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Die
Erfindung betrifft einen Heizkessel, insbesondere Festbrennstoff-Heizkessel,
mit einer Anordnung zum Reinigen von Wärmetauscherflächen des
Heizkessels. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb
eines vorgenannten Heizkessels mit Hilfe der Reinigungsanordnung.
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Bekanntermaßen durchströmt im Betrieb
eines Festbrennstoff-Heizkessels
das heiße
Verbrennungsgas in Durchströmungskanälen den
Heizkessel. Die Durchströmungskanäle werden
jeweils durch zwei benachbarte im wesentlichen flächige vertikale Wassertaschen
des Wärmetauschers
gebildet. Bei einer Durchströmung
gibt das heiße
Verbrennungsgas Wärme
an das zu erwärmende
Wasser in den Wassertaschen ab. Bestandteil des heißen Verbrennungsgases
ist unter anderem die sogenannte Flugasche. Das sind kleine Aschepartikel,
die durch den Abgasstrom mitgerissen werden. Sie setzen sich am Boden
und an den Wärmetauscherflächen der
Wassertaschen ab. Dadurch entsteht auf den Wassertaschen ein zusätzlicher
Belag, der wie eine Isolierschicht wirkt und den Wärmestrom
verringert. Die Heizkessel müssen
mithin von Zeit zu Zeit außer
Betrieb genommen und aufwendig gereinigt werden. Um den Ablagerungsprozeß an den
Wärmetauscherflächen zu
verlangsamen und um die Reinigung hinauszuzögern, wird nach dem Stand der
Technik ein turbulenter Abgasstrom eingerichtet, vorzugsweise durch
sogenannte Turbulatoren in Form von feststehenden Leitblechen und/oder
fest eingebauten Stegen zwischen den Wassertaschen bzw. Wärmetauscherflächen. Die
feststehenden Leitbleche und/oder fest eingebauten Stege können mithin
im weiteren Sinne als bekannte Anordnung zum Reinigen der Wärmetauscherflächen angesehen
werden.
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Zum
Stand der Technik seien ferner Kühler bzw.
Wärmetauscherflächen gemäß
DE 77 21 298 U1 und
DE 19 79 726 U1 erwähnt. Die
Reinigung der bekannten Vorrichtungen erfolgt durch hängende hin-
und herschwenkbare Abreinigungsketten oder Seile, die die Wärmetauscherflächen von
Staub bzw. Asche befreien. Der Staub fällt nach unten in einen Fangtrichter
und wird von dort ausgetragen.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung eines Heizkessels mit einer Reinigungsanordnung
der eingangs genannten Art, die einfach aufgebaut ist und ein effektives
Reinigen der Wärmetauscherflächen des
Heizkessels auf einfache und zuverlässige Weise ermöglicht.
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Gelöst wird
die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch einen Heizkessel
der im Anspruch 1 angegebenen Art.
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Weitere
vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 18.
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Ein
vorteilhaftes Reinigungsverfahren eines Heizkessels kennzeichnet
sich durch die Merkmale des Anspruchs 19.
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Wesen
der Erfindung ist, daß im
Durchströmungskanal
des heißen
Verbrennungsgases zwischen zwei benachbarten im wesentlichen planen vorzugsweise
vertikalen Wärmetauscherflächen des Heizkessels
zumindest eine vorzugsweise vertikale Platte mit seitlichen, flexiblen,
mit den Wärmetauscherflächen in
einen Eingriff bringbaren Reinigungsvorsprüngen selbstzentrierend angeordnet
und im wesentlichen in der Ebene der Platte verschieblich ausgebildet
ist, vorzugsweise oben außerhalb
des Durchstömungskanals
auf- und absenkbar befestigt ist.
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Insbesondere
sind in sämtlichen
Durchströmungskanälen Platten
angeordnet, die an einer gemeinsamen Antriebseinrichtung für ein gleichzeitiges Hin-
und Herverschieben, insbesondere Auf- und Absenken, der Platten
angelenkt sind.
