DE102004060884A1

DE102004060884A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Verbrennungsrückständen mit unterschiedlichen Reinigungsmedien

Info

Publication number: DE102004060884A1
Application number: DE102004060884A
Authority: DE
Inventors: Achim Schiffer; Helmut Robiné; Dieter Rüsenberg; Stephan Schwenke; Helmut Dombrowski; Manfred Frach; Frank Völker
Original assignee: Bergemann GmbH; RWE Power AG
Current assignee: Bergemann GmbH; RWE Power AG
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-29
Also published as: US7767027B2; US20060141408A1

Abstract

Verfahren zum Entfernen von Verbrennungsrückständen (1) von einer Wand (2) einer Verbrennungsgase führenden Kammer (3) bzw. von mindestens einer in der Kammer (3) angeordneten Komponente (31), umfassend zumindest die folgenden Schritte: DOLLAR A a) Kontaktieren der Verbrennungsrückstände (1) mit einem ersten Reinigungsmedium (4), DOLLAR A b) Kontaktieren der vorbehandelten Verbrennungsrückstände (1) mit einem zweiten Reinigungsmedium (5), DOLLAR A wobei sich das erste Reinigungsmedium (4) und das zweite Reinigungsmedium (5) zumindest hinsichtlich des Aggregatzustandes unterscheiden. DOLLAR A Weiter wird eine Vorrichtung mit unterschiedlichen Reinigungsgeräten (6, 7) und zumindest teilweise überlappenden Wirkbereichen (8, 9) vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen eine besonders schonende und gründliche Reinigung z. B. von Wärmeaustauschflächen in Dampferzeugern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Verbrennungsrückständen von einer Wand einer Verbrennungsgase führenden Kammer bzw. von einer Wand mindestens einer in der Kammer angeordneten Komponente, insbesondere von Heizflächen. Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Entfernen von Verbrennungsrückständen beschrieben. Die Erfindung findet insbesondere im Bereich der Reinigung von Wärmeaustauschflächen bei Wärmekraftanlagen, Müllverbrennungsanlagen, Dampferzeugeranlagen und ähnlichen Anlagen Anwendung.
Aufgrund der stattfindenden Verbrennung und den dabei entstehenden Verbrennungsgasen bleiben die in den Verbrennungsgasen mitgeführte Asche, Schlacke oder sonstige Verunreinigungen (zusammenfassend nachfolgend Verbrennungsrückstände genannt) letztlich auch an den beströmten Wänden bzw. den Wärmeaustauschflächen der Brennräume, der Wärmetauscher, der Rauchableitung etc. haften. Das hat zur Folge, dass gerade die zum Wärmeaustausch vorgesehenen Wärmeaustauschflächen während des Betriebes zunehmend einen geringeren Wärmeaustauschgrad aufweisen. Deshalb ist es erforderlich, dass diese Wärmeaustauschflächen, wobei hierunter unter anderem Kesselwandungen, Rohrschlangen, Wärmetauscherflächen und ähnliches zu subsumieren sind, von der anhaftenden Asche bzw. Schlacke befreit werden. Zur Reinigung der Wärmeaustauschflächen bzw. der Wände von Wärmeanlagen, Dampfkraftanlagen, Müllverbrennungsanlagen oder ähnlichen Dampferzeugern, die Brennräume bzw. Kessel oder ähnliches aufweisen, sind im wesentlichen drei unterschiedliche Konzepte bekannt.
Ein erstes Konzept zum Entfernen von Verbrennungsrückständen geht beispielsweise aus der WO 01/65179 hervor. Dort ist ein so genannter Wasserlanzenbläser beschrieben. Wasserlanzenbläser weisen eine Wasserlanze auf, die mit ihrer Mündung an oder in einer Luke der Wärmeanlage schwenkbar angeordnet ist und einen Wasserstrahl durch die im Betrieb befindliche und mit Flammen und/oder Rauchgasen beströmte Wärmeanlage hindurch auf von der Luke aus erreichbare Wandbereiche blasen kann. Solche Wasserlanzenbläser geben einen gebündelten Wasserstrahl durch den Feuerraum auf die gegenüberliegende Wand ab. In Folge der kinetischen Wasserstrahlenergie und des schlagartigen Verdampfens in den Poren der Verbrennungsrückstände wird ein Abplatzen der Verbrennungsrückstände von der Wand bewirkt. Aufgrund der Tatsache, dass hierbei zum Teil erhebliche Entfernungen zurückgelegt werden müssen, werden derartige Wasserlanzenbläser mit relativ hohem Druck beaufschlagt. Der Schwenkwinkel eines solchen Wasserlanzenbläsers sowie der hohe Wasserdruck schränkt die Einsatzmöglichkeit ein, da über kurze Entfernungen nur relativ kleine Flächen der Wand erreichbar sind und unter Umständen dort befindliche Komponenten beschädigt werden können.
Aus dem Bereich der Abfallverbrennungsanlagen ist zudem eine Vorrichtung zur Online-Kesselreinigung bekannt, bei der die Zuführung von Reinigungsmittel mittels einem vertikal von oben herabhängenden, hitzebeständigen, flexiblen Schlauch verwirklicht wird. Eine solche Vorrichtung geht beispielsweise aus der EP 1 256 761 hervor. Dieser Schlauch ist über einem Zuführrohr am oberen Ende eines Leerzuges angeordnet und wird in einer vorgegebenen Weise hinauf und runter bewegt, wobei gleichzeitig seine Düse das Reinigungsmittel gleichmäßig über den Umfang verteilt. Die Vorrichtung bietet sich insbesondere dort an, wo ein seitlicher Zugang zur Wärmeanlage bzw. den zu reinigenden Wänden nicht möglich ist.
