaneously) to more than one axis 81.

Eine Blockade kann eine lösbare oder eine nicht-lösbare mechanische Blockierung umfassen.A blockage can include a releasable or a non-releasable mechanical blockage.

Eine Blockade kann eine mechanische Blockierung einer Bewegung umfassen, die beispielsweise das verfügbare Antriebs- oder Drehmoment einer Antriebseinrichtung übersteigt oder aber die bei Drehung zu einer Beschädigung der Mechanik führen würde, obschon das Antriebs- oder Drehmoment für eine Überwindung der Blockade selbst ausreichen würde.A blockage may include a mechanical blockage of a movement which, for example, exceeds the available drive or torque of a drive device or which, if rotated, would result in damage to the mechanism, even though the drive or torque would be sufficient to overcome the blockage itself.

Obschon die hierin beschriebenen Verfahren primär in Bezug auf eine Drehung einer Drehachse 81 eines Drehrosts beschrieben sind, kann das Verfahren analog auch bei anderen Arten von Positionsänderungen eines Rosts zur Anwendung kommen. Beispielsweise kann bei einem Schubrost auch eine lineare Bewegung anstelle einer drehenden Bewegung erfasst werden.Although the methods described herein are primarily described with reference to a rotation of a rotation axis 81 of a rotating grate, the method can also be applied analogously to other types of position changes of a grate. For example, in the case of a moving grate, a linear movement can also be detected instead of a rotational movement.

Weiter sind in Fig. 19 170 Grad und 0 Grad als Maximal- bzw. Minimalwinkel angegeben. Diese Winkel können, je nach Drehrost, selbstverständlich auch andere Winkel sein.Further in Fig. 19 170 degrees and 0 degrees are specified as the maximum and minimum angles, respectively. These angles can, of course, be other angles, depending on the rotating grate.

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.Here, the recirculation device 5 is described with a primary recirculation and a secondary recirculation. However, the recirculation device 5 can also have only a primary recirculation and no secondary recirculation in its basic configuration. In this basic configuration of the recirculation device, the components required for the secondary recirculation can be completely omitted, for example, the recirculation inlet channel divider 532, the Secondary recirculation channel 57 and an associated secondary mixing unit 5b, which is explained, as well as the recirculation nozzles 291 are omitted.

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.Alternatively, only primary recirculation may 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 rotating grate 25, but is also fed (for example, via another channel) to the recirculation nozzles 291 provided in this variant. This variant is mechanically simpler and thus more cost-effective, but nevertheless has the recirculation nozzles 291 for swirling the flow in the combustion chamber 24.

Am Eingang der Rauchgasrezirkulationseinrichtung 5 können ein Luftmengensensor, eine Unterdruckdose, ein Temperatursensor, ein Abgassensor und/oder ein Lambda-Sensor vorgesehen sein.An air flow sensor, a vacuum cell, 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.

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.Furthermore, instead of just three rotating grate elements 252, 253, and 254, two, four, or more rotating grate elements can be provided. For example, five rotating grate elements could be arranged with the same symmetry and functionality as the three rotating grate elements presented here. Furthermore, the rotating grate elements can also be shaped or designed differently from one another. More rotating grate elements have the advantage of enhancing the crushing function.

Zu den angegebenen Maßen ist anzumerken, dass auch abweichend von diesen andere Maße bzw. Maßkombinationen vorgesehen werden können.It should be noted that other dimensions or combinations of dimensions may be provided that deviate from these.

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.Instead of the convex sides of the rotating grate elements 252 and 254, concave sides can also be provided, whereby the sides of the rotating grate element 253 can subsequently have a complementary convex shape. This is functionally almost equivalent.

Als Brennstoffe der Biomasse-Heizanlage können auch andere Brennstoffe als Hackgut oder Pellets verwendet werden.Other fuels than wood chips or pellets can also be used as fuels in the biomass heating system.

Der Drehrost kann alternativ auch als Kipprost bezeichnet werden.The rotating grate can also be called a tilting grate.

