DE19923200A1 - Verfahren und Einrichtung zum Reinigen der wärmetauschenden Flächen eines umlaufenden Regenerativwärmetauschers - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Reinigen der wärmetauschenden Flächen eines umlaufenden Regenerativwärmetauschers treten bei Reinigungsarbeiten während des Betriebes des Wärmetauschers schwerwiegende Schäden durch thermischen Verzug auf. Damit ein Abreinigen in zufriedenstellender Weise gelingt, wird die von den Düsen (9) herangeführte Reinigungsflüssigkeit von den Tangentialwänden (17) ferngehalten. Nach dem Austreten der Reinigungsflüssigkeit aus der Speichermasse, werden Mittel zur Zerstäubung der Reinigungsflüssigkeit eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen der wärmetauschenden Flächen eines umlaufenden Regenerativwärmetauschers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 25 14 173 C3 ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bei Kesselstillstand bekannt. Ein Regenerativwärmetauscher, bei dem dieses Verfahren bisher angewendet wird, ist zum Beispiel der Luftvorwärmer eines fossil befeuerten Kraftwerkes. Dieser bildet dort eine nicht redundante Komponente. Zur außerbetrieblichen Reinigung der wärmetauschenden Flächen muß deshalb das Kraftwerk abgefahren werden, wodurch dessen Verfügbarkeit verringert wird.

Um das Abstellen des Kraftwerkblockes zu umgehen, wurden bekannte Reinigungsverfahren schon während des Betriebes des Wärmetauschers eingesetzt. Beim regenerativen Gas-Gas-Wärmetauscher (Gavo), wie er an REA-Anlagen eingesetzt wird, ist die maximale Rotortemperatur unter 200°C, so daß hier das Spülen im Betrieb keine Schwierigkeiten macht. Bei Betriebstemperaturen oberhalb von 200°C auf der heißen Seite des Wärmetauschers sind dabei aber schwerwiegende Schäden durch thermischen Verzug des die Speichermasse tragenden Rotors aufgetreten, so daß ein Weiterbetrieb wegen unrundem Lauf und Anschlagen des Rotors an die Gehäuseabdichtungen mitunter unmöglich ist.

Nach dem die Reinigungsflüssigkeit die Speichermasse durchströmt hat, sind Schäden an den nachgeschalteten Anlagenteilen, wie zum Beispiel Elektrofilter, aufgrund des als Strahl mit verhältnismäßig hohem Druck austretenden Reinigungsmittels und dessen flüssiger Bestandteile nicht auszuschließen.

Um den thermischen Verzug des Rotors zu beherrschen und Schäden an nachfolgenden Anlagen zu vermeiden, ist gemäß der DE 36 19 396 A1 vorgesehen, nur eine so geringe Menge an Hochdruckspülwasser einzusprühen, daß etwa 30 bis 70% des Wassers in der heißen Speichermasse verdampfen. Mit den geringen Spülwassermengen können nur leicht lösliche Verschmutzungen, wie Ammoniumsulfat, abgereinigt werden. Bei unlöslichen Verschmutzungen, wie Flugasche, versagt das Verfahren. Außerdem kann in der Praxis das thermische Verziehen nicht sicher genug beherrscht werden.

Aus der EP 0 224 490 B1 ist eine den Düsen auf der gegenüberliegenden Seite der Speichermasse zugewandten Auffangvorrichtung zur Ableitung des Reinigungsmittels und abgelöster Verunreinigungen bekannt. Ein Vorschlag zur Verhinderung des thermischen Verzuges wird dort nicht gemacht, da diese Einrichtung offenbar nur im Klima- und Prozessluftbereich zur Anwendung kommt, wo die Maximaltemperatur deutlich unter 200°C liegt.

Es stellt sich die Aufgabe ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem es in zufriedenstellender Weise gelingt, die Speichermasse eines Regenerativwärmetauschers im Betrieb desselben von Ablagerungen abzureinigen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen.

Danach wird die von den Düsen herangeführte Reinigungsflüssigkeit von den Tangentialwänden ferngehalten.

Durch das Fernhalten der Reinigungsflüssigkeit wird das seither vorliegende Ungleichgewicht der Verweilzeit unter dem/den Reinigungsstrahl(en) und damit auch das Ungleichgewicht zwischen der Beaufschlagungsmenge an Reinigungsflüssigkeit für die Radial- und Tangentialwände soweit reduziert, daß thermische Verwerfungen der Rotorstruktur vermieden werden. Beim Reinigungsvorgang wird die Düsenanordnung radial über den drehenden Rotor verfahren. Der radiale Vorschub der Düsen, wobei der Vorschub kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen kann, wird in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Rotors so eingestellt, daß der Vorschub pro Rotorumdrehung vorteilhafterweise kleiner ist als der Durchmesser des auf die Stirnfläche des Rotors auftreffenden Strahl der Reinigungsflüssigkeit und damit der Strahl die gesamte Rotorstirnfläche mindestens einmal spiralförmig überdeckend überstreicht. Bei dieser Prozedur überfährt der Strahl die Radialwände sehr schnell, ohne diese nennenswert abzukühlen. Die Tangentialwände aber werden mindestens einmal nahezu in ihrer ganzen Länge von der Reinigungsflüssigkeit überspült und damit örtlich und zeitlich wechselnd stark abgekühlt, was zu Wärmespannungen und den dadurch verursachten Schäden führt, die durch das erfindungsgemäße Fernhalten der Reinigungsflüssigkeit von den Tangentialwänden vermieden werden.

Durch das Zerstäuben der Reinigungsflüssigkeit erfolgt eine beschleunigte Verdampfung beziehungsweise Verdunstung der Reinigungsflüssigkeit, so daß ein schädigender Einfluß der Reinigungsflüssigkeit auf nachgeordnete Komponenten unterbleibt. Eine aufwendige Auffangvorrichtung für die Reinigungsflüssigkeit ist nicht erforderlich, wodurch ein weiter vereinfachtes und trotzdem wirkungsvolles Reinigungsverfahren unterstützt wird.

Eine Maßnahme zur weiteren Verbesserung des Reinigungseffektes besteht darin, die Reinigungsflüssigkeit gleichzeitig von der heißen und der kalten Seite in die Speichermasse einzuleiten. Um dabei ein Entgegenwirken der Spülmedien in den Heizblechgassen zu verhindern, ist es zweckmäßig, die Düsenöffnungen auf der heißen und kalten Seite entweder radial oder in Umfangsrichtung versetzt anzuordnen.

Um die Spülung effizient mit möglichst wenig Spülmedium und damit möglichst wenig Abwasseranfall durchführen zu können, wird vorzugsweise mit einem Betriebsdruck von mehr als 300 bar gearbeitet.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die eingesetzte Menge an Reinigungsflüssigkeit durch die Anzahl der Düsen verringert, wobei die Verweilzeit der Düse über einem gegebenen Radius durch Verringerung der variablen Vorschubgeschwindigkeit erhöht wird.

Mit dieser Maßnahme wird trotz reduzierter Menge an Reinigungsflüssigkeit eine Steigerung der Abreinigungswirkung erzielt.

Gemäß einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 1 sind die einen Teil der Stirnseiten des Rotors bildenden Schmalseiten der Tangentialwände von einer Abdeckung übergriffen.

Damit werden die Tangentialwände vor dem Strahl der Reinigungsflüssigkeit geschützt, so daß die zum thermischen Verzug führende Abkühlung unterbleibt. Die Abdeckung ist in ihrer Breite so bemessen, daß die den Tangentialwänden benachbarten wärmetauschenden Flächen uneingeschränkt abgereinigt werden können.

Befestigt ist die Abdeckung an der Tangentialwand und/oder einer anderen Komponente der Speichermasse, beispielsweise an den Behälterstäben.

Damit der Strahl strömungsgünstig abgeleitet werden kann, ist die Abdeckung in ihrem Profil entsprechend ausgelegt.

Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 ist der den Düsen abgewandten Stirnseite der Speichermasse ein Ablenkkörper vorgeschaltet, gegen den der die Speichermasse verlassende Flüssigkeitsstrom gerichtet ist.

Beim Aufprall auf den Ablenkkörper erfolgt eine Zerstäubung der Reinigungsflüssigkeit, so daß die so gebildeten kleinen Tropfen auf dem Weg zu den nachgeschalteten Komponenten im heißen Rauchgas adiabat verdampfen.

Vorzugsweise ist der Ablenkkörper als Prallteller ausgebildet, der auf der jeweiligen Düse gegenüberliegenden Stirnseite des Rotors entsprechend der Bewegung der Düse mitgeführt wird.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist der Ablenkkörper eine Prallplatte, die stationär einer Stirnseite der Speichermasse zugeordnet ist, wobei die relativ zur Prallplatte verfahrbare Düse während ihres gesamten Verfahrweges der Prallplatte gegenüberliegend angeordnet ist.

Ein konstruktiv aufwendiges synchrones Mitfahren mit den Düsen ist nicht erforderlich, da die Prallplatte den gesamten Fahrweg des Strahls der Reinigungsflüssigkeit abdeckt.