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Die
Erfindung sieht mithin eine vorzugsweise automatische, jedoch mechanische
Abreinigungseinheit der Wärmetauscherflächen eines
Heizkessels, insbesondere Festbrennstoff-Heizkessels, vor. Die Reinigungsanordnung
bewirkt zusätzlich
eine Absenkung der Abgastemperatur und eine bessere Reinigung des
Abgases von Staubpartikeln. Gleichzeitig bewirkt die Anordnung,
die auch ein Turbulator im eingangs genannten Sinne des Standes
der Technik ist, eine Verlangsamung des Ablagerungsvorganges der
Ablagerungs-Partikel, insbesondere der Flugasche, an den Wärmetauscherflächen.
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Die
Reinigungsanordnung braucht somit nur in größeren Zeitabständen für ein Abschaben
der Ablagerungs-Partikel betrieben werden.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn die vorzugsweise vertikalen Platten als Einzelbleche oder als
Doppelbleche mit auf beiden Seiten bzw. auf einer einzigen Seite
ausgebogenen elastischen Stanzlaschen ausgebildet sind, welche die
Reinigungsvorsprünge
sind und deren freie Enden jeweils im Bereich der benachbarten Wärmetäuscherflächen liegen
und vorzugsweise geringfügig
gegen die Wärmetauscherflächen vorgespannt
sind. Dies ermöglicht
eine besonders einfache Herstellung, bei der Reinigungsvorsprünge und
Platte integriert und insbesondere einstückig ausgebildet werden. Gleichzeitig
bilden die ausgebogenen Stanzlaschen in der Platte selbst Durchbrüche, die
das Gewicht der Platte verringern, und durch die das Abgas nicht
nur durchströmen
kann, sondern auch eine zusätzliche
Turbulenz der Strömung
erzeugt wird, welche den Ablagerungsprozeß der Abgaspartikel an den
Wärmetauscherflächen verlangsamt.
Durch die auf diese einfache Weise geschaffenen Durchbrüche können auch abgeschabte
Ablagerungspartikel von den Wärmetauscherflächen abtransportiert
werden.
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Die
Stanzlaschen sind vorzugsweise in horizontalen Reihen beabstandet
jeweils voneinander angeordnet, wobei die Stanzlaschen benachbarter Reihen
versetzt zueinander angeordnet sind und vorzugsweise exakt in der
Mitte des Zwischenraums der anderen Reihe liegen. Auf diese Weise
kann mit wenig Konstruktionsaufwand eine flächendeckende Abschabung der
Wärmetauscherflächen bei
geringem Hub bzw. kurzer Auf- und Abwärtsbewegung der Platten erreicht
werden.
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Eine
besonderes einfache stabile Variante kennzeichnet sich durch Platten,
deren Stanzlaschen rechteckige Laschenform besitzen.
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Auch
können
die Stanzlaschen freie erweiterte Enden besitzen und vorzugsweise
in Schmetterlingsform ausgebildet sein.
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Die
freien Enden der Stanzlaschen bilden bevorzugt geradlinige Reinigungskanten.
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In
einem Durchströmungskanal
können
zumindest zwei Einzelbleche oder zumindest zwei Doppelbleche in
Paketform hintereinander in einer Ebene angeordnet und miteinander
direkt oder über
Verbindungsbleche befestigt sein. Es versteht sich, daß – sind Doppelbleche
vorgesehen, die Rücken
an Rücken
dicht beieinander oder in einem Abstand zueinander angeordnet sind
und deren Stanzlaschen jeweils auf nur einer einzigen Seite hervorstehen – die vorgenannte
Ebene die Symmetrieebene der Doppelbleche ist.
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Die
Einzelbleche oder Doppelbleche können neben
den Durchbrüchen
der Stanzlaschen weitere Durchbrüche
aufweisen, die den gleichen Zweck der erstgenannten Durchbrüche erfüllen.
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Die
Einzelbleche oder Doppelbleche können ferner
vorzugsweise obere horizontale und/oder vorzugsweise seitliche vertikale
abgebogene Versteifungskanten besitzen, so daß sich eine stabile Gesamtkonstruktion
bei geringem Gewicht ergibt.
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Auch
die Versteifungskanten können
Durchbrüche
haben, die den gleichen Zweck wie die anderen Durchbrüche erfüllen.