Die vorliegend offenbarte Biomasse-Heizanlage kann auch ausschließlich mit einer Art eines Brennstoffs befeuert werden, beispielsweise nur mit Pellets.The biomass heating system disclosed here can also be fired exclusively with one type of fuel, for example only with 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.The combustion chamber bricks 29 may also be provided without the recirculation nozzles 291. This may apply in particular to the case where no secondary recirculation is provided.

Die Geometrien der Drehrostelemente 252, 253, 254 kann von der in den Figuren dargestellten Geometrie abweichen. Diese Drehrostelemente können beispielsweise rechteckig, quadratisch oder auch rund sein.The geometries of the rotating grate elements 252, 253, and 254 may differ from those shown in the figures. These rotating grate elements can be rectangular, square, or even round, for example.

Das erste und das zweite Anti-Blockade-Verfahren der Figuren 17b bis 17d können auch unabhängig voneinander in Reaktion auf eine anderweitig erkannte Blockade ausgeführt werden. Insofern hängen die Verfahren der Figuren 17a nicht zwingend zusammen und sind jeweils als selbstständige Verfahren offenbart. Zudem kann das zweite Anti-Blockade-Verfahren der Fig. 17c und 17d als Fortbildung des Verfahrens der Fig. 17a dienen, womit mithin das erste Anti-Blockade-Verfahren der Fig. 17b weggelassen werden kann.The first and second anti-blockade procedures of the Figures 17b to 17d can also be executed independently of each other in response to a blockage detected elsewhere. In this respect, the procedures of the Figures 17a not necessarily together and are each disclosed as an independent procedure. In addition, the second anti-blockade procedure of the Fig. 17c and 17d as a further development of the procedure of Fig. 17a which is the first anti-blockade procedure of the Fig. 17b can be omitted.

Die hierin erläuterten Verfahren können als Computerprogramm oder Teil eines Computerprogramms realisiert sein. Die in den Fig. 12 ff. beschriebenen Verfahren können dabei Teile eines Gesamtprogramms zur Anlagensteuerung darstellen. Die in den Fig. 12 ff. beschriebenen Verfahren können zyklisch bzw. wiederholt ausgeführt werden.The methods explained herein can be implemented as a computer program or part of a computer program. The Fig. 12 The procedures described below can represent parts of an overall system control program. Fig. 12 The procedures described below can be carried out cyclically or repeatedly.

Ein Computerprogramm, das auch als Programm, Software, eine Softwareanwendung, eine Anwendung, ein Modul, ein Softwaremodul, ein Script oder Code bezeichnet oder beschrieben werden kann, kann in beliebiger Form von Programmiersprache geschrieben sein, umfassend kompilierte oder interpretierte Sprachen oder deklarative oder prozedurale Sprachen; und es kann in einer beliebigen Form eingesetzt werden, einschließlich als spezifisches Programm oder als ein Modul, eine Komponente, ein Unterprogramm oder eine andere geeignete Einheit für die Verwendung in einer Rechnerumgebung. Ein Programm kann, muss aber nicht mit einer Datei in einem Dateisystem übereinstimmen. Ein Programm kann in einem Abschnitt einer Datei gespeichert sein, die andere Programme oder Daten hält, z. B. ein oder mehrere Scripts, gespeichert in einem Nachverfolgungs-Sprachdokument, in einer einzelnen dem betreffenden Programm gewidmeten Datei oder in mehrfachen koordinierten Dateien, z. B. Dateien, die auf einem oder mehreren Modulen, Unterprogrammen oder Codeabschnitten speichern. Ein Computerprogramm kann eingesetzt werden, um auf einem Computer oder auf mehrfachen Computer ausgeführt zu werden, die sich an einem Ort befinden oder über mehrfache Orte verteilt und durch ein Datenkommunikationsnetz verbunden sind.A computer program, which may also be referred to or described as a program, software, a software application, an application, a module, a software module, a script, or code, may be written in any form of programming language, including compiled or interpreted languages, or declarative or procedural languages; and it may be written in any form, including as a specific program or as a module, component, subroutine, or other suitable unit for use in a computing environment. A program may, but need not, be a file in a file system. A program may be stored in a section of a file that holds other programs or data, such as one or more scripts stored in a trace language document, in a single file dedicated to the program in question, or in multiple coordinated files, such as files that store one or more modules, subroutines, or sections of code. A computer program may be deployed to run on one computer or on multiple computers located at one location or distributed over multiple locations and connected by a data communications network.

