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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung eines
Kessels mit einem Reinigungsfluid mit wenigstens einem Reinigungsgerät, welches
Mittel zur Ausrichtung einer Fluidverteilereinrichtung zu inneren
Bereichen des Kessels umfasst. Dabei werden insbesondere Kessel
betrachtet, die zur Behandlung eines Gases mit hohem Druck und hoher
Temperatur vorgesehen sind. Solche Kessel dienen beispielsweise
als Wärmetauscher
für Kohlevergasungsanlagen.
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Unter
Kohlevergasung versteht man eine Reihe von Verfahren zur Kohleumwandlung,
bei denen gemahlene Kohle mit Wasserdampf und Sauerstoff bei Temperaturen
von 650°C
bis 2.000°C
und Drücken
bis 100 bar zur Reaktion gebracht wird. Je nach Verfahren entstehen
Synthesegase mit unterschiedlichen Anteilen von Wasserstoff, Kohlenmonoxid
und Methan. Dieses Synthesegas dient beispielsweise als Ausgangssubstanz
für die
chemische Industrie, es ist jedoch beispielsweise bei hohen Methananteilen
auch möglich,
dass das Synthesegas als Erdgasersatz Verwendung findet.
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In
letzter Zeit besteht jedoch der Wunsch, neben Braunkohle, Steinkohle,
Torf, Holz und Klärschlamm
unter Umständen
andere Substanzen zu verbrennen. So besteht beispielsweise auch
ein Bedürfnis,
gegebenenfalls Schweröle
oder ähnliche
Materialien zu vergasen.
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Nach
der Vergasung wird das Synthesegas bzw. Rohgas in wenigstens einem
Wärmetauscher gekühlt. Dabei
können
gegebenenfalls zusätzliche Fluide
(Dampf, Gase, etc.) beigegeben werden, dies ist jedoch nicht zwingend
erforderlich. Es ist jedoch zu beachten, dass dieses Synthesegas
bzw. Rohgas bei Eintritt in einen solchen Wärmetauscher, beispielsweise
nach einer Art Rohrbündelwärmetau scher,
immer noch Temperaturen deutlich oberhalb von 1.000°C, beispielsweise
von ca. 1.400°C,
aufweist. Dabei werden ggf. auch Drücke im Bereich von 50 bar oder
mehr im Wärmetauscherkessel
aufrecht erhalten.
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Bei
den herkömmlichen
Kohlevergasungsanlagen traten nicht beachtenswerte Verschmutzungen
der Wärmeaustauschflächen auf,
so dass sich beispielsweise eine durchschnittliche Reisezeit (Betrieb
ohne Unterbrechung) von über
9 Wochen verwirklichen ließen.
In den Stillstandzeiten wurden dann die Verschmutzungen entweder
abgeklopft oder mit einem gasförmigen
Glasmedium entfernt.
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In
Anbetracht der sich ändernden
Verbrennungsbedingungen ist jedoch mit deutlich höheren Verschmutzungen
zu rechnen, die unter Umständen auch
sehr stark haften und damit eine den Wärmeaustausch behindernde Eigenschaften
aufweisen. Zur Gewährleistung
einer ausreichend langen Reisezeit einer solchen Anlage ist es demnach
wünschenswert,
hier eine Nachreinigung während
des Betriebes der Kessel zu ermöglichen.
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Hiervon
ausgehend ist es also Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit
Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest
teilweise zu lösen.
Insbesondere sollen Vorrichtungen und Verfahren angegeben werden,
die auch bei den vorstehend genannten Umgebungsbedingungen im Inneren
eines solchen Kessels eine gegebenenfalls selektive, effektive Reinigung
der Wärmeaustauschflächen während des
Betriebes gewährleisten.
Zudem sollen die Vorrichtungen und Verfahren möglichst flexibel einsetzbar
sein. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf einen Wärmetauscher,
der sich direkt hinter einem solchen Kohlevergaser („syngas
cooler") anschließt.
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Diese
Aufgaben werden gelöst
mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1, einer Anlage gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
6 sowie einem Verfahren gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den jeweils abhängig
formulierten Patentansprüchen
angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln
aufgeführten
Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander
kombiniert werden können
und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Darüber hinaus werden
besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der
Erfindung auch in der Beschreibung und in der Figurenbeschreibung
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Reinigung eines Kessels mit einem Reinigungsfluid mit wenigstens
einem Reinigungsgerät,
welches Mittel zur Ausrichtung einer Fluidverteilung zur inneren
Bereichen des Kessels umfasst, hat mindestens ein Reinigungsgerät, das von
einem Behälter
umgeben und mit wenigstens einem Anschlussstück an einen Anschlussstutzen
des Kessels montierbar ist.
