EP2119997B1 - Verfahren zur Überprüfung einer Klopfvorrichtung - Google Patents

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EP2119997B1
EP2119997B1 EP08008811A EP08008811A EP2119997B1 EP 2119997 B1 EP2119997 B1 EP 2119997B1 EP 08008811 A EP08008811 A EP 08008811A EP 08008811 A EP08008811 A EP 08008811A EP 2119997 B1 EP2119997 B1 EP 2119997B1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
exchanger element
knocking
force
determined
Prior art date
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EP08008811A
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English (en)
French (fr)
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EP2119997A1 (de
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Felix Koller
Erich Vogler
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Hitachi Zosen Innova AG
Original Assignee
Hitachi Zosen Innova AG
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Publication date
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Priority to EP08008811A priority patent/EP2119997B1/de
Priority to JP2009115616A priority patent/JP5505599B2/ja
Priority to US12/464,757 priority patent/US8156819B2/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G7/00—Cleaning by vibration or pressure waves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G15/00—Details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G15/00—Details
    • F28G15/003—Control arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a method for checking a knocking device according to claim 1 and to a device for carrying out the method according to the preamble of claim 7.
  • Conventional waste incinerators usually have at least one boiler in which steam or hot water is generated, which can be used to generate electricity or to heat households. Depending on whether primarily steam or hot water is generated in the boiler, this is also referred to as a steam generator or hot water generator.
  • the pollution or slagging of the heat exchanger elements thus reduces the "travel time" of the boiler (ie the time in which the boiler can drive the highest assured load while maintaining all assured properties, without any maintenance is required) and thus the availability of Waste incineration plant (ie the ratio of the operating time of the plant plus the reserve time at nominal operating time).
  • the surface of the heat exchanger elements is cleaned during operation of the boiler.
  • various methods come into question.
  • the surface of the heat exchanger elements can be cleaned by means of a sootblower, a water spray system, a ball rainwater system or a knocking device.
  • the heat exchanger elements are usually designed as a hanging arranged tube bundle.
  • knocking devices are very suitable.
  • the polluted tube bundles are set in vibration by a pulse, with the adhering to the surface Combustion residues fall off.
  • the impulse is usually given by a knock ram, which is actuated by a mechanically driven hammer or by a pneumatic impact cylinder, depending on the situation.
  • the stroke of the knocking plunger is made on the collector of the tube bundle.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a simple method for checking a knocking device during operation of the boiler.
  • the determination according to A), i. the force required to deflect the heat exchanger element provides information regarding the arrangement of two or more heat exchanger elements to each other, such as whether the heat exchanger element abuts the deflection of one or more other heat exchanger elements and at what distance they are away from each other in the rest position.
  • the force measurement allows conclusions to be drawn about the frictional resistance of the knocking plunger guided through the housing wall or its wear.
  • the evaluation of the data obtained according to the invention can take place by subtraction with respect to reference data determined before the boiler is put into operation.
  • both the force required for the deflection of the heat exchanger element according to A) and the decay behavior of the heat exchanger element according to B) are determined.
  • the force required for the deflection of the heat exchanger element is determined by means of a force sensor.
  • the manner in which the movement of the knocking plunger has to take place in the direction of the deflection of the heat exchanger element is known to the person skilled in the art. It is conceivable, for example, that the knocking plunger is pushed by means of a plunger of a pneumatic lifting cylinder. In such an embodiment, alternatively or in addition to the force sensor, a pressure sensor may be provided which detects the pressure applied to the pressure piston.
  • the lifting cylinder moreover has switches which are intended to be actuated upon reaching a predetermined force or a predetermined pressure in such a way that the lifting cylinder is vented in the shortest time and thus relieved.
  • the movement of the knocking plunger is detected for determining the decay behavior of the heat exchanger element.
  • the knocking plunger is generally held in constant contact with the heat exchanger element, in particular by means of a Feather. This is generally designed in the form of a pressure spring arranged on the tappet.
  • the decay behavior of the heat exchanger element is determined by means of a displacement sensor.
  • the displacement sensor comprises an optical sensor, for example a laser rangefinder.
  • the displacement sensor is usually arranged at a predetermined distance from the wall of the boiler housing and detects the movement of the knocking plunger directly or via a reflection element arranged on the knocking plunger.
  • any other type of displacement sensor known to those skilled in the art, which is suitable for the corresponding purposes, is also conceivable.
  • the force sensor or the displacement sensor is generally associated with a data recording device in which the data obtained are recorded. Starting from the data recording device, the data can be fed to a computer for graphical representation or other evaluation.
  • Fig. 1 the boiler 2 of the waste incineration plant on a boiler housing 4, in the interior of which 6 heat exchanger elements 8 in the form of tube bundles 8a, 8b are arranged hanging, the tubes 10a, 10b at its lower end portion opposite the suspension in a manifold 12a and 12b (also referred to as "collectors") with a substantially horizontal longitudinal axis.
  • a manifold 12a and 12b also referred to as "collectors”
  • collectors also referred to as "collectors”
  • two tube bundles 8a, 8b arranged in series are shown, which each comprise four tubes 10a or 10b opening into the collector 12a, 12b. It is also conceivable, however, any other suitable for the appropriate purpose number of tube bundles and covered by these pipes.