Die in dieser Beschreibung beschriebenen Verfahren und Logikflüsse können durch einen oder mehrere programmierbare Computer ausgeführt werden, die ein oder mehrere Computerprogramme zum Ausführen von Funktionen durch den Betrieb durch Eingabedaten und das Erzeugen einer Ausgabe ausführen. Die Verfahren und Logikflüsse können außerdem durch eine Speziallogikschaltung, z. B. FPGA oder ASIC, oder durch eine Kombination von Speziallogikschaltung und einem oder mehreren programmierten Computern ausgeführt werden.The methods and logic flows described in this specification may be executed by one or more programmable computers executing one or more computer programs for performing functions by operating on input data and generating an output. The methods and logic flows may also be executed by special-purpose logic circuitry, such as an FPGA or ASIC, or by a combination of special-purpose logic circuitry and one or more programmed computers.

Geeignete Computer für die Ausführung eines Computerprogramms können auf allgemeinen oder Spezialmikroprozessoren oder beiden beruhen oder auf einer beliebigen anderen Art von zentraler Verarbeitungseinheit. Im Allgemeinen empfängt eine zentrale Verarbeitungseinheit Anweisungen und Daten von einem Festwertspeicher oder einem Direktzugriffsspeicher oder von beiden. Die wesentlichen Elemente eines Computers sind eine zentrale Verarbeitungseinheit zum Ausführen von Anweisungen und eine oder mehrere Speichervorrichtungen zum Speichern von Anweisungen und Daten. Die zentrale Verarbeitungseinheit und der Speicher können durch eine Speziallogikschaltung ergänzt oder in diese integriert werden. Im Allgemeinen umfasst ein Computer außerdem eine oder mehrere Massenspeichervorrichtungen zum Speichern von Daten oder ist operativ zum Empfangen von Daten davon oder zum Übertragen von Daten zu diesen mit einem oder mehreren Massenspeichervorrichtungen verbunden, z. B. magnetische, magnetooptische oder optische Disks. Ein Computer muss jedoch nicht derartige Vorrichtungen aufweisen. Darüber hinaus kann ein Computer in eine andere Vorrichtung eingebettet sein, z. B. ein Mobiltelefon, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), ein mobiler Audio- oder Videoplayer, eine Spielekonsole, ein globales Positionierungssystem(GPS)-Empfänger, oder eine tragbare Speichervorrichtung, z. B. ein universeller serieller Bus(USB)-Stick, um nur ein paar aufzuzählen.Suitable computers for executing a computer program may be based on general-purpose or special-purpose microprocessors, or both, or on any other type of central processing unit. Generally, a central processing unit receives instructions and data from a read-only memory or a random-access memory, or both. The essential elements of a computer are a central processing unit for executing instructions and one or more memory devices for storing instructions and data. The central processing unit and memory may be supplemented by or integrated with special-purpose logic circuitry. Generally, a computer also includes one or more mass storage devices for storing data or is operative to receive data therefrom or transfer data to connected to one or more mass storage devices, such as magnetic, magneto-optical, or optical disks. However, a computer need not include such devices. Furthermore, a computer may be embedded in another device, such as a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a mobile audio or video player, a game console, a global positioning system (GPS) receiver, or a portable storage device, such as a universal serial bus (USB) flash drive, to name a few.

Geeignete computerlesbare Medien zum Speichern von Computerprogrammanweisungen und Daten umfassen alle Formen von nichtflüchtigem Speicher, Medien und Speichervorrichtungen, beispielhalber umfassend Halbleiter-Speichervorrichtungen, z. B. EPROM, EEPROM und Flashspeichervorrichtungen; Magnetdisks, z. B. interne Festplatten oder Wechseldatenträger; magnetooptische Disks; und CD-ROM und DVD-ROM-Disks.Suitable computer-readable media for storing computer program instructions and data include all forms of non-volatile memory, media, and storage devices, including, by way of example, semiconductor memory devices, e.g., EPROM, EEPROM, and flash memory devices; magnetic disks, e.g., internal hard disks or removable storage devices; magneto-optical disks; and CD-ROM and DVD-ROM disks.

