DE2245702A1

DE2245702A1 - Vorrichtung und verfahren zum reinigen von erhitzten flaechen

Info

Publication number: DE2245702A1
Application number: DE2245702A
Authority: DE
Inventors: John Ernest Nelson
Original assignee: Diamond Power Specialty Corp
Current assignee: Diamond Power Specialty Corp
Priority date: 1971-10-21
Filing date: 1972-09-18
Publication date: 1973-04-26
Also published as: IT964110B; FR2156899A1; JPS5723198B2; AU4802472A; DE2245702C3; FR2156899B1; GB1387189A; CA1034447A; US3782336A; DE2245702B2; JPS4850102A; ES407601A1

Description

Dipl. Ing. H. Kcu:!c - Diel Pr.ys. V.. S -hmitz

Dipl. Ing. E. Graeifs - Dipl. Ing. W. Wehnert

8 München 2, Moaarisiirsßö ii

Telefon 5380586

Diamond Power Specialty
Corporation

U.S. Route 22 East Anwaltsakte: K-2296

Lancaster,Ohio 43130,USA 13. September 1972

Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen von erhitzten Flächen

Die Erfindung besieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von erhitzten Flächen, und insbesondere zum Ablösen von Ablagerungen an heißen Flächen mit Hilfe eines Flüssigicei fcostrahls. "

.Zum Reinigen hocherhitzter Flächen, wie der Rohr-Außenflüchen von Heißwasserrohrkesseln, werden üblicherweise Rußbläser verwendet, die mit einem Ausblasmedium in Form von Dampf, Luft oder einer Kombination aus Dampf und Luft arbeiten ο Das Ablösen von Schlackenablagerungen oder anderen Sehmutzstoffen ist zunehmend schwieriger geworden, da sich die Arbeitsteinperaturen von Heißwasserkesseln erhöht haben und die Verwendung von Brennstoffen geringerer Qualität üblicher geworden-ist.

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Es ist bekannt, dai3 sich stark haftende Ablagerungen bei Verwendung von Wasser - entweder allein odeijdn Verbindung mit einem gasförmigen Ausblasmedium - besser ablösen lassen, und somit ist Wasser sowohl bei Rußbläsern als auch bei Handlanzen verwendet worden. Dabei wird im allgemeinen davon ausgegangen, daß die Wirksamice it von V/asser zu diesem Zweck von einer thermischen tJehockwirkung abhängig ist, die dio Ablagerung zu schrumpfen und spröde zu machen sucht, was zu einem Aufbrechen der Ablagerung führt, so daß diese herunterfällt oder leichter abzulösen ist. Um aufgrund dieser bisher bestehenden Theorie eine ausreichende Reinigungswirkung mit Hilfe von viia,Bser zu erzielen, mui3 eine betrachtliche Gefahr einer Überbearispruchung der erhitzten Flächen in Kauf genommen werden, und tatsächlich hat eine solche Verwendung von Wasser aufgrund des thermischen Schocks zu'einer raschen Zerstörung dor Kesselrohre geführt.

Diese Schwierigkeiten sind bei der !Reinigung von Wassertrennwänden in den Brennkammern großer Heißwasserkessel besonders ausgeprägt, wo die Rohre verhältnismäßig starr gehaltert sind und sich daher nicht so einfach wie bei aufgehängten Rohren in Abhängigkeit von t emper: stürbe dingten Kontraktionen und Expansionen verformen können. Bei einem Verfahren zur Regulierung des thermischen Schocks unter Verwendung von V/asser zum Reinigen von Heißwasser-

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kesseln wird die Wasserzufuhr derart gedrosselt, daß die Wassermenge, die tatsächlich auf unterschiedliche ,Flächenabschnitte der Rohre auftrifft, .im wesentlichen konstant gehalten wird» Wenn nach diesem Verfahren beispielsweise eine Wassertrennfläche mit Hilfe eines ein- und ausfahrbaren Bläsers, der einen Strahl in einem spiralförmigen Bewegungspfad gegen die Wassertrennfläche wirft, gereinigt Averden soll, muß die Wasserstrommenge des Strahls heim Ausstoßen gegen die der Düse näher gelegenen Flächen auf einen Wert verringert werden, der unterhalb des beim Ausstoßen gegen von der Düse -weiter entfernte Flächen benutzten Wertes liegt, so daß die Wassermenge, die jeweils auf Flächen-Teilbereiehe gleicher G-röße auf trifft, gleichförmiger gehalten wird, wobei davon ausgegangen wird,, daß dementsprechend auch der thermische Schopk innerhalb vorgegebener Grenzen gehalten wird.

