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Die
Erfindung betrifft Industrieeinrichtungen. Insbesondere betrifft
die Erfindung das Inspizieren einer Industrieeinrichtung, bei der
Detonationsreinigung vorgenommen wird.
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Oberflächenverschmutzung
ist ein großes Problem
bei Industrieinrichtungen. Derartige Einrichtungen umfassen Öfen (für Kohle, Öl, Müll, etc.), Heizkessel,
Vergasungsanlagen, Reaktoren, Wärmetauscher
und ähnliches.
Typischerweise weist die Einrichtung einen Kessen auf, der interne
Wärmeübertragsoberflächen beinhaltet,
die Verschmutzung durch das Ansammeln von Teilchen, beispielsweise Ruß, Asche,
mineralische Materialien und andere Verbrennungsprodukte und Nebenprodukte
der Verbrennung, kompaktere Anlagerungen, beispielsweise Schlacke
und/oder Verkrustung, und ähnlichem, ausgesetzt
sind. Eine derartige Anlagerung von Teilchen kann zunehmend den
Anlagenbetrieb stören, die
Effizienz und den Durchsatz verringern und möglicherweise Schaden verursachen.
Das Reinigen der Einrichtung ist deshalb sehr wünschenswert und ist mit einer
Anzahl relevanter Überlegungen
verbunden. Häufig
ist ein direkter Zugang zu den verschmutzten Oberflächen schwierig.
Um den Ertrag beizubehalten, ist es außerdem wünschenswert, die Ausfallzeit
der Industrieeinrichtung und entsprechende Kosten, die mit dem Reinigen
verbunden sind, zu minimieren. Es wurde eine Vielzahl von Technologien vorgeschlagen.
Beispielsweise wurden in den US-Patenten 5 494 004 und 6 438 191
und der Veröffentlichung
der US-Anmeldung 2002/0112638 verschiedene Technologien vorgeschlagen.
Eine weitere Technologie ist in Huque, Z. Experimental Investigation
of Slag Removal Using Pulse Detonation Wave Technique, DOE/HBCU/OMI
Annual Symposium, Miami, Fl., 16.-18. März 1999, beschrieben. Spezielle
Druckstoßwellentechniken
wurden von Hanjalic und Smajevic in deren Publikationen beschrieben: Hanjalic,
K. und Smajevic, I., Further Experience Using Detonation Waves for
Cleaning Boiler Heating Surfaces, International Journal of Energy
Research, Band 17, 583-595 (1993) und Hanjalic, K. und Smajevic,
I., Detonation-Wave Technique for On-load Deposit Removal from Surfaces
Exposed to Fouling: Parts I and II, Journal of Engineering for Gas
Turbines and Power, Transactions of the ASME, Band 1, 116223-236, Januar 1994.
Derartige Systeme sind auch in den jugoslawischen Patentveröffentlichungen
P 1756/88 und P 1728/88 beschrieben. Derartige Systeme werden häufig als "Rußblaseinrichtungen" (soot blowers) nach
einer beispielhaften Anwendung für
diese Technologie bezeichnet.
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Dennoch
verbleiben Gelegenheiten für
eine weitere Verbesserung auf dem Gebiet.
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Ein
Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen einer
Oberfläche
in einem Kessel mit einer Kesselwand, die ein Kesseläußeres von
einem Kesselinneren trennt und mit einer Wandöffnung. Eine längliche
Leitung hat ein strömungsaufwärtiges erstes
Ende und ein strömungsabwärtiges zweites
Ende und ist positioniert, um eine Stoßwelle von dem zweiten Ende
in das Kesselinnere zu richten. Eine Inspektionskameravorrichtung
hat einen in einer Betriebsposition in dem Kesselinneren gehaltenen
Kopf, eine Lichtquelle und eine Kamera. Mindestens ein Licht-emittierendes
Element der Lichtquelle wird von dem Kopf getragen. Mindestens eine
Eintrittslinse der Kamera wird von dem Kopf getragen, um so von
der Oberfläche
zurück
kehrendes Licht der Quelle zu fangen.
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In
verschiedenen Implementierungen kann eine Quelle von Brennstoff
und Oxidationsmittel mit der Leitung gekoppelt sein, um der Leitung
den Brennstoff und das Oxidationsmittel zu liefern. Ein Starter
kann positioniert sein, um eine Reaktion des Brennstoffs und des
Oxidationsmittels zu starten, um die Stoßwelle zu erzeugen. Die Kamera
kann im wesentlichen in dem Kopf getragen sein. Die Lichtquelle kann
im wesentlichen in dem Kopf getragen sein. Die Vorrichtung kann
ein Kühlfluid
führendes
Abstützelement
aufweisen. Die Oberfläche
kann eine äußere Oberfläche von
mindestens einem Rohr in einem ersten Rohrbündel sein. Das Abstützelement
kann zwischen dem ersten Rohrbündel
und einem zweiten Rohrbündel
verlaufen. Der Kopf kann zwischen ersten und zweiten Rohren des
ersten Rohrbündels
positioniert sein.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Inspektionskamera-Vorrichtung
mit einem Kopf, einer Lichtquelle, einer Kamera und einem Abstützmechanismus.