Als drittes Konzept sind noch so genannte Rußbläser bekannt, wie einer beispielsweise aus der EP 0 391 038 hervorgeht. Solchen Rußbläsern wird ein unter Druck stehendes Fluid zugeführt, das in den Düsen auf den in der erhitzten und zu reinigenden Kammer herrschenden Umgebungsdruck entspannt wird. Die sich am Austritt aus den Düsen bildenden Blasstrahlen dienen dann mit ihrer hohen kinetischen Energie zum Entfernen der unerwünschten Verbrennungsrückstände. Die Düsen sind auf einem Blasrohr angeordnet, welches zur Durchführung des Reinigungsprozesses in den Innenraum der Kammer hinein bewegt wird. Die am Ende und/oder am Umfang verteilt angeordneten Düsen reinigen somit jeweils verschiedene Bereiche der Kammer bzw. der darin angeordneten Komponenten. Bekannte Rußbläser sind so gestaltet, dass deren Blasrohr neben einer translatorischen Bewegung relativ zur Kammer zusätzlich eine Eigenrotationsbewegung dwchführen kann. Damit wird erreicht, dass sich die von dem Blasrohr ausgehenden Blasstrahlen schraubenförmig durch den Innenraum der Kammer fortpflanzen.
Bei bekannten Reinigungsverfahren wird regelmäßig der Aufbau bzw. die Gestalt des Kessels zur Wahl eines der vorstehend genannten Reinigungskonzepte herangezogen. Das bedeutet insbesondere, dass die Gegebenheiten des Dampferzeugers bzw. der Anlage zur Auswahl genau eines lokalen Reinigungskonzeptes führen. Dabei werden in der Regel Kompromisse eingegangen, die beispielsweise zu einer relativ hohen Wiederholhäufigkeit des Reinigungsprozesses, zu einer ungenügenden Reinigungswirkung und/oder auch zur Beschädigung der gereinigten Wände führen können. In Anbetracht der Tatsache, dass die Reinigung erheblichen Einfluss auf die Temperaturen im Dampferzeuger und damit auf den Wirkungsgrad hat, sind häufige, ineffiziente Reinigungsprozesse zu vermeiden. Dies kann neben einem erhöhten Energieverbrauch auch zu einer hohen Beanspruchung der Komponenten des Dampferzeugers sowie der Reinigungsgeräte führen. Dadurch besteht die Gefahr hoher Wartungs- und Instandhaltungskosten.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik bekannten, technischen Probleme zumindest teilweise zu lindern. Insbesondere ist es Aufgabe, ein Verfahren zum Entfernen von Verbrennungsrückständen vorzuschlagen, welches eine besonders gute Reinigungswirkung aufweist und auch während des Betriebes des Dampferzeugers einsetzbar ist, wobei es bevorzugt zumindest halbautomatisch durchgeführt werden kann. Weiter soll eine Vorrichtung angegeben werden, welche ebenfalls eine Online-Reinigung mit besonderer Gründlichkeit hinsichtlich des Entfernens von Verbrennungsrückständen ermöglicht. Dies soll zu einem effizienten und kostengünstigen Betrieb eines Dampferzeugers führen.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zum Entfernen von Verbrennungsrückständen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen offenbarten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können. Die in den Patentansprüchen beschriebenen Verfahren bzw. Vorrichtungen können mit in der Beschreibung offenbarten Merkmalen näher spezifiziert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen von Verbrennungsrückständen von einer Wand einer Verbrennungsgase führenden Kammer bzw. von mindestens einer in der Kammer angeordneten Komponente umfasst zumindest die folgenden Schritte:

a) Kontaktieren der Verbrennungsrückstände mit einem ersten Reinigungsmedium,
b) Kontaktieren der vorbehandelten Verbrennungsrückstände mit einem zweiten Reinigungsmedium,

Mit Verbrennungsrückständen sind insbesondere Ablagerungen von Asche, Schlacke, Ruß und ähnliches gemeint. Diese haben ihren Ursprung in der Verbrennung von Materialien zur Erzeugung heißer Verbrennungsgase, die mit Wärmeaustauschflächen in Kontakt kommen, um beispielsweise Wasserdampf zu erzeugen bzw. zu erhitzen. Zu diesen oder anderen Zwecken werden die Verbrennungsgase ausgehend von einer Brennkammer durch weitere Bereiche einer Dampferzeugeranlage hindurchgeführt, wobei sie einerseits mit den Wänden von Kammern in Kontakt kommen als auch mit den Wänden darin angeordneter Komponenten, wobei dies insbesondere für Heizflächen gilt. Der Begriff „Kammer" umfasst dabei zumindest Brennkammer, Feuerraum, Abzugsschächte, Leerzüge. Solche „Komponenten" können Rohre, Wärmetauscher, etc. sein. Die Kammer und/oder die Komponente weist bevorzugt konvektive Wärmeaustauschflächen auf.
Gemäß Schritt a) wird nun vorgeschlagen, dass die Verbrennungsrückstände zunächst mit einem ersten Reinigungsmedium kontaktiert werden. Als erstes Reinigungsmedium kommt bevorzugt ein Fluid zum Einsatz, insbesondere ein neutrales, unter Umweltgesichtspunkten einfach handhabbares und kostengünstig bereitstellbares Fluid. Nachdem die Verbrennungsrückstände bereits mit dem ersten Reinigungsmedium in Kontakt gebracht wurden, folgt nun Schritt b), wobei die vorbehandelten Verbrennungsrückstände mit einem zweiten Reinigungsmedium kontaktiert werden. Bezüglich des zweiten Reinigungsmediums wird ebenfalls bevorzugt auf ein Fluid zurückgegriffen, welches den gleichen Anforderungen wie das erste Reinigungsmedium genügen sollte.
