EP1918667B1

EP1918667B1 - Wärmeübertrager mit mehreren Reinigungsvorrichtungen

Info

Publication number: EP1918667B1
Application number: EP07021260A
Authority: EP
Inventors: Åke Hörnberg
Original assignee: Maxxtec AG
Current assignee: Maxxtec AG
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: DE102006052299A1; EP1918667A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Heizkessel, zur kontaktfreien Übertragung der Wärmeenergie eines ersten Fluids, insbesondere Rauchgas, auf ein zweites Fluid, insbesondere ein Wärmetragerfluid oder Wasser, wobei der Wärmeübertrager periodisch zu reinigende Innenflächen aufweist.
DE 20122403 offenbart einen Wärmeibertragen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wärmeübertrager der in Rede stehenden Art sind insbesondere aus konventionellen Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen oder mit organischen Brennstoffen betriebenen Anlagen bekannt. Diese Wärmeübertrager dienen dazu, die thermische Energie eines ersten Fluids, beispielsweise eines Rauchgases, kontaktfrei auf ein zweites Fluid zu übertragen. Bei dem zweiten Fluid kann es sich beispielweise um entionisiertes Wasser (z. B. beim Dampferzeuger eines konventionellen Kraftwerks) oder um ein nichtsiedendes Wärmetragerfluid (beispielweise Thermoöl) handeln.
Es gibt verschiedene Anwendungsfälle, bei denen die Innenflächen des Wärmeübertragers und insbesondere die wärmeübertragenden Kontaktflächen periodisch gereinigt werden müssen, um die volle Funktionalität der Vorrichtung zu gewährleisten.
So ist aus der WO 87/05992 A1 bereits eine Vorrichtung zur selektiven Zuführung von Reinigungskörpern in die Rohre von Wärmetauschern bekannt. Die Teilbereiche des Rohrbodens, in die die Zuführung erfolgt, werden so klein gewählt, dass jeweils nur ein einziges Rohr mit Reinigungskörpern versorgt wird. Die eingesetzten Reinigungskörper bestehen dabei bspw. aus Schwammgummikugeln.
Eine Problematik liegt insbesondere dann vor, wenn thermische Energie aus Rauch- bzw. Verbrennungsgasen übertragen werden soll. Solche Verbrennungsgase enthalten üblicherweise Metalldämpfe und Stäube, die nach und nach die Innenflächen des Wärmeübertragers belegen und somit die Wärmeübertragung behindern. Dies kann schlussendlich auch zu einer massiven Einengung oder sogar einer vollständigen Verstopfung des Strömungswegs für das Rauch- bzw. Verbrennungsgas führen.
Aus dem Stand der Technik sind daher verschiedene Vorrichtungen und Verfahren bekannt, um solche Verschmutzungen periodisch von den Innenflächen des Wärmeübertragers zu entfernen.
So ist bekannt, die genannten Verunreinigungen mit einem Luft- oder Wasserstrom als Reinigungsmedium zu entfernen. Die Reinigung kann dabei sowohl während des Stillstands der Anlage als auch während des Betriebs erfolgen.
Durch die heißen Innenflächen des Wärmeübertragers (bis zu 1000 °C) verdampft ein auf eine entsprechende Innenfläche gerichteter Wasserstrom augenblicklich, wodurch eine explosionsartige Vervielfachung des Volumens des Reinigungsmediums eintritt. Dadurch lassen sich Staubbeläge oder Ähnliches effektiv entfernen.
So ist aus der WO 98/25081 A1 ein vor- und zurückfahrbarer Rußbläser bekannt.
Aus der DE 103 40 790 B3 ist eine Vorrichtung zum Reinigen eines Rauchgaszugs einer Verbrennungsanlage bekannt. Dabei wird ein das Reinigungsmedium führender Schlauch in den zu reinigenden Rauchgaszug eingeführt. Über einen endseitigen Düsenkopf des Schlauchs kann dann das Reinigungsmedium an die Innenwände des Rauchgaszugs geleitet werden.
Bei dieser Vorrichtung ist jedoch nachteilig, dass sie sich lediglich zur Abreinigung ebener und leicht zugänglicher Innenflächen des Wärmeübertragers eignet. Die zentral angeordnete und dementsprechend weit von den abzureinigenden Innenflächen entfernte Reinigungsvorrichtung kann unregelmäßig ausgestaltete Wärmeübertragerflächen, beispielsweise Rohrschlangen, nicht vollumfänglich mit Reinigungsmedium beaufschlagen. Sollen beim Vorhandensein weiter entfernter und/oder verwinkelter Wärmeübertragerflächen diese Flächen vom Reinigungsmedium erreicht werden, muss hingegen der Volumenstrom des Reinigungsmediums stark erhöht werden. Dadurch steigen die Betriebs- und Investitionskosten stark an. Des Weiteren sind die Wärmeübertragerflächen, die unmittelbar in der Nähe des Düsenkopfes angeordnet sind, einem starken Temperaturschock aufgrund des großen Volumenstroms des Reinigungsmediums ausgesetzt. Schließlich führt der große Volumenstrom des Reinigungsmediums insgesamt zu einer unerwünscht starken Abkühlung des Wärmeübertragers, wodurch die Effizienz der Gesamtanlage abnimmt.
Aus der DE 201 22 403 U1 ist eine gattungsbildende Vorrichtung, nämlich ein Kessel einer Verbrennungsanlage mit einer Reinigungsanlage bekannt.
Über die dort offenbarte Reinigungsanlage lässt sich ein das Reinigungsmedium führender Schlauch in das Innere des zu reinigenden Abzugs einführen. Der Schlauch weist endseitig einen rotierenden Düsenkopf auf, der durch das Reinigungsmedium antreibbar ist. Dadurch lässt sich ein rundum reichender Strahl bzw. Sprühkegel innerhalb des zu reinigenden Abzugs realisieren.
Bei dieser Vorrichtung ist jedoch nachteilig, dass der Düsenkopf eine komplizierte Mechanik aufweist, die einerseits hohe Anfangsinvestitionen erfordert und andererseits aufgrund der hohen Betriebstemperatur und den aggressiven Umgebungsmedien eine erhöhte Störanfälligkeit nebst einer geringen Lebensdauer aufweist. Des Weiteren weist der Düsenkopf aufgrund der genannten Mechanik zu große Außenabmessungen auf, um eng unterteilte bzw. verwinkelte Innenflächen des Wärmeübertragers erreichen zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine kostengünstige, schonende, zuverlässige und gründliche Reinigung der Innenflächen ermöglicht ist.
Erfindungsgemäß ist die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist eine Wärmeübertrager der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Wärmeübertragers geometrisch unregelmäßig aufgebaut ist oder in schwer zugängliche Teilbereiche unterteilt ist, und die periodisch zu reinigenden Innenflächen aus Rohren, Rohrschlangen, Rohrkörben oder dergleichen bestehen, und der Wärmeübertrager eine Mehrzahl verschliessbarer Gehäuseöffnungen aufweist, wobei jeder Gehäuseöffnung eine eigene Reinigungsvorrichtung zugeordnet ist, mit der ein ein Reinigungsmedium abgebendes Reinigungsmittel zur Reinigung der Innenflächen in die jeweilige Gehäuseöffnung ein- und ausfahrbar ist, und wobei eine Reinigbarkeit jedes Teilbereichs der Innenfläche des Wärmeübertragers erreicht ist.
In erfindungsgemäßer Weise ist im Gehäuse des Wärmeübertragers eine Mehrzahl von Gehäuseöffnungen angeordnet, wobei jeder Gehäuseöffnung eine Reinigungsvorrichtung zugeordnet ist. In erfindungsgemäßer Weise lässt sich folglich jedem Teilbereich des Innenraums des Wärmeübertragers eine Gehäuseöffnung zuordnen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Innenraum des Wärmeübertragers geometrisch unregelmäßig aufgebaut ist oder in schwer zugängliche Teilbereiche unterteilt ist.
Durch die Aufteilung der Reinigungsanlage in eine Mehrzahl von Reinigungsvorrichtungen wird dabei eine gründliche Reinigbarkeit jedes Teilbereichs der Innenfläche des Wärmeübertragers sichergestellt.
Des Weiteren ist in erfindungsgemäßer Weise ermöglicht, dass jede einzelne Reinigungsvorrichtung mit einem verminderten Reinigungsmedium-Volumenstrom betrieben wird. Dadurch ist einerseits eine zu starke Abkühlung unmittelbar benachbarter Wärmeübertragerflächen (sog. Temperaturschock) vermeidbar. Des Weiteren lässt sich die Reinigungsmediummenge insgesamt verringern, da das Reinigungsmedium zielgerichteter und dosierter eingesetzt werden kann.
Die Erfindung erlaubt es ferner, mechanisch einfach aufgebaute und sehr kompakte Reinigungsvorrichtungen einzusetzen, welche einerseits einen verminderten Investitionsaufwand und andererseits eine hervorragende Erreichbarkeit sehr eng unterteilter Innenbereiche des Wärmeübertragers ermöglichen.
Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager lassen sich eine Mehrzahl kompakter Reinigungsvorrichtungen durch jeweils in geeigneter Weise positionierte Gehäuseöffnungen im Wärmeübertrager an ansonsten schwer erreichbare Innenflächen heranführen, um diese abzureinigen. Dieser erfindungsgemäße Vorteil kommt besonders zum Tragen, da die wärmeübertragenden Innenflächen aus Rohren, Rohrschlangen, Rohrkörben oder dergleichen bestehen. Beim erfindungsgemäßen Wärmeübertrager lassen sich dabei die Zwischenräume zwischen benachbarten Rohren (Rohrzwickel) besonders gründlich reinigen. Diese Reinigungsmöglichkeit ist bei Anlagen gemäß Stand der Technik, die die Reinigung meterbreiter Rauchgaskanäle mit ebenen Innenflächen vorsehen, nicht bekannt.
Folglich ist ein Wärmeübertrager angegeben, bei dem eine kostengünstige, schonende, zuverlässige und gründliche Reinigung der Innenflächen ermöglicht ist.
Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager kann eine Kasten- oder Zylinderform oder auch jede andere übliche Form aufweisen. Dabei ist die Form eines stehenden Zylinders besonders geeignet, falls als Wärmeübertragungsflächen Heizschlangen bzw. aufrecht stehende, gegebenenfalls konzentrische und mehrlagige Rohrkörbe verwendet werden sollen.
Im Hinblick auf eine erleichterte Zugänglichkeit sowie Verschließbarkeit der Gehäuseöffnungen für die Reinigungsvorrichtungen ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die Gehäuseöffnungen als Stutzen ausgebildet sind und gegebenenfalls durch anflanschbare Deckel verschließbar sind.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der gesamte Wärmeübertrager zusätzlich einen abnehmbaren Gehäusedeckel oder zumindest eine Reinigungsöffnung zur Wartung bzw. zur Stillstandsreinigung auf. Dabei kann im Gehäusedeckel auch noch zusätzlich eine Reinigungsöffnung (beispielsweise als Mannloch) ausgebildet sein. Der Gehäusedeckel erstreckt sich dabei vorzugsweise über die gesamte Oberseite des Wärmeübertragergehäuses. Demnach weist ein geeigneter Gehäusedeckel für einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager in Form eines stehenden Zylinders eine kreisrunde Scheibenform auf.
Die wärmeübertragenden Innenflächen des Wärmeübertragers weisen eine rohrförmige Gestaltung auf. Im Hinblick auf eine vergrößerte Wärmeübertragungsfläche ist dabei das zweite Fluid in Rohrleitungen durch den Innenraum des Wärmeübertragers führbar. Im Hinblick auf eine besonders gute Ausnutzung des vorhandenen Innenraums können die wärmeübertragenden Innenflächen dabei als mehrlagige, konzentrisch angeordnete Rohrkörbe ausgebildet sein. Ein Rohrkorb weist dabei die Form einer stehenden Heizschlange auf. Dabei können die Windungen aufeinander aufliegen oder in axialer Richtung voneinander beabstandet sein.
In bevorzugter Weise weist zumindest eine der vorgesehenen Reinigungsvorrichtungen als Reinigungsmittel einen das Reinigungsmedium führenden Schlauch mit einem endseitigen Reinigungskopf mit zumindest einer Abgabeöffnung für ein Reinigungsmedium auf. Durch die axiale Flexibilität des Schlauchs lässt sich dieser mit geringem Platzbedarf lagern, beispielweise in aufgerolltem Zustand.
Im Hinblick auf eine möglichst geringe Verdrillbarkeit des Schlauches wird eine Weiterbildung der Erfindung bevorzugt, bei der der Schlauch ein geringes axiales Widerstandsmoment bei gleichzeitig erhöhtem polaren Widerstandmoment aufweist. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Schlauch eine erhöhte Flexibilität bei gleichzeitig erhöhter Torsionsstabilität aufweist. Durch eine erhöhte Torsionsstabilität wird eine Verdrillung des Schlauches während des Reinigungsbetriebs verhindert, so dass sich die Lage der Abgabeöffnung bzw. der Abgabeöffnungen für das Reinigungsmedium nicht unerwünscht verändern kann.
In Bezug auf eine erhöhte Haltbarkeit und Temperaturstabilität des Schlauches ist eine Weiterbildung bevorzugt, bei der der Schlauch aus temperaturbeständigem Stahl, insbesondere als Wellschlauch bzw. als Faltenbalg, ausgebildet ist und gegebenenfalls durch das Reinigungsmedium kühlbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Schlauch über eine oberhalb der jeweiligen Gehäuseöffnung angeordnete und gegebenenfalls angetriebene Umlenkrolle in die Gehäuseöffnung ein- bzw. ausfahrbar. Sofern die Umlenkrolle über einen Motor und eine entsprechende Steuerung antreibbar ist, ist die Eintauchtiefe des Schlauches und damit die genaue Position des Reinigungskopfes innerhalb des Wärmeübertragers besonders genau regelbar. Des Weiteren ist der Schlauch während des Normalbetriebs des Wärmeübertragers in einfacher Weise über die Umlenkrolle aus der Gehäuseöffnung entfernbar, wonach diese verschlossen werden kann.
Im Hinblick auf eine besonders exakte Führbarkeit des Schlauches wird eine Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, bei der eine zweite Umlenkrolle vorgesehen ist, über die der Schlauch im Zusammenspiel mit der ersten Umlenkrolle zum Vermeiden einer Verdrillung mäanderartig führbar ist. Dabei kann die zweite Umlenkrolle von der ersten Umlenkrolle schräg nach unten versetzt angeordnet sein. Durch die vergrößerte Auflage- bzw. Führungsfläche für den Schlauch und die dadurch geschaffene Möglichkeit, den Schlauch zwischen den beiden Rollen mit einer Vorspannung zu beaufschlagen, ist eine unerwünschte Verdrillung bzw. eine Torsion des Schlauchs vermeidbar.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Schlauch durch Heben bzw. Senken der zweiten Umlenkrolle in die jeweilige Gehäuseöffnung ein- bzw. ausfahrbar sein.
Bei dieser Ausführungsform kann auf einen Antrieb der ersten Umlenkrolle verzichtet werden.
Im Hinblick auf die Ermöglichung einer besonders effektiven Reinigung der Innenflächen des Wärmeübertragers kann der endseitige Reinigungskopf des Schlauchs eine Düse bzw. ein oder mehrere, insbesondere gegenüberliegende Düsenpaare zum Ausbringen des Reinigungsmediums aufweisen. Dadurch lässt sich die Ausbringgeschwindigkeit und die Präzision des Reinigungsmediumstrahls deutlich erhöhen.
Hierbei ist eine Ausgestaltung bevorzugt, bei der die Düse bzw. die Düsen horizontal bzw. geringfügig nach oben geneigt ausgerichtet sind. Dadurch lässt sich die Decke des Wärmeübertragers reinigen und es wird gleichzeitig eine effektive Reinigungsmöglichkeit für im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Rohrzwischenräume geschaffen, wie sie beispielsweise bei der Verwendung von Rohrkörben als Wärmeübertragungsflächen auftreten.