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Im
Hinblick auf das Reinigungsgerät
wird bevorzugt, dass die Mittel zur Ausrichtung ein Verschwenken,
Bewegen und/oder Rotieren der Fluidverteileinrichtung bewirken können, ggf.
auch ein Positionieren benachbart zu verschiedenen inneren Bereichen
des Kessels. So kann die Fluidverteileinrichtung beispielsweise
als eine Art Wasser-, Dampf- und/oder Gaslanze, insbesondere mit
einer Düse, ausgebildet
sein, die einen gerichteten Strahl des Reinigungsfluids abgeben
kann. Die Mittel zur Ausrichtung erlauben nunmehr eine Relativbewegung zum
Kessel bzw. zu dessen inneren Bereichen, so dass gegebenenfalls
verschiedene innere Bereiche mit dem Reinigungsfluid beströmt werden
können.
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Hierbei
wird nun vorgeschlagen, dass das mindestens eine Reinigungsgerät von einem,
bevorzugt gasdichten, Behälter
umgeben ist. Mit Behälter ist
insbesondere ein Behälter
gemeint, in dessen Innenraum Drücke
(deutlich oberhalb des Atmosphärendruckes)
aufrechterhalten werden können,
die insbesondere noch oberhalb des (ggf. sogar maximalen) Betriebsdruckes
im Inneren des Kessels liegen. Solcher Druckbehälter kann beispielsweise aus hochfestem
Stahl ausgeführt
sein. Die im Inneren des Behälters
positionierten Komponenten, wie beispielsweise die Reinigungsgeräte, Teile
der Fluidverteileinrichtung und dergleichen sind nun im Wesentlichen
darin positioniert, wobei gegebenenfalls Antriebs-, Überwachungs-,
Sensorkomponenten und dergleichen druckdicht nach außen geführt sind.
Die Zugänge
zu diesem Behälter
sind alle mit einer Hochdruckdichtung ausgeführt.
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Dieser
Behälter
bzw. Druckbehälter
weist wenigstens ein Anschlussstück
auf, das (ebenfalls druckdicht) an einem Anschlussstutzen des Kessels montierbar
ist. Besonders bevorzugt ist dieses Anschlussstück nach Art eines Rohraufsatzes
auf den Behälter
ausgebildet, so dass das hervorstehende Anschlussstück leicht
zum Anschlussstutzen des Kessels positioniert werden kann. Das Anschlussstück kann
mit Verbindungselementen ausgeführt sein,
um positionsgenau zu dem Anschlussstutzen ausgerichtet werden zu
können.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsvariante,
bei der nur genau ein Reinigungsgerät vorgesehen ist. In diesem
Fall ist auch bevorzugt, dass nur ein Anschlussstück vorhanden
ist. Gleichwohl können
beispielsweise mehrere Anschlussstücke vorgesehen sein, beispielsweise
um gleichzeitig mehrere Verbindungen mit dem Kessel zu realisieren
oder um unterschiedliche Anschlussvarianten bzw. Anschlussstutzen
des Kessels passgenau kontaktieren zu können. Im letztgenannten Fall
sind die Anschlussstücke
mit einer Abschlussdichtung versehen, damit nur das gerade zum Einsatz
gelangende Anschlussstück
geöffnet
ist.
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Mit
der Ummantelung des Reinigungsgeräts durch den Druckbehälter wird
ermöglicht,
dass auch während
des Betriebes des Kessels bei hohen Drücken eine Verbindung zwischen
dem Reinigungsgerät
und dem Inneren des Kessels möglich
ist, so dass das Reinigungsfluid in innere Bereiche des Kessels aufgegeben
wer den kann. Dies hat nun zur Folge, dass keine gesonderten Stillstandzeiten
des Kessels mehr erforderlich sind, um eine Reinigung der Heizflächen bzw.
anderer innerer Wandbereiche des Kessels zu ermöglichen.