Das erste Reinigungsmedium unterscheidet sich von dem zweiten Reinigungsmedium zumindest hinsichtlich des Aggregatzustandes. Demnach ist es beispielsweise möglich, dass die Reinigungsmedien in fester Form (insbesondere als Gefriergut, wie z.B. Eis oder ähnliches), in flüssiger Form (insbesondere als überwiegend Wasser umfassende Flüssigkeit) oder in gasförmigen Zustand (insbesondere Luft, Dampf, Rauchgas etc.) eingesetzt werden, wobei Art und Umfang des Einsatzes entsprechend der Verschmutzungscharakteristik zu wählen ist. Das bedeutet insbesondere, dass es möglich ist, dass sich das erste Reinigungsmedium und das zweite Reinigungsmedium nur hinsichtlich des Aggregatzustandes unterscheiden, es ist jedoch auch möglich, dass die (z.B. chemische) Zusammensetzung der Reinigungsmedien zusätzlich unterschiedlich gewählt wird. Bei dem Verfahren mit einer kombinierten Anwendung von mindestens zwei Reinigungsmedien unterschiedlicher Aggregatzustände konnte nachweislich ein verbessertes Ergebnis hinsichtlich des Entfernens von Verbrennungsrückständen erzielt werden. Dies ist insbesondere auf die unterschiedlichen Einwirkmechanismen der Reinigungsmedien zurückzuführen. Bevorzugt ist das Verfahren dabei so auszuführen, dass das Kontaktieren der Verbrennungsrückstände in Schritt a) mit einer geringeren kinetischen Energie erfolgt, als das Kontaktieren mit dem zweiten Reinigungsmedium gemäß Schritt b). Zur Verwirklichung dieses Verfahrens könnten grundsätzlich alle in der Einleitung aufgeführten Reinigungskonzepte bzw. Reinigungsgeräte eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist das erste Reinigungsmedium flüssig und das zweite Reinigungsmedium dampfförmig. Dabei wird als Reinigungsmedium bevorzugt Wasser bzw. Wasserdampf eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt ist dabei, dass das flüssige erste Reinigungsmedium mit geringer kinetischer Energie mit den Verbrennungsrückständen in Kontakt gebracht wird, beispielsweise gesprüht, geträufelt oder ähnliches. Im Rahmen von Schritt b) wird das dampfförmige, zweite Reinigungsmedium bevorzugt mit relativ ho hem Druck auf die vorbehandelten Verbrennungsrückstände gegeben. Insbesondere liegt bezüglich des ersten Reinigungsmedium ein erster Druck im Bereich von 1,0 bis 10,0 bar an, und/oder bezüglich des zweiten Reinigungsmedium ein zweiter Druck im Bereich von 8,0 (insbesondere von mindestens 10,0) bis 30,0 bar.
Das flüssige, erste Reinigungsmedium wird so auf eine besonders schonende Weise zu den Verbrennungsrückständen geführt, wobei sich das Wasser in den Poren der Verbrennungsrückstände einlagern und in Folge der in der Kammer herrechenden Temperatur aufheizen und dampfförmig werden kann. Die nachfolgende Beströmung dieser vorbehandelten Verbrennungsrückstände mit einem dampfförmigen, zweiten Reinigungsmedium erlaubt ein gründliches Entfernen von Verbrennungsrückständen, die aufgrund der Expansion des eingelagerten Wassers bereits viele Risse, Abplatzungen, etc. aufweisen. Die Verwendung eines dampfförmigen, zweiten Reinigungsmediums mit hoher kinetischer Energie hat nun den Vorteil, dass die vorbehandelten Verbrennungsrückstände entfernt werden, aufgrund der geringen Masse des Dampfes aber gleichzeitig die darunter liegende Wand nicht übermäßig belastet wird. Dies führt einerseits zu einer hohen Reinigungswirkung und gleichzeitig zu einer sehr geringen Belastung der Wand der Kammer bzw. der darin angeordneten Komponenten inklusive der Heizflächen, etc..
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird zwischen Schritt a) und Schritt b) eine Wartezeit im Bereich von 10 Minuten bis 18 Stunden eingehalten. Bevorzugt beträgt die Wartezeit mindestens 2 Stunden und/oder höchstens 6 Stunden. Die Wartezeit ist dabei insbesondere von der Verschmutzungscharakteristik abhängig. Die angegebene Wartezeit führt zu einem besonders guten Reinigungsergebnis. Wird die Wartezeit kürzer gewählt, so hat sich das erste Reinigungsmedium unter Umständen noch nicht ausreichend in den Verbrennungsrückständen verteilt oder ist aufgrund der dort herrschenden Temperaturen noch nicht ausreichend expandiert, wobei dann die Gefahr besteht, dass der zweite Reinigungsschritt b) nicht ausreicht, die Verbrennungsrückstände nahezu vollständig zu entfernen. Wird eine längere Wartezeit gewählt, so kann dies beispielsweise Auswirkungen auf die Effektivität der Wärmeaustauschflächen bzw. der Kammer haben, da durch die lange Einwirkzeit eine verstärkte Temperaturabsenkung bewirkt werden kann.
Es ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, dass eine gleichzeitige und/oder unmittelbar sich anschließende Kontaktierung der Reinigungsmedien nicht zu dem besonders guten Reinigungsergebnis führt. Tests haben gezeigt, dass beispielsweise benetzte Schichten der Verbrennungsrückstände eine besonders aufgelockerte, poröse, instabile Struktur aufweisen. Grund hierfür ist, dass der üblicherweise auftretende Sintereffekt bzw. die Sinterzeit unterbrochen ist. Normalerweise nimmt mit der Ansammlung von Verbrennungsrückständen an den Heizflächen die Temperatur immer weiter zu, weil ein Wärmeaustausch immer stärker behindert wird. Somit kommt es schließlich zum Sinterprozess, der eine besonders schwer lösbare Verbindung von Verbrennungsrückständen zur Folge hat. Die mit dem ersten Reinigungsmedium vorbehandelte Schicht der Verbrennungsrückstände dient nun als eine Art „Sollbruchstelle", die auch bei einer weiteren, äußeren, Anlagerung von Verbrennungsrückständen ein leichtes Abtrennen von den Heizflächen bzw. unter der vorbehandelten Schicht liegende Verbrennungsrückstände ermöglichen.
