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Die
Erfindung betrifft Industrieeinrichtungen. Insbesondere betrifft
die Erfindung das Reinigen von Industrieeinrichtungen.
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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 Sur faces, 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 ist auf eine Vorrichtung zum Schaffen einer
Verbindung durch eine Kesselwand für Detonationsreinigen gerichtet.
Eine erste Leitung geht von der Kesselwand aus. Ein erstes Ventil
hat einen offenen Zustand, der eine Verbindung durch die erste Leitung
erlaubt, und einen geschlossenen Zustand. Eine zweite Leitung hat
einen Einsetzbereich, der so dimensioniert ist, dass er in einem
Aufnahmebereich der ersten Leitung aufgenommen werden kann. Ein
zweites Ventil hat einen offenen Zustand, der Verbindung durch die
zweite Leitung erlaubt, und einen geschlossenen Zustand.
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In
verschiedenen Implementierungen kann ein Ventil ein Schiebetürventil
sein, und das andere Ventil kann ein Schiebetürventil oder ein Schwenkklappenscharnier
sein. Eines der Ventile kann händisch
oder maschinell betätigt
sein, und das andere kann händischoder
maschinell betätigbar
sein. Es könnten
Mittel zum Abdichten der ersten Leitung relativ zu der zweiten Leitung über einen
ersten Einsetzbereich der zweiten Leitung in die erste Leitung vorgesehen
sein. Die zweite Leitung kann eine innere Oberfläche achsenversetzt zu einer äußeren Oberfläche haben.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bereitstellen
einer Verbindung für Detonationsreinigen
durch eine Kesselwand. Eine Leitung definiert einen Strömungsweg
durch die Kesselwand. Ein Ventil auf dem Strömungsweg hat einen offenen
Zustand und einen geschlossenen Zustand.
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In
verschiedenen Implementierungen kann eine Quelle für Brennstoff
und Oxidationsmittel mit der Leitung verbunden sein. Eine Einrichtung
kann Ladungen von Brennstoff und Oxidationsmittel entzünden. Das
Ventil kann relativ zu der Wand gesichert sein, z.B. an der Wand
befestigt sein. Das Ventil kann sich auf der strömungsabwärtigen Hälfte des Strömungswegs
befinden. Das Ventil kann ein erstes Ventil an einem strömungsaufwärtigen Ende
einer Zugangsleitung sein. Die Vorrichtung kann ein zweites Ventil
entlang der Leitung strömungsaufwärts von dem
ersten Ventil und strömungsaufwärts von
einem Einsetzbereich der Leitung in die Zugangsleitung aufweisen.
Das Ventil kann ein erstes Ventil zwischen einem Hauptbereich der
Leitung und einem strömungsabwärtigen Einsetzbereich
der Leitung sein. Die Vorrichtung kann ein zweites Ventil an einem strömungsaufwärtigen Ende
einer Zugangsleitung, die den Einsetzbereich aufnimmt, aufweisen.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen
einer Oberfläche
in einem Kessel. Der Kessel hat eine Wand und eine anfänglich von
einem ersten Ventil abgedichtete Zugangsleitung. Ein Einsetzbereich
einer Verbrennungsleitung wird in die Zugangsleitung eingesetzt.
Die Verbrennungsleitung hat ein zweites Ventil. Eine Dichtung wird
zwischen der Zugangsleitung und der Verbrennungsleitung gebildet.
Das erste Ventil wird geöffnet.
Das zweite Ventil wird geöffnet.
Verbrennungsgase treten durch die Verbrennungsleitung in den Kessel.
Der Einsetzbereich wird aus der Zugangsleitung zurückgezogen.
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In
verschiedenen Implementierungen kann das erste Ventil während einer
Zwischenstufe des Einsetzens geöffnet
werden. Eine Dichtung kann zwischen der Verbrennungsleitung und
der Zugangsleitung gebildet werden. Die Dichtung kann vor dem Öffnen des
ersten Ventils gebildet werden. Das Öffnen der Ventile kann eine
Schwenkbewegung einer Klappe dieses Ventils aufweisen. Das Öffnen des
anderen Ventils kann händisch
sein.
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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 Teilschnittansicht einer Kombination aus Verbrennungsleitungs-Auslassende und Ofenzugangsvorrichtung
in einer Anfangsstufe des Zusammenwirkens.
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7 ist
eine Ansicht der Kombination von 6 in einer
Endstufe des Zusammenwirkens.
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8 ist
eine Teilschnittansicht einer zweiten Kombination von Verbrennungsleitungs-Auslassende
und Ofenzugangsvorrichtung wie in einer Anfangsstufe des Zusammenwirkens.