Zur Verwirklichung einer ausreichenden Zerstäubung ist das Ablenkprofil dem Druck und der Menge der auftreffenden Reinigungsflüssigkeit angepaßt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Einrichtung für das Betriebsspülen ausbaubar anzuordnen und diese nur bei Bedarf einer Betriebsspülung in den Regenerativwärmetauscher einzubauen. Die ausbaubare Anordnung gibt außerdem die Möglichkeit, ohne auf einen Kesselstillstand angewiesen zu sein, die Düsenanordnung (Anzahl der Düsen, Düsenbohrung, Länge der Düsenlanze) an verschiedene Rotorbereiche mit entsprechenden Umfangsgeschwindigkeiten oder an den gegebenen Verschmutzungszustand anzupassen und weiterhin die Düsenlanze in mehrere zusammensteckbare oder verschraubbare Schüsse zu unterteilen. Im Rahmen der Erfindung wird auch vorgeschlagen, mobile Pumpen für das Spülmedium vorzusehen. Mobile Pumpen zusammen mit der im Kesselbetrieb einbaubaren Ausführungsform der Reinigungseinrichtung bilden eine transportable Einheit, die an mehreren Kesselanlagen bei Bedarf eingesetzt werden kann und somit eine besonders kostensparende Lösung darstellt.

Anhand eines Ausführungsbeispieles und der schematischen Fig. 1 bis 7 wird das erfindungsgemäße Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Rotors mit einem teilweise im Schnitt dargestellten Gehäuse eines umlaufenden Regenerativwärmetauschers und Teilen einer Reinigungseinrichtung,

Fig. 2 einen Rotorsektor des Regenerativwärmetauschers,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Rotorsektors nach Fig. 2 mit einem Teilschnitt im Bereich einer Tangentialwand,

Fig. 4 den Teilschnitt nach Fig. 3 in einem größeren Maßstab mit Teilen der Reinigungseinrichtung,

Fig. 5 den Rotorsektor in einer perspektivischen Darstellung und anders ausgebildeten Teilen der Reinigungseinrichtung,

Fig. 6 eine Seitenansicht des Wärmetauschers mit anders ausgebildeten Teilen der Reinigungseinrichtung und

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 6.

Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen umlaufenden Regenerativ­ wärmetauscher 1. Ein in einem Gehäuse 2 abgestützter und um eine Achse 3 drehbarer Rotor 4 ist aus mehreren Rotorsektoren 5 (Fig. 2 und 5) zusammengesetzt. Eine Lanze 6 einer nicht weiter dargestellten Reinigungseinrichtung 7 trägt an ihrem freien Ende einen Düsenkopf 8, der mit wenigstens einer Düse 9 bestückt ist. Die aus mehreren nicht dargestellten Schüssen zusammengesetzte Lanze 6 ist in Pfeilrichtung 10 in geringem Abstand zu einer Stirnseite 11 des Rotors 4 in radialer Richtung zum drehenden Rotor verschiebbar. Ein durch die Pfeile 12 angedeuteter Strahl aus einer mit hohem Druck, vorzugsweise von mehr als 300 bar, aus der Düse 9 austretenden Reinigungsflüssigkeit wird durch die im Rotor angeordnete Speichermasse geleitet. Der radiale Vorschub der Düsen wird in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Rotors so eingestellt, daß der Vorschub pro Rotorumdrehung kleiner ist als der Durchmesser des auf die Stirnseite 11 des Rotors auftreffenden Strahls der Reinigungsflüssigkeit und damit der Strahl die Rotorstirnseite mindestens einmal spiralförmig überdeckend überstreicht. Die Reinigung der wärmetauschenden Flächen erfolgt während des Betriebes des Wärmetauschers 1, wobei Temperaturen von weit über 200°C herrschen können. Die Lanze 6 ist auf der sogenannten heißen Seite 13 des Wärmetauschers 1 angeordnet. Auf der gegenüberliegenden kalten Seite 14 ist spiegelbildlich eine Lanze 6a vorgesehen, die einen der Düse 9 gegenüberliegenden Prallteller 15 trägt. Der Prallteller wird entsprechend der Bewegung der Düse synchron mitgeführt. Der auf der kalten Seite austretende Strahl trifft auf den Prallteller, so daß eine Zerstäubung stattfindet. Die dabei gebildeten kleinen Tropfen verdampfen beziehungsweise verdunsten, so daß nachgeordnete nicht dargestellte Komponenten, wie zum Beispiel Elektrofilter, keinen Schaden erleiden. Am Gehäuse 2 ist die Reinigungseinrichtung 7 lösbar befestigt, so daß sie während dem Betrieb des Wärmetauschers ein- beziehungsweise ausgebaut werden kann.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen den Rotorsektor 5. Radialwände 16 und Tangentialwände 17 bilden Kammern 18, in denen mit Heizblechen 19 bestückte Behälter 20 angeordnet sind. Die Gesamtheit der Behälter stellt die Speichermasse des Wärmetauschers dar. Zum Reinigen der Heizblechoberflächen - der sogenannten wärmetauschenden Flächen - dient die zur Fig. 1 beschriebene Reinigungseinrichtung 7. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist eine Reinigungseinrichtung mit zwei gegenüberliegenden Düsen 9 dargestellt. Um dabei ein Entgegenwirken der Reinigungsflüssigkeit in den Heizblechgassen zu verhindern, ist es zweckmäßig, die Düsenöffnungen auf der heißen und kalten Seite entweder radial oder in Umfangsrichtung versetzt anzuordnen.

