Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Kesselanlage mit Rußblä¬ sern

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kesselanlage, wobei die Wärmetauscherflächen des Kessels in Zeitabstän- den durch einzeln oder gruppenweise aktivierbare Rußbläser von Ablage¬ rungen befreit werden, sowie eine zugehörige Vorrichtung.

Kesselanlagen, insbesondere die großer konventioneller Kraftwerksblöcke unterliegen in Abhängigkeit von dem verwendeten Brennstoff einer mehr oder weniger starken Verschmutzung. Besonders in Kohlekraftwerken, aber auch bei mit anderen Brennstoffen, z. B. Abfall, betriebenen Kraft¬ werken, setzen sich Ablagerungen auf den Wärmetauscherflächen der Kesselanlage ab, verschlechtern die Wärmeