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Title:
METHOD FOR REMOVING DEPOSITS IN COMBUSTION CHAMBERS OF THERMAL INSTALLATIONS DURING OPERATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/086206
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for removing deposits or adhered matter in thermal energy installations during operation or during the cooling phase by invoking destructive mechanical stresses in the material bond of the deposits or adhered matter, whereby the mechanical stresses are produced by the increase in volume of vaporizing liquids.

Inventors:
RIEDEL ERIK (DE)
POPPE KLAUS (DE)
HAMMERSCHMIDT WERNER (DE)
WILKE WINFRIED (DE)
Application Number:
PCT/DE2001/001623
Publication Date:
November 15, 2001
Filing Date:
April 27, 2001
Export Citation:
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Assignee:
RIEDEL ERIK (DE)
POPPE KLAUS (DE)
HAMMERSCHMIDT WERNER (DE)
WILKE WINFRIED (DE)
International Classes:
F23J3/02; F27D25/00; F28G13/00; (IPC1-7): F23J3/02; F22B37/48; F27D23/02; F28G13/00
Domestic Patent References:
WO1996038704A11996-12-05
Foreign References:
US2825923A1958-03-11
EP0874196A21998-10-28
US2394760A1946-02-12
Attorney, Agent or Firm:
Riedel, Erik (Parkstrasse 12B Haan, DE)
Riedel, Erik (Parkstrasse 12B Haan, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Beseitigung von Ablagerungen oder Anhaftungen in thermischen Energieanlagen während des laufenden Betriebes oder während der Abkühlpha se durch zerstörende mechanische Spannungen im Materialverband der Ablage rungen oder Anhaftungen, wobei die mechanischen Spannungen mittels der Vo lumenzunahme verdampfender Flüssigkeiten erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit im flüssigen oder festen Ag gregatzustand vor der Verdampfung in den Materialverband der Ablagerungen oder Anhaftungen injiziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der zur Injektion notwendige Impuls durch eine genügend hohe Geschwindigkeit der Flüssigkeit beim Auftreffen erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die genügend hohe Geschwindigkeit der Flüssigkeit mittels einer Düse erzeugt wird, durch die Flüssigkeit aus einem unter Druck stehenden Volumen in die freie Atmosphäre ausströmen kann.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrahl erzeugt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein diskontinuierlicher Flüssigkeitsstrahl er zeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Flüssigkeit in einem umfänglich geschlos senen Hohiprofil mittels Volumenverdrängung auf die genügend hohe Geschwin digkeit beschleunigt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Flüssigkeit im festen Aggregatzustand in einem umfänglich geschlossenen Hohiprofil mittels Volumenverdrängung auf die genügend hohe Geschwindigkeit beschleunigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Flüssigkeit in einem umfänglich geschlos senen Hohlprofil mittels der Kraftwirkung eines oder mehrerer elektrischer Felder auf die genügend hohe Geschwindigkeit beschleunigt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Flüssigkeit im festen Aggregatzustand in einem umfänglich geschlossenen Hohlprofil mittels der Kraftwirkung eines oder mehrerer elektrischer Felder auf die genügend hohe Geschwindigkeit beschieu nigt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Flüssigkeit in einem umfänglich geschlos senen Hohiprofil mittels der Kraftwirkung eines oder mehrerer magnetischer Fel der auf die genügend hohe Geschwindigkeit beschleunigt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Flüssigkeit im festen Aggregatzustand in einem umfänglich geschlossenen Hohlprofil mittels der Kraftwirkung eines oder mehrerer magnetischer Felder auf die genügend hohe Geschwindigkeit be schleunigt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der zur Injektion notwendige Impuls durch Konzentration des Flüssigkeitsmassestroms auf eine genügend kleine Auftreff fläche erzeugt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Flüssigkeitsmassestrom mittels einer Düse auf ein genügend kleines Flächensegment konzentriert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei mittels einer räumlichen Anordnung mehre rer Düsen mehrere Flüssigkeitsmassenströme gleichzeitig auf ein genügend klei nes Flächensegment konzentriert werden.
16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei mittels eines Hohiprofils der Stoffmasse strom im flüssigen oder festen Aggregatzustand auf ein genügend kleines Flä chensegment gerichtet ist.
17. Verfahren nach Anspruch 13, wobei mittels einer räumlichen Anordnung mehre rer Hohlprofile mehrere Stoffmasseströme im flüssigen oder festen Aggregatzu stand gleichzeitig auf ein genügend kleines Flächensegment gerichtet sind.
18. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 17, wobei die zur Flüssigkeitsinjektion notwendigen Vorrichtungen auf einem Systemträger montiert sind, der mittels Bewegungsoder Manipulatorsystemen in thermischen Energieanlagen während des laufenden Betriebes oder während der Abkühiphase frei positioniert werden kann.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die zur Flüssigkeitsinjektion notwendigen Vorrichtungen, der Systemträger und das Bewegungsoder Manipulatorsystem mittels eines Versorgungssystems innerhalb der thermischen Energieanlage von außen mit Energie, Stoffen und Signalen versorgt werden und Signale nach aus sen senden.
20. Verfahren nach den Ansprüchen 18 und 19, wobei alle Vorrichtungen und Sys teme mittels einer Isolierung, die zwischen der Oberfläche der Vorrichtungen und Systeme und der Atmosphäre im inneren der thermischen Energieanlage ange ordnet ist, vor den Einwirkungen der Verbrennungsprozesse geschützt sind.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die thermische Wirkung der Isolierung mit tels Verdampfung einer Flüssigkeit und der dadurch entstehenden Dampfschicht hergestellt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20, wobei wobei die Schutzwirkung der Isolierung vor abrasiv wirkenden Partikeln mittels eines Flüssigkeitsfilms an der Isolationsober fläche hergestellt wird.
23. Verfahren nach den Ansprüchen 21 und 22, wobei die Isolierung eine innere flüssigkeitsdichte Begrenzungsschicht aufweist, die den Übertritt der Kühlflüssig keit in das Innere der Isolierung verhindert.
24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die innere Begrenzungsschicht mechanisch starr ausgeführt ist.
25. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die innere Begrenzungsschicht mechanisch flexibel ausgeführt ist.
26. Verfahren nach den Ansprüchen 21 und 22, wobei die Isolierung eine Verteil und Drosselschicht aufweist, die zur gleichmäßigen Kühiflüssigkeitsverteilung ü ber die gesamte Isolationsfläche und zu einem relativ zur Lage der Kühlflüssig keitseinspeisung unabhängigen, gleichmäßigen Volumenstrom der Kühiflüssig keit in die Verdampfungsschicht dient.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Verteilund Drosselschicht mechanisch starr ausgeführt ist.
28. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Verteilund Drosseischicht mechanisch flexibel ausgeführt ist.
29. Verfahren nach den Ansprüchen 26 bis 28, wobei die Verteilund Drosselschicht in zwei verschiedene funktionelle Vorrichtungen aufgeteilt ist, von denen die eine die Verteilund die andere die Drosselfunktion übernimmt.
30. Verfahren nach den Ansprüchen 21 und 22, wobei die Isolierung eine Verdamp fungsschicht aufweist, in oder auf der die Kühlflüssigkeit verdampft.
31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Verdampfungsschicht mit einem saugfä higen Material mit einer hohen spezifischen Oberfläche gekennzeichnet ist.
32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Verdampfungsschicht als Schüttung kleiner keramischer, metallischer, mineralischer oder gläserner Körper ausges taltet ist.
33. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Verdampfungsschicht als Flies kerami scher, metallischer, mineralischer, gläserne oder Kohlenstoffasern ausgestaltet ist.
34. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Verdampfungsschicht als poröser Sin terkörper keramischer, oxidischer, metallischer, mineralischer oder gläserne Pulver ausgestaltet ist.
35. Verfahren nach den Ansprüchen 32 bis 34, wobei die Verdampfungsschicht mit tels Geweben oder Netzen aus metallischen, mineralischen, gläserne, kerami schen oder Kohlenstoffasern mechanisch an der Isolierungsoberfläche fixiert ist.
36. Verfahren nach den Ansprüchen 21 und 22, wobei die Isolierung eine äußere dampfund flüssigkeitsdurchlässige Begrenzungsschicht aufweist, die die Isolat on vor mechanischen Schäden, die von Kontakten mit den Ablagerungen und Anhaftungen in der thermischen Energieanlage verursacht werden, schützt und die die Verdampfungsschicht an der Isolierungsoberfläche fixiert.
37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei die äußere Begrenzungsschicht mechanisch starr ausgeführt ist.
38. Verfahren nach Anspruch 36, wobei die äußere Begrenzungsschicht mechanisch flexibel ausgeführt ist.
Description:
VERFAHREN ZUR ABLAGERUNGSBESEITIGUNG IN BRENNRAUMEN THERMISCHER ANLAGEN WAHREND DES LAUFENDEN BETRIEBS Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von Ablagerungen oder Anhaf- tungen in Anlagen, die mit gasförmigen, flüssigen oder festen Brennstoffen betrieben werden und in denen thermische Energie freigesetzt wird. Im folgenden werden die- se Anlagen als thermische Energieanlagen bezeichnet. Es handelt sich dabei bei- spielsweise um Kessel in Kraftwerken, Kessel in Heizwerken, Müliverbrennungsan- lagen, Öfen, Kohlevergaser, Holzvergaser, Stahlkonvertern oder Reaktoren.