Wie insbesondere aus der Fig. 4 zu erkennen ist, ist die Tangentialwand an ihrer der jeweiligen Stirnseite 11, 11a zugewandten Schmalseite 21 mit einer Abdeckung 22 versehen, die auf der heißen Seite 13 mit Stäben 23 der Behälter 20 fest verbunden ist. Auf der kalten Seite 14 ist die Abdeckung 22a mit Flacheisen 24 an den Auflageklötzen 25 der Heizblechbehälter 20 befestigt. Die Abdeckung vermeidet eine lokale Abkühlung der Tangentialwände, so daß ein thermischer Verzug des Rotors unterbleibt.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 trägt der über die Lanze 6 bewegte Düsenkopf 8 vier Düsen 9. Spiegelbildlich sind auf der gegenüberliegenden Rotorseite vier Prallteller 15 angeordnet, die über die Lanze 6a synchron zu den Düsen 9 in Pfeilrichtung 10 bewegt werden. Der Pfeil 27 symbolisiert hier die Drehrichtung des Rotors.

Gemäß Fig. 6 und 7 wird an Stelle eines zu den Fig. 1 und 5 erläuterten synchronen Mitlaufens der Prallteller eine Prallplatte 26 auf der den Düsen 9 gegenüberliegenden Seiten des Rotors 4 am Gehäuse 2 starr befestigt. Die Maße der Prallplatte sind so gewählt, daß sie den gesamten Fahrweg der Düsen abdecken. Der Querschnitt der Prallplatte ist so ausgeführt, daß ein vorgebbarer Zerstäubungseffekt eintritt.

Claims (15)

1. Verfahren zum Reinigen der wärmetauschenden Flächen eines umlaufenden Regenerativ-Wärmetauschers (1), wobei ein die aus Heizblechen (19) bestehende Speichermasse tragender Rotor (4) Radial- (16) und Tangentialwände (17) aufweist und wobei Reinigungsflüssigkeit über entlang einer Stirnseite (11, 11a) des Wärmetauschers in radialer Richtung bewegbare Düsen (9) herangeführt und mit vorgebbarem Druck durch die Speichermasse geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Düsen (9) herangeführte Reinigungsflüssigkeit von den Tangentialwänden (17) ferngehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsflüssigkeit nach dem Durchströmen der Speichermasse zerstäubt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsflüssigkeit gleichzeitig von gegenüberliegenden Stirnseiten (11, 11a) des Wärmetauschers (1) in die Speichermasse eingeleitet wird, wobei die Düsen (9) einer Stirnseite gegenüber den Düsen der gegenüberliegenden Stirnseite versetzt angeordnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsflüssigkeit mit hohem Druck eingeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Menge an Reinigungsflüssigkeit durch die Anzahl der Düsen verringert wird, wobei die Verweilzeit der Düsen über einem gegebenen Radius durch Verringerung der radialen Vorschubgeschwindigkeit erhöht wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Teil der Stirnseiten (11, 11a) des Regenerativ- Wärmetauschers (1) bildenden Schmalseiten (21) der Tangentialwände (17) von einer Abdeckung (22, 22a) übergriffen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (22, 22a) an der Tangentialwand (17) und/oder an einer anderen Komponente der Speichermasse befestigt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (22, 22a) in ihrem Querschnitt der gewünschten Abströmungsrichtung der auftreffenden Reinigungsflüssigkeit angepaßt ist.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Düsen abgewandten Stirnseite (11, 11a) der Speichermasse ein Ablenkkörper vorgeschaltet ist, gegen den der die Speichermasse verlassende Flüssigkeitsstrom gerichtet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkkörper ein gegenüber der jeweiligen Düse (9) angeordneter Prallteller (15) ist, wobei Düse und Prallteller synchron verfahrbar sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkkörper eine stationär angeordnete Prallplatte (26) ist und daß die relativ zur Prallplatte verfahrbare Düse (9) während ihres gesamten Verfahrweges der Prallplatte gegenüberliegend angeordnet ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsprofil des Ablenkkörpers dem Druck und der Menge der auftreffenden Reinigungsflüssigkeit angepaßt ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung als Modul ausgebildet ist, die bei durchzuführenden Reinigungen dem Wärmetauscher (1) beistellbar ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung vor ihrem Einsatz entsprechend den gegebenen Reinigungsparametern modifiziert ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lanze (6, 6a) zum Aufnehmen der Düsen (9) aus mehreren Schüssen zusammengesetzt ist.