Im Hinblick auf eine besonders effektive Reinigungsmöglichkeit für solche Rohrzwischenräume kann der axiale Abstand benachbarter Düsenpaare im Wesentlichen dem Abstand zu reinigender Rohrzwischenräume (Zwickel) entsprechen. Dies bedeutet, dass jeweils ein Düsenpaar einen sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden Rohrzwischenraum reinigen kann. Die benachbarten Düsenpaare sind in axialer Richtung des Schlauches jeweils um genau einen Rohrdurchmesser versetzt, so dass sie jeweils in den nächstliegenden Rohrzwischenraum bzw. Zwickel zielen können. Neben einer besonders effektiven Reinigungsmöglichkeit für die Rohrzwischenräume ist dadurch auch eine Weiterbildung angegeben, bei der ein Temperaturschock durch direktes Auftreffen des Reinigungsmediums auf die Mitte des Heizrohrs vermeidbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist im Hinblick auf eine besonders gründliche Reinigbarkeit der Innenflächen des Wärmeübertragers die Ausrichtung der Düse bzw. der Düsen während des Reinigungsbetriebs verstellbar und/oder die Position des Reinigungskopfes innerhalb des Wärmeübertragers während des Reinigungsbetriebs veränderbar. Dadurch lassen sich während des Reinigungsbetriebs unzugängliche bzw. verwinkelte Innenflächen gezielt mit dem erfindungsgemäßen Reinigungskopf anfahren und restlos säubern.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Reinigungskopf während des Normalbetriebs des Wärmeübertragers als Verschluss für die jeweilige Gehäuseöffnung verwendbar. Dabei lässt sich der Reinigungskopf nach dem Reinigungsvorgang durch Herausziehen des Schlauchs aus dem Wärmeübertrager zurückfahren, bis er in der ihm zugeordneten Gehäuseöffnung zum Anschlag gelangt. Durch geeignet ausgestaltete Dichtflächen kann der Reinigungskopf danach als Verschluss in der Gehäuseöffnung verbleiben, wobei auf einen Deckel für die Gehäuseöffnung verzichtet werden kann.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist zumindest eine der Reinigungsvorrichtungen als Reinigungsmittel eine Blaslanze mit zumindest einer Abgabeöffnung für das Reinigungsmedium auf. Dabei können neben Reinigungsvorrichtungen mit einem Schlauch als Reinigungsmittel auch Reinigungsvorrichtungen mit einer Blaslanze als Reinigungsmittel vorgesehen sein. Im Allgemeinen wird der Fachmann sich jedoch für eine Ausführungsform entscheiden, bei der entweder alle Reinigungsvorrichtungen einen Schlauch oder alle Reinigungsvorrichtungen eine Blaslanze als Reinigungsmittel aufweisen.
Dabei weist eine Blaslanze den Vorteil auf, dass sie nicht nur vertikal, sondern auch horizontal und/oder in schräger Richtung in die jeweilige Gehäuseöffnung ein- bzw. ausfahrbar ist.
Im Hinblick auf eine besonders lange Haltbarkeit und Temperaturbeständigkeit der Blaslanze kann diese aus temperaturbeständigem Stahl gefertigt sein und gegebenenfalls durch das Reinigungsmedium kühlbar sein. Des Weiteren kann ein interner Kühlkreislauf für die Blaslanze bzw. die Blaslanzen vorgesehen sein, so dass diese auch während des Normalbetriebs des Wärmeübertragers in diesem verbleiben können.
Die Blaslanze kann endseitig eine axial ausgerichtete Düse und/oder ein oder mehrere, insbesondere gegenüberliegende, im Wesentlichen radial ausgerichtete Düsenpaare zum Ausbringen des Reinigungsmediums aufweisen. In Bezug auf die Vorteile dieser Ausführungsform kann auf die Ausführungen zum erfindungsgemäßen Schlauch verwiesen werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entspricht der axiale Abstand benachbarter Düsenpaare in der erfindungsgemäßen Blaslanze im Wesentlichen dem Abstand der zu reinigenden Rohrzwischenräume (Zwickel) innerhalb des Wärmeübertragers, wozu ebenfalls auf die vorstehenden Ausführungen in Bezug auf den Reinigungsschlauch verwiesen wird.
Im Hinblick auf eine besonders gründliche Reinigbarkeit der Innenflächen des Wärmeübertragers bzw. von gegebenenfalls vorhandenen unzugänglichen Innenflächen oder Rohrzwischenräumen (Zwickeln) ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die Blaslanze während des Reinigungsbetriebs hin- und herbewegbar ist.
In Bezug auf eine möglichst einfache Demontierbarkeit des Gehäusedeckels kann die Blaslanze so ausgebildet sein, dass sie außerhalb des in das Gehäuse eintauchenden Abschnitts abflanschbar ist. Dadurch lässt sich der Gehäusedeckel des Wärmeübertragers entfernen, ohne dass die Blaslanze vollständig aus dem Wärmeübertrager herausgefahren werden muss, so dass eine geringere Deckenhöhe für den Standort des Wärmeübertragers realisierbar ist.
In einer Weiterbildung der letztgenannten Ausführungsform ist der Flanschbereich während des Normalbetriebs des Wärmeübertragers als Verschluss für die jeweilige Gehäuseöffnung verwendbar. Dies bedeutet, dass die Blaslanze so weit in den Wärmübertrager einfahrbar ist, bis der Flanschbereich in geeigneter Weise die jeweilige Gehäuseöffnung kontaktiert und diese abdichtet.
Sofern keine solche Flanschverbindung vorgesehen ist, wird eine Ausführungsform vorgeschlagen, bei der die Blaslanze einen Anschlag aufweist, der während des Normalbetriebs des Wärmeübertragers als Verschluss für die jeweilige Gehäuseöffnung verwendbar ist. Dieser Anschlag kann im oberen Bereich der Blaslanze, welcher nicht in den Wärmeübertrager eintaucht, angeordnet sein.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig.1: eine schematische seitliche Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels, bei dem ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager als Heizkessel ausgebildet ist und mehrere Gehäuseöffnungen für Reinigungsvorrichtungen aufweist, und wobei eine der Reinigungsvorrichtungen dargestellt ist, deren Reinigungsmittel aus einem das Reinigungsmedium führenden Schlauch mit einem endseitigen Reinigungskopf besteht,
Fig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die beispielhaft dargestellte Reinigungsvorrichtung als Reinigungsmittel eine Blaslanze mit mehreren axial verteilten Düsen aufweist,
Fig. 3: eine Draufsicht auf die beiden Ausführungsbeispiele aus Fig. 1 und Fig. 2, bei der die Positionierung der Reinigungsmittel bzw. der Gehäuseöffnungen und die Anordnung der Heizflächen im Inneren des Wärmeübertragers verdeutlicht wird, und
Fig. 4: eine schematische Draufsicht auf das Innere des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers gemäß gezeigter Ausführungsbeispiele während des Reinigungsbetriebs.

Fig. 1 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dargestellt ist ein Wärmeübertrager, der hier als Heizkessel 1 ausgebildet ist. Der Heizkessel 1 hat eine kreisrunde Querschnittsfläche und ist horizontal, d. h. stehend angeordnet. Auf der Oberseite weist der Heizkessel 1 eine Mehrzahl verschließbarer Gehäuseöffnungen 2 auf, von denen in der Schnittansicht lediglich drei dargestellt sind. Bei diesem Heizkessel 1 sind die Gehäuseöffnungen 2 in einem abnehmbaren Deckel 3 des Heizkessels 1 ausgebildet. Durch Entfernen des Deckels 3 wird der Innenraum des Heizkessels 1 zur Wartung oder Stillstandsreinigung zugänglich.
Die Gehäuseöffnungen 2 sind im Deckel 3 als Stutzen 4 ausgebildet, wodurch sie durch anflanschbare Deckel oder durch andere geeignete Vorrichtungen verschließbar sind.
Der Heizkessel 1 weist im Inneren ausgedehnte Innenflächen 5 auf, die regelmäßig gereinigt werden müssen, da der Heizkessel 1 während des Betriebs von staubführendem Rauchgas durchströmt wird.
Der Anteil der Innenflächen 5, der als wärmeübertragende Fläche dient, wird beim gezeigten Ausführungsbeispiel durch zwei konzentrische Rohrkörbe 6 gebildet. Dabei handelt es sich um zwei ineinanderstehende Rohrschlangen, durch die das zweite, Wärme aufnehmende Fluid führbar ist. Dabei durchströmt das erste, wärmeabgebende Fluid den Innenraum des Wärmeübertragers. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem ersten Fluid um Rauch- bzw. Verbrennungsgase.
Während des Betriebs lagern sich Staub und sonstige Verunreinigungen auf den Innenflächen 5 ab. Davon sind insbesondere die Zwischenräume zwischen den Rohrwindungen der Rohrkörbe 6 betroffen. Diese Rohrzwischenräume 7 werden auch als Zwickel bezeichnet. Hier können sich besonders viel Staub und sonstige Verschmutzungen absetzen und den Wärmeübergang auf das zweite Fluid behindern.
In erfindungsgemäßer Weise sind deshalb nicht nur eine Mehrzahl von Gehäuseöffnungen 2 im Deckel 3 des Heizkessels 1 vorgesehen, sondern jeder Gehäuseöffnung 2 ist eine eigene Reinigungsvorrichtung 8 zugeordnet, um die auftretenden Beläge periodisch entfernen zu können. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist hier jedoch lediglich eine Reinigungsvorrichtung 8 dargestellt.
Die Reinigungsvorrichtung 8 besteht aus einem Reinigungsmittel 9, das hier als Schlauch 10 ausgebildet ist. Des Weiteren ist dem Schlauch 10 endseitig ein Reinigungskopf 11 zum Ausbringen des Reinigungsmediums zugeordnet.
Der Schlauch 10 besteht aus temperaturbeständigem Stahl in Form eines Wellschlauches. Er ist biegsam, weist aber gleichzeitig ein erhöhtes polares Widerstandsmoment auf, was einer Verdrillung des Schlauchs 10 entgegenwirkt.
Der Schlauch 10 dient sowohl als Zuleitung für das Reinigungsmedium als auch zur Positionierung des Reinigungskopfs 11 zum Ausbringen des Mediums. Er wird dabei durch das durchströmende Reinigungsmedium gekühlt.
