DE102006004222A1

DE102006004222A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Heizflächen in thermischen Anlagen

Info

Publication number: DE102006004222A1
Application number: DE200610004222
Authority: DE
Inventors: Ragnar Dr.-Ing. Warnecke; Volker Dipl.-Ing. Müller; Odulf Dipl.-Wirtsch. Ing. Reufer
Original assignee: GKS - GEMEINSCHAFTSKRAFTWERK SCHWEINFURT GmbH; GKS GEMEINSCHAFTSKRAFTWERK SCH
Current assignee: GKS - GEMEINSCHAFTSKRAFTWERK SCHWEINFURT GmbH; GKS GEMEINSCHAFTSKRAFTWERK SCH
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2007-08-09
Also published as: WO2007085491A2; WO2007085491A3; DE202007019690U1; EP1979678A2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Reinigen von Heizflächen in einer thermischen Anlage beschrieben, in der zumindest eine Heizfläche zur Wärmegewinnung aus dem Rauchgas, das bei der thermischen Umsetzung eines Einsatzstoffes entsteht, vorgesehen ist. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine Reinigungsvorrichtung für zumindest eine der Heizflächen vorgesehen ist, die von einer der Seitenwände eines Kesselzuges der thermischen Anlage, in dem das Rauchgas geführt ist, in den Kesselzug eingebracht wird. Weiterhin wird ein Verfahren zum Reinigen von Heizflächen beschrieben. Mit der Erfindung ist es möglich, die Rohrsysteme wie Überhitzer, Economiser und Verdampfer im laufenden Kesselbetrieb von Belägen zu befreien, damit den Wärmeübergang zu optimieren, ein Ansteigen des Druckverlustes im Kesselinnenraum über die Reisezeit zu vermindern und/oder Schadstoffe von den Rohren entfernen zu können.

Description

Inhalt der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Heizflächen in einer thermischen Anlage.

In thermischen Anlagen, insbesondere Müll-, Ersatzbrennstoff- und Biomasse-Verbrennungsanlage, sind Heizflächen, insbesondere konvektive Heizflächen, in dem Rauchgasstrom vorgesehen. Über diese Heizflächen wird die Temperatur des Rauchgases sukzessive abgebaut und gleichzeitig die vom Rauchgas abgegebene Energie in Form von Wärme an ein Medium übertragen. Als Heizeinheiten, in denen Heizflächen vorgesehen sind, werden insbesondere Überhitzer, Verdampfer und so genannte Economiser verwendet. In thermischen Anlagen kann es durch feste und/oder pastöse Brennstoffe, die hierin verwendet werden, zur Bildung von Belägen auf den Heizflächen kommen. Diese Beläge führen zum einen zu einer Verringerung der Wärmeübertragung an den Heizflächen, ferner durch Verengen der Rauchgas-Strömungsquerschnitte zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes und können auch zu einer Beschädigung der Oberflächen der Heizflächen, beispielsweise durch Korrosion, führen.

Die thermischen Anlagen, die insbesondere als Kesselanlagen ausgestaltet sind, werden in der Regel dann zur Reinigung abgefahren, wenn die Rauchgastemperatur am Kesselaustritt die zulässige Rauchgastemperatur der nachgeschalteten Rauchgasreinigungsanlage überschreitet oder der Druckverlust über die Economiser beziehungsweise Überhitzer einen gesicherten Betrieb mit stabilen Unterdruck im rauchgasbeaufschlagten Kesselinnenraum unmöglich macht oder ein Schaden in der Kesselanlage auftritt. Diese Betriebsunterbrechungen haben entscheidenden Einfluss auf die Verfügbarkeit der Verbrennungsanlage und somit auf die wirtschaftliche Effizienz.

Zur Abreinigung der konvektiven Heizeinheiten, bei denen die Heizflächen in der Regel als Rohrsysteme ausgebildet sind, sind verschiedene Reinigungssysteme entwickelt worden und mit unterschiedlichem Erfolg im Einsatz.

Eine wesentliche Unterscheidung der Reinigungssysteme erfolgt über die Erzielung der Reinigung ohne oder mit Verwendung zusätzlicher Reinigungsmedien. Die nachfolgende Betrachtung bezieht sich auf die zur Reinigung konvektiver Heizflächen genutzten Systeme, und speziell auf die am häufigsten eingesetzten Systeme, nämlich Schlagwerke und Dampfbläser.

Die Gruppe der Schlagwerke, im Wesentlichen Klopfer, Rüttler und Hammerwerke bringen von außen einen Schlagimpuls auf die Rohrsysteme. Dieses Verfahren beruht auf dem Prinzip des Reinigens durch Erschüttern. Dieses setzt jedoch harte, spröde Anbackungen voraus, welche nicht in allen Kesselbereichen als gegeben betrachtet werden können.

Bei der Gruppe der Dampfbläser werden die Rohrsysteme mit Dampfdruck gereinigt. Hierbei tritt der Dampfstrahl aus Düsen eines Lanzenrohres aus. Dieses Verfahren basiert auf dem Reinigungseffekt durch Druck und Geschwindigkeit des Reinigungsmediums. Jedoch nehmen der Druck und die Geschwindigkeit mit zunehmendem Abstand vom Austrittspunkt ab, so dass die Reinigungswirkung ebenfalls abnimmt. Außerdem variiert je nach Einsatzort und Bauform des Dampfbläsers die Anzahl der Düsen im Lanzenrohr. Durch diese Konstellation ist nicht immer gegeben, dass die Gasse zwischen den Rohren bei der Vorschub/Drehbewegung optimal mit dem Dampfstrahl erreicht wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von Heizflächen in einer thermischen Anlage zu schaffen, bei denen die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht auftreten.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, indem eine Möglichkeit geschaffen wird, ein Reinigungsmedium in die Nähe der zu reinigenden Oberfläche zu bringen.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteile und Merkmale, die bezüglich der Vorrichtung beschrieben werden, gelten – soweit anwendbar – entsprechend für das Verfahren und umgekehrt. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe daher gelöst durch eine Vorrichtung zum Reinigen von Heizflächen in einer thermischen Anlage, in der zumindest eine Heizfläche zur Wärmegewinnung aus dem Rauchgas, das bei der thermischen Umsetzung eines Einsatzstoffes entsteht, vorgesehen ist. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine Reinigungsanlage mit zumindest einer Reinigungsvorrichtung für zumindest eine der Heizflächen vorgesehen ist, wobei die Reinigungsvorrichtung von einer der Seitenwände eines Kesselzuges der thermischen Anlage, in dem das Rauchgas geführt ist, in den Kesselzug eingebracht ist und eine Höhe aufweist, die geringer ist, als ein zwischen Heizflächen, die zu einer Heizeinheit gehören, bestehender lichter Abstand. Seitenwände im Sinne der Erfindung, sind alle Kesselwände, die den Kesselinnenraum an den Seiten des Kessels zur Umwelt begrenzt. Namentlich sind dies die linke und rechte Seitenwand, die Vorder- und Rückwand sowie ggf. die Trichter. Als Heizeinheit werden insbesondere Rohrbündel beziehungsweise Rohrschlagen verstanden. Die Reinigungsvorrichtung, die in den Kesselzug eingebracht wird und deren Höhe erfindungsgemäß gering ist, besitzt beispielsweise einen runden Querschnitt. Die Höhe der Reinigungsvorrichtung entspricht in diesem Fall dem Durchmesser der Reinigungsvorrichtung. Die Reinigungsvorrichtung dient insbesondere der Zuführung von Reinigungsmedium, insbesondere von flüssigem Reinigungsmedium, zu der mindestens einen Heizfläche.

Die Heizflächen, insbesondere die konvektiven Heizflächen, wie die Heizflächen der Überhitzer und der Economiser, teilweise auch der Verdampfer und so genannter Wärmefallen sind bei thermischen Anlagen in der Regel als Rohrsysteme ausgestaltet und befinden sich in der Regel im rechten Winkel zur Strömungsrichtung des Rauchgases. Durch ein Einbringen einer Reinigungsvorrichtung über eine Seitenwand des Kesselzuges kann diese in unmittelbare Nähe der zu reinigenden Heizfläche gebracht werden. Dies ist bei einer Einführung beispielsweise durch die Kesseldecke nicht zuverlässig möglich, da weitere Heizflächen gegebenenfalls oberhalb der zu reinigenden Heizfläche angeordnet sind und somit den vertikalen Zugriff zu der Heizfläche behindern. Weiterhin ist bei der seitlichen Einbringung der Reinigungsvorrichtung eine Kessellastabsenkung der thermischen Anlage nicht notwendig.

Durch die erfindungsgemäße niedrige Bauweise der Reinigungsvorrichtung zumindest in dem Bereich, in dem diese in den Kesselzug eingebracht wird, kann die Reinigungsvorrichtung zudem nahe an einzelne Heizflächen und auch zwischen nahe beieinander liegende Heizflächen, wie beispielsweise Rohre eines Rohrbündels gebracht werden. Die Höhe der Reinigungsvorrichtung beziehungsweise der Durchmesser der Reinigungsvorrichtung kann bei einem lichten Abstand der Rohre eines Rohrbündels zueinander von 110mm beispielsweise im Bereich von 50mm bis 100mm liegen. Ein über die Reinigungsvorrichtung abgegebenes Reinigungsmedium kann dadurch zuverlässig und gezielt zu der zu reinigenden Heizfläche gelangen. Durch den erfindungsgemäß möglichen geringen Abstand zu der zu reinigenden Heizfläche kann das Reinigungsmedium zudem auch bei geringem Vordruck zu der zu reinigenden Oberfläche gelangen.

Bei Reinigungsvorrichtungen des Standes der Technik, wie beispielsweise bei Dampfbläsern, bei denen Reinigungsmedium unter hohem Druck zum Entfernen von Belägen auf Heizflächen gerichtet ist, kann eine Beschädigung der Oberfläche der Heizfläche durch Erosion auftreten. Bei dem erfindungsgemäß möglichen geringen Druck ist eine solche Beschädigung der Heizfläche nicht zu befürchten. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vielmehr ein schonendes Reinigen der Heizflächen erfolgen.

Die Einbringungsöffnung für die Reinigungsvorrichtung ist vorzugsweise in Rauchgasrichtung vor und/oder zwischen mindestens zwei Heizflächen angeordnet. Werden die Heizvorrichtungen durch Rohrsysteme gebildet, so sind die Einbringungsöffnungen für die Reinigungsvorrichtung vorzugsweise vor dem ersten Rohr und/oder zwischen Rohrreihen oder Rohrschlagen angeordnet. Insbesondere kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die vom Rauchgas angeströmte Rohrfläche gereinigt werden. Durch eine geeignete Positionierung kann mit der Reinigungsvorrichtung sowohl eine in Rauchgasrichtung vor und/oder nach der Reinigungsvorrichtung befindliche Heizfläche und gegebenenfalls auch seitlich dazu angeordnete Heizflächen gereinigt werden. Es kann somit eine dreidimensionale Reinigung um die Reinigungsvorrichtung erfolgen. An einem Kesselzug können mehrere Einbringungsöffnungen für Reinigungsvorrichtungen sowie gleichzeitig mehrere Reinigungsvorrichtungen vorgesehen sein.

Die Einbringungsöffnung für die Reinigungsvorrichtung weist vorzugsweise eine Einrichtung zum Verschließen der Einbringungsöffnung auf. Hierdurch kann zwischen Reinigungszyklen, die während des Betriebes der thermischen Anlage durchgeführt werden, die Seitenwand des Kesselzuges verschlossen werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Reinigungsvorrichtung mobil ausgestaltet und kann von der Anlage entfernt werden. Ein Entfernen von der Anlage bedeutet in diesem Zusammenhang im Wesentlichen das Entfernen aus dem Kesselraum. Ist die Reinigungsvorrichtung mobil ausgestaltet, so kann diese zu unterschiedlichen Zeiten an unterschiedlichen Orten in Kesselzügen aber auch an anderen Linien oder Anlagen verwendet werden. Das Vorsehen separater Reinigungsvorrichtungen für unterschiedliche Heizflächen ist dabei nicht erforderlich, so dass die Herstellungs- und Betriebskosten der Anlage verringert werden.

Die Reinigungsvorrichtung kann manuell, semiautomatisch oder automatisch betrieben werden.

Die Reinigungsvorrichtung weist vorzugsweise mindestens einen Auslass für ein Reinigungsmedium auf. Bei sich längs erstreckenden Reinigungsvorrichtungen, wie Lanzen, kann somit eine Abgabe vom Reinigungsmedium an Heizflächen erfolgen, die zu der Reinigungsvorrichtung benachbart sind, insbesondere in Strömungsrichtung vor und/oder hinter der Reinigungsvorrichtung liegen. Außerdem können Rohrbeläge durch einen Auslass von Reinigungsmedium in Vorschubrichtung der Reinigungsvorrichtung entfernt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Reinigungsanlage als Reinigungsvorrichtung eine Lanze. An dieser Lanze kann beispielsweise im Bereich der Lanzenspitze ein Auslass für das Reinigungsmedium vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich über die Länge der Lanze verteilt mindestens einen Auslass für das Reinigungsmedium vorzusehen. Auslässe können Auslassöffnungen oder andere geeignete Auslassvorrichtungen sein. Die Geometrie der Auslässe kann so gewählt werden, dass diese beispielsweise einen Strahl des Reinigungsmediums nach oben und nach unten abgeben. Es ist aber auch möglich Düsen zu verwenden, bei denen über den gesamten Umfang der Lanze Reinigungsmedium abgegeben wird und somit alle um die Lanze befindlichen Heizflächen mit dem Reinigungsmedium beaufschlagt werden. Über die Geometrie der Auslässe kann deren Wirkradius beeinflusst werden. Da die Reinigungsvorrichtung eine geringe Höhe aufweist und über die Seitenwand des Kesselzuges eingeführt wird, kann eine gezielte Reinigung einzelner Heizflächen in unterschiedlichen Niveaus erfolgen. So kann beispielsweise auch die dritte oder vierte Reihe eines Rohrbündels gereinigt werden, was bei Reinigungsvorrichtungen, die mit hohem Druck arbeiten und daher in der Regel eine große Bauhöhe und einen größeren Abstand zur Heizfläche aufweisen, nicht möglich ist. Bei impulsbeaufschlagten Reinigungsvorrichtungen des Standes der Technik ist der Impuls nach wenigen Rohrreihen eines Rohrbündels aufgebraucht. Dadurch wird das Abtragen der Beläge von dahinter liegenden Rohrreihen, aufgrund des dafür erforderlichen höheren Drucks stark abgeschwächt. Ein noch höherer Druck würde zur Beschädigung der ersten Rohrreihen führen.

Die Reinigungsanlage kann erfindungsgemäß eine Steuerung aufweisen und in der Steuerung können Endlagen für einen Automatikbetrieb der Reinigungsvorrichtung hinterlegt sein. Die Endlagen können in der Steuerung durch Endschalter realisiert sein. Bei einer horizontalen Bewegung der Reinigungsvorrichtung entsprechen die Endlagen in der Regel annähernd den Positionen der Seitenwände.

