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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rußbläser, der insbesondere zur Reinigung von Wärmetauscherflächen in industriellen Verbrennungsanlagen zum Einsatz kommt.
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Industrielle Verbrennungsanlagen umfassen regelmäßig einen Verbrennungsraum, wobei das dabei entstehende heiße Abgas nachträglich an Wärmetauscherflächen vorbeigeführt wird, um dessen Wärmeenergie aufzunehmen und anderen Verbrauchern zuführen zu können. Hierzu wird das Abgas mehreren Kesselabschnitten bzw. Zügen zugeführt, die zumindest teilweise mit Wärmetauscherflächen ausgestattet sind, wobei ein in den Wärmetauscherflächen strömendes Medium erwärmt oder erhitzt wird. Dieses heiße, insbesondere dampfförmige, Medium kann dann zum Beispiel einer Kondensationsturbine zugeführt werden, die einen Generator zur Erzeugung elektrischen Stroms antreibt. Danach kann das Medium weiter Abwärme bereitstellen, z. B. zur Heizung von Gebäuden. Die Wärmetauscherflächen können beispielsweise so gestaltet sein, dass Rohrbündel nach Art einer Auskleidung in den Kesselabschnitten vorgesehen sind, es ist aber alternativ oder kumulativ auch möglich, Rohrbündelpakete in den Kesselabschnitten bzw. den Zügen aufzuhängen und so ein Durchströmen bzw. Beströmen mit Abgasen zu erreichen.
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Offensichtlich sind diese Wärmetauscherpakete bzw. Wärmetauscherflächen einer erheblichen Verschmutzung ausgesetzt, denn das sie be- bzw. durchströmende Abgas führt Asche und andere Partikel bzw. Verunreinigungen mit. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass je nach Brennstoff hier teils sehr klebrige, verbackende Rückstände entstehen, die nur schwer abreinigbar sind. Mit zunehmender Verschmutzung der Wärmetauscherflächen wird jedoch der Wärmeaustausch behindert, was unerwünscht ist. Deshalb hat man bereits umfangreiche Reinigungssysteme vorgeschlagen, die diese Wärmetauscherflächen auch während des Betriebes der Verbrennungsanlage („online“) reinigen können.
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Insbesondere wurde bereits vorgeschlagen, solche Wärmetauscherflächen mittels Wasser, Dampf und / Luft abzureinigen. Für die Applikation dieses Reinigungsmittels hin zu den Wärmetauscherflächen sind unterschiedliche Systeme bekannt, die üblicherweise auf einer Art Lanze basieren, welche teilweise oder permanent im Inneren des Kesselabschnitts bzw. an der Kesselwand positioniert sind. Gerade für den Hochtemperaturbereich sind beispielsweise Wasserlanzenbläser bekannt, welche von außen an einer Luke der Kesselwand positioniert sind und die, ausgehend von dieser Luke, einen fokussierten Wasserstrahl hin zu den (gegenüberliegenden) Wärmetauscherflächen abgeben können.
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Ein anderes Konzept betrifft sogenannte Rußbläser, welche eine Lanze umfassen, die durch eine Luke der Kesselwand hindurch in den inneren Bereich des Kessels eingeführt werden können. Dabei ist möglich, dass die Lanze eine oder regelmäßig mehrere Düsen aufweist, über die das Reinigungsmedium (vorzugsweise Dampf oder Luft) radial abgegeben werden kann. Es sind weiter Ausführungsvarianten bekannt, wobei die Lanze während der Reinigung gedreht (und ggf. gleichzeitig auch axial verfahren) wird, sodass also hier eine umfängliche (bzw. schraubenförmige) Reinigung mittels der Düsen möglich ist. Hierbei sind auch Konzepte bekannt, wobei die Rußbläser nur zeitweise in den Kesselraum eingefahren werden, insbesondere dann, wenn diese Wärmetauscherflächen im Hochtemperaturbereich reinigen sollen.
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Derartige Rußbläser benötigen allerdings außerhalb des Kessels einen erheblichen Bauraum, insbesondere, wenn diese über ihre gesamte Länge auch wieder aus dem Verbrennungskessel ausgefahren werden sollen. Ein solcher Bauraum ist oft nicht verfügbar. Außerdem ist es dann besonders schwierig, diesen im Falle einer Wartung bzw. Reparatur des Rußbläsers unter den Gegebenheiten außerhalb des Kessels zu reparieren bzw. auszutauschen. Um hier Abhilfe zu schaffen, könnte die Länge der Lanze reduziert werden, wobei dann ggf. gegenüberliegend an der Kesselwand mehrere Rußbläser positioniert werden müssten. Dies ist jedoch sehr aufwändig.
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Ein weiteres Problem beim Einsatz von Rußbläsern ist Hochtemperaturkorrosion an den überwiegend metallischen Komponenten, insbesondere wenn diese in Bereichen des Kessels (dauerhaft) angeordnet sind, wo Temperaturen - teilweise dauerhaft oder zumindest über einen langen Zeitraum - von beispielsweise bis zu knapp 900°C auftreten können.