Die bekannten Verfahren zum Ablösen von Schlacke und dgl. unter Verwendung von Wasser und wässrigen Lösungen beruhen daher in erheblichem Maße auf einer unzuverlässigen Mittelung des beim Reinigen auftretenden thermischen Schocks, und daher war es offensichtlich häufig erforderlich, zum Ablösen der Schlacke einen derart hohen thermischen Schock-¹ oder Abschreckungsgrad vorzusehen oder zuzulassen, daß eine ■ Beschädigung der Rohre unvermeidlich war. Daraus war zu entnehmen, daß in den meisten Fällen.Wasser einfach nicht

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zu verwenden ist, da bei solchen Arbeitsverfahren die zum Ablösen der Schlacke erforderliche Vassermenge eine Beschädigung der Rohre zur Folge hat. In anderen Fällen wurde eine gewisse Beschädigung und eine verkürzte Lebensdauer der Rohre im Interesse einer Aufrechterhaltung der Heißwasser- oder Dampfleistung unter schwierigen Reinigung«- bedingungen in Kauf genommen. Diese dein Stand der Technik entnehmbare Lehre findet sich beispielsweise in den US-PSn 1 840 545 und 5 344 459.

Demgegenüber soll erfindungsgemäß ein Terfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, durch die sich mit Hilfe von Wasser stark haftende Ablagerungen, wie Schlacke, von heißen Flächen mit einer sehr geringen thermischen Schockwirkung und unter Ausschaltung einer Beschädigung der Flächen entfernen lassen.

Aufgrund sorgfältiger Beobachtungen und Versuche wurde festgestellt, daß sich eine wirksame Schlackenreinigung von Heißwasser- oder Dampfkesselflächen erzielen und sich dennoch der thermische Schock weit iinter den zu einer Beschädigung der Rohre führenden Werten halten liloat und daß sich tatsächlich die Entfernung der Schlacke bei Durchführung deυ erfindungsgemäßen Verfahrens im Grunde genommen unabhängig von der thermischen Schockwirkung durchführen lässt» .■,■■„.■

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gesagt wird "bei dem erfindiingsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entschlacken hocherhitzter Wassertrennwände in im Betrieb "befindlichen Heißwasser- oder -Dampfkesseln ein Wasserstrahl derart ausgebildet, daß seine mechanische. Energie zum Ablösen der Schlacke ohne eine ein schädliches Haß erreichende Abschreckung der Wassertrennwände- ausreicht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen: .

Fig. 1 eine sehematische Seiten-Teilansicht einer Wassertrennwand eines Mineralöl-Großboilers sowie die Anordnung eines Wasserbläsers und einer Gruppe von-!Thermoelementen, die' bei einem im Rahmen der Erfindung durchgeführten Versuch verwendet -wurden;

Fig. 2 eine schemati-sche Ansicht des Wasser-Regelsystems der Reinigungsvorrichtung gemäß Fig. 1; ■ ·

Fig. 5A-und 3 B eine Tabelle, aus der jiie Ergebnisse von Vergle ichsversuchen der Erfindung gegenüber bekannten Verfahren ersichtlich sind;

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Fig« 4 einschließ!eh. 7 graphische Darstellungen, der Versuchsergebnisse, in denen Vergleichs dar stellung en wichtiger Einflußfaktoren gezeigt sind.

Erfindungsgemäß wird ein Yfasserstrahl erzeugt,der derart ausgebildet und derart längs.der davon getroffenen erhitzten Flächen geführt wird, daß die mechanische Energie der auftreffenden Uassertropfen ausreicht, die Schmutzstoffe abzulösen, wobei jedoch die thermische Schockwirkung auf einen sehr niedrigen Wert verringert ist, bei dem eine Beschädigung der Rohre äußerst klein gehalten wird.

Der Hauptgrund" des thermischen Schocks bei Verwendung eines gegen die Kesselflächen gerichteten Vasserstroms ist die Verdampfungswärme des bei einer Berührung mit den Rohren verdampfenden v/asseranteils_e Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß das gegen die Rohre mit einer Entfernung von mehreren 30-cm ausgentoßene Wasser selbst an den hocherhitzten Wasoer-Irennwandabschnitten im Brennkammerbereich ^ron öffentlichen G-roßkesseln auf die Rohre in Form von Tropfen auftrifft und dann unter schwacher Benetzung der Rohre und äußerst geringer Dampfbildung während der Berührung von den Rohren fortzuprallen sucht, falls der Strahl eine verhältnismäßig geringe G-röße und hohe Ge-

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schwindigkeit hat und verhältnismäßig rasch über-die Trennfläche bewegt wird und zugleich unter einem geeigneten Winkel gegen diese gerichtet ist„ Palis andererseits bekannte Verfahren verwendet werden, bei denen eine verhältnismäßig große Wassermenge mit Hilfe eines langsam bewegten Strahls großen Durchmessers gegen die Rohre gerichtet wird, verdampft das Wasser während der Berührung mit den Rohren in erheblich stärkerem Ausmaß, da der Strahl sich abzuflachen und auszubreiten und sogar an den Rohren herunterzurinnen sucht» Dies führt zu einem starken thermischen Schock. Bei einer derartigen Abkühlung der Schlacken an Ablagerungen suchen sich diese außerdem zu härten, so daß sie noch schwieriger zu entfernen sind und ein solches Verfahren daher in gewissem Maße sich ' selbst entgegen wirkt.

