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Die Erfindung betrifft einen Lanzenbläser zur Reinigung von Konvektions- und Nachschaltheizflächen von Dampferzeugern mit Wasser, mit wenigstens einer linear verfahrbaren und dabei um ihre Längsachse drehbaren Lanze, die wenigstens eine Düse für den Austritt des Reinigungsmediums aufweist, mit wenigstens einem Antrieb zur Realisierung der Verfahr- und Drehbewegung der Lanze, wobei die Lanze als auf einem ortsfesten Kernrohr drehbar und verschiebbar angeordnetes Mantelrohr ausgebildet ist, das mit dem Kernrohr kommuniziert.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Schraublanzenbläsers der vorbezeichneten Art.
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Ein Schraublanzenbläser der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
WO 2004/005834 A1 bekannt. Schraublanzenbläser dienen in erster Linie zur Reinigung von Konvektions- und Nachschaltheizflächen von Dampferzeugern. In thermischen Energieanlagen, beispielsweise bei Dampferzeugern in Braunkohlekraftwerken, bilden sich im Betrieb durch die Verbrennung häufig Ablagerungen in Form von Aschen, Schlacken und Ruß an Konstruktionsteilen, Kesselwänden und Heizflächen. Solche Ablagerungen verschlechtern den Wärmeübergang der frei werdenden Brennstoffwärme auf das Trägermedium derart, dass der Wirkungsgrad beispielsweise des Dampferzeugers bereits nach relativ kurzer Betriebsdauer abnimmt. Dann ist die Reinigung der Dampferzeugerheizflächen erforderlich.
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Die Reinigung von Feuerräumen wird üblicherweise mit sogenannten Wasserlanzenbläsern durchgeführt. Hierzu wird ein Wasserstrahl mittels einer durch die in Betrieb befindliche und mit Flammen und/oder Rauchgasen durchströmte Wärmeanlage hindurch auf bestimmte Wandbereiche der Wärmeanlage gerichtet, wobei mittels des auf die Wandung des Feuerraums auftreffenden Wasserstrahls Ablagerungen gelöst werden.
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Ein solcher Wasserlanzenbläser ist beispielsweise aus der
DE 100 09 818 A1 bekannt. Zur Reinigung der Wärmeanlage ist eine mit einem Wasserzuleitungssystem verbundene Wasserlanze vorgesehen, die mit ihrer Mündung an oder in einer Luke in der Wandung eines Feuerraums der Wärmeanlage angeordnet ist. Der aus der Lanze mit hohem Druck austretende Wasserstrahl wird durch den Feuerraum auf die der Luke gegenüberliegenden und somit mit dem Wasserstrahl bestreichbaren Wandbereiche des Feuerraums gerichtet und bewirkt dort ein Abtragen der Verschmutzungen. Wasserlanzenbläser sind grundsätzlich jedoch nicht geeignet, Verschmutzungen im Inneren von Zügen mit Konvektions- bzw. Nachschaltheizflächen zu reinigen. Die Wärmetauschereinbauten in den dem Brennraum nachgeschalteten Zügen vereiteln den Einsatz von Wasserlanzenbläsern. Hier ist es erforderlich, das Reinigungsmedium nahe an die verunreinigten Stellen bzw. Ablagerungen zwischen den Wärmetauschereinrichtungen heranzubringen.
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Hierzu ist es bekannt, sogenannte Schraublanzenbläser zu verwenden, bei denen die Abreinigung der Heizflächen der Wärmetauschereinbauten mittels Dampf erfolgt. Über eine Luke in der Wandung der Energieanlage wird eine Lanze zwischen die Heizflächen gefahren. Die Lanze vollzieht eine lineare Vorschubbewegung mit einer überlagerten Rotationsbewegung, wobei mittels Dampf die von den Blasdüsen bestrichenen Konvektionsheizflächen abgereinigt werden. Obwohl Wärmetauschereinbauten empfindlich gegen thermische Schockwirkung durch Wassereinwirkung sind, ist es auch bekannt, Schraublanzenbläser mit Nasser zu betreiben.
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Aus der
WO 2004/005834 A1 ist beispielsweise ein Schraublanzenbläser bekannt, der sowohl mit Dampf als auch mit Wasser als Reinigungsmedium betreibbar ist. Mit dem Dampf soll eine weitflächige schonende Abreinigung der Wärmetauscherflächen erreicht werden. In Bereichen mit Schlackeablagerungen, die gegen die Dampfeinwirkung resistent sind, erfolgt die Reinigung mittels Wasserstrahl.