Der Kopf ist in einer Betriebsposition in dem Kesselinneren gehalten.
Mindestens ein Licht-emittierendes Element der Lichtquelle ist von dem
Kopf getragen. Mindestens eine Eintrittslinse der Kamera ist von
dem Kopf getragen, um von der Oberfläche zurückgeworfenes Licht der Quelle
einzufangen. Der Abstützmechanismus
hält den
Kopf in einer Betriebsposition. Ein Kühlfluidströmungsweg verläuft zumindest
teilweise durch den Abstützmechanismus.
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In
verschiedenen Implementierungen kann die Kamera eine CCD-Kamera
sein. Der Kühlfluidströmungsweg
kann um das Kontrollelement in der Führungsleitung verlaufen. Der
Abstützmechanismus
kann Leitungen enthalten, welche Kommunikationssignale von und/oder
zu der Kamera übermitteln und
Strom zu der Lichtquelle führen,
und kann von dem Kühlfluid
gekühlt
sein. Die Vorrichtung kann in Kombination mit einer Detonationsreinigungsvorrichtung
verwendet werden.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen
einer Oberfläche
in einem Kessel eines Teils einer Industrieeinrichtung. Der Kessel
hat eine Wand mit einer Öffnung
darin. Brennstoff und Oxidationsmittel werden in eine Leitung eingebracht.
Eine Reaktion des Brennstoffs und des Oxidationsmittels wird gestartet,
um so zu bewirken, dass eine Stoßwelle auf die Oberfläche trifft.
Eine Kamera mit einer integralen Lichtquelle in dem Kessel wird
verwendet, um die Oberfläche
zu inspizieren, während
die Industrieeinrichtung in Betrieb ist.
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In
verschiedenen Implementationen kann das Verfahren in wiederholter
sequenzieller Weise durchgeführt
werden. Die Kamera kann zwischen einem ersten und einem zweiten
benachbarten Rohrbündel
eingeführt
werden und dann zwischen ein erstes und ein zweites Rohr des ersten
Bündels.
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Die
Details von einer oder von mehreren Ausführungsformen der Erfindung
sind in den begleitenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung
wiedergegeben. Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung
werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen ersichtlich.
Es gilt:
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1 ist
eine Ansicht eines Industrieofens, dem mehrere Rußblaseinrichtungen
zugeordnet sind, die so positioniert sind, dass sie ein Niveau des Ofens
reinigen.
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2 ist
eine Seitenansicht einer der Blaseinrichtungen von 1.
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3 ist
eine zum Teil weggeschnittene Seitenansicht eines strömungsaufwärtigen Endes
des Bläsers
von 2.
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4 ist
eine Längsschnittansicht
eines Hauptbrennkammersegments der Rußblaseinrichtung von 2.
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5 ist
eine Endansicht des Segments von 4.
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6 ist
eine zum Teil schematische Ansicht eines Inspektionskamerasystems.
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7 ist
eine Seitenansicht eines Kamerakopfes des Systems von 6.
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Gleiche
Bezugszeichen und Bezeichnungen in den verschiedenen Zeichnungen
bezeichnen gleiche Elemente.
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1 zeigt
einen Ofen 20 mit beispielhaft drei zugehörigen Rußblaseinrichtungen 22.
In der gezeigten Ausführungsform
ist der Ofenkessel als ein rechtwinkliges Parallelepiped geformt,
und die Rußblaseinrichtungen
sind alle einer einzigen gemeinsamen Wand 24 des Kessels
zugeordnet und sind auf gleicher oder ähnlicher Höhe entlang der Wand positioniert.
Andere Konfigurationen sind möglich
(z.B. eine einzelne Rußblaseinrichtung,
eine oder mehrere Rußblaseinrichtung(en)
jeweils auf einem von mehreren Niveaus, und Ähnliches).
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Jede
Rußblaseinrichtung 22 weist
eine längliche
Verbrennungsleitung 26 auf, die sich von einem strömungsaufwärtigen fernen
Ende 28 entfernt von der Ofenwand 24 zu einem
strömungsabwärtigen nahen
Ende 30, welches der Wand 24 eng zugeordnet ist,
erstreckt. Optional kann jedoch das Ende 30 deutlich in
dem Ofen sein. Beim Betrieb einer jeden Rußblaseinrichtung wird eine
Verbrennung einer Brennstoff/Oxidationsmittel-Mischung in der Leitung 26 in der
Nähe des
strömungsaufwärtigen Endes
(z.B. innerhalb der am weitesten strömungsaufwärts liegenden zehn Prozent
einer Leitungslänge)
gestartet, um eine Detonationswelle zu erzeugen, die von dem strömungsabwärtigen Ende
als eine Stoßwelle
zusammen mit den zugehörigen
Verbrennungsgasen zum Reinigen von Oberflächen in dem inneren Volumen
des Ofens ausgestoßen
wird. Jede Rußblaseinrichtung
kann einer Brennstoff-/Oxidationsmittel-Quelle 32 zugeordnet
sein. Die verschiedenen Rußblaseinrichtungen
oder einzelne davon können sich
diese Quelle oder einzelne oder mehrere Komponenten davon teilen.