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Die
freien Enden der Stanzlaschen sind bei vertikalen Einzel- oder Doppelblechen
in vertikalen Wärmetauschern
in einer besonderen Erfindungsvariante nach oben gerichtet. Dadurch
kann bei einem Hub nach oben abgeschabt und gleichzeitig die abgeschabte
Ablagerung auf der schrägen
Stanzlasche von der Wärmetauscherfläche weg
nach unten insbesonde re durch die erstgenannten Durchbrüche einem
geraden zentralen vertikalen Kanal (bei Doppelblechen) oder in einem
gewundenen Lauf (bei Einzelblechen) nach unten transportiert werden,
unterstützt bzw.
mitgerissen von der Abgasströmung,
die sich den gleichen Weg durch den Durchströmungskanal sucht. Einzelbleche
oder Doppelbleche besitzen also bevorzugt einen vertikalen Aschedurchtrittskanal.
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Die
bereits erwähnte
Antriebseinrichtung weist bevorzugt eine horizontale Antriebsachse
mit auf- und absenkbaren radialen Schwenkarmen oder eine horizontale
Kurbelstange mit Pleuel auf, wobei an den äußeren Radialenden der Schwenkarme
bzw. der Pleuel die Vertikalplatten bzw. Einzelbleche oder Doppelbleche,
vorzugsweise über
Verbindungsstangen, angelenkt sind.
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Die
horizontale Antriebsachse oder die Kurbelstange kann für einen
Handbetrieb eine axial-endseitige Handkurbel aufweisen. Dann wird
die Handkurbel vorzugsweise um 60° hin- und herbewegt, um einen
vertikalen Hub der Platten innerhalb der Wärmetauscherflächen für eine ausreichende
Reinigung der Wärmetauscher-Oberflächen zu
erzeugen.
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Die
horizontale Antriebsachse oder die Kurbelstange können auch
durch einen Elektromotor intermittierend angetrieben werden.
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Gegebenfalls
ist der Elektromotor in der Drehrichtung umschaltbar ist, um eine
Hubbewegung im Wärmetauscher
zu erzeugen.
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Auch
ein Linearantrieb der Reinigungsanordnung ist möglich.
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Mit
besonderem Vorteil ist die Reinigungsanordnung als Einheit ausgebildet.
Dann kann die Reinigungsanordnung leicht ausgetauscht und gegebenenfalls
separat gewartet und insbe sondere auch in bestehende Heizkessel
nachgerüstet
werden. Im Prinzip kann innerhalb gewisserer Toleranzgrenzen die
Reinigungsanordnung in unterschiedlichen Heizkessel-Varianten verwendet
werden, insbesondere in unterschiedlichen Leistungsgrößen von
Heizkesseln, deren Wärmetauscherflächen zumeist
gleich konzipiert sind.
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Ein
bevorzugtes Verfahren zum Reinigen von im wesentlichen planen Wärmetauscherflächen eines
Heizkessels mittels einer vorgenannten Reinigungsanordnung sieht
vor, daß die
ständig
im Heizkessel angeordnete nicht betriebene Reinigungsanordnung bei
betriebenem Heizkessel als Turbulator bzw. Vorrichtung zur Erzeugung
einer Turbulenz in der Abgasdurchströmung dient und vorzugsweise
bei kaltem, nicht betriebenen Heizkessel von Zeit zu Zeit manuell
durch Betätigen
der Handkurbel durch eine Bedienungsperson oder durch Einschalten
des Elektromotors in Betrieb genommen wird und dabei die an den
Wärmetauscherflächen sich
angesammelte Flugasche oder dergleichen durch die freien Enden der
Stanzlaschen im wesentlichen flächendeckend abschabt,
und die abgeschabte Flugasche in einem Auffangbehälter im
Bereich des Bodens des Heizkessels sammelt oder durch einen Förderer,
insbesondere Schneckenförderer,
abfördert.
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Die
erfindungsgemäße Reinigungseinheit
für ebene
Wassertaschen in einem Festbrennstoff-Heizkessel kennzeichnet sich
durch folgende Merkmale:
- – Abreinigung der Wärmetauscherflächen
- – Mechanische
Bewegungsablauf
(Der Reinigungsvorgang ist ein mechanische
Ablauf, ohne Einsatz von Druckluft, Ultraschall, etc.)
- – Flexibilität hinsichtlich
verschiedener Heizkessel
(Die Reinigungseinheit ist vom Prinzip
her für Heizkessel
unterschiedlicher Bauart und Baugrößen einsetzbar)
- – Nachrüstbarkeit
in vorhandene Heizkessel
- – Reinigung
erfolgt auch bei "verformten
Wassertaschen"
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Weitere
Merkmale der Reinigungseinheit:
- – Nahezu
lückenlose
Reinigung durch gezielte Anordnung der Laschen
- – Selbstzentrierung
insbesondere durch Federwirkung der Laschen
- – Laschen
passen sich an örtliche
Verwölbungen der
Wassertaschen an
- – Leichte
Bauweise durch dünne
Turbulatoren
- – Gegebenenfalls
kein zusätzlicher
Motor, da Kopplung mit anderen Systemkomponenten möglich
- – Einfache
elektrische Ansteuerung zeitliche Bewegung
- – Sehr
geringer Wartungsaufwand
- – Einfacher
Austausch einzelner Komponenten oder der gesamten Anordnung
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Durch
den Einsatz zweier paralleler Bleche (Doppelbleche) ergeben sich
folgende Vorteile:
- – Halbierung des erforderlichen
Hubes
- – Gelöste Ablagerungen
können
zwischen den beiden Blechen senkrecht ohne Behinderung nach unten
fallen
- – Geringe
Länge der
gekanteten Laschen bei großen
Abständen
der Wassertaschen hohe Stabilität
- – Hohe
Verwindungssteifigkeit
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Durch
die Form der Laschen, die einem Schmetterlingsflügel gleicht, wird praktisch
die komplette Fläche
der Wassertasche gereinigt. Dadurch, daß die Laschen im unteren Bereich
wieder nach innen zeigen, bleiben die Stege so stabil, daß sich das gesamte
Blech bei Belastung nicht wesentlich verformt, sondern die Laschen
zurückfedern.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung näher
erläutert;
es zeigen:
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1 einen
Festbrennstoff-Heizkessel mit einer Reinigungsanordnung schematisch
in einem Vertikalschnitt,
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2 den
oberen Bereich der Reinigungsanordnung nach 1 in einer
perspektivischen Darstellung,
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3 eine
Einzelheit der 2,
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4 eine
Ausführungsvariante
eines Einzelbleches einer Reinigungsanordnung, und
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5 eine
Ausführungsvariante
eines Doppelblech-Elements einer Reinigungsanordnung nach den 2 und 3.
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Gemäß Zeichnung
umfaßt
ein Heizkessel 1, insbesondere ein Festbrennstoff-Heizkessel,
eine Anordnung 2 zum Reinigen von Wärmetauscherflächen 3.
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In
den Durchströmungskanälen 4 des
Verbrennungsgases A zwischen zwei benachbarten im wesentlichen planen
vertikalen Wärmetauscherflächen 3 des
Heizkessels 1 befinden sich vertikalen Platten 5 mit
seitlichen, flexiblen, mit den Wärmetauscherflächen 3 in
einen Eingriff bringbaren Reinigungsvorsprüngen 6.
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Die
einzelnen Platten 5 sind jeweils im wesentlichen in ihrer
Ebene E verschieblich ausgebildet.
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Im
besonderen sind die Platten 5 durch eine gemeinsame obere
horizontale Antriebseinrichtung 7 auf- und absenkbar befestigt.
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Die
Platten 5 werden in einer ersten Ausführungsvariante gemäß 4 durch
vertikale Einzelbleche 8 und in einer zweiten Ausführungsvariante gemäß 5 durch
vertikale Doppelbleche 9 ausgebildet und besitzen in der
ersten Ausführungsvariante auf
beiden Seiten und in der zweiten Ausführungsvariante auf einer einzigen
Seite ausgebogene flexible Stanzlaschen 10.
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Die
Stanzlaschen 10 bilden die vorgenannten Reinigungsvorsprünge 6.