In thermischen Energieanlagen bilden sich im Betrieb häufig Ablagerungen oder An- haftungen (z. B. Aschen, Schlacken, Ruß) an Konstruktionsbauteilen (z. B. Wärme- tauschern, Kesselwänden, Rohrkrümmern, Rücksaugschächte, Aschetrichter). Diese Ablagerungen oder Anhaftungen (im folgenden Ablagerungen genannt) verschlech- tern zum einen den Wärmeübergang vom Verbrennungsort zum Trägermedium der abzuführenden Wärme derart, daß der Wirkungsgrad der thermischen Energie- wandlung bereits nach relativ kurzer Betriebsdauer sinkt. Zum anderen können diese Ablagerungen dazu führen, dass die Strömungs-und Druckverhältnisse, für die die thermische Energieanlage ausgelegt ist, drastisch verschlechtert werden und somit die Betriebsfähigkeit der Anlage eingeschränkt oder nicht mehr gegeben ist. Aus diesen Gründen müssen die Ablagerungen in regelmäßigen Abständen beseitigt werden. Zur Zeit geschieht dies im wesentlichen durch eine sehr arbeits-und zeit- aufwendige, manuelle Reinigung während eines mehrwöchigen Revisionsstillstandes der Anlage. Dieser Aufwand kann wesentlich verringert werden, wenn heiße Ablage- rungen während des laufenden Anlagenbetriebs oder während der Abkühlung der Anlage mittels Flüssigkeitsinjektion beseitigt werden können.

Es ist bekannt, daß derartige Ablagerungen unter Einsatz chemischer Sprengstoffe zur Erzeugung von Druckwellen gelockert werden können (Swanekamp, R. ; Use of explosives for boiler deslagging gains acceptance ; Power 140 (1996) 3, S. 49-51).