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Besonders
bevorzugt ist die Vorrichtung als Bausatz vorgesehen, wobei der
Behälter
mit verschiedenen Aufnahmekonstruktionen vorgesehen sein kann, um,
gegebenenfalls mehrere und/oder voneinander verschiedene, Reinigungsgeräte einzuschließen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsvariante der
Vorrichtung wird auch vorgeschlagen, dass diese mit einer Druckerhöhungsanlage
verbindbar ist, mit der der Druck in dem Behälter variiert werden kann. Die
Druckerhöhungsanlage
umfasst insbesondere eine Gaszufuhreinrichtung, gegebenenfalls auch eine
Gasablasseinrichtung. Mit der Druckerhöhungsanlage ist somit insbesondere
möglich,
ein Gas, insbesondere ein so genanntes Spülgas, in den Behälter einzuleiten,
um dort den Druck zu erhöhen.
Als Spülgas
kommt beispielsweise Stickstoff in Betracht, es ist jedoch auch
möglich,
andere Gase, beispielsweise solche, die auch im Kessel vorhanden
sind, in den Druckbehälter
einzuleiten. Die Druckerhöhungsanlage
kann dazu insbesondere mit einer Druckleitung und gegebenenfalls
mit einem Drucksensor mit dem Behälter verbunden sein.
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Weiter
wird auch vorgeschlagen, dass die Fluidverteileinrichtung zumindest
durch das wenigstens eine Anschlussstück hindurch verfahrbar oder schwenkbar
ausgeführt
ist. Besonders bevorzugt ist die Ausführungsvariante, wobei die Fluidverteileinrichtung
sowohl durch das Anschlussstück
verfahren werden kann und zusätzlich
auch schwenkbar oder sogar zusätzlich
auch rotierbar ausgeführt
ist. Insoweit sind insbesondere Mittel vorgesehen, die eine Relativbewegung
zumindest einer Teilkomponente der Fluidverteileinrichtung durch
das wenigstens eine Anschlussstück
hindurch ermöglichen.
Für den
Fall, dass mehrere Anschlussstücke
vorge sehen sind, sind auch Positionierungsmittel vorgesehen, die
die Fluidverteileinrichtung zunächst
zu dem jeweils gewünschten
Anschlussstück
ausrichten und dann zumindest teilweise hindurchführen. Insbesondere
Teile der Reinigungsfluidleitung, der Fluid-Lanze (z.B. schweres,
rohrähnliches
Bauteil einer Erstreckung von mindestens 1 Meter) und/oder der Düse kann
dabei durch das Anschlussstück
hindurchbewegt werden. Ganz besonders bevorzugt ist eine Teilkomponente
der Fluidverteileinrichtung dann nur durch das Anschlussstück hindurch
verfahrbar, wenn das Anschlussstück
im Wesentlichen eine vertikale Verbindung hin zum Kessel realisiert,
so dass die Fluidverteileinrichtung der Gravitation folgend senkrecht
von oben in den Kessel eingeführt
werden kann. Eine Verschwenkung der Fluidverteileinrichtung ist
dann bevorzugt, wenn die Fluidverteileinrichtung durch eine im Wesentlichen
horizontale Verbindung über das
Anschlussstück
in innere Bereiche des Kessels eingeführt wird.
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Des
Weiteren wird als vorteilhaft erachtet, dass die Fluidverteileinrichtung
einen flexiblen Schlauch umfasst, der auf einer Schlauchtrommel anordenbar
ist, und die Schlauchtrommel im Behälter vorgesehen ist. Bei dieser
Ausgestaltung umfasst die Fluidverteileinrichtung beispielsweise
eine Düse,
die vertikal in Richtung des Kessels eintauchen kann und an einem
flexiblen, den Temperaturen und Drücken standhaltenden, Schlauch
(z. B. Metallschlauch) angeordnet ist. Die Fluidverteileinrichtung
ist dabei so ausgeführt,
dass diese das Reinigungsfluid in etwa waagerecht und/oder bevorzugt
auch nach oben gegen die Schwerkraft, insbesondere im Wesentlichen rotationssymmetrisch
gleichmäßig verteilt,
auf die inneren Bereiche des Kessels abgibt. Um nun ein Eintauchen
in den Kessel über
beispielsweise 20 oder 30 m zu ermöglichen, wird der Schlauch
auf einer entsprechenden Schlauchtrommel angeordnet, so dass er
je nach der gewünschten
Reinigungshöhe unterschiedlich
weit abgewickelt werden kann. Diese, relativ große, Schlauchtrommel ist nunmehr
auch in dem Druckbehälter
positioniert. Dies hat den Vorteil, dass die Schlauchführung innerhalb
des gleichen Druckniveaus er folgt. Sensoren zum Betrieb der Schlauchtrommel
(Wegmesssysteme, Schlauch-Endlagenkontrolle,
etc.) werden dabei bevorzugt außerhalb
des Behälters
positioniert
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Darüber hinaus
ist auch bevorzugt, dass die Vorrichtung, wobei die Fluidverteileinrichtung
einen flexiblen Schlauch umfasst, der mittels eines Antriebes durch
das wenigstens eine Anschlussstück
hindurch verfahrbar ist, mit einem in dem Behälter angeordneten Antrieb ausgestattet
ist. Um eine weggenaue Bewegung des Schlauches und somit auch der Fluidverteileinrichtung
zu gewährleisten,
wird der Metallschlauch beispielsweise durch angetriebene Rollen
reibschlüssig
angetrieben. Die Rollen sind vorteilhafterweise in beide Richtungen
betreibbar, so dass eine weggenaue Fluidverteileinrichtung realisiert
ist. Auch dieser Antrieb ist vorteilhafterweise in dem Behälter angeordnet,
wobei die hier geschilderte Ausführungsvariante
mit den angetriebenen Rollen ohne Weiteres den im Betrieb herrschenden
Bedingungen standhalten kann.