Um eine Interaktion mit einem Benutzer bereitzustellen, können Ausführungsformen des in dieser Beschreibung beschriebenen Inhalts auf einem Computer ausgeführt werden, der eine Anzeigevorrichtung aufweist, z. B. einen CRT(Kathodenstrahlröhren)- oder LCD(Flüssigkristallanzeige)-Monitor, zum Anzeigen von Informationen für den Benutzer, und eine Tastatur und eine Zeigevorrichtung, z. B. eine Maus oder eine Steuerkugel, durch die der Benutzer eine Eingabe für den Computer bereitstellen kann. Andere Arten von Vorrichtungen können außerdem verwendet werden, um eine Interaktion mit einem Benutzer bereitzustellen; z. B. ein für den Benutzer bereitgestelltes Feedback kann eine beliebige Form von sensorischem Feedback sein, z. B. visuelles Feedback, hörbares Feedback oder taktiles Feedback; und eine Eingabe vom Benutzer kann in einer beliebigen Form empfangen werden, umfassend akustische, sprachliche oder taktile Eingabe. Zusätzlich dazu kann ein Computer durch das Senden von Dokumenten und das Empfangen von Dokumenten von einer Vorrichtung, die vom Benutzer verwendet wird, mit einem Benutzer interagieren; z. B. durch Senden von Webseiten zu einem Webbrowser auf der Vorrichtung eines Benutzers in Reaktion auf vom Webbrowser empfangenen Anfragen. Außerdem kann ein Computer mit einem Benutzer durch das Senden von Textnachrichten oder anderen Formen von Nachrichten an eine persönliche Vorrichtung, z. B. ein Smartphone, auf dem eine Nachrichtenanwendung abläuft, und das Empfangen antwortender Nachrichten vom Benutzer interagieren.To provide interaction with a user, embodiments of the content described in this specification may be executed on a computer having a display device, e.g., a CRT (cathode ray tube) or LCD (liquid crystal display) monitor, for displaying information to the user, and a keyboard and pointing device, e.g., a mouse or tactile ball, through which the user can provide input to the computer. Other types of devices may also be used to provide interaction with a user; e.g., feedback provided to the user may be any form of sensory feedback, e.g., visual feedback, audible feedback, or tactile feedback; and input from the user may be received in any form, including auditory, verbal, or tactile input. In addition, a computer may interact with a user by sending documents and receiving documents from a device used by the user; e.g., B. by sending web pages to a web browser on a user's device in response to requests received from the web browser. In addition, a computer can communicate with a user by sending text messages or other forms of Messages to a personal device, such as a smartphone running a messaging application, and receiving replying messages from the user.

Datenverarbeitungsvorrichtungen, beispielsweise die Steuereinrichtung 100, zum Umsetzen von Maschinenlernmodellen können außerdem beispielsweise Spezial-Hardware-Beschleunigungseinheiten zum Verarbeiten gewöhnlicher und rechenintensiver Bestandteile des Maschinenlerntrainings oder der Produktion, d. h. Interferenz, Auslastungen, umfassen.Data processing devices, such as the controller 100, for implementing machine learning models may also include, for example, special-purpose hardware acceleration units for processing common and computationally intensive components of machine learning training or production, i.e., interference, workloads.

Die hierin beschriebenen Verfahren können als (Computer-) Programm beispielsweise auf der vorstehend beschriebenen Hardware ausgeführt werden, sind jedoch nicht darauf beschränkt.The methods described herein may be executed as a (computer) program, for example on the hardware described above, but are not limited thereto.

Ebenso kann zumindest eines der vorliegenden Verfahren als Programm auf einem computerlesbaren Speichermedium vorgesehen sein.Likewise, at least one of the present methods may be provided as a program on a computer-readable storage medium.

Es ist bevorzugt, dass die hierin beschriebenen Verfahren durch die Steuereinrichtung 100 ausgeführt werden.It is preferred that the methods described herein be performed by the controller 100.

Die hierin beschriebenen Verfahren können auch unabhängig zueinander bzw. einzeln realisiert sein. Es ist also nicht zwingend notwendig, dass ein Verfahren das andere bedingt.The methods described herein can also be implemented independently or individually. It is therefore not absolutely necessary for one method to require the other.