Der Einsatz der Reinigungsvorrichtung 8 kann sowohl während des Betriebs des Wärmeübertragers bei Temperaturen bis zu ca. 1000 °C als auch während des Stillstands der Vorrichtung erfolgen.
Zur Führung und Positionierung des Schlauchs 10 und des Reinigungskopfs 11 ist der Schlauch 10 über eine erste Umlenkrolle 12 geführt, die oberhalb der entsprechenden Gehäuseöffnung 2 angeordnet ist. Diese erste Umlenkrolle 12 wird von einem frequenzgeregelten Getriebemotor angetrieben.
Der Schlauch 10 wird des Weiteren mäanderartig über eine zweite Umlenkrolle 13 geführt, die schräg unterhalb der ersten Umlenkrolle 12 angeordnet ist. Diese zweite Umlenkrolle 13 gleicht die Längenänderung des Schlauchs 10 beim Ein- und Ausfahren aus dem Heizkessel 1 aus und hält den Schlauch 10 dabei unter einer gewissen Spannung. Des Weiteren verhindert die zweite Umlenkrolle 13, dass der Schlauch 10 sich verdrillt, was zu einer Verdrehung des Reinigungskopfes 11 innerhalb des Wärmeübertragers führen könnte.
Der Schlauch 10 kann ggf. durch Heben und Senken der zweiten Umlenkrolle 13 bei nicht angetriebener erster Umlenkrolle 12 in den Heizkessel 1 hinein- und herausbewegt werden. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch die erste Umlenkrolle 12 angetrieben. Die Fördergeschwindigkeit des Reinigungskopfes 11 sowie die Reinigungszeit werden dabei von einer speicherprogrammierbaren Steuerung geregelt.
Auf der dem Heizkessel 1 abgewandten Seite endet der Schlauch 10 an einem Anschluss 14, durch den das Reinigungsmedium zuführbar ist.
Zur Reinigung der Innenflächen 5 des Heizkessels 1 weist der Reinigungskopf 11 ein gegenüberliegendes Paar von Düsen 15 auf, wobei hier lediglich die vordere Düse 15 sichtbar ist. Die Düsen 15 sind so ausgerichtet, dass sie bei entsprechend genauer Höhenjustierung des Reinigungskopfs 11 genau in den jeweils nächstliegenden Rohrzwischenraum 7 hineinzielen, um diesen besonders gründlich reinigen zu können.
Der Reinigungskopf 11 kann auch mehrere horizontal voneinander beabstandete Düsenpaare aufweisen, wobei der Abstand zwischen den Düsenpaaren jeweils dem Abstand zwischen zwei benachbarten Rohrzwischenräumen 7 entsprechen kann.
Durch die Ausrichtbarkeit der Düsen 15 auf die Rohrzwischenräume 7 wird verhindert, dass ein zu großer Volumenstrom des Reinigungsmediums auf den Mittelbereich der wärmeübertragenden Rohre trifft, wodurch sich während des Reinigungsbetriebs ein Temperaturschock mit entsprechendem Versagen der Heizrohre einstellen könnte. Dadurch ist in erfindungsgemäßer Weise ermöglicht, die Abgabeöffnungen für das Reinigungsmedium unmittelbar an den zu reinigenden Bereich heranzuführen, ohne aber den Heizkessel 1 zu beschädigen.
Zur Reinigung der Rohrzwischenräume 7 sind die Düsen 15 im Wesentlichen horizontal ausgerichtet. Die Düsen 15 können darüber hinaus innerhalb des Reinigungskopfes 11 verstellbar ausgebildet sein. Des Weiteren kann durch eine Veränderbarkeit der Position des Reinigungskopfs 11 während des Betriebs der gesamte Bereich unterhalb der jeweiligen Gehäuseöffnung 2 (vom Deckel 3 bis zum Boden des Heizkessels 1) angefahren werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers. Der Heizkessel 1 weist dabei dieselben Merkmale auf wie das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die oben stehende Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen wird.
Bei diesem zweiten, vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die Reinigungsvorrichtung 8 als Reinigungsmittel 9 eine Blaslanze 16 auf, die zur Reinigung der Innenflächen 5 des Heizkessels 1 in eine jeweils zugeordnete Gehäuseöffnung 2 ein- und ausfahrbar ist.
Dabei ist wie bei Fig. 1 zu beachten, dass jeder Gehäuseöffnung 2 eine eigene Reinigungsvorrichtung 8 zugeordnet ist, aus Gründen der verbesserten Übersichtlichkeit der Darstellung ist jedoch sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 2 jeweils nur eine Reinigungsvorrichtung 8 dargestellt.
Aufgrund ihrer axialen Stabilität lässt sich die Blaslanze 16 in vertikaler, horizontaler oder in schräger Richtung in eine beliebig anbringbare Gehäuseöffnung 2 des Heizkessels 1 ein- und ausfahren. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Gehäuseöffnungen 2 allesamt im Deckel 3 des Heizkessels 1 angeordnet, so dass die Blaslanze 16 vertikal von oben zuführbar ist.
Die Blaslanze 16 ist aus temperaturbeständigem Stahl gefertigt und durch das auszubringende Reinigungsmedium kühlbar. Die dargestellte Blaslanze 16 weist mehrere, axial beabstandete Paare von Düsen 15 auf, durch die das Reinigungsmedium zur Reinigung der Innenflächen 5 ausbringbar ist. Von diesen gegenüberliegenden Düsenpaaren sind in dieser Darstellung jeweils nur die vorderen Düsen 15 sichtbar. Die Düsen 15 sind im Wesentlichen radial (in Bezug auf die Blaslanzenachse) ausgerichtet, so dass sie so anordenbar sind, dass sie genau in die besonders schwierig zu reinigenden Rohrzwischenräume 7 hineinzielen.