Weiter wird auch vorgeschlagen, dass die Kammer zeitgleich gereinigt und von Verbrennungsgasen durchströmt wird. Damit wird insbesondere ein Verfahren zum Entfernen von Verbrennungsrückständen beschrieben, welches „online" (im Betrieb) durchführbar ist. Das hat den Vorteil, dass der Dampferzeuger zur Reinigung nicht stillgelegt werden muss und so längere Betriebslaufzeiten realisierbar sind.
Besonders bevorzugt ist es, für Schritt a) mindestens ein erstes Reinigungsgerät und für Schritt b) mindestens ein zweites Reinigungsgerät einzusetzen. Das heißt mit anderen Worten, dass die Reinigurgsmedien mit separaten Reinigungsgeräten bereitgestellt werden. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil so einfach die unterschiedlichen Arten der Kontaktierung der Reinigungsmedien mit den Verbrennungsrückständen realisiert werden können. Das betrifft insbesondere die zur Kontaktierung bereitgestellte kinetische Energie. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich dabei auch um Reinigungsgeräte unterschiedlicher Konzepte, also Reinigungsgeräte, die entweder den Wasserlanzenbläsern, den Schlauchsystemen oder den Rußbläsern zuzuordnen sind.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird zunächst mindestens ein Parameter zur Qualifizierung der Verbrennungsrückstände bestimmt, wobei wenigstens einer der Schritte a) und b) unter Berücksichtigung des mindestens einen Parameters durchgeführt wird. Das heißt beispielsweise, dass die Verbrennungsrückstände an den zu reinigenden Wänden zunächst erfasst und bewertet werden. Hierzu können beispielsweise Sensoren, Kameras oder ähnliches eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, dass die Qualifizierung der Verbrennungsrückstände visuell durch Bedienungspersonal stattfindet. Der Parameter kann beispielsweise eine Temperatur, ein Wärmestrom, eine Verteilung der Verbrennungsrückstände bezogen auf eine Bezugsfläche, die Dicke der Verbrennungsrückstände, etc. sein. Der Parameter kann sowohl zur Initiierung des Verfahrens zum Entfernen von Verbrennungsrückständen herangezogen werden, es ist aber auch möglich, dass zumindest einer der Parameter bei der Durchführung der Schritte a) und/oder b) berücksichtigt wird. Beispielhaft sei hier angeführt, dass in Abhängigkeit von dem Parameter beispielsweise die Menge des jeweiligen Reinigungsmediums, die kinetische Energie zur Kontaktierung mit den Verbrennungsrückständen, die Warte zeit, der Wirkbereich, die chemische Zusammensetzung, etc. variiert werden kann.
Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Entfernen von Verbrennungsrückständen von einer Wand einer Verbrennungsgase führenden Kammer bzw. von mindestens einer in der Kammer angeordneten Komponente vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein erstes Reinigungsgerät und mindestens ein zweites Reinigungsgerät und ist dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Reinigungsgerät Mittel zur Verteilung eines ersten, flüssigen, Reinigungsmediums und das mindestens eine zweite Reinigungsgerät Mittel zur Verteilung eines zweiten, gasförmigen, Reinigungsmediums in der Kammer aufweist, wobei diese zumindest teilweise überlappende Wirkbereiche haben. Eine solche Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es vorstehend näher beschrieben wurde, geeignet.
Die Vorrichtung gestattet eine kombinierte Flüssigkeits- und Gas-Reinigung, die besonders materialschonend zu einem hervorragenden Reinigungsergebnis führt. Damit eine solche Reinigung durchgeführt werden kann, müssen die zu reinigenden Wandbereiche gemeinsam von dem ersten Reinigungsgerät und dem zweiten Reinigungsgerät erreichbar sein. Die Bereiche der Kammer bzw. der darin angeordneten Komponenten, die von einem Reinigungsgerät mit dem Reinigungsmittel erreichbar sind, werden hier Wirkbereich genannt. Damit ist insbesondere gemeint, dass das Reinigungsmedium unmittelbar seinem Wirkbereich zugeführt wird, also z.B. durch die Mittel, die eine gerichtete Förderung des Reinigungsmittels bewirken (z.B. Düsen), wobei ggf. auch die Schwerkraft genutzt werden kann. Vom Wirkbereich sind demnach insbesondere solche Flächen ausgenommen, die nur zufällig und/oder abhängig vom Betriebszustand der Dampferzeugeranlage erreicht werden, z.B. mit dem Verbrennungsgas transportierte Wassertröpfchen, etc.. Damit kann jedem Reinigungsgerät ein entsprechender (lokal begrenzter) Wirkbereich zugeordnet werden. Bei der hier vorgeschlagenen Vorrichtung sind nun das erste Reinigungsgerät und das zweite Reinigungsgerät so angeordnet, dass sich deren Wirkbereiche zumindest teilweise überlappen. Da je nach Ausgestaltung des Reinigungsgerätes unterschiedlich große bzw. unterschiedlich geartete Wirkbereiche auftreten, ist es möglich, einem (ersten oder zweiten) Reinigungsgerät eine Mehrzahl anderer (zweiter oder erster) Reinigungsgeräte zuzuordnen. Gleichfalls ist auch möglich, dass die Reinigungsgeräte bezüglich der Kammer beweglich angeordnet sind, so dass diese zeitweise unterschiedliche Wirkbereiche aufweisen. Die Anordnung der ersten und zweiten Reinigungsgeräte zueinander ist beispielsweise mit besonderer Rücksicht auf die Gestaltung der Kammer sowie dem Verschmutzungsgrad zu wählen. Im Hinblick auf die Gas-Reinigung ist anzumerken, dass das zweite Reinigungsgerät z.B. Luft, Dampf und/oder Rauchgas selbst abgeben kann, es ist aber auch möglich, dass das