Allerdings ist der Transport, die Lagerung und der Einsatz dieser Stoffe durch höchste Anforderungen an den Schutz der Allgemeinheit, an den Schutz der Anla- gen und an die Arbeitssicherheit gekennzeichnet, die dieses Verfahren sehr aufwen- dig machen (SprengG, 1. SprengV, 2. SprengV, SprengLR, GBefGG). Beispielswei- se dürfen von Sprengmeistern ohne besondere Zulassung chemische Sprengstoffe nur bei Temperaturen unter 70 °C eingesetzt werden. Da die Sprengstoffe im laufen- den Anlagenbetrieb nicht verdämmt in die Ablagerungen eingebracht werden kön- nen, bauen sich im Materialverbund der meist mineralischen Ablagerungen in der

Regel nur Druckspannungen auf, die den Materialverbund im Vergleich mit Zug- spannungen erst mit wesentlich größeren Energieeinträgen zerstören können. Daher ist die Anwendung von chemischen Sprengstoffen im laufenden Anlagenbetrieb nur sehr begrenzt und nur mit einem erheblichen Aufwand möglich.

Weiterhin ist bekannt, dass in Kesseln mittels sogenannter Ruß-, Dampf-oder Was- serbläser Ruß-und Ascheablagerungen während des laufenden Anlagenbetriebs beseitigt werden können. (Mayr, F. [Hrsg.] : Handbuch der Kesselbetriebstechnik, Gräfeling, 6. Aufl. 1994). Grundgedanke dieser Verfahren ist es, die Ablagerungen durch die äußere Impulswirkung von Druckluft-, Dampf-oder Wasserstrahlen von den Kesseleinbauten"abzublasen"bzw"abzuspülen". Diesen Verfahren ist eigen, dass das Blasmedium eine lange Strecke, typischerweise mehrere Meter, im Brenn- raum der Anlage zurücklegen muß, bevor es auf die Asche-oder Rußablagerung trifft. Diese Bläserverfahren sind allerdings nicht geeignet, feste Ablagerungen (z. B.

Schlacken) von Konstruktionsbauteilen wirksam zu beseitigen, da sie im Materialver- bund der Ablagerungen nur relativ schwache Scher-und Druckspannungen aufbau- en können, die die feste Struktur der Schlackeablagerungen in der Regel nicht zer- stören können. Darüber hinaus führt dieses Verfahren wegen der großen benötigten Druckluft-, Dampf-oder Wassermengen, die in den Brennraum eingeführt werden, zu einer starken Beeinträchtigung des thermodynamischen Prozesses, so daß sich in der Regel große Wirkungsgradverluste einstellen. Weiterhin besteht bei diesem Verfahren wegen der großen Sprühwinkel die Gefahr, dass die zu reinigenden Kon- struktionsbauteile der thermischen Energieanlage durch das Auftreffen des ver- gleichsweise kalten Mediums lokal stark abgekühlt werden und durch diesen Ther- moschock beschädigt werden.

Insbesondere in den Bereichen von thermischen Energieanlagen ohne Wärmetau- schereinbauten wie zum Beispiel Rücksaugschächte werden Wasserstrahlen einge- setzt, um mittels Thermoschocks Ablagerungen abplatzen zu lassen. Diese Verfah- ren entsprechen in ihrer Wirkungsweise den Bläserverfahren (Hein, K. R. G. : Rauch- gasseitige Probleme bei der Verfeuerung niedrigkalorischer Kohlen, Internationale VGB-Konferenz"Verschlackungen, Verschmutzungen und Korrosionen in Wärme- kraftwerken", Essen 29.02.-02.03.84, S. 22-49). Das Verfahren hat den Nachteil, dass auch die Bauteile der thermischen Energieanlagen durch die Thermoschocks hoch belastet und deshalb leicht beschädigt werden können.

In DE 19852217 ist ein Verfahren beschrieben, mit dem sich prinzipiell auch wäh- rend des laufenden Betriebs Ablagerungen in thermischen Energieanlagen entfernen lassen. Dieses Verfahren nutzt mit elektrischen Hochleistungspulsen ein völlig ande- res physikalisches Prinzip als die Erfindung und benötigt eine elektrische Hochspan- nungsquelle.

In DE 19723389 ist ein Verfahren beschrieben, mit dem der rauchgasseitige Innen- raum einer befeuerten Kesselanlage mittels Bestrahlung durch Feststoffteilchen ge- reinigt wird. Dieses Verfahren nutzt die abrasive Wirkung von Festkörpern. Das Ver- fahren hat den Nachteil, dass die Konstruktionsbauteile der thermischen Energiean- lagen durch die abrasive Wirkung geschädigt werden können und Abfallstoffe zu- rückbleiben, die aus dem Brennraum mit hohem technischen Aufwand abgeführt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Abla- gerungen in thermischen Energieanlagen von Konstruktionsbauteilen im laufenden Anlagenbetrieb mittels Flüssigkeiten beseitigt werden können.

Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren, bei dem eine Flüssigkeit insbesondere während des laufenden Betriebes einer thermischen Energieanlage mittels eines, vorzugsweise automatisch wirkenden Manipulatorsys- tems mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit auf die Oberfläche der heißen Ab- lagerung gezielt auftrifft und über Materialinhomogenitäten in den Materialverbund der Ablagerungen injiziert wird. Dabei kann es sich zum einen um vorhandene Inho- mogenitäten in der Ablagerungsoberfläche, zum Beispiel Risse oder Lunker, han- deln. Zum anderen kann die aus der Technik des Wasserstrahischneidens bekannte abrasive Wirkung von schnellen Flüssigkeitsströmungen die Materialinhomogenität in der Ablagerungsfläche erzeugen, so dass Flüssigkeit in den Materialverbund injiziert werden kann.

Im Materialverbund der heißen Ablagerung verdampft die Flüssigkeit daraufhin spontan unter extremer Volumenzunahme, wobei die nachströmende Flüssigkeit auch verhindert, dass der Dampf über die Materialinhomogenität entweicht, und so- mit als eine aus der Sprengtechnik bekannte Dämmung wirkt. Hierdurch werden in der Ablagerung neben Druckstößen und Druckwellen insbesondere hohe mechani- sche Zugspannungen erzeugt, die den Materialverbund der Ablagerung mit einem relativ geringen Energieeintrag zerstören und somit die Ablagerung von den Kon- struktionsbauteilen der thermischen Energieanlagen beseitigen.

Die Flüssigkeit kann nur dann in die Ablagerung eindringen, wenn sie gezielt mit ei- nem genügend hohen Impuls auf die Oberfläche der Ablagerung auftrifft. Da der Im- puls physikalisch das Masse/Geschwindigkeits-Produkt der Flüssigkeitsmasseteil- chen darstellt, müssen die Masseteilchen eine genügend hohe Auftreffgeschwindig- keit auf die Oberfläche der Ablagerung und eine genügend hohe Konzentration auf ein kleines Oberflächensegment der Ablagerung aufweisen.

Die Masseteilchen der Flüssigkeit können mit zwei physikalisch unterschiedlich wirk- samen Prinzipen auf die erforderliche Geschwindigkeit beschleunigt werden : a) Ein Flüssigkeitsvolumen wird unter Druck gesetzt und strömt durch eine Düse in die freie Atmosphäre. Hierbei werden die Flüssigkeitsmasseteilchen auf eine ho- he Geschwindigkeit beschleunigt. Hierbei kann einerseits mittels eines größeren Druckspeichers und eines Ventils ein kontinuierlicher Hochgeschwindigkeitsflüs- sigkeitsstrahl erzeugt werden. Andererseits läßt sich hierbei auch ein Flüssig- keitsteilvolumen mittels Volumenverdrängung z. B. durch einen Kolben oder ein expandierendes Gasvolumen vor der Düse unter den erforderlichen Druck set- zen, so dass ein diskontinuierlicher Hochgeschwindigkeitsstrahl entsteht. b) Ein Flüssigkeitsteilvolumen wird in einem einseitig offenen und umfänglich ge- schlossenen Hohiprofil, vorzugsweise in einem Rohr, auf die erforderliche Ge- schwindigkeit beschleunigt. Dies kann mittels Volumenverdrängung beispiels- weise durch ein explosionsartig expandierendes Gasvolumen oder durch einen Kolben, mittels Beschleunigung durch ein elektrisches Feld oder mittels Be- schleunigung durch ein magnetisches Feld bewerkstelligt werden.