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Ergänzend ist
darauf hinzuweisen, dass beispielsweise der Antrieb für die Schlauchtrommel und/oder
Wegaufnehmer für
eine Kontrolle der Bewegung des Schlauches außerhalb des Behälters positioniert
sind. Hierfür
sind geeignete Durchführungen
durch den Behälter
vorgesehen.
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Ganz
besonders bevorzugt ist nun auch eine Anlage umfassend zumindest
einen Kessel zur Behandlung eines Gases mit hohem Druck und hoher Temperatur,
bei der in dem Kessel wenigstens ein Wärmeaustauschfläche und
außen
an dem Kessel wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung sowie ein entsprechender
Anschlussstutzen vorgesehen ist, wobei die Fluidverteileinrichtung
so positionierbar ist, dass diese ein Reinigungsfluid auf die wenigstens
eine Wärmeaustauschfläche fördern kann.
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Während vorstehend
im Wesentlichen eine Beschreibung der separaten, montierbaren Vorrichtung
zur Reinigung vorgenommen wird, ist diese nun an dieser Stelle konkret
mit einer entsprechenden Anlage verbunden. Dabei handelt es sich
insbesondere um einen Wärmetauscher-Kessel,
der sich an Verbrennungsanlage zur Kohlevergasung anschließt. Dieser
Kessel, der beispielsweise als zylindrisches Druckgefäß mit Membranwänden und Schottheizflächen (Rohrmaterial
Inconell 800, AC66) ausgeführt
ist und dabei einen Durchmesser von beispielsweise 3 bis 5 m und
eine Höhe
von 30 bis 50 m aufweist, wird mit einem Gasdruck im Bereich von
30 bis 50 bar betrieben, wobei die Eintrittstemperatur des Gases
in den Kessel in einem Bereich von 1.000°C bis 1.600°C liegt. Bei entsprechend großen Anlagen,
werden Massenströme
des Gases von 15 bis 25 t/h realisiert. Hierbei handelt es sich
insbesondere um Anlagen, bei denen auch kohlefremde Stoffe verbrannt
werden, insbesondere Schweröle
und dergleichen.
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Gerade
bei den vorstehend geschilderten Anlagen ist bevorzugt, dass mehrere
Vorrichtungen oben auf dem Kessel montiert bzw. montierbar sind, so
dass dann vertikal Fluidverteileinrichtungen so in den Kessel eingeführt werden
können,
dass diese mit ihrem Reinigungsfluid wenigstens Teilbereiche der dort
realisierten Wärmeaustauschfläche erreichen können. Ganz
besonders bevorzugt sind die Wärmeaustauschflächen mit
mehreren Wärmetauscher-Rohren
gebildet, die beispielsweise von einem Kühlmedium wie Wasser durchströmt werden.