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9 ist
eine Ansicht der Kombination von 8 in einer
Endstufe des Zusammenwirkens.
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10 ist
eine Teilschnittansicht einer dritten Kombination aus Verbrennungsleitungs-Auslassende
und Ofenzugangsvorrichtung in einer Anfangsstufe des Zusammenwirkens.
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11 ist
eine Ansicht der Kombination von 10 in
einer Endstufe des Zusammenwirkens.
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12 ist
eine Teilschnittansicht einer vierten Kombination aus Verbrennungsleitungs-Auslassende
und Ofenzugangsvorrichtung in einer Endstufe des Zusammenwirkens.
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13 ist
eine Ansicht einer fünften
Zugangsvorrichtung.
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14 ist
eine auseinander gezogene, zum Teil geschnittene Seitenansicht eines
fünften
Verbrennungsleitungs-Auslassendes.
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15 ist
eine Ansicht der Zugangsvorrichtung von 13 und
des Leitungs-Auslassendes
von 14 in einer ersten Zwischenstufe des Zusammenbaus.
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16 ist
eine Ansicht der Zugangsvorrichtung und des Auslassendes von 15 in
einer zweiten Zwischenstufe des Zusammenbaus.
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17 ist
eine Ansicht der Zugangsvorrichtung und des Verbrennungs-Auslassendes
der 15 in einer Endstufe des Zusammenbaus.
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18 ist
eine Teilschnittansicht einer sechsten Kombination von Verbrennungsleitungs-Auslassende
und Ofenzugangsvorrichtung in einer Endstufe des Zusammenwirkens.
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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 unten liegend 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 Überwachung
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 L1 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 strömungsauwärtigen 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 strömungsaufwärtigen 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 Volumens 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
re gelmäßigen 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 werden, 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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Verschiedene
Einrichtungen arbeiten bei deutlich unterschiedlichem Druck. Beispielsweise
ist in einem Überdruckofen
der Innendruck über
dem äußeren Umgebungsdruck.
Diese Druckdifferenz bringt Einschränkungen bei der Fähigkeit
für das
Anschließen
und Abschließen
von Rußblaseinrichtungs-Bauteilen
an bzw. von dem Ofen mit sich, während
der Ofen in Betrieb ist. Folglich kann ein Ventilsystem vorgesehen
sein, um Rußblaseinrichtungs-Einrichtungen
an den Ofen zu koppeln. 6 zeigt eine erste Zugangsleitungsanordnung 140,
die in (oder alternativ auf andere Art an) einer Öffnung in der
Ofenwand befestigt ist. Die Zugangsleitungsanordnung weist eine
Ventilanordnung (Ventil) und eine Dichtungsanordnung (Dichtung) 144 auf.
In der gezeigten Ausführungsform
weist die Zugangsleitungsanordnung eine Abstandsleitung 146 mit
einem inneren (strömungsabwärts) Endflansch 148 auf,
der relativ zu der Ofenwand befestigt ist, und einem äußeren (strömungsaufwärtigen)
Endflansch 150, an dem eine strömungsabwärtige Passfläche 152 eines
Körpers 154 des
Ventils befestigt ist. Eine strömungsabwärtige Oberfläche 156 eines
Körpers
der Dichtung ist an der äußeren/strömungsaufwärtigen Strömungsoberfläche 160 des
Ventilanordnungskörpers befestigt.
Das Ventil weist eine Klappe 162 auf, die von Hand oder
automatisch (z.B. hydraulisch oder elektromechanisch) zwischen einer
geschlossenen Konfiguration (z.B. Position), in der eine Öffnung in dem
Ventilkörper
blockiert und abgedichtet ist, und einer offenen Konfiguration,
in der die Ventilöffnung mindestens
teilweise frei ist, verschoben werden kann. Die Dichtung weist ein
Dichtungselement (z.B. einen O-Ring) 164 mit einer oder
mehreren Dichtungsflächen
zum abdichtenden Zusammenwirken mit Passflächen eines Einsetzbereichs
einer Verbrennungsleitung auf. In der beispielhaften Ausführungsform
ist die Dichtfläche
eine innere ringförmige Oberfläche 166 des
Dichtungselements, die mit einer äußeren ringförmigen Oberfläche einer
strömungsabwärtigen Einsetzleitung 170 zusammenwirkt.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
hat die Einsatzleitung einen strömungsaufwärtigen Flansch,
der an einer strömungsabwärtigen Oberfläche 174 eines
Körpers 176 eines
zweiten Ventils 178 angebracht ist. Die strömungsaufwärtige Oberfläche 180 des
zweiten Ventilkörpers
ist an einem strömungsabwärtigen Hauptleitungsabschnitt
oder -segment einer Rußblaseinrichtungs-Verbrennungsleitung
(z.B. an dem am weitesten strömungsabwärtigen Segment 60 der 2)
angebracht. Wie das erste Ventil hat die Klappe des zweiten Ventils
eine offene und eine geschlossene Konfiguration zum Abdichten der
Einsetzleitung relativ zu den Hauptsegmenten der Detonationsleitung.
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In
einem "heißen" Installationsbetrieb
kann die Einsetzleitung, bei arbeitendem Ofen und geschlossenem
erstem und zweiten Ventil (vorzugsweise als eine Einheit mit dem
Rest der Verbrennungsleitung) in Ausrichtung mit der Zugangsleitung
gebracht werden und eingesetzt werden, wobei ein Distalbereich bei
ihrem strömungsabwärtigen Ende 182 durch
die Dichtung tritt und mit dieser abdichtet. Abhängig von der speziellen Implementierung
kann eine weitere Verlagerung des Einsetzbereichs überflüssig sein.
In diesem Fall können
die Ventile geöffnet
werden, um ein Arbeiten der Rußblaseinrichtung zu
erlauben. Um die Einsetzleitung zu entfernen, können die Ventile geschlossen
werden und die Einsetzleitung aus der Dichtungsanordnung gezogen werden.
In anderen Implementierungen kann jedoch nach dem ersten abdichtenden
Einsetzen das erste Ventil geöffnet
werden, wobei das zweite Ventil geschlossen ist, und die Einsetzleitung
kann weiter eingesetzt werden, um so durch das erste Ventil hindurch
zu gehen und optional in die Abstandsleitung zu gehen. 7 zeigt
eine Situation, bei der das Ende 182 bis jenseits des strömungsabwärtigen Endes 190 der
Abstandsleitung und in das Ofeninnere vorangekommen ist. Danach
kann das zweite Ventil geöffnet
werden, um einen Betrieb der Rußblaseinrichtung
zu erlauben. Das Entfernen kann auf umgekehrte Weise erfolgen.
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8 zeigt
ein alternatives System mit einer ähnlichen Einsetzleitung und
einem zweiten Ventil (somit ähnlich
nummeriert), jedoch einer alternativen Zugangsleitungsanordnung 200.
Die Zugangsleitungsanordnung 200 weist eine Abstandsleitung 202 mit
einem ähnlichen
strömungsabwärtigen Flansch 203 zu
dem von 6 und einer ähnlichen Dichtung 204 zu
der von 6 auf, die an deren strömungsaufwärtigen Flansch 206 ohne
ein dazwischen liegendes oder zugehöriges Ventil befestigt ist.
Ein erstes Ventil 208 ist stattdessen an oder nahe dem
strömungsabwärtigen Ende
der Abstandsleitung angebracht. Das beispielhafte erste Ventil 208 ist
ein Schwenkklappenventil mit einer Klappe 210 und einem
Scharnier 212, welches die Klappe schwenkbar drehbar um
eine Scharnierachse 215 zwischen einer geschlossenen Konfiguration
(z.B. Orientierung), in der das strömungsabwärtige Ende der Zugangsleitung
blockiert/abgedichtet ist, und einer offenen Konfiguration auf.
Das beispielhafte erste betätigte
Ventil wird durch Kontakt mit der Einsetzleitung betätigt. In der
beispielhaften Ausführungsform
kann der Einsetzprozess das strömungsabwärtige Ende 182 der Einsetzleitung
in Kontakt mit der strömungsauwärtigen Oberfläche oder
Rückseite 216 der
Klappe bringen, so dass der körperliche
Kontaktdruck zwischen diesen beiden die Klappe in eine offene Orientierung (9)
dreht, wonach das zweite Ventil geöffnet werden kann. Beim Herausziehen
mit geschlossenem zweiten Ventil kann die Klappe beim Zurückziehen der
Einsetzleitung unter Federvorspannung oder durch Schwerkraft schließen. Die
beispielhafte Zusammenwirkung erfolgt zwischen dem strömungsabwärtigen Ende 182 und
der äußeren Oberfläche und einer
Steuerflächenoberfläche 218 eines
Vorsprungs 219 an der Rückseite 216.