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Gleichzeitig besteht das Bedürfnis, derartige Reinigungssysteme für Kesselbereiche zu verwenden, in denen während des Betriebes bzw. der Reinigung eine relativ hohe Temperatur vorliegt, beispielsweise in einem Bereich von 300 - 800° C. Diese enorme und ggf. dauerhafte Temperaturbelastung bergen jedoch hohe Risiken, dass die Rußbläserrohre korrodieren.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Rußbläser angegeben werden, der in einem Temperaturbereich bis ca. 800 °C einsetzbar ist, dauerhaft und online die Reinigung von Wärmetauscherflächen in einer industriellen Verbrennungsanlage ausführen kann und / oder einen geringen Bauraum benötigt. Außerdem ist wünschenswert, die Reinigungsqualität in einem Kesselabschnitt einer solchen industriellen Verbrennungsanlage zu verbessern.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Rußbläser gemäß dem Anspruch 1, einer industriellen Verbrennungsanlage nach Anspruch 6 und einer Verwendung nach Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Merkmale in den Ansprüchen sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und geben weitere Ausführungsbeispiele an. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung und gibt zusätzliche Ausführungsbeispiele an.
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Hierzu trägt ein Rußbläser bei, welcher zumindest eine Lanze mit einem Lanzenrohr umfasst, das einen Lanzenhohlraum bildet und eine Vielzahl Düsen aufweist. Weiter ist mindestens eine Lanzenabdeckung vorgesehen, die gegenüber der Lanze beweglich angeordnet ist und zeitweise unterschiedliche Düsen der Lanze verschließen und freigeben kann.
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Die Lanze hat insbesondere eine Länge von 2 bis 16 m [Meter], insbesondere von 2 bis 12 m, wobei über ein erstes Ende das gewünschte Reinigungsmedium zugegeben wird, welches dann in den Lanzenhohlraum einströmt und über eine Vielzahl am Umfang bzw. der Umfangsfläche des Lanzenrohrs befindlichen Düsen austreten kann. Zu diesem Zweck ist das gegenüberliegende zweite Ende des Lanzenrohres regelmäßig verschlossen. Das Lanzenrohr sollte mit einem temperaturfesten und korrosionsbeständigen Stahl gebildet sein. Es ist möglich, dass das Lanzenrohr bzw. der Lanzenhohlraum in etwa einen Durchmesser von bis zu 200 mm [Millimeter], insbesondere 40 - 150 mm aufweist, besonders bevorzugt im Bereich um 133 mm.
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Die Düsen können in entsprechenden Bohrungen in dem Lanzenhohlraum eingesetzt sein. Die Düsen sind regelmäßig separat geformte Düsenelemente, welche in die Bohrungen des Lanzenhohlraums eingesetzt bzw. eingeschweißt sind. Bevorzugt ist auch, dass die Düsen etwas über das Lanzenrohr hinaus hervorstehend angeordnet sind, beispielsweise mit einem Überstand von 10 - 30 mm [Millimeter]. Bevorzugt sind beispielsweise über eine Länge von ca. 1 m des Lanzenrohres 4 bis 16 Düsen vorgesehen. Bevorzugt ist, dass der Abstand der Düsen entlang des Lanzenrohres mindestens 50 mm beträgt, bevorzugt ca. 100 - 200 mm. Weiter ist bevorzugt, dass die in Richtung des Lanzenrohrs benachbart zueinander angeordneten Düsen in Umfangsrichtung versetzt, zueinander angeordnet sind, beispielsweise mit einem Versatzwinkel von ca. 45°. Bevorzugt ist, dass die Düsen nach Art von Venturidüsen ausgeführt sind. Ganz besonders bevorzugt ist, dass alle Düsen gleich ausgeführt sind.
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Es ist insbesondere bevorzugt, dass der kleinste Querschnitt der Düsen, der von dem Reinigungsmedium durchströmbar ist, zwischen 11 und 32 mm beträgt, vorzugsweise oberhalb 20 mm und insbesondere etwa 27 mm. Der Querschnitt ist verhältnismäßig groß, was man üblicherweise mit einem hohen Verbrauch an Reinigungsmedium (insbesondre Dampf) einhergehen würde. Dem wird aber entgegengewirkt mit der beweglichen Lanzenabdeckung, die so eingerichtet ist, dass nur ein Teil der vorhandenen Düsen freigegeben ist. Damit ergibt sich hier der synergetische Effekt, dass eine hohe Anzahl von Düsen mit großem Querschnitt bereitgestellt werden kann, so dass auch in der Hochtemperaturzone des Kessels großflächig bzw. weiträumig gereinigt werden kann, und gleichzeitig Dampfverbrauch auf einem akzeptabel niedrigen Niveau gehalten und/oder die Lebensdauer bzw. Verweilzeit des Rußbläsers (ohne inakzeptablen Verschleiß) verlängert werden kann.