Eine beispielhafte Quelle weist eine Gasflasche 34 für verflüssigten
oder komprimierten gasförmigen
Brennstoff und eine Sauerstoffflasche 36 in entsprechenden
Aufbewahrungsstrukturen 38 und 40 auf. In der
beispielhaften Ausführungsform
ist das Oxidationsmittel ein erstes Oxidationsmittel, beispielsweise
im wesentlichen reiner Sauerstoff. Ein zweites Oxidationsmittel
kann in der Form von Werkstattluft oder Druckluft von einer zentralen
Luftquelle 42 geliefert werden. In der beispielhaften Ausführungsform
wird Luft in einem Luftspeicher 44 gespeichert. Brennstoff,
der expandiert ist und aus der Gasflasche 34 stammt, wird
generell in einem Brennstoffspeicher 46 gespeichert. Jede
beispielhafte Quelle 32 ist mit der zugehörigen Leitung 26 durch
ein geeignetes Leitungssystem, beispielsweise untenliegend oder
unterirdisch, verbunden. Ähnlich
weist jede Rußblaseinrichtung
eine Zündbox 50 zum
Starten der Verbrennung der Brennstoff/Oxidationsmittel-Mischung
auf, die zusammen mit der Quelle 32 von einem Steuerungs-
und Überwachungssystem
(nicht gezeigt) kontrolliert wird. 1 zeigt
ferner, dass die Wand 24 eine Anzahl von Öffnungen
zur Inspektion und/oder Messung aufweist. Beispielhafte Öffnungen
beinhalten eine Öffnung 54 zur
optischen Überwa chung
und eine Öffnung 56 zur Temperaturüberwachung,
die jeder Rußblaseinrichtung 22 zugeordnet
sind, um jeweils eine Videokamera für infrarotes und/oder sichtbares
Licht bzw. eine Thermoelement-Sonde zum Betrachten der zu reinigenden
Oberflächen
und zum Überwachen
der internen Temperaturen aufnimmt. Andere Sensoren/Überwachung/Probenentnahme
können
verwendet werden, einschließlich
Drucküberwachung,
Probenentnahme zur Zusammensetzungsfeststellung, und Ähnliches.
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2 zeigt
weitere Details einer beispielhaften Rußblaseinrichtung 22.
Die beispielhafte Detonationsleitung 26 ist mit einem Hauptkörperbereich,
der von einer Reihe von mit zwei Flanschen versehenen Leitungsabschnitten
oder -segmenten 60 gebildet ist, die von strömungsaufwärts bis
strömungsabwärts angeordnet
sind, und einem strömungsabwärtigen Düsenleitungsabschnitt
oder -segment 62 mit einem strömungsabwärtigen Bereich 64,
der durch eine Öffnung 66 in
der Wand ragt und in dem strömungsabwärtigen Ende
oder Auslass 30 endet, welches dem Inneren 68 des
Ofens ausgesetzt ist, gebildet. Der Begriff "Düse" wird breit verwendet
und erfordert nicht die Anwesenheit von irgendeiner aerodynamischen
Verjüngung,
Aufweitung oder von Kombinationen davon. Ein beispielhaftes Leitungssegmentmaterial
ist Metall (z.B. rostfreier Stahl). Der Auslass 30 kann
weiter in dem Ofen angeordnet sein, wenn eine geeignete Abstützung und
Kühlung
vorgesehen sind. 2 zeigt ferner Rohrbündel 70 im
Ofeninneren, deren äußere Oberflächen Verschmutzung
ausgesetzt sind. In der beispielhaften Ausführungsform ist jedes Leitungssegment 60 an
einem zugehörigen Wagen 72 abgestützt, dessen
Räder mit
einem Bahnsystem 74 entlang dem Fabrikbodens 76 zusammenwirken.
Das beispielhafte Bahnsystem weist ein Paar von parallelen Schienen
auf, die mit konkaven Umfangsoberflächen der Wagenräder zusammenwirken.
Die beispielhaften Segmente 60 haben eine ähnliche
Länge L,
und sind Ende an Ende mit zugehörigen
Anordnungen von Schrauben in den Schraubenöffnungen ihrer jeweiligen Flansche
verschraubt. Ähnlich
ist der strömungsabwärtige Flansch
des am weitesten strömungsabwärts befindlichen
Segments 60 mit dem strömungsaufwärtigen Flansch
der Düse 62 verschraubt.