  • the wall 14 of the boiler housing 4 has on its side facing away from the interior 6 a sheath 16 of thermally insulating material. Through the wall 14 of the boiler housing 4, a knocking plunger 18 is passed, which is mounted in a sleeve 20 disposed outside the boiler housing 4 and movable in the direction against the interior 6, wherein in the schematic representation Fig. 1 the longitudinal axis and direction of movement of Knocking plunger 18 is substantially perpendicular to the wall 14 of the boiler housing 4.
  • the frontal region of the knocking plunger 18 forms the so-called arrowhead 19. This is in contact with the collector 12a of a first tube bundle 8a of the two tube bundles 8a, 8b.
  • a spring 22 is associated with the knocking ram 18, which ensures that the arrowhead 19 is pressed against the baffle plate 13a of the collector 12a.
  • a device 24 is arranged according to the present invention. This has a drive in the form of a lifting cylinder 26 and a means of the lifting cylinder 26 in the direction of the knocking ram 18 movable plunger 28.
  • the lifting cylinder 26 is connected to the boiler housing 4 via a support plate 29 with spacers 30 arranged thereon, which on their side facing away from the support plate 29 are also mounted on a connecting plate 32 arranged on the wall 14 of the boiler housing 4.
  • the impact piston 28 is aligned so that its longitudinal axis defining the impact direction coincides with the longitudinal axis of the knocking ram 18.
  • the ram 28 also has a force sensor 34 for continuously determining the force applied to the ram 18 force.
  • the in Fig. 1 shown lifting cylinder 26 is pneumatically operated and has for this purpose a compressed air supply line 36a for the forward movement of the plunger 28 and a compressed air return line 36b for the backward movement of the Shock piston 28 on.
  • the forward or backward movement of the plunger 28 is controlled by a valve.
  • the compressed air supply line 36a is further associated with a pressure sensor 40 for determining the pressure applied to the plunger 28 pressure.
  • the lifting cylinder 26 also has sensors 42a, 42b for determining the position of the plunger 28.
  • the sensors 42a, 42b, a switch is assigned, which is actuated upon reaching a predetermined position of the plunger 28 to the effect that the lifting cylinder 26 is vented and the plunger 28 is moved back.
  • a switch 43 may be provided, which is actuated upon reaching a predetermined pressure or a predetermined force for venting the lifting cylinder 26 or for returning the plunger 28.
  • the device 24 has a displacement sensor 44. This is connected via a connecting element 46 with the support plate 29 and thus arranged at a constant distance from the boiler housing 4.
  • the displacement sensor 44 is in communication with a planar reflection element 47, which is arranged in a region of the knocking plunger 18 located outside the boiler housing 4 and whose plane is in the in FIG Fig. 1 shown representation is substantially perpendicular to the longitudinal axis of the knocking ram 18.
  • Both the force sensor 34 and the pressure sensor 40 and the displacement sensor 44 are connected to a data recording device 48, via which the data are fed into a computer 50 in which they can be evaluated.
  • the tube bundles 8a, 8b are in the rest position.
  • the plunger 28 is pushed over the lifting cylinder 26 in the direction of the knocking plunger 18, which is subsequently moved in the direction towards the interior 6 of the boiler housing 4.
  • the movement of the plunger 28 and the knocking plunger 18 takes place at a speed of about 10 to 100 mm / second.
  • the first tube bundle 8a is deflected. After a certain stroke, the collector 12a of the first tube bundle 8a abuts against the collector 12b of the second tube bundle 8b, which is also deflected in the sequence until it abuts the wall 14 "of the boiler housing 4 opposite the wall 14 'which is penetrated by the knocking ram 18 ,
  • the force required to deflect the tube bundle 8a or 8b into the deflection position as a function of its travel is determined continuously by means of the force sensor 34 assigned to the push piston 28.
  • the lifting cylinder 26 is immediately relieved or vented and the plunger 28 is retracted.
  • the tube bundles 8a, 8b are released, which swing out in the sequence.
  • the standing in contact with the first tube bundle 8a knocking ram 18 is pushed back by this up to a scrubschwingposition.
  • the tappet 18 associated spring 22 ensures that this is held during the entire swinging out in contact with the first tube bundle 8a and its collector 12a.
  • the distance from the reflection element 47 over time is determined by means of the displacement sensor 44.
  • the data obtained are recorded by means of the data recording device 48 and fed to the computer 50 for evaluation.
  • FIG Fig. 2 A schematic representation of the arrangement of two tube bundles 8a, 8b in a vessel 2 with an idealized graphical representation of the force required to deflect the tube bundles 8a, 8b and the decay behavior of the tube bundle 8a in contact with a knocking ram 18 after its release is shown in FIG Fig. 2 shown.
  • the curve section S1 corresponds to the stroke for the deflection of only the first tube bundle 8a of the two tube bundles 8a, 8b.
  • the stroke S2 ends at the point where the second tube bundle 8b abuts the wall 14 of the boiler housing 4. From this point, ie the so-called deflection position, the force curve rises sharply.
  • the tube bundles 8a, 8b are released and their decay behavior determined.
  • a solid line curve corresponds to the damped oscillation of a pendulum and reflects a situation in the interior 6 of the boiler housing 4, in which the first tube bundle 8a and possibly also the second tube bundle 8b can swing freely without abutting or being blocked by further elements . From the vibration of the tube bundle, the damping constant can be determined, which allows conclusions about the mass of the contaminated tube bundle and thus its degree of contamination.
