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Die
Erfindung betrifft ein Reinigungsgerät zum Reinigen von
Heizflächen im Inneren einer Wärmekraftanlage,
insbesondere in einem sogenannten Konvektionsabschnitt der Wärmekraftanlage.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei Wärmekraftanlagen
nach Art einer Müllverbrennungsanlage, einer Ersatzbrennstoffanlage
oder einer Biomasse-Verbrennungsanlage. Dort sind (insbesondere
im sogenannten Konvektionsabschnitt) regelmäßig
viele Heizflächen vorgesehen, die mit dem Rauchgas aus der
Verbrennung im Feuerraum der Wärmekraftanlage in Kontakt
gebracht werden. Über diese konvektiven Heizflächen
wird die Temperatur des Rauchgases gesenkt und gleichzeitig die
vom Rauchgas abgegebene Energie in Form von Wärme an einen Kühlmedium-Kreislauf übertragen.
Diese Heizflächen werden insbesondere mit beabstandeten
Wärmetauscherrohren nach Art von Paketen und/oder nach
Art einer Deckfläche für die Wandung der Wärmeanlage
bereitgestellt, insbesondere als sogenannten Überhitzer,
Verdampfer und/oder Economizer.
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In
solchen Wärmekraftanlagen führt das Rauchgas eine
Reihe von Verbrennungsrückständen mit sich mit,
die in Folge des Kontaktes mit der konvektiven Heizfläche
insbesondere dort abgelagert werden. Gerade bei den vorstehend genannten Brennstoffen
und den jeweils vorliegenden Temperaturen können feste
und/oder pastöse Rückstände auf den Heizflächen
gebildet werden. Diese, die Heizflächen bedeckenden, Rückstände
verringern den Wärmeübergang vom Rauchgas hin
zum Kühlmedium und reduzieren daher den Wirkungsgrad einer
solchen Wärmekraftanlage. Zudem ist zu berücksichtigen,
dass diese Rückstände auch den frei durchströmbaren
Querschnitt der Wärmekraftanlage reduzieren, wodurch eine
unerwünschte Erhöhung des Strömungswiderstandes
und/oder eine verstärkte Korrosion stattfinden können.
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Zur
Reinigung solcher Heizflächen ist bekannt, neben mechanischen
Klopfern z. B. auch sogenannte Rußbläser einzusetzen.
Rußbläser werden dazu verwendet, einen Strom eines
(in Abhängigkeit des Einsatzortes gewählten) Blasmediums,
wie etwa Dampf, Luft und/oder Wasser auf Wärmetauscherflächen
von Wärmekraftanlagen zu strahlen. Diese Rußbläser
werden periodisch während des Betriebes der Wärmekraftanlage
betätigt, um die Heizflächen zur Wiederherstellung
der gewünschten Betriebseigenschaften zu reinigen. Üblicherweise
weisen solche Rußbläser ein Lanzenrohr auf, welches
mit einer unter Druck stehenden Blasmediumquelle verbunden ist.
Der Rußbläser umfasst außerdem zumindest eine
Düse, aus welcher das Blasmedium in Gestalt eines Stroms
oder Strahls ausgetragen wird. In einem rückziehbaren Rußbläser
wird das Lanzenrohr periodisch in das Innere der Wärmekraftanlage
eingefahren und aus diesem zurückgezogen wenn, bzw. während
das Blasmedium aus den Düsen ausgetragen wird. In einem
stationären Rußbläser nimmt das Lanzenrohr
in der Wärmekraftanlage eine stationäre Stellung
ein und wird periodisch gedreht, während das Blasemedium
aus den Düsen ausgetragen wird. In jedem Fall erzeugt die
Stoßauswirkung des ausgetragenen Blasmediums auf die Rückstände,
die sich auf der Heizfläche angesammelt haben, einen Temperaturschock
sowie einen mechanischen Schock, der die Rückstände
lösen soll. Als Beispiel für einen solchen Russbläser
wird hier auch auf die
WO-A-2001/051852 verwiesen.
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Üblicherweise
wurde bislang im Konvektionsabschnitt der Wärmekraftanlage
mit Dampf gereinigt. Dieser Dampf wurde bei Wärmekraftanlagen, die
beispielsweise mit Kohle betrieben wurden, aus dem Kühlkreislauf
vor der Turbine abgezogen und den Rußbläsern zur
Verfügung gestellt. Der Einsatz von Brennstoffen geringeren
Heizwertes, wie beispielsweise Müll oder Biomasse, führte
zu einer geringeren bzw. minderwertigeren Dampfproduktion, so dass
hier der Dampf nicht mehr mit ausreichender kinetischer Energie
auf die Heizfläche gegeben werden kann. Außerdem
ist der Dampf teilweise sehr feucht, was zu einer gesteigerten Korrosion
führen konnte. Daneben wurde festgestellt, dass gerade
bei diesen Brennstoffen sehr schwer zu entfernende Rückstände
auf den Heizflächen gebildet werden, die bei Behandlung
mit Wasser-Dampf wie Zement verbacken und folglich binnen weniger
Wochen des Betriebes der Wärmeanlage dazu führten,
dass hier eine mechanische Abreinigung bei abgeschalteter Wärmekraftanlage
durchgeführt werden muss.
