CN101512281B - 用于清洁高压锅炉的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于用清洁液(3)清洁锅炉(2)的装置(1)，具有至少一个清洁器(4)，所述清洁器包括用于使一流体分配装置(5)朝锅炉(2)的内部区域定向的元件，其中，所述至少一个清洁器(4)由一容器(6)包围并能够利用至少一个接头段(7)安装在锅炉(2)的管接头(8)上。还说明了特别优选的使用可能性和运行方法。

Description

用于清洁高压锅炉的装置

技术领域

本发明涉及一种用于用清洁液清洁锅炉的装置，具有至少一个清洁器，该清洁器包括用于使一流体分配装置朝锅炉内部定向的元件。这里特别是涉及设置成用于处理高压和高温的气体的锅炉。这种锅炉例如用作用于煤气化装置的热交换器。 

背景技术

煤气化过程是指一系列用于对煤进行转换的方法，在这些方法中，在650℃至2000℃的温度下和最高100bar的压力下，使经研磨的煤与水蒸汽和氧发生反应。根据方法的不同，形成具有不同氢、一氧化碳和甲烷比例的合成气。这种合成气例如用作化学工业的原始材料，但例如当甲烷含量高时这种合成气也可以用作天然气的替代品。 

但是最近还希望，除了褐煤、无烟煤、泥煤、木材和污水污泥以外，在一些情况下也燃烧其它物质。因此例如还存在这样的需求，即，必要时使重油或类似的材料气化。 

在气化之后，将所述合成气或原始气体在至少一个热交换器中冷却。此时必要时添加附加的流体(蒸汽、气体等)，但这不是必需的。但应注意，这种合成气或原始气体在进入所述例如一种管束热交换器类型的热交换器时仍还具有明显高于1000℃的温度，例如为1400℃。此时必要时在热交换器锅炉中还保持在50bar(左右)的范围内的压力。 

在传统的煤气化设备中，不会在热交换面上出现明显的污物，从而例如可以实现超过9周的连续运行时间(无中断运行)。因此在停机时间内将污物敲掉或用气态的吹除介质除去。 

但考虑到变化的燃烧条件，可能会出现较多的污物，所述污物可 能还具有非常强的粘附性并由此具有妨碍热交换的特性。因此，为了确保这种设备足够长的连续运行时间，希望这里可以在锅炉的运行期间进行补充清洁。 

发明内容

由此出发本发明的目的是，至少部分地解决参考现有技术描述的所述问题。特别是应给出这样的装置和方法，所述装置和方法即使在前面所述的环境条件下也确保在运行中能在所述锅炉的内部对热交换面进行必要时选择性的有效的清洁。此外所述装置和方法应能够灵活地使用。对于直接连接在一这种煤气化器(合成气冷却器)后面的热交换器特别是这样。 

所述目的利用一种用于用清洁液清洁锅炉的装置来实现，具有至少一个清洁器，所述清洁器包括用于使一流体分配装置朝锅炉的内部区域定向的元件，其中，所述至少一个清洁器由一容器包围并能够利用至少一个接头段安装在锅炉的管接头上，其中，该装置能够与一压力升高装置相连，利用所述压力升高装置能够改变容器中的压力。应该指出，在各单独说明的各特征可以按任意的、技术上合理的方式相互组合并表示本发明的其它的实施形式。此外，本发明特别有利的实施形式还在本说明书和附图说明中给出。 

根据本发明的利用清洁流体对锅炉进行清洁的装置具有至少一个清洁器，所述清洁器包括用于使一流体分配装置朝锅炉内部定向的元件，所述装置具有至少一个清洁器，所述清洁器由一容器包围并可利用至少一个接头段安装在锅炉的管接头上。 

在清洁器上优选的是，用于定向的元件可以使流体分配装置摆动、移动和/或旋转，必要时可以使其与锅炉不同的内部区域相邻地定位。这样流体分配装置可以例如设计成一种特别是具有喷嘴的水喷枪、蒸汽喷枪和/或气体喷枪，这种气体分配装置可以输出定向的清洁流体束。所述用于定向的元件现在允许相对于锅炉或相对于其内部区域的相对运动，从而必要时可以用清洁流体对不同的内部区域进行冲流。 