  • FIG. 3 A graphical representation of the data determined according to the invention in another situation is in Fig. 3 shown. It is - as well as for the Fig.s 4 to 8 - The determined according to A of claim 1 power curve in a dashed line and the determined according to B of claim 1 way curve shown in a solid line.
  • Fig. 3 shows how out Fig. 3 it can be seen, at the beginning of the deflection, the increase of the travel curve and the increase in the force curve substantially at the same time, which indicates that the tappet is subjected in the Klopfstössel entry only a small friction and at least the heat exchanger element in contact with the tappet is not jammed ,
  • the path curve shown corresponds to a damped oscillation of a pendulum, which allows the conclusion that the heat exchanger element can swing freely, without being abut on other elements or blocked by them.
  • Fig. 4 shown graph is made at the beginning of the deflection of the increase in the path time-delayed with respect to the increase in the force curve. This indicates that the tappet and / or the heat exchanger element is subjected to strong friction. It is conceivable, for example, that the heat exchanger element is jammed in the wall guide. In addition, the fall of the path curve with respect to the fall of the force curve after the discharge of the lift cylinder is delayed, which supports the above interpretation.
  • the rise of the path curve with respect to the increase in the force curve is strongly delayed, which in turn indicates that the tappet and / or the heat exchanger element is subjected to strong friction.
  • the path curve increases almost exponentially, which suggests a friction-induced bias of the knocking plunger or of the heat exchanger element at the beginning of the stroke. It is conceivable, for example, that the heat exchanger element is initially blocked and suddenly becomes free at a certain force.
  • the heat exchanger element oscillates beyond its initial position during the return swing, which could indicate a jamming of the heat exchanger element at the beginning of the test period.
  • Fig. 7 At the beginning of the deflection, the increase in the force curve and the path curve takes place substantially simultaneously. After the relief of the lifting cylinder, the fall of the travel curve with respect to the fall in the power curve takes place with a time delay. Moreover, the heat exchanger element no longer reaches the rest position after unloading. This can be explained, for example, that the heat exchanger element jammed when deflecting.
  • Fig. 8 takes place - as well as according to the Fig. 4 and 5 -
  • the increase of the path curve with respect to the increase of the force curve is strongly delayed. This in turn indicates that the tappet and / or the heat exchanger element is subjected to strong friction.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung einer Klopfvorrichtung gemäss Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
  • Herkömmliche Müllverbrennungsanlagen weisen in der Regel mindestens einen Kessel auf, in dem Dampf oder Heisswasser erzeugt wird, welcher/s zur Erzeugung von elektrischem Strom oder zum Heizen von Haushalten genutzt werden kann. Je nach dem, ob im Kessel primär Dampf oder Heisswasser erzeugt wird, wird dieser auch als Dampferzeuger bzw. Heisswassererzeuger bezeichnet.
  • Die Dampf- bzw. Heisswassererzeugung findet mittels Wärmetauscherelementen statt, die im Inneren des Kesselgehäuses angeordnet sind. Besagte Wärmetauscherelemente liegen in den sog. Konvektionszügen in der Regel in Form von Rohrbündeln vor (auch als "Harfen" bezeichnet), deren Rohre von Wasser oder Dampf durchströmt sind und in einen Sammler münden. An diesen Rohrbündeln wird Wärme vom heissen Rauchgas auf das Wasser bzw. den Dampf übertragen, welches dadurch erwärmt, verdampft bzw. überhitzt wird. Die Wärmeübertragung erfolgt in solchen Rohrbündeln in erster Linie durch Konvektion.
  • Allerdings wird die Oberfläche dieser Wärmetauscherelemente durch die Ablagerung von im Rauchgas mitgeführter Flugasche stark verschmutzt. Diese Verschmutzung bzw. Verschlackung vermindert die Wärmeübertragung auf das Wasser bzw. den Dampf und führt somit insgesamt zu einer verminderten Effizienz des Kessels.
  • Zudem nimmt durch die durch die Ablagerungen resultierende Verengung des Rauchgasquerschnitts der Druckverlust zu und kann zum vollständigen Zuwachs des Rauchgasquerschnitts führen. Weiter verursachen die dadurch erforderlichen Instandhaltungsmassnahmen hohe Kosten und Umsatzausfälle.
  • Insgesamt vermindert die Verschmutzung bzw. Verschlackung der Wärmetauscherelemente somit die "Reisezeit" des Kessels (d.h. diejenige Zeit, in welcher der Kessel die höchste zugesicherte Last bei Einhaltung aller zugesicherten Eigenschaften fahren kann, ohne dass eine Wartung erforderlich ist) und dadurch auch die Verfügbarkeit der Müllverbrennungsanlage (d.h. das Verhältnis aus der Betriebszeit der Anlage zuzüglich der Reservezeit zur Nominalbetriebszeit).
  • Diesem Problem wird in der Praxis Rechnung getragen, indem die Oberfläche der Wärmetauscherelemente während des Betriebs des Kessels abgereinigt wird. Hierzu kommen verschiedenartige Verfahren in Frage. Beispielsweise kann die Oberfläche der Wärmetauscherelemente mittels eines Russbläsers, einer Wassersprühanlage, einer Kugelregenanlagen oder einer Klopfvorrichtung abgereinigt werden.
  • Bei waagerechten Kesselzügen einer Müllverbrennungsanlage sind die Wärmetauscherelemente in der Regel als hängend angeordnete Rohrbündel ausgebildet. Für die Abreinigung solcher hängender Rohrbündel sind insbesondere Klopfvorrichtungen sehr gut geeignet. Dabei werden die verschmutzten Rohrbündel durch einen Impuls in Schwingung versetzt, wobei die auf der Oberfläche haftenden Verbrennungsrückstände abfallen. Der Impuls wird in der Regel über einen Klopfstössel aufgegeben, der je nach Situation durch einen mechanisch angetriebenen Hammer oder durch einen pneumatischen Schlagzylinder betätigt wird. Im Allgemeinen erfolgt der Schlag des Klopfstössels auf den Sammler des Rohrbündels.
  • Beispiele für Klopfvorrichtungen sind im Stand der Technik beschrieben.
  • So beschreibt etwa die US-A-2007/0267175 eine Klopf-Vorrichtung zur Verminderung des Foulings an Wärmetauschern, welche in Raffinierverfahren in Rohöl verwendet werden, umfassend eine am Wärmetauscher angebrachte und eine Aufschlagsfläche umfassende Basis und einen Stosskörper, welcher Vibrationsenergie erzeugt, die von der Basis auf den Wärmetauscher übertragen wird. Dabei werden Kraft- und Wegsensoren am Wärmetauscherelement verwendet, um den Abreinigungsprozess zu optimieren.
  • Weiter beschreibt etwa die DE 27 10 153 die Verwendung eines als Klopfvorrichtung mit Klopfzylinder ausgebildeten Schwingungserzeugers zur Reinigung der Heizfläche eines Dampferzeugers.
  • Weiter beschreibt DE 198 53 715 eine Klopfvorrichtung zum Abreinigen von Rohrschlangen von Kesselanlagen.
  • Der Reinigungserfolg solcher Klopfvorrichtungen ist dabei von einer Vielzahl an Faktoren abhängig. Nebst der Schlagenergie und der Schlaghäufigkeit sind insbesondere auch das Schwingverhalten und die Aufhängung der Rohrbündel von entscheidender Bedeutung. Vor der Inbetriebnahme des Kessels der Müllverbrennungsanlage wird in der Praxis deshalb überprüft, ob die Klopfstössel der Klopfvorrichtung auf die jeweils gewünschte Stelle auftreffen und die Rohrbündel in gewünschter Weise in Schwingung versetzen.
  • Allerdings unterscheiden sich die Bedingungen vor der Inbetriebnahme des Kessels von denjenigen während des Betriebs, insbesondere hinsichtlich der Betriebstemperatur und des Verschmutzungsgrades, sehr stark. Daraus ergibt sich in der Praxis das Problem, dass selbst bei einer Kontrolle vor der Inbetriebnahme die Funktionstätigkeit der Klopfvorrichtung, d.h. das Aufbringen des gewünschten Impulses auf das Wärmetauscherelement, während des Betriebs oft nicht im vollen Umfang gewährleistet ist. Hierzu kommt eine Vielzahl möglicher Gründe in Frage. Beispielsweise kann die mangelnde Funktionstätigkeit darin begründet sein, dass der Klopfstössel stark abgenutzt oder in der Führung durch die Wand des Kesselgehäuses einer starken Reibung unterworfen ist. Weiter ist etwa denkbar, dass sich das Wärmetauscherelement während des Betriebs verklemmen kann und sich dadurch nicht mehr in seiner Ruheposition vor der Inbetriebnahme befindet, wodurch ein optimales Auftreffen des Klopfstössels auf das Wärmetauscherelemente beeinträchtigt wird usw.
  • Bis anhin sind keine geeigneten Verfahren beschrieben worden, um die Klopfvorrichtung während des Betriebs des Kessels zu überprüfen. Allerdings wäre gerade eine Überprüfung der Klopfvorrichtung während des Betriebs von grossem Nutzen, da nur über eine solche zuverlässige Informationen dazu erhalten werden können, inwiefern die Funktionstätigkeit der Klopfvorrichtung während des Betriebs beeinträchtigt ist und wo genau Wartungsarbeiten vorgenommen werden müssten.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Überprüfung einer Klopfvorrichtung während des Betriebs des Kessels zur Verfügung zu stellen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das Verfahren gemäss Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
  • Gemäss dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Wärmetauscherelement mittels des Klopfstössels aus seiner Ruheposition in eine Auslenkposition ausgelenkt. Dabei wird
    1. A) die zur Auslenkung des Wärmetauscherelements benötigte Kraft bestimmt, in der Regel in Abhängigkeit zu dessen Weg.
      Nachdem das Wärmetauscherelement beim Erreichen der Auslenkposition freigegeben wurde, wird alternativ oder zusätzlich zur Bestimmung gemäss A
    2. B) das Ausschwingverhalten des Wärmetauscherelements bestimmt, d.h. der Weg des Wärmetauscherelements in Abhängigkeit der Zeit.