In der beispielhaften Ausführungsform
ist ein Reaktionsband 80 (z.B. Baumwolle oder thermisch
strukturell widerstandsfähiges
Synthetikmaterial) in Reihe mit einer oder mehreren Metall-Schraubenreaktionsfedern 82 zu
diesem letzten zusammengepassten Flanschpaar gekoppelt und verbindet
die Verbrennungsleitung mit einer Umgebungsstruktur, beispielsweise
der Ofenwand, um elastisch nachgiebig Reaktionskräfte zu absorbieren,
die mit dem Entladen der Rußblaseinrichtung
einhergehen, und um für
eine korrekte Positionierung der Verbrennungsleitung für anschließendes Abfeuern
zu sorgen. Optional kann eine zusätzliche Dämpfung (nicht gezeigt) vorgesehen
sein. Die Kombination aus Reaktionsband und Feder kann als ein einzelner
Strang oder als eine Schlaufe gebildet sein. In der beispielhaften
Ausführungsform
hat dieser kombinierte strömungsabwärtige Abschnitt
eine Gesamtlänge
L2. Alternative elastisch nachgiebige, Rückstoß absorbierende
Mittel können
Federn, die nicht aus Metall sind, oder Federn, die nicht schraubenförmig sind,
oder Gummi oder andere elastomere Elemente, die vorzugsweise zumindest
teilweise unter Zug, Druck und/oder Scherkraft elastisch verformt sind,
pneumatische Stoßabsorber
und Ähnliches
aufweisen.
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Strömungsabwärts von
dem strömungsauwärtigen Ende 28 befindet
sich ein Vordetonator-Leitungsabschnitt/-segment 84, welches
auch mit zwei Flanschen versehen sein kann und eine Länge L3 hat. Das Vordetonator-Leitungssegment 84 hat
eine charakteristische innere Querschnittsfläche (quer zu einer Achse/Mittellinie 500 der
Leitung), die kleiner ist als eine charakteristische innere Querschnittsfläche (z.B.
Mittelwert, Medianwert, Modalwert oder Ähnliches) des strömungsabwärtigen Bereiches 60, 62 der
Verbrennungsleitung. In einer beispielhaften Ausführungsform
mit im Schnitt kreisförmigen
Leitungssegmenten ist die Vordetonator-Querschnittsfläche durch
einen Durchmesser von zwischen 8 cm und 12 cm charakterisiert, während der
strömungsabwärtige Bereich
durch einen Durchmesser von zwischen 20 cm und 40 cm charakterisiert
ist. Folglich sind beispielhafte Querschnittsflächenverhältnisse für den strömungsabwärtigen Bereich zu dem Vordetonator-Segment
zwischen 1:1 und 10:1, enger 2:1 und 10:1. Eine Gesamtlänge L zwischen
den Enden 28 und 30 kann 1 bis 15 m, enger 5 bis
15 m, betragen. In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich ein Übergangsleitungssegment 86 zwischen
dem Vordetonator-Segment 84 und dem strömungsaufwärtigsten Segment 60.
Das Segment 86 hat einen strömungsauwärtigen und einen strömungsabwärtigen Flansch,
die bemessen sind, mit den entsprechenden Flanschen der Segmente 84 und 60 zusammenzupassen,
und hat eine innere Oberfläche,
welche einen allmählichen Übergang
zwischen den inneren Querschnitten davon schafft. Das beispielhafte Segment 86 hat
eine Länge
L4. Ein beispielhafter halber Divergenzwinkel
der. inneren Oberfläche
des Segments 86 ist ≤ 12°, enger 5
bis 10°.
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Eine
Brennstoff-/Oxidationsmittel-Ladung kann in das Innere der Detonatorleitung
auf eine Vielzahl von Wegen eingebracht werden. Es kann eine oder
mehrere unterschiedliche Brennstoff-/Oxidationsmittel-Mischungen
geben. Eine derartige Mischung bzw. derartige Mischungen kann bzw.
können
außerhalb
der Detonatorleitung vorgemischt werden oder beim oder im Anschluss
an das Einbringen in die Leitung gemischt werden. 3 zeigt
die Segmente 84 und 86, konfiguriert für ein unterschiedliches
Einbringen von zwei unterschiedlichen Brennstoff-/Oxidationsmittel-Zusammensetzungen:
eine Vordetonator-Zusammensetzung und eine Hauptzusammensetzung.
In der beispielhaften Ausführungsform
ist in einem strömungsaufwärtigen Bereich
des Segments 84 ein Paar von Vordetonator-Brennstoffinjektionsleitungen 90 mit Öffnungen 92 in
der Segmentwand gekoppelt, welche Brennstoffinjektionsöffnungen
definieren. Ähnlich
ist ein Paar von Vordetonator-Oxidationsmittelleitungen 94 mit
Oxidationsmittel-Einlassöffnungen 96 gekoppelt.