现在，这里建议，所述至少一个清洁器由一优选气密的容器包围。容器特别是指这样的容器，在该容器的内部可以保持(明显高于大气压力的)这样的压力，所述压力特别是甚至高于锅炉内部的运行压力(必要时甚至是最大压力)。这种压力容器例如可以由高强度钢制成。定位在容器内部的部件，例如清洁器、流体分配装置的部件等现在基本上定位在其中，其中必要时驱动部件、监控部件、传感器部件等压力密封地向外引出。这种容器的各入口都设计成具有高压密封件。所述容器或压力容器具有至少一个接头段，该接头段可以(同样压力密封地)安装在锅炉的一管接头上。所述接头段特别优选地设计成容器上的一种管凸台，从而突起的接头段可以容易地相对于锅炉的管接头定位。接头段可以设计成具有连接元件，以便相对于管接头位置精确地定向。 

优选这样一种实施方案，其中只设置一个清洁器。在这种情况下还优选的是，只存在一个接头段。虽然可以设置例如多个接头段，以便例如实现与一个锅炉的多重连接或者能够配合精确地与锅炉的不同的结构变型或管接头相接触(通)。在上面所述的情况下，接头段设有一封闭密封件，由此只将即将使用的接头段打开。 

通过压力容器包裹清洁器使得即使在锅炉在高压下运行期间也能够在清洁器和锅炉内部之间实现连接，从而可以向锅炉的内部区域内供应清洁流体。现在这使得，不再需要专门的锅炉停机时间，以便能够清洁锅炉的加热面或其它内部区域。 

所述装置特别优选地设置成结构组，其中所述容器可以具有各种不同的容纳结构，以便必要时容纳多个和/或彼此不同的清洁器。 

根据所述装置的一个另外的实施方案还建议，该装置能够与一压力升高装置相连，利用所述压力升高装置可以改变容器中的压力。所述压力升高装置特别是包括一个气体供应装置，必要时还包括一气体排出装置。由此，利用所述压力升高装置特别是可以将一种气体，特别是一种所谓的冲刷气体导入容器中，以便提高这里的压力。例如可以考虑采用氮气作为冲刷气体，但也可以将其它的气体、例如也存在 于锅炉中的气体导入压力容器中。压力升高装置为此特别是可以利用一压力管道和必要时利用一压力传感器与所述容器相连。 

此外还建议，流体分配装置设计成可移动或摆动穿过至少所述至少一个接头段。特别优选这样一种实施方案，其中流体分配装置既可以移动穿过所述接头段，也设计成可以附加地摆动，甚至附加地旋转。因此特别是设有这样的元件，该元件使得流体分配元件的至少一个分部件可以进行穿过接头段的相对运动。对于设有多个接头段的情况，还设有定位元件，所述定位元件首先使流体分配装置相对于各自希望的接头段定向(对齐)，然后至少部分地穿过接头段。这里，特别是清洁流体管道、流体枪(例如沉重的、长度至少1米的管状构件)的部件和/或喷嘴可以移动穿过所述接头段。特别优选的是，只有当接头段主要实现与锅炉的竖直连接时，流体分配装置的分部件才能移动穿过接头段，从而可以由于重力将流体分配装置竖直地从上方导入锅炉中。当流体分配装置通过一经由接头段实现的基本上水平的连接部导入锅炉的内部区域时，流体分配装置的摆动是优选的。 

此外被认为有利的是，流体分配装置包括一柔性的软管，所述软管能够设置在一软管卷筒上，并且所述软管卷筒设置在所述容器内。在这种实施形式中，流体分配装置包括例如一喷嘴，该喷嘴可竖直地沿朝向锅炉的方向插入并设置在一柔性的可承受高温和压力的软管(例如金属软管)中。流体分配装置这里设计成，使得该流体分配装置使清洁流体大致水平地和/或优选也可以向上抵抗重力、特别是基本上旋转对称地均匀分布地输出到锅炉的内部区域上。现在为了能够实现伸入锅炉超过例如20或30m，将所述软管设置相应的软管卷筒上，从而可以根据希望的清洁高度的不同退绕不同的长度。这种较大的软管卷筒现在也可以定位在压力容器中。这样的优点是，可以实现在相同的压力水平上的软管分布。这里用于软管卷筒的运行(路程测量系统、软管端点位置检测等)的传感器优选定位在容器之外。 