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Weiter ist mindestens eine Lanzenabdeckung vorgesehen, die gegenüber der Lanze beweglich angeordnet ist. Es ist möglich, dass für unterschiedliche Bereiche der Lanze verschiedene Lanzenabdeckungen vorgesehen sind, die ggf. gemeinsam kontrolliert miteinander bewegbar sind. Es ist möglich, dass eine einzelne Lanzenabdeckung vorgesehen ist. Grundsätzlich ist möglich, dass eine Lanzenabdeckung translatorisch entlang der Erstreckung des Lanzenrohres und / oder rotatorisch, also in Umfangsrichtung des Lanzenrohres, beweglich ist. Es ist möglich, dass die Lanzenabdeckung jeweils nur in eine Richtung beweglich ist, es ist aber auch bzw. alternativ möglich, dass die Lanzenabdeckung vor und zurück, also in zwei entgegengesetzte Richtungen, beweglich ist. Insbesondere wird die Lanzenabdeckung motorisch angetrieben, sodass sie diese Bewegung ausführen kann. Die Bewegung erfolgt dabei so, dass die Lanzenabdeckung zeitweise unterschiedliche Düsen der Lanze verschließen und freigeben kann. So ist es beispielsweise möglich, dass die Lanzenabdeckung in einem ersten Zeitraum die erste und dritte Düse freigibt, während sie nach einer Bewegung die erste und dritte Düse verschließt und gleichzeitig die zweite und vierte Düse öffnet. Bei einer weiteren Bewegung kann dann beispielsweise die zweite und vierte Düse verschlossen werden, wobei dann (unmittelbar oder verzögert) wieder die erste und dritte Düse geöffnet wird. Mit anderen Worten ist insbesondere möglich, die Lanzenabdeckung so zu bewegen, dass immer nur ein Teil der Düsen unmittelbar der Atmosphäre im Kesselinneren ausgesetzt ist bzw. von Abgasen beströmt werden kann. Die Lanzenabdeckung kann dabei so zu der Lanze bzw. den Düsen angeordnet sein, dass diese die Düsenöffnungen abschirmt bzw. (dicht) verschließt. Die Lanzenabdeckung kann nach Art einer verschieblichen Dichtung über die (ggf. geringfügig hervorstehenden) Düsen fungieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante umgibt die mindestens eine Lanzenabdeckung die Lanze koaxial, wobei die Lanzenabdeckung mit einem ersten Rotationsantrieb ausgestattet ist. Somit ist möglich, dass die Lanzenabdeckung im Wesentlichen formgleich zu dem Lanzenrohr ausgebildet ist und das Lanzenrohr ggf. vollständig aufnimmt in seinem Inneren. Dabei ist möglich, dass Abstandshalter zwischen dem Lanzenrohr und der Lanzenabdeckung vorgesehen sind, sodass eine Rotation der Lanzenabdeckung um das Lanzenrohr bzw. die Lanze herum stets mit einem vordefinierten Abstand zum Lanzenrohr erfolgt. Diese exakte Ausrichtung kann insbesondere dazu dienen, dass auch passgenau die jeweiligen Düsen verschließbar sind. Ganz besonders bevorzugt ist also auch, dass das Lanzenrohr feststeht und (nur) die Lanzenabdeckung um das Lanzenrohr herum rotiert. Zu diesem Zweck ist die Lanzenabdeckung mit einem Rotationsantrieb ausgestattet, der ggf. kontinuierlich und / oder intermittierend eine Bewegung der Lanzenabdeckung relativ zu dem Lanzenrohr initiiert und / oder stoppt.
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Weiter ist bevorzugt, dass die mindestens eine Lanzenabdeckung eine Anzahl Durchbrüche aufweist, die zumindest der Vielzahl Düsen der Lanze entspricht. Insbesondere für den Fall, dass eine reine Rotationsbewegung ausgeführt wird, kann die Anzahl der Durchbrüche der Vielzahl der Düsen exakt entsprechen, wobei dann die Durchbrüche (teilweise) über den Umfang der Lanzenabdeckung versetzt angeordnet sind.
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Es ist weiter möglich, dass die Anzahl Durchbrüche geringer, z.B. etwa nur halb so groß ist wie die Vielzahl der Düsen. Das bedeutet mit anderen Worten, dass regelmäßig zumindest die Hälfte der Düsen der Lanze mittels der Lanzenabdeckung verschlossen sind, gleich, welche Relativposition zwischen der Lanzenabdeckung und der Lanze eingestellt ist. Diese Variante bietet sich z.B. dann an, wenn eine (teilweise) axiale Bewegung von der Lanzenabdeckung ausgeführt wird.
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Erfolgt eine Bewegung der Lanzenabdeckung gegenüber der Lanze, so kann durch eine fluchtende Anordnung von Durchbrüchen und Düsen das Reinigungsmedium in die äußere Umgebung abgegeben werden, während eine solche Abgabe im Bereich der Überdeckung von Lanzenabdeckung und Düse unterbunden ist. Die Anzahl und/oder Lage der Durchbrüche bei der Lanzenabdeckung ist insbesondere so gestaltet, dass beispielsweise bei einer Rotation der Lanzenabdeckung im Wesentlichen konstante Druckverhältnisse im Lanzenhohlraum bezüglich des Reinigungsmediums realisiert werden. Dies heißt insbesondere, dass der Verschluss einer Düse unmittelbar das Öffnen einer anderen Düse zur Folge hat. Dies führt zu einem effizienten, störungsfreien und gleichmäßigen Reinigungsvorgang in der Verbrennungsanlage bzw. bei den Wärmetauscherflächen.