Horizontal im Sinne der Erfindung, ist eine gedachte Ebene senkrecht zur Lotrechten, welche im Raum auch mit einem gegebenen Winkel von dieser gedachten Ebene abweichen kann, ohne jedoch die Lotrechte zu erreichen.

Die Reinigungsanlage kann zusätzlich oder alternativ eine Steuerung aufweisen, die zur Drucküberwachung und/oder Mengenregelung für das Reinigungsmedium dient. Hierdurch wird die Reinigungsvorrichtung flexibler einsetzbar. Insbesondere können der Druck und die Mengenregelung in Abhängigkeit der Geometrie des Auslasses für das Reinigungsmedium und die geometrischen und thermischen Bedingungen beziehungsweise Verschmutzungs- und Strömungsbedingungen in der Umgebung der Reinigungsvorrichtung eingestellt werden.

Die Einfahrtiefe der Reinigungsvorrichtung in den Kesselzug kann über die Endlagen der Reinigungsvorrichtung geregelt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Reinigen einer Heizfläche in einer thermischen Anlage, in der zumindest eine Heizfläche zur Wärmegewinnung aus dem Rauchgas, das in der Anlage entsteht, vorgesehen ist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Temperatur eines auf der Heizfläche gebildeten Belages durch Aufbringen eines Reinigungsmediums gesenkt wird. Der Belag auf der Heizfläche kann ein durchgehender Belag aber auch eine stellenweise Ablagerung sein. Durch die Temperaturänderung des Belages verändern sich die physikalischen Eigenschaften des Belages, insbesondere dessen Ausdehnung. Der Belag wird sich daher zusammenziehen und so von der Heizfläche lösen. Durch das Aufbringen des Reinigungsmediums erfolgt somit eine mechanische Lockerung des Belages, die zum Abfallen des Belages von der Heizfläche führt. Dieses Reinigungsverfahren ist insbesondere für die Reinigung konvektiver Heizflächen in einer thermischen Anlage geeignet, da dort in der Regel die Temperaturbedingungen ein solches Ablösen erlauben.

Gemäß einer Ausführungsform wird das Reinigungsmedium über eine Reinigungsvorrichtung über eine der Seitenwände eines Kesselzuges in einen Kesselzug der thermischen Anlage eingeführt und unter geringem Druck auf die mindestens eine Heizfläche aufgebracht.

Indem die Einbringung der Reinigungsvorrichtung über eine der Seitenwände eines Kesselzuges erfolgt, kann diese in die Nähe der zu reinigenden Heizflächen gebracht werden. Dies gilt insbesondere für die konvektiven Kesselzüge, in denen die Heizflächen in der Regel in Form von sich horizontal oder vertikal erstreckenden Rohrbündeln vorgesehen sind. Durch die Nähe zu der zu reinigenden Heizfläche kann eine sehr platzierte Reinigungswirkung erzeugt werden. Durch diese gezielte Reinigung kann auch die Menge des benötigten Reinigungsmediums minimiert werden. Dies ist von Vorteil, da an den Heizflächen in den konvektiven Kesselzügen die Temperatur des Rauchgases im Vergleich zu den vorgelagerten Strahlungskesselzügen geringer ist. Durch die minimierte Menge an Reinigungsmedium wird somit eine ausreichende Reinigung der Heizflächen möglich, ohne den Gesamtprozess zu beeinflussen.

Indem die Reinigungsvorrichtung in die Nähe der zu reinigenden Oberfläche gebracht werden kann, kann erfindungsgemäß auch ein geringer Druck für das Reinigungsmedium gewählt werden. Dieser geringe Druck ist von Vorteil, da dieser auch bei geringen Abmessungen, insbesondere bei einer geringen Höhe der Reinigungsvorrichtung realisiert werden kann. Die Reinigungsvorrichtung kann somit sehr nahe an eine Heizfläche gebracht werden und gegebenenfalls sogar zwischen Heizflächen, beispielsweise in ein Rohrbündel, eingebracht werden.

Zudem ist bei einem geringen Druck selbst bei einem geringen Abstand zu der zu reinigenden Oberfläche eine Beschädigung der Heizfläche, beispielsweise durch Erosion und durch den Impuls des Auftreffens des Reinigungsmediums nicht zu befürchten.

Bevorzugt besitzt das Reinigungsmedium, das über die Reinigungsvorrichtung eingebracht wird, eine Temperatur, die geringer als die Temperatur der Beläge auf der zu reinigenden Oberfläche ist. Insbesondere ist die Temperatur geringer als die Temperatur, die die Beläge an deren Außenseite, das heißt der der Heizfläche beziehungsweise der Rohroberfläche abgewandten Seite besitzen. Diese Temperatur ist in der Regel höher als die Temperatur der Heizfläche selber. Durch das Aufbringen eines verhältnismäßig kühleren Reinigungsmediums auf die Heizfläche und insbesondere auf den darauf befindlichen Belag, kann dem Belag die Wärme entzogen werden, wodurch sich der Belag von der Heizfläche ablöst. Die Temperaturdifferenz zwischen dem Belag und dem Reinigungsmedium liegt bei beispielsweise größer 100 K.