此外优选的是，在该装置中，流体分配装置包括一柔性的软管，该软管可以通过一驱动装置穿过所述至少一个接头段移动，该装置装 备有一设置在所述容器中的驱动装置。为了确保软管以及由此还有流体分配装置的路程精确的运动，所述金属软管例如通过多个受驱动的滚轮摩擦锁合地驱动。所述滚轮优选可以在两个方向上运行，从而实现了路程精确的流体分配装置。所述驱动装置也有利地设置在容器中，其中这里说明的具有受驱动滚轮的实施方案可以毫无问题地承受在运行中存在的条件。 

需要补充指出的是，例如用于软管卷筒的所述驱动装置和/或用来检测软管的运动的路程记录器定位在容器以外。为此设有适当的穿过容器的通口。 

现在完全特别优选的是还一种包括至少一个用于利用高压和高温处理气体的锅炉的设备，在该设备中，在锅炉中设有至少一个热交换面并且在外部在锅炉上设有至少一个根据本发明的装置以及一个相应的管接头，其中这样来定位所述流体分配装置，即，该流体分配装置可以向所述至少一个热交换面输送清洁流体。 

前面主要对分开的、可装配的用于清洁的装置进行了说明，而现在在这里将该装置与一相应的设备具体地相结合。这里特别是涉及一种热交换器锅炉，该锅炉连接在一用于煤气化的燃烧设备上。所述锅炉例如设计成具有膜壁部和废料加热面(原始材料Inconell 800，AC66)的圆柱形压力桶并在这里具有例如3至5m的直径以及30至50的高度，该锅炉以在30至50bar的范围内的压力运行，其中气体的进入锅炉的进入温度在1000℃至1600℃的范围内。对于相应较大的设备，可以实现15至25t/h的气体的质量流。所述设备特别是这样的设备，在该设备中可以燃烧煤以外的异物物质，特别是重油等。 

特别是在上述设备中优选的是，将或可将多个所述装置在上面安装在锅炉上，从而此时这样竖直地将流体分配装置导入锅炉中，即，所述流体分配装置可以以其清洁流体到达在这里实现的热交换面的至少部分区域。完全特别优选的是，利用多个热交换管形成所述热交换面，冷却介质、例如水流动穿过所述热交换管。所述热交换面特别是定位在锅炉的上三分之一内。这里，如果观察锅炉的横截面，所述管 可以按一定的图案布置。所述图案例如包括所述管距离锅炉壳体一定距离处的圆形布置，在这种布置中直到中央区域内设有多个径向向内定向的排，从而在圆周方向上形成多个热交换器区段，例如数量为10、12、14、16、18或20。现在优选的是，对于每个所述热交换器空间设有至少一个管接头，从而一个(或多个)清洁器或一个(或多个)流体分配装置可以有目的地通过所述管接头竖直地伸入所述锅炉并朝希望的热交换器区段移动并对其进行选择性清洁。以这种方式可以实现非常有目的的和彻底的清洁。 

此外还建议，所述锅炉具有多个管接头，并且可以使至少一个装置相对于多个管接头定向(对齐)。这特别是说明了这种情况，即，只存在一个装置，从而所述流体分配装置与容器以其与相应的管接头对齐，并产生一压力密封的连接，并在此时启动所述清洁器。 

特别有利的是，在所述至少一个管接头上设有封闭元件。所述封闭元件特别是用于相对于周围环境密封所述管接头，从而例如使得不再能够发生从锅炉内部到周围环境或者容器中的气体交换。由此可以实现，可以使容器脱离联接，特别是此时还可以消除其中的压力。由此一方面可以实现对内部的部件的保护，此外例如可以打开容器的安装活门，以便可以对设置在容器内部的部件进行维护和/或修理。 