Diese Wärmeaustauschflächen sind
insbesondere im oberen Drittel des Kessels positioniert. Dabei können die Rohre,
den Querschnitt des Kessels nun betrachtend, mit einem Muster angeordnet
sein. Ein solches Muster umfasst beispielsweise eine kreisförmige Anordnung
der Rohre in einem gewissen Abstand zum Kesselgehäuse, von
der radial einwärts
orientierte Reihen bis in einen zentralen Bereich vorgesehen sind,
so dass in Umfangsrichtung mehrere Wärmetauschersektoren gebildet
sind, beispielsweise 10, 12, 14, 16, 18 oder 20 in der Anzahl. Bevorzugt
ist nun, dass für
jeden dieser Wärmetauscherräume zumindest
ein Anschlussstutzen vor gesehen ist, so dass ein (bzw. mehrere)
Reinigungsgerät
bzw. eine (bzw. mehrere) Fluidverteileinrichtung gezielt über den
Anschlussstutzen vertikal in den Kessel eindringen und den gewünschten
Wärmetauschersektor
hinabfahren uns selektiv reinigen können. Auf diese Weise ist eine
sehr gezielte und gründliche
Reinigung möglich.
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Darüber hinaus
wird auch vorgeschlagen, dass der Kessel mehrere Anschlussstutzen
aufweist und wenigstens eine Vorrichtung zu mehreren Anschlussstutzen
ausrichtbar ist. Damit ist insbesondere der Fall beschrieben, dass
nur eine Vorrichtung vorliegt, so dass die Fluidverteileinrichtung
gemeinsam mit dem Behälter
zu dem jeweiligen Anschlussstutzen ausgerichtet wird, eine druckdichte
Verbindung generiert wird, und dann das Reinigungsgerät aktiviert
wird.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist, dass Verschlussmittel an dem wenigstens
einen Anschlussstutzen vorgesehen sind. Diese Verschlussmittel dienen
insbesondere dazu, den Anschlussstutzen gegenüber der äußeren Umgebung anzudichten,
so dass beispielsweise kein Gasaustausch mehr vom Inneren des Kessels
in die Umgebung bzw. den Behälter
ermöglicht
ist. Damit wird erreicht, dass der Behälter abgekoppelt werden kann,
insbesondere dann auch der darin befindliche Druck beseitigt werden kann.
Dadurch wird einerseits eine Schonung der innen liegenden Komponente
erreicht, darüber
hinaus kann beispielsweise eine Montageklappe des Behälters geöffnet werden,
um eine Wartung und/oder Instandsetzung der im Inneren des Behälters angeordneten
Komponenten durchzuführen.
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Einer
Weiterbildung der Anlage zufolge sind zumindest Sensoren zur Bestimmung
eines Verschmutzungsgrades der Wärmeaustauschfläche oder
der Umgebungsbedingungen im Kessel vorgesehen. Bevorzugt ist, dass
beide vorstehend genannten Arten von Sensoren vorhanden sind. Im
Hinblick auf die Anordnung der Sensoren zur Bestimmung eines Verschmutzungsgrades
der Wärmeaustausch fläche ist
anzumerken, dass diese zwar grundsätzlich optische bzw. nicht
berührende
Sensoren sein können,
bevorzugt sind jedoch Wärmeflusssensoren,
die auf bestimmten horizontalen Niveaus wärmeleitend mit der Wärmeaustauschfläche in Kontakt
gebracht sind. Anhand der Temperaturdifferenz kann der Wärmeaustausch
zwischen dem vorbeiströmenden
Gas und dem Wärmeaustauschmittel
im Inneren der Wärmetauscher-Rohre
erfasst werden, so dass auf diese Weise der Verschlackungsgrad bestimmbar
ist. Wird hierbei ein bestimmter Grenzwert erreicht bzw. überschritten,
wird eine gezielte, selektive Reinigung der verschmutzten Bereiche
der Wärmeaustauschfläche vorgenommen.
Die Vorsehung von Sensoren zur Bestimmung der Umgebungsbedingungen
im Kessel ist hilfreich, um beispielsweise den Druck im Inneren des
Behälters
für den
nächsten
Reinigungsvorgang zu bestimmen bzw. zu regeln.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Anlage wird auch vorgeschlagen, dass eine Steuereinheit
für zumindest
eine der folgenden Funktionen vorgesehen ist: Versorgung des Reinigungsfluids,
Positionierung der Vorrichtung zum Kessel, Veränderung der Umgebungsbedingungen
im Behälter,
Erfassung von Betriebsdaten des Kessels. Zu diesem Zweck ist die Steuereinheit
mit zumindest einer der folgenden Komponenten verbunden: der Vorrichtung,
der Reinigungsfluid-Zuleitung, der Schlauchtrommel, dem Antrieb,
dem Anschlussstutzen, einem Sensor, der Druckerhöhungseinrichtung. Somit kann
die Steuereinheit beispielsweise die Zufuhr des Reinigungsfluids bzw.