In der beispielhaften Ausführungsform
befinden sich diese Öffnungen
in der strömungsaufwärtigen Hälfte der
Länge des
Segments 84. In der beispielhaften Ausführungsform ist jede der Brennstoffinjektionsöffnungen 92 mit
einer zugehörigen
Oxidationsmittelöffnung 96 bei
gleicher axialer Position und mit einem Winkel versetzt (beispielhaft
sind 90° gezeigt,
obwohl andere Winkel einschließlich
180° möglich sind),
um Gegenstrahlmischen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu leisten.
Eine Spülgasleitung 98,
die nachfolgend detaillierter beschrieben wird, ist ähnlich mit
einer Spülgasöffnung 100 verbunden,
jedoch weiter strömungsaufwärts. Eine
Abschlussplatte 102, welche mit dem strömungsaufwärtigen Flansch des Segments 84 verschraubt
ist, dichtet das strömungsaufwärtige Ende
der Verbrennungsleitung ab und führt einen
Zünder/Starter 106 (z.B.
eine Zündkerze)
mit einem Arbeitsende 108 zu dem Inneren des Segments 84 durch.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
werden der Hauptbrennstoff und das Hauptoxidationsmittel in das
Segment 86 eingebracht. In der gezeigten Ausführungsform
wird Hauptbrennstoff durch eine Anzahl von Hauptbrennstoffleitungen 112 gefördert, und
Hauptoxidationsmittel wird durch eine Anzahl von Hauptoxidationsmittelleitungen 110 gefördert, von
denen jede Endbereiche hat, welche die jeweils zugehörige Brennstoffleitung 112 konzentrisch umgeben,
um den Hauptbrennstoff und das Hauptoxidationsmittel an dem zugehörigen Einlass 114 zu vermischen.
Bei beispielhaften Ausführungsformen sind
die Brennstoffe Kohlenwasserstoffe. Bei speziellen beispielhaften
Ausführungsformen
sind beide Brennstoffe gleich, werden von einer einzelnen Brennstoffquelle
abgezogen, jedoch mit unterschiedlichen Oxidationsmitteln vermischt:
im wesentlichen reiner Sauerstoff für die Vordetonator-Mischung
und Luft für
die Hauptmischung. Beispielhafte Brennstoffe, die in einer derartigen
Situation nützlich
sind, sind Propan, MAPP-Gas oder Mischungen daraus. Andere Brennstoffe
sind möglich,
einschließlich
Ethylen und flüssige
Brennstoffe (z.B. Diesel, Kerosin und Strahlflugzeugtreibstoffe).
Die Oxidationsmittel können
Mischungen, beispielsweise Luft-/Sauerstoffmischungen mit geeigneten
Verhältnissen
aufweisen, um gewünschte
Chemie für
die Hauptladung und/oder die Vordetonator-Ladung zu erzielen. Außerdem können Einfachtreibstoffe
mit molekular kombinierten Brennstoff- und Oxidationsmittelbestandteilen
eine Option sein.
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Bei
Betrieb ist am Beginn des Verwendungszyklus die Verbrennungsleitung
anfangs leer mit Ausnahme der Anwesenheit von Luft (oder anderem Spülgas). Der
Vordetonator-Brennstoff und das Vordetonator-Oxidationsmittel werden
dann durch die zugehörigen Öffnungen
eingebracht und füllen
das Segment 84 und gehen zum Teil in das Segment 86 (z.B.
in der Nähe
des Mittelpunkts) und vorzugsweise bis knapp jenseits der Hauptbrennstoff-/Oxidationsmittel-Öffnungen.
Der Zufluss von Vordetonator-Brennstoff und Vordetonator-Oxidationsmittel wird
dann abgeschaltet. Ein beispielhaftes Volumen, welches mit dem Vordetonator-Brennstoff
und Vordetonator-Oxidationsmittel gefüllt ist, ist 1 bis 40%, enger
1 bis 20% des Verbrennungsleitungsvolumens. Der Hauptbrennstoff
und das Hauptoxidationsmittel werden dann eingebracht, um im wesentlichen
einen Bruchteil (z.B. 20 bis 100%) des verbleibenden Volu mens der
Brennkammerleitung zu füllen.
Der Zufluss von Hauptbrennstoff und Hauptoxidationsmittel wird dann
abgeschaltet. Das vorherige Einbringen von Vordetonator-Brennstoff
und -Oxidationsmittel bis hinter die Hauptbrennstoff-/Oxidationsmittelöffnungen
eliminiert größtenteils
das Risiko des Ausbildens eines Luftpfropfens oder eines anderen
nicht-brennbaren Pfropfens zwischen der Vordetonator-Ladung und
der Hauptladung. Ein derartiger Pfropfen könnte das Wandern der Verbrennungsfront
zwischen den zwei Ladungen verhindern.