因此，所述设备的另一个改进方案至少设有用于确定热交换面的污染程度或锅炉中的环境条件的传感器。前面所述的两种传感优选同时存在。在用于确定热交换面的污染程度的传感器的布置上应该注意，所述传感器尽管原则上是光学的或者说非接触式的传感器，但优选采用热流传感器，使所述热流传感器在确定的水平高度上导热地与热交换面相接触。根据温度差，可以确定在流过的气体和热交换管内部的热交换介质之间的热交换，从而以这种方式可以确定成渣(Verschlackung)程度。此时如果达到或超过一确定的极限值，则对热交换面的受污染的区域进行有目的的选择性的清洁。设置用于确定锅炉内的环境条件的传感器有助于例如确定或调节用于下一次清洁的、容器中的压力。 

根据所述设备的一个改进方案还建议，设有用于下述功能中的至少一个的控制单元：供应清洁流体、相对于锅炉定位所述装置、改变容器中的环境条件、检测锅炉的运行数据。为了这个目的，所述控制单元与下述部件中的至少一个相连：所述装置、清洁流体供应管道、软管卷筒、驱动装置、管接头、一传感器、压力升高装置。由此所述控制单元例如可以进行清洁流体的供应或关闭清洁流体的供应。例如也可以在考虑到所测得的热交换面上的成渣来对所述装置或流体分配装置进行定位。由此一方面例如是指，使所述装置朝相应的管接头定向，但另一方面也可以或者可选地确定或控制流体分配装置或喷嘴的位置。 

根据本发明的另一个方面，提出了一种用于清洁具有至少一个用于处理具有高压和高温的气体的锅炉的、处于运行中的设备的方法，该方法至少包括以下步骤： 

(a)使一根据本发明的类型的装置的容器内的环境条件与锅炉中的环境条件相匹配； 

(b)通过接头段和管接头使所述容器与锅炉相连接； 

(c)使流体分配装置朝锅炉的内部区域定向； 

(d)将清洁流体输送到锅炉的内部区域上。 

该方法特别可以利用根据本发明的设备实现。 

容器中环境条件特别是指压力。也就是说，特别是在对容器中的压力进行匹配时选择这样的压力，该压力高于锅炉中的压力，例如是一约为50kPa的过压。通过略微的过压冲刷气体(例如氮气)穿过接头段和管接头流入锅炉中，从而可避免合成气进入压力容器中。这样，同时还可以消除对位于容器中部件的污染。 

利用步骤(b)特别是可以实现容器和锅炉之间的流体技术上的连通，例如通过打开相应的锁定和/或封闭元件。 

在根据步骤(c)对流体分配装置进行定向时，特别是指，将一具有喷枪或喷嘴的软管垂直伸入锅炉中，其中此时所述流体分配装置特别优选地选择性地(只)定位在受污染的区段上并在这里开始清洁。 

步骤(d)特别是指，以一定的压力供应清洁介质，所述压力足够使其到达待清洁的热交换面。对于液体，这样来选择所述压力，即，只是实现润湿(基本上没有侵蚀作用)，与此不同，对于气体必须有足够高的动能，以便吹掉污物，从而这里应实现流体分配装置和热交换面之间尽可能小的距离。 

根据前面特别是用于清洁的方法的导入的说明，并且可以以任意已知的方式结束，下面将示出该方法终结的特别优选的实施方案。因此清洁过程的结束包括以下步骤中的至少一个： 

(e)确认清洁状态； 

(f)在容器中将流体分配装置定位在一卡锁位置； 

(g)通过接头段和管接头将容器从锅炉中分离； 

(h)使容器中的环境条件与设备的外部环境相匹配。 

确认清洁状态特别是指，检测或测量实际的清洁状态。原则上甚至还可以根据例如经验值将一确定的清洁强度或清洁持续时间用作用于终止清洁过程的固定的(时间上的)极限，但利用首先提到的变型可以实现较好的清洁效果。 

为了能够对流体分配装置进行(暂时的)分离和/或重新定位，建议，将流体分配装置导回容器内部中的一卡锁位置(或者基准位置)中，从该卡锁位置出发，可以正常地开始对所述装置的定向。 

