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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reinigungsgerät für einen rauchgasführenden Innenbereich einer Verbrennungsanlage. Die Verbrennungsanlage kann insbesondere als Teil eines Wärmekraftwerks der Erzeugung von thermischer Energie dienen, die durch das Wärmekraftwerk in elektrische Energie wandelbar ist.
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In Verbrennungsanlagen wird durch Verbrennung von Brennstoffen, Abfällen und dergleichen ein Rauchgas produziert, welches aufgrund seiner Temperatur geeignet ist, die darin enthaltene thermische Energie durch nachfolgenden Kontakt mit Wärmetauschern und/oder einer Wärmeübertragung durch Strahlung zurückzugewinnen. Bei der Verbrennung können neben Asche, Ruß, Stäube, etc. gegebenenfalls auch aggressive Gase, Metalldämpfe und dergleichen entstehen. Diese im Rauchgas enthaltenen Bestandteile lagern sich während des Betriebs insbesondere an den Wänden bzw. Einbauten im Innenbereich der Verbrennungsanlage ab, durch den das Rauchgas hindurchgeführt wird. Infolge von zunehmender Anlagerung solcher Stoffe wird der Wärmeaustausch zwischen dem Rauchgas und den Wärmetauschern zunehmend geringer, wodurch der Wirkungsgrad bzw. die Effizienz der Verbrennungsanlage sinkt. Aus diesem Grund ist bekannt, die Flächen im Innenbereich der Verbrennungsanlage bedarfsorientiert zu reinigen bzw. die dort anhaftenden Verunreinigungen, Schlacke etc. zu entfernen. Dies kann während einer Stillstandszeit der Verbrennungsanlage vorgenommen werden. Bevorzugt ist jedoch eine Reinigung während des Betriebs der Verbrennungsanlage. Dabei muss berücksichtigt werden, dass die Reinigung so erfolgt, dass der Normalbetrieb der Verbrennungsanlage möglichst nur gering beeinflusst wird.
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Die mit dem Rauchgas permanent in Kontakt stehenden Wände und/oder Heizflächen der Verbrennungsanlage, insbesondere die Wärmeaustauschflächen, müssen also zur Sicherstellung einer ausreichenden Abkühlung des Rauchgases gelegentlich gereinigt werden. Je nach Art und Ort der Verschmutzung können hierbei unterschiedliche Reinigungssysteme eingesetzt werden. Bevorzugt ist es dabei, die Reinigung während des Betriebs der Verbrennungsanlage, also während im Brennraum bzw. Feuerraum Brennstoff bzw. Abfall verbrannt wird, durchzuführen. Damit kann die Verfügbarkeit der Verbrennungsanlage über einen besonders langen Zeitraum (die sogenannte „Reisezeit“) aufrechterhalten werden.
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Zur Reinigung solcher Wärmeaustauschflächen sind verschiedene Reinigungsgeräte bekannt. Diese können eine Lanze mit zumindest einer Düse für ein Reinigungsmedium aufweisen, mit der das Reinigungsmedium, wie zum Beispiel Wasser, Luft und/oder Wasserdampf, in den Innenbereich der Verbrennungsanlage bzw. auf die Verschmutzungen abgebbar ist. Um das Reinigungsmedium in unterschiedliche Richtungen abzugeben, kann die Lanze mittels eines Elektromotors bewegbar sein. Der Elektromotor muss mithilfe einer elektrischen Leitung mit einem Elektrizitätsnetz verbunden werden, wodurch bei der Montage des Reinigungsgeräts ein hoher Montageaufwand entsteht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Reinigungsgerät anzugeben, das sich durch einen geringeren Montageaufwand auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Reinigungsgerät gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Reinigungsgeräts sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Hierzu trägt ein Reinigungsgerät für einen rauchgasführenden Innenbereich einer Verbrennungsanlage bei, das zumindest Folgendes aufweist:
- - eine Lanze zur Abgabe eines Reinigungsmediums; und
- - eine Turbine zum Bewegen der Lanze.