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Es kann mindestens ein Kühlmantel vorgesehen sein, der zumindest teilweise die mindestens eine Lanzenabdeckung umgibt und der an eine Kühlmittelversorgung anschließbar ist. Der Kühlmantel kann nach Art einer Einhausung für die Lanze mit der Lanzenabdeckung verstanden werden, wobei diese selbstverständlich die Abgabe des Reinigungsmediums auch durch den Kühlmantel hindurch erlaubt. Ein „Kühlmantel“ meint insbesondere eine Art Einhausung, die aktiv mit einem Kühlmittel beströmbar ist, insbesondere zur Einstellung eines vorgegebenen Temperaturniveaus im Inneren des Kühlmantels, in dem sich hier das Lanzenrohr und die Lanzenabdeckung befindet. Bevorzugt ist, dass der Kühlmantel von einem flüssigen Kühlmittel, beispielsweise Wasser, beströmbar ist. Der Kühlmantel kann insbesondere integrierte Strömungskanäle, Doppel-Wände etc. umfassen, durch die das Kühlmittel hindurch strömen kann. Hierzu ist der Kühlmantel (insbesondere einseitig bzw. nur an einem Ende) an eine Kühlmittelversorgung anschließbar, wobei das Kühlmittel von der Kühlmittelversorgung in den Kühlmantel einleitbar ist, diesen in einer vorgegebenen Weise durchströmt und anschließend wieder abgeführt werden kann. Der Anschluss für das Kühlmittel kann an einem anderen Ende des Rußbläsers vorgesehen sein als der Anschluss für das Reinigungsmedium. Es ist möglich, das so erwärmte Kühlmittel wieder abzukühlen und über die Kühlmittelversorgung erneut bereitzustellen. Diese Abwärme kann ebenso genutzt werden. Ganz besonders bevorzugt ist, dass der Kühlmantel das Lanzenrohr und die Lanzenabdeckung praktisch vollständig einhaust. Der mindestens eine Kühlmantel kann die mindestens eine Lanzenabdeckung koaxial umgeben und einen zweiten Rotationsantrieb aufweisen. Damit ist insbesondere möglich, dass das Lanzenrohr, die Lanzenabdeckung und der Kühlmantel die gleiche Zentrumsachse aufweisen. Der Kühlmantel ist insofern bevorzugt auch beweglich ausgeführt, insbesondere synchron beweglich zur Bewegung der Lanzenabdeckung. Hierfür kann ein Rotationsantrieb vorgesehen sein, welcher separat für den Kühlmantel vorgesehen ist bzw. welcher mit dem Rotationsantrieb der Lanzenabdeckung zusammenwirkt oder gekoppelt ist. Es ist auch möglich, denselben Rotationsantrieb für die Lanzenabdeckung und den Kühlmantel vorzusehen.
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Es ist möglich, dass der mindestens eine Kühlmantel eine Anzahl Öffnungen aufweist, die der Anzahl Durchbrüche der mindestens einen Lanzenabdeckung entspricht. Bevorzugt ist weiter, dass die Öffnungen und Durchbrüche radial im Wesentlichen fluchtend zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten kann das bedeuten, dass eine konkrete Öffnung des Kühlmantels einem konkreten Durchbruch der Lanzenabdeckung zugeordnet ist, wobei im Betrieb, also der Rotation von Lanzenabdeckung und Kühlmantel, diese Zuordnung beibehalten wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Öffnungen mit einem Öffnungsstutzen ausgeführt sind, der bis zum Durchbruch der Lanzenabdeckung geführt wird bzw. dort anliegt. Insbesondere wird demnach mit dem Durchbruch und der Öffnung eine Art Strömungskanal für das ausströmende Reinigungsmedium gebildet, welcher bevorzugt unmittelbar im Anschlussbereich zur Düse beginnt und bis in den Umgebungsbereich des Rußbläsers führt.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Element aus Lanzenabdeckung oder Kühlmantel an gegenüberliegenden Enden jeweils ein Lager zur Lagerung an einer Kesselwand aufweist. Sollte ein Kühlmantel in der Anwendung nicht erforderlich sein, so kann das Lager, welches insbesondere eine Rotation zulässt, an der Lanzenabdeckung vorgesehen sein. Ist ein Kühlmantel vorgesehen, so kann ein Lager (feststehend oder drehbar) an den Enden des Kühlmantels vorgesehen sein.
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Es ist beispielsweise möglich, dass der Kühlmantel mittels einer Fest-Lagerung an einer Kesselwand anordenbar ist. Dies bedeutet mit anderen Worten auch, dass die Öffnungen im Kühlmantel in dem Kesselabschnitt der Verbrennungsanlage beweglich sind bzw. immer dieselbe Ausströmrichtung für das Reinigungsmedium bedingen. Gleichwohl ist es durch die bewegliche Lanzenabdeckung möglich, die unterschiedlichen Düsen der Lanze zeitweise zu verschließen, sodass dann im Ergebnis auch über diese räumlich feststehenden Öffnungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten Reinigungsmedium abgegeben wird.