Alternativ zu Flüssigkeiten können auch Stoffe oder Stoffgemische im festen Aggre- gatzustand als Eis mittels hoher Impulse in die Ablagerungen injiziert werden. Die festen Stoff wirken in diesem Fall als Projektil. Hierzu können beispielsweise Was- ser, Alkohole oder Kohlendioxid verwendet werden. In den genügend heißen Abla- gerungen nehmen diese Stoffe den gasförmigen Aggregatzustand sehr schnell an, so dass die extreme Volumenzunahme die zur Ablagerungsbeseitigung nötigen Spannungen im Materialverbund der Ablagerungen erzeugt. Diese festen Stoffe können in einem umfänglich geschlossenen Hohiprofil, z. B. ein Rohr, auf die erfor- derliche Geschwindigkeit beschleunigt werden. Dies kann mittels Volumenverdrän- gung beispielsweise durch ein explosionsartig expandierendes Gasvolumen oder durch einen Kolben, mittels Beschleunigung durch ein elektrisches Feld oder mittels Beschleunigung durch ein magnetisches Feld bewerkstelligt werden.

Die für den Injektionsimpuls erforderliche Massenkonzentration des auf der Ablage- rungsoberfläche auftreffenden Flüssigkeitsstroms kann mit unterschiedlichen techni- schen Lösungen erreicht werden : 1. Der Flüssigkeitsstrom wird mittels einer Düse mit geeigneter Geometrie auf ein kleines Flächensegment der Ablagerungsoberfläche fokussiert.

2. Mittels einer geeigneten räumlichen Anordnung mehrerer Düsen werden mehre- re Flüssigkeitsströme gleichzeitig auf ein kleines Flächensegment der Ablage- rungsoberfläche fokussiert.

3. Der Flüssigkeitsstrom oder ein Stoff im festen Aggregatzustand wird mittels ei- nes Hohlprofils auf die Ablagerungsoberfläche gerichtet.

4. Mittels einer geeigneten räumlichen Anordnung mehrerer Hohlprofile werden mehrere Flüssigkeitsströme oder Projektile aus Stoffen im festen Aggregatzu- stand gleichzeitig auf ein kleines Flächensegment der Ablagerungsoberfläche gelenkt.

Das Verfahrensziel, Ablagerungen mit geringen Flüssigkeitsmengen zu beseitigen, und die zur Injektion nötige physikalischen Randbedingung eines hohen Auftreffim- pulses der Flüssigkeit auf die Ablagerungsoberfläche lassen sich technisch mit ei- nem vertretbaren Aufwand nur unter der Bedingung zusammen erfüllen, dass der Flüssigkeitsstrom eine möglichst kurze Distanz im Brennraum der thermischen Ener- gieanlage frei zurücklegen muß. Weiterhin reagieren in thermischen Energieanlagen die meist metallischen Konstruktionsbauteile sehr empfindlich auf eine plötzliche lo- kale Abkühlung durch Flüssigkeiten. Daher ist es zwingend erforderlich, die Injektio- nen in die Ablagerungen so gesteuert einzubringen, dass die Injektionsvorrichtung möglichst dicht an die Ablagerungen herangeführt wird und dass keine Konstrukti- onsbauteile durch die Injektionsflüssigkeit gefährdet werden. Diese Aufgabe kann mit bekannten Teleoperator-, Roboter-oder Manipulationssystemen gelöst werden, mit- tels derer die Ablagerungen vorzugsweise automatisch beseitigt werden und die zweckmäßigerweise mit Sensorsystemen zur On-line-Kontrolle des Reinigungspro- zesses ausgestattet sind. Für diese On-line-Prozesskontrolle bieten sich vorzugs- weise bildgebende Systeme an. Die Injektionsvorrichtung und das Manipulatorsys- tem werden in der thermischen Energieanlage mittels einer Versorgungseinrichtung mit der erforderlichen Flüssigkeitsmenge, mit Energie und mit Signalen von außen versorgt. Alle genannten Einrichtungen müssen allerdings unter äußerst widrigen Umgebungsbedingungen im Brennraum einer im Betrieb befindlichen thermischen Energieanlage sicher funktionieren. Zu den wichtigsten Einflüssen gehören hierbei insbesondere die hohe Temperatur, die korrosiv wirkenden Bestandteile der Atmo- sphäre und die abrasiv wirkenden Partikel in der atmosphärischen Strömung inner- halb der thermischen Energieanlage. Folglich muß die gesamte Vorrichtung zur Flüssigkeitsinjektion mit dem Manipulatorsystem und der Versorgungseinrichtung für Flüssigkeit, Energie und Signale gegen die schädigenden Einflüsse isoliert sein.

