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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Betriebsgröße eines Wärmetauschers eines rauchgasführenden Systems, sowie einen zugehörigen Wärmetauscher und ein zugehöriges rauchgasführendes System.
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Rauchgasführende Systeme werden typischerweise im Zusammenhang mit einer Verbrennung von Brennstoffen verwendet. Dabei kann es sich beispielsweise um fossile Brennstoffe wie Kohle oder Erdöl oder um nachwachsende Brennstoffe wie Biomasse oder Holz oder auch um Abfall handeln. In einem rauchgasführenden System wird das bei der Verbrennung entstehende Rauchgas typischerweise dazu verwendet, um Wasser oder eine andere Flüssigkeit zu verdampfen und den dabei entstehenden Dampf zu überhitzen. Hierzu können beispielsweise Wärmetauscher verwendet werden, welche beispielsweise Rohre aufweisen, die eine Kesselwand ausbilden oder innerhalb des rauchgasführenden Systems angeordnet sind, so dass Wärme aus dem Rauchgas mittels des Wassers oder anderen Mediums aufgenommen wird. Mit der aufgenommenen Wärme kann beispielsweise eine Turbine zum Antrieb eines Generators, einer Schiffschraube oder einer anderen Einheit betrieben werden. Ebenso kann mit entstandenem Dampf beispielsweise eine Beheizung von Wohnungen oder Industrieanlagen vorgenommen werden.
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Angesichts der zunehmend erwünschten Abkehr von fossilen Brennstoffen und der zunehmenden Verfeuerung nachwachsender Rohstoffe oder von Abfall wird von Kraftwerken, auch von bestehenden Kraftwerken, typischerweise eine erhöhte Flexibilität bei der Nutzung unterschiedlicher Brennstoffe verlangt. Dadurch kann beispielsweise statt eines bisher verwendeten fossilen Energieträgers wie Kohle ein nachwachsender Brennstoff wie Biomasse oder Holz verwendet werden, wodurch bei der Verbrennung entstehendes CO2 vorher der Atmosphäre entzogen wurde, so dass letztlich keine Klimaschädlichkeit mehr besteht. Durch die Verwendung unterschiedlicher und wechselnder Brennstoffe entstehen jedoch auch unterschiedliche Verschmutzungsvorgänge in dem rauchgasführenden System, welche dazu führen können, dass sich Betriebsgrößen von Wärmetauschern verändern, wobei derartige Veränderungen typischerweise schwerer zu prognostizieren sind, als wenn ein konstanter Brennstoff, beispielsweise Kohle aus einer gleichbleibenden Lagerstätte, verwendet wird. Es wurde erkannt, dass eine bessere Überwachung derartiger Betriebsgrößen zu einer besseren Anlagensteuerung beitragen kann.
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Das Dokument
DE 1011564 B offenbart eine Einrichtung zur Überwachung der Verbrennung bei Dampferzeugern und Öfen, bei der Temperaturmesswerte sowohl im Strahlungsraum als auch im Berührungsraum abgenommen werden.
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Das Dokument
US 6 323 442 B1 offenbart ein System und ein Verfahren zum Messen eines Gewichts einer Ablagerung.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen einer Betriebsgröße eines Wärmetauschers eines rauchgasführenden Systems bereitzustellen, welches im Vergleich zu bekannten Ausführungen alternativ oder besser ausgeführt ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher zur Ausführung eines solchen Verfahrens bereitzustellen und ein rauchgasführendes System mit einem solchen Wärmetauscher bereitzustellen. Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, einen Wärmetauscher und ein rauchgasführendes System gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Betriebsgröße eines Wärmetauschers eines rauchgasführenden Systems. Der Wärmetauscher weist mindestens ein medienführendes Bauteil auf. Das medienführende Bauteil weist zweckmäßig entlang seiner Längserstreckung sowohl mindestens einen inneren Abschnitt wie auch äußere Abschnitte alternierend auf. Das Bauteil ist zweckmäßig an dem inneren Abschnitt oder an den inneren Abschnitten entlang seines Umfangs vollständig innerhalb eines rauchgasführenden Bereichs angeordnet. Das Bauteil ist zweckmäßig an den äußeren Abschnitten entlang seines Umfangs vollständig außerhalb des rauchgasführenden Bereichs angeordnet. Das Verfahren weist zweckmäßig folgende Schritte auf:
- - Messen einer Temperaturgröße an einer ersten Messstelle am Bauteil und an einer zweiten Messstelle am Bauteil, wobei sich die erste Messstelle an einem ersten äußeren Abschnitt befindet und sich die zweite Messstelle an einem zweiten äußeren Abschnitt befindet, wobei zwischen dem ersten äußeren Abschnitt und dem zweiten äußeren Abschnitt mindestens ein innerer Abschnitt angeordnet ist, und
- - Bestimmen der Betriebsgröße an mindestens einem inneren Abschnitt, welcher zwischen dem ersten äußeren Abschnitt und dem zweiten äußeren Abschnitt angeordnet ist, basierend auf der Temperaturgröße.