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Da der Dampf verhältnismäßig nahe an den zu reinigenden Flächen appliziert werden muss, der Wasserstrahl hingegen nicht zu nahe an die zu reinigenden Flächen herangebracht werden darf, um einen thermischen Schock an den zu reinigenden Einbauten zu vermeiden, ist eine selektive Ansteuerung der Blasdüsen für Dampf und Wasser erforderlich. Die hierfür benötigte Steuerung ist verhältnismäßig aufwändig.
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Bei dem aus der
WO 2004/005834 A1 bekannten Schraublanzenbläser ist die Lanze in bekannter Art und Weise als hohles Mantelrohr ausgebildet, das längs verschiebbar und verdrehbar auf einem Kernrohr angeordnet ist. Über das Kernrohr wird Dampf in das Mantelrohr injiziert, der an den hierfür vorgesehenen Blasdüsen des Blaskopfs austritt. Das Reinigungsmedium Nasser wird über eine Wasserverteilungseinrichtung und mehrere Wasserführungskanäle an den Blaskopf geführt, wobei die Verteilungseinrichtung so an der Lanze befestigt ist, dass sie deren Linearbewegung nachvollzieht, nicht oder nur teilweise hingegen die Rotationsbewegung der Lanze. Die Verteilung des Wassers von einem stationären Wasseranschluss auf die innerhalb der Lanze befindlichen Wasserleitungen, die bei Betrieb des Schraublanzenbläsers um die Längsachse der Lanze rotieren, ist technisch verhältnismäßig aufwändig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen mit Wasser betreibbaren Schraublanzenbläser zu schaffen, der eine besonders einfache und robuste Konstruktion aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Lanzenbläser zur Reinigung von Konvektions- und Nachschaltheizflächen von Dampferzeugern mit Wasser, mit wenigstens einer linear verfahrbaren und dabei um ihre Längsachse drehbaren Lanze, die wenigstens eine Düse für den Austritt des Reinigungsmediums aufweist, mit wenigstens einem Antrieb zur Realisierung der Verfahr- und Drehbewegung der Lanze, wobei die Lanze als auf einem ortsfesten Kernrohr drehbar und verschiebbar angeordnetes Mantelrohr ausgebildet ist, das mit dem Kernrohr kommuniziert. Der Lanzenbläser gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Kernrohr an eine Wasserzufuhr angeschlossen ist, über die das Mantelrohr und die Düse unmittelbar durch das Kernrohr mit Wasser als primäres Reinigungsmedium beaufschlagbar sind.
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Der Lanzenbläser gemäß der Erfindung hat den Vorzug, dass ein Betrieb mit Wasser als Reinigungsmedium trotz sich überlagernder Rotations- und Linearbewegung der Lanze mit einfachsten konstruktiven Mitteln möglich ist. Die Erfindung kann dahingehend zusammengefasst werden, dass ein Schraublanzenbläser, der üblicherweise mit überhitztem Dampf betrieben wird, konstruktiv so angepasst ist, dass dieser über den „Dampfweg” mit Wasser beschickt werden kann. Da die spezifische Dichte und somit das Volumen von Wasser unter Druck und Temperatur sich von überhitztem Dampf erheblich unterscheidet, ist es erforderlich, sowohl die Konstruktion des Schraublanzenbläsers als auch dessen Arbeitszyklus dem Reinigungsmedium Wasser anzupassen.
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Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Lanzenbläsers zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, mit der eine zyklische Befüllung und Entleerung der Lanze mit dem Reinigungsmedium über einen Bewegungszyklus umfassend Vorschub, Drehung und Rückzug der Lanze steuerbar ist.
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Um die Befüllung und Entleerung der Lanze mit dem Reinigungsmedium mit deren Bewegungszyklus koordinieren zu können, ist es sinnvoll, wenn zur Positionserfassung der Lanze in den verschiedenen Betriebsstellungen Schalter vorgesehen sind, die über wenigstens ein den Bewegungszyklus der Lanze mit vollziehendes Betätigungsorgan schaltbar sind.