容器和锅炉之间的流体技术的连通此时特别是可以分离，从而例如马达驱动的锁定和/或封闭元件起作用。 

为了进行安装和/或维护工作，使容器中的环境条件重新与正常的大气环境相匹配。 

当在步骤(a)中给容器设置至少30bar的压力，甚至设置50bar的压力时，所述方法是特别有利的。应选择适用于此的容器以及相应的密封件。 

特别是对于前面所述的用于煤气化的设备，如上所述有利的是，容器在步骤(a)中加载氮气。此时特别是相对于锅炉中的压力实现略微的过压(约30至80kPa)。 

最后还建议，使用一种液体作为清洁流体，其中以相对于锅炉中压力1至10bar、优选1至5bar的过压导入所述液体。特别是在考虑到合成气的流动速度的情况下，这足以能够润湿锅炉的例如距离大于200mm的区域。通过使液体撞击或作用在污物中，会出现冲击式的气化，其中由此出现的突然的体积变化会导致污物的爆裂或脱落。 

附图说明

本发明以及技术领域也可以结合附图得到说明。该附图示出了本发明的一个特别优选的实施方案，但本发明并不局限于该方案。 

具体实施方式

图1示意性地示出用于煤气化的、具有根据本发明的装置的、用于实现本发明的方法的设备的结构。 

这里在下部区域中示出锅炉2，这里所述锅炉设计成具有两个管接头8，所述管接头分别设计成具有封闭元件15。在左侧的管接头8处，连接元件15设计成带有一电机(通过一带有M的圆圈示出)，而右侧的管接头8具有一活门类型的封闭元件15，所述封闭元件只可以手动打开。 

在锅炉2的内部，在左侧的区域示出一热交换面14，例如具有一排由水流动通过的热交换管。沿竖直方向延伸的管或热交换面14在不同的水平高度上具有多个用于确定温度的传感器16。借助于所述传感器16可以获得关于热交换面14上的成渣或污染程度的反馈。如果识别到高污染程度，则开始清洁过程，其中有利地实际上只在热交换面14足够强烈地污染的区段内选择性地进行清洁。 

这里清洁本身利用根据本发明的装置1来实现。所述装置1包括一清洁器4，该清洁器包括一软管卷筒11、一软管10、一驱动装置12和一流体分配装置5。所述部件为此设置在一容器6中，所述容器可承担最高例如60bar的压力。容器6基本上设计锅炉形的，其中压力密封地封闭的侧壁作为用于安装所述各部件的安装活门是可分离的。 所述容器6具有一接头段7，该接头段可以与锅炉2的管接头8相连。这一方面可以直接进行，或者如这里所示通过一(特别是管状的)中间段实现。 

这里现在示出，来自容器6的流体分配装置5穿过接头段7和管接头8，从而将流体分配装置5朝待清洁的热交换面4的相应的区段定位。通过相应地输出清洁流体3，使热交换面14润湿并通过液体的膨胀(扩展)对其进行清洁。在清洁过程结束后，将流体分配装置5重新导回容器6的内部而进入一卡锁位置，其中，同时将软管10卷绕到软管卷筒11上。此时可以电机驱动地控制封闭元件15，从而重新密封地封闭锅炉2。 

在清洁期间，容器6用一种冲刷介质特别是氮气进行加载。所述冲刷介质通过压力升高装置9导入容器6的内部。借助于一在压力升高装置9和容器6的连接部中的传感器16可以精确地调整或(例如根据锅炉中的容器)调节容器6内部的压力。如果存在希望的压力，可以重新打开封闭元件15。除了冲刷介质供应还可以利用相应的多个传感器监控清洁流体供应(设有用于监控压力的压力传感器，该传感器用P表示)。为了输送流体或为了使封闭元件、阀或类似装置运行，此外还设有多个调节电机19。 

所述调节电机、传感器等此外还通过各连接件18与一控制单元17相连，以便实现数据交换和/或对各种部件的控制和/或调节。 

该整个设备13特别是用于冷却合成气，该合成气一1300℃以上的温度和40bar以上的压力流入锅炉2中。这里示出的装置1第一次运行对这种以高压和高温运行的锅炉中的热交换面进行清洁，并且是在线地、即在运行期间进行清洁。 

