Hallo zusammen,
Nach etlichen Versuchen und Testabbränden habe ich eine Regelstrategie für eine automatische Hohlbranderkennung entwickelt:
Wenn (Heissgastemperatur < 620°C) und (Zeit nach Start = ca. 30 min + ca. 150 min (also die Zeit, in der der Hohlbrand normalerweise vorkommt)) und (O2 > O2soll (LambdaCheck- Ausgang < 1V)) ==> dann Alarm ausgeben und Maßnahme einleiten.
Die o.g. Bedingungen sind ähnlich wie bei der Erkennung vom Ende des Vergasungsprozesses. Für das Ende des Vergasungsprozesses wurde eine weitere Thermostatebene, welche erst bei 560°C und O2>O2soll die Belimoklappe (Primärluft) schließt, in die Kette mit eingebunden. Der TR50 hat insgesamt 3 voneinander getrennt einstellbare Schaltausgänge, hiervon war noch einer frei.
Ein ursprünglich noch vorgesehenes Dämpfungsglied (Verzögerung um ca. 0,5...3 min) war nicht erforderlich. (war sogar eher schädlich, weil dann die Reaktion zu spät erfolgte, daher wurde dieses wieder ausgebaut)
Die Einbindung von „steigender Primärluft“, was ebenfalls einen Hohlbrand signalisiert, war zu träge wurde ebenfalls nicht weiter verfolgt.
Das Ende des Vergasungsprozesses ist bei vollgefülltem Kessel je nach Holzart so nach 3....5 Stunden bei meinem Kessel zu erwarten.
Durch die Bedingung: „Zeit nach Start = ca. 30 min + ca. 150 min“ (also ein Zeitfenster, das nach dem Start nach 30 min (einstellbar) beginnt und nach ca. 150 min (einstellbar) endet, erfolgt die Unterscheidung zwischen Hohlbrand und Ausbrand.
Damit wäre sichergestellt, das ein Hohlbrand nicht als Ausbrand gemeldet wird, weil die wahrscheinliche Zeit für den Ausbrand noch nicht erreicht wurde.
Wenn nun die Hohlbranderkennung anspricht, wird der Ventilator für eine einstellbare Zeit (ca. 5...10 min) komplett abgeschaltet, die am Kessel serienmäßig vorhandene Belimo- Primärluftklappe geschlossen und danach sozusagen ein „Neustart“ mit anfänglich voller Ventilatorleistung durchgeführt.
Durch das Ausschalten des Ventilators (und zusätzlich geschlossener Primärluftklappe) versucht die Flamme eher nach oben zu brennen, was die Statik des Brennstoffgefüges auf der Oberseite beeinflusst und den Hohlbrand durch das „Anbrennen“ der oberen noch nicht vergasten Holzbestandteile entschärft.
Um das ganze zu testen, habe ich ganz bewusst Hohlbrand provoziert, durch gezieltes schlechtes einschichten von sehr astigen und nicht übermäßig trockenen Fichten- Krummholz (ca. 18% Restfeuchte).
Wurde ein Hohlbrand ca. 1 Stunde nach dem Anheizen (O2>O2soll und Heissgas <620°C) gemeldet, wurde der Hohlbrand durch die o.g. Maßnahmen „abgefangen“ und ca. 10 Minuten nach dem „Neustart“ waren alle Werte wieder wie vorher eingestellt und blieben auch so (also O2 = O2soll; Heissgastemperatur >650°C und steigend).
Dies habe ich bisher insgesamt 5x so erreichen können, hier war die Erfolgsquote 100%, also schon mehr als ein Zufall...
Trat der Hohlbrand erst nach ca. 2,5-3,0 Stunden nach dem Anheizen auf, so war die Erfolgsquote bei ca. 70%, was immer noch besser als ein Zufall ist....
Hier wäre eine mechanische Unterstützung durch kurzes Öffnen der Anheizklappe und laufendem Ventilator erforderlich (Damit die Flamme für kurze Zeit „richtig“ nach „oben“ brennt und die Statik des Brennstoffgefüges beeinflusst).