Die Reinigungswirkung wird erzielt durch das Aufbringen des Reinigungsmediums, welches bevorzugt eine Flüssigkeit darstellt, auf die Beläge und/oder Abscheidungen. Durch das Leidenfrost'sche Phänomen bildet sich um den in den Rauchgasstrom eingebrachten Flüssigkeitstropfen eine Dampfhülle. Gase bzw. Dämpfe sind schlechte Wärmeleiter, so dass der Flüssigkeitstropfen trotz der hohen Umgebungstemperaturen, auch von größer 600°C, nicht spontan verdampft. Durch diesen Effekt gelangt der Flüssigkeitstropfen an die Abscheidungsflächen bzw. an die anhaftenden Beläge und/oder Abscheidungen. Die Beläge und/oder Abscheidungen werden unter anderen durch Verdampfen der Flüssigkeit gekühlt. Hierdurch entstehen Versprödungen und Spannungen in den Belägen und/oder Abscheidungen, wodurch diese gelöst werden.

Die geringere Temperatur des Reinigungsmediums kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zudem dadurch realisiert werden, dass das Reinigungsmedium in der Nähe der zu reinigenden Heizfläche aus der Reinigungsvorrichtung abgegeben wird und ein Aufheizen des Reinigungsmediums in der Regel nicht zu befürchten ist.

Das Reinigungsmedium kann, wie oben bereits erwähnt in verschiedenen Richtungen von der Reinigungsvorrichtung abgegeben werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Reinigungsmedium von der Reinigungsvorrichtung in unter anderen vertikaler Richtung abgegeben. Hierdurch entsteht unter anderen eine Reinigungsebene senkrecht zu der bevorzugten Ausrichtung der Reinigungsvorrichtung. Durch Bewegung der Reinigungsvorrichtung in horizontaler Richtung entsteht eine Reinigungsebene, die verschoben wird und so einen nennenswerten Anteil der Oberfläche der Heizfläche erreicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Reinigungsmedium Wasser sein. Der Vorteil, der in der Verwendung von Wasser liegt, ist dass eine Belastung des Gesamtsystems nicht zu erwarten ist und dieses Reinigungsmedium geringe Beschaffungskosten verursacht. Durch die Verwendung eines flüssigen Reinigungsmediums und insbesondere von Wasser kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Belag auf der Heizfläche benässt werden. Zudem erhöht Wasser das Gewicht des Belages und begünstigt so das Ablösen von der Heizfläche.

Das Reinigungsmedium wird vorzugsweise unter geringem Druck von weniger als 10 bar, vorzugsweise weniger als 6 bar von der Reinigungsvorrichtung abgegeben. Der Druck wird hierbei so geregelt, dass dieser in Abhängigkeit der Entfernung zu den zu reinigenden Heizflächen eingestellt wird. Der Druck wird auf einen Wert eingestellt, bei dem sichergestellt ist, dass das Reinigungsmedium auf die Heizfläche auftrifft. Ein erheblicher Impuls beim Auftreffen soll allerdings vermieden werden. Abhängig von der Ausrichtung des oder der Auslässe an der Reinigungsvorrichtung kann das Reinigungsmedium auch ohne Druck von der Reinigungsvorrichtung abgegeben werden. In diesem Fall wird das Reinigungsmedium nur zu dem Auslass transportiert und kann dort durch die Schwerkraft auf eine unterhalb der Reinigungsvorrichtung befindliche Heizfläche gelangen. In diesem Fall wird die Heizfläche mit dem Reinigungsmedium berieselt.

Die Reinigungsvorrichtung wird vorzugsweise während der Reinigung der Heizfläche in horizontaler Richtung bewegt. Auch wenn an der Reinigungsvorrichtung nur ein einziger Auslass für das Reinigungsmedium, beispielsweise an der Lanzenspitze, vorgesehen ist, kann hierdurch eine Heizfläche über deren gesamte Länge nennenswert gereinigt werden, was bei vertikal geführten Reinigungsvorrichtungen und horizontal gerichteten Heizflächen nicht oder nur mit großem Aufwand möglich ist.

Die Reinigung erfolgt vorzugsweise während des Betriebs der thermischen Anlage. Durch die beim Betrieb der Anlage herrschenden Temperaturbedingungen kann ein Ablösen der Beläge von den Heizflächen durch Ablösen gewährleistet werden. Insbesondere kann dem Belag bei diesen Temperaturbedingungen auf einfache Weise Wärme entzogen werden und so das Ablösen des Belages erzielt werden. Zudem hat das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren auf den bestimmungsmäßigen Betrieb des Kessels nur geringe Nebenwirkungen, so dass ein weitgehend ungestörter Betrieb gewährleistet ist.

Das Reinigungsmedium wird vorzugsweise mit den abgetragenen Verunreinigungen über die Austragsvorrichtung oder mit dem Rauchgas ausgetragen. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, da die Menge an Reinigungsmedium aufgrund der Nähe der Reinigungsvorrichtung zu der zu reinigenden Fläche und den zu der Ablösung des Belages führenden Bedingungen, insbesondere der Temperaturerniedrigung des Belages, gering gehalten werden kann. Ein Anhaften von feuchtem Staub in der Austragsvorrichtung, insbesondere einem Austragtrichter ist daher eher nicht zu erwarten.