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Mittels des eben beschriebenen Verfahrens kann eine Betriebsgröße dahingehend bestimmt werden, dass ein innerer Abschnitt gezielt zur Bestimmung der Betriebsgröße ausgewählt werden kann. Durch die Messung an den äußeren Abschnitten wird eine Beeinflussung dieser Messung durch vorbeiströmendes Rauchgas vermieden. Vielmehr wird eine Temperaturgröße gemessen, welche insbesondere einen Wärmeeintrag in ein geführtes Medium in einem bestimmten inneren Abschnitt charakterisiert, woraus beispielsweise Rückschlüsse auf Verschmutzung oder andere Betriebsdaten gezogen werden können.
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Das Bestimmen kann insbesondere ortsaufgelöst erfolgen. Unter einem ortsaufgelösten Bestimmen einer Betriebsgröße sei insbesondere verstanden, dass ein bestimmter innerer Abschnitt ausgewählt wird, für welchen die Betriebsgröße bestimmt wird. Ebenso können mehrere innere Abschnitte ausgewählt werden, für welche jeweilige Betriebsgrößen bestimmt werden. Hierauf wird weiter unten näher eingegangen. Die Ortsauflösung ermöglicht insbesondere eine bessere Anlagensteuerung und beispielsweise ein gezielteres Reinigen.
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Unter einem Wärmetauscher sei insbesondere ein Element eines rauchgasführenden Systems verstanden, welches ein Medium so führt, dass Wärme aus dem Rauchgas in das Medium aufgenommen werden kann. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um Wasser sowie um Wasserdampf oder auch um ein anderes Medium handeln, insbesondere um ein Medium, welches in flüssiger und gasförmiger Form vorliegen kann und bei welchem ein Übergang zwischen flüssiger und gasförmiger Form in einem Temperaturbereich von beispielsweise 100 °C oder einigen Hundert Grad Celsius erfolgt.
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Unter einem rauchgasführenden System kann insbesondere ein System verstanden werden, welches Rauchgas führt, wobei das Rauchgas beispielsweise durch eine Verbrennung eines fossilen Energieträgers, eines nachwachsenden Energieträgers und/oder von Abfall oder auch eines anderen Brennstoffs erzeugt werden kann. Eine entsprechende Einrichtung zur Verbrennung kann Teil des rauchgasführenden Systems sein. Das rauchgasführende System kann insbesondere eine Kesselwand aufweisen, welche das Rauchgas einschließt und beispielsweise an einem oder mehreren Wärmetauschern vorbeileitet. Ebenso kann das rauchgasführende System einen oder mehrere Filter zum Filtern des Rauchgases aufweisen. Wenn das Rauchgas alle vorgesehenen technischen Einrichtungen passiert hat, wird es typischerweise einem Rauchgasabzug wie einem Kamin oder einem Schornstein zugeleitet.
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Der Wärmetauscher kann insbesondere auch mehrere medienführende Bauteile aufweisen, wobei die medienführenden Bauteile beispielsweise nebeneinander angeordnet sein können. Sie können beispielsweise von einem gemeinsamen Verteilerrohr oder Sammlerrohr abgehen und/oder zu einem gemeinsamen Verteilerrohr oder Sammlerrohr führen. Dadurch kann die Wärmeauskopplung erhöht werden.
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Die Längserstreckung erstreckt sich typischerweise entlang eines typischen Flusses des Mediums durch das medienführende Bauteil. Die Längserstreckung muss nicht gerade sein, sie kann insbesondere auch gebogen sein. Beispielsweise kann sie abschnittsweise gerade und abschnittsweise gebogen sein. Die inneren Abschnitte sind insbesondere innerhalb einer Kesselwand oder einer anderen das Rauchgas einschließenden Einrichtung angeordnet, so dass sie mit dem Rauchgas in Kontakt kommen und für einen Wärmeaustausch vom Rauchgas zu dem Medium sorgen können. Die äußeren Abschnitte sind insbesondere außerhalb einer Kesselwand oder einer sonstigen das Rauchgas einschließenden Einrichtung angeordnet. Sie kommen somit nicht mit dem Rauchgas unmittelbar in Kontakt. Es hat sich herausgestellt, dass deshalb eine Temperaturmessung an diesen äußeren Abschnitten besonders vorteilhaft ist. Der erwähnte Umfang bezieht sich insbesondere auf einen Umfang quer zu einer Längserstreckung des medienführenden Bauteils, so dass bei den inneren Abschnitten der gesamte Umfang vom Rauchgas kontaktiert wird und bei den äußeren Abschnitten der gesamte Umfang nicht vom Rauchgas kontaktiert wird. Innere Abschnitte und äußere Abschnitte grenzen typischerweise unmittelbar aneinander an, beispielsweise an einer Kesselwand oder nur beabstandet durch eine Kesselwand.