(Bezugszeichenliste)(List of reference symbols)

11
Biomasse-HeizanlageBiomass heating system
1111
Kesselboiler
1212
Kesselfußboiler base
1313
Kesselgehäuseboiler housing
1414
WasserzirkulationseinrichtungWater circulation system
1515
Gebläsefan
1616
AußenverkleidungExterior cladding
100100
Steuereinrichtung / ClientControl device / client
111111
AbgasstempertursensorExhaust temperature sensor
112112
LambdasondeLambda sensor
113113
Unterdrucksensor oder DruckdifferenzsensorNegative pressure sensor or pressure difference sensor
114114
Rücklauftemperatursensor bzw. HeizungswassertemperatursensorReturn temperature sensor or heating water temperature sensor
115115
KesseltemperatursensorBoiler temperature sensor
116116
BrennstoffbetthöhensensorFuel bed height sensor
117117
BrennkammertemperatursensorCombustion chamber temperature sensor
22
BrenneinrichtungBurning device
2121
erste Wartungsöffnung für die Brenneinrichtungfirst maintenance opening for the combustion device
2222
DrehmechanikhalterungRotary mechanism holder
2323
Drehmechanikrotating mechanism
2424
Brennkammercombustion chamber
2525
DrehrostRotating grate
2626
Primärverbrennungszone der BrennkammerPrimary combustion zone of the combustion chamber
2727
Sekundärverbrennungszone bzw. Strahlungsteil der BrennkammerSecondary combustion zone or radiation part of the combustion chamber
2828
BrennstoffbettFuel bed
2929
BrennkammersteineCombustion chamber stones
A1A1
erste Horizontalschnittliniefirst horizontal section line
A2A2
erste Vertikalschnittliniefirst vertical section line
201201
Zündeinrichtungignition device
202202
BrennkammerschrägeCombustion chamber slope
203203
BrennkammerdüseCombustion chamber nozzle
211211
Dämmmaterial (bspw. Vermiculite)Insulating material (e.g. vermiculite)
231231
Antrieb bzw. Motor(en) der DrehmechanikDrive or motor(s) of the rotating mechanism
251251
Bodenplatte des DrehrostsBase plate of the rotating grate
252252
Erstes DrehrostelementFirst rotating grate element
253253
Zweites DrehrostelementSecond rotating grate element
254254
Drittes DrehrostelementThird rotating grate element
255255
Übergangselementtransition element
256256
ÖffnungenOpenings
257257
Rostlippenrust lips
258258
VerbrennungsflächeCombustion area
259259
DrehlagesensorRotation position sensor
260260
Auflageflächen der BrennkammersteineContact surfaces of the combustion chamber stones
261261
NutGroove
262262
Vorsprungprojection
263263
Ringring
264264
HalterungssteineSupporting stones
265265
Schräge der HalterungssteineSlope of the support stones
291291
Sekundärluft bzw. RezirkulationsdüsenSecondary air or recirculation nozzles
298298
Stellen mit schlechterer ReinigungswirkungAreas with poorer cleaning effect
299299
Stellen mit guter ReinigungswirkungAreas with good cleaning effect
33
Wärmetauscherheat exchanger
3131
Wartungsöffnung für WärmetauscherMaintenance opening for heat exchanger
3232
Kesselrohreboiler tubes
3333
KesselrohreintrittBoiler tube inlet
3434
WendekammereintrittTurning chamber entrance
3535
WendekammerTurning chamber
3636
FederturbulatorSpring turbulator
3737
Band- oder SpiralturbulatorRibbon or spiral turbulator
3838
WärmetauschmediumHeat exchange medium