die Deaktivierung der Zufuhr des Reinigungsfluids vornehmen. Auch
kann beispielsweise unter Berücksichtigung
der ermittelten Verschlackung der Wärmeaustauschfläche die
Positionierung der Vorrichtung bzw. der Fluidverteileinrichtung
erfolgen. Damit ist einerseits beispielsweise gemeint, dass die Vorrichtung
zu dem entsprechenden Anschlussstutzen ausgerichtet wird, andererseits
kann jedoch auch bzw. alternativ dazu die Position der Fluidverteileinrichtung
bzw. der Düse
zur Reinigungsfläche
vorgenommen und beeinflusst werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Reinigen einer
im Betrieb befindlichen Anlage mit zumindest einem Kessel zur Behandlung
eines Gases mit hohem Druck und hoher Temperatur vorgeschlagen,
das zumindest folgende Schritte umfasst:
- (a)
Anpassen einer Umgebungsbedingung im Behälter einer Vorrichtung der
hier erfindungsgemäß beschriebenen
Art an die Umgebungsbedingung im Kessel;
- (b) Verbinden des Behälters
in dem Kessel über das
Anschlussstück
und den Anschlussstutzen;
- (c) Ausrichten der Fluidverteileinrichtung zu inneren Bereichen
des Kessels;
- (d) Fördern
eines Reinigungsfluids auf die inneren Bereiche des Kessels.
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Dieses
Verfahren lässt
sich insbesondere mit der hier erfindungsgemäß beschriebenen Anlage verwirklichen.
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Die
Umgebungsbedingungen im Behälter betreffen
insbesondere den Druck. Also ist insbesondere beim Anpassen des
Drucks im Behälter
ein solcher Druck zu wählen,
der oberhalb des Drucks im Kessel liegt, beispielsweise einen Überdruck
von ca. 50 kPa. Durch den leichten Überdruck strömt das Spülgas (beispielsweise
Stickstoff) durch das Anschlussstück und den Anschlussstutzen
in den Kessel hinein, so dass ein Eindringen des Synthesegases in
den Druckbehälter
vermieden wird. So wird gleichzeitig eine Verschmutzung der im Behälter liegenden
Komponenten entgegengewirkt.
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Mit
dem Schritt (b) wird insbesondere eine fluidtechnsiche Verbindung
zwischen dem Behälter und
dem Kessel verwirklicht, beispielsweise durch das Öffnen von
entsprechenden Absperr- und/oder Verschlussmitteln.
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Beim
Ausrichten der Fluidverteileinrichtung gemäß Schritt (c) ist insbesondere
das vertikale Eintauchen eines Schlauches mit einer Lanze bzw. Düse in den
Kessel gemeint, wobei dann die Fluidverteileinrichtung besonders
bevorzugt selektiv an (nur) den verschmutzten Sektoren positioniert
wird und dort mit einer Reinigung beginnt.
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Schritt
(d) meint insbesondere die Zufuhr eines Reinigungsmediums mit einem
Druck, der ausreichend ist, um die zu reinigenden Wärmeaustauschflächen zu
erreichen. Bei Flüssigkeiten
ist der Druck insbesondere so zu wählen, dass lediglich eine Benetzung
(im Wesentlichen ohne abrasive Wirkung) realisiert wird, bei Gasen
muss dahingegen die kinetische Energie ausreichend hoch sein, um
die Verschmutzungen weg zu blasen, so dass hier eine möglichst
geringe Distanz zwischen Fluidverteileinrichtung und Wärmeaustauschfläche realisiert
sein sollte.
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Nachdem
nun vorstehend insbesondere die Einleitung des Verfahrens zur Reinigung
erläutert wurde
und in jeder bekannten Weise beendet werden kann, wird nachfolgend
eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante
des Verfahrensendes dargestellt. Demnach umfasst das Beenden des
Reinigungsvorgangs mindestens einen der folgenden Schritte:
- (e) Identifizieren eines Reinigungszustandes;
- (f) Positionieren der Fluidverteileinrichtung in dem Behälter in
einer Rastposition;
- (g) Trennen des Behälters
von dem Kessel über das
Anschlussstück
und den Anschlussstutzen;
- (h) Anpassen der Umgebungsbedingung im Behälter an das äußere Umfeld
der Anlage.
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Mit
Identifizieren eines Reinigungszustandes ist insbesondere gemeint,
dass der aktuelle Reinigungszustand erfasst bzw. gemessen wird.