Des Weiteren können die Düsen 15 so angeordnet werden, dass sich die Blaslanze 16 besonders zur Reinigung von Spalten, Trennwänden oder Gehäusewänden eignet, je nach Positionierung der Blaslanze 16 und der jeweils zugeordneten Gehäuseöffnung 2.
Direkt oberhalb der als Stutzen 4 ausgebildeten Gehäuseöffnung 2 ist die Blaslanze 16 mit einer Flanschverbindung 17 versehen. Dadurch lässt sich die Blaslanze 16 abflanschen, um eine Entfernbarkeit des Deckels 3 zu gewährleisten, ohne eine entsprechende Gebäudehöhe zum vollständigen Herausfahren der Blaslanze 16 aus dem Heizkessel 1 vorsehen zu müssen.
Die Positionierung der Blaslanze 16 innerhalb des Heizkessels 1 ist über eine Verstelleinrichtung 18 veränder- und steuerbar. Über die Verstelleinrichtung 18 können die zu reinigenden Innenflächen 5 angefahren werden. Des Weiteren lässt sich die Blaslanze 16 während des Reinigungsvorgangs mittels der Verstelleinrichtung 18 axial hin- und herbewegen, um eine besonders gründliche Reinigung zu gewährleisten. Durch die Verstelleinrichtung 18 lassen sich insbesondere die schwierig zu reinigenden Rohrzwischenräume 7 besonders genau anfahren.
Reinigungszeit, Einfahrtiefe und Bewegung der Blaslanze 16 sind über eine speicherprogrammierbare Steuerung regelbar, wodurch eine vollautomatische Reinigung des Heizkessels 1 ermöglicht ist. Die Blaslanze 16 ist über eine flexible Leitung 19 mit dem Anschluss 14 für die Zufuhr des Reinigungsmediums verbunden.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den Heizkessel 1 aus Fig. 1 und Fig. 2. Der Heizkessel 1 weist eine kreisrunde Grundfläche auf und hat die Form eines stehenden Zylinders. Die Innenflächen 5 bestehen einerseits aus den Innenwänden des Gehäuses und andererseits aus den wärmeübertragenden Innenflächen 5, die als zwei konzentrische Rohrkörbe 6 ausgebildet sind. In dieser Darstellung wird deutlich, wie schwer zugänglich die Innenflächen 5 für Reinigungsvorrichtungen sind.
In erfindungsgemäßer Weise befinden sich auf der Oberseite des Heizkessels 1 eine Mehrzahl von Gehäuseöffnungen 2, denen jeweils eine Reinigungsvorrichtung zugeordnet ist. Dabei kann die Reinigungsvorrichtung sowohl einen Schlauch mit einem Reinigungskopf als auch eine Blaslanze als Reinigungsmittel 9 aufweisen. Durch die Anzahl und die Verteilung der Reinigungsmittel 9 ist die gesamten Innenfläche 5 des Heizkessels 1 schonend und gleichzeitig gründlich reinigbar.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des durch die Erfindung ermöglichten Reinigungsvorgangs. Zwischen zwei konzentrischen Rohrkörben 6 befinden sich hier insgesamt sechs Reinigungsvorrichtungen mit Reinigungsmitteln 9. In erfindungsgemäßer Weise lässt sich das Reinigungsmedium 20 so ausbringen, dass die besonders schwer zugänglichen Innenflächen 5, beispielsweise zwischen den Rohrkörben 6, gründlich abreinigbar sind. Dabei lassen sich insbesondere die mit Anlagen gemäß Stand der Technik nicht erreichbaren Rohrzwischenräume besonders einfach reinigen.
Diese erfindungsgemäßen Vorteile sind mit beiden in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispielen erreichbar. Diese sind dazu geeignet, in die bisher nicht erreichbaren Rohzwischenräume vorzudringen, um diese mit Hilfe eines Reinigungsmediums von Verschmutzungen zu befreien. Dabei lässt sich das Reinigungsmedium gezielt in verschmutzte Bereiche einbringen, ohne dass wärmeübertragende Flächen von der Reinigungsvorrichtung berührt werden. Dadurch ist das Risiko eines Thermoschocks und einem damit verbundenen Schaden des Wärmeübertragers minimiert.
Beim erfindungsgemäßen Wärmeübertrager lässt sich das Reinigungsmedium besonders sparsam dosieren, da es besonders zielgerichtet einsetzbar ist. Dadurch lassen sich sowohl Betriebs- als auch Investitionskosten senken. Des Weiteren enthält der erfindungsgemäße Wärmeübertrager keine Reinigungsvorrichtung, die eine komplizierte und störanfällige Mechanik aufweist. Dadurch ist eine besonders lange Betriebsdauer und Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers sichergestellt.