Erfindungsgemäß wurde ferner festgestellt, daß der Winkel, unter dem der Strahl auf die Schlacke auftritt, den Wirkungsgrad der Schlackenentfernung beeinflusst. In den Hochtemperaturzonen, wo die Schlacke verhältnismäßig plastisch ist, kann das Arbeitsergebnis infolge der Tendenz des Strahls, die Schlacke von den Rohren abzuschälen etwa entsprechend dem "Abschälen" von weichem Schnee an ■ einem Gehweg mit Hilfe einer Schneeschaufel - verbessert •werden, jedoch ist dies ohne Einfluß auf den Grundgedanken der Erfindung, und der bevorzugt gewählte Strahlwinkel

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hängt in gewisser Hinsicht von den Temperaturbedingungen
und der Zusammensetzung der Schmutzstoffe ab« Die optimalen Strahl-Kenngrößen und die optimale Verschiebegeschwindigkeit des Strahls, die die beste Reinigungswirkung ergeben, hängen ebenfalls von diesen Einflußgrößen ab,
jedoch dürfte sich aus den obigen Erklärungen deutlich
ergeben, daß unter sämtlichen betrachteten Bedingungen ein Strahl mit einem kleinen Durchmesser und einer hohen Geschwindigkeit, der einen entsprechenden .Auftreffwinkel
hat, eine wirksame Entfernung von schlackenartigen Ablagerungen ergibt, wenn er über die zu reinigende Fläche mit einer verhältnismäßig hohen Minimalgeschwindigkeit geführt ist, die so groß ist, daß die verdampfte Menge des auf die Rohre auftretenden "/assers nicht eine derart starke Abkühlung verursacht, daß sich eine schädliche thermische Abschreckung ergibt.

Wenn bei einem derartigen Wasserstrahl ein niedriger.Wasserdruck verwendet wird, verstärkt sich die Tendenz des
Wassers, am Rohr herunterzulaufen anstatt zurückzuprallen, so daß der thermische Schock und die thermische .Beanspruchung größer werden. Diese Tendenz wird auch durch den Auftreffwinkel des Strahls auf die Rohrwandung beeinflußt;» Während eine» Versuchs ergab sich bei einem Winkel'von 20 und bei entsprechender Einstellung der übrigen oben erwähnten JJinflußfaktoren eine äußerst gute Rei nipp mgs wirkung bei einem

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zugleich sehr geringen thermischen Schock. Die Temperatur des verwendeten Wassers hatte einen sehr geringen Einfluß auf den Testvorgang. Die Versuche v/urden bei einer Arbeitstemperatiir des Wassers zwischen 20 und 65⁰G durchgeführt, ohne daß die Yersuchsergebnisse merklich beeinflußt wurden. In beiden Fällen zerteilte.sich der Wasserstrahl in Tropfen,, die auf die Rohre auftrafen und von diesen zurückprallt en, nachdem sie das heiße G-as in der Brennkammer, die. auf einer-Temperatur von etwa 1320 Q stand, über eine Weglänge von etwa 2 m durchwandert hatten. Tatsächlich wurden Tropfen des umgelenkten Sprühstroms in beträchtlicher Menge durch eine geöffnete Beobachtungstür ausgestoßen und trafen auf das Versuchspersonal, ohne Hautverbrennungen zu verursachen. · '

Ferner wurde festgestellt, daß das Reinigen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens v/irksam mit Hilfe eines Einzelstrahls durchgeführt werden kann. Bisher wurde es als erforderlich angesehen, bei Durchführung der Wasser-Reinigung zwei Düsen zu verwenden, und zwar aiifgrund -der unrichtigen Annahme, d'-.ß die beiden dadurch über jeden Flächenbereich geführten Düsendurchgänge nötig seien, damit der erste Strahl die Schlacke vorkühlen und schrumpfen und sie damit auf das Entfernen mit Hilfe des zweiten Strahls vorbereiten könnte. Srfindungsgemäß können zwar ebenfalls zwei Düsen verwendet werden, was für den Fall,

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daß eine Düse durch die abgelöste Schlacke verstopft wird, einen Sicherheitsfaktor bedeutet, falls jedoch zwei Düsen verwendet werden, haben diese, v/ie dies oben erläutert wurde, eine geringe Größe und eine hohe Geschwindigkeit und werden derart rasch bewegt, daß sich keine gefährliche thermische Abschreckung ergibt.

,Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ferner möglich, die Rohre derart sorgfältig zu reinigen, daß der Strahl nicht nur die Schlacke sondern auch Glühspäne von den Rohren entfernt, oo daß das blanke Metall übrigbleibt. Bin blankes Metallrohr bietet dem Schlackenaufbau einen weit größeren widerstand als ein glühspanbehaftetes Rohr.