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Darüber
hinaus wurden Versuche unternommen, auch im Bereich des Konvektionsabschnittes einer
Wärmekraftanlage eine Behandlung der Rückstände
mit Wasser durchzuführen. Hierbei wurde jedoch als problematisch
angesehen, dass nicht sichergestellt werden kann, dass das Wasser
bei der geringen Vorschubgeschwindigkeit über einen Blasweg
von beispielsweise mehr als 5 Meter noch flüssig vorliegt.
Vielmehr wurde das Wasser schließlich doch dampfförmig,
bevor dieses an die Heizflächen abgegeben wurde, was bei
den dort herrschenden Temperaturen von bis zu 1000°C und
der geringen Menge von ca. 0,4 l/sec. nachvollziehbar ist. Außerdem musste
gleichermaßen ein Weg gefunden werden, der in Folge der
flüssigen Zugabe zu erwartenden erhöhten Korrosionsgefahr
entgegenzutreten.
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Hiervon
ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug
auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu
lösen. Insbesondere soll ein Reinigungsgerät angegeben
werden, das konstruktiv einfach aufgebaut und mit geringerem steuerungstechnischem
Aufwand betreibbar ist. Dabei soll die Reinigung eines Konvektionsabschnittes
einer Wärmekraftanlage besonders schonend und effektiv
während des Betriebes der Wärmekraftanlage realisiert
werden.
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Diese
Aufgaben werden gelöst mit einem Reinigungsgerät
gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie
einem Verfahren zur Reinigung von Heizflächen eines Konvektionsabschnitts
einer Wärmekraftanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs
8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
jeweils abhängig formulierten Patentansprüchen
angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen
einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller,
Weise miteinander kombiniert werden können und weitere
Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere
im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung
und gibt zusätzliche Ausführungsbeispiele an.
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Das
erfindungsgemäße Reinigungsgerät umfasst
zumindest:
- – eine Halterung,
- – eine Lanze mit einer Flüssigkeitsverteileinrichtung,
- – eine Antriebseinheit für eine translatorische
Bewegung der Lanze in der Halterung,
- – ein Flüssigkeitsleitsystem mit einem Zulauf,
einem Rücklauf und Strömungspfaden ausgehend vom
Zulauf hin zum Rücklauf und zur Flüssigkeitsverteileinrichtung,
wobei wenigstens ein Stellmittel zur bedarfsgerechten Verbindung
des Zulaufs mit dem Rücklauf oder der Flüssigkeitsverteileinrichtung
vorgesehen ist.
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Das
Reinigungsgerät ist insbesondere nach Art eines Rußbläsers,
Lanzenschraubbläsers oder dergleichen aufgebaut. Zu diesem
Zweck ist eine Halterung vorgesehen, die beispielsweise nach Art eines
Gerüstes, eines Tragsystems mit/oder ohne Gehäuse
ausgeführt sein kann. In dieser Halterung wird nun eine
Lanze mit der Flüssigkeitsverteileinrichtung vom Boden
beabstandet gehalten bzw. geführt. Die Lanze ist im Wesentlichen
metallisch und rohrähnlich aufgebaut, wobei bevorzugt an
einem rückwärtigen Ende die zur Reinigung eingesetzte Flüssigkeit
zugeführt, die Lanze durchströmt und bedarfsgerecht über
die Flüssigkeitsverteileinrichtung am gegenüberliegenden
Ende abgegeben wird. Die Flüssigkeitsverteilereinrichtung
kann als Öffnung, als Düse oder in sonstiger Weise
ausgestaltet sein. Grundsätzlich kann die Lanze auch mehrere Öffnungen
bzw. Düsen zur Abgabe der Flüssigkeit ausbilden.
Bevorzugt ebenfalls an der Halterung befestigt ist eine Antriebseinheit
für eine translatorische Bewegung (Linearbewegung, Axialbewegung)
der Lanze in der Halterung. Die Antriebseinheit, beispielsweise ein
Motor, dient insbesondere dazu, die Lanze als Ganzes oder einen
Teilbereich davon gegenüber der Halterung zu verschieben
bzw. zu bewegen. Grundsätzlich ist möglich, dass
auch mehrere Antriebe für unterschiedliche Bewegungen oder
aber ein Antrieb für mehrere Bewegungen (axial und/oder
rotatorisch) vorgesehen sind. Demnach dient die Halterung insbesondere
auch als Führung und Stütze für die Lanze
in den unterschiedlichen Bewegungsphasen.
