EP2087281B1 - Verfahren und vorrichtung zur abschlämmung von sich auf einem rohrboden ablagernden feststoffen - Google Patents

Description

• Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Abschlämmung von sich insbesondere auf einem Rohrboden eines Vertikalabhitzekessels mit einer Vielzahl von Wärmetauscherrohren ablagernden Feststoffen mit Hilfe des eingesetzten Kühlwassers sowie auf einen in einem solchen Vertikal-Abhitzekessel eingesetzten Rohrboden.
• Neben konstruktiven Besonderheiten von vertikalen Wärmetauschern bzw. Abhitzekesseln liegt ein weiteres Problem darin, sich auf den Rohrböden ablagernde Feststoffe aus dem System zu entfernen, um mit den Ablagerungen verbundene Schäden, etwa durch Korrosion oder dgl. zur verhindern.
• Die US 3 913 531 A oder die CA 994 622 A1 sowie die EP 0 132 112 A2 zeigen jede auf andere Art Lösungen für das Problem der Schlammbeseitigung auf einem Rohrboden, um z.B. Korrosionsschäden zu vermeiden, wie dies die US 3 913 531 A zeigt, sowie alternative Lösungen zur radial einwärts erzeugten Zwangsströmung mittels der Anordnung von Wassereintrittsöffnungen im Innenhemd ( CA 994 622 A1 ). Die EP 0 132 112 A2 zeigt dazu noch eine permanent montierte Reinigungsanordnung mit schräg ausgrerichteten Düsen, welche auf dem Rohrboden angeordnet wird.
• Bei horizontalen Kesseln erfolgt die Abschlämmung in der Regel am Boden der angeschlossenen Dampftrommel, eventuell mit einer zusätzlichen Abschlämmmöglichkeit über die Mantelentleerung des Kessel selbst.
• Bei stehenden Abhitzekesseln erfolgt die Abschlämmung über Stutzen in Rohrbodennähe, bei dem sogenannten Springbrunnendesign über ein zentrales Abschlämmrohr im Zentrum des Rohrbündels nahe der Rohrbodenoberfläche. Bei konventioneller U-Rohrbodenaufteilung lassen sich Abschlämmungen ohne Verlust einer ganzen Rohrreihe nicht im Zentrum des Kessels, sondern nur am Rande der rohrfreien Gasse zwischen den beiden Rohrgängen anordnen.
• Betrachtet man den Wasserumlauf im vertikalen Kessel, so ist klar, dass die Strömung immer von außen in den heißen Bereich des Rohrbündels erfolgt, in dem aufgrund der Dampfproduktion der Auftrieb am größten ist. Beim Springbrunnendesign ist dies der Mittelpunkt des Kessels, bei dem konventionellen U-Bündel-Design in etwa der Flächenschwerpunkt der heißen Hälfte.
• Aus der Erfahrung von Schäden aufgrund der Ablagerungen auf der Rohrbodenoberseite ist bekannt, dass der natürliche Wasserumlauf einen hervorragenden Transportmechanismus für Feststoffe im Kessel darstellt, die über eine Abschlämmung aus dem Kessel ausgeschleust werden müssen, um Schäden zu vermeiden.
• Eine weitere Einflussgröße bei Kesselschäden stellen Aufkonzentrationen von Verunreinigungen im Kesselspeisewasser dar, die sich in Zonen hoher Dampfproduktion einstellen. Daher konzentrieren sich Kesselschäden immer auf die heißen Schenkel des Rohrbündels während die kalten Schenkel ungeschädigt bleiben. Ein optimiertes Design für einen vertikalen Kessel muss also alle diese Faktoren berücksichtigen und optimieren.
• Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe darin besteht, eine optimale Entfernung von Ablagerungen auf Rohrböden bei vertikal ausgerichteten Kesseln zu ermöglichen.
• Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass durch eine Vielzahl von im Winkel zur Vertikalen angeordneten, im Rohrboden eingebrachten Kühlbohrungen eine Zwangsströmung des Kühlwassers im Bereich der Rohrbodenoberfläche bewirkt wird.
• Mit der Erfindung wird erreicht, dass eine vorbestimmbare Abschlämmströmung über dem Rohrboden bewirkt werden kann, was zu konstruktiver Vereinfachung führt bei gleichzeitiger optimaler Reinigungswirkung.
• Weitere Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Dabei ist insbesondere erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zwangsströmung von außen zu einem Abfluss aufweisenden Rohrbodenzentrum bewirkt wird.
• Diese Vorgehensweise macht es möglich, im Zentrum des Rohrbodens einen Abfluss vorzusehen und damit die ohnehin vorhandene Strömung zu nutzen, um den Austrag von Verunreinigungen im Zentrum des Rohrbodens zu ermöglichen.
• Vorteilhaft kann es auch sein, wenn bei einer Wechselfeldberohrung wenigstens zwei berohrungsfreie Radialgassen von außen zum Zentrum des Rohrbodens vorgesehen sind, wobei in den Gassen durch die im Winkel angestellten Kühlwasserbohrungen eine Zwangsströmung von außen zum Rohrboden-Zentrum bewirkt wird.
• Die von außen nach innen gerichtete Zwangsströmung durch Radialgassen führt bereits zu sehr guten Ergebnissen der Ablagerungsentfernung.
• Um eine gewisse Optimierung der Reinigungswirkung zu erreichen, kann auch vorgesehen sein, dass zwischen den Wärmetauscherrohren aufgrund der geneigten Kühlwasserbohrungen im Rohrboden dort eine quer zu der Radialgassenströmung ausgebildete Zwangsströmung ausgebildet wird. Das heißt, aus den Berohrungsflächen wird eine Strömung in die Radialgassen bewirkt und von dort die Verunreinigungen in das Zentrum des Rohrbodens und über den Ablauf aus dem System entfernt.
• Die Erfindung sieht in weiteren Ausgestaltungen auch vor, dass bei vier radialen berohrungsfreien Gassen die je Berohrungsquadrant ausgebildete Querströmung zwischen den Wärmetauscherrohren hälftig zu der einen angrenzenden Gasse und hälftig zu der anderen angrenzenden Gasse gebildet wird.
• Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung besteht bei einem Verfahren nach der Erfindung, welches einen Abhitzekessel mit einem den Berohrungsbereich außen auf Abstand zur Kesselwand umgebenden Innenhemdblech mit Kühlwasseröffnungen im Bereich des Rohrbodens einsetzt, darin, dass das Innenhemd im Bereich der berohrungsfreien Radialgassen ohne Kühlwasserzuströmöffnungen derart ausgerüstet ist, dass durch die dem Mittenbereich der Berohrungsquadranten zugeordneten Kühlwassereintrittsöffnungen die zum Zentrum gerichtete Zwangsströmung verstärkt wird.
• Durch diese Maßnahme wird der Zulauf des Kühlwassers, das zwischen Innenhemd und Außenwand des Vertikalabhitzekessels strömt, genutzt, um die Reinigungswirkung zu erhöhen.
• Zur Lösung der eingangs bezeichneten Aufgabe sieht die Erfindung auch einen Rohrboden, insbesondere eines Vertikalabhitzekessels mit Wechselfeldberohrung innerhalb eines die Berohrung umgebenden Innenhemdes auf Abstand zum Kesselmantel vor, der sich dadurch auszeichnet, dass neben Bohrungen für die Steig- und Fallrohre im Rohrboden eine Vielzahl von im Winkel zur Vertikalen geneigte Kühlbohrungen im Rohrbogen vorgesehen sind.
• Ausgestaltungen des Rohrbodens ergeben sich aus den weiteren, den Rohrboden betreffenden Unteransprüchen, wobei vorgesehen sein kann, dass der Rohrboden im Zentrum mit einem Abfluss zum Entfernen von weggespülten Ablagerungen bzw. Schlämmen versehen ist.
• Vorteilhaft kann es sein, wenn zwischen wenigstens zwei Feldern von Rohrbündeln radial von außen nach innen ausgerichtete steig- und fallrohrfreie Gassen vorgesehen sind, mit Kühlbohrungen im Rohrboden zur Erzeugung einer Kühlmittelzwangsströmung von außen ins Innere des Abhitzekessels im Bereich des Rohrbodens, wie dies die Erfindung ebenfalls in Ausgestaltung vorsieht.
• Als zweckmäßig hat sich auch erwiesen, wenn die den Steig- bzw. Fallrohren zugeordneten Kühlbohrungen im Rohrboden eine von der Vertikalen abweichende Winkelstellung aufweisen, wobei die Projektion der Kühlbohrungen in die Rohrbodenebene senkrecht zur nächstliegenden Radialgasse ausgerichtet ist und/oder dass bei durch vier Radialgassen gebildeten Berohrungsquadranten je die Hälfte der Kühlbohrungen eines Quadranten der benachbarten Radialgasse zugeordnet ist.
• Die oben erwähnte zusätzliche Nutzung der Strömungen durch einen Naturumlauf trägt einer Ausgestaltung der Erfindung auch dadurch Rechnung, dass das die Steig- und Fallrohre umgebende Innenhemd nur im Mittelbereich eines jeden Berohrungsquadranten mit bodennahen Kühlwassereinströmöffnungen ausgerüstet ist.
• Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigt in