zweite Reinigungsgerät als eine An Schall-Emitter ausgeführt ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst das erste Reinigungsgerät eine vertikal verstellbare Flüssigkeitsverteileinrichtung und das zweite Reinigungsgerät eine horizontal verstellbare Dampfverteileinrichtung. Das bedeutet insbesondere, dass die Reinigungsgeräte mit Einrichtungen (beispielsweise Düsen) versehen sind, die relativ zu den Wänden der Kammer bzw. deren Komponenten bewegbar sind. Als Reinigungsmedien werden hier wiederum bevorzugt Wasser und Wasserdampf eingesetzt, wobei Additive oder sonstige, die Reinigung begünstigende Zusatzstoffe zugegeben sein können. Hinsichtlich der vertikal verstellbaren Flüssigkeitsverteileinrichtung ist vorteilhaft, dass das Wasser zumindest teilweise in horizontale Richtung abgegeben wird, wodurch mit relativ geringer kinetischer Energie eine gleichmäßige weite Verteilung von Wasser ermöglicht wird. Diese Flüssigkeitsverteileinrichtung wirkt dabei ähnlich einer höhenverstellbaren Dusche. Das zweite Reinigungsgerät ist vorteilhafterweise so bezüglich der Kammer positioniert, dass die Dampfverteileinrichtung horizontal in innere Bereiche der Kammer zumindest zeitweise eingeführt werden kann. Durch die verschiedenen Bewegungsrichtungen der Verteileinrichtungen im Inneren der Kammer ist eine besonders flexible Anordnung der Reinigungsgeräte möglich. Zudem besteht beispielsweise die Möglichkeit, herkömmliche Reinigungssysteme, die beispielsweise nur horizontal verstellbare Dampfverteileinrichtungen aufweisen, mit einem ersten Reinigungsgerät umfassend eine vertikal verstellbare Flüssigkeitsverteileinrichtung in geeigneter Weise zu ergänzen und so kostengünstig auf das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung nachzurüsten.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass das mindestens eine zweite Reinigungsgerät ein Rußbläser ist. Zur Funktion und der Wirkungsweise eines Rußbläsers wird auf die einleitenden Beschreibungen sowie auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit den Figuren Bezug genommen. Die Verteilung von Dampf und/oder Luft mit Rußbläsern ist, wie eingangs beschrieben, eine bekannte und ausgereifte Technologie, die in Verbindung mit der Erfindung besonders gute Reinigungsergebnisse erzielt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung sind Mittel zur Identifizierung von Verbrennungsrückständen an der Wand vorhanden. Das bedeutet mit anderen Worten, dass Verbrennungsrückstände an der Wand durch beispielsweise Sichtfenster, Sensoren, Kameras oder andere Erfassungseinheiten erkannt und vorteilhafterweise auch qualifiziert werden. Diese Mittel sind bevorzugt mit einer Steuerung verbunden, welche wiederum in Kontakt mit den Reinigungsgeräten stehen, so dass die Reinigungsgeräte zumindest halbautomatisch in Abhängigkeit der identifizierten Parameter und der aktuellen Verbrennungsrückstände agieren können.
Weiter wird auch vorgeschlagen, dass wenigstens das mindestens eine erste Reinigungsgerät oder das mindestens eine zweite Reinigungsgerät bezüglich der Kammer bewegbar ist. Das heißt z.B., dass das erste Reinigungsgerät und/oder das zweite Reinigungsgerät bezüglich der Kammer unterschiedliche Wirkbereiche dadurch realisiert, dass es an verschiedenen Stellen der Kammer positioniert wird. In Folge der geänderten Position werden auch andere Wände der Kammer bzw. der Komponenten mit den Reinigungsmedien in Kontakt gebracht. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der das mindestens eine erste Reinigungsgerät bewegbar bezüglich der Kammer ausgestaltet ist.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung im Zusammenhang mit einem Dampferzeuger, wobei hiermit insbesondere Wärmekraftanlagen, Müllverbrennungsanlagen, etc. gemeint sind.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren lediglich besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf begrenzt ist. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und regelmäßig nicht zur Veranschaulichung von Größendimensionen geeignet.
Es zeigen:
1: eine Kammer während einer Ausgestaltung des Verfahrensschritts a);
2: die Kammer während einer Ausgestaltung des Verfahrensschritts b);
3: eine bevorzugte Ausführungsvariante eines ersten Reinigungsgerätes,
4: eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante eines zweiten Reinigungsgeräts,
5: eine weitere Ausgestaltung einer Kammer mit Reinigungsgeräten, und
6: eine besonders bevorzugte Ausgestaltung eines Ventils zur Zufuhr des Reinigungsmediums hin zu einem Reinigungsgerät.
1 zeigt einen Teil eines Dampferzeugers 15 umfassend eine Vorrichtung zum Entfernen von Verbrennungsrückständen 1 von einer Wand 2 einer Verbrennungsgase führenden Kammer 3 und mehreren in der Kammer 3 angeordneten Komponenten 31. Oben bezüglich der Kammer 3 ist ein erstes Reinigungsgerät 6 und seitlich zur Kammer 3 ein zweites Reinigungsgerät 7 vorgesehen. Zur Identifizierung bzw. Qualifizierung der Verbrennungsrückstände 1 ist ein Sensor 17 (beispielhaft für eine Mehrzahl von Sensoren) dargestellt, der mit einer Steuerung 18 in Verbindung ist. Die Ergebnisse der Identifizierung bzw. Qualifizierung der Verbrennungsrückstände 1 können zum Betrieb des ersten Reinigungsgerätes 6 bzw. des zweiten Reinigungsgerätes 7 und/oder zur Durchführung des Verfahrens zum Entfernen von Verbrennungsrückständen 1 verwendet werden.