Die Lösung dieses Problems stellt eine Schutzisolierung dar, die auf dem Verdampf- ungsprinzip beruht und die zu schützenden Vorrichtungen allseitig umhüllt. Hiermit

stellt sich auf der Innenseite der Isolierung eine Temperatur ein, die der Temperatur der ständig zugeführten Kühlflüssigkeit entspricht. Als Kühlflüssigkeit bietet sich vor- zugsweise Wasser an. Die Kühlflüssigkeit verdampft an der Außenseite der Isolie- rung, entzieht damit der Isolierung Wärme und erzeugt zusätzlich einen kontinuierli- chen Dampfstrom, der von der Isolierung wegströmt. Damit werden korrosive Atmo- sphärenbestandteile und die meisten abrasiv wirkenden Partikel von der Isolierung ferngehalten. In den Bereichen einer thermischen Energieanlage, in denen hohe Partikeldichten oder hohe Strömungsgeschwindigkeiten der partikelbeladenen Brenngase vorherrschen, wie zum Beispiel in Brennern oder Rücksaugschächten, wird der flächenspezifische Mengenstrom der Kühiflüssigkeit, der aus der Isolierung heraustritt, derart erhöht, dass sich auf der Aussenseite der Isolierung ein Flüssig- keitsfilm bildet. Dieser Film bremst die Partikel ab und verstärkt damit die Schutzwir- kung der Isolierung vor abrasiv wirkenden Partikeln. Die Isolierung schützt die iso- lierten Bauteile der Positioniersysteme, der Versorgungseinrichtung und der Injekti- onsvorrichtung sicher vor den widrigen Umgebungsbedingungen in der thermischen Energieanlage, so dass diese beispielsweise unter den Standardauslegungsbedin- gungen der verwendeten, handelsüblichen Serienbauteile betrieben werden können.

Die Isolierung besteht prinzipiell aus fünf Schichten, die zusammen die Isolationswir- kung in der Verbrennungszone thermischer Energieanlagen bewirken. In der techni- schen Ausgestaltung kann eine einzelne Vorrichtung die Funktion mehrerer Schich- ten übernehmen. Die Isolierung besteht vom isolierten Raum aus betrachtet aus der inneren Begrenzungsschicht, aus der Wasserverteilungsschicht, aus der Drossel- schicht, aus der Verdampfungsschicht und aus der äußeren Begrenzungsschicht.