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Bei
eingebrachten Ladungen wird die Zündbox ausgelöst, um eine
Funkenentladung des Starters zu liefern, der die Vordetonator-Ladung
entzündet.
Die Vordetonator-Ladung ist für
eine Chemie sehr schneller Verbrennung ausgewählt, und das anfängliche
Aufflammen geht schnell in eine Detonation in dem Segment 84 über und
erzeugt eine Detonationswelle. Sobald eine derartige Detonationswelle auftritt,
ist sie effektiv, durch die Hauptladung hindurchzugehen, die andererseits
eine ausreichend langsame Chemie hat, um nicht in der Leitung von selbst
zu detonieren. Die Welle geht in Längsrichtung strömungsabwärts und
entkommt von dem strömungsabwärtigen Ende 30 als
eine Stoßwelle
in das Innere des Ofens, trifft auf die zu reinigenden Oberflächen, um
einen thermischen und mechanischen Stoß zu erzeugen, um typischerweise
die Verschmutzung zumindest zu lösen.
Der Welle folgt das Auswerfen von druckbeaufschlagten Verbrennungsprodukten
aus der Detonatorleitung, wobei die ausgeworfenen Produkte als ein
Strahl von dem strömungsabwärtigen Ende 30 ausgehen
und weiter den Reinigungsprozess vervollständigen (z.B. das gelöste Material
entfernen). Nach diesem oder überlappend
mit diesem Ablassen der Verbrennungsprodukte wird ein Spülgas (z.B.
Luft aus der gleichen Quelle, welche das Hauptoxidationsmittel liefert,
und/oder Stickstoff) durch die Spülöffnung 100 eingebracht, um
die restlichen Verbrennungsprodukte auszutreiben und die Detonationsleitung
mit dem Spülgas
gefüllt,
fertig zur Wiederholung des Zyklus (entweder unmittelbar oder nach
einer anschließenden
regelmäßigen Zeitdauer
oder nach einer anschließenden unregelmäßigen Zeitdauer
(die von Hand oder automatisch durch das Steuerungs- und Überwachungssystem
festgelegt werden kann)) zu hinterlassen. Optional kann eine Basisströmung von
Spülgas
zwischen Lade-/Entladezyklen beibehalten wer den, um so ein Infiltrieren
von Gas und Teilchen von dem Ofeninneren strömungsaufwärts zu verhindern und beim Kühlen der
Detonatorleitung zu unterstützen.
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In
verschiedenen Implementierungen können innere Oberflächenverbesserungen
oder -vergrößerungen
die innere Oberfläche über das
hinaus vergrößern, was
durch die nominellen inneren Oberflächen der zylinderförmigen und
kegelstumpfförmigen
Segmente vorhanden ist. Die Verbesserung kann effektiv sein, den Übergang
von Aufflammen zu Detonation oder das Beibehalten der Detonationswelle
zu unterstützen. 4 zeigt
innere Oberflächenverbesserungen,
die an dem Inneren von einem der Hauptsegmente 60 angebracht
sind. Die beispielhafte Verbesserung ist nominell eine spiralförmig verlaufende
Nase oder eine "Chin-Spirale", obwohl andere Verbesserungen,
beispielsweise Shchelkin-Spiralen und Smirnov-Hohlräume verwendet
werden können.
Die Spirale ist von einem schraubenförmigen Element 120 gebildet.
Das beispielhafte Element 120 ist als ein Metallelement
mit kreisförmigem
Querschnitt (z.B. Draht aus rostfreiem Stahl) mit etwa 8 bis 20
mm Durchmesser gebildet. Andere Durchmesser können alternativ verwendet werden.
Das beispielhafte Element 120 ist von der inneren Oberfläche des Segments
durch eine Mehrzahl von Längselementen 122 beabstandet
gehalten. Die beispielhaften Längselemente
sind Stangen mit ähnlichem
Durchmesser und Material wie das Element 120 und mit der
inneren Oberfläche
des zugehörigen
Elements 60 verschweißt.
Derartige Verbesserungen können
auch verwendet werden, um eine Vordetonation anstelle oder zusätzlich zu
den genannten Verfahren, welche unterschiedliche Ladungen und unterschiedliche Brennkammerquerschnitte
verwenden, zu liefern.
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Die
Vorrichtung kann in einer breiten Vielzahl von Anwendungen Verwendung
finden. Beispielsweise kann schon allein in einem typischen kohlebefeuerten
Ofen die Vorrichtung verwendet werden bei: hängenden oder sekundären Überhitzern,
Konvektionspassagen (primäre Überhitzer
und Economizer-Rohrbündel); Luftvorwärmern; SCR-Scrubber (SCR – selective
catalyst removers); Gewebefiltern oder Elektrofiltern; Economizer-Entleerern;
Asche- oder anderen
Wärmeansammlungen,
sei es an Wärmetransferoberflächen oder irgendwo
anders, und Ähnlichem. Ähnliche
Möglichkeiten
gibt es bei anderen Anwendungen einschließlich ölbefeuerter Öfen, Schwarzlaugenkesseln,
Biomasse-Heizkesseln, Abfallrückgewinnungsbrennern
(Müllverbrennungsanlagen)
und Ähnlichem.