In 1 ist nun schematisch der Verfahrensschritt a) veranschaulicht, wobei die Verbrennungsrückstände 1 mit einem ersten Reinigungsmedium 4 kontaktiert werden. Das erste Reinigungsgerät 6 weist dabei eine vertikal verstellbare Flüssigkeitsverteileinrichtung 12 auf. Während die Flüssigkeitsverteileinrichtung 12 sich in Richtung der Vertikalen 10 (auf und/oder ab) bewegt und dabei Wasser auf die Wände 2 tröpfelt, befindet sich das zweite Reinigungsgerät 7 in einem inaktiven Zustand, wobei es außerhalb der Kammer 3 positioniert und mit einem Verschluss 24 gegen die im Inneren der Kammer 3 strömenden Verbrennungsgase geschützt ist. Zur Durchführung des Verfahrensschrittes a) kann es erforderlich sein, dass die Flüssigkeitsverteileinrichtung 12 über die gesamte Höhe (in Richtung der Vertikalen 10) bewegt wird, es ist jedoch auch möglich, dass dies nur teilweise stattfindet, wobei auch eine wiederholte Kontaktierung der Verbrennungsrückstände 1 mit dem ersten Reinigungsmedium 4 durchgeführt werden kann (beispielsweise ein erstes Mal beim Herunterfahren und ein zweites Mal beim Herauffahren der Flüssigkeitsverteileinrichtung 12).
2 veranschaulicht nun den zweiten Verfahrensschritt b), bei dem die vorbehandelten Verbrennungsrückstände 1 mit einem zweiten Reinigungsmedium 5 kontaktiert werden. Das zweite Reinigungsmedium 5 unterscheidet sich bevorzugt nur in dem Aggregatzustand vom ersten Reinigungsmedium 4, so dass das erste Reinigungsmedium 4 vorteilhafterweise Wasser und das zweite Reinigungsmedium 5 Wasserdampf ist. Während des Verfahrensschrittes b) ist nun bevorzugt das erste Reinigungsgerät 6 inaktiv und mit einem Verschluss 24 gegenüber den Verbrennungsgasen geschützt positioniert. Während der Durchführung des Verfahrensschrittes b) kann das erste Reinigungsgerät 6 beispielsweise mittels einer Führung 19 an eine andere Position bezüglich der Kammer 3 bewegt werden und gegebenenfalls dort mit der Durchführung des Verfahrensschritts 1 und einem anderen Wirkbereich (bereits) beginnen.
Zur Realisierung des Verfahrensschritts b) umfasst das dargestellte zweite Reinigungsgerät 7 eine horizontal verstellbare Dampfverteileinrichtung 13. Die Dampfverteileinrichtung 13 ist also innerhalb der Kammer 3 in Richtung der Horizontalen 11 hin- und her bewegbar. Zumindest zeitweise während dieser horizontalen Bewegung gibt die Dampfverteileinrichtung 13 Dampf auf die zu reinigenden Wände 2 ab.
Aus 2 lässt sich erkennen, dass jedem Reinigungsgerät ein separater Wirkbereich zuzuordnen ist. Bezüglich des ersten Reinigungsgerätes 6 wird der Wirkbe reich durch den vertikalen Verfahrweg der Flüssigkeitsverteileinrichtung 12 sowie deren horizontale Reichweite begrenzt. Damit ergibt sich ein erster Wirkbereich 8, der in der 2 gestrichelt schraffiert veranschaulicht ist. Ein zweiter Wirkbereich 9 bezüglich des zweiten Reinigungsgerätes 7 wird durch den horizontalen Verfahrweg der Dampfverteileinrichtung 13 sowie deren Reichweite in vertikaler Richtung definiert. Der zweite Wirkbereich 9 ist mit einer entgegengesetzt gestrichelten Schraffur gekennzeichnet. Wie aus 2 entnommen werden kann, sind die Reinigungsgeräte 6, 7 so angeordnet, dass sich die Wirkbereiche 8, 9 teilweise überlappen. Klarstellend sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es sich bei den Wirkbereichen üblicherweise um dreidimensionale Räume handelt, diese hier vereinfachend jedoch nur zweidimensional beschrieben sind.
3 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des ersten Reinigungsgerätes 6. Dieses umfasst einen hitzebeständigen Schlauch 16, der von oben in Richtung der Vertikalen 10 in die Kammer 3 eingeführt werden kann. Als Speicher für den Schlauch 16 im inaktiven Zustand dient eine Haspel 20, die aufgrund einer angetriebenen Drehbewegung 33 das Aufwickeln des Schlauches 16 ermöglicht. Die gesteuerte Bewegung der Flüssigkeitsverteileinrichtung 12 entlang der Vertikalen 10 mit vorgegebenen Geschwindigkeiten (variabel und/oder konstant) bzw. über vorgegebene Längen wird mittels der dargestellten Antriebseinheit 21 realisiert, die über reibend anliegende Rollen den Vortrieb ermöglicht. Zusätzlich können (nicht dargestellte) Mittel zur Wegmessung vorgesehen sein. Zur Kühlung des Schlauches 16 und/oder zur Vermeidung einströmender Verbrennungsgase ist eine Sperrluftvorrichtung 25 vorgesehen. Diese stellt beispielsweise einen Luftstrom bereit, der in Form eines Mantelstrahls hin zur Kammer 3 strömt. Bei der dargestellten Ausführungsvariante ist zusätzlich ein Verschluss 24 vorgesehen, so dass bei vollständig eingezogenem Schlauch 16 eine Luke des Gehäuses 23 hin zur Kammer 3 verschließbar ist. Die vorstehend genannten Komponenten des ersten Reinigungsgerätes 6 sind bevorzugt geschützt in dem Gehäuse 23 angeordnet. Für den Fall, dass dieses erste Reinigungsgerät 6 halbautomatisch betrieben werden soll, kann eine Initiierung des Reinigungsprozesses beispielsweise über ein Bedienungselement 22, das außen am Gehäuse 23 vorgesehen ist, erfolgen.