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Dieses
Reinigungsgerät ist nunmehr mit einem Flüssigkeitssystem
ausgeführt, das (mehrere) Strömungspfade im Inneren
der Lanze ausbildet. Ein erster Strömungspfad ist nun z.
B. in der Weise gestaltet, dass die Flüssigkeit vom Zulauf
kommend in die Lanze einströmt, diese axial durchströmt
und schließlich wieder über den Rücklauf
mit entgegen gesetzter Strömungsrichtung verlässt.
Ein zweiter Strömungspfad ist dahingehend so gestaltet,
dass die Flüssigkeit die Lanze über den Zulauf
erreicht, die Lanze durchströmt und die Lanze über
die Flüssigkeitsverteileinrichtung verlässt. Insbesondere
sind nur diese beiden unterschiedlichen Strömungspfade bei
der Lanze realisiert. Nunmehr sind Stellmittel vorgesehen, die einen
bedarfsgerechten Wechsel der ausgebildeten Strömungspfade
im Inneren der Lanze zur Folge haben. Das Stellmittel kann dabei
im einfachsten Fall so ausgeführt sein, dass entweder nur der
erste Strömungspfad oder der zweite Strömungspfad
ausgebildet ist (binäre Stellungen: ein/aus), bei einem
anderen Stellmitteln kann jedoch auch mindestens eine Zwischenposition
vorgesehen sein, bei den also die Flüssigkeit (jeweils
teilweise) sowohl dem ersten Strömungspfad als auch dem
zweiten Strömungspfad folgt.
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Diese
Ausgestaltung des Reinigungsgerätes ermöglicht
es nun, dass während des Betriebes des Reinigungsgerätes
die Lanze (in der aktiven Phase) kontinuierlich mit (kaltem) Wasser
oder einer anderen geeigneten Reinigungsflüssigkeit durchströmt wird.
Beim Einfahren der Lanze in die Wärmekraftanlage durch
die Wandung hindurch wird die Lanze den heißen Umgebungsbedingungen
ausgesetzt. Das die Lanze durchströmende Wasser bildet
einen internen Kühlkreislauf für die Lanze und
gewährleistet, dass das darin befindliche Wasser auch noch
bei bereits einem längeren Verfahrweg bzw. einer längeren Verweilzeit
der Lanze flüssig vorliegt. Damit kann die Lanze des Reinigungsgerätes
beispielsweise über mehr als 5 m oder sogar 10 m in die
inneren Bereiche der Wärmekraftanlagen eingefahren werden,
bevor letztendlich die Flüssigkeit abgegeben wird, ohne dass
das in der Lanze befindliche Wasser verdampft. Erst wenn die Lanze
bzw. die Flüssigkeitsverteileinrichtung exakt zu der gewünschten
Heizfläche ausgerichtet ist, können die Stellmittel
aktiviert werden, so dass die Flüssigkeit über
die Fluidverteileinrichtung insbesondere unmittelbar binnen weniger
Sekunden abgegeben werden kann. Zu diesem Zeitpunkt wird also der
interne Kühlkreislauf der Lanze als Reservoir für
die Zugabe der Reinigungsflüssigkeit genutzt.
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Gemäß einer
Weiterbildung des Reinigungsgerätes sind die Strömungspfade
mit konzentrischen, zumindest teilweise zueinander relativ bewegbaren Rohren
gebildet. Insbesondere ist das Reinigungsgerät so aufgebaut,
dass sowohl das Zulauf-System als auch das Rücklauf-System
jeweils mit zwei teleskopartig gegeneinander verschiebbaren und
abgedichteten Rohren (Innenrohr/Außenrohr) gebildet sind.
So ist ganz besonders bevorzugt, dass die Lanze außen ein äußeres
Zulaufrohr ausbildet, das letztendlich die Begrenzung zur Umgebung
darstellt und insbesondere auch die Flüssigkeitsverteileinrichtung
ausbildet. Dieses äußere Zulauf rohr ist flüssigkeitsdicht auf/in
einem inneren Zulaufrohr gelagert. Die Antriebseinheit bewirkt nun,
dass das äußere Zulaufrohr auf/in dem inneren
Zulaufrohr translatorisch bzw. axial verschoben wird, so dass die
Weglänge der einströmenden Flüssigkeit über
den Zulauf an der inneren Mantelfläche zunächst
des inneren Zulaufrohres und dann auch das äußeren
Zulaufrohres entlang strömt. Auf diese Weise kann die Flüssigkeit
ausgehend vom Zulauf bis hin zur gegenüberliegenden Flüssigkeitsverteileinrichtung
strömen. Dieser erste Strömungspfad ist nach innen
durch zwei teleskopartig gegeneinander verschiebbare und abgedichtete Rücklaufrohre
begrenzt. Ein äußeres Rücklaufrohr ist beispielsweise
mit dem äußeren Zulaufrohr nahe der Flüssigkeitsverteileinrichtung
so befestigt, dass dieses bei der axialen Bewegung mit bewegt wird.