Der Wasserdruck hat einen geringen Einfluß auf den thermischen Schock, solange die Stranigeschwindigkeit und die Verschiebegeschwindigkeit des Strahlauftreffpunktes ausreichend groß und der Strahldurchmesser und das Wasservolumen ausreichend niedrig sind. Drücke zwischen 3j5 und H kp/cm haben räch als zufriedenstellend erwiesen.

Im nachfolgenden v/erden im Rahmen der Erfindung durchgeführte ieütuntorsucliungen wiedergegeben, um die oben erläuterten Grundlagen zu stützen und die derzeit als günstigste bekannte Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung zu offenbaren, wobei jedoch In Rechnung gestellt

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werden ..muß, daß sieh die Verfahrensparameter "bei unterschiedlichen Be triebshe dingungen hinsieht lieb der Boiler-Bauweise, der Betriebstemperaturen, des Brennstoffs, usw» ändern können.

Der Boiler war ein öffentlicher G-roßboiler mit einer mem-"branartigen Wasser-Trennwand, der mit llorth Dakota-Kohlenstaub befeuert v/urde. Das Wasser wurde gegen die Trennwand durch einen kurzhubigen Bläser ,der IK-Bauart ausgestoßen, der zwei geradlinige, mit runden Auslassöffnungen versehene Düsen aufwies. Die Durchmesser der Düsen-Auslassöffnungen wurden bei einigen Versuchen geändert. Der Bläser hatte einen Einzel-Antriebsmotor mit einem festen Drehzahl-Versohiebeverhältnis (etwa 180° bei einer längsverschiebung von 2,5 cm)» Der Bläser bewegte sich 100 cm in den Boiler, wobei er rotierte und den Strahl unter einem Winkel von etwa 20° gegenüber der Trennwand-Oberfläche gegen die Trennwand zurückwarf. Dex* Bewegungspfad des Strahl-Auftreff punkte s war daher während der Einfahrbewegung in den Boiler eine Spirale von wachsendem Durchmesser und während der Ausfahrbewegung eine umgekehrte Spirale von abnehmendem Durchmesser.

■Pig. 1 entspricht einer schematischen Ansicht eines Abschnitts der Wasser-Trennwand des während der Vers\iche verwendeten Boilers. Die Rohre-, die schematisch durch die

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- ¹² - 22Λ5702

gebrochenen Linien "T" dargestellt sind,-ve rl auf en^: in Vertikalrichtung, haben einen Außendurchmesser von 7 cm mit einem Mittelpunktabotand von 9 cm und Bind durch Membranen miteinander verbunden. Fig. 1 zeigt die Relativlage vom Bläser und von 10 Thermoelementen, die an der Köaeelwand angebracht wurden, um den durch die Wasserstrahlen an den Rohren erzeugten thermischen Schock festzustellen· ¹N¹Xe Piß. 1 zeigt, bestanden diese Thermoelemente aus ; fünf Thermoelementen H1 einschließlich 115, die auf einer

vom Bläser .horizontal verlaufenden Mittellinie angeordnet waren, und zwar H1 mit einem Abstand von 43 cm vom Bläeer und die übrigen Thermoelemente mit einem Abstand von 3515 cm vom Bläser, sowie aus fünf Thermoelementen ?6 einschließlich V1Ü, die in einer vertikalen Reihe und etwa mit den gleichen Abständen vom Bläser angeordnet waren. Der Bläser und seine Steuervorrichtung waren derart aufgebaut, daß sie entweder in üblicher Weise mit einer konstanten Winkel- und Trans- , lationsgeschwindigkeit oder mit einer veränderlichen Geschwindigkeit betrieben werden konnten, in^jlera der Wechselstrommotor und das "Untersetzungsgetriebe durch einen Gleichstrommotor und eine verstellbare Gleichstrom-Geschwindlgkeitsfiteuervorrichtung zur Erzielung der gewünschten Motordrehzahl ersetzt wurden. Ein Ilengenstrommeßgerät M (Fig.2) v.'i.irde zur Feststellung dec V/assermengcnotroms in lpm für jeden Versucli vor;.^?endot, Und ;n.ir Ermittlung des .Betriebedru"k::; des Aufil)la::i::odiurn;j wai' an. die. oi.ationüre Zufulir-

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leitung des Bläsers ein Druckmeßgerät G- angeschlossen.