Mit der vorliegenden Erfindung kann somit eine zuverlässige Reinigung der Heizflächen, insbesondere Rohrschlangen und Rohrbündel erzielt werden und dadurch zum einen ein optimaler Wärmeübergang an den Heizflächen gewährleistet werden. Weiterhin kann durch die Reinigung ein Verschließen des Rauchgasweges zwischen den Rohrsystemen verhindert werden, wodurch ein Ansteigen des Druckverlustes im Kesselinnenraum über die Reisezeit vermindert wird. Schließlich kann durch das Entfernen von an den Rohren anlagernden Schadstoffen ein Angriff der Oberfläche, beispielsweise durch Korrosion, vermieden werden.

Die Erfindung wird im Folgenden erneut unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen erläutert, die möglich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen. Insbesondere zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines Müllverbrennungskessels mit vertikalen Kesselzügen;

2: eine schematische Blockdarstellung einer Ausführungsform einer Reinigungsanlage;

3: eine schematische Darstellung eines Müllverbrennungskessels mit horizontalen Kesselzügen;

4: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform von Heizflächen;

5: eine Fotografie eines ungereinigten Rohrsystems; und

6: eine Fotografie eines im Betrieb gereinigten Rohrsystems.

Die vorliegende Erfindung wird im Wesentlichen unter Bezugnahme auf eine Gegenstromfeuerung mit 4-Zug-Vertikalkessel beschrieben. Der schematische Aufbau eines solchen Kessels ist in 1 gezeigt. Die Erfindung kann aber auch in anderen Feuerungs- und Kesselbauarten verwendet werden.
Die thermische Anlage, die in der 1 eine Müllverbrennungsanlage darstellt, weist einen Feuerraum 15, sowie vier vertikale Kesselzüge 16, 17, 18 und 19 auf. Die Kesselzüge 16 und 17 sind hierbei Leerzüge, in denen es zu einer Wärmeübertragung durch Strahlung an den Wänden der Kesselzüge kommt. An die Leerzüge 16, 17 schließen sich in Rauchgasrichtung R Kesselzüge 18, 19 mit konvektiven Heizflächen an. In der dargestellten Ausführungsform sind in dem dritten Kesselzug 18 eine Wärmefallen 21 und vier Überhitzer 22.1 bis 22.4 angeordnet. In dem sich anschließenden vierten Kesselzug 19 sind vier Economiser 23.1 bis 23.4 angeordnet. Diese Heizeinheiten, die konvektive Heizflächen aufweisen, sind als Rohrsysteme ausgebildet. Der Aufbau der Rohrsysteme ist schematisch in 4 gezeigt, wobei die Heizflächen hierbei durch Rohrschlangen gebildet sind.
Bei der Verbrennung von Brennstoffen im Feuerraum 15 entstehen unter anderem gasförmige, flüssige und feste Schadstoffe. Diese werden im Rauchgasstrom R mitgeführt. Trotz einer teilweisen, passiven Abscheidung der Schadstoffe in den Vertikalzügen 16; 17 werden die konvektiven Heizflächen (Wärmefalle [21], Überhitzer [22.1 bis 22.4], Economiser [23.1 bis 23.3]) mit Schadstoffen beaufschlagt. Die als Rohrsystem ausgebildeten konvektiven Heizflächen 21; 22; 23 liegen im Rauchgasstrom R (vgl. 4) in den nachfolgenden Kesselzügen 18; 19. Der Temperaturbereich des Rauchgases im Bereich des Eintritts in den Überhitzer beträgt beispielsweise in Abhängigkeit von der Reisezeit 550°C bis 650°C. Bei diesen Temperaturen sind die z.B. schadstofftragende Stäube von teilweise fester, teigiger und/oder flüssiger Konsistenz und neigen zum Verkleben. Durch das Anhaften der Stäube an den Rohrsystemen der Heizflächen wird die Wärmenutzung vermindert und die Rauchgaswege verengt. Ferner tragen die Stäube und Gase zur Korrosion der Rohre bei.
Zur Reinigung dieser Oberflächen kann eine schematisch in 2 gezeigte Reinigungsanlage verwendet werden. Die Reinigungsvorrichtung umfasst hierbei als Reinigungsvorrichtung eine im wesentlichen horizontal geführte Lanze 1 mit speziell aufgebauter Düse 2. Die Lanze 1 wird durch die Kesselwand in den Kesselinnenraum eingebracht. Die Geometrie der Lanze 1 ist so gewählt, dass die Auslassöffnungen 2 an die zu reinigenden Stellen in den Zwischenraum der Rohrsysteme [4] gelangen kann. Die Lanze 1 wird mittels eines Antriebes 4 in dem Zwischenraum der Rohrsysteme [4] geführt.
Zur Automatisierung des Verfahrens können zum Beispiel zwei Endschalter 5 und 6 den Antrieb 4 in einen Rückwärtslauf beziehungsweise in den Stillstand schalten. Die Versorgung der Lanze 1 mit dem Reinigungsmedium erfolgt über eine Zuführung, wie zum Beispiel einen flexiblen Schlauch 3. Eine Steuerrolle 7 gibt einen Impuls zum Öffnen (Schließen) des Magnetventils 8, nachdem die Lanze 1 die Kesselinnenseite (-außenseite) erreicht hat. Somit kann zum Beispiel nach Eintreten der Austrittsöffnungen 2 in den Kesselinnenraum 16 bis 19 über eine Steuerrolle 7 ein Impuls zum Öffnen des Magnetventils 8 gegeben werden. Durch das Öffnen des Magnetventils 8 wird eine definierte Menge des Reinigungsmediums unter definiertem Druck weitgehend gleichmäßig auf die zu reinigenden Flächen aufgegeben.