Das äußere Rücklaufrohr ist dabei ebenfalls
flüssigkeitsdicht außen/innen an dem inneren Rücklaufrohr
positioniert. Die Antriebseinheit bewirkt nun insbesondere, dass
mit der Verschiebung des äußeren Zulaufrohres
auf/in das innere Zulaufrohr gleichermaßen das äußere
Rücklaufrohr auf/in dem inneren teleskopartig verschoben
wird. Mit diesem Rohrsystem kann folglich konstruktiv sehr einfach
die Ausbildung der unterschiedlichen Strömungspfade realisiert
werden.
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Darüber
hinaus wird als vorteilhaft angesehen, dass das wenigstens eine
Stellmittel ein Verschlussmittel für den Rücklauf
umfasst. Das Reinigungsgerät mit der Halterung wird üblicherweise
außen benachbart zur Wandung der Wärmekraftanlage angebaut.
An einem rückwärtigen Ende tritt der Rücklauf
aus dem Reinigungssystem ist aus und ist somit weit entfernt und
gut erreichbar von der Wärmekraftanlage angeordnet. Hier
können nun also für einen Handbetrieb und/oder
einen automatischen Betrieb Stellmittel positioniert werden, mit
denen die unterschiedlichen Strömungspfade im Inneren der Lanze
bedarfsgerecht ausgebildet werden können. Als Verschlussmittel
kommen hier insbesondere Ventile und/oder Schieber in Betracht.
Mit diesen Verschlussmitteln ist es möglich, den Querschnitt
des Rücklaufs zu reduzieren oder zu erweitern, so dass die
rückströmende Menge der Flüssigkeit reguliert werden
kann. Wird der Rücklauf (teilweise) verschlossen, steigt
der Druck im Inneren der Lanze an. Dieser Effekt kann ausgenutzt
werden, um die Flüssigkeitsverteileinrichtung zu aktivieren.
Jedenfalls wird jedoch auch der erste Strömungspfad vom
Zulauf hin zum Rücklauf (teilweise) unterbrochen, so dass
gegebenenfalls eine Zwangsführung der Flüssigkeit
hin zur Flüssigkeitsverteileinrichtung stattfindet.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des Reinigungssystems bildet das Flüssigkeitssystem
in der Lanze eine drucksensible Weiche. Das heißt mit anderen
Worten insbesondere, dass in die Lanze integriert Komponenten vorgesehen
sind, die selbständig in Folge unterschiedlicher Druckzustände
im Inneren der Lanze bzw. des Flüssigkeitsleitsystems Strömungsumlenkungen
hin zu konkret vorgegebenen Strömungspfaden realisieren.
Insbesondere ist die drucksensible Weiche so ausgestaltet, dass
diese bei einem niedrigen Druckniveau einen ersten Strömungspfad
in der Lanze realisiert, bei dem die Flüssigkeit vom Zulauf
hin zum Rücklauf strömt. Bei einem höheren
Druckniveau „schaltet” die drucksensible Weiche
das Flüssigkeitsleitsystem so um, dass die Flüssigkeit
(zumindest teilweise) nun vom Zulauf hin zur Flüssigkeitsverteileinrichtung
strömt. Wird dieses erhöhte Druckniveau aufrecht
erhalten, erfolgt also (zeitlich ebenso lang) eine Abgabe der Flüssigkeit über
die Flüssigkeitsverteileinrichtung, wohingegen der Strömungspfad
vom Zulauf hin zum Rücklauf selbständig wieder
realisiert ist, wenn das Druckniveau unter ein vorgegebenes Niveau
fällt.
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Ganz
besonders bevorzugt wird als drucksensible Weiche ein Ventil oder
eine Drossel vorgesehen. Bei einem Ventil kommen insbesondere federgelagerte
Rückschlagventile oder Überdruckventile in Betracht.