Die Schichten lassen sich wie folgt beschreiben : I) Die innere Begrenzungsschicht dichtet die Isolierung zum isolierten Innenraum ab und besteht aus einem flüssigkeitsdichten Material. Sie schützt das Innere der Isolierung vor den Wirkungen des Kühlwassers und nimmt dessen Tempe- ratur an. Weiterhin dient diese Schicht zur mechanischen Stabilisierung des Iso- liersystems. Abhängig vom Einsatzzweck bieten sich für die innere Begren- zungsschicht verschiedene Materialien an : (1) Bei einer mechanisch starren Isolierung besteht die innere Begrenzungs- schicht vorzugsweise aus einem Metallblech.

(2) Bei einer flexiblen Isolierung besteht die innere Begrenzungsschicht vor- zugsweise aus Folien, die zum besseren Temperaturausgleich gut wärme- leitend sind.

II) Die Wasserverteilungsschicht besteht aus einem Spalt, der zum einen von der inneren Begrenzungsschicht und zum anderen von der Drosselschicht begrenzt wird. Diese Schicht dient zur gleichmäßigen Verteilung des Kühlwassers über die

gesamte Isolationsfläche. Das Kühlwasser wird in diese Schicht von außen mit dem nötigen Druck hineingepumpt.

III) Die Drosselschicht besteht aus einem flüssigkeitsdichten Material und ist da- durch gekennzeichnet, dass sie mittels einer geeigneten Perforierung über die gesamte Fläche der Isolierung eine gleichmäßige Dosierung des Kühlwassers sicherstellt. In dieser Drosselschicht stellt sich ein ortsabhängiger Druckverlust ein, der dafür sorgt, dass ein relativ zur Lage der Kühlwassereinspeisung unab- hängiger, gleichmäßiger Kühlwasservolumenstrom in die Verdampfungszone eintritt. Darüber hinaus dient diese Schicht auch der mechanischen Stabilisie- rung der Isolierung. Abhängig vom Einsatzzweck ist sie verschieden ausgestal- tet : (1) Bei einer mechanisch starren Isolierung besteht die Drosselschicht vorzugs- weise aus einem perforierten Metallblech oder einer starren permeablen Membran.

(2) Bei einer flexiblen Isolierung besteht die Drosselschicht vorzugsweise aus perforierten Folien, permeablen Membranen oder aus Geweben.

IV) Die Verdampfungsschicht besteht aus temperaturbeständigen, hochporösen Material, das zum einen durch seine Saugfähigkeit und zum anderen durch sei- ne spezifische Oberfläche charakterisiert ist. Die Saugfähigkeit bestimmt die gleichmäßige Verteilung des Kühlwassers in der Verdampfungsschicht und stellt damit die über die Isolationsoberfläche gleichmäßige Verdampfung des Kühl- wassers sicher. Durch die spezifische Oberfläche des porösen Materials wird er- reicht, dass die Kühiflüssigkeitsverdampfung als Oberflächenverdampfung statt- findet und das Material schont. Die Verdampfungsschicht kann als Schüttung kleiner keramischer, gläserner, metallischer oder mineralischer Körper oder als Flies ausgestaltet sein. Als Grundmaterial des Flieses können Fasern aus Glas, Metall, Kohlenstoff, Mineralien oder Keramik dienen.

V) Die äußere Begrenzungsschicht besteht aus wärmeleitfähigen Material und stellt den mechanischen Schutz der darunterliegenden Schichten vor Schäden durch Außeneinwirkungen dar. So leitet diese Schicht bei Kontakt mit den Ablagerun- gen die Wärme ab und verhindert damit schädigende Temperaturüberhöhungen.

Weiterhin stabilisiert diese Schicht die poröse Verdampfungsschicht. Abhängig vom Einsatzzweck ist sie verschieden ausgestaltet : (1) Bei einer mechanisch starren Isolierung besteht die äußere Begrenzungs- schicht vorzugsweise aus einem gelochten Metallblech.

(2) Bei einer flexiblen Isolierung besteht die äußere Begrenzungsschicht vor- zugsweise aus Geweben oder Netzen beispielsweise aus Metall, Kohlen- stofffasern, Mineralfasern oder Keramikfasern.