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Gemäß einer möglichen Ausführung beinhaltet das Verfahren ferner ein Messen einer oder mehrerer weiterer Temperaturgrößen an jeweils zwei Messstellen am Bauteil oder an einem weiteren Bauteil oder mehreren weiteren Bauteilen, wobei sich die Messstellen an einem jeweiligen äußeren Abschnitt befinden. Typischerweise wird dabei jede Temperaturgröße zwischen zwei Messstellen an jeweils unterschiedlichen äußeren Abschnitten gemessen. Die Betriebsgröße kann insbesondere an mehreren inneren Abschnitten basierend auf einer jeweiligen Temperaturgröße bestimmt werden, welche an jeweils zwei äußeren Abschnitten gemessen wurde, zwischen welchen der innere Abschnitt angeordnet ist. Dies erlaubt eine Bestimmung der Betriebsgröße an mehreren inneren Abschnitten, wobei hierfür jeweilige Temperaturgrößen verwendet werden können. Insbesondere kann eine Betriebsgröße eines jeweiligen inneren Abschnitts mittels einer Temperaturgröße bestimmt werden, welche an äußeren Abschnitten gemessen wird, welche unmittelbar an den inneren Abschnitt angrenzen. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, eine Betriebsgröße basierend auf einer Temperaturgröße zu bestimmen, welche an äußeren Abschnitten gemessen wurde, zwischen welchen nicht nur der innere Abschnitt, sondern gegebenenfalls auch einer oder mehrere weitere innere Abschnitte und/oder einer oder mehrere weitere äußere Abschnitte liegen.
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Typischerweise wird eine Temperaturgröße gebildet basierend auf Messungen, welche am gleichen Bauteil vorgenommen wurden. Eine solche Temperaturgröße dient typischerweise zur Bestimmung eines Betriebsparameters an einem inneren Abschnitt dieses Bauteils.
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Die für das Bauteil weiter oben bereits gegebenen Ausführungen gelten entsprechend für eines oder mehrere weitere Bauteile. Dies gilt insbesondere für die Aufteilung in innere Abschnitte und äußere Abschnitte. Insbesondere kann der Wärmetauscher mehrere Bauteile aufweisen. Diese können insbesondere einseitig oder beidseitig an ein Sammlerrohr oder zwei Sammlerrohre angeschlossen sein. Jedes Bauteil kann einen inneren Abschnitt haben und die Ortsauflösung kann sich darauf beziehen, dass die inneren Abschnitte der Bauteile separat voneinander ausgewertet werden können. Jedes Bauteil kann auch mehrere innere Abschnitte haben.
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Gemäß einer Ausführung können eine, einige oder alle Temperaturgrößen dadurch gemessen werden, dass eine erste Temperatur an einem jeweiligen äußeren Abschnitt gemessen wird und eine zweite Temperatur an einem jeweiligen anderen äußeren Abschnitt gemessen wird, und insbesondere die jeweilige Temperaturgröße aus der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur zusammengesetzt ist. Dies erlaubt eine separate Messung von zwei Temperaturen, welche dann zur Bildung der Temperaturgröße verwendet werden. Insbesondere können dazu jeweilige Thermoelemente verwendet werden. Die jeweilige Betriebsgröße kann insbesondere basierend auf einer Differenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur bestimmt werden. Die Temperaturgröße kann dabei insbesondere eine Kombination der beiden Temperaturen sein, also beispielsweise ein Vektor mit zwei Einträgen sein. Die Differenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur zeigt insbesondere an, wie stark ein Wärmeeintrag zwischen den beiden Messstellen ist, wobei beispielsweise ein besonders hoher Wärmeeintrag einen Hinweis auf eine geringe Verschmutzung geben kann, wohingegen ein niedriger Wärmeeintrag, also eine kleine Temperaturdifferenz, einen Hinweis auf eine hohe Verschmutzung geben kann.