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Vorzugsweise ist jeweils wenigstens ein Schalter zur Erfassung der Positionen Ruhestellung, Befüll- und/oder Entleerungsstellung und Umkehrstellung vorgesehen.
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Zweckmäßigerweise sind Mittel zur Erfassung des Füllgrades und des Fülldrucks der Lanze vor Einleitung oder Freigabe eines Bewegungszyklus vorgesehen.
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Um zumindest eine teilweise Entleerung der Lanze in der Entleerungsposition sowie eine Kühlung der Lanze in der Ruhestellung zu gewährleisten, ist es sinnvoll, wenn Mittel zur Spülluftbeaufschlagung der Lanze vorgesehen sind.
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Vorzugsweise weist das führende Ende der Lanze einen Blaskopf auf, an welchem zwei gegenüberliegend angeordnete Blasdüsen vorgesehen sind.
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Die Blasdüsen besitzen vorzugsweise einen Sprühwinkel von ca. 90°, es handelt sich hier um Flachstrahldüsen, die nicht punktförmig auf die abzureinigenden Flächen einwirken. Alternativ können die Blasdüsen als Vollstrahlkegeldüsen ausgebildet sein, wobei der von diesen erzeugte Flüssigkeitsstrahl punktförmig auf die abzureinigende Fläche auftrifft.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein verfahren zum Betreiben eines Schraublanzenbläsers zur Reinigung von Konvektions- und Nachschaltheizflächen von Dampferzeugern, bei welchem eine mit Blasdüsen für den Austritt des Reinigungsmediums bestückte Lanze mittels eines Antriebs während eines Reinigungszyklus sich überlagernde Linear- und Rotationsbewegungen zwischen den zu reinigenden Flächen beschreibt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst,
- – die Befüllung der Lanze mit Wasser als Reinigungsmedium in einer Befüllstellung,
- – die Einleitung des Blasvorgangs und der Vorschubbewegung der Lanze nach Erreichen eines gegebenen Füllvolumens und eines gegebenen Fülldrucks,
- – die Einleitung einer Rückzugsbewegung der Lanze in eine Entleerungsstellung nach Erreichen einer Umkehrstellung,
- – die Beaufschlagung der Lanze mit Spülluft in der Entleerungsstellung und
- – den Rückzug der Lanze in eine Ruhestellung.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass zumindest eine Teilentleerung der Lanze in der Entleerungsposition mittels Spülluft erfolgt.
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Das verfahren kann dahingehend zusammengefasst werden, dass dieses die zyklische Befüllung und Entleerung der Lanze mit dem Reinigungsmedium Wasser umfasst, und zwar unter Berücksichtigung, dass Wasser sich bei Ausweitung unter Druck und Temperatur anders verhält als überhitzter Dampf. Im Unterschied zum Stand der Technik wird das Füllvolumen der Lanze selbst zur Speicherung des für den Reinigungsvorgang benötigten Wasservorrats verwendet. Die Lanze wird in der Füllposition weitestgehend mit Wasser gefüllt und gekühlt. Nach Erreichen des benötigten Füllvolumens und Drucks wird der Reinigungsvorgang eingeleitet, das heißt die Vorschubbewegung der Lanze, wobei das Reinigungsmedium über die am Blaskopf befindlichen Blasdüsen abgegeben wird.
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Nach Beendigung des Blasvorgangs bzw. des Reinigungszyklus ist es sodann erforderlich, die Lanze zumindest teilweise zu entleeren, um zu verhindern, dass an der Kesselwand anliegende Wandheizflächen, Konstruktionsteile und das Mauerwerk unkontrolliert und übermäßig mit Wasser beaufschlagt werden. Auch soll ein unkontrollierter Austritt von heißem Wasser über den Kesselwandkasten ins Kesselhaus aus sicherheitstechnischen Gründen verhindert werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Lanzenbläsers gemäß der Erfindung in Ruhestellung,
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2 den in 1 dargestellten Lanzenbläser in Befüllstellung,
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3 den Lanzenbläser in Umkehrstellung,
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4 den Lanzenbläser in Wartungsstellung und
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5 eine vergrößerte Ansicht des Blaskopfs der Lanze.