附图标记列表 

1装置 

2锅炉 

3清洁流体 

4清洁器 

5流体分配装置 

6容器 

7接头段 

8管接头 

9压力升高装置 

10软管 

11软管卷筒 

12驱动装置 

13设备 

14热交换面 

15封闭元件 

16传感器 

17控制单元 

18连接件 

19调节电机 

Claims (14)

1.一种用于用清洁液(3)清洁锅炉(2)的装置(1)，具有至少一个清洁器(4)，所述清洁器包括用于使一流体分配装置(5)朝锅炉(2)的内部区域定向的元件，其中，所述至少一个清洁器(4)由一容器(6)包围并能够利用至少一个接头段(7)安装在锅炉(2)的管接头(8)上，其中，该装置(1)能够与一压力升高装置(9)相连，利用所述压力升高装置能够改变容器(6)中的压力。

2.按权利要求1所述的装置(1)，其中，流体分配装置(5)设计成可至少移动或摆动穿过所述至少一个接头段(7)。

3.按权利要求1所述的装置(1)，其中，流体分配装置(5)包括一柔性的软管(10)，所述软管能够设置在一软管卷筒(11)上，并且所述软管卷筒(11)设置在所述容器(6)内。

4.按权利要求1所述的装置(1)，其中，流体分配装置(5)包括一柔性的软管(10)，该软管能够通过一驱动装置(12)移动穿过所述至少一个接头段(7)，并且所述驱动装置(12)设置在所述容器(6)中。

5.一种包括至少一个用于处理高压和高温的气体的锅炉(2)的设备(13)，在该设备中，在锅炉(2)内设有至少一个热交换面(14)，并且在外部在锅炉(2)上设有至少一个按权利要求1至4中任一项所述的装置(1)以及至少一个相应的管接头(8)，其中能够这样来定位所述流体分配装置(5)，即，使该流体分配装置能够向所述至少一个热交换面(14)输送清洁流体(3)。

6.按权利要求5所述的设备(13)，其中，所述锅炉(2)具有多个管接头(8)，并且能够使各所述至少一个装置(1)与多个管接头(8)对齐。

7.按权利要求5或6所述的设备(13)，其中，在所述至少一个管接头(8)上设有封闭元件(15)。

8.按权利要求5或6所述的设备(13)，其中，至少设有用于确定热交换面(14)的污染程度或锅炉(2)中的环境条件的传感器(16)。

9.按权利要求5或6所述的设备(13)，其中，设有一用于下述功能中的至少一个的控制单元(17)：供应清洁流体(3)、相对于锅炉(2)定位所述装置(1)、改变容器(6)中的环境条件、检测锅炉(2)的运行数据。

10.一种用于清洁具有至少一个用于处理高压和高温的气体的锅炉(2)的、处于运行中的设备(13)的方法，至少包括以下步骤：

(a)使一根据权利要求1至4中任一项所述的装置(1)的容器(6)内的环境条件与锅炉(2)中的环境条件相匹配；

(b)通过接头段(7)和管接头(8)使所述容器(6)与锅炉(2)相连；

(c)使流体分配装置(5)朝锅炉(2)的内部区域定向；

(d)将清洁流体(3)输送到锅炉(2)的内部区域上。

11.按权利要求10所述的方法，其中，清洁过程的结束包括以下步骤中的至少一个：

(e)确认清洁状态；

(f)在容器(6)中将流体分配装置(5)定位在一卡锁位置；

(g)通过接头段(7)和管接头(8)使容器(6)与锅炉(2)分离；

(h)使容器(6)中的环境条件与设备(13)的外部环境相匹配。

12.按权利要求10或11所述的方法，其中，在步骤(a)中给容器(6)设置至少30bar的压力。

13.按权利要求10或11所述的方法，其中，在步骤(a)中给容器(6)加载氮气。

14.按权利要求10或11所述的方法，其中，使用一种液体作为清洁流体(3)，其中以相对于锅炉(2)中的压力1至10bar的过压导入所述液体。

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