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10 zeigt
noch eine weitere Modifikation, wobei die Zugangsleitungsanordnung ähnlich oder identisch
mit der ersten Zugangsleitungsanordnung ist (und somit ähnlich nummeriert
ist), wobei aber die Einsetzleitung kein strömungsaufwärtiges Ventil hat. Stattdessen
ist ein zweites Schwenkklappenventil 222 an dem strömungsabwärtigen Ende 224 der
Einsetzleitung gebildet. Das In-Eingriff-bringen der Einsetzleitung
mit der Zugangsleitung kann wie vorangehend unter Bezugnahme auf
die erste Ausführungsform
beschrieben erfolgen. Installiert (11) kann
das zweite Ventil 222 mittels eines Betäti gungsmechanismus (nicht gezeigt),
beispielsweise ein Mechanismus oder ein Kabel, beispielsweise in
der Wand der Einsetzleitung geöffnet
werden.
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Obwohl
bisher als eine innere und dazu koaxiale äußere Oberfläche aufweisend gezeigt, kann die
Einsetzleitung andere Anordnungen aufweisen (z.B. zum Laufen der
Rußblaseinrichtungs-Ausströmung in
eine gewünschte
Richtung). 12 zeigt beispielsweise einen
Einsetzbereich 230 mit einer inneren Oberfläche 232,
die eine schiefe Zylinderoberfläche
ist, deren Achse 520 nicht parallel (z.B. um 5 bis 30° versetzt)
zu der Achse 522 (die parallel zur Achse/Mittellinie 500
sein kann) der geraden kreisförmigen
Zylinderaußenoberfläche ist. 18 zeigt eine
Zugangsleitung 240 und einen Einsetzbereich 242 mit
einer inneren und einer äußeren Oberfläche, die
koaxial um eine Achse 530 sind, die aus der normalen (z.B.
um 5 bis 45°)
zu der Wand, durch die sie gehen, versetzt ist.
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13 zeigt
eine Zugangsleitungsanordnung 300, aufweisend ein Zugangsventil
vom Klappentyp 302 und eine Abstandsleitung 304.
Die Abstandsleitung ist so dimensioniert, dass sie durch eine Kesselwandöffnung ragt
und ist an ihrem strömungsaufwärtigen Ende
an dem Ventil 302 befestigt. Der Körper des beispielhaften Zugangsventils 302 hat
eine Reihe von Gewindesacklöchern
306 zum festen Anbringen eines Leitungsventils (nachfolgend beschrieben)
an dem Zugangsventil.
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14 zeigt
eine Einsetzleitung/-düse
und eine Leitungsventilanordnung 308. Die Anordnung 308 weist
eine doppelwandige Düse 310 auf,
die bei Betrieb ein Kühlgas
von strömungsaufwärts nach strömungsabwärts zwischen
den Düsenwänden in den
Kessel leiten kann. Die Düse 310 hat
einen strömungsaufwärtigen Flansch 312,
der nach dem Zusammenbau (wie nachfolgend beschrieben) zwischen
der strömungsaufwärtigen und
der strömungsabwärtigen Hälfte 314 und 316 eines
Körpers
des Leitungsventils gefangen ist. Das Leitungsventil weist ferner
eine Klappe 318 und Paar von Führungsschienen 320 auf.
Eine Dichtung 322 kann zwischen der strömungsaufwärtigen Fläche des Zugangsventilkörpers und
der strömungsabwärtigen Fläche des Leitungsventilkörpers abdichten.