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1 zeigt schematisch die auf einer Lafette 1 verfahrbare Lanze 2 des erfindungsgemäßen Lanzenbläsers 3. Der Lanzenbläser 3 ist im Kesselhaus eines nicht dargestellten Dampferzeugers angeordnet. Die Lanze 2 erstreckt sich durch einen Kesselwandkasten 4 und eine Öffnung 5 in der Kesselwandung 6 in einen dem Feuerraum des Dampferzeugers nachgeschalteten Heizzug des Kessels.
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Während eines Blaszyklus vollzieht die Lanze 2 eine Vorschubbewegung durch die Öffnung 5 in den Kessel zwischen die dort angeordneten zu reinigenden Einbauten. Diese Vorschubbewegung der Lanze 2 ist durch eine Rotationsbewegung um ihre Längsachse überlagert, wobei beim Vorschub die Lanze 2 mehrmals um ihre Längsachse rotiert, bis die in 3 gezeigte Umkehrstellung erreicht wird, beim Rückzug der Lanze in die in 1 dargestellte Ruhestellung rotiert diese wiederum mehrmals um ihre Längsachse, so dass schlussendlich Ablagerungen auf den Heizflächen in einem Raumwinkel von 360° abgereinigt werden.
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Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, ist die Lanze 2 als Mantelrohr verschiebbar auf einem Kernrohr 7 angeordnet und mittels nicht dargestellter Buchsen gegen dieses abgedichtet. Das Kernrohr 7 ist an eine Wasserleitung 8 und an eine Spülluftleitung 9 angeschlossen. Mittels einer Pumpe 10 ist als Reinigungsmedium Wasser unter einem Druck von ca. 10 bar über das Kernrohr 7 in die Lanze 2 einbringbar. Der Wasserdruck von 10 bar ist nicht kritisch für die Erfindung, an dieser Stelle sei dennoch erwähnt, dass der Wasserdruck in einem Bereich zwischen 1 und 25 bar wählbar ist. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt die Füllkapazität der Lanze etwa 60 l. Über den als Asynchronmotor ausgebildeten Elektroantrieb 11 ist die Lafette 1 und mit ihr die Lanze 2 linear verfahrbar und gleichzeitig um ihre Längsachse drehbar.
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Mit 12a, b und 12c sind jeweils Schalter bezeichnet, die über ein an der Lafette 1 angeordnetes Betätigungsorgan 13 schaltbar sind, so dass die von den Schaltern 12a, b, c definierten Betriebsstellungen der Lanze jeweils einen Schaltvorgang auslösen.
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Mit 14 ist ein erstes Magnetventil bezeichnet, welches die Wasserzufuhr zu der Lanze 2 schaltet, mit 15 ist ein zweites Magnetventil bezeichnet, welches die Spülluftzufuhr an die Lanze 2 schaltet.
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Die Betriebsweise des Lanzenbläsers 1 ist wie folgt:
Zunächst befindet sich die Lanze 2 in der in 1 dargestellten Ruhestellung. In dieser Ruhestellung ist der Schalter 12c betätigt.
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Die Betätigung der Lanze 2 erfolgt automatisiert und ist mit einem Kesseldiagnose- bzw. Onlinediagnosesystem gekoppelt. Alternativ kann die Betätigung der Lanze 2 auch manuell erfolgen. Der Bewegungszyklus wird über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung gesteuert. In der Steuereinrichtung werden die Schaltimpulse der Schalter 12a, b, c zur Schaltung der Magnetventile 14, 15 und zur Betätigung des Elektromotors 11 verarbeitet.
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Wird der Reinigungszyklus eingeleitet und die Lanze 2 in Richtung Kessel vorgeschoben, so wird der Schalter 12c freigegeben. Die Freigabe des Schalters 12c bewirkt das Schließen des Magnetventils 15 – in der Ruhestellung ist die Lanze 2 mit Spülluft zwecks Kühlung beaufschlagt – weiterhin bewirkt die Freigabe des Schalters 12c ein Öffnen des Magnetventils 14 und somit eine Freigabe der Wasserzufuhr mit zeitlicher Verzögerung. Erreicht die Lanze die mit dem Schalter 12b definierte Füllposition, erfolgt nach einer Betätigung des Schalters 12b ein weiterer Vorschub der Lanze unter der Bedingung, dass das Füllvolumen und der Fülldruck der Lanze 2 vorgegebene Mindestwerte erfüllen. Hierzu sind in der Wasserleitung 8 ein Druckaufnehmer 16 und ein Volumenstrommessgerät 17 vorgesehen.