Diese versperren beispielsweise den zweiten Strömungspfad
bis der Druck der Flüssigkeit in der Lanze ausreichend
hoch ist und damit das federvorgespannte Ventil geöffnet
wird. Technisch noch einfacher, und im Hinblick auf die hohen Temperaturen
gegebenen falls auch noch störungsunempfindlicher, ist der
Einsatz einer Drossel (z. B. eine Rohrverengung) als drucksensible
Weichen. Die Drossel ist insbesondere als Strömungsquerschnittsverengung
für die Flüssigkeit ausgestaltet. Sie wird erst
durchströmt, wenn ein gewisses Druckniveau im Inneren der
Lanze vorliegt. Außerdem kann die Drossel in einem Strömungsschatten
(weniger durchströmter Abschnitt der Lanze) der Flüssigkeit
im Hinblick auf den ersten Strömungspfad, bei dem die Flüssigkeit
vom Zulauf hin zum Rücklauf fließt, angeordnet
sein. Folglich wird die Drossel also erst bei der gewünschten
Verbindung des Zulaufs mit der Flüssigkeitsverteileinrichtung
vollumfänglich mit Flüssigkeit beaufschlagt. Hierzu
kann die Drossel beispielsweise im Umlenkbereich bzw. nahe der Verteileinrichtung
angeordnet sein.
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Zudem
wird als vorteilhaft angesehen, dass eine Mehrzahl der hier erfindungsgemäß beschriebenen
Reinigungsgeräte bei einer Wärmekraftanlage mit
einem Konvektionsabschnitt vorgesehen sind, wobei ein Flüssigkeitsversorgungssystem
und eine Steuerung für den sequentiellen Betrieb der Reinigungsgeräte
vorgesehen sind. Bei der Wärmekraftanlage handelt es sich
dabei bevorzugt um eine der folgenden thermischen Anlagen: Müllverbrennungsanlage,
Ersatzbrennstoffverbrennungsanlage, Biomasse-Verbrennungsanlage.
Insbesondere wird ein einzelnes Flüssigkeitsversorgungssystem
für alle vorgesehenen Reinigungsgeräte bereitgestellt.
Eine für den Betrieb aller Reinigungsgeräte vorgesehene Steuerung
realisiert den sequentiellen Betrieb des Reinigungsgerätes
während des Betriebes der Wärmekraftanlage in
der Weise, dass jeweils nur ein Reinigungsgerät aktiv in
den Konvektionsabschnitt eingefahren wird und dort gezielt reinigt.
Die Steuerung dient insbesondere auch dazu, auf die Stellmittel
zur bedarfsgerechten Verbindung des Zulaufs mit dem Rücklauf
oder der Flüssigkeitsverteileinrichtung bei jedem Reinigungsgerät
einzuwirken. Die Steuerung kann hierzu insbesondere auch auf sensorisch
erfasste Messwerte, Informationen zur Verschmutzung der Heizflächen
etc. zurückgreifen.
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Zudem
wird als vorteilhaft angesehen, dass der Konvektionsabschnitt der
Wärmekraftanlage beabstandete Wärmetauscherrohre
aufweist und die Reinigungsgeräte durch eine Wandung der
Wärmekraftanlage in den Konvektionsabschnitt translatorisch
einbringbar sind, so dass die Flüssigkeitsverteileinrichtung
der Lanze die beabstandete Wärmetauscherrohre erreicht.
Damit ist insbesondere gemeint, dass der Teilbereich der Lanze,
der die Flüssigkeitsverteileinrichtung bildet, in unmittelbarer
Nachbarschaft der zu reinigenden Wärmetauscherrohre positioniert
wird. Soll keine Reinigung stattfinden, befindet sich die Lanze
außerhalb der Wärmekraftanlage. Zur Reinigung
wird die Lanze nun durch eine entsprechende Luke der Wandung der
Wärmekraftanlage eingeführt und über
einen Verfahrweg von beispielsweise bis zu 5 m oder sogar bis zu
10 m in innere Bereiche der Wärmekraftanlage eingeführt.
So kann die Flüssigkeitsverteileinrichtung der Lanze beispielsweise
unterhalb oder neben die zu reinigenden Wärmetauscherrohre
im Inneren der Wärmekraftanlage positioniert werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Reinigung
von beabstandete Wärmetauscherrohre aufweisende Heizflächen
eines Konvektionsabschnittes einer Wärmekraftanlage mit
einem hier erfindungsgemäßen Reinigungsgerät
vorgeschlagen, wobei eine intermittierende Abgabe einer Flüssigkeit
zwischen die beabstandeten Wärmetauscherrohre erfolgt.
Das heißt mit andere Worten, dass das Reinigungsgerät,
bei dem die Reinigungsflüssigkeit regelmäßig
strahlförmig radial zur Lanze austritt, so in innere Bereiche
der Wärmekraftanlage bzw. des Konvektionsabschnittes eingefahren
wird, dass der Flüssigkeitsstrahl (im Wesentlichen) nur
zwischen die beabstandeten Wärmetauscherrohre abgegeben
wird. Insbesondere ist eine direkte Bestrahlung der Wärmetauscherrohre
mit dem Versorgungsdruck der Flüssigkeit zu vermeiden.