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Gemäß einer Ausführung werden eine, einige oder alle Temperaturgrößen dadurch gemessen, dass unmittelbar eine Temperaturdifferenz zwischen zwei jeweiligen äußeren Abschnitten gemessen wird, wobei insbesondere die jeweilige Temperaturgröße die Temperaturdifferenz ist. In diesem Fall wird die Temperaturdifferenz direkt gemessen, so dass keine absolute Temperaturmessung erfolgt. Dies kann beispielsweise mittels eines Messelements erfolgen, welches auf dem Seebeck-Effekt basiert. Die Temperaturgröße ist dabei typischerweise eine nur eindimensionale Größe, welche beispielsweise die gemessene Temperaturdifferenz unmittelbar angeben kann.
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Erfindungsgemäß ist das Bauteil oder sind die Bauteile mit dem ersten äußeren Abschnitt an ein erstes Sammlerrohr angeschlossen und/oder mit dem zweiten äußeren Abschnitt an ein zweites Sammlerrohr angeschlossen. Wenn mehrere Bauteile vorhanden sind kann sich diese Ausführung auf eines, einige oder alle Bauteile beziehen. Die äußeren Abschnitte können auch gebogen sein, beispielsweise um einen Raum bis zu einer weiteren Eintrittsstelle zu überbrücken. Gemäß einer Ausführung ist das Bauteil oder sind die Bauteile in den inneren Abschnitten zumindest teilweise gerade. Dadurch kann beispielsweise eine längere Strecke zur Verfügung gestellt werden, welche dem Wärmeaustausch dient. Das Bauteil kann jedoch an den inneren Abschnitten auch Rundungen oder sonstige Biegungen aufweisen. Das Bauteil kann insbesondere als Rohr ausgeführt sein oder die Bauteile können insbesondere als Rohre ausgeführt sein. Ein Rohr kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass ein Medium wie beispielsweise Wasser oder Wasserdampf durchgeführt werden kann, wobei das Bauteil typischerweise rundherum dicht ist, so dass ein Austreten des Mediums verhindert werden kann.
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Die Betriebsgröße kann insbesondere eine Verschmutzung sein. Die Betriebsgröße kann auch eine Wärmeaufnahme aus dem Rauchgas sein. Unter einer Verschmutzung kann insbesondere eine Ablagerung von aus dem Rauchgas abgeschiedenen Substanzen verstanden werden, welche den Wärmeaustausch zwischen Rauchgas und Medium beeinträchtigt. Eine Verschmutzung kann beispielsweise umso größer sein, je geringer eine Temperaturdifferenz ist. Die Wärmeaufnahme aus dem Rauchgas kann insbesondere umso größer sein, je größer eine Temperaturdifferenz ist. Beispielsweise können lineare oder auch anders ausgebildete Zusammenhänge verwendet werden. Die Betriebsgröße kann insbesondere anzeigend sein für eine Rauchgasschieflage, eine Rohröffnung oder eine Strömungsbehinderung. Unter einer Rauchgasschieflage wird insbesondere eine unübliche Temperaturverteilung im Rauchgas verstanden. Unter einer Rohröffnung kann insbesondere ein Leck im Rohr verstanden werden, durch welches ein Teil des Mediums austritt, was zu unüblichen Temperaturgrößen führen kann. Eine Strömungsbehinderung kann beispielsweise darin bestehen, dass das Rauchgas nicht wie gewünscht strömen kann und deshalb eine unübliche Temperaturgröße auftritt.
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Das rauchgasführende System kann insbesondere eine Kesselwand aufweisen, durch welche das Bauteil mehrfach durchgeht und welche innere Abschnitte von äußeren Abschnitten trennt. Diese Kesselwand kann insbesondere dazu dienen, das Rauchgas vollständig zu umschließen und ein unerwünschtes Austreten von Rauchgas zu verhindern. Das Rauchgas entsteht typischerweise an einer Feuerung, welche sich insbesondere innerhalb der Kesselwand oder unmittelbar daran angrenzend befinden kann. Das Rauchgas verläuft typischerweise durch einen Pfad, welcher durch die Kesselwand und/oder andere Elemente vorgegeben wird, bis es zu einem Rauchgasabzug wie beispielsweise einem Kamin oder einem Schornstein gelangt. Innerhalb der Kesselwand oder als Bestandteil der Kesselwand können beispielsweise Wärmetauscher wie Dampferzeuger, Überhitzer, Strahlungsüberhitzer oder Economiser sowie Filter für das Rauchgas angeordnet sein.