Abschließend sei hervorgehoben, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele die beanspruchte Lehre erörtern, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Wärmeübertrager, insbesondere Heizkessel (1), zur kontaktfreien Übertragung der Wärmeenergie eines ersten Fluids, insbesondere Rauchgas, auf ein zweites Fluid, insbesondere ein Wärmeträgerfluid oder Wasser, wobei der Wärmeübertrager periodisch zu reinigende Innenflächen (5) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Wärmeübertragers geometrisch unregelmäßig aufgebaut ist oder in schwer zugängliche Teilbereiche unterteilt ist, und die periodisch zu reinigenden Innenflächen (5) aus Rohren, Rohrschlangen, Rohrkörben (6) oder dergleichen bestehen, und der Wärmeübertrager eine Mehrzahl verschliessbarer Gehäuseöffnungen (2) aufweist, wobei jeder Gehäuseöffnung (2) eine eigene Reinigungsvorrichtung (8) zugeordnet ist, mit der ein ein Reinigungsmedium (20) abgebendes Reinigungsmittel (9) zur Reinigung der Innenflächen (5) in die jeweilige Gehäuseöffnung (2) ein- und ausfahrbar ist, und wobei eine Reinigbarkeit jedes Teilbereichs der Innenfläche (5) des Wärmeübertragers erreicht ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager eine Kasten- oder Zylinderform aufweist und/oder als Stutzen (4) ausgebildete Gehäuseöffnungen (2) aufweist, die ggf. durch anflanschbare Deckel verschließbar sind, und/oder einen abnehmbaren Gehäusedeckel (3) und/oder eine Reinigungsöffnung zur Wartung bzw. zur Stillstandsreinigung aufweist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch rohrförmige wärmeübertragende Innenflächen (5), welche ggf. als zylindrischer Rohrkorb (6) bzw. als mehrlagige, insbesondere konzentrische Rohrkörbe (6) ausgestaltet sind.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Reinigungsvorrichtungen (8) als Reinigungsmittel (9) einen das Reinigungsmedium (20) führenden Schlauch (10) mit einem endseitigen Reinigungskopf (11) mit zumindest einer Abgabeöffnung für das Reinigungsmedium (20) aufweist, insbesondere wobei der Schlauch (10) ein geringes axiales Widerstandsmoment bei gleichzeitig erhöhtem polaren Widerstandsmoment aufweist und/oder der Schlauch (10) aus temperaturbeständigem Stahl, insbesondere als Wellschlauch bzw. als Faltenbalg, ausgebildet ist und ggf. durch das Reinigungsmedium (20) kühlbar ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (10) über eine oberhalb der jeweiligen Gehäuseöffnung (2) angeordnete und ggf. angetriebene Umlenkrolle (12) in die Gehäuseöffnung (2) ein- bzw. ausfahrbar ist, wobei ggf. eine zweite Umlenkrolle (13) vorgesehen ist, über die der Schlauch (10) im Zusammenspiel mit der ersten Umlenkrolle (12) zum Vermeiden einer Verdrillung mäanderartig führbar ist, wobei ggf. der Schlauch (10) durch Heben bzw. Senken der zweiten Umlenkrolle (13) in die jeweilige Gehäuseöffnung (2) ein- bzw. ausfahrbar ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungskopf (11) eine Düse (15) bzw. ein oder mehrere, insbesondere gegenüberliegende Düsenpaare zum Ausbringen des Reinigungsmediums (20) aufweist, wobei ggf. die Düse bzw. die Düsen (15) horizontal bzw. geringfügig nach oben geneigt ausgerichtet sind und/oder der axiale Abstand benachbarter Düsenpaare im Wesentlichen dem Abstand zu reinigender Rohrzwischenräume (7) (Zwickel) entspricht und/oder die Ausrichtung der Düse bzw. der Düsen (15) während des Reinigungsbetriebs verstellbar ist und/oder die Position des Reinigungskopfs (11) innerhalb des Wärmeübertragers während des Reinigungsbetriebs veränderbar ist, insbesondere wobei der Reinigungskopf (11) während des Normalbetriebs des Wärmeübertragers als Verschluss für die jeweilige Gehäuseöffnung (2) verwendbar ist.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Reinigungsvorrichtungen (8) als Reinigungsmittel (9) eine Blaslanze (16) mit zumindest einer Abgabeöffnung für das Reinigungsmedium (20) aufweist, wobei die Blaslanze (16) ggf. vertikal, horizontal oder in schräger Richtung in die jeweilige Gehäuseöffnung (2) ein- und ausfahrbar ist und/oder die Blaslanze (16) aus temperaturbeständigem Stahl gefertigt ist und ggf. durch das Reinigungsmedium (20) kühlbar ist und/oder die Blaslanze (16) endseitig eine axial ausgerichtete Düse (15) und/oder ein oder mehrere, insbesondere gegenüberliegende, im Wesentlichen radial ausgerichtete Düsenpaare zum Ausbringen des Reinigungsmediums (20) aufweist, insbesondere wobei der axiale Abstand benachbarter Düsenpaare im Wesentlichen dem Abstand zu reinigender Rohrzwischenräume (7) (Zwickel) entspricht.
Wärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blaslanze (16) während des Reinigungsbetriebs hin- und herbewegbar ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blaslanze (16) außerhalb des in das Gehäuse eintauchenden Abschnitts abflanschbar ist, und insbesondere die Flanschverbindung (17) während des Normalbetriebs des Wärmeübertragers als Verschluss für die jeweilige Gehäuseöffnung (2) verwendbar ist.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blaslanze (16) einen Anschlag aufweist, der während des Normalbetriebs des Wärmeübertragers als Verschluss für die jeweilige Gehäuseöffnung (2) verwendbar ist.