Zunächst wurden mehrere Versuche bei einem Betrieb des Bläsers auf herkömmliche Woise, d.h. mit einer konstanten Winkel- und Translationsgeschwindigkeit, durchgeführt, wobei Wasser durch Düsen-ltfr. 40 (Öffnungsdurchmesser 4 mm) bei iinterschiedlicheii Wasserdrücken ausgestoßen wurde, wie dies längs der Abszisse in ]?ig« 4 ersichtlich ist. Da unter derai'tigen Bedingungen einer konstanten Geschwindigkeit des Bläsers die Winkelgeschwindigkeit konstant ist, ist die lineare Verscliiebegeschwindigkeit des Auftreffpunktes des Strahls an der Oberfläche' der '!rennwand in den kleineren Bereichen der Spirale, an denen sich der Strahl nahe ₍an der 'trennwand befindet, erheblich geringer und nahe den maximalen Durchmessern der Spirale, also wenn die Düse etwa voll eingeschoben ist, erheblich größer. Die während dieser anfänglichen Versuche erhaltenen Vierte sind nicht in den Fir. 3A und JB' enthalten,- jedoch in graphischer Form in ]?i£. 4 aufgetragen und zeigen nicht nur den verringerten thermischen Schock an Stellen, die weiter von der Bläser-Mchoe entfernt sind, also wo die lineare Verschiebegeschv/indigkeit des Strahlauftreffpunktes größer \/ar, sondern auch, daß sich über einen breiten Betriebsliereich des Düsendrucks keine merkliche Veränderung ergibt_o

In Fl^. 3 sind die Meßwerte der anschließend mit der oben

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beschriebenen Einrichtung durchgeführten Versuche tabella-* risch aufget3?agen, wobei der Boiler normal betrieben wurde und Änderungen vorgenommen wurden, um di© der Erfindung zugrunde liegende Theorie zu überprüfen. Die Ofentempera~ turen im Bereich der Thermoelemente lagen in der Größenordnung von 132O⁰G. Die V/er te in Pig. 3 zeigen den maximalen Temperaturabi'all, wie er sich an jedem Thermoelement infolge* der Kühlwirkung des Wassers ergab.

Die Tabellen gemäß den Pig. 3A und 3B enthalten die den Fig. 5 bis 7 zugrunde liegenden Meßwerte und sind zu dem Zv/eck beigefügt, um die Meöabweichungen darzustellen und eine unabhängige Ausv/ertung zu ermögliohen.

Bezüglich der Meßabweichungen sei darauf hingewiesen, daß zu Beginn der Untersuchungen eine starke Schlackenbildung an der Stelle des Thermoelements l· bestand, die an der äußeren Grenze des ileinigungsradius der Vasserlanze lag. Das Thermoelement H₂ fiel nach dem zwanzigsten Versuch aus. Das Thermoelement H-, war defekt; es konnte nicht instand gesetzt werden, da sich der Boiler in Betrieb befand; der Grund für den Betriebsausfall ließ sich nicht feststellen, da der Boiler voraussichtlich noch mindestens einige Ilonate eingeschaltet bleibt. Die Meßwerte des Thermoelements Hv aind daher unbeachtlich₀ Aua unbekannten Gründen zeigte dar: Thermoelement H₁, ständig höhere Meßwerte als Hp an·

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Einige andere Meßdaten waren fragwürdig und -einige wurden angenähert. Solche Fälle sind jedoch mit "Bst." und "T¹¹ bezeichnet. Derartige Mängel sind infolge von Betriebsbedingungen, wie der Empfindlichkeit und dem schnellen Ansprechverhalten der Instrumente, die manchmal zu raschen Schwingungen führten, der Turbulenz und den Strömungsmustern in der Brennkammer, usw., zu erwarten. Derartige Einflußgrößen machten in manchen Fällen eine Meßwertabnahme sogar völlig unmöglich. Völlig exakte Temperaturermittlungen sind bei einer derartigen Anordnung tatsächlich beinahe unmöglich zu erhalten, jedoch zeigen die erhaltenen Meßwerte mit ausreichender Deutlichkeit den Einfluß und die Bedeutung der in Rede stehenden Faktoren auf den thermischen Schock, und es ist ersichtlich, daß jedes" in Betrieb befindliche Thermoelement trotz derartiger Meßwertabweichungen ständig eine scharfe Verringerung des thermischen Schocks bei einer Erhöhung der Verschiebege— schwindigkeit des Strahls über die Wasser-Trennwand zeigte. ■

Darüber hinaus wurde durch Augenschein festgestellt, daß eine wirksame Reinigung anhaftender Schlacke - bei einem geringen thermischen Schock. - unter Verwendung von Wasser mit einer Temperatur von etwa 2O⁰C (obwohl die Wassertemperatur nicht von Bedeutung ist) erzielt werden konnte, wobei das Waso-er aus Düsen Ur* 40 mit Drücken zwischen

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10,5 und 14 kp/cm^ ausgestoßen wurde, während der Strahl über die Oberfläche mit einer Geschwindigkeit von 75 bis 105 m/oec. bewegt wurde,,

Die Versuche 1 einschließlich 7 wurden durchgeführt, während der Hotor den Bläser lait einer konstanten Einschubgeschwindigkeit von 43 cm/min, bewegte, was einer Winkelgeschwindigkeit von etwa 8,5 rpm entspricht. Die einzige Größe, die während der Versuche 1 bis 7 geändert wurde» war der 'wasserdruck. In ähnlicher Weise wurden bei den Verstellen 15 bis 18 die Düsengröße und die Antriebsgeschwindigkeit konstant gehalten, während der Ausblasdruck geändert wurde. Die in der Tabelle eingetragenen Zahlen zeigen den vom V/as s erstrahl bewirkten maximalen Tem ρ era tür ab fall. Es ist ersichtlich, daß sich dieser an den verschiedenen Thermoelementen bei ijnderung des Ausblasdrucks nicht merklich veränderte.