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Das Bauteil, insbesondere ein Rohr, kann die Kesselwand insbesondere mehrfach passieren und dabei können an der Kesselwand innere von äußeren Abschnitten getrennt werden. Insbesondere kann ein jeweiliges Bauteil die Kesselwand zweimal passieren, wodurch ein innerer Abschnitt von zwei äußeren Abschnitten getrennt wird.
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Die Temperaturen können insbesondere als Bestandteile einer Temperaturgröße mittels jeweils einer Temperaturmesseinrichtung gemessen werden, wobei die Temperaturmesseinrichtungen zweckmäßig außenseitig an dem Bauteil angebracht sind. Bei derartigen Temperaturmesseinrichtungen kann es sich beispielsweise um Messelemente handeln, welche eine absolute Temperatur messen. Dies kann insbesondere verwendet werden, wenn die Temperaturgröße als zweidimensionale Größe verwendet wird, welche beispielsweise zwei Einträge haben kann. Die Temperaturgrößen können auch als Temperaturdifferenz mittels einer Temperaturdifferenzmesseinrichtung gemessen werden, wobei die Temperaturdifferenzmesseinrichtungen außenseitig an dem Bauteil angebracht sind. Derartige Temperaturdifferenzmessungen können beispielsweise ohne Bestimmung von Absolutwerten die Temperaturdifferenzen direkt messen, sie können beispielsweise auf dem Seebeck-Effekt basieren.
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Die Temperaturdifferenzmesseinrichtungen können insbesondere eine Temperaturdifferenz basierend auf dem Seebeck-Effekt messen. Auch andere Ausführungen sind hierbei jedoch möglich.
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Insbesondere kann basierend auf den an einem inneren Abschnitt oder mehreren inneren Abschnitten bestimmten Betriebsgrößen ein Reinigungsgerät aktiviert und/oder angesteuert werden. Dadurch kann eine gezielte Reinigung erfolgen, wobei die Betriebsgrößen insbesondere Aufschluss darüber geben können, ob eine Reinigung erforderlich ist. Eine unnötige Reinigung kann dadurch verhindert werden.
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Insbesondere kann die Betriebsgröße eine Verschmutzung sein. Ein Reinigungsgerät kann insbesondere angesteuert werden, um lediglich innere Abschnitte mit Verschmutzung oder innere Abschnitte, deren Verschmutzung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, zu reinigen. Dadurch kann eine gezielte Reinigung an Stellen erfolgen, an welchen diese notwendig ist, und auf eine überflüssige Reinigung oder auf eine Reinigung auf Verdacht hin kann verzichtet werden. Insbesondere kann die Verschmutzung aus der Temperaturgröße, beispielsweise aus einer Temperaturdifferenz, berechnet werden. Hierfür kann beispielsweise eine Funktion angegeben werden, welche beispielsweise linear sein kann, welche jedoch auch komplexer sein kann. Übersteigt die Verschmutzung einen vorgegebenen Schwellenwert, so kann eine Reinigung ausgelöst werden. Dies kann beispielsweise für einen bestimmten inneren Abschnitt oder für mehrere innere Abschnitte summarisch erfolgen, je nachdem, wie eine Reinigungsvorrichtung wirkt.
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Das Reinigungsgerät kann insbesondere ein Wasserlanzenbläser, eine Klopfeinrichtung, eine Sprengeinrichtung, ein Rußbläser oder ein Schallhorn sein. Ein Wasserlanzenbläser kann insbesondere Wasser gezielt zur Abreinigung des medienführenden Bauteils auf das Bauteil sprühen. Eine Klopfeinrichtung kann beispielsweise Erschütterungen erzeugen, damit anhaftender Schmutz abfällt. Eine Sprengeinrichtung kann beispielsweise eine Explosion erzeugen, welche festsitzenden Schmutz lösen kann. Ein Rußbläser kann beispielsweise gezielt Dampf ausleiten, um eine Reinigung zu erreichen. Ein Schallhorn kann beispielsweise Schallwellen erzeugen, welche dazu führen, dass sich anhaftender Schmutz löst.
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Die Bestimmung einer Betriebsgröße kann insbesondere unter Berücksichtigung von einem oder mehreren Betriebsparametern des rauchgasführenden Systems durchgeführt werden. Derartige Betriebsparameter können zusätzlich in die Bestimmung der Betriebsgröße wie beispielsweise einer Verschmutzung eingehen, um deren Bestimmung zu verbessern. Insbesondere kann es sich bei einem solchen Betriebsparameter oder mehreren solchen Betriebsparametern um eine oder mehrere der folgenden Größen handeln:
- - Temperatur,
- - Leistung,
- - Betriebsstoff,
- - Wärmefluss im Strahlungsteil,
- - Wärmeübergänge,
- - Betriebsweise wie beispielsweise Sekundärluft, Primärluft, Rostfahrweise, Betttemperatur.