Fig. 1

eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Vertikalabhitzekessels,

Fig. 2

eine Teilansicht eines Rohrbodens in vereinfachter Darstellung,

Fig. 3

die Aufsicht auf einen Rohrboden mit einem Anordnungsschema von Horizontalbohrungen sowie in

Fig. 4

in gleicher Ansicht wie Fig. 3 eine Aufsicht auf den Rohrboden mit angedeuteter Spülströmung.

• Ein allgemein mit 1 bezeichneter Vertikalabhitzekessel nach Fig. 1 weist neben den Wärmetauscherrohren 2 einen allgemein mit 3 bezeichneten Rohrboden auf, der gespeist über Horizontalbohrungen 4, Kühlbohrungen 5 aufweist.
• In Fig. 1 ist auch angedeutet, dass auf Abstand zur Kesselaußenwand 6 ein die Steig- und Fallrohre 2 umgebendes sogenanntes Innenhemd 7 vorgesehen ist, wobei das Innenhemd 7 im Bereich des Rohrbodens Kühlwassereintrittsöffnungen 8 aufweist, durch die das im Mantelraum zwischen Kesselaußenwand 6 und Innenhemd 7 nach unten strömende Kühlwasser in den inneren Berohrungsbereich eintreten kann.
• Fig. 2 zeigt einen Teil-Querschnitt durch einen Rohrboden 3. Dabei weist der Rohrboden 3 im Zentrum einen Abfluss 9 auf, durch den Verunreinigungen ausgespült werden können.
• Zur Erzeugung einer Zwangsströmung von außen zum Zentrum des Rohrbodens und damit zum Abfluss 9, sind die über Horizontalbohrungen 4 beaufschlagten Kühlbohrungen 5 erfindungsgemäß aus der Vertikalen im Winkel geneigt, was in Fig. 2 angedeutet ist.
• In der Aufsichtzeichnung der Fig. 3 ist angedeutet, dass zwischen den Steig- und Fallrohren vier radial ausgebildete berohrungsfreie Gassen, in Fig. 4 mit 10 bezeichnet, ausgebildet sind, so dass sich Berohrungsquadrante, durch 11 in Fig. 3 angedeutet, ausbilden.
• Wie sich ebenfalls aus Fig. 3 ergibt, sind die Horizontalbohrungen in jeweils einer Hälfte eines Quadranten 11 in einer zur benachbarten Gasse 10a bzw. 10b parallelen Weise angeordnet, und zwar je hälftig um 90°C versetzt. So ist in Fig. 3 die eine Richtung der Horizontalbohrungen mit 4a bezeichnet, diejenigen der anderen Richtung mit 4b. Schließen sich an diese Horizontalbohrungen die schräggestellten Kühlwasserbohrungen in der Weise an, dass die Schrägstellung in Richtung auf die jeweils nächstliegende berohrungsfreie Gasse 10 ausgerichtet ist, ergeben sich jeweils Querströmungen, dargestellt durch kleine Pfeile 12 in Fig. 4, wobei die Strömungen in den berohrungsfreien Radialgassen 10 mit kleinen Pfeilen 13 angedeutet sind.
• Zur Verstärkung des Spüleffektes können die Kühlwassereintrittsöffnungen 8 im Innenhemd 7 so vorgesehen sein, dass sie den Mittelbereich eines jeden Quadranten beaufschlagen. Dieser Bereich ist in Fig. 4 mit Doppelpfeilen 14 angedeutet, so dass sich durch das einströmende Kühlwasser eine Zusatzströmung ergibt, die mit Pfeilen 15 in Fig. 4 angedeutet ist.
• Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung vielfältig abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So können die die Steig- und Fallrohre umgebenden Kühlbohrungen nicht nur in der hier beschriebenen Weise geneigt im Rohrbogen eingebracht sein, sie können auch von innen nach außen abweichende Schrägstellungen derart aufweisen, dass sich eine Art Spiralströmung von außen nach innen ergibt u. dgl. mehr.