  • Die Bestimmung gemäss A), d.h. der zur Auslenkung des Wärmetauscherelements benötigten Kraft, liefert beispielsweise Informationen bezüglich der Anordnung von zwei oder mehr Wärmetauscherelementen zueinander, etwa ob das Wärmetauscherelement bei der Auslenkung an ein oder mehrere weitere Wärmetauscherelemente anstösst und in welchem Abstand diese in Ruheposition voneinander entfernt sind. Weiter lässt die Kraftmessung Rückschlüsse auf den Reibungswiderstand des durch die Gehäusewand hindurch geführten Klopfstössels bzw. auf dessen Abnützung zu.
  • Über die Bestimmung gemäss B) kann beispielsweise ermittelt werden, ob es beim Auslenken oder Ausschwingen des Wärmetauscherelements zu einer Verklemmung desselben kommt. Andererseits lässt die über das Ausschwingverhalten bestimmte Dämpfungskonstante Rückschlüsse auf die Masse des verschmutzten Wärmetauscherelements und somit auf dessen Verschmutzungsgrad zu.
  • Die Auswertung der erfindungsgemäss erhaltenen Daten kann über Differenzbildung in Bezug auf vor der Inbetriebnahme des Kessels bestimmte Referenzdaten erfolgen.
  • Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wird sowohl die zur Auslenkung des Wärmetauscherelements benötigte Kraft gemäss A) als auch das Ausschwingverhalten des Wärmetauscherelements gemäss B) bestimmt.
  • Überdies ist bevorzugt, dass die zur Auslenkung des Wärmetauscherelements benötigte Kraft mittels eines Kraftsensors bestimmt wird.
  • Die Art und Weise, wie die Bewegung des Klopfstössels in Richtung zur Auslenkung des Wärmetauscherelements zu erfolgen hat, ist dem Fachmann bekannt. Denkbar ist etwa, dass der Klopfstössels mittels eines Stosskolbens eines pneumatischen Hubzylinders gestossen wird. In einer solchen Ausführungsform kann alternativ oder zusätzlich zum Kraftsensor ein Drucksensor vorgesehen sein, der den auf den Stosskolben beaufschlagten Druck erfasst.
  • In der Regel weist in besagter Ausführungsform der Hubzylinder überdies Schalter auf, die dazu bestimmt sind, dass sie beim Erreichen einer vorgegebenen Kraft bzw. eines vorgegebenen Drucks dahingehend betätigt werden, dass der Hubzylinder in kürzester Zeit entlüftet und somit entlastet wird.
  • Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird für die Bestimmung des Ausschwingverhaltens des Wärmetauscherelements die Bewegung des Klopfstössels erfasst. Dabei wird der Klopfstössel im Allgemeinen in stetiger Anlage zum Wärmetauscherelement gehalten, insbesondere mittels einer Feder. Diese ist im Allgemeinen in Form einer am Klopfstössel angeordneten Druckfeder ausgebildet.
  • Vorzugsweise wird das Ausschwingverhalten des Wärmetauscherelements mittels eines Wegsensors bestimmt. Denkbar ist etwa, dass der Wegsensor einen optischen Sensor, beispielsweise ein Laser-Entfernungsmessgerät, umfasst. Dabei ist der Wegsensor in der Regel in vorgegebenem Abstand von der Wand des Kesselgehäuses angeordnet und erfasst die Bewegung des Klopfstössels direkt oder über ein am Klopfstössel angeordnetes Reflexionselement. Denkbar ist aber auch jede andere dem Fachmann bekannte Art eines Wegsensors, die für die entsprechenden Zwecke geeignet ist.
  • Zudem ist dem Kraftsensor bzw. dem Wegsensor im Allgemeinen ein Datenaufzeichnungsgerät zugeordnet, in welchem die erhaltenen Daten aufgezeichnet werden. Ausgehend vom Datenaufzeichnungsgerät können die Daten zur grafischen Darstellung oder anderweitigen Auswertung in einen Rechner eingespeist werden.
  • Die Erfindung wird anhand der Figuren weiter ausgeführt.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    rein schematisch einen Teil eines Kesselgehäuses mit zwei in dessen Innerem angeordneten Wärmetauscherelementen und eine ausserhalb des Kesselgehäuses angeordnete erfindungsgemässe Vorrichtung zur Überprüfung einer auf das Wärmetauscherelement wirkenden Klopfvorrichtung;
    Fig. 2
    rein schematisch einen Teil eines Kesselgehäuses mit zwei in dessen Innerem angeordneten Wärmetauscherelementen und eine graphische Darstellung der durch das erfindungsgemässe Verfahren bestimmten Daten; und
    Figs. 3 bis 8
    jeweils eine graphische Darstellung von durch das erfindungsgemässe Verfahren bestimmten Daten bei sechs unterschiedlichen Situationen.
  • Gemäss Fig. 1 weist der Kessel 2 der Müllverbrennungsanlage ein Kesselgehäuse 4 auf, in dessen Innerem 6 Wärmetauscherelemente 8 in Form von Rohrbündeln 8a, 8b hängend angeordnet sind, deren Rohre 10a, 10b an ihrem unteren, der Aufhängung gegenüberliegenden Endbereich in ein Sammelrohr 12a bzw. 12b (auch als "Sammler" bezeichnet) mit im Wesentlichen horizontaler Längsachse münden. In der schematischen Darstellung gemäss Fig. 1 sind zwei in Reihe angeordnete Rohrbündel 8a, 8b gezeigt, die jeweils vier in den Sammler 12a, 12b mündende Rohre 10a bzw. 10b umfassen. Denkbar ist aber auch jede andere für die entsprechenden Zwecke geeignete Anzahl an Rohrbündeln und von diesen umfassten Rohren.