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Eine beliebige Auswahl oder auch eine vollständige Verwendung der genannten Betriebsparameter sowie die Verwendung weiterer, nicht genannter Betriebsparameter sind möglich.
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Bei einem oder mehreren inneren Abschnitten kann insbesondere eine Veränderung einer Betriebsgröße oder einer Temperatur über die Zeit bestimmt werden. Dadurch können Veränderungen während des Betriebs eines rauchgasführenden Systems erkannt werden, beispielsweise eine zunehmende Verschmutzung. Beispielsweise kann eine Verschmutzung über einen längeren Zeitraum beobachtet werden und es kann anhand einer solchen Veränderung die Qualität eines Brennstoffs beurteilt werden, oder es können Vergleiche zwischen Brennstoffen angestellt werden. Es kann basierend auf einem solchen zeitlichen Verlauf auch bestimmt werden, wann beispielsweise Reinigungsmaßnahmen oder ein Warten des rauchgasführenden Systems erforderlich sind.
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Basierend auf der Veränderung kann beispielsweise ein Reinigungsintervall verändert werden und/oder es kann eine bestimmte Reinigungsart angewandt werden. Beispielsweise kann eine Sprengladung verwendet werden, wenn dies erforderlich ist. Dies kann insbesondere alles automatisiert erfolgen, oder es kann ein zumindest teilweise manueller Eingriff vorgesehen sein, welcher beispielsweise die Verwendung einer bestimmten Reinigungsart wie beispielsweise einer Sprengladung vor Ausführung bestätigen kann.
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Das Bestimmen der Betriebsgröße und/oder einer Veränderung einer Betriebsgröße kann beispielsweise automatisiert erfolgen. Es kann beispielsweise mittels einer elektronischen Vorrichtung, einem Microcontroller, einem Mikroprozessor, einer elektronischen Steuerungsvorrichtung oder einer anderen frei programmierbaren oder fest verdrahteten Einheit erfolgen.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Wärmetauscher als Teil eines rauchgasführenden Systems. Der Wärmetauscher weist mindestens ein medienführendes Bauteil auf, welches entlang seiner Längserstreckung sowohl mindestens einen inneren Abschnitt wie auch äußere Abschnitte alternierend aufweist. Das Bauteil ist insbesondere an dem inneren Abschnitt oder den inneren Abschnitten entlang seines Umfangs vollständig innerhalb eines rauchgasführenden Bereichs angeordnet und an den äußeren Abschnitten entlang seines Umfangs vollständig außerhalb des rauchgasführenden Bereichs angeordnet. An den äußeren Abschnitten sind insbesondere mehrere Temperaturmesseinrichtungen oder Temperaturdifferenzmesseinrichtungen zum Messen einer jeweiligen Temperatur oder Temperaturgröße oder eines Teils einer Temperaturgröße an dem Bauteil angebracht. Der Wärmetauscher kann insbesondere eine Steuerungsvorrichtung aufweisen, welche dazu konfiguriert ist, ein Verfahren wie hierin beschrieben auszuführen.
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Mittels eines solchen Wärmetauschers kann das hierin beschriebene Verfahren vorteilhaft ausgeführt werden. Bezüglich des Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
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Alle mit Bezug auf das Verfahren beschriebenen Ausführungen gelten entsprechend auch für den hierin beschriebenen Wärmetauscher sowie für das weiter unten noch beschriebene rauchgasführende System. Ebenso gelten die mit Bezug auf den Wärmetauscher beschriebenen Ausführungen ebenso für das Verfahren und das rauchgasführende System, und alle mit Bezug auf das rauchgasführende System beschriebenen Ausführungen gelten ebenso für das Verfahren und für den Wärmetauscher. Auf eine Wiederholung der bereits gegebenen Ausführungen bezüglich einzelner Bestandteile, beispielsweise des Wärmetauschers, wird deshalb typischerweise verzichtet.
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Die Steuerungsvorrichtung kann insbesondere Prozessormittel und Speichermittel aufweisen, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung die Prozessormittel ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen.
Das Bauteil kann insbesondere in den äußeren Abschnitten gebogen sein. Das Bauteil kann insbesondere in den inneren Abschnitten zumindest teilweise gerade sein. Das Bauteil kann insbesondere als Rohr ausgeführt sein.