Grundsätzlich
ist zwar auch möglich,
dass aufgrund von beispielsweise Erfahrungswerten eine bestimmte Reinigungsintensität bzw. Reinigungsdauer
als feste (zeitliche) Grenze für
das Beenden des Reinigungsvorgangs herangezogen wird, ein hochwertigeres Reinigungsergebnis
lässt sich
jedoch mit der zuerst genannten Variante erzielen.
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Um
eine (vorübergehende)
Trennung und/oder eine Neupositionierung der Fluidverteileinrichtung
zu ermöglichen,
wird vorgeschlagen, die Fluidverteileinrichtung in eine Rastposition
(bzw. Referenzposition) im Inneren des Behälters zurückzuführen, von der aus regelmäßig die
Ausrichtung der Vorrichtung begonnen werden kann.
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Die
fluidtechnische Verbindung zwischen Behälter und Kessel ist dann insbesondere
zu trennen, so dass z.B. motorisch angetriebene Absperr- und/oder
Verschlussmittel aktiv werden.
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Zu
Montage- und/oder Wartungstätigkeiten wird
die Umgebungsbedingung im Behälter
wieder an die normale Atmosphäre
angepasst.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren dann, wenn der Behälter in
Schritt (a) mit einem Druck von mindestens 30 bar versehen wird,
insbesondere beispielsweise sogar 50 bar. Der Behälter sowie
die entsprechenden Dichtungen sind hierfür geeignet auszuwählen.
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Wie
bereits angedeutet ist es vorteilhaft, gerade bei den vorstehend
beschriebenen Anlagen zur Kohlevergasung, dass der Behälter in
Schritt (a) mit Stickstoff-Gas beaufschlagt wird. Dabei ist insbesondere
ein leichter Überdruck
(ca. 30 bis 80 kPa) gegenüber
dem Druck im Kessel zu realisieren.
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Schließlich wird
auch vorgeschlagen, dass als Reinigungsfluid eine Flüssigkeit
eingesetzt wird, wobei diese mit einem Überdruck von 1 bis 10 bar, bevorzugt
1 bis 5 bar, bezogen auf den Druck im Kessel eingeleitet wird. Dies
reicht gerade auch unter Berücksichtigung
der Strömungsgeschwindigkeiten
des Synthesegases aus, um die beispielsweise mehr als 200 mm entfernten
Bereiche des Kessels benetzen zu können. Durch das Auftreffen
bzw. Einwirken der Flüssigkeit
in die Verschlackungen kommt es zu einer schlagartigen Verdampfung,
wobei die damit einhergehende plötzliche
Volumenänderung
ein Auf- bzw. Abplatzen der Verschlackungen bewirkt.
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Die
Erfindung sowie das technische Umfeld werden auch im Zusammenhang
mit der beigefügten Figur
veranschaulicht. Diese Figur zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante
der Erfindung, auf die diese jedoch nicht begrenzt ist.
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Die 1 zeigt
schematisch den Aufbau einer Anlage zur Kohlevergasung mit einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Im
unteren Bereich ist dabei der Kessel 2 veranschaulicht,
der hier mit zwei Anschlussstutzen 8 ausgeführt ist,
die jeweils mit Verschlussmitteln 15 ausgeführt sind.
Bei dem linken Anschlussstutzen 8 sind die Anschlussmittel 15 mit
einem Motor (dargestellt durch einen Kreis mit einem M) ausgeführt, während der
rechte Anschlussstutzen 8 ein Verschlussmittel 15 nach
Art einer Klappe aufweist, die nur manuell geöffnet werden kann.
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Im
Inneren des Kessels 2 ist im linken Bereich eine Wärmeaustauschfläche 14 dargestellt,
beispielsweise mit einer Reihe von Wärmeaustauschrohren, die von
Wasser durchströmt
sind. Die sich vertikale Richtung erstreckenden Rohre bzw. die Wärmeaustauschfläche 14 weist
in verschiedenen horizontalen Niveaus Sen soren 16 zur Bestimmung der
Temperatur auf. Anhand dieser Sensoren 16 lassen sich Rückschlüsse über den
Verschlackungs- bzw. Verschmutzungsgrad der Wärmeaustauschfläche 14 gewinnen.
Wird eine hohe Verschmutzung identifiziert, beginnt der Reinigungsprozess,
wobei vorteilhafterweise nur in den ausreichend stark verschmutzten
Sektoren der Wärmeaustauschfläche 14 tatsächlich selektiv
eine Reinigung vorgenommen wird.