  • Die Wand 14 des Kesselgehäuses 4 weist auf ihrer dem Inneren 6 abgewandten Seite eine Ummantelung 16 aus thermisch isolierendem Material auf. Durch die Wand 14 des Kesselgehäuses 4 ist ein Klopfstössel 18 hindurchgeführt, der in einer ausserhalb des Kesselgehäuses 4 angeordneten Hülse 20 gelagert und in Richtung gegen das Innere 6 bewegbar ist, wobei in der schematischen Darstellung gemäss Fig. 1 die Längsachse und Bewegungsrichtung des Klopfstössels 18 im Wesentlichen rechtwinklig zur Wand 14 des Kesselgehäuses 4 steht.
  • Der stirnseitige Bereich des Klopfstössels 18 bildet die sogenannte Pfeilspitze 19. Diese liegt in Anlage mit dem Sammler 12a eines ersten Rohrbündels 8a der beiden Rohrbündel 8a, 8b. Dabei ist dem Klopfstössel 18 eine Feder 22 zugeordnet, die gewährleistet, dass die Pfeilspitze 19 an der Prallplatte 13a des Sammlers 12a angepresst wird.
  • Ausserhalb des Kesselgehäuses 4 ist eine Vorrichtung 24 gemäss der vorliegenden Erfindung angeordnet. Diese weist einen Antrieb in Form eines Hubzylinders 26 und einen mittels des Hubzylinders 26 in Richtung des Klopfstössels 18 bewegbaren Stosskolben 28 auf.
  • Der Hubzylinder 26 ist über eine Trägerplatte 29 mit daran angeordneten Abstandshaltern 30, die an ihrer der Trägerplatte 29 abgewandten Seite zudem an einer an der Wand 14 des Kesselgehäuses 4 angeordneten Verbindungsplatte 32 montiert sind, mit dem Kesselgehäuse 4 verbunden.
  • Der Stosskolben 28 ist so ausgerichtet, dass seine die Stossrichtung definierende Längsachse mit der Längsachse des Klopfstössels 18 zusammenfällt. Der Stosskolben 28 weist überdies einen Kraftsensor 34 zur kontinuierlichen Bestimmung der auf den Klopfstössel 18 ausgeübten Kraft auf.
  • Der in Fig. 1 gezeigte Hubzylinder 26 wird pneumatisch betrieben und weist hierzu eine Druckluftzuleitung 36a für die Vorwärtsbewegung des Stosskolbens 28 und eine Druckluftrückleitung 36b für die Rückwärtsbewegung des Stosskolbens 28 auf. Die Vor- bzw. Rückwärtsbewegung des Stosskolbens 28 wird dabei über ein Ventil gesteuert. Der Druckluftzuleitung 36a ist weiter ein Drucksensor 40 zur Bestimmung des auf den Stosskolben 28 beaufschlagten Drucks zugeordnet.
  • Der Hubzylinder 26 weist überdies Sensoren 42a, 42b zur Bestimmung der Lage des Stosskolbens 28 auf. Den Sensoren 42a, 42b ist ein Schalter zugeordnet, welcher beim Erreichen einer vorgegebenen Lage des Stosskolbens 28 dahingehend betätigt wird, dass der Hubzylinder 26 entlüftet und der Stosskolben 28 zurückgefahren wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein Schalter 43 vorgesehen sein, welcher bei Erreichen eines vorgegebenen Drucks bzw. einer vorgegebenen Kraft zur Entlüftung des Hubzylinders 26 bzw. zum Zurückfahren des Stosskolbens 28 betätigt wird.
  • Überdies weist die Vorrichtung 24 einen Wegsensor 44 auf. Dieser ist über ein Verbindungselement 46 mit der Trägerplatte 29 verbunden und somit in konstantem Abstand vom Kesselgehäuse 4 angeordnet. Der Wegsensor 44 steht in Kommunikation zu einem flächigen Reflexionselement 47, das in einem ausserhalb des Kesselgehäuses 4 liegenden Bereich des Klopfstössels 18 angeordnet ist und dessen Ebene in der in Fig. 1 gezeigten Darstellung im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse des Klopfstössels 18 steht.
  • Sowohl der Kraftsensor 34 als auch der Drucksensor 40 und der Wegsensor 44 sind mit einem Datenaufzeichnungsgerät 48 verbunden, über welchen die Daten in einen Rechner 50 eingespeist werden, in dem diese ausgewertet werden können.
  • Gemäss der in Fig. 1 gezeigten Darstellung befinden sich die Rohrbündel 8a, 8b in Ruheposition. Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Stosskolben 28 über den Hubzylinder 26 in Richtung des Klopfstössels 18 gestossen, welcher in der Folge in Richtung gegen das Innere 6 des Kesselgehäuses 4 bewegt wird. Die Bewegung des Stosskolbens 28 bzw. des Klopfstössels 18 erfolgt dabei mit einer Geschwindigkeit von ca. 10 bis 100 mm/Sekunde.
  • Durch die Bewegung des Klopfstössels 18 wird das erste Rohrbündel 8a ausgelenkt. Nach einem gewissen Hub stösst der Sammler 12a des ersten Rohrbündel 8a an den Sammler 12b des zweiten Rohrbündels 8b an, welches in der Folge auch ausgelenkt wird, bis es an der der vom Klopfstössel 18 durchgriffenen Wand 14' gegenüberliegenden Wand 14" des Kesselgehäuses 4 anstösst.