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In
einem beispielhaften Ablauf des Zusammenbaus wurde das Zugangsventil 302 an
dem Kessel vorinstalliert (z.B. beim Bau des Kessels oder während er
abgeschaltet ist). Die verbleibenden Montageschritte können "heiß" (z.B. wenn der Kessel in
Betrieb ist) durchgeführt
werden. Das Zugangsventil ist anfangs in seinem geschlossenen Zustand. Eine
oder mehrere Gewindeschrauben (13) können mit
den Öffnungen 306 in
Eingriff gebracht werden. Die Dichtung 322 kann an ihren
Platz gebracht werden. Die strömungsabwärtige Hälfte 316 des
Leitungsventilkörpers
kann an seinen Platz gebracht werden, wobei die versenkten Öffnungen
die Schrauben und Muttern 332 (15), die
an den Schrauben in den Versenkungen befestigt sind, aufnehmen,
um so die Ventilhälfte 316 fest
mit dem Zugangsventilkörper
zu verschrauben. Die Düse 310 kann
anfangs an der Klappe 318 montiert werden, wobei die Klappe das
strömungsaufwärtige Düsenende
blockiert. Die beispielhafte Klappe weist eine Öffnung 334 auf, die anfangs
nicht mit der Düse
ausgerichtet ist. Die Düse kann
an der Klappe mit einem Befestigungswerkzeug 336 an der
strömungsabwärtigen Fläche der
Klappe und mit durch die Klappe in den Düsenflansch 312 gehenden
Schrauben gehalten sein. Führungsgewindestangen 338 können zu
Anfang an den strömungsabwärtigen Enden
in den Gewindeöffnungen
in der Ventilhälfte 316 befestigt
werden. Die Führungsstangen
können
durch die Öffnungen
in dem Werkzeug 336 gehen, und das Werkzeug kann daran
durch Muttern 340 gehalten sein. Die Muttern können angezogen
werden, um die Düse 310 allmählich durch
die Ventilhälfte 316 und
in das Zugangsventil zu bringen, bis sie eine Dichtung mit den Zugangsventildichtungen
(nicht gezeigt) ausbildet. Die Dichtung kann durch den Anschluss
einer Luftspülleitung
(nicht gezeigt) an eine Öffnung
in der Ventilhälfte 316 unterstützt werden,
um Druck zwischen dieser Hälfte
und der Düse
aufzubringen. Wenn das strömungsabwärtige Ende
der Düse
die Klappe des Zugangsventils erreicht, kann das Zugangsventil geöffnet werden. Der über die
Luftspülleitung
aufgebrachte Druck trägt dazu
bei, eine Leckage von Ofengas um die Düse zu verhindern. Ähnlich kann
eine zusätzliche
Luftspülleitung
(ebenso nicht gezeigt) mit einer Öffnung in dem Zugangsleitungskörper oder
-flansch verbunden sein, um zusätzlich
eine Leckage von Ofengas zu vermeiden. Ein weiteres Anziehen der
Muttern 340 setzt die Düse 310,
geführt
durch die Stangen 338 und das Werkzeug 336, weiter
ein. Schließlich
bringt das Anziehen die Klappe 318 in Eingriff mit der
Ventilhälfte 316,
wobei die strömungsabwärtige Fläche der
Klappe flach an der strömungsaufwärtigen Fläche dieser
Ventilhälfte
anliegt und optional mittels einer Dichtung (nicht gezeigt) abgedichtet
ist. Die Führungsschienen 320 (16)
können
dann installiert werden (z.B. indem sie an die strömungsabwärtige Hälfte 316 des
Leitungsventils angeschraubt werden, um die Klappe 318 zu
fangen und ein Verlagern davon nach strömungsaufwärts zu verhindern). Das Werkzeug 336 und
die Gewindestangen 338 können dann entfernt werden.
Die Klappe 318 bleibt von den Schienen 320 in
Position gehalten. Die strömungsaufwärtige Hälfte 314 des
Leitungsventilkörpers
kann dann mit Schrauben 342 (17), die
um die Klappe herum in Gewindeöffnung
in der strömungsabwärtigen Hälfte 316 gehen,
installiert werden. Die strömungsauwärtige Hälfte 314 hat
Gewindeöffnungen 344,
in die Schrauben (nicht gezeigt) eingesetzt werden können und
an denen der strömungsabwärtige Flansch
des benachbarten Leitungsabschnitts befestigt wird. Die verbleibenden
Leitungsabschnitte können
mit der im benachbarten Leitungsabschnitt als eine Einheit vormontiert
worden sein, oder sie können
weiter aufgebaut werden. Wenn die Leitung vollständig zusammengebaut ist, kann
das Leitungsventil geöffnet
werden (z.B. über
einen Handgriff 346, der die Klappe verlagert, um die Öffnung 334 mit
dem Leitungsinneren in Ausrichtung zu bringen). Ein Zerlegen kann
im wesentlichen durch die Umkehr dieses Verfahrensablaufs erfolgen.
Bei alternativen Ausführungsformen
kann das Leitungsventil weggelassen werden, und strömungsaufwärtige Leitungsabschnitte
können
direkt an dem Zugangsventil befestigt werden (mit oder ohne Einsetzleitung).
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Eine
Vorrichtung zum Liefern von Detonationsreinigung durch eine Kesselwand
hat eine erste Leitung, welche durch die Wand ragt. Ein erstes Ventil
hat einen offenen Zustand, der eine Verbindung durch die erste Leitung
zulässt,
und einen geschlossenen Zustand. Eine zweite Leitung hat einen Einsetzbereich,
der bemessen ist, dass er in einem Aufnahmebereich der ersten Leitung
aufgenommen werden kann. Ein zweites Ventil hat einen offenen Zustand,
der eine Verbindung durch die zweite Leitung erlaubt, und einen
geschlossenen Zustand.
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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.