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Selbstverständlich kann es in Abhängigkeit der Länge des Rußbläsers auch sinnvoll oder erforderlich sein, eine oder mehrere Abstützungen auch zwischen den Lagerstellen an der Kesselwand vorzusehen. Diese sind insbesondere so zu gestalten, dass diese außen angreifen und/oder eine Rotation zulassen können und insbesondere den Reinigungsprozess nicht behindern. Insbesondere kann der Rußbläser zusätzlich zumindest teilweise im Inneren des Kessels bzw. Verbrennungsofens durch Rohrhalterungen gestützt werden, die wassergekühlt sind und/oder aus hochlegiertem Metall hergestellt sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine industrielle Verbrennungsanlage vorgeschlagen, welche mindestens einen mit Verbrennungsgas durchströmten Kesselabschnitt aufweist, der einen Strömungsquerschnitt bildet, wobei mindestens ein Rußbläser der hier beschriebenen Art den Strömungsquerschnitt überspannt. Ganz besonders bevorzugt ist, dass der Rußbläser einen mittigen Bereich des Strömungsquerschnitts überspannt.
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Hinsichtlich der industriellen Verbrennungsanlage ist insbesondere eine „Waste-to-Energy“-Anlage, eine Müllverbrennungsanlage, eine Biomassen-Anlage etc. angesprochen. Der Aufbau solcher industrieller Verbrennungsanlagen ist insbesondere durch Schächte bzw. Züge zu beschreiben, die funktional bzw. hinsichtlich des Temperaturniveaus für den Fachmann voneinander unterschiedliche Bereiche bzw. Kesselabschnitte aufweisen. Der hier angesprochene Kesselabschnitt liegt insbesondere bzw. bevorzugt im Bereich des sogenannten Überhitzers, Zwischenerhitzers und/oder Economisers (zweiter Zug) oder des Konvektionsbereichs. Üblicherweise sind gerade in diesen Kesselabschnitten umfänglich sehr kleine oder nur schwer begehbare Umgebungsbereiche möglich, die also gerade hier den Einsatz von Rußbläsern bislang erschwerten. Außerdem sind hier häufig auch hohe Temperaturen anzutreffen, die ebenfalls ein dauerhaftes Verweilen des Rußbläsers in dem Kessel für den Fachmann nicht möglich erschienen ließen, insbesondere wegen der dort auftretenden Hochtemperaturkorrosion.
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Insbesondere kann der mindestens eine Rußbläser in voreinander beabstandeten Lagerabschnitten an der Kesselwand (rotierbar oder feststehend) gelagert sein. Die Lagerabschnitte liegen insbesondere in dem Kesselabschnitt auf gegenüberliegenden Bereichen der Kesselwand.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Verwendung eines hier offenbarten Rußbläsers zur Reinigung von Wärmetauscherflächen im Betrieb („online“) einer industriellen Verbrennungsanlage bei Temperaturen im Bereich bis 800° C vorgeschlagen.
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Die Erläuterungen zum Rußbläser können gleichermaßen zur Veranschaulichung der industriellen Verbrennungsanlage bzw. der hier offenbarten Verwendung genutzt werden und umgekehrt.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren schematischer Natur sind und insbesondere nicht geeignet sind, Größenverhältnisse abzuleiten. Soweit nicht explizit darauf hingewiesen, können technische Details bzw. Merkmale aus der einen Figur extrahiert und mit weiteren Merkmalen aus einer anderen Figur oder der allgemeinen Beschreibung kombiniert werden. Es zeigen:
- 1: eine industrielle Verbrennungsanlage;
- 2: ein Ausführungsbeispiel eines Rußbläsers;
- 3: ein Ausführungsbeispiel einer Lanze für einen Rußbläser;
- 4: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lanze für einen Rußbläser;
- 5: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsvariante einer Lanze für einen Rußbläser;
- 6: einen Rußbläser mit einem Kühlmantel;
- 7: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rußbläsers mit Kühlmantel;
- 8: einen Querschnitt durch einen Rußbläser mit Kühlmantel,
- 9: eine weitere Ausgestaltung einer industrielle Verbrennungsanlage; und
- 10: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rußbläsers.
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1 zeigt schematisch einen möglichen Aufbau einer industriellen Verbrennungsanlage 18, in der die hier offenbarte Rußbläsertechnik bevorzugt Anwendung finden kann. Die Verbrennungsanlage 18 umfasst links einen Verbrennungsraum, wobei über eine Brennstoffzufuhr 26 der Brennstoff (beispielsweise Biomasse, Abfall etc.) zugeführt und dann über die angedeuteten Brenner verbrannt wird. Das dabei entstehende Verbrennungsgas strömt dann aufwärts entlang der Strömungsrichtung 25 hin zu den oben (bereits im ersten Zug) hängend angeordneten Wärmetauscherflächen 23, die beispielsweise nach Art von hängenden Rohrbündelpaketen ausgeführt sind. Dann wird das Verbrennungsgas umgelenkt in den sogenannten zweiten Zug, wobei hier insbesondere der Kesselabschnitt 19 mit den hier offenbarten Rußbläsern 1 vorgesehen ist. Auch hier finden sich insbesondere hängende Wärmetauscherflächen 23, die von den Rußbläsern 1, welche den Strömungsquerschnitt 20 in diesem Kesselabschnitt überspannen, gereinigt werden. Von dort strömt das Verbrennungsgas weiter in Strömungsrichtung 25 zu den nachgelagerten Bereichen der Verbrennungsgasnachbehandlung, insbesondere dem Konvektionsbereich. Problematisch gerade in diesem Kesselabschnitt 19 ist, dass sich im Umgebungsbereich, also außerhalb der Kesselwand 17, eine Vielzahl unterschiedlicher Einbauten 27 befindet, die gerade das vollständige oder teilweise Herausfahren der Rußbläser 1 nicht möglich machen. Genau hier schafft die Erfindung Abhilfe.