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Werden in der Befüllstellung der Lanze 2 der gegebene Wasserdruck und das Füllvolumen der Lanze nicht erreicht, so fährt die Lanze 2 in die Ruhestellung zurück.
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Nach Erreichen des Fülldrucks und Füllvolumens fährt die Lanze 2 weiter in den Kessel, und zwar bis zu der durch den Schalter 12a definierten Umkehrstellung. Ist die Umkehrstellung erreicht, wird die Lanze in die durch den Schalter 12b definierte Entleerungsstellung verfahren. Die Betätigung des Schalters 12b bewirkt ein Schließen des Magnetventils 14 und Öffnen des Magnetventils 15. Mit Unterstützung der Spülluft wird ein Großteil der noch in der Lanze befindlichen Flüssigkeitsmenge abgelassen, und zwar über die am Blaskopf 18 vorgesehenen Blasdüsen 19. Während des Vorschubs der Lanze von der Befüllstellung zur Umkehrstellung wird das Nasser als Reinigungsmedium über die Wasserleitung 8 durch die vollständig gefüllte Lanze 2 über die Blasdüsen 19 abgegeben. Nach Abschalten der Wasserzufuhr ist die Lanze 2 naturgemäß weitestgehend noch mit Nasser befüllt. Um zu verhindern, dass das dann noch in der Lanze 2 befindliche Nasser unkontrolliert die Wandheizflächen, Konstruktionsteile und das Mauerwerk beaufschlagt, wird dieses in der Entleerungsstellung der Lanze 2 weitestgehend abgelassen. Anschließend wird die Lanze in die durch den Schalter 12c definierte Ruhestellung verfahren. In dieser Stellung ist sie für einen weiteren Reinigungszyklus einsatzbereit.
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5 zeigt die Anordnung der Blasdüsen 19 am Blaskopf. Es handelt sich hierbei um Flachstrahldüsen, die jeweils um 180° versetzt zueinander und hintereinander an dem Blaskopf 18 angeordnet sind. Die Blasdüsen 19 bestreichen jeweils einen Winkel von 90°. Es handelt sich um sogenannte Niederdruckdüsen mit parabolischer Flüssigkeitsverteilung, die gewährleisten, dass die Flüssigkeit nicht punktförmig auf die abzureinigende Fläche trifft. Die Blasdüsen sind weiterhin so ausgelegt, dass die Krafteinwirkung der austretenden Flüssigkeit mit zunehmender Veränderung des Abstands der Blasdüse 19 zur Ablagerungsoberfläche sich exponentiell vermindert.
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Zur Kinematik der Lanze 2 ist noch zu erwähnen, dass in der Ruhestellung der Lanze 2, in der der Blaskopf 18 kesselseitig in den Kesselwandkasten 4 zurückgezogen ist, die Blasdüsen vertikal übereinander angeordnet sind. In der durch den Schalter 12b definierten Stellung der Lanze 2 sind die Blasdüsen 19 sowohl zu Beginn als auch zu Ende des Blaszyklus horizontal nebeneinander angeordnet. Die Blasdüsen 19 haben jeweils in Bezug auf die Längsachse der Lanze 2 einen Anstellwinkel von ca. 7,5°.
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In 4 ist die Wartungsstellung der Lanze 2 dargestellt. Diese Stellung wird manuell angefahren, wobei die Lanze 2 vollständig aus dem Kesselwandkasten 4 in das Kesselhaus zurückgefahren wird. Diese Stellung dient zur visuellen Kontrolle des Zustands des Blaskopfs 18 und der Düsen 19.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lafette
- 2
- Lanze
- 3
- Lanzenbläser
- 4
- Kesselwandkasten
- 5
- Öffnung
- 6
- Kesselwandung
- 7
- Kernrohr
- 8
- Wasserleitung
- 9
- Spülluftleitung
- 10
- Pumpe
- 11
- Elektromotor
- 12a, b, c
- Schalter
- 13
- Betätigungsorgane
- 14
- erstes Magnetventil
- 15
- zweites Magnetventil
- 16
- Druckaufnehmer
- 17
- Volumenstrommessgerät
- 18
- Blaskopf
- 19
- Blasdüsen