Es hat sich gezeigt, dass bereits geringe Mengen unbehandelten Wassers bei geringem Vordruck gute bis sehr gute Reinigungswirkung zeigen, insbesondere wenn die Reinigungsfahrten öfter wiederholt werden und zwischen den Wiederholungen der Kessel sich in Bezug auf die Temperatur regenerieren kann.
Eine Kessellastabsenkung während der Reinigung ist nicht notwendig. Die abgelösten Stäube und Beläge können über den Trichter 20 und die vorhandenen Kesselaustragsysteme (nicht dargestellt) problemlos ausgetragen werden. Durch die eingesetzte, geringe Wassermenge werden die Stäube trocken ausgefördert. Ein Einbringen von Wasser in die Staubförderung ist in der Regel nicht gegeben.
Die Reinigungswirkung wird durch einen Strahl aus Reinigungsmedium-Tropfen erzielt. Dieser Strahl wirkt in Richtung des Rohrsystems, mit einem Profil in Abhängigkeit der geometrischen und verfahrenstechnischen Gegebenheiten. Die Wirkfläche lässt sich aus den Parametern Reinigungsmedium-Druck und Düsengeometrie einstellen. Durch die gegebenen Abmessungen kann das System mit einem geringen Reinigungsmedium-Druck arbeiten. Hierdurch können Blasschäden an den Heizflächen vermieden werden. Der Reinigungseffekt durch die oben beschriebenen Zusammenhänge und das daraus resultierenden Ablösen der Beläge kann daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders effizient genutzt werden.
Die Anordnungsmöglichkeiten der Reinigungsvorrichtung, insbesondere der Lanze 1, in den Kesselzügen 16 bis 19 während der Reinigung ist in den 1 und 4 schematisch angedeutet. Die Lanzen ragen hierbei in die Bildebene hinein und befinden sich in dem lichten Abstand A zwischen den Rohren der Heizeinheiten 21 bis 23.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer thermischen Anlage, bei der die Kesselzüge horizontal angeordnet sind. Auch bei dieser Anlage ragen die Lanzen 1 in die Bildebene hinein und erstrecken sich so zwischen den Rohren der Heizeinheiten 21 bis 23.
Schließlich ist in den 5 und 6 eine als Rohrsystem ausgestaltete Heizfläche mit daran anhaftenden Belägen gezeigt. Wie sich aus diesen Fotografien entnehmen lässt sind die Beläge nach einer Reinigung in dem Bereich, in dem die Reinigungsvorrichtung in den Kesselraum eingeführt wurde, erheblich verringert. An der Kesselwand ist in der 6 die Einlassöffnung für die Reinigungsvorrichtung zu erkennen. Weiterhin sind in der 6 die Rohre des Rohrsystems auf der linken Seite zu erkennen, wohingegen bei einem ungereinigten Rohrsystem in 5 die Rohre nicht sichtbar sind.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere ist es auch möglich mehr als die in den Figuren gezeigte eine Reinigungsebene zu schaffen. Dies kann durch das Vorsehen zusätzlicher Austrittsöffnungen an der Lanze realisiert werden. Die Auswahl der Parameter Menge und Vordruck des Reinigungsmediums wird vorzugsweise so eingestellt, dass es zu einer Reinigungswirkung ohne Schäden der Rohroberfläche durch zum Beispiel Abrasion kommt. Der Auslass des Reinigungsmediums erfolgt vorzugsweise über eine oder mehrere Düsen an einer Lanze. Es können aber auch andere Auslassvorrichtungen verwendet werden. Vorzugsweise erfolgt die Ausbringung des Reinigungsmediums symmetrisch, um somit keine Reaktionskräfte auf die Lanze zu bewirken. Die Reinigungsvorrichtung weist vorzugsweise eine niedrige Bauform auf und kann somit zwischen die Rohre der Rohrsysteme gelangen. Der Austrittswinkel des Reinigungsmediums kann den Anforderungen aus Geometrie der Rohrsysteme und verfahrenstechnischen Gegebenheiten angepasst werden. Der Austrittswinkel wird in der Regel durch die Auslässe und deren Ausrichtung bestimmt. Es ist aber auch möglich weitere Vorrichtungen, wie beispielsweise Hindernisse, in Form von Prallplatten zu verwenden, um den Reinigungsmediumstrom in die gewünschte Richtung zu lenken.
Mit der vorliegenden Erfindung können die Rohrsysteme so gut gereinigt werden, dass sich bevorzugt neue feste oder kondensierbare Schadstoffe ablagern können, die dann in einem weiteren Reinigungsschritt abgelöst werden können. Somit kann zusätzlich zu der Verbesserung der Reinigung der Heizflächen auch ein Abscheiden von Schadstoffen an den Heizflächen und ein gezieltes Austragen der Schadstoffe aus dem Kessel erfolgen.
Die Erfindung erlaubt die Reinigung während des Kesselbetriebes. Zudem kann die Reinigung ohne Kessellastabsenkung erfolgen und die abgetragenen Stäube und Beläge können im Allgemeinen trocken in die Kesselascheaustragsysteme gelangen.
Mit der Erfindung ist es somit möglich, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, wobei die Rohrsysteme wie Überhitzer, Economiser und Verdampfer, welche nach dem Stand der Technik nur unzureichend gereinigt werden können, im Betrieb von Belägen befreit werden können und damit der Wärmeübergang optimiert, ein Verengen des Rauchgasweges vermieden und/oder Schadstoffe von den Rohren entfernt werden können, um schlussendlich die Anlagenbetriebszeiten zu erhöhen.