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So ist hier in 2 eine Version eines Rußbläsers 1 gezeigt, der im Wesentlichen ein langgestrecktes, rohrförmiges Element ist, beispielsweise mit einer Länge von 4 - 6 m. Der Rußbläser 1 hat demnach eine Umfangsfläche, an der eine Vielzahl von Düsen 5 vorgesehen ist, über die das Reinigungsmedium auf die benachbart angeordneten Wärmetauscherflächen 23 applizierbar ist. Jeweils stirnseitig, hier als erstes Ende 13 und zweites Ende 14 bezeichnet, ist der Rußbläser 1 in gegenüberliegenden Lagerabschnitten (erster Lagerabschnitt 21, zweiter Lagerabschnitt 22) der Kesselwand 17 drehbar gelagert. Im Bereich des ersten Endes 13 ist zudem ein Rotationsantrieb vorgesehen, wobei dieser der erste Rotationsantrieb 7 für die Lanzenabdeckung 6 und / oder der zweite Rotationsantrieb 11 für den Kühlmantel 9 sein kann. Bevorzugt wird am gleichen ersten Ende 13 auch die Versorgung mit Kühlmittel und Reinigungsmedium realisiert. Hierfür ist der Rußbläser 1 an dem ersten Ende 13 mit der Kühlmittelversorgung 10 und der Reinigungsmittelversorgung 30 verbindbar.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Lanze 2 im Querschnitt. Die Lanze 2 ist mit einem Lanzenrohr 3 gebildet, das einen inneren Lanzenhohlraum 4 bildet. In der Umfangsfläche ist eine Vielzahl Düsen 5 vorgesehen, hier als separate Bauteile, die in einer Bohrung des Lanzenrohrs 3 eingesetzt sind. Insofern ist dieser Lanzenhohlraum 4 mit der Reinigungsmittelversorgung 30 verbunden, sodass Reinigungsmittel entlang der Strömungsrichtung 28 in den Lanzenhohlraum 4 einströmen und über die Düsen 5 bzw. nur die freigegebenen Düsen 5 an die Umgebung ausströmen kann. Koaxial zur Achse 24 ist zudem außen um das Lanzenrohr 3 eine Lanzenabdeckung 6 vorgesehen, wobei die Lanzenabdeckung 6 mit Abstandshaltern 31 beabstandet positioniert ist. Die Lanzenabdeckung 6 weist eine Anzahl Durchbrüche 8 auf, die kleiner als die Anzahl bzw. Vielzahl der Düsen 5 der Lanze 2 ist, sodass durch deren Bewegung ermöglicht ist, dass die Lanzenabdeckung 6 zeitweise unterschiedliche Düsen 5 der Lanze 2 verschließen und freigeben kann. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Lanzenabdeckung 6 rotatorisch gegenüber dem Lanzenrohr 3 verdreht wird, sodass die Durchbrüche 8 zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit den Düsen 5 freigegeben bzw. bedeckt werden. Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird mittels der Abstandshalter 31 auch realisiert, dass die Lanzenabdeckung 6 über die hervorstehenden Düsen 5 passgenau gefügt werden kann. Insbesondere wird dabei auch ein Umgebungsbereich um die Düse 5 herum ausgebildet, sodass die überstehende Düse 5 auch bei verdrehter bzw. rotierter Lanzenabdeckung 6 unterhalb der Lanzenabdeckung 6 entlang geführt werden kann.
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Eine ggf. alternative Ausführungsvariante ist in 4 dargestellt. Hierbei sind keine Abstandshalter vorgesehen, sondern die Lanzenabdeckung 6 ist hier mit etwas dickwandigeren Rohr ausgebildet, wobei innen umlaufende Aussparungen 32 vorgesehen sind, in denen die überstehenden Düsen 5 verweilen, wenn die Lanzenabdeckung 6 rotiert. Im Übrigen funktioniert diese Lanze 2 im Wesentlichen gleich wie mit 3 beschrieben.
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5 zeigt schematisch und perspektivisch eine Lanzenabdeckung 6, die die Lanze 2 des Rußbläsers 1 koaxial umgibt und die einen ersten Rotationsantrieb 7 aufweist. Da die Lanzenabdeckung 6 gegenüber der Lanze 2 bzw. dem Lanzenrohr 3 verdrehbar ist, können die in Umfangsrichtung und axiale Richtung versetzten Durchbrüche 8 mit den ebenfalls versetzten Düsen 5 in Überdeckung gebracht werden, sodass hier eine gezielte Abgabe von vorbestimmten Düsen 5 der Lanze 2 ermöglicht ist.