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Der Wärmetauscher kann insbesondere mehrere Bauteile aufweisen. Der Wärmetauscher weist erfindungsgemäß ein erstes Sammlerrohr und/oder ein zweites Sammlerrohr auf, welche außerhalb des rauchgasführenden Bereichs angeordnet sind und an welchen die Bauteile fluidisch angeschlossen sind. Dies erlaubt eine gemeinsame Zuführung und Abführung von Fluid zu und von den Bauteilen. Die Bauteile können insbesondere als Rohre ausgebildet sein.
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Die Temperaturmesseinrichtungen oder Temperaturdifferenzmesseinrichtungen können insbesondere außenseitig an dem Bauteil angebracht sein. Sie können beispielsweise jeweils als Thermoelement, Temperatursensor, Temperaturdifferenzmesseinrichtung und/oder auf dem Seebeck-Effekt basierendes Messelement ausgebildet sein.
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Der Wärmetauscher kann insbesondere ein Reinigungsgerät aufweisen, und die Steuerungsvorrichtung kann insbesondere dazu konfiguriert sein, ein Verfahren wie weiter oben bereits mit Bezug auf die Steuerung eines Reinigungsgeräts beschrieben auszuführen. Dies erlaubt eine vorteilhafte Steuerung des Reinigungsgeräts, wie dies bereits weiter oben beschrieben wurde.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein rauchgasführendes System. Das rauchgasführende System weist insbesondere mindestens einen Wärmetauscher wie bereits beschrieben auf. Bezüglich des Wärmetauschers kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Dies gilt insbesondere auch für ein implementiertes Verfahren.
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Das rauchgasführende System weist insbesondere eine Kesselwand auf, welche den rauchgasführenden Bereich umschließt und durch welche das Bauteil mehrfach durchgeht oder durch welche die Bauteile mehrfach durchgehen. Die Kesselwand trennt insbesondere innere Abschnitte von äußeren Abschnitten.
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Mittels eines solchen rauchgasführenden Systems kann der hierin beschriebene Wärmetauscher in vorteilhafter Weise verwendet werden. Das rauchgasführende System kann beispielsweise Rauchgas aus einer Verbrennung eines fossilen Energieträgers, eines nachwachsenden Energieträgers oder von Abfall führen und diesem gezielt Wärme entziehen, so dass die Wärme nutzbar wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigen:
- 1: einen Teil eines rauchgasführenden Systems, und
- 2: den Teil des rauchgasführenden Systems in einer anderen Ansicht.
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1 zeigt einen Teil eines rauchgasführenden Systems 10 in einer rein schematischen Seitenansicht. Dabei ist vorliegend ein Rauchgaszug gezeigt, welcher von einem unten angeordneten Einlass 16 zu einem oben angeordneten Auslass 17 reicht und beispielsweise ein dritter Rauchgaszug eines Kessels eines Kohlekraftwerks oder einer Müllverbrennungsanlage sein kann. Es kann sich jedoch auch um einen anderen Rauchgaszug handeln. Die Darstellung ist insbesondere so gewählt, um die Funktionalität eines Wärmetauschers soweit hier relevant zu zeigen.
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Das rauchgasführende System 10 weist eine Kesselwand 20 auf, welche vorliegend einen rauchgasführenden Bereich 15 beschränkt. Dies verhindert ein Austreten von Rauchgas aus dem rauchgasführenden System 10.
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Um Wärme aus dem geführten Rauchgas auszukoppeln, ist vorliegend ein schematisch dargestellter Wärmetauscher 30 vorhanden. 2 zeigt eine Draufsicht auf das rauchgasführende System 10 mit dem Wärmetauscher 30, wobei die beiden Figuren nachfolgend summarisch beschrieben werden.
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Das rauchgasführende System 10 weist ein erstes Sammlerrohr 21 und ein zweites Sammlerrohr 22 auf. Diese liegen quer zur Papierebene von 1 und in der Papierebene von 2. Sie können auch als Bestandteil des Wärmetauschers 30 betrachtet werden. In den Sammlerrohren 21, 22 wird ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasserdampf, bereitgestellt und wieder abgeführt. Zwischen den beiden Sammlerrohren 21, 22 verlaufen insgesamt fünf Bauteile in Form von Rohren 40, welche jeweils obenseitig an dem ersten Sammlerrohr 21 angeschlossen sind und untenseitig an dem zweiten Sammlerrohr 22 angeschlossen sind. Zwischen dem ersten Sammlerrohr 21 und der Kesselwand 20 befindet sich dabei ein jeweiliger erster äußerer Abschnitt 41. Dann durchdringt das Rohr 40 die Kesselwand 20 und hat einen inneren Abschnitt 43, welcher sich wie gezeigt innerhalb des rauchgasführenden Bereichs schlängelt, so dass Wärme aufgenommen werden kann. Untenseitig führt das Rohr 40 wieder aus der Kesselwand 20 heraus und hat dann einen zweiten äußeren Abschnitt 42, welcher zum zweiten Sammlerrohr 22 führt.