331331
Isolation am KesselrohreintrittInsulation at boiler pipe inlet
44
FiltereinrichtungFilter device
4141
AbgasausgangExhaust outlet
4242
ElektrodenversorgungsleitungElectrode supply line
4343
ElektrodenhalterungElectrode holder
4444
FiltereintrittFilter inlet
4545
Elektrodeelectrode
4646
ElektrodenisolationElectrode insulation
4747
FilteraustrittFilter outlet
4848
Käfigcage
4949
Rauchgaskondensatorflue gas condenser
55
RezirkulationseinrichtungRecirculation device
5050
Ringkanal um BrennkammersteineRing channel around combustion chamber stones
5252
Luftventilair valve
5353
RezirkulationseintrittRecirculation entry
5454
PrimärmischkanalPrimary mixing channel
5555
Sekundärmischkanal oder SekundärtemperierungskanalSecondary mixing channel or secondary tempering channel
5656
PrimärrezirkulationskanalPrimary recirculation channel
5757
SekundärrezirkulationskanalSecondary recirculation channel
5858
PrimärluftkanalPrimary air duct
5959
Sekundärluftkanalsecondary air duct
66
BrennstoffzufuhrFuel supply
6161
ZellradschleuseRotary valve
6262
Achse der BrennstoffzufuhrFuel supply axis
6363
ÜbersetzungsmechanikTranslation mechanics
6464
BrennstoffzufuhrkanalFuel supply channel
6565
BrennstoffzufuhröffnungFuel supply opening
6666
Antriebsmotordrive motor
6767
Brennstoff-FörderschneckeFuel screw conveyor
77
AscheabfuhrAsh removal
7171
AscheaustragungsschneckeAsh removal screw
711711
SchneckenachseWorm axis
712712
ZentrierungsscheibeCentering disc
713713
WärmetauscherabschnittHeat exchanger section
714714
Brennerabschnittburner section
7272
Motor der Ascheabfuhr mit MechanikAsh removal motor with mechanics
7373
Übergangsschnecketransition snail
731731
rechter Unterabschnitt - nach links steigende Schneckeright subsection - snail rising to the left
732732
linker Unterabschnitt -nach rechts steigende Schneckeleft subsection - snail rising to the right
7474
Aschebehälter / AschewanneAsh container / ash pan
7575
ÜbergangschneckengehäuseTransitional snail shell
751751
Öffnung des ÜbergangsschneckengehäusesOpening of the transition screw housing
752752
Begrenzungsblechboundary plate
753753
Hauptkörperabschnitt des GehäusesMain body section of the housing
754754
Befestigungs- und TrennelementFastening and separating element
755755
Trichterelementfunnel element
7676
ReinigungssensorCleaning sensor
8181
LagerachsenBearing axles
8282
Drehachse der Brennstoff-NiveauklappeRotation axis of the fuel level flap
8383
Brennstoff-NiveauklappeFuel level flap
831831
HauptflächeMain area
832832
Mittenachse der Drehachse bzw. Lagerwelle 81Center axis of the rotary axis or bearing shaft 81
833833
OberflächenparalleleSurface parallel
834834
ÖffnungenOpenings
8484
LagerkerbeBearing notch
8585
SensorflanschSensor flange
8686
GlutbetthöhenmessmechanikEmber bed height measuring mechanism
EE
Einschubrichtung des BrennstoffsFuel insertion direction
S*S*
StrömungspfeileFlow arrows
D1D1
erste Drehrichtungfirst direction of rotation
D2,D3D2,D3
zweite Drehrichtungen, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt sindsecond directions of rotation that are opposite to the first direction of rotation
WkWk
KesselleistungBoiler output