Die Pig. 5 bio 7 zeigen wichtige Abhängigkeiten, der Meßwerte in graphischer Form.

Fig. 5 aeigt, wie sich der thermische üchoelc (!Temperatur— abfall) mit dor Düsengrüße ändert (Iir. 20 = 2,8 ram Durchmesner, Wr. 30 - 5,6 in α Durc] ine user, Ur ο 40 = 4 Dim Durchmesser, Ur₀ 60 - ·1 ,·■'· mm üurclmiesser, iir. 70 = 5»2 mm JJurchiuesser) ο LJs ±i;l ersichtlich, daß der thermische u

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QRiQlNAL

mit einer Erhöhung-dor Büsengröße anwächst. Da die tatsächliche-Verweilzeit des Jassers an der Oberfläche.der Itohrwahdung die den thermischen Schock bestimmende Einflußgroße ist, war dieses Ergebnis zu erwarten* In diesem Zusammenhang wird verständlich, daß bei einer herkömmlichen Betriebsweise des Bläsers (mit konstanter Vinke 1 geschwindigkeit), wie dies bei den Versuchen 1 biß 11 und 15 bis eier Ij'-'.ll lot, die Verweil zeit infolge der rascheren Linearver.^r3teilung; des Strahls' geringer ist, wenn der Strahl bei seiner von der Hittelachse nach außen führenden Spiralbewegun^ die Bereiche erreicht, in denen die in Figo 1 mit der größeren Ordnungοzahl bezeichneten"Thermoelemente liegen. Umgekehrt, ist während der Bewegung des Strahls in den Bereichen der näher am Bläser gelegenen Thermoelemente die Verstellgeschwindigkeit geringer und die Verweilzeit langer und dementsprechend auch der thermische Schock großer, wie dies deutlich aus der graphischen Darstellung ersichtlich ist. Obwohl die Zuverlässigkeit der Thermoelemente nicht so groß ist, w.Lü dies erwünscht sein könnte, und sich, wie . erwähnt, mit der Instrumentation Schwierigkeiten ergaben, so daß die Keßwerte über den Temperaturabfall nicht vollivfrulig genau sein können, begründen sie dennoch eindeiitig die oben erwähnten Schlußfolgerungen und sind in der erwähnten Hinsicht ausreichend konsistent, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß das Thermoelement V8. nicht arbeitete "und das Arbeit^verhalten der übrigen Thermoelemente fehler-

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behaftet war. Die Anzahl der ordnungsgemäßen Heßwerte zeigt deutlich die Regulierbarkeit des thermischen Schocks, was dadurch möglich ist, daß die erwähnten üinflußgrößen derart eingestellt v/erden, daß die mechanische Strahlwirkung im Verhältnis zur Verweilzeit des Wasser an den heißen Flachen erhöht wird.

Fig. 6 zeigt das Verhältnis des thermischen Schocks (Temperaturaofall) zur linearen Stellgeschwindigkeit des Strahls längs der ^T./and-0berflache. Iii dieser Graphik ist auf der Abszisse die Verstellgeschwindigkeit der Rohrlanze in den und aus dem Boiler aufgetragen, so daß die lineare, Verstellgeschwindigkeit des Strahls an der Wand eine Funktion des Radius (der Lage des Thermoelements) und zugleich der Lanaen-Verschiebegeschwindigkeit war, Lind die scharfe Verringerung des Temperaturabfalls (fa ϊ) in Abhängigkeit von der Erhöhung der linearen iitrahl-Verschiebegeschwindigkeit ist klar ersichtlich.

Die Versuche 12, 1 ':> und 21 einschließlich 28 (Fig» 3) wurden mit der oben erwihnten, drehzahlveränderiichen Vorrichtung derart durchgeführt, daß durch Regulierung der Drehzahl des Antriebsmotors des Bläsers die lineare Vürschiebegeschviiniligkeit des Strahls über die Oberfläche der Trennwand konstant- gehalten werden sollte. Infolge eine:? Versa^ens eirieo elektrischen Bauteils in der Steuer-