4 zeigt schematisch eine Ausführungsvariante eines zweiten Reinigungsgerätes in Form eines Rußbläsers 14. Der Rußbläser 14 weist ein Blasrohr 27 auf, welches in Richtung der Horizontalen 11 beweglich ist. Dazu wird der Rußbläser 14 in der Regel fest an der Wand 2 der Kammer 3 positioniert, wobei das Blasrohr 27 durch einen Wandkasten 29 in innere Bereiche der Kammer 3 eingeführt werden kann. Die Bewegung des Blasrohres 27 ist zum einen translatorisch in Richtung der Horizontalen 11, gleichzeitig ist es jedoch auch möglich, eine Bewegung des Blasrohres 27 in Rotationsrichtung 32 zu generieren. Hierfür ist ein entsprechendes Antriebssystem 28 vorgesehen. Die Dampfversorgung hin zum Blasrohr 27 wird mit Hilfe einer Dampfzufuhr 26 realisiert, die den Wasserdampf durch innere Bereiche des Blasrohres 27 hin zur Dampfverteilungseinrichtung 13 führt. Der Wasserdampf tritt dann im Bereich der Dampfverteilungseinrichtung 13 vorzugsweise radial zum Blasrohr 27, insbesondere mit einem Winkel 30, aus.
5 zeigt einen Ausschnitt einer Kammer 3 mit verschiedenen Reinigungsgeräten 6, 7. Bei dieser Kammer 3 handelt es sich um ein Teil eines Dampferzeugers großer Leistung, bei dem die Kammer 3 senkrecht gebaut ist und die Komponenten 31 mit den zu reinigenden Wänden 2 waagerecht angeordnet sind. Die 5 zeigt nun schematisch ein erstes Reinigungsgerät 6, welches das erste Reinigungsmedium auf die Wände 2 (insbesondere konvektive Heizflächen) verteilt. Das erste Reinigungsgerät 6 kann beispielsweise als Wasserlanzenbläser ausgeführt sein, wobei mittels unterschiedlichem Druck und der Schwerkraftwirkung ein erster Wirkungsbereich 8 eingestellt werden kann, dass die Wände 2 benetzt werden können. Für den hier angedeuteten Fall, dass die Komponenten 31 als Rohrschlangen ausgebildet sind, kann durch die Aussparungen zwischen den Kühlrohren das erste Reinigungsmedium auch weiter unten angeordnete Komponenten 31 erreichen.
Zur Zuführung des zweiten Reinigungsmediums sind zwei unterschiedliche zweite Reinigungsgeräte 7 schematisch dargestellt. Bei dem oben dargestellten zweiten Reinigungsgerät 7 handelt es sich um einen Schallgeber, der einen gerichteten Schall in eine Ausbreitungsrichtung 34 abgeben kann, wobei sich der Schall mit einem kleinen Öffnungswinkel 35 fortpflanzt, z.B. in einem Bereich kleiner 20°, insbesondere kleiner 5° (Wirkbereich ist hier die Schallkeule mit der angeführten Ausbreitungsrichtung und dem angeführten Öffnungswinkel). Das zweite Reinigungsmedium stellt in diesem Fall das in der Kammer 3 befindliche Verbrennungsgas selbst dar, welches nun zum Entfernen der Verbrennungsrückstände eingesetzt wird. Als weitere Variante eines zweiten Reinigungsgerätes 7 ist unten rechts eine Vorrichtung angedeutet, mit der ein in Ausbreitungsrichtung 34 gerichteter Gasstrom mit hoher kinetischer Energie abgegeben werden kann. So ist es beispielsweise möglich, dass in dem zweiten Reinigungsgerät 7 eine kontrollierte Explosion durchgeführt wird, die ein Rauchgas (zweites Reinigungsmedium) erzeugt bzw. beschleunigt. Dieser Gasstrom wird nun gezielt auf die vorbehandelten Heizflächen 2 gegeben und bewirkt so die Abreinigung. Bezüglich der Ausbreitungsrichtung 34 sei ergänzend noch angeführt, dass diese vorteilhafter Weise im wesentlichen senkrecht auf die zu reinigenden Wände gerichtet ist, lediglich bei der hier dargestellten Variante von waagerecht angeordneten Komponenten 31 ist die Ausbreitungsrichtung 34 bevorzugt parallel bzw. leicht zur Horizontalen geneigt ausgerichtet.