Die Stellmittel bzw. Verschlussmittel können nun dazu eingesetzt
werden, den Druck bzw. die Reichweite des abgegebenen Flüssigkeitsstrahls
zur Reinigung der Heizflächen einzustellen. Insbesondere
können so Drücke von 2 bar bis beispielsweise
10 bar gezielt eingestellt werden. Während die Lanze dabei
nicht mehr axial bewegt wird, kann zusätzlich eine (begrenzte)
Rotation durchgeführt werden, so dass beispielsweise Blaswinkel
im Bereich von beispielsweise 60° realisiert werden, gegebenenfalls
mit unterschiedlichen Flüssigkeitsdrücken.
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Als
vorteilhaft wird auch ein Verfahren angesehen, bei dem die von einem
Zulauf kommende Flüssigkeit nach Art eines Mantelstromes
in der Lanze bis hin zu einem Umgebungsbereich der Flüssigkeitsverteileinrichtung
und bedarfsgerecht zeitweise a) innerhalb des Mantelstromes zurück
zum Rücklauf oder b) in die Flüssigkeitsverteileinrichtung
strömt. Bei dieser Realisierung des Flüssigkeitsleitsystems im
Inneren der Lanze wird erreicht, dass die kalte, vom Zulauf kommende,
Flüssigkeit die äußeren Rohre der Lanze
kontaktiert und damit kühlt. Dieser zylindrische Strom
nach Art eines Mantels wird bevorzugt über die gesamte
Länge der Lanze bis hin zu einem Umgebungsbereich der Flüssigkeitsverteilereinrichtung
während allen Betriebsphasen des Reinigungsgerätes
aufrecht erhalten. Soll nicht gereinigt werden, strömt
die Flüssigkeit nun innerhalb des Mantelstromes wieder
zurück zum Rücklauf (Variante a)). In dem Fall
der Reinigung kann beispielsweise über die Stellmittel
und eine drucksensible Weiche eine Richtungsumkehr der Flüssigkeit
erreicht werden, so dass die Flüssigkeit nicht innerhalb
des Mantelstromes zurück zum Rücklauf strömt,
sondern in die Flüssigkeitsverteileinrichtung hinein und
damit aus der Lanze heraus (Schritt b)).
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Die
Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand
der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen,
dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten
der Erfindung aufzeigen, die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt
ist. Es zeigt schematisch:
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1:
eine Ausgestaltung einer Wärmekraftanlage,
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2:
eine Ausgestaltung eines Reinigungsgerätes,
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3:
eine weitere Ausführungsvariante eines Reinigungsgerätes
in einer ersten Betriebsphase, und
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4:
das Reinigungsgerät aus 3 in einer
zweiten Betriebsphase.
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Die 1 zeigt
eine Wärmekraftanlage 17, beispielsweise für
eine Müllverbrennung oder eine Biomasse-Verbrennung. Unten
links dargestellt ist dabei der Feuerraum 27, in dem der
Müll bzw. die Biomasse verbrannt wird. Das dabei entstehende Rauchgas
strömt in Strömungsrichtung 28 zunächst durch
eine Reihe von Leerzügen 29. Dabei können an
den Wandungen des Feuerraumes 27 bzw. der Leerzüge 29 ebenfalls
Pakete aus beabstandeten Wärmetauscherrohren vorgesehen
sein, so dass hier ein erster Wärmeaustausch realisiert
ist. Zudem können hier Sensoren 26 vorgesehen
sein, anhand derer die Verschlackung und/oder Zustandsparameter
des Rauchgases erfasst werden können.
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Nach
dem Durchströmen der Leerzüge 29 erreicht
das Rauchgas den sogenannten Konvektionsabschnitt 18. Hier
sind viele paketartig angeordnete, in den Strömungsquerschnitt
hinein ragende bzw. hängende Heizflächen 23 angeordnet,
welche von dem Rauchgas umströmt und/oder durchströmt werden.
Diese Heizflächen 23 sind mit einem Kühlmedium-Kreislauf 31 verbunden,
so dass das die Heizflächen 23 durchströmende
Kühlmedium durch den Kontakt des Rauchgases erhitzt wird.
Der dabei erzeugte Dampf dient der Energiegewinnung, beispielsweise
indem dieser durch eine entsprechende Turbine hindurchgeführt
wird.
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Zur
Reinigung dieser Heizflächen 23 ist hier eine
Vielzahl von Reinigungsgeräten 1 vorgesehen sein,
beispielsweise nach Art sogenannter Rußbläser,
mit denen die Schlacke bzw. Rückstände auf den Heizflächen 23 entfernt
werden, so dass diese z. B. in darunter angeordnete Trichter 30 fallen,
wo sie gegebenenfalls entfernt werden können.