Claims (12)

1. Verfahren zur Abschlämmung von sich insbesondere auf einem Rohrboden eines Vertikalabhitzekessels mit einer Vielzahl von Wärmetauscherrohren ablagernden Feststoffen mit Hilfe des eingesetzten Kühlwassers,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass durch eine Vielzahl von im Winkel zur Vertikalen angeordneten, im Rohrboden eingebrachten Kühlbohrungen eine Zwangsströmung des Kühlwassers im Bereich der Rohrbodenoberfläche bewirkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass die Zwangsströmung von außen zu einen Abfluss aufweisenden Rohrbodenzentrum bewirkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass bei einem Vertikalabhitzekessel mit einer Wechselfeldberohrung wenigstens zwei berohrungsfreie Radialgassen von außen zum Zentrum des Rohrbodens vorgesehen sind, wobei in den Gassen durch die im Winkel angestellten Kühlwasserbohrungen eine Zwangsströmung von außen zum Rohrbodenzentrum bewirkt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass zwischen den Wärmetauscherrohren aufgrund der geneigten Kühlwasserbohrungen im Rohrboden dort eine quer zu der Radialgassenströmung ausgebildete Zwangsströmung ausgebildet wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass bei vier radialen berohrungsfreien Gassen die je Berohrungsquadrant ausgebildete Querströmung zwischen den Wärmetauscherrohren hälftig zu der einen angrenzenden Gasse und hälftig zu der anderen angrenzenden Gasse gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche bei einem Abhitzekessel mit einem den Berohrungsbereich außen auf Abstand zur Kesselaußenwand umgebenden Innenhemdblech mit Kühlwassereintrittsöffnungen im Bereich des Rohrbodens,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass das Innenhemd im Bereich der berohrungsfreien Radialgassen ohne Kühlwasserzuströmöffnungen derart ausgerüstet ist, dass durch die dem Mittenbereich der Berohrungsquadranten zugeordneten Kühlwassereintrittsöffnungen die zum Zentrum gerichtete Zwangsströmung verstärkt wird.
7. Rohrboden (3), insbesondere eines Vertikalabhitzkessels mit Wechselfeldberohrung innerhalb eines die Berohrung umgebenden Innenhemdes auf Abstand zum Kesselmantel,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass neben Bohrungen für die Steig- und Fallrohre (2) im Rohrboden (3) eine Vielzahl von im Winkel zur Vertikalen geneigte Kühlbohrungen (5) vorgesehen sind.
8. Rohrboden nach Anspruch 7,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass der Rohrboden (3) im Zentrum mit einem Abfluss (9) zum Entfernen von weggespülten Ablagerungen bzw. Schlämmen versehen ist.
9. Rohrboden nach Anspruch 7 oder 8,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass zwischen wenigstens zwei Berohrungs-Feldern radial von außen nach innen ausgerichtete steigund fallrohrfreie Gassen (10) vorgesehen sind mit Kühlbohrungen (5) im Rohrboden (3) zur Erzeugung einer Kühlmittelzwangsströmung von außen ins Innere des Abhitzekessels (1) im Bereich des Rohrbodens (3).
10. Rohrboden nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die den Wärmetauscher rohren (2) zugeordneten Kühlbohrungen (5) im Rohrboden eine von der Vertikalen abweichende Winkelstellung aufweisen, wobei die Projektion der Kühlbohrungen (5) in die Rohrbodenebene senkrecht zur nächstliegenden Radialgasse (10) ausgerichtet ist.
11. Rohrboden nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei durch vier Radialgassen (10) gebildeten Berohrungsquadranten (11) je die Hälfte der Kühlbohrungen (4a, 4b) eines Quadranten der benachbarten Radialgasse (10) zugeordnet ist.
12. Rohrboden nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das die Wärmetauscher rohre umgebende Innenhemd (7) nur im Mittelbereich (14) eines jeden Berohrungsquadranten (11) mit bodennahen Kühlwassereinströmöffnungen (8) ausgerüstet ist.

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