DE19544482A1 - Verfahren und Werkzeug zum Entschichten mit Brennstoffrückständen beschichteter Rohre der Heizflächen einer Kesselfeuerung - Google Patents

Description

Kesselfeuerungen, beispielsweise mit Braunkohlestaub gefeuerte Großkesselanlagen für Elektrizität erzeugende Kraftwerke, weisen umfangreiche Rohrheizflächen mit unterschiedlichen Rohrdurchmessern in horizontaler und vertikaler Anordnung zu Rohrwänden oder Rohrreihen, sogenannten Rohrregistern oder Schotten auf. Die Rohrabstände in den Schotten können zwischen 30 und 120 mm betragen, die Schottenabstände zwischen 30 und 650 mm. Bei einigen Großkesselanlagen wie beispielsweise Zwangsdurchlauf-Dampferzeugern für überkritische Dampferzeugung sind in den Rauchgaszügen Rohrwände mit abstandslos einander in der Wandfläche anliegenden Dampferzeugungsrohren üblich.

Innerhalb der Feuerung umströmen Rauchgase die Rohre oder Rohrheizflächen und lagern dabei auf den Rohren, Tragrohren, Halterungen und Verklammerungen Brennstoffrückstände in Form von Schlacken an. Diese können auf den Rohren zu harten Krusten anwachsen und den Wärmeübergang von den Rauchgasen zu den Dampferzeugungsrohren erheblich reduzieren und damit den Wirkungsrad der Dampfkesselanlage stark beeinträchtigen. Der Anfall von Brennstoffrückständen, deren Härte und Haftung an den Rohren sind je nach Brennstoff und Feuerungsparametern sehr unterschiedlich.

Es deutet sich jedoch an, daß aufgrund einer längeren Betriebszeit, der sogenannten "Reisezeit" eines Kessels, beispielsweise zwischen 3 und 4 Jahren, und mit der Tendenz zur Erreichung höherer Verbrennungstemperaturen zwecks Minimierung von NOX-Werten, eine immer stärkere Verhärtung der Brennstoffrückstände bis hin zu gesinterten Schlacken entsteht. Die anwachsende Beschichtung der Rohrheizflächen mit Brennstoffrückständen macht deshalb eine intermittierende Reinigung durch Entschichten der Heizflächenrohre von Zeit zu Zeit unverzichtbar.

Der Stand der Technik hat in der Praxis ein Verfahren zum Entschichten herausgebildet, bei welchem ein schlagstarker Lufthammer mit einem Gewicht von ca. 4-8 kg mit aufgesetztem Messingwerkzeug, dem sogenannten Döpper, verwendet wird.

Dieser Döpper ist ein zylinderförmiges Werkstück mit einer dem Rohrdurchmesser in etwa entsprechenden Auskehlung am vorderen Ende. Zur Abreinigung eines Rohres wird dieser Döpper in einem Winkel von 90° punktuell über die Verschmutzung auf dem Rohr entlanggeführt. Durch intensive Schlag- und Schwingungsenergie löst sich dabei eine leichthaftende Schlacke. Dieses Verfahren ist jedoch nur vorteilhaft und wirtschaftlich anwendbar für ein zeitsparendes, großvolumiges Lösen leicht haftender Schlackenrückstände, die im wesentlichen durch energisches Rütteln von den Rohrflächen ablösbar sind.

Bei stark anhaftenden und harten Schlacken verliert der Messingdöpper nach kurzer Arbeitszeit seine Form, läßt sich dann nur noch schlecht führen und ergibt eine erheblich begrenzte und sehr zeitraubende Reinigungswirkung. Darüber hinaus ergeben sich weitere erhebliche Nachteile:

• - je enger die Abstände der Rohre in den Schotten bzw. in den Rohrregistern untereinander, wie beispielsweise bei ECO-Heizflächen sind, um so schwieriger wird es, den Döpper noch wirkungsvoll zu führen;
• - durch die dann zum Ausgleich gelegentlich angewandte erhöhte Schlagenergie werden häufig Verklammerungen und-oder Halterungen beschädigt;
• - das intensive Verschleißverhalten der Döpperprofilierung führt zum Abrutschen vom Rohr und dadurch in den beengten Räumen der Kesselanlage zu erhöhter Unfall- und Absturzgefahr;
• - darüberhinaus wird eine anschließende Wasserhochdruck­ reinigung der Heizflächen erforderlich, weil noch ein großer Anteil von Schlacken, insbesondere von festhaftenden Krusten, auf den Rohren verbleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Werkzeug zum Entschichten von mit Brennstoffrückständen beschichteten Rohren der Heizflächen einer Kesselfeuerung anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile und Schwierigkeiten vermeiden, die gleichermaßen beim Abreinigen von leicht haftenden Schlackenrückständen ebenso wie bei stark anhaftenden und harten Schlacken mit hoher Entschichtungswirksamkeit einsetzbar ist, Beschädigung von Rohren, Verklammerungen und Halterungen vermeidet und auch bei ECO-Heizflächen wirkungsvoll anwendbar ist, eine anschließende Wasserhochdruckreinigung nach Möglichkeit erübrigt und bei einfacher Ausführung eine lange Standzeit für ein ungestörtes unfallfreies Arbeiten bei unterschiedlichen Dampfkesselbauweisen ermöglicht.

Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art mit der Erfindung eine Arbeitsweise entsprechend den im Kennzeichnungsteil beschriebenen Merkmalen vorgeschlagen.

Mit großem Vorteil wird beim Verfahren nach der Erfindung die Schicht der Brennstoffrückstände bzw. der Schlacken abgeschält, ohne daß Rohroberflächen, Verklammerungen oder Halterungen beschädigt werden.

Dies wird dadurch erreicht, daß das Entschichtungswerkzeug im Zusammenwirken entweder direkt mit dem Hammer oder unter Zwischenschaltung beliebiger Verlängerungsstangen unter fortgesetzter Schlagwirkung des Hammers in einer Winkelstellung zwischen 30° und 75° auf den abzureinigenden Rohren bzw. Schlackenschichten geführt wird. Dabei durchdringt anfangs das Entschichtungswerkzeug mit vergleichsweise steilerer Anstellung die Schicht der Rückstände und zertrümmert sie, wobei harte und festhaftende Anbackungen schnell durchdrungen werden. Nach Erreichen der Rohroberfläche mit dem Werkzeug wird dann der Anstellwinkel geändert und die Führung des Entschichtungswerkzeugs mit vergleichsweise flacherer Anstellung unter abschälender Wirkung zwischen der Schicht und dem Rohr fortgesetzt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß das Werkzeug zum anfänglichen Zertrümmern einer das Rohr verkrustenden Schicht mit einem Winkel zwischen 60° und 75° und zum fortgesetzten Abschälen der Schicht entlang der Oberfläche des Rohres in einem Winkel zwischen 30° und 45° zum Verlauf des Rohres geführt wird.

Dabei ist ferner mit Vorteil vorgesehen, daß das Entschichten mit relativ hochfrequenten Schlägen zwischen 2000 und 3500/min durchgeführt wird.

Ein Entschichtungswerkzeug, umfassend zum form- und kraftschlüssigen Anschluß an einen mechanischen Hammer mit oder ohne Verlängerungsstange ein mit einer bevorzugt konischen Aufsteckbohrung ausgebildetes Anschlußende und ein damit verbundenes Arbeitsende ist erfindungsgemäß so ausgebildet,

• - daß das Arbeitsende zwei im flachen Winkel unter Ausbildung einer dazwischenliegenden stumpfen Schneide mit konkaver Kontur von einem Übergangsbereich ausgehende divergierende Flügel aufweist, und
• - daß der Übergangsbereich in einer durch die Mittelachse des Werkzeugs verlaufenden und die Flügel schneidenden Ebene eine konkave Krümmung mit einem Radius hat, der mindestens gleich oder größer als der Krümmungsradius der Oberfläche eines zu entschichtenden Rohres ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind entsprechend den Unteransprüchen vorgesehen. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Entschichtungswerkzeug in Seitenansicht im Ansatz an ein zu entschichtendes Kesselrohr,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Werkzeug entlang der Ebene y-y in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Entschichtungswerkzeug,

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung eines Entschichtungs­ vorganges mit in unterschiedlichen Winkeln angestelltem Entschichtungswerkzeug, in teilweise geschnittener Seitenansicht.

Das aus der Zusammenschau der Fig. 1 bis 3 erkennbare Entschichtungswerkzeug (1) umfaßt zum form- und kraftschlüssigen Anschluß an einen mechanischen Hammer mit oder ohne Verlängerungsstange ein mit einer bevorzugt konischen Aufnahmebohrung (11) ausgebildetes Anschlußende (2) und ein damit verbundendes Arbeitsende (3), das für die besonderen Verhältnisse der Entschichtungsarbeit erfindungsgemäß ausgebildet ist. Diese Ausbildung besteht darin,

• - daß das Arbeitsende (3) zwei im flachen Winkel (Gamma) unter Ausbildung einer dazwischenliegenden stumpfen Schneide (4) mit konkaver Kontur von einem Übergangsbereich (5) ausgehende divergierende Flügel (6, 7) aufweist, und
• - daß der Übergangsbereich (5) in einer durch die Mittelachse des Werkzeugs (1) verlaufenden und die Flügel (6, 7) schneidenden Ebene (x-x) eine konkave Krümmung mit einem Radius (R₂) hat, der mindestens gleich oder größer als der Krümmungsradius (R₁) der Oberfläche eines zu entschichtenden Rohres (15) ist.

Mit großem Vorteil wird durch die konkave Form des Arbeitsendes (3) am Entschichtungswerkzeug (1) ein sicheres Einführen in die horizontalen und/oder vertikalen Teilungen der Rohranordnungen sowie ein Entlangführen auf den Oberflächen der einzelnen Rohre ermöglicht und ein Abrutschen vom Rohr (15), wie dies beim bekannten Döpper in der Praxis oft vorkam, durch die Anordnung und Ausbildung der seitlichen Flügel (6, 7) vermieden.

Durch seine Ausbildung nach Art eines stumpfen Meißels sucht sich das Entschichtungswerkzeug (1) in Verbindung mit der Handhabung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren anfangs schnell den Kontakt mit dem Rohr, selbst durch harte Verkrustungen und Schlackenschichten (10), und ermöglicht so ein leichtes Eindringen auch in völlig verschlackte Schotten und Rohrregister. Dadurch wird fallweise auch in tiefen Schotten selbst im hinteren Bereich entsprechend der schematischen Darstellung nach Fig. 4 eine gute Reinigungswirkung durch Abschälen harter Schichten (20) erzielt, ohne die Schotten spreizen zu müssen und ohne schädliches Durchrütteln der Rohre (1) und ihrer Halterungen.

Unabhängig von Schlackenhärte und -haftung wird infolge Zusammenwirken der erfindungsgemäßen Formgebung des Entschichtungswerkzeuges (1) und seiner Führung nach dem dafür in besonderer Weise erfindungsgemäß vorgesehenen Verfahren eine optimale Reinigungswirkung erzielt. Je größer dabei Materialhärte und -haftung sind, um so günstiger wird das Zeit-/Leistungsverhältnis pro Quadratmeter Rohrfläche im Vergleich zur herkömmlichen Methode. Durch die besonders wirkungsvolle Trocken-Reinigung kann in vielen Fällen auf eine anschließende Wasserhochdruckreinigung verzichtet werden.

Sollte dennoch eine anschließende Wasserhochdruckreinigung durchgeführt werden, so kann sich diese nur noch auf ein "Hochdruckspülen" beschränken. Durch die dabei geringer anfallenden Schlackenrestmengen wird das Abwasser vergleichsweise schwach belastet und eine anschließende Einleitung nach vorhergehender Klärung problemlos möglich gemacht. Auch wird der Wasserverbrauch beim nachträglichen Hochdruckspülen um ein Vielfaches reduziert.

Ein sehr wesentlicher Vorteil zugunsten der Gesundheit der die Arbeit durchführenden Personen ergibt sich weiterhin durch bedeutend geringeren Staubanfall. Dieser wird durch das Abschälen wesentlich minimiert. Weil bei hochfrequenter Schlagfolge die Intensität der einzelnen Schlagimpulse infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Entschichtungswerkzeuges (1) und des erfindungsgemäßen Arbeitsverfahrens vergleichsweise verringert werden kann, können fallweise wesentlich leichtere Lufthämmer oder ggf. auch bevorzugt hydraulisch betreibbare Hämmer verwendet werden. Dies hat den Vorteil, daß staubaufwirbelnde Abluft der Lufthämmer vermieden wird. Der geringere Staubanfall entspricht einem dringenden Bedürfnis zum Schutz der Gesundheit der zu Entschichtungsarbeiten eingesetzten Personen und ist somit ein weiterer wesentlicher Vorteil sowohl des erfindungsgemäßen Verfahrens als auch der erfindungsgemäßen Ausbildung des Entschichtungswerkzeuges (1). In Verbindung mit der Verhinderung des Abrutschens vom Rohr infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Entschichtungswerkzeuges (1) mit den seitlichen Flügeln (6, 7) wird die Arbeitssicherheit während der Kesselreinigung insgesamt bedeutend erhöht. Dadurch, daß für den Arbeiter vor Ort eine große Arbeitserleichterung geschaffen wird, kann mit gleichem Arbeitsaufwand ein wesentlich höherer Abreinigungseffekt erzielt werden.

Ermöglicht wird diese erhöhte Arbeitsleistung dadurch, daß die stumpfe Schneide (4), wie dies besonders deutlich aus der Fig. 2 hervorgeht, in einer sie quer durchdringenden Ebene (y-y) in Form eines schmalen Sattels (8) mit abgerundeten Kanten (9, 10) ausgebildet ist. Bevorzugt weist der Übergangsbereich (4) in der Schnittebene (y-y) die Form eines Paraboloids auf (Fig. 1). Infolge Abrundung der stumpfen Schneide (4) mit dem schmalen Sattel (8) und abgerundeten Kanten (9, 10) wird eine Beschädigung des Rohres (15) vermieden, wobei andererseits eine hervorragende Abschälwirkung im Ansatz des Werkzeugs (1) im Winkel (Beta) gemäß Fig. 4 zwischen der Schlackenschicht (20) und dem Rohr (15) erzielt wird (Fig. 4).

Eine sehr kostengünstige Ausführung des Entschichtungswerkzeuges (1) kann dadurch erreicht werden, daß das Anschlußende (2) ein aus Stahl von relativ geringer Festigkeit wie St 37-52 bestehendes Teil und das Arbeitsende (3) aus einem insbesondere vergüteten, gehärteten Werkzeugstahl bestehendes Teil ist und beide Teile durch Schweißung verbunden sind. Es kann aber auch von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß das Entschichtungswerkzeug (1) einstückig aus hochwertigem Werkzeugstahl besteht. Es kann aber auch zumindest dessen Arbeitsende (3) aus hochwertigen Werkstoffen wie Titan oder Edelstahl bestehen, wobei der Werkstoff Titan wegen seines geringen spezifischen Gewichts die Handhabung wesentlich erleichtert.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Entschichtungswerkzeugs ist es zum Antrieb mit einem leichten Lufthammer oder einem Hydraulikhammer verbindbar, wobei das hierfür vorgesehene Anschlußende (2) als möglichst schlanker Schenkel mit der bevorzugt konischen Aufnahmebohrung (11) ausgebildet ist. Damit wird eine bessere Beweglichkeit des Werkzeugs beim Schälen zwischen engstehenden Rohren (15) erreicht. Die Werkzeugverbindung kann allerdings auch in beliebig anderer Weise erfolgen, beispielsweise als Bajonettverschluß ausgestattet sein.

Die Erfindung ist unkompliziert, ergibt gegenüber der bisher üblichen Praxis ein wesentlich leistungsfähigeres Arbeiten mit intensiver Abreinigungswirkung bei reduziertem Staubanfall und erhöhter Arbeitssicherheit und erfüllt somit in optimaler Weise die eingangs gestellte Aufgabe.

Claims (10)

1. Verfahren zum Entschichten mit Brennstoffrückständen beschichteter bzw. verkrusteter Rohre (15) der Heizflächen einer Kesselfeuerung unter Verwendung eines mit einem Entschichtungswerkzeug (1) bestückbaren mechanischen Hammers, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Entschichtungswerkzeug (1) unter fortgesetzter Schlagwirkung des Hammers innerhalb eines Winkelstellungs-Bereiches relativ zum Verlauf des Rohres (15) zwischen 30° und 75° zunächst mit vergleichsweise steilerer Anstellung angesetzt und dabei die Schicht (20) der Rückstände zertrümmert wird, und
• - daß beim Erreichen der Oberfläche des Rohres (15) mit dem Werkzeug (1) dessen Führung in Arbeitsrichtung an der Oberfläche des Rohres (15) mit vergleichsweise flacherer Anstellung unter abschälender Wirkung zwischen der Schicht (20) und dem Rohr (15) fortgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) zum anfänglichen Zertrümmern einer das Rohr (15) verkrustenden Schicht (20) in einem Winkel (Alpha) zwischen 60° und 75° und zum fortgesetzten Abschälen der Schicht (20) entlang der Oberfläche des Rohres (15) in einem Winkel (Beta) zwischen 30° und 45° zum Verlauf des Rohres (15) geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entschichten mit relativ hochfrequenten Schlägen zwischen 2000 und 3500/min durchgeführt wird.

4. Entschichtungswerkzeug umfassend zum form- und kraftschlüssigen Anschluß an einen mechanischen Hammer mit oder ohne Verlängerungsstange ein mit einer Aufnahmebohrung (11) ausgebildetes Anschlußende (2) und ein damit verbundenes Arbeitsende (3), zur Durchführung des Verfahrens nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Arbeitsende (3) zwei im flachen Winkel (Gamma) unter Ausbildung einer dazwischenliegenden stumpfen Schneide (4) von einem übergangsbereich (5) ausgehende divergierende Flügel (6, 7) aufweist, und
• - daß der Übergangsbereich (5) in einer durch die Mittelachse des Werkzeugs verlaufenden und die Flügel (6, 7) schneidenden Ebene (x-x) eine konkave Krümmung mit einem Radius (R₂) hat, der mindestens gleich oder größer als der Krümmungsradius (R₁) der Oberfläche eines zu entschichtenden Rohres (15) ist.

5. Entschichtungswerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die stumpfe Schneide (4) in einer sie quer durchdringenden Ebene (y-y) in Form eines schmalen Sattels (8) mit abgerundeten Kanten (9, 10) ausgebildet ist.

6. Entschichtungswerkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich (4) in der Schnittebene (x-x) die Form eines Paraboloids aufweist.

7. Entschichtungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußende (2) ein aus Stahl von relativ geringer Festigkeit wie St 37-52 bestehendes Teil und das Arbeitsende (3) aus einem insbesondere vergüteten, gehärteten Werkzeugstahl bestehendes Teil ist und beide Teile durch Schweißung verbunden sind.

8. Entschichtungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es einstückig aus hochwertigem Werkzeugstahl besteht.

9. Entschichtungswerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest dessen Arbeitsende (3) aus hochwertigen Werkstoffen wie Titan oder Edelstahl besteht.

10. Entschichtungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Antrieb mit einem leichten Lufthammer oder einem Hydraulikhammer verbindbar und das hierfür vorgesehene Anschlußende (2) als schlanker Schenkel mit bevorzugt konischer Aufnahmebohrung (11) ausgebildet ist.