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6 zeigt erneut im Zentrum eine Lanze 2, etwa in der Gestalt, wie sie bereits mit Bezug auf 3 beschrieben wurde. Insofern kann auf die dortigen Ausführungen zurückgegriffen werden. Um diese Lanze 2 herum ist zusätzlich ein Kühlmantel 9 ausgebildet, der beispielsweise doppelwandig ausgeführt ist, sodass sich ein Kühlmittel dazwischen mit einer vorgegebenen Strömungsrichtung 29 bewegen kann. Der Kühlmantel 9 weist zudem Öffnungen 12 auf, die mit den Durchbrüchen 8 und Düsen 5 in Überdeckung gebracht werden können. Der Kühlmantel 9 bildet eine Art Hitzeschild gegen die äußeren heißen und korrosiven Umgebungsbedingungen, lässt aber gleichzeitig eine Abgabe von Reinigungsmedium durch die Öffnungen 12 zu. Weiter ist hier veranschaulicht, dass das linke und rechte Ende jeweils in gegenüberliegenden Bereichen an der Kesselwand 17 gelagert ist. Im Bereich des rechten Anschlusses an die Kesselwand 17 sind die gesamten Antriebe und Versorgungseinrichtungen vorgesehen, insbesondere der erste Rotationsantrieb 7 für die Lanzenabdeckung 6, der zweite Rotationsantrieb 11 für den Kühlmantel 9, die Kühlmittelversorgung 10 und die Reinigungsmittelversorgung 30.
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Eine ähnlich aufgebaute Ausführungsvariante des Rußbläsers 1 ist auch in der teils perspektivisch und teils geschnitten dargestellten Ausführungsvariante der 7 veranschaulicht. Insbesondere wird hier einfach erkennbar, dass ein Teil der Düsen 5 durch die Lanzenabdeckung geschlossen sind, während andere im Bereich des Durchbruchs 8 der Lanzenabdeckung 6 positioniert sind, sodass diese das Reinigungsmedium abgeben können. Weiter ist dort nochmals veranschaulicht, dass der Rußbläser 1 mit seinem ersten Ende 13 in einem ersten Lager 15 in der Kesselwand 17 gelagert sein kann, während das gegenüberliegende zweite Ende 14 in einem weiteren, zweiten Lager 16 in einem beabstandeten Bereich in der Kesselwand 17 gelagert sein kann.
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Schließlich zeigt 8 beispielhaft einen Querschnitt eines senkrecht zur Achse 24 des Rußbläsers 1 im Bereich einer Düse 5. Dabei befindet sich die Achse 24 etwa zentral im Lanzenhohlraum 4 des Lanzenrohres 3. Im Lanzenrohr 3 sind wieder separate Düsen 5 eingesetzt, wobei die Anordnung aus Lanzenrohr 3 und Düsen 5 in der Lanzenabdeckung 6 aufgenommen ist. Wiederum koaxial dort herum ist der Kühlmantel 9 vorgesehen. Es ist möglich, dass beispielsweise Kühlmantel 9 und Lanzenabdeckung 6 bzw. Lanzenrohr 3 gemeinsam rotieren, insbesondere durch Vorsehung von Mitnehmern 33, die den Kühlmantel 9 und die Lanzenabdeckung 6 miteinander (formschlüssig) verbinden.
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9 zeigt schematisch einen weiteren Aufbau einer industriellen Verbrennungsanlage 18, in der die hier offenbarte Rußbläsertechnik bevorzugt Anwendung finden kann. Hierbei handelt es sich um eine Anlage nach dem Prinzip „Waste-to-Energy“ (WtE) oder „Energy-from-Waste“ (EfW), umfassend die Erzeugung von Energie in Form von Strom und/oder Wärme aus der Erstbehandlung von Abfällen oder die Verarbeitung von Abfällen zu einer Brennstoffquelle. WtE ist eine Form der Energierückgewinnung. Die meisten WtE-Verfahren erzeugen Strom und/oder Wärme direkt durch Verbrennung oder produzieren einen brennbaren Brennstoff wie Methan, Methanol, Ethanol oder synthetische Kraftstoffe. Die Verbrennungsanlage 18 umfasst links einen Verbrennungsraum, wobei über eine Brennstoffzufuhr 26 der Brennstoff (beispielsweise Abfall etc.) zugeführt und dann über die angedeuteten Brenner verbrannt wird. Das dabei entstehende Verbrennungsgas strömt dann aufwärts entlang der Strömungsrichtung 25, wird umgelenkt über einen so genannten Leerzug nach unten, bevor es dann wieder in den weiten Zug hinaufsteigt. Dorst sind Wärmetauscherflächen 23 angeordnet die beispielsweise nach Art von hängenden Rohrbündelpaketen ausgeführt sind. Auch hier, also gerade in dem Kesselabschnitt 19 (2. Zug) mit den hängenden Wärmetauscherflächen 23 sind mehrere Rußbläser 1 vorgesehen, welche den Strömungsquerschnitt 20 in diesem Kesselabschnitt 19 überspannen, gereinigt werden. Dieser kompakte, vertikale Aufbau der Verbrennungsanlage 18 veranschaulicht auch die Platznot zur Positionierung von (teilweise) herausfahrbaren Rußbläsern, so dass gerade dort, wo zudem Temperaturen bis 850 °C auftreten können, die erfindungsgemäßen Rußbläser gut einsetzbar sind. Bislang gab es noch keine dauerhafte Lösung, gerade in diesem Kesselabschnitt mit Rußbläsern (online) zu reinigen.
