DE19852217C1

DE19852217C1 - Verfahren zur Beseitigung von Ablagerungen oder Anhaftungen in thermischen Energieanlagen

Info

Publication number: DE19852217C1
Application number: DE1998152217
Authority: DE
Inventors: Werner Hammerschmidt; Klaus Poppe; Winfried Wilke; Markus Loeffler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2018-11-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von Ablagerungen oder Anhaftungen (z. B. Aschen, Schlacken) an Konstruktionsbauteilen thermischer Energieanlagen (z. B. Wärmetauschern, Kesselwänden, Rohrkrümmern, Aschetrichter). Die Ablagerungen oder Anhaftungen werden durch Druckstöße und Druckwellen, die mittels elektrischer Hochleistungspulse erzeugt werden, von den Konstruktionsteilen beseitigt. Die erforderlichen Hochleistungspulse lassen sich mit zwei physikalisch unterschiedlich wirksamen Prinzipien erzeugen. Zum einen kann ein elektrischer Leiter mit einem hohen Strompuls so schnell erhitzt werden, daß er spontan verdampft. Die sehr schnelle Wandlung des Leiters vom festen über den schmelzflüssigen zum gasförmigen Aggregatzustand führt zu einem Druckstoß, der in seiner Wirkung dem Druckstoß einer spontanen, sehr schnell ablaufenden Reaktion verschiedener Chemikalien entspricht und in den umgebenden Medien, also in der umgebenden Atmosphäre und im Material der Ablagerungen, eine Druckwelle erzeugt, die die Ablagerung beseitigt. Weiterhin lassen sich elektrische Hochleistungspulse mit Lichtbogenentladungen realisieren, die zwischen Elektroden mit hoher Spannungsdifferenz stattfinden. Im durchschlagenem Dielektrikum verdampft spontan Material, so daß ein Druckstoß mit folgender Druckwelle im umgebenden Medium entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von Ablagerungen oder Anhaf tungen in thermischen Energieanlagen.

In thermischen Energieanlagen, die unter anderem der thermischen Energieum wandlung dienen und die mit festen Brennstoffen betrieben werden (z. B. Müllheiz kraftwerke, Kohlekraftwerke, Kohlevergaser, Biomassekraftwerke), bilden sich im Betrieb häufig mineralische Ablagerungen (z. B. Aschen, Schlacken) an Konstrukti onsbauteilen (z. B. Wärmetauschern, Kesselwänden, Rohrkrümmern, Aschetrichter) im Kesselbereich. Diese Ablagerungen/Anhaftungen (im folgenden Ablagerungen genannt) verschlechtern zum einen den Wärmeübergang vom Kessel zum Wärme trägermedium derart, daß der Wirkungsgrad der thermischen Energiewandlung be reits nach relativ kurzer Betriebsdauer sinkt. Zum anderen können diese Ablagerun gen dazu führen, daß die Strömungs- und Druckverhältnisse für die der Kessel aus gelegt ist, drastisch verschlechtert werden und die Betriebssicherheit des Kessels nicht mehr gegeben ist. Aus diesen Gründen müssen die Ablagerungen in regelmä ßigen Abständen beseitigt werden. Zur Zeit geschieht dies im wesentlichen durch eine sehr arbeits- und zeitaufwendige, manuelle Reinigung während eines mehrwö chigen Revisionsstillstandes der Anlage. Diese Arbeit kann wesentlich beschleunigt werden, wenn die Ablagerungen mittels gezielt gerichteten Druckstößen oder -wellen so gelockert werden, daß sie sich von den Konstruktionsteilen des Kessels lösen. Eine weitere Beschleunigung ist zu erwarten, wenn die Ablagerungen nicht bis auf Umgebungstemperatur abkühlen, sondern im warmen oder heißen Zustand gezielt durch Druckstöße oder -wellen von den Kesselbauteilen entfernt werden.

Es ist bekannt, daß derartige Ablagerungen unter Einsatz chemischer Sprengstoffe zur Erzeugung von Druckwellen gelockert werden können (Swanekamp, R.; Use of explosives for boiler deslagging gains acceptance; Power 140 (1996) 3, S. 49-51). Allerdings ist der Transport, die Lagerung und der Einsatz dieser Stoffe durch höch ste Anforderungen an den Schutz der Allgemeinheit, an den Schutz der Anlagen und an die Arbeitssicherheit gekennzeichnet, die dieses Verfahren sehr aufwendig ma chen (SprengG, 1. SprengV, 2. SprengV, SprengLR, GBefGG). Beispielsweise dür fen von Sprengmeistern ohne besondere Zulassung chemische Sprengstoffe nur bei Temperaturen unter 70°C eingesetzt werden. Daher ist die Anwendung von chemi schen Sprengstoffen in betriebenen Anlagen nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Abla gerungen in thermischen Energieanlagen mit geringerem Aufwand und bei wesent lich höheren Temperaturen beseitigt werden können als dies durch Handarbeit oder durch Verwendung chemischer Sprengstoffe möglich ist. Das Verfahren soll insbe sondere auch die Möglichkeit bieten, während des Anlagenbetriebes Ablagerungen von Anlagenbauteilen zu entfernen, was mittels Handarbeit oder chemischen Sprengstoffen nicht möglich ist.

Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren, bei dem mittels elektrischer Hochleistungspulse (im folgenden HLP genannt) Druckstöße und -wellen zur Beseitigung der Ablagerungen in thermischen Energieanlagen erzeugt werden. Die HLP können mit zwei physikalisch unterschiedlich wirksamen Prinzipen erzeugt werden:

a) Ein elektrischer Leiter wird mit einem hohen Strompuls sehr schnell erhitzt, so daß er verdampft und gegebenenfalls spontan oxidiert. Die sehr schnelle Wandlung des Leiters vom festen über den schmelzflüssigen zum gasförmigen Aggregatzustand führt zu einem Druckstoß, der in seiner Wirkung dem Druck stoß einer spontanen, sehr schnell ablaufenden Reaktion verschiedener Chemi kalien entspricht und im umgebenden Medium eine Druckwelle erzeugt.
b) Zwischen zwei Elektroden, die eine hohe elektrische Spannungsdifferenz auf weisen, findet eine Funkenentladung statt, bei der im durchschlagenen Dielektri kum Material verdampft und so einen Druckstoß mit nachfolgender Druckwelle im umgebenden Medium erzeugt.

Diese beiden physikalischen Prinzipien sind in anderen technischen Zusammen hängen prinzipiell bekannt (US Patent 5,425,570 "Method and Apparatus for Plasma Blasting" oder EP 858874 "Discharge Destroying Device and Method of Discharge Destroy").

Angewendet auf die vorliegenden spezifischen Probleme eines Betriebs von thermi schen Energieanlagen bezüglich Ablagerungen läßt sich mit den beiden obenge nannten physikalischen Prinzipien ein neues Verfahren zur Beseitigung von Ablage rungen in thermischen Energieanlagen formulieren. In den obengenannten Veröf fentlichungen US Patent 5,425,570 und EP 858874 werden im wesentlichen Geräte beschrieben, mit denen prinzipiell die dafür erforderlichen HLP erzeugt werden könnten. Allerdings zielen die in den beiden Veröffentlichungen vorgestellten Me thoden auf das Aufbrechen von Felsen und Steinen im Sinne einer Zerstörungs sprengung. Daher sind diese Methoden nicht geeignet, im Inneren von betriebenen thermischen Energieanlagen angewendet zu werden.

Dieses neue Verfahren zur Beseitigung von Ablagerungen in thermischen Energie anlagen läßt sich in verschiedene Teilverfahren gliedern, die auf den beiden physi kalischen Prinzipen a) und b) sowie auf verschiedenen Orten der erzeugten HLP basieren.

Im einzelnen handelt es sich dabei um folgende Teilverfahren, die auf dem unter Punkt a) aufgeführten physikalischen Prinzip basieren:

A) Der elektrische Leiter wird in die Nähe der Ablagerung gebracht, so daß mit ge eigneten Maßnahmen der Druckpuls in der umgebenden Atmosphäre eine Druckwelle verursacht, die sich dann auf die Ablagerung überträgt, diese lockert und damit von den Bauteilen der thermischen Energieanlage beseitigt. Dieses Verfahren läßt sich beispielsweise in die folgenden Varianten aufteilen:
- 1. Der elektrische Leiter wird stationär in der Nähe der Ablagerungen plaziert, z. B. mehrere Teilstücke in regelmäßigen Abständen zur Erzeugung mehre rer zeitlich versetzt oder simultan wirkender Druckwellenfronten.
- 2. Der elektrische Leiter wird über eine Manipulationseinrichtung in die Nähe der Ablagerungen gebracht, um z. B. eine gerichtete, fokussierte Druckwelle zu erzeugen. Beispielsweise kann der Leiter mit einer geeignet ausgeführten Sonde zu Ablagerungen im Kessel geführt werden, um sie während des laufenden Kesselbetriebes zu beseitigen.
B) Der elektrische Leiter wird in das Innere der Ablagerung plaziert, so daß mit ge eigneten Maßnahmen der Druckpuls im umgebenden Ablagerungsmaterial (z. B. Schlacke) eine Druckwelle verursacht, welche die Ablagerung lockert, so daß sich die Ablagerungen von den Bauteilen lösen und anschließend über Austrag systeme aus der thermischen Energieanlage entfernt werden können. Dieses Verfahren läßt sich beispielsweise in die folgenden Varianten aufteilen:
- 1. Der Leiter wird mit einer geeigneten Einrichtung in ein Loch, das in die Ab lagerung in geeigneter Weise eingebracht wurde, plaziert. Damit ist es z. B. möglich, warme oder noch heiße Ablagerungen durch Druckwellen zu zer trümmern.
- 2. Ein geeigneter Leiter wird auf der Oberfläche von Anlagenbauteilen in ge eigneter Weise appliziert, so daß er während des normalen Anlagenbetrie bes von den Ablagerungen bedeckt wird. Damit kann zu einem beliebigen Zeitpunkt in der Ablagerung eine Druckwelle erzeugt werden, die sie besei tigt. Damit ist es z. B. möglich, während des normalen Kesselbetriebs Abla gerungen ohne Absenken der Betriebstemperatur zu beseitigen.

Weiterhin lassen sich aus dem physikalischen Prinzip b) folgende Teilverfahren zur Nutzung der mittels HLP erzeugten Druckstöße im Ablagerungsmaterial formulieren:

A) Die Elektroden werden auf eine geeignete Weise in das Material der Ablagerung eingebracht, z. B. mittels Zangen. Auf diese Weise lassen sich mit einer geeig neten Manipulationseinrichtung auch Ablagerungen während des Kesselbetrie bes beseitigen, die eine teilweise teigige Konsistenz aufweisen. In diesem Fall wirkt das Ablagerungsmaterial selbst als Dielektrikum.
B) Die Oberfläche der Kesseleinbauten (z. B. Rohre der Wärmetauscher) stellt eine Elektrode (z. B. Masse auf Erdpotential) dar, so daß die Gegenelektrode (z. B. Potential) beispielsweise als Einfachspitze ausgeführt werden kann. Bringt man die Gegenelektrode mit einer geeigneten Manipulationseinrichtung an die Ober fläche der Ablagerungen und schaltet das Potential zu, wird eine Lichtbo genentladung erzeugt und die Ablagerungen werden z. B. von den Rohren ent fernt. Dieses Verfahren ist auch während des Kesselbetriebes wirksam. In die sem Fall wirkt das Ablagerungsmaterial selbst als Dielektrikum.
C) Zwischen Elektroden wird ein geeigneter dielektrischer Stoff so eingebracht, daß der so erzeugte Druckstoß die gleiche Wirkung hat wie ein Druckstoß, der von einem elektrischen Leiter erzeugt wird, welcher mit einem Hochstrompuls zum spontanen Verdampfen gebracht wird.

Claims

1. Verfahren zur Beseitigung von Ablagerungen oder Anhaftungen in stillstehenden und betriebenen thermischen Energieanlagen durch Druckstöße oder Druckwel len, wobei die Druckstöße oder Druckwellen mittels elektrischer Hochleistungs pulse erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein elektrischer Leiter, der den Umgebungs einflüssen in stillstehenden und betriebenen thermischen Energieanlagen wider steht, mit einem hohen elektrischen Strompuls sehr schnell erhitzt wird, so daß er spontan verdampft und so einen Druckstoß mit nachfolgender Druckwelle im umgebenden Medium erzeugt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der elektrische Leiter in der Nähe der Ablage rung oder der Anhaftung positioniert wird, so daß der Druckpuls in der umge benden Atmosphäre eine Druckwelle verursacht, die sich dann auf die Ablage rung oder Anhaftung überträgt, diese lockert und beseitigt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Druckwelle in der umgebenden Atmo sphäre auf die Oberfläche der Ablagerung oder Anhaftung fokussiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der elektrische Leiter im Inneren der Ablage rung oder Anhaftung positioniert ist, so daß der Druckpuls im umgebenden Abla gerungs- oder Anhaftungsmaterial eine Druckwelle verursacht, die dann die Ab lagerung lockert und damit beseitigt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein elektrischer Leiter nach Entstehung der Ablagerung oder Anhaftung in einem verdämmten Loch, das in die Ablagerung oder Anhaftung eingebracht wurde, plaziert wird, so daß in der Ablagerung oder Anhaftung eine Druckwelle erzeugt werden kann, die sie beseitigt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein elektrischer Leiter während des Anlagen betriebes von den Ablagerungen bedeckt wird, so daß zu einem beliebigen Zeit punkt in der Ablagerung oder Anhaftung eine Druckwelle erzeugt werden kann, die sie beseitigt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dielektrischen Stoffen mittels einer hohen elektrischen Spannungsdifferenz zwischen Elektroden, die den Umgebungsein flüssen in stillstehenden und betriebenen thermischen Energieanlagen widerste hen, eine Lichtbogenentladung stattfindet, bei der Material verdampft und so ei nen Druckstoß mit nachfolgender Druckwelle im umgebenden Medium erzeugt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Elektroden mit dem Material der Ablage rung oder Anhaftung in Kontakt gebracht werden, so daß mittels der Lichtbo genentladung in der Ablagerung oder Anhaftung eine Druckwelle erzeugt werden kann, die sie beseitigt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Oberfläche von Einbauten der thermi schen Energieanlage eine Elektrode darstellt, so daß mittels Gegenelektroden, die mit den Ablagerungen oder Anhaftungen in Kontakt gebracht werden, die Lichtbogenentladung in der Ablagerung oder Anhaftung und die folgende Druckwelle erzeugt werden kann.

11. Verfahren nach Anspruch 2 und nach Anspruch 8, wobei der elektrische Leiter durch einen dielektrischen Stoff, der den Umgebungseinflüssen in stillstehenden und betriebenen thermischen Energieanlagen widersteht, ersetzt wird und in dem mittels Elektroden, die den Umgebungseinflüssen in stillstehenden und be triebenen thermischen Energieanlagen widerstehen, eine Lichtbogenentladung initiiert werden kann, so daß ein Druckstoß mit nachfolgender Druckwelle im um gebenden Medium erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der dielektrische Stoff mit den Elektroden in der Nähe der Ablagerung oder der Anhaftung positioniert wird, so daß der Druckpuls in der umgebenden Atmosphäre eine Druckwelle verursacht, die sich dann auf die Ablagerung oder Anhaftung überträgt, diese lockert und beseitigt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Druckwelle in der umgebenden Atmo sphäre auf die Oberfläche der Ablagerung oder Anhaftung fokussiert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der dielektrische Stoff mit den Elektroden im Inneren der Ablagerung oder Anhaftung positioniert ist, so daß der Druckpuls im umgebenden Ablagerungs- oder Anhaftungsmaterial eine Druckwelle verursacht, die dann die Ablagerung lockert und damit beseitigt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der dielektrische Stoff mit den Elektroden nach Entstehung der Ablagerung oder Anhaftung in einem verdämmten Loch, das in die Ablagerung oder Anhaftung eingebracht wurde, plaziert wird, so daß in der Ablagerung oder Anhaftung eine Druckwelle erzeugt werden kann, die sie beseitigt.

16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein geeigneter dielektrischer Stoff mit den Elektroden während des Anlagenbetriebes von den Ablagerungen bedeckt wird, so daß zu einem beliebigen Zeitpunkt in der Ablagerung oder Anhaftung eine Druckwelle erzeugt werden kann, die sie beseitigt.