6 zeigt schematisch eine besonders bevorzugte Ausgestaltung eines Ventils 47 zur Zufuhr eines (insbesondere flüssigen) Reinigungsmediums hin zu einem Reinigungsgerät (insbesondere einem Rußbläser). Die Zufuhr des Reinigungsmediums erfolgt über eine rohrähnliche Zuleitung 36, in der das Reinigungsmedium in mit einer Strömungsrichtung 37 geführt wird. Der Durchfluss des Reinigungsmediums wird mittels des schematisch dargestellten Ventils 47 reguliert. Das Ventil 47 umfasst eine Verstellscheibe 42 und eine Hubscheibe 43, die jeweils auf einer Seite einer in der Zuleitung 36 angebrachten Blende 44 mit einer Öffnung 45 angeordnet sind. Im geschlossenen Zustand kontaktiert die Hubscheibe 41 gasdicht die Blende 44, so dass kein Reinigungsmedium durch die Öffnung 45 hindurchtreten kann. Bei Bedarf wird nun die Hubscheibe 43 (gemeinsam mit der Verstellscheibe 42) mit einer Hubbewegung 41 (angedeutet mit weißen Pfeilen) nach unten bewegt, so dass die Öffnung 45 für das Reinigungsmedium zugänglich ist. Der Durchfluss wird nun dadurch reguliert, dass der Abstand der Verstellscheibe 42 hin zur Blende 44 (unabhängig von der Hubbewegung 41) mit einer Verstellbewegung 40 varriert wird, also eine Relativbewegung von Verstell- und Hubscheibe vorgenommen wird. Damit lässt sich nun ein definierter Spalt 46 zwischen Blende 44 und Verstellscheibe 42 einstellen, der den Durchfluss begrenzt. Bei der dargestellten Ausführungsform des Ventils 47 ist für jede Bewegung (Verstellbewegung 40 und Hubbewegung 41) ein separater Antrieb (Verstellantrieb 39 und Hubantrieb 38) vorgesehen, die unabhängig voneinander (bevorzugt mittels einer gemeinsamen Steuerung) betreibbar sind. Ganz besonders bevorzugt ist die Variante, dass die Hubbewegung 41 mit mechanischen Mitteln aktiviert wird (zum Beispiel an eine Bewegung des Reinigungsgerätes) und die Verstellbewegung 42 bedarfsorientiert je nach dem gewünschten Reinigungsprozess einstellbar ist.
Die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen zum Entfernen von Verbrennungsrückständen zeichnen sich durch eine besonders hohe Reinigungswirkung und eine schonende Behandlung der zu reinigenden Wände aus. Darüber hinaus können bemerkenswerte Verbesserungen hinsichtlich des Betriebs von Dampferzeugeranlagen erzielt werden.

1: Verbrennungsrückstand
2: Wand
3: Kammer
4: erstes Reinigungsmedium
5: zweites Reinigungsmedium
6: erstes Reinigungsgerät
7: zweites Reinigungsgerät
8: erster Wirkbereich
9: zweiter Wirkbereich
10: Vertikale
11: Horizontale
12: Flüssigkeitsverteileinrichtung
13: Dampfverteileinrichtung
14: Rußbläser
15: Dampferzeuger
16: Schlauch
17: Sensor
18: Steuerung
19: Führung
20: Haspel
21: Antriebseinheit
22: Bedienungseinheit
23: Gehäuse
24: Verschluss
25: Sperrluflvorrichtung
26: Dampfzufuhr
27: Blasrohr
28: Antriebssystem
29: Wandkasten
30: Winkel
31: Komponente
32: Rotationsrichtung
33: Drehbewegung
34: Ausbreitungsrichtung
35: Öffnungswinkel
36: Zuleitung
37: Strömungsrichtung
38: Hubantrieb
39: Verstellantrieb
40: Verstellbewegung
41: Hubbewegung
42: Verstellscheibe
43: Hubscheibe
44: Blende
45: Öffnung
46: Spalt
47: Ventil

Claims

Verfahren zum Entfernen von Verbrennungsrückständen (1) von einer Wand (2) einer Verbrennungsgase führenden Kammer (3) bzw. von mindestens einer in der Kammer (3) angeordneten Komponente (31) umfassend zumindest die folgenden Schritte: a) Kontaktieren der Verbrennungsrückstände (1) mit einem ersten Reinigungsmedium (4), b) Kontaktieren der vorbehandelten Verbrennungsrückstände (1) mit einem zweiten Reinigungsmedium (5), wobei sich das erste Reinigungsmedium (4) und das zweite Reinigungsmedium (5) zumindest hinsichtlich des Aggregatzustandes unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Reinigungsmedium (4) flüssig und das zweite Reinigungsmedium (5) dampfförmig ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwischen Schritt a) und Schritt b) eine Wartezeit im Bereich von 10 Minuten bis 18 Stunden eingehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kammer (3) zeitgleich gereinigt und von Verbrennungsgasen durchströmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für Schritt a) mindestens ein erstes Reinigungsgerät (6) und für Schritt b) mindestens ein zweites Reinigungsgerät (7) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zunächst mindestens ein Parameter zur Qualifizierung der Verbrennungsrückstände (1) bestimmt wird, und wenigstens einer der Schritte a) und b) unter Berücksichtigung des mindestens einen Parameters durchgeführt wird.
Vorrichtung zum Entfernen von Verbrennungsrückständen (1) von einer Wand (2) einer Verbrennungsgase führenden Kammer (3) bzw. von mindestens einer in der Kammer (3) angeordneten Komponente (31) umfassend mindestens ein erstes Reinigungsgerät (6) und mindestens ein zweites Reinigungsgerät (7), dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Reinigungsgerät (6) Mittel zur Verteilung eines ersten, flüssigen, Reinigungsmediums (4) und das mindestens eine zweite Reinigungsgerät (7) Mittel zur Verteilung eines zweiten, gasförmigen, Reinigungsmediums (5) in der Kammer (3) aufweist, wobei diese zumindest teilweise überlappende Wirkbereiche (8, 9) haben.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reinigungsgerät (6) eine vertikal verstellbare Flüssigkeitsverteileinrichtung (12) und das zweite Reinigungsgerät (7) eine horizontal verstellbare Dampfverteileinrichtung (13) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine zweite Reinigungsgerät (7) ein Rußbläser (14) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Identifizierung von Verbrennungsrückständen (1) an der Wand (2) vorhanden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das mindestens eine erste Reinigungsgerät (6) oder das mindestens eine zweite Reinigungsgerät (7) bezüglich der Kammer (3) bewegbar ist.
Dampferzeuger (15) umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11.