Claims (10)

  1. Biomass heating system (1) for firing biogenic fuel, comprising:
    a boiler (11) having a combustion device (2) and having a heat exchanger (3);
    a controller (100) having a memory;
    at least one sensor (76, 259) capable of detecting a state of an ash removal device (7, 25) for cleaning combustion residues from the boiler (11);
    wherein the biomass heating system (1) is set up such that the control device (100) can detect a blockage of the ash removal device (7, 25) by means of information received from the sensor (76, 259),
    the biomass heating system (1) further comprising:
    a boiler (11) with a combustion device (2) and with a heat exchanger (3), wherein the combustion device (2) comprises a rotary grate (25) with at least one rotary grate element (252, 253, 254) rotatably mounted with an axis of rotation (81), wherein the rotary grate (25) can be rotated in order to clean the combustion residues from the combustion surface (258) of the rotary grate (25);
    at least one rotation angle sensor (259) as the sensor, which can detect a rotation angle of the rotation axis (81) and which is communicatively connected to the control device (100);
    at least one drive (231) for rotating the axis of rotation (81), wherein the drive (231) is controlled by the control device (100);
    wherein the biomass heating system (1) is configured to detect (S118) a blockage of a rotation of the at least one rotary grate element (252, 253, 254) if a certain rotational speed of the at least one rotary grate element (252, 253, 254) is smaller than a predetermined threshold value (Sd).
  2. The biomass heating system (1) as set forth in claim 1, wherein,
    the biomass heating system (1) is configured to determine the rotational speed by means of a difference of two detected angles of rotation (Dd1, Dd2), wherein the two angles of rotation (Dd1, Dd2) are detected at a predetermined time interval (WD) from one another.
  3. The biomass heating system (1) according to any one of the preceding claims, wherein
    the biomass heating system (1) is configured to detect the blockage only if the determined rotational speed is smaller than the predetermined threshold value (Sd) in at least two successive determinations.
  4. The biomass heating system (1) according to any one of the preceding claims, wherein
    the biomass heating system (1) is set up, when the blockage of the rotation in a first direction of rotation is detected positively, a crusher function is carried out in which the at least one rotary grate element (252, 253, 254) is rotated back in a second direction of rotation counter to the first direction of rotation for a predetermined time, and as a result the at least one rotary grate element (252, 253, 254) is rotated again in the first direction of rotation.
  5. The biomass heating system (1) according to any one of the preceding claims, wherein
    the heat exchanger (3) comprises a plurality of boiler tubes (32) with turbulators (36, 37) located therein; and
    the sensor is a position sensor (75) that can detect a rest position of the turbulators (36, 37) indirectly or directly.
  6. A method of detecting a blockage of a rotary grate (25) of a biomass heating system (1), the biomass heating system (1) comprising:
    a boiler (11) with a combustion device (2) and with a heat exchanger (3),
    a controller (100) having a memory;
    at least one sensor (76, 259) capable of detecting a state of an ash removal device (7, 25) for cleaning combustion residues from the boiler (11);
    the method comprising the steps of:
    Detecting, by the control device (100), a blockage of the ash removal device (7, 25) by evaluating information from the sensor (76, 259),
    wherein the biomass heating system (1) further comprises:
    a rotary grate (25) of the combustion device (2) having at least one rotary grate element (252, 253, 254) rotatably mounted with an axis of rotation (81);
    at least one rotation angle sensor (259), which can detect a rotation angle (Dd1, Dd2) of the rotation axis (81) and which is communicatively connected to the control device (100);
    at least one drive (231) for rotating the axis of rotation (81), wherein the drive (231) is controlled by the control device (100),
    the method further comprising the steps of:
    Determining (S111-S113, S115) the rotational speed of the at least one rotary grate element (252, 253, 254);
    Comparing (S115) the determined rotational speed to a predetermined threshold (Sd);
    Detecting (S118) a blockage of a rotation of the at least one rotary grate element (252, 253, 254) if the comparison reveals that the rotational speed is smaller than the threshold value,
    wherein determining the rotational speed comprises the steps of:
    Detecting a first angle of rotation (Dd1) at a first point in time;
    Detecting a second angle of rotation (Dd2) at a second time, which is set a predetermined waiting time (WD) after the first time;
    Calculating the difference of the first angle of rotation (Dd1) and the second angle of rotation (Dd1).
  7. The method for detecting a blockage of a rotary grate (25) of a biomass heating system (1) according to claim 6, wherein the blockage is detected only if the determined rotational speed is less than the predetermined threshold (Sd) in at least two consecutive determinations.
  8. A method for detecting a blockage of a rotary grate (25) of a biomass heating system (1) according to claim 6 or 7, further comprising the steps of:
    Performing a crusher function upon positive detection of the blockage of the rotation in a first direction of rotation,
    wherein the crusher function consists in that the at least one rotary grate element (252, 253, 254) is rotated back a predetermined time counter to the first direction of rotation in a second direction of rotation, and as a result, the at least one rotary grate element (252, 253, 254) is rotated again in the first direction of rotation.
  9. A computer program comprising instructions that, when executed by a computer, cause the program to perform the method of any one of claims 6 to 8.
  10. Computer-readable storage medium on which the computer program of claim 9 is stored.
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