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Die
Stanzlaschen 10 besitzen freie Enden 11, welche
in einer Anordnung der Reinigungsanordnung in einem Heizkessel 1 jeweils
im Bereich der benachbarten Wärmetauscherflächen 3 liegen
und insbesondere geringfügig
gegen die Wärmetauscherflächen 3 vorgespannt
sind.
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Die
Stanzlaschen 10 sind, wie dies den 4 und 5 zu
entnehmen ist, in horizontalen Reihen jeweils voneinander beabstandet,
wobei die Stanzlaschen benachbarter Reihen gemäß 5 versetzt
zueinander sind und insbesondere exakt in der Mitte im Zwischenraum
a der anderen benachbarten Reihe liegen.
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Die
Stanzlaschen 10 gemäß der Ausführungsvariante
nach 4 besitzt rechteckige Laschenform R, während die
Stanzlaschen 10 gemäß der Ausführungsvariante
nach 5 freie erweiterte Enden 11 aufweist
und insbesondere in Schmetterlingsform S besitzt.
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Die
freien Enden 11 der Stanzlaschen 10 bilden in
beiden Ausführungsvarianten
geradlinige Reinigungskanten 12.
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In
einem Durchströmungskanal 4 können die Einzelbleche 8 oder
Doppelbleche 9 mehrfach vorgesehen sein.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 2 und 3 sind Doppelbleche 9 gemäß 5 in
Paketform I, II, III hintereinander in einer Ebene E angeordnet,
die der vertikalen Symmetrieebene der beiden Doppelblech-Elemente
entspricht.
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Im
besonderen sind zwei Doppelblech-Elemente nach 5 Rücken an
Rücken
als ein erstes, zweites und drittes Paketelement I, II und III über Verbindungsbleche 13 miteinander
befestigt.
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Die
Doppelbleche 9 gemäß 5,
wie auch die Einzelbleche 8 gemäß 4, besitzen
Durchbrüche 14,
welche zusätzlich
zu den primären
Durchbrüchen
vorgesehen sind, die durch das Ausbiegen bzw. Kanten der Stanzlaschen 10 entstehen.
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Die
Doppelbleche 9 weisen obere horizontale und seitliche vertikale
abgebogene Versteifungskanten 15 auf, die weitere Durchbrüche 16 besitzen.
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Die
Durchbrüche 16 bilden
Strömungskanäle und sind
wichtig, damit sich die Verbrennungsgase bei mehreren nebeneinander
montierten Turbulatorblechen untereinander austauschen können. Die
Geometrie des Strömungskanals
ergibt sich aus den jeweils gegenüberliegenden Stanzungen der
Laschen. Somit ist ein durchgängiger
Strömungskanal
durch das gesamte Bauteil möglich.
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Obere
Versteifungskanten 15 bewirken nicht nur eine Versteifung
des Blechs in horizontaler Richtung, sondern vermeiden auch, daß das Verbrennungsgas
den Weg des geringsten Widerstands nimmt und nur in der Mitte der
beiden Turbulatorbleche strömt,
ohne seine Wärmeenergie
an das Wasser abzugeben.
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In
einer Anordnung der Einzel- oder Doppelbleche in einem Wärmetauscher
sind die freien Enden 11 der Stanzlaschen 11 nach
oben gerichtet, wobei durch die Einzelbleche 8 oder durch
die Doppelbleche 9 ein im wesentlichen vertikaler Aschedurchtrittskanal
k eingerichtet ist.
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Die
Einzel- oder Doppelbleche bzw. Turbulatoren bestehen jeweils aus
einem einfachen Stahlblech, welches eine Materialstärke von
1–2mm
aufweist. In regelmäßigen Abständen werden
die Stanzlaschen 11 mit einem bestimmten Winkel gebogen. Der
Winkel der ausgebogenen Stanzlaschen wird so gewählt, daß das Blech ohne oder mit einer
geringen Vorspannung zwischen die beiden Wassertaschen paßt und sich
so automatisch zentriert.