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Vorrichtung war es jedoch nicht möglich, die Geschwindigkeit während dieser Versuche vollständig konstant zu halten. Der tatsächlich erhaltene Geschvindigkeitsverlauf des-Strahls ist durch die obere Kurve in Fig. 7 gezeigt. Aufgrund der Tatsache, daß sich die Geschwindigkeit auf die in Pig. 7 gezeigte Weise veränderte, ist es klar, daß die Ergebnisse nicht so günstig sind, wie sie mit einer geradlinigen horizontalen Kurve (konstanter Geschwindigkeit) erzielbar gewesen wären.. Trotz dieses Störeinflusses ist ersichtlich, daß die Versuche eindeutig und erfolgreich zeigen, daß der thermische Schoeic.durch Aufrecht erhaltung der lineargeschwindigkeit auf einem- verhältnismäßig hohen Wert in den der Bläserachse nahegelegenen Bereichen im Vergleich zu den üblichen, durch die beiden unteren Kurven dargestellten Arbeitsverfahren beträchtlieh verringert wurde und dadurch verhindert wurde, daß sich die bisher erreichten¹, unerwünschten Werte einstellten

Bei Durchführung der Erfindung werden die Parameter derart eingestellt, daß die mechanisehe Energie des liasoers bei äußerst geringem thermischen Schock so wirksam wie möglich an die* verschmutzten Oberflächen übertragen wird. Wie oben erwähnt, zerteilt sich ein Wassers tr.¹UiI, wenn er auf die beschriebene Weise ausgebildet wird, vor dem Auftreffen auf die Rohre in !Tropfen. Bei den oben erwähnten Versuchen mit Dünen ITr. 40 und Betriebsdrücken im Bereich

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von 70 bis 230 kp/cm'" setzten die Wassertropfen ihren Weg in einem Strahl geringen Durchmessers bis zum Auftreffpunkt fort. Der Maximaldurchmesser des Strahls war im Vergleich zum Ilohrdurchmesser verhältnismäßig gering und schien etwa 1,9 cm zu betragen. Ein beträchtlicher Anteil des V/assers prallte von den Rohren und den Membraneil saurück. Der Einfluß der von der Bewegungsenergie der einzelnen Wassertropfen hervorgerufenen, intermittierenden Kraftstöße so\/ie die Periodizität und die Aufschlagwucht, die sich aufeinanderfolgend ergeben, wenn rasch bewegte'Wasserstrahlen auf die Rohre auftreffen, scheinen ein maximales Verhältnis der mechanischen Wirkung zur Menge -" des './assers zu ergeben, das für eine Verdampfung ausreichend lange in Berührung mit den heißen Flächen verbleibt. In dieser Beziehung wird der Wirkungsgrad zumindest für manche Arten von Schmutz stoffen durch die oben erwähnte' Eins? te llung des Auftreffwinkels ebenfalls verbessert, so daß die 'Bewegungsenergie des Wassers mit einem hohen Verhältnis der mechanischen Wirkung zum thermischen Schock ausgenutzt wird, und in der Praxis wird der Strahl so rasch ,über die Flächen geführt, v.de die σ noch zur Erzielung einer wirksamen Reinigung möglich ist. Es ist nicht erforderlich, dabei die Geschwindigkeit soweit zu verringern, daß ein cCiKldlicher thermischer Schock eintritt, falls nach dem erfindungsgemfilien Verfahren vorgegangen v/ird. ,

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Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer stark verschlackten Oberfläche wurde festgestellt,.daß die Bereiche, die nahe der Mittellinie und "bis hinaus zum. maximalen Durchmesser gelegen waren, sorgfältig entschlackt und von Grlühspan befreit v/erden'konnten und sich zugleich der thermische Schock auf einem sehr geringen und. sicheren Wert halten ließ. . .

Die Schlackenbildungen, die bei den hier erwähnten Versuchen vorlagen, wurden offensichtlich in erster Linie durch mechanische Einwirkung entfernt. Da die Zusammensetzung und Viskosität der Schlacke sowie andere Betriebsbedingungen in weiten Grenzen variieren können, sei darauf hingewiesen, daß, falls nicht berücksichtigte Bedingungen vorliegen, die den thermischen Schock zu einer wesentlichen Einflußgröße bei der Schlackenentfernung machen, der tatsächliche Wert des auf die verschlackten Flächen ausgeübten thermischen' Schocks mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens genau eingestellt und innerhalb' der erforderlichen Sicherheitsgrenzen gehalten werden kann, wobei die Verschiebegescliwindigke.it dea Strahls auf einem ausreichend hohen Konstantv/ert gehalten wird, bei dem ein unerwünscht hoher Absehreckimgsgrad verhindert wird und sich ein irgend erwünschter, geringerer Absehreckungsgrad ergibt. ·

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Claims

Anwaltsakte: M-2296

Patentansprüche

j 1 ο j Verfahren zum Ablösen von Ablagerungen an heißen Flächen mit Hilfe eines Flüssigkeitsstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser und die Ausbreitungsge:5chvindigkeit des FlüssiKkeitsstrahl8 derart f<;ew^:ihlt werden, daß die Flüssigkeit beim Ausstoßen gegen die Ablagerungen und beim Überwandern der Ablagerungen mit einer eine vorgegebene Minimalgröße übersteigenden Ausbreitungsgeschwindigkeit die Flächen nicht über einen erwünschten Maximalwert hinaus abkühlt, und daß der Flüssigkeitsstrahl mit einer oberhalb der Minimalgröße liegenden, jedoch zum Ablöocm der Ablagerungen ausreichend langsamen Geschwindigkeit über die Flächen geführt.;.wird·.