  • Die zur Auslenkung des Rohrbündels 8a bzw. 8b in die Auslenkposition benötigte Kraft in Abhängigkeit zu dessen Weg wird mittels des dem Stosskolben 28 zugeordneten Kraftsensors 34 kontinuierlich bestimmt.
  • Sobald die Auslenkposition erreicht wird, wird der Hubzylinder 26 sofort entlastet bzw. entlüftet und der Stosskolben 28 zurückgezogen. Dadurch werden die Rohrbündel 8a, 8b freigegeben, die in der Folge ausschwingen. Der in Anlage mit dem ersten Rohrbündel 8a stehende Klopfstössel 18 wird durch dieses bis zu einer Rückschwingposition zurückgestossen. Die dem Klopfstössel 18 zugeordnete Feder 22 gewährleistet, dass dieser während des gesamten Ausschwingens in Anlage am ersten Rohrbündel 8a bzw. dessen Sammler 12a gehalten wird.
  • Somit ist es möglich, das Ausschwingverhalten des Rohrbündels 8a über die Bewegung des Klopfstössels 18 zu erfassen. Dazu wird mittels des Wegsensors 44 dessen Distanz vom Reflexionselement 47 über die Zeit bestimmt.
  • Die erhaltenen Daten werden mittels des Datenaufzeichnungsgeräts 48 aufgenommen und zur Auswertung in den Rechner 50 eingespeist.
  • Eine schematische Darstellung der Anordnung zweier Rohrbündel 8a, 8b in einem Kessel 2 mit einer idealisierten graphischen Darstellung der zur Auslenkung der Rohrbündel 8a, 8b benötigten Kraft und des Ausschwingverhaltens des sich in Anlage mit einem Klopfstössel 18 befindenden Rohrbündels 8a nach dessen Freigabe ist in Fig. 2 gezeigt.
  • Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist die in gestrichelter Linie gezeigte Kraftkurve einen stufenförmig zunehmenden Verlauf auf. Dabei entspricht der Kurvenabschnitt S1 dem Hub zur Auslenkung lediglich des ersten Rohrbündels 8a der beiden Rohrbündel 8a, 8b. An dem Punkt, an dem das erste Rohrbündel 8a an das zweite Rohrbündel 8b anstösst, nimmt die aufzuwendende Kraft zu. Dieser Punkt markiert den Anfang des Kurvenabschnitts S2, der demjenigen Hub entspricht, bei dem zusätzlich zum ersten Rohrbündel 8a auch das zweite Rohrbündel 8b ausgelenkt wird. Der Hub S2 endet an dem Punkt, an dem das zweite Rohrbündel 8b an die Wand 14 des Kesselgehäuses 4 anstösst. Ab diesem Punkt, d.h. der sogenannten Auslenkposition, steigt die Kraftkurve stark an. Unmittelbar nach der Detektion der Auslenkposition werden die Rohrbündel 8a, 8b freigegeben und deren Ausschwingverhalten bestimmt.
  • Die in Fig. 2 in durchgezogener Linie gezeigte Wegkurve entspricht der gedämpften Schwingung eines Pendels und widerspiegelt eine Situation im Inneren 6 des Kesselgehäuses 4, in der das erste Rohrbündel 8a und eventuell auch das zweite Rohrbündel 8b frei ausschwingen kann, ohne an weiteren Elementen anzustossen oder von diesen blockiert zu werden. Aus der Schwingung der Rohrbündel kann die Dämpfungskonstante bestimmt werden, was Rückschlüsse auf die Masse des verschmutzten Rohrbündels und somit auf dessen Verschmutzungsgrad erlaubt.
  • Eine graphische Darstellung der bei einer weiteren Situation erfindungsgemäss bestimmten Daten ist in Fig. 3 gezeigt. Dabei ist - wie auch für die Fig.s 4 bis 8 - die gemäss A des Anspruchs 1 bestimmte Kraftkurve in gestrichelter Linie und die gemäss B des Anspruchs 1 bestimmte Wegkurve in durchgezogener Linie dargestellt.
  • Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, verlaufen zu Beginn der Auslenkung der Anstieg der Wegkurve und der Anstieg der Kraftkurve im Wesentlichen zeitgleich, was darauf hindeutet, dass der Klopfstössel in der Klopfstösselführung nur einer geringen Reibung unterworfen ist und mindestens das sich in Anlage am Klopfstössel befindende Wärmetauscherelement nicht verklemmt ist. Die in Fig. 3 gezeigte Wegkurve entspricht einer gedämpften Schwingung eines Pendels, was den Schluss zulässt, dass das Wärmetauscherelement frei ausschwingen kann, ohne an weiteren Elementen anzustossen oder von diesen blockiert zu werden.
  • Gemäss der in Fig. 4 gezeigten graphischen Darstellung erfolgt zu Beginn der Auslenkung der Anstieg der Wegkurve bezüglich des Anstiegs der Kraftkurve zeitverzögert. Dies deutet darauf hin, dass der Klopfstössel und/oder das Wärmetauscherelement einer starken Reibung unterworfen ist. Denkbar ist beispielsweise, dass das Wärmetauscherelement in der Wandführung verklemmt ist. Zudem erfolgt der Abfall der Wegkurve bezüglich des Abfalls der Kraftkurve nach der Entlastung des Hubzylinders zeitverzögert, was die obige Interpretation stützt.