Hierzu müsste die AHK noch automatisiert werden.
Bei einem Hohlbrand, der erst nach 2,5 – 3 Stunden auftritt, ist allerdings eine Behebung nicht mehr so effektiv, da bereits das meiste Holzgas erzeugt wurde.
Leistungsmäßig (gemessen mit geeichtem WMZ) konnte ich in diesem Fall keinen relevanten Unterschied zwischen Bekämpfung bzw. „einfach Hohlbrand abbrennen lassen“ bei reduzierter Luftzuführung (also wie bei Ausbrand) feststellen können.
Eine Automatisierung der Anheizklappe habe ich daher hinten angestellt. Diese Maßnahme würde mich mehr wegen der daraus resultierenden „idiotensichere Bedienung“ des Kessels reizen. Wer hat nicht schon mal die AHK vergessen zu schließen...
Der Hohlbrand, der nach 1 – 1,5 Stunden nach dem Anheizen auftritt, ist der, der einem den Tag versaut mit schlechten Ertragswerten.
Der Hohlbrand, der erst nach knapp 3 Stunden auftritt, ist eher ärgerlich, aber ohne gravierende Auswirkungen auf den Gesamtertrag. Lediglich die Momentanleistung ist in diesem Fall geringer und der Rest- O2 etwas höher, aber heizen tut der Kessel immer noch, halt etwas länger...
Dieser Ablauf von Erkennung und Behebung könnte regelungsseitig auch mehrmals hintereinander erfolgen; war aber bis jetzt nicht der Fall.
Eine Erkennung nur nach fest eingestelltem O2 Wert (Voraussetzung: Lambdacheck mit Schaltausgang anhand Lambdawert) wäre in meinem Fall nicht zielführend, da bei fest eingestelltem Lambdawert der Hohlbrand m.E.n. viel zu spät erkannt würde. Der Hohlbrand kann meinen Beobachtungen nach schon bei O2- Werten knapp über dem eingestellten Regel- O2-Wert auftreten und manchmal auch erst viel später.
Oftmals ist die Heissgastemperatur noch weit über 620°C und der O2- Wert trotzdem schon über dem eingestellten Wert und „fängt“ sich wieder ohne Maßnahme.
Die Ermittlung der „optimalen Heissgastemperatur“ für die Erkennung war ein entscheidender Punkt für die Zuverlässigkeit der Automatik.
Je früher der Hohlbrand erkannt wurde, um so besser kam der Kessel nach der automatischen Bekämpfung wieder „in die Gänge“.
Bei meinem Atmos DC30GSE ist so eine Hohlbrandautomatik nur bei absolut schlechter Holzqualität erforderlich, bei normalen Fichtenholz ohne viele Äste sowie Holzbriketts habe ich bisher (außerhalb meiner Versuche) so gut wie nie Hohlbrand feststellen können.
Buche o.ä. hat mein Kessel noch nie bekommen, kommt in meinem Wald nicht vor bzw. über die paar Buchen, die mein Vater vor ca. 40 Jahren gepflanzt hat und „überlebt“ haben, darf sich dann die nächste oder auch übernächste Generation freuen.
Bei der Entwicklung ging mir vor allem darum, dass mein Kessel bei jeglicher Art von Holz automatisch den besten Wirkungsgrad erreicht und auch Störfälle wie Hohlbrand automatisch abhandelt.
Die automatisierte Hohlbranderkennung und Behebung ist ohnehin mehr ein Abfallprodukt meiner Ausbrandsteuerung, so gesehen waren (außer Arbeit und Beobachten der Abläufe) auch kaum zusätzliche finanzielle Aufwendungen erforderlich (die Zeitglieder und den Schmitt- Trigger habe ich mir selbst gebaut, die Bauteile hierfür sind bis auf die Relais „Pfennigartikel“).
Gruß
Gust