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Die
Antriebseinrichtung 7 besitzt eine horizontale Antriebsachse 17 mit
auf- und absenkbaren radialen Schwenkar men 18, wobei an
den äußeren Radialenden
der Schwenkarme 18 die Doppelbleche 9 über Verbindungstangen 19 angelenkt
sind. Die horizontale Antriebsachse 17 weist axial endseitig
eine Handkurbel auf, die von einer Bedienungsperson von Hand betätigt werden
kann.
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Durch
eine 60°-Kippbewegung
wird eine Hubbewegung H der Turbulatoren erzielt, die nicht nur
manuell mit Hilfe eines Hebels bzw. der Handkurbel, sondern auch
vollautomatisch realisiert werden kann.
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In
einer vollautomatischen (nicht veranschaulichten) Ausführungsvariante
besitzt die horizontale Antriebsachse 17 einen Elektromotor,
welcher intermittierend angetrieben werden kann und insbesondere
in seiner Drehrichtung umschaltbar ist.
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Bei
einer vollautomatischen Version kann die Rotationsbewegung des Elektromotors
durch eine Exzenterscheibe und ein gelenkiges Hebelsystem in eine
lineare Bewegung umgewandelt werden.
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Die
Reinigungsanordnung 2, welche sich ständig im Heizkessel 1 befindet,
wird im besonderen wie folgt betrieben.
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Bei
Normalbetrieb des Heizkessels ist die Reinigungsanordnung außer Betrieb.
Sie wirkt in diesem Fall statisch, ähnlich wie die feststehenden
Leitbleche nach dem Stand der Technik, jedoch wesentlich effizienter,
als Turbulator und mithin als Vorrichtung zur Erzeugung einer Turbulenz
in der Abgasdurchströmung.
Auf diese Weise verzögert
die Reinigungsanordnung den Verschmutzungs- bzw. Ablagerungsvorgang
an den Wärmetauscherflächen nachhaltig.
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Von
Zeit zu Zeit wird vorzugsweise bei nicht betriebenem Heizkessel
durch Vor- und Rückwärtsdrehen
der Handkurbel in einem Winkel von 60° durch eine Bedienungsperson
die Reinigungsanordnung in Betrieb genommen. Dabei werden die Platten 5 bzw.
Einzelbleche 8 oder Doppelbleche 9 in den Durchströmungskanälen 4 zwischen
zwei benachbarten Wärmetauscherflächen 3 nach
oben unten nach unten bewegt.
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Im
Verlauf der Bewegung nach oben schaben die freien Enden 11 der
Stanzlaschen 11 im wesentlichen flächendeckend die Wärmetauscherflächen 3 ab.
Die abgeschabten Ablagerungs-Partikel gelangen über die
schrägen
Stanzlaschen 11 in den im wesentlichen vertikalen Aschedurchtrittskanal
k und von dort in einen Auffangbehälter 21, welcher im Bereich
des Bodens 22 des Heizkessels 1 vorgesehen ist.
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Bei
einer Bewegung der flexiblen Stanzlaschen 11 nach unten
werden die Wärmetauscherflächen 3 nachgereinigt.
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Ersichtlich
bewirkt die Flexibilität
der Stanzlaschen 11 eine Selbstzentrierung der Einzelelemente
der Reinigungsanordnung zwischen den zu reinigenden Wärmetauscherflächen 3.
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Das
Reinigen der Wärmetauscherflächen bzw.
Wassertaschen bringt gleichzeitig eine Senkung der Abgastemperatur
mit sich, da bei zunehmender Verschmutzung der Querschnitt kleiner
wird und somit die Strömungsgeschwindigkeit
steigt. Auch wird mit zunehmender Verschmutzung der Wärmeübergang
an die Wärmetauscherflächen verringert.
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Je
langsamer das Verbrennungsgas zwischen den Wassertaschen strömt, um so
länger
befindet es sich innerhalb des Heizkessels und gibt seine Wärmeenergie
an das Wasser ab. Das Abgas ist somit deutlich kälter als bei starken Ablagerungen
an den Wärmetauscherflächen.
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Mit
der langsameren Strömungsgeschwindigkeit
ist wiederum eine bessere Staubabscheidung verbunden, da das Rauchgas weniger
Bewegungsenergie zur Verfügung
hat, um Aschepartikel aufzuwirbeln und mit sich zu reißen.