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Die
Reinigung selbst wird hier mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 verwirklicht.
Die Vorrichtung 1 umfasst ein Reinigungsgerät 4,
das eine Schlauchtrommel 11, einen Schlauch 10,
einen Antrieb 12 und eine Fluidverteileinrichtung 5 umfasst. Diese
Komponenten sind zudem in einem Behälter 6 angeordnet,
der Drücken
bis beispielsweise 60 bar standhält.
Der Behälter 6 ist
im Wesentlichen kesselförmig
ausgeführt,
wobei eine druckdicht verschlossene Seitenwand als Montageklappe
zur Montage der einzelnen Komponenten abtrennbar ist. Der Behälter 6 weist
ein Anschlussstück 7 auf,
das mit dem Anschlussstutzen 8 des Kessels 2 verbunden
werden kann. Dies kann einerseits direkt erfolgen oder, wie hier
veranschaulicht, mit einem (insbesondere rohrförmigen) Zwischenstück.
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Hier
ist nun dargestellt, dass die Fluidverteileinrichtung 5 aus
dem Behälter 6 durch
das Anschlussstück 7 und
den Anschlussstutzen 8 hindurchgeführt wurde, so dass die Fluidverteileinrichtung 5 zu
den entsprechenden Sektoren der zu reinigenden Wärmeaustauschfläche 14 positioniert
ist. Durch eine entsprechende Abgabe des Reinigungsfluides 3 werden
die Wärmeaustauschflächen 14 benetzt
und durch die Expansion der Flüssigkeit
auch gereinigt. Nach Beendigung des Reinigungsvorganges wird die
Fluidverteileinrichtung 5 wieder in das Innere des Behälters 6 in
eine Rastposition zurückgeführt, wobei
der Schlauch 10 gleichzeitig auf der Schlauchtrommel 11 aufgerollt
wird. Dann können die
Verschlussmittel 15 motorisch angesteuert werden, so dass
der Kessel 2 wieder dicht geschlossen ist.
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Während der
Reinigung ist der Behälter 6 mit einem
Spülmedium
beaufschlagt, insbesondere Stickstoff. Dieser wird mittels der Druckerhöhungsanlage 9 in
das Innere. des Behälters 6 eingeleitet.
Mit Hilfe eines Sensors 16 in der Verbindung zwischen der
Druckerhöhungsanlage 9 hin
zum Behälter 6 kann
der Druck im Inneren des Behälters 6 genau eingestellt
bzw. (z.B. auch in Abhängigkeit
vom Druck im Kessel) geregelt werden. Liegt der gewünschte Druck
vor, können
wiederum die Verschlussmittel 15 geöffnet werden. Neben der Spülmittelzufuhr
kann auch die Reinigungsfluidzufuhr mit entsprechenden Sensoren überwacht
werden (zur Überwachung
des Drucks sind Drucksensoren vorgesehen, die mit einem P gekennzeichnet
sind). Zum Fördern
von Fluiden bzw. zum Betreiben von Verschlussmitteln, Ventilen und ähnlichen
Apparaturen sind zudem mehrere Stellmotoren 19 vorgesehen.
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Die
Stellmotoren, die Sensoren und dergleichen sind zudem mit einer
Steuereinheit 17 über
diverse Verbindungen 18 verbunden, um einen Datenaustausch
und/oder eine Steuerung und/oder eine Regelung diverser Komponenten
zu realisieren.
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Diese
gesamte Anlage 13 dient insbesondere zum Kühlen eines
Synthesegases, das mit Temperaturen oberhalb von 1.300°C und einem
Druck oberhalb von 40 bar in den Kessel 2 einströmt. Die
hier dargestellte Vorrichtung 1 erlaubt erstmalig die Reinigung
von Wärmeaustauschflächen in
solchen Kesseln, die mit Hochdruck und Hochtemperatur betrieben
werden und zwar online, also während
des Betriebes.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Kessel
- 3
- Reinigungsfluid
- 4
- Reinigungsgerät
- 5
- Fluidverteileinrichtung
- 6
- Behälter
- 7
- Anschlussstück
- 8
- Anschlussstutzen
- 9
- Druckerhöhungsanlage
- 10
- Schlauch
- 11
- Schlauchtrommel
- 12
- Antrieb
- 13
- Anlage
- 14
- Wärmeaustauschfläche
- 15
- Verschlussmittel
- 16
- Sensor
- 17
- Steuereinheit
- 18
- Verbindung
- 19
- Stellmotor