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An dem ersten äußeren Abschnitt 41 ist jeweils eine erste Temperaturmesseinrichtung 51 aufgebracht, es handelt sich dabei um eine erste Temperaturmessstelle. An dem zweiten äußeren Abschnitt 42 ist jeweils eine zweite Temperaturmesseinrichtung 52 aufgebracht, es handelt sich dabei um eine zweite Temperaturmessstelle. Diese sind in nicht gezeigter Weise mit einer Steuerungsvorrichtung 50 verbunden, welche dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel auszuführen. Hierzu werden die von den Temperaturmesseinrichtungen 51, 52 ermittelten absoluten Temperaturen erfasst und in eine Temperaturgröße umgewandelt, welche beide Temperaturen aufweist. Zwischen den beiden Temperaturen wird eine Temperaturdifferenz gebildet und basierend darauf eine Verschmutzung berechnet. Insbesondere kann ein umgekehrt proportionaler Zusammenhang zwischen einem Verschmutzungsgrad und einer Temperaturdifferenz angenommen werden. Es können jedoch beispielsweise auch weitere Betriebsparameter des rauchgasführenden Systems 10 wie beispielsweise andere Temperaturen, ein verwendeter Brennstoff oder eine aktuelle Last verwendet werden.
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Da die Temperaturmesseinrichtungen 51, 52 an jedem der fünf Rohre 40 jeweils separat angeordnet sind, kann die Verschmutzung für jedes der Rohre 40 separat bestimmt werden.
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Gegenüberliegend zu den Rohren 40 befindet sich ein Wasserlanzenbläser 60, welcher dazu in der Lage ist, Wasser auf die Rohre 40 zu sprühen. Es handelt sich somit bei dem Wasserlanzenbläser 60 um ein Reinigungsgerät. Er kann dabei geschwenkt werden, d.h. insbesondere in der Papierebene von 2 geschwenkt werden. Dadurch können die Rohre 40 gezielt einzeln angesteuert werden. Sollte bei einem der Rohre 40 die Verschmutzung zu groß werden, kann die Steuerungsvorrichtung 50 den Wasserlanzenbläser 60 so steuern, dass er das verschmutzte Rohr 40 gezielt reinigt. Dadurch kann eine Reinigung genau zum richtigen Zeitpunkt erfolgen und es können unnötige Reinigungen verhindert werden. Die Gesamtleistung des Systems kann dadurch verbessert werden, was die Zeiten zwischen notwendigen Wartungen verlängert und den Wirkungsgrad bei der Auskopplung von Wärme aus dem Rauchgas erhöht. Zudem können bei der Reinigung verwendete Betriebsmittel wie Wasser oder Dampf eingespart werden und eine vom Kesseldesign vorgegebene Wärmeauskopplung pro Bauteil kann aufrechterhalten werden, wodurch stromabwärts angeordnete Komponenten vor zu hohen Rauchgastemperaturen und damit auch vor übermäßiger Korrosion geschützt werden.
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Es sei erwähnt, dass alternativ beispielsweise eine Differenztemperaturmesseinrichtung verwendet werden kann, welche unmittelbar eine Temperaturdifferenz zwischen den äußeren Abschnitten 41, 42 misst. Diese könnte beispielsweise auf dem Seebeck-Effekt basieren.
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Sofern hierin nur von einem Element gesprochen wird, beispielsweise einem inneren Abschnitt, sei verstanden, dass sich die entsprechende Eigenschaft auch auf mehrere solche Elemente, beispielsweise mehrere innere Abschnitte, beziehen kann, wenn solche vorhanden sind. Sofern hierin von mehreren Elementen gesprochen wird, beispielsweise mehreren inneren Abschnitten, sei verstanden, dass sich die entsprechende Eigenschaft auch auf nur ein solches Element, beispielsweise nur einen inneren Abschnitt, beziehen kann, wenn nur ein solches Element vorhanden ist.
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Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, soweit dies technisch sinnvoll ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können.
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Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligen Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus.