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6 zeigt
eine Inspektionskameravorrichtung 150, welche einen Inspektionskamerakopf 52 in einem
Rohrbündel 154 in
dem Ofen positioniert. In der gezeigten Ausführungsform ist der Kamerakopf zwischen
Teilbündeln 156 und 158 des
Bündels 154 durch
einen Arm 160 positioniert. Der beispielhafte Arm ragt
zwischen das erste Bündel 154 und
ein zweites Bündel 162.
In der beispielhaften Ausführungsform
weist der Arm 160 ein Strukturrohr mit einer länglichen
im wesentlichen geraden Hauptlänge 164,
welche sich von einem ersten Ende 166 außerhalb
des Ofens durch eine Öffnung 168 in
der Ofenwand und zu einem gekrümmten
Bereich 170 erstreckt, auf. Der beispielhafte Arm ist aus
zwei Hauptsegmenten gebildet, die von einem Kupplungselement 167 verbunden
sind. Der gekrümmte
Bereich geht zu einem zweiten Ende 172, aus dem der von
einem vorstehenden strömungsabwärtigen Endbereich 174 eines
flexiblen Abstützkerns 176 abgestützte Kopf
ragt. Der beispielhafte Abstützkern
geht durch die Länge
des Arms 160, wobei ein strömungsaufwärtiger Endbereich 178 aus
dem ersten Ende 166 des Arms heraussteht. Von hinter dem
ersten Ende 166 kann der Abstützkern weiter in den Arm hineingeschoben
werden oder weiter aus dem Arm herausgezogen werden, um durch eine
Hin- und Herbewegung entlang einer Achse 510 des Endes
und des Kopfes den Kopf von dem Ende 172 wegzubringen und
wieder in Richtung zu dem Ende zurückzubringen. Der Abstützkern kann
gedreht werden und kann den Kopf um diese Achse drehen. Außerdem kann ein
zusätzlicher
Mechanismus (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um den Kopf relativ
zu einer Achse quer zu der Erstreckungsachse 510 abzuwinkeln.
In dem beispielhaften Kopf 152 (7) kann
eine Kameraeinheit 180 und eine Lichtquelle 182 sein.
Die Kamera kann eine CCD-Typ-Kamera
mit einem oder mehreren Lichtfiltern zum selektiven Hindurchlassen
eines gewünschten
Lichtbereichs (z.B. IR, sichtbares Licht oder Frequenzbänder, die
zu vorgegebenen Radikalen wie CH und OH gehören), sein.
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Der
beispielhafte Kopf 152 weist ein Gehäuse in der Form einer äußeren Metallhülse auf,
welche von einem strömungsauwärtigen Ende 184 zu
einem strömungsabwärtigen Ende 186 verläuft. In
der beispielhaften Ausführungsform
sind die Kamera und das Licht in eine Richtung 512 quer
zur Richtung 510 gerichtet. Ein strömungsaufwärtiger Endbereich des Gehäuses ist
als ein von der Endplatte 192 eines Bereichs mit verringertem
Durchmesser 194 weg ragender Widerhakenschlauchanschluss 190 gebildet.
In der beispielhaften Ausführungsform
weist der Abstützkern 176 einen
flexiblen Schlauch 200 auf, der von einem strömungsaufwärtigen Ende
an dem strömungsaufwärtigen Ende
des Kerns zu einem strömungsabwärtigen Ende,
welches an dem Widerhakenschlauchanschluss 190 befestigt
ist, geht. Der Kern weist ferner eine flexible Schutzhülle 202 auf, welche
von einem strömungsauwärtigen Ende
an dem strömungsaufwärtigen Ende
des Kerns zu einem strömungsabwärtigen Ende
geht und mit dem Bereich mit verringertem Durchmesser 194 zusammenwirkt.
Eine beispielhafte Schutzhülle 202 ist
von einer Metallspirale gebildet. In der beispielhaften Ausführungsform
trägt der
Schlauch Signal-/Stromleitungen 218 für die Kamera und das Licht.
Die Leitungen 280 gehen von einer Kamera- und Lichtkontrollschaltung
aus. Die Kontrollschaltung 220 kann Ausgangsleitungen 222 zu
einem externen Bauteil, beispielsweise einem Digitalvideorecorder 224 und einem
Monitor 226 haben. Zusätzliche
Strom- und Steuereingänge
(nicht gezeigt) können
vorgesehen sein. Das strömungsaufwärtige Ende
des Schlauchs ist mit einer T-Muffe 230 verbunden, in die
die Leitungen 218 und eine Kühlmitteleingangsleitung 232 gehen.