2. Verfahren zum Ablösen von Ablagerungen an heißen B¹I eichen .li.t Hilfe eines Flüssigkeitsstrahl?.» ,dadurch gekennzeichnet;, daii der Durchmesser und die Ausbrel t;im_f-;:j.;ij:ioi:v/indigkeit des Strahls ao ge v/i ililt'werden, (iaüfijine weahariiru'tic linc.'i'c.'io zum Ablösen der AbIa-

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gerungen ausreicht, und daß der Strahl "beim Ausstoßen gegen die Flachen stets zugleich mit einer Geschwindigkeit über die P la ehe η geführt wird, bei der ein ein unzulässiges thermisches Abschrecken bewirkendes Abkühlen jeglicher !Flächenabschnitte verhindert wird.

ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kennzeichnenden Größen des Strahls und die'Line arge s chwindi gke it de s Auftreffpunkte s des Straus auf der heißen !Fläche, konstant gehalten werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanisch betätigte, rußbläser artige Flüssigkeitsstrahlvorrichtung (B) mit einer winklig verstellbaren Düse zum Ausstoßen der Flüssigkeit gegen mit veränderlichem Abstand zur Düse angeordnete heiße Flächen verwendet und die Winkelgeschwindigkeit-der Düse vergrößert· wird, wenn der Strahl auf näher an der Düse liegende Flächen gerichtet wird, bzw. verkleinert wird, wenn der Strahl auf von der Düse weiter entfernt liegende Flächen gerichtet wird·

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5. Vorrichtung zum Entschlacken von Wasser-£rennwänden und dgl., gekennzeichnet durch eine Wasser-Strahlvorrichtung (B) nach Art eines längBversteilbaren und drehbaren Rußbläsers sowie eine kontinuierlich verstellbare Geschwindigkeits-Regelvorrichtung zur Drehzahländerung der Strahlvorrichtung (B),

6. Verfahren zum Ablösen von Ablagerungen an in einer Hochtemperaturzone gelegenen Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahl einer bei der lemperatur der Hochtemperaturzone verdampfenden Flüssigkeit in Form eines relativ konzentrierten Hochgeschwindigkeitsstrahls aus einem solchen Abstand gegen die Flächen gerichtet wird, daß die Flüssigkeit in Form unverdampfter, diskreter Flüssigkeitstropfen auf die Flächen auftrifft.

7. Verfahren nach Anspruch 6 zum Reinigen von Flächen, die ebenfalls auf einer oberhalb des Siedepunktes der Flüssigkeit liegenden Temperatur stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffdauer des Strahls an jedem Flächenabschnitt auf eine Zeitdauer begrenzt wird, bei der eine unerwünschte Abkühlung des Flächenabschnitts unterbleibt.

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8. Verfahren zum Ablösen von Ablagerungen an einem heißen Flächenbereich, dadurch gekennzeichnet» daß ein Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahl während einer soweit begrenzten Zeitdauer gegen den Flächenbereiclt gerichtet wird, daß ein unerwünscht starkes Abkühlen der Fläche, unterbleibt.

9c Verfahren zum Ablösen von Ablagerungen an heißen, in einer Hochtemperaturatmosphäre gelegenen Flächen mit Hilfe eines bei einer unterhalb der Temperaturen der heißen Fläche und der Hochtemperaturatmosphäre liegenden !Eemperatur siedenden Flüssigkeits-Strahls, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser, die Geschwindigkeit und die Auftreffdauer des Strahls auf Werte eingestellt werden, bei denen die Kühlwirkung im Verhältnis zu der auf die Ablagerungen an den heißen Flächen ausgeübten mechanischen Kraft sich auf ein Minimum einzustellen sucht,

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der.Strahl gegen die Ablagerungen unter einem 'Winkel gerichtet wird, bei dem sich die Ablagerungen von den Flächen abzuschälen suchen.

ο Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Auftreffdauer der

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Strahl mit einer einen vorgegebenen Minimalwert übersteigenden Lineargeschwindigkeit über die Flächen bewegt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9» 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einem diskontinuierlichen Strom gegen die Flächen gerichtet wird.

13» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl über die Flächen mit der oder geringfügig unterhalb der maximalen Lineargeschwindigkeit geführt wird, bei welcher sich die erwünschte Reinigung swirkung ergibt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung für rohrförmige Flächen, wobei der Strahldurchmesser wesentlich kleiner als der Rohrdurchmesser ist.

15o Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbreitungageschwindigkeit, die Auftreffdauer und der Auftreffwinkel derart gewählt werden, daß ein. beträchtlicher Flüssigkeitsanteil von der Fläche zurückgeworfen wird»

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