  • Gemäss der in Fig. 5 gezeigten Darstellung erfolgt der Anstieg der Wegkurve bezüglich des Anstiegs der Kraftkurve stark zeitverzögert, was wiederum darauf hindeutet, dass der Klopfstössel und/oder das Wärmetauscherelement einer starken Reibung unterworfen ist. Bei im Wesentlichen linearer Zunahme der Kraft nimmt die Wegkurve nahezu exponentiell zu, was auf eine reibungsbedingte Vorspannung des Klopfstössels bzw. des Wärmetauscherelements zu Beginn des Hubs schliessen lässt. Denkbar ist etwa, dass das Wärmetauscherelement anfänglich blockiert ist und bei einer bestimmten Kraft plötzlich frei wird. Wie in Fig. 4 erfolgt auch in Fig. 5 der Abfall der Wegkurve bezüglich des Abfalls der Kraftkurve nach der Entlastung des Hubzylinders zeitverzögert. Überdies schwingt das Wärmetauscherelement beim Rückschwingen über seine anfängliche Position hinaus, was auf ein Verklemmen des Wärmetauscherelements zu Beginn der Versuchszeit hindeuten könnte.
  • In Fig. 6 ist für eine weitere Situation lediglich das erfindungsgemäss bestimmte Ausschwingverhalten des Wärmetauscherelements wiedergegeben. Gemäss Fig. 6 liegen die ersten drei Wellentäler der Schwingungskurve im Wesentlichen gleich tief, während die Wellenspitzen gemäss einer gedämpften Schwingung abnehmen. Dies deutet darauf hin, dass das Wärmetauscherelement näher an der vom Klopfstössel durchgriffenen Wand als der dieser gegenüberliegenden Wand angeordnet ist und beim Ausschwingen an ersterer anstösst.
  • Gemäss Fig. 7 erfolgt zu Beginn der Auslenkung die Zunahme der Kraftkurve und der Wegkurve im Wesentlichen zeitgleich. Nach der Entlastung des Hubzylinders erfolgt der Abfall der Wegkurve bezüglich des Abfalls der Kraftkurve zeitverzögert. Überdies erreicht das Wärmetauscherelement die Ruheposition nach dem Entlasten nicht mehr. Dies kann etwa damit erklärt werden, dass sich das Wärmetauscherelement beim Auslenken verklemmt.
  • Gemäss Fig. 8 erfolgt - wie etwa auch gemäss der Fig.s 4 und 5 - der Anstieg der Wegkurve bezüglich des Anstiegs der Kraftkurve stark zeitverzögert. Dies deutet wiederum darauf hin, dass der Klopfstössel und/oder das Wärmetauscherelement einer starken Reibung unterworfen ist.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Überprüfung einer Klopfvorrichtung, die für die Reinigung der Oberfläche eines im Inneren (6) eines Kesselgehäuses (4) einer Müllverbrennungsanlage angeordneten Wärmetauscherelementes (8) bestimmt ist und die einen durch die Wand (14) des Kesselgehäuses (4) hindurchgeführten, in Richtung gegen das Innere (6) bewegbaren Klopfstössel (18) aufweist, wobei das Wärmetauscherelement (8) mittels des Klopfstössels (18) aus seiner Ruheposition in eine Auslenkposition ausgelenkt wird und
    A) die zur Auslenkung des Wärmetauscherelements (8) benötigte Kraft und/oder
    B) das Ausschwingverhalten des nach dem Auslenken freigegebenen Wärmetauscherelements (8) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sowohl die zur Auslenkung des Wärmetauscherelements (8) benötigte Kraft gemäss A) als auch das Ausschwingverhalten des Wärmetauscherelements gemäss B) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zur Auslenkung des Wärmetauscherelements (8) benötigte Kraft mittels eines Kraftsensors (34) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Bestimmung des Ausschwingverhaltens des Wärmetauscherelements (8) die Bewegung des Klopfstössels (18) erfasst wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Klopfstössel (18) in Anlage am Wärmetauscherelement (8) gehalten wird, insbesondere mittels einer Feder (22).
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausschwingverhalten des Wärmetauscherelements (8) mittels eines Wegsensors (44) bestimmt wird.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Antrieb (26) zur Bewegung des Klopfstössels (18) in Richtung gegen das Innere (6) des Kesselgehäuses (4), gekennzeichnet durch
    a) einen Kraftsensor (34) zur Bestimmung der zur Auslenkung des Wärmetauscherelements (8) benötigten Kraft und/oder
    b) Mittel zur Freigabe des Wärmetauscherelements (8) bei Erreichen der Auslenkposition sowie einen Wegsensor (44) zur Bestimmung des Ausschwingverhaltens des freigegebenen Wärmetauscherelements (8).
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel, um den Klopfstössel (18) in Anlage am Wärmetauscherelement (8) zu halten, insbesondere eine Feder (22).
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor (44) einen optischen Distanzsensor aufweist, vorzugsweise ein Laser-Entfernungsmessgerät.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kraftsensor (34) bzw. dem Wegsensor (44) ein Datenaufzeichnungsgerät (48) zugeordnet ist.
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