1: Lanze
2: Düse
3: Flexible Verbindung
4: Antrieb
5: Endschalter
6: Endschalter
7: Steuerrolle
8: Magnetventil
9: Mengenregelung
10: Mengenmessung
11: Druckwächter
12: Steuerung
13: Schieber
14: Absperrung
15: Feuerraum
16: Erster Kesselzug
17: Zweiter Kesselzug
18: Dritter Kesselzug
19: Vierter Kesselzug
20: Trichter
21: Wärmefalle
22: Überhitzer
22.1: Überhitzerpaket 1
22.2: Überhitzerpaket 2
22.3: Überhitzerpaket 3
22.4: Überhitzerpaket 4
23: Economiser
23.1: Economiser 1
23.2: Economiser 2
23.3: Economiser 3
23.4: Economiser 4

Claims

Vorrichtung zum Reinigen von Heizflächen (21, 22, 23) in einer thermischen Anlage, in der zumindest eine Heizfläche (21, 22, 23) zur Wärmegewinnung aus dem Rauchgas (R), das bei der thermischen Umsetzung eines Einsatzstoffes entsteht, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Reinigungsanlage mit einer Reinigungsvorrichtung (1) für zumindest eine der Heizflächen (21, 22, 23) vorgesehen ist, wobei die Reinigungsvorrichtung (1) von einer der Seitenwände eines Kesselzuges (16, 17, 18, 19) der thermischen Anlage, in dem das Rauchgas (R) geführt ist, in den Kesselzug (16, 17, 18, 19) eingebracht ist und eine Höhe aufweist, die geringer ist, als ein zwischen Heizflächen (21, 22, 23), die zu einer Heizeinheit (21, 22, 23) gehören, bestehender lichter Abstand (A).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (1) vorzugsweise in Rauchgasrichtung (R) vor und/oder zwischen mindestens zwei Heizflächen (21, 22, 23) liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringungsöffnung für die Reinigungsvorrichtung (1) eine Einrichtung zum Verschließen der Einbringungsöffnung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (1) mobil ausgestaltet sein kann und somit von der thermischen Anlage entfernt werden kann.
Vorrichtung nach einem der der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (1) manuell, semiautomatisch oder automatisch betrieben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsanlage als Reinigungsvorrichtung eine Lanze (1) umfasst und über der Länge der Lanze (1) zumindest ein Auslass (2) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Steuerung (12) aufweist und in der Steuerung (12) Endlagen für einen Automatikbetrieb der Reinigungsvorrichtung (1) hinterlegt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Steuerung (12) aufweist und die Steuerung zur Drucküberwachung (11) und/oder Mengenregelung (9) für das Reinigungsmedium dient.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfahrtiefe der Reinigungsvorrichtung (1) über Endlagen geregelt wird.
Verfahren zum Reinigen von Heizflächen (21, 22, 23) in einer thermischen Anlage, in der zumindest eine Heizfläche (21, 22, 23) zur Wärmegewinnung aus dem Rauchgas (R), das in der Anlage entsteht, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur eines auf der Heizfläche (21, 22, 23) gebildeten Belags durch Aufbringen eines Reinigungsmediums gesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigungsvorrichtung (1) über eine der Seitenwände eines Kesselzuges (16, 17, 18, 19) in einen Kesselzug (16, 17, 18, 19) der thermischen Anlage eingeführt wird und über diese Reinigungsvorrichtung (1) ein Reinigungsmedium unter geringem Druck auf die mindestens eine Heizfläche (21, 22, 23) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium mit einer Temperatur auf die Heizfläche (21, 22, 23) aufgebracht wird, die geringer als die Temperatur der Beläge auf der zu reinigenden Oberfläche ist.
Verfahren nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium von der Reinigungsvorrichtung (1) in unter anderen vertikaler Richtung abgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (1) vorzugsweise vor und/oder zwischen mindestens zwei Heizflächen (21, 22, 23) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium Wasser ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium bei einem Druck von weniger als 10 bar, vorzugsweise weniger als 6 bar, von der Reinigungsvorrichtung (1) abgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (1) während der Reinigung der Heizfläche (21, 22, 23) in horizontaler Richtung bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung während des Betriebs der thermischen Anlage erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium mit den abgetragenen Verunreinigungen über die Austragsvorrichtung oder mit dem Rauchgas ausgetragen wird.