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10 zeigt eine andere Ausführung eines Rußbläsers 1, wobei sich dieser insbesondere von der Ausführung nach 6 durch einen anderen Rotationsantrieb und eine andere Kühlmittelversorgung unterscheidet. Daher wird hier vorrangig auf diese Unterschiede eingegangen, im Übrigen wird vollumfänglich auf die vorstehenden Erläuterungen verwiesen.
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Dargestellt ist wieder ein Rußbläser 1, welcher in einem Kesselabschnitt 19 installiert ist und in den gegenüberliegenden Kesselwänden 17 gelagert ist. Der Rußbläser 1 ist wieder mit einem rotierbaren Lanzenrohr 3 mit vielen Düsen 5, sowie einer rotierbaren Lanzenabdeckung 6 und einem rotierbaren Kühlmantel 9 ausgeführt. In diesem Fall ist jedes Element aus der Gruppe Lanzenrohr 3, Lanzenabdeckung 6 und Kühlmantel 9 mit einem Rotationsantrieb gekoppelt, nämlich Lanzenrohr 3 mit einem ersten Rotationsantrieb 7, Lanzenrohrabdeckung 6 mit einem zweiten Rotationsantrieb 11 und der Kühlmantel 9 mit einem dritten Rotationsantrieb 34. Die Rotationsantriebe 7, 11, 34 rotieren abgestimmt miteinander, so dass ein Teil der Düsen 5 Reinigungsmedium abgeben können während andere Düsen 5 mit der Lanzenabdeckung 6 geschlossen sind, wobei Getriebe (Zahnrad, Kette, etc.), Kupplungen und/oder Motoren entsprechend eingerichtet sein können. Bevorzugt ist, dass alle Rotationsantriebe 7, 11, 34 benachbart zueinander angeordnet sind, insbesondere auf einer (hier rechten) Seite des Kesselabschnitts 19. Es ist bevorzugt, hier auch die Reinigungsmittelversorgung 30 vorzusehen.
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Weiter veranschaulicht 10, dass auf der gegenüberliegenden (hier linken) Seite des Kesselabschnitts 19 die Kühlmittelversorgung 10 vorgesehen ist. Diese ist insbesondere so gestaltet, dass auch bei einem rotierenden Kühlmantel 9 sicher Kühlmittel in den hier doppelwandig ausgeführten Kühlmantel 9 ein- und abgeführt werden kann. Dies zeigt, dass bei dem Rußbläser 1 (generell) Reinigungsmittelversorgung 30 und Kühlmittelversorgung 10 in verschiedenen Bereichen der Kesselwand 17, insbesondere in jeweils anderen Lagerbereichen des Rußbläsers 1, vorgesehen werden kann. Dies erhöht die Flexibilität bei der Installation des Rußbläsers 1 bei engen Platzverhältnissen und/oder reduziert die technische Komplexität der Versorgung des Rußbläsers mit den Medien im Bereich der Antriebe.
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Damit ist offenbart, dass die Erfindung die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise löst. Insbesondere wurde ein Rußbläser angegeben, der in einem Temperaturbereich bis ca. 800 °C einsetzbar ist, dauerhaft und online die Reinigung von Wärmetauscherflächen in einer industriellen Verbrennungsanlage ausführen kann und/oder einen geringen Bauraum benötigt. Außerdem wurde erreicht, dass die Reinigungsqualität in einem Kesselabschnitt einer solchen industriellen Verbrennungsanlage verbessert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rußbläser
- 2
- Lanze
- 3
- Lanzenrohr
- 4
- Lanzenholraum
- 5
- Düse
- 6
- Lanzenabdeckung
- 7
- erster Rotationsantrieb
- 8
- Durchbruch
- 9
- Kühlmantel
- 10
- Kühlmittelversorgung
- 11
- zweiter Rotationsantrieb
- 12
- Öffnung
- 13
- erstes Ende
- 14
- zweites Ende
- 15
- erstes Lager
- 16
- zweites Lager
- 17
- Kesselwand
- 18
- Industrielle Verbrennungsanlage
- 19
- Kesselabschnitt
- 20
- Strömungsquerschnitt
- 21
- erster Lagerabschnitt
- 22
- zweiter Lagerabschnitt
- 23
- Wärmetauscherfläche
- 24
- Achse
- 25
- Strömungsrichtung Verbrennungsgas
- 26
- Brennstoffzufuhr
- 27
- Einbauten
- 28
- Strömungsrichtung Reinigungsmedium
- 29
- Strömungsrichtung Kühlmittel
- 30
- Reinigungsmittelversorgung
- 31
- Abstandshalter
- 32
- Aussparung
- 33
- Mitnehmer
- 34
- dritter Rotationsantrieb