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Gerade
für diese Reinigung der Heizflächen 23 im
Bereich des Konvektionsabschnittes 18 der Wärmekraftanlage 17 kann
ein Reinigungsgerät 1 vorgesehen sein, wie es
in 2 dargestellt ist. Das Reinigungsgerät 1 umfasst
dabei eine Halterung 2, beispielsweise nach Art eines Rahmens,
die mit Stahlträgern oder dergleichen und gegebenenfalls
einem Gehäuse ausgebildet ist. Diese Halterung 2 dient
zur Fixierung bzw. Lagerung der Lanze 3 und einer Antriebseinheit 5,
hier nach Art eines Motors. Mit der Antriebseinheit 5 wird
die Lanze 3 gegenüber der Halterung 2 axial
bzw. translatorisch verfahren, so dass die Lanze 3 durch
die Wandung 22 der Wärmekraftanlage hinein in
den Innenbereich verfahren wird. Dies ist hier ebenfalls rechts
in 2 angedeutet. Zusätzlich zu dieser translatorischen
Bewegung kann die Lanze gegebenenfalls auch noch eine rotatorische
Schwenkbewegung durchführen, so dass die über
die Flüssigkeitsverteileinrichtung 4 abgegebenen
Flüssigkeit beispielsweise zwischen beabstandete Wärmetauscherrohre 21 eingebracht
werden kann und die Zwischenräume von Rückständen bzw.
Verschlackungen befreit.
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Der
der Flüssigkeitsverteileinrichtung 4 gegenüberliegende
rückwärtige Bereich des Reinigungsgerätes
ist beispielsweise durch einen ortsfesten Zulauf 7 und
Rücklauf 8 für die Flüssigkeit
ausgestaltet. Hierzu kommen insbesondere Rohre und/oder Schläuche
in Betracht. Der Zulauf 7 ist beispielsweise an ein Flüssigkeitsversorgungssystem angeschlossen,
so dass hier die Flüssigkeit (insbesondere Wasser) bedarfsweise,
z. B. sobald die Lanze 3 in die Wärmeanlage hinein
verfahren werden soll, in die Lanze 3 einströmen
kann. Ebenfalls an dem rückwärtigen Ende ist dann
im bzw. am Rücklauf 8 ein Stellmittel 10 vorgesehen,
das beispielsweise über eine Steuerung 20 gezielt
betätigbar ist. Die Steuerung 20, die hier neben
der Betätigung des Stellmittels 10 auch für
den Betrieb der Antriebseinheit 5 verantwortlich ist, kann
für jedes Reinigungsgerät 1 separat ausgebildet
sein, es ist aber auch möglich, dass die Steuerung 20 mehrere
Reinigungsgeräte 1 und/oder Stellmittel 10 betätigt.
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Die 3 und 4 zeigen
nun vereinfacht eine besonders einfache Konstruktion eines solchen Reinigungsgerätes
(hier im Wesentlichen nur den Teil der Lanze 3), bei dem
ein Flüssigkeitssystem 6 mit einem Zulauf 7 und
einem Rücklauf 8 ausgebildet ist, wobei zwei unterschiedliche
Strömungspfade 9 mittels eines Verschlussmittels 15 am
Rücklauf 8 bedarfsgerecht realisiert werden können.
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In 3 ist
die teilweise teleskopisch verfahrene Lanze 3 dargestellt,
wobei die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsversorgungssystem 19 über
den Zulauf 7 einströmt und die Lanze 3 schließlich
wieder über den Rücklauf 8 verlasst.
Damit ist die Betriebsphase realisiert, bei der die Flüssigkeit
(nur) zur Kühlung der Lanze 3 eingesetzt wird.
Die Flüssigkeit strömt dabei über den
Zulauf 7 in einen zylinderförmigen Ringraum ein,
der zwischen dem äußeren Zulaufrohr 14 und
dem inneren Zulaufrohr 13 einerseits und dem äußeren
Rücklaufrohr 12 und dem inneren Rücklaufrohr 11 andererseits
begrenzt ist. Dabei ist eine Art Mantelstrom 24 mit der
Flüssigkeit gebildet, so dass die äußere
Umgebung der Lanze 3 von dem kühlen Flüssigkeitsstrom
kontaktiert ist. Zwischen dem äußeren Zulaufrohr 14 und
dem inneren Zulaufrohr 13 ist eine Dichtung 32 (z.
B. mehrfache Packung) vorgesehen, die einen Austritt der Flüssigkeit sicher
vermeidet. Eine solche Dichtung 32 ist ebenfalls zwischen
dem inneren Rücklaufrohr 11 und dem äußeren
Rücklaufrohr 12 vorgesehen.