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Bei dem Reinigungsgerät handelt es sich insbesondere um einen Rußbläser. Rußbläser sind in verschiedenen Ausführungsvarianten bekannt, beispielsweise als Wandbläser, Lanzenschraubbläser, Pendelbläser, Axialbläser, Schraubbläser, Drehrohrbläser, Traversenbläser oder Zweistoffbläser. Das Reinigungsgerät weist eine Lanze zur Abgabe eines Reinigungsmediums, beispielsweise Wasser, Luft und/oder Wasserdampf auf. Die Lanze kann zumindest eine Abgabeöffnung für das Reinigungsmedium aufweisen. Die zumindest eine Abgabeöffnung kann an einer Umfangsfläche der Lanze angeordnet und/oder nach Art einer Düse ausgebildet sein. Weiterhin ist die Lanze insbesondere rohrförmig ausgebildet und/oder erstreckt sich entlang einer, insbesondere geraden, Längsachse. Um den Temperaturen in dem rauchgasführenden Innenbereich der Verbrennungsanlage zu widerstehen, kann die Lanze zumindest teilweise aus Metall, insbesondere Edelstahl, bestehen. Die Lanze kann parallel zu der Längsachse beispielsweise eine Länge von 0,5 m (Meter) bis 30 m und/oder (orthogonal zu der Längsachse) einen Durchmesser von 1 cm (Zentimeter) bis 20 cm aufweisen. Weiterhin kann die Lanze, insbesondere parallel zu ihrer Längsachse und/oder in einer horizontalen Richtung, beispielsweise durch eine Öffnung in einer Wand der Verbrennungsanlage in den Innenbereich der Verbrennungsanlage hineinbewegbar und/oder herausbewegbar sein. Die Öffnung der Wand der Verbrennungsanlage kann, insbesondere wenn die Lanze aus dem Innenbereich der Verbrennungsanlage herausbewegt ist, verschließbar sein. Der Lanze ist das Reinigungsmedium insbesondere über ein längsseitiges Ende der Lanze und/oder ein (Absperr-)Ventil zuführbar. Dabei kann das Reinigungsmedium beispielsweise einen Druck von mehr als 5 bar, beispielsweise 5 bar bis 100 bar, bevorzugt 20 bis 40 bar, besonders bevorzugt (im Wesentlichen) 30 bar, aufweisen. Das Reinigungsmedium kann durch die Lanze zu der zumindest einen Abgabeöffnung strömen. Zudem kann die Lanze in einer Halterung, beispielsweise nach Art eines Rahmens oder Gehäuses, bewegbar bzw. rotierbar gelagert sein. Weiterhin kann die Lanze relativ zu einem Zuführrohr bewegbar bzw. rotierbar gelagert sein, über das der Lanze das Reinigungsmedium zuführbar ist. Das Zuführrohr kann sich insbesondere in ein längsseitiges Ende der Lanze erstrecken.
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Das Reinigungsgerät weist eine Turbine zum Bewegen der Lanze auf. Das bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass die Bewegung der Lanze mittels der Turbine erfolgt bzw. die Turbine ein Teil eines Antriebes der Lanze bildet. Die Lanze kann durch die Turbine insbesondere rotierbar bzw. drehbar sein. Insbesondere kann die Lanze durch die Turbine um ihre Längsachse rotierbar bzw. drehbar sein. Bei der Turbine handelt es sich insbesondere um eine (rotierende) Strömungsmaschine, durch die eine (innere) Energie eines strömenden Fluids in eine mechanische Leistung wandelbar ist. Die mittels der Turbine erzeugte mechanische Leistung und/oder Drehbewegung kann zur Bewegung der Lanze eingesetzt werden. Weiterhin kann die Lanze durch die Turbine und/oder das Reinigungsmedium auch translatorisch bewegbar sein, beispielsweise beim Hereinfahren und/oder Herausfahren der Lanze in den Innenbereich der Verbrennungsanlage. Hierzu kann die Turbine mit der Lanze insbesondere über ein Getriebe verbunden sein. Durch die Turbine wird für die Bewegung der Lanze kein Elektromotor mehr benötigt, der über eine elektrische Leitung mit einem Elektrizitätsnetz verbunden werden muss, sodass der Montageaufwand für das Reinigungsgerät sinkt. Gleichwohl kann ein zusätzlicher Elektromotor zum Bewegen der Lanze vorgesehen sein. Mittels des zusätzlichen Elektromotors kann die Lanze beispielsweise translatorisch verfahrbar und/oder rotatorisch bewegbar sein, beispielsweise beim Hereinfahren und/oder Herausfahren der Lanze in den Innenbereich der Verbrennungsanlage. Zudem kann die Lanze durch die Turbine und/oder den zusätzlichen Elektromotor pendelbar sein. Der zusätzliche Elektromotor kann insbesondere durch einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise nach Art eines Akkumulators, einen Generator und/oder das Elektrizitätsnetz mit elektrischer Energie versorgbar sein.
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Die Turbine kann durch das Reinigungsmedium antreibbar sein. Beispielsweise kann das Reinigungsmedium der Turbine über einen Strömungskanal der Lanze bzw. einen ersten Abschnitt des Strömungskanals der Lanze zuführbar sein. Es ist möglich, dass das Reinigungsmedium zunächst die Turbine und (unmittelbar) anschließend die Lanze durchströmt.
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Die Turbine kann nach Art einer Überdruckturbine ausgebildet sein. Bei einer Überdruckturbine bzw. Reaktionsturbine weist ein Arbeitsmedium bzw. das Reinigungsmedium vor der Turbine bzw. vor einem Laufrad der Turbine einen höheren statischen Druck auf als dahinter. Beispielsweise kann der statische Druck des Arbeitsmediums bzw. des Reinigungsmediums um 30 % bis 70 % sinken.
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Die Turbine kann zumindest eine Turbinendüse aufweisen. Beispielsweise kann die Turbine zwei bis zehn Turbinendüsen oder bevorzugt vier Turbinendüsen aufweisen. Die zumindest eine Turbinendüse besteht insbesondere zumindest teilweise aus Metall. Weiterhin weist die zumindest eine Turbinendüse eine Düsenöffnung auf, die orthogonal zu der Längsachse der Lanze bzw. in einer radialen Richtung der Lanze einen Abstand von der Längsachse der Lanze von beispielsweise mindestens 100 mm (Millimeter), bevorzugt 100 mm bis 500 mm, besonders bevorzugt 180 mm bis 220 mm, aufweist. Über die zumindest eine Turbinendüse bzw. die Düsenöffnung der zumindest einen Turbinendüsen kann das Arbeitsmedium bzw. das Reinigungsmedium insbesondere die Lanze bzw. den ersten Abschnitt des Strömungskanals der Lanze verlassen.
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Die zumindest eine Turbinendüse kann an bzw. auf einer Umfangsfläche der Lanze angeordnet sein. Die zumindest eine Turbinendüse kann sich beispielsweise zumindest teilweise von der Umfangsfläche in die radiale Richtung nach außen erstrecken.
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Die zumindest eine Turbinendüse kann zumindest teilweise rohrförmig ausgebildet sein. Insbesondere kann die zumindest eine Turbinendüse einen Rohrdurchmesser von beispielsweise 5 mm bis 100 mm und/oder eine Rohrlänge von mindestens 100 mm, bevorzugt 100 mm bis 500 mm, besonders bevorzugt 180 mm bis 220 mm, aufweisen.
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Die zumindest eine Turbinendüse kann eine Biegung aufweisen. Beispielsweise kann die Biegung 70° bis 110°, bevorzugt 85° bis 95°, betragen. Die Biegung kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Düsenöffnung in eine Umfangsrichtung der Lanze weist.
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Die zumindest eine Turbinendüse kann in einen Druckbehälter münden. Der Druckbehälter kann zumindest teilweise aus Metall bestehen. Weiterhin kann der Druckbehälter zylinderförmig und/oder nach Art einer Trommel ausgebildet sein. Die Lanze kann sich insbesondere durch den Druckbehälter erstrecken. Weiterhin kann die Lanze relativ dem Druckbehälter drehbar gelagert sein.
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Der Druckbehälter kann über zumindest eine Einlassöffnung der Lanze mit einem Strömungskanal der Lanze für das Reinigungsmedium verbunden sein. Insbesondere kann der Druckbehälter über die zumindest eine Einlassöffnung der Lanze mit einem zweiten Abschnitt des Strömungskanals der Lanze verbunden sein. Der erste Abschnitt des Strömungskanals und der zweite Abschnitt des Strömungskanals können durch eine Trennwand innerhalb der Lanze voneinander getrennt sein. Weiterhin ist das Reinigungsmedium über den zweiten Abschnitt des Strömungskanals insbesondere der zumindest einen Abgabeöffnung der Lanze zuführbar. Die zumindest eine Einlassöffnung ist insbesondere in einer Lanzenwand der Lanze ausgebildet.
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Die Lanze kann Teil eines Laufrads der Turbine sein. Bei dem Laufrad handelt es sich insbesondere um ein bewegbares bzw. rotierbares Teil der Turbine. Weiterhin kann es sich bei dem Laufrad um ein Teil der Turbine handeln, das dem Arbeitsmedium bzw. dem Reinigungsmedium Energie bzw. Arbeit entzieht.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen beispielhaft und schematisch:
- 1: ein Reinigungsgerät in einer Seitenansicht; und
- 2: ein Druckbehälter des Reinigungsgeräts in einer perspektivischen Darstellung.
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Die 1 zeigt ein Reinigungsgerät 1 in einer Seitenansicht. Das Reinigungsgerät 1 weist eine Lanze 4 auf, die durch eine Öffnung 13 einer Seitenwand 14 einer (hier nur teilweise dargestellten) Verbrennungsanlage 3 in einen rauchgasführenden Innenbereich 2 der Verbrennungsanlage 3 verstellt ist. In dem Innenbereich 2 verlaufen (senkrecht zur Zeichnungsebene der 1) Wärmeaustauschrohre 15. Der Lanze 4 ist über ein Ventil 16 und ein Zuführrohr 17 des Reinigungsgeräts 1 ein Reinigungsmedium zuführbar. Das Zuführrohr 17 erstreckt sich in ein längsseitiges Ende 18 der Lanze 4. Innerhalb der Lanze 4 kann das Reinigungsmedium zu einer Turbine 5 strömen, die ein Laufrad 12 aufweist. Das Laufrad 12 umfasst die Lanze 4 sowie Turbinendüsen 6. Die Turbinendüsen 6 sind rohrförmig ausgebildet und erstrecken sich von einer Umfangsfläche 7 der Lanze 4 orthogonal zu einer Längsachse 20 der Lanze 4 in eine radiale Richtung 21, sodass Düsenöffnungen 22 der Turbinendüsen 6 (vgl. 2) einen radialen Abstand 19 zu der Längsachse 20 der Lanze 4 aufweisen. Ein innerer Strömungskanal 11 der Lanze 4 ist durch eine Trennwand 23 der Lanze 4 in zwei Abschnitte 24, 25 getrennt. Das über das Zuführrohr 17 zuströmende Reinigungsmedium kann den ersten Abschnitt 24 des Strömungskanals 11 der Lanze 4 über die Turbinendüsen 6 verlassen. Die Turbinendüsen 6 münden in einem Druckbehälter 9, der nach Art einer Trommel ausgebildet ist. Die Lanze 4 erstreckt sich durch den Druckbehälter 9 und ist relativ zu dem Druckbehälter 9 und dem Zuführrohr 17 drehbar gelagert. Zudem sind die Turbinendüsen 6 in eine Umfangsrichtung 26 der Lanze 4 orientiert (vgl. 2), sodass das Reinigungsmedium die Lanze 4 beim Austreten aus den Düsenöffnungen 22 nach dem Rückstoßprinzip um die Längsachse 20 rotatorisch antreibt. Die Lanze 4 weist im Bereich des Druckbehälters 9 in einer Lanzenwand 27 Einlassöffnungen 10 auf, sodass das Reinigungsmedium aus dem Druckbehälter 9 in den zweiten Abschnitt 25 des Strömungskanals 11 der Lanze 4 strömen kann. Über den zweiten Abschnitt 25 des Strömungskanals 11 kann das Reinigungsmedium zu einer Mehrzahl von Abgabeöffnungen 28 der Lanze 4 strömen. Über die Abgabeöffnungen 28 ist das Reinigungsmedium zur Reinigung des Innenbereichs 2 und/oder der Wärmeaustauschrohre 15 abgebbar ist. Die Abgabeöffnungen 28 sind an der Umfangsfläche 7 der Lanze 4 in Form von Düsen ausgebildet.
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Die 2 zeigt den Druckbehälter 9 mit einem Abschnitt der Lanze 4 in einer perspektivischen Darstellung. In der 2 ist zu erkennen, dass die Turbine 5 vier Turbinendüsen 6 aufweist, die an der Umfangsfläche 7 der Lanze 4 in der Umfangsrichtung 26 um jeweils 90° um die Längsachse 20 versetzt zueinander angeordnet sind. Die Turbinendüsen 6 weisen jeweils eine Biegung 8 von (circa) 90° auf.
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Das Reinigungsgerät zeichnet sich insbesondere durch einen geringen Montageaufwand an der Verbrennungsanlage aus.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reinigungsgerät
- 2
- Innenbereich
- 3
- Verbrennungsanlage
- 4
- Lanze
- 5
- Turbine
- 6
- Turbinendüse
- 7
- Umfangsfläche
- 8
- Biegung
- 9
- Druckbehälter
- 10
- Einlassöffnung
- 11
- Strömungskanal
- 12
- Laufrad
- 13
- Öffnung
- 14
- Seitenwand
- 15
- Wärmeaustauschrohre
- 16
- Ventil
- 17
- Zuführrohr
- 18
- längsseitiges Ende
- 19
- radialer Abstand
- 20
- Längsachse
- 21
- radiale Richtung
- 22
- Düsenöffnung
- 23
- Trennwand
- 24
- erster Abschnitt
- 25
- zweiter Abschnitt
- 26
- Umfangsrichtung
- 27
- Lanzenwand
- 28
- Abgabeöffnung