Die Kühlmitteleingangsleitung
führt ein
erstes Kühlmittel
strömungsabwärts durch
den Schlauch und in den Kopf zur Abgabe aus dem Kopf, um so den
Schlauch und den Kopf zu kühlen.
Das beispielhafte Kühlmittel
ist Luft von einer Wirbelkühlmaschine
(vortex chiller) 234 strömungsaufwärts der T-Muffe 230.
Die Kältemaschine
wird von einer Versorgungsleitung 236 versorgt, die wiederum
von einem ersten Abzweiger eines T-Elements 238 versorgt wird,
welches über
eine Versorgungsleitung 240 mit einer Quelle verbunden
ist, beispielsweise der vorangehend beschriebenen Werkstattluft
oder Druckluft. In der beispielhaften Ausführungsform ist ein zweiter Abzweiger
des T-Elements durch eine Leitung 242 mit einer Einlassöffnung 244 an
dem Arm 160 in der Nähe
von dessen strömungsaufwärtigen Ende
verbunden. In der beispielhaften Ausführungsform ist ein Druckregulator 246 in
der Leitung 242 angeordnet. Die Leitung 242 liefert
ein zweites Kühlmittel
in der Form von relativ ungekühlter
Luft an den ringförmigen
Raum zwischen der inneren Oberfläche
des Arms und dem Äußeren der
Schutzhülle.
Luft strömt strömungsabwärts durch
diesen Raum, kühlt
den Arm und wird aus dem strömungsabwärtigen Ende des
Arms abgegeben. In der beispielhaften Ausführungsform sind die T-Elemente,
die Kältemaschine, die
Steuerschaltung, der Druckregulator und die zugehörigen Signal-,
Strom- und Fluidleitungen
in einem einzigen transportablen Modul 250 vorgepackt. Ein
beispielhaftes Modul ist ein Deckel oder irgendein anderer Teil
eines Versandbehältnisses,
welches Innenraum zum Aufnehmen des Recorders, des Monitors, der
Steuer-/Eingabegeräte,
des Kopfes und des aufgewickelten Abstützkerns, und des zerlegten Arms
hat.
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Hinsichtlich
der Abmessungen lässt
sich sagen, dass beispielhafte Längen
eines zusammengebauten Arms 2 bis 6 m, insbesondere 3 bis 4 m sind. Der
beispielhafte Kopf hat einen Ausfahr-/Rückziehbewegungsbereich von
0,5 bis 2 m, insbesondere 1,0 bis 1,5 m. Der beispielhafte Rotationsbewegungsbereich
ist unendlich. Jedoch ist ein auf 360° beschränkter Bereich funktional äquivalent,
aber weniger bequem. Kleinere Bereiche können jedoch verwendet werden.
Beispielhafte äußere Durchmesser des
Arms betragen 3 bis 8 cm, insbesondere 4 bis 6 cm. Ein beispielhafter
Kopfdurchmesser ist 2,0 bis 4,0 cm, wobei der Durchmesser der Schutzhülle etwa ähnlich ist
(in der gezeigten Ausführungsform
geringfügig
weniger). Beispielhafte Schlauchdurchmesser sind 1,5 bis 2,5 cm.
Beispielhafte Kühlmittelströmungsmengen
sind effektiv, um den Betrieb der Kamera und des Lichts und die
Integrität
des Armes und des Abstützkerns
bei Betriebstemperaturen von 427°C
(800°F)
oder größer beizubehalten.
Ein beispielhafter Bereich von Öfen
umfasst 538°C
bis 1371°C
(1000°F
bis 2500°F).
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Eine
Inspektionskamera (180) kann in Verbindung mit einer Stoßwellenreinigungsvorrichtung verwendet
werden. Die Kamera hat einen in Betriebsposition in einem Kesselinneren
gehaltenen Kopf (152). Eine Lichtquelle (182)
hat mindestens ein Licht-abgebendes Element, welches im Kopf (152) ist.
Mindestens eine Eintrittslinse der Kamera (180) ist in
dem Kopf, um so von einer Oberfläche
in dem Kesselinneren zurückkehrendes
Licht von der Quelle (182) einzufangen.
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Eine
oder mehrere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wurden beschrieben. Dennoch wird man
verstehen, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne
von dem Geist und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise
kann die Erfindung zur Verwendung mit einer Vielzahl von Industrieeinrichtungen und
mit einer Vielzahl von Rußgaseinrichtungs-Technologien
angepasst werden. Aspekte der bestehenden Einrichtung und der vorhandenen
Technologien können
Aspekte irgendeiner speziellen Implementierung beeinflussen. Folglich
sind andere Ausführungsformen
in dem Umfang der folgenden Ansprüche.