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An
einem dem Rücklauf 8 gegenüberliegenden
stirnseitigen Bereich des äußeren Rücklaufrohres 12 ist
eine Führung 33 vorgesehen, mit der das äußere
Rücklaufrohr 12 konzentrisch zum inneren Zulaufrohr 13 positioniert
ist. Die Führung 33 kann zudem so gestaltet sein,
das äußere Rücklaufrohr 12 an
dem inneren Zulaufrohr 13 fixiert ist, mit diesem also
gleichzeitig verfahren wird. Die Führung 33 kann nach
Art einer Loch-Ring-Scheibe ausgeführt sein. Im Bereich
der Lanzenspitze und insbesondere im Umgebungsbereich 25 der
Fluidverteileinrichtung 4 erfolgt eine Strömungsumlenkung
in der Weise, dass der Mantelstrom 24 zusammenbricht und
eine interne Rückleitung erfolgt. Bereits ein Stück
hin in Richtung des Rücklaufs 8 tritt die Flüssigkeit
dann in die Rücklaufrohre ein und wird zum Rücklauf 8 geleitet. In
das äußere Rücklaufrohr 12 hineinragend
ist beispielsweise ein Verbindungsrohr für die Fluidverteileinrichtung 4 entgegengesetzt
angeordnet, in dem nun eine drucksensible Weiche 16 angeordnet
ist. Aufgrund der hier gezeigten Strömungsführung
befindet sich diese drucksensible Weiche 16 im Strömungsschatten
und kommt deshalb bei dieser Durchströmung bzw. Stellung
des Stellmittels nicht mit einem hohen Druck der Flüssigkeit
in Kontakt.
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Diese
Situation sieht nun anders aus, wenn der Rücklauf 8 durch
ein entsprechendes Verschlussmittel 15 vollständig
verschlossen wird. Die sich vor dem Verschlussmittel 15 aufbauende
Wassersäule führt nun dazu, dass die in das äußere Rücklaufrohr 12 eintretende
Flüssigkeit erneut umgelenkt wird und nunmehr die drucksensible
Weiche 16 beaufschlagt. Die drucksensible Weiche 16,
die beispielsweise als Ventil oder Drossel ausgestaltet ist, gibt
bei einem vorgegebenen Druckniveau nach, so dass nun die Flüssigkeit
durch die drucksensible Weiche 16 hindurch zur Flüssigkeitsverteileinrichtung 4 strömen
kann und folglich so die Lanze 3 verlässt. Gleichermaßen
wird auch für diesen Reinigungsprozess die Kühlfunktion
aufrecht erhalten, weil auch zu diesem Zeitpunkt die über
Zulauf 7 eintretende Flüssigkeit nach Art eines
Mantelstromes 24 die Lanze 3 kühlt.
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Die
beschriebenen Varianten eines Reinigungsgerätes zur Reinigung
konvektiver Heizflächen eignen sich insbesondere für
Wärmekraftanlagen, die mit Müll oder Biomasse
betrieben werden, wobei ein sehr einfacher und effektiver Aufbau
der Reinigungsgeräte realisiert ist. Mit der hier gezielten
Wasser-Reinigung derartiger Heizflächen kann die Reisezeit
solcher Wärmeanlagen deutlich verlängert werden.
Außerdem erlaubt die Regulierung des Zugabedrucks für
die Flüssigkeit eine auf die Art der Rückstände
bzw. Verschlackungen angepasste Zugabe, so dass neben einem einfachen
Benetzen auch eine abrasive (Hochdruck-)Bearbeitung und/oder ein
einfaches Abschrecken der Verbrennungsrückstände erreicht
werden kann.
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- 1
- Reinigungsgerät
- 2
- Halterung
- 3
- Lanze
- 4
- Flüssigkeitsverteileinrichtung
- 5
- Antriebseinheit
- 6
- Flüssigkeitsleitsystem
- 7
- Zulauf
- 8
- Rücklauf
- 9
- Strömungspfad
- 10
- Stellmittel
- 11
- inneres
Rücklaufrohr
- 12
- äußeres
Rücklaufrohr
- 13
- inneres
Zulaufrohr
- 14
- äußeres
Zulaufrohr
- 15
- Verschlussmittel
- 16
- drucksensible
Weiche
- 17
- Wärmekraftanlage
- 18
- Konvektionsabschnitt
- 19
- Flüssigkeitsversorgungssystem
- 20
- Steuerung
- 21
- beabstandete
Wärmetauscherrohre
- 22
- Wandung
- 23
- Heizfläche
- 24
- Mantelstrom
- 25
- Umgebungsbereich
- 26
- Sensor
- 27
- Feuerraum
- 28
- Strömungsrichtung
- 29
- Leerzug
- 30
- Trichter
- 31
- Kühlmedium-Kreislauf
- 32
- Dichtung
- 33
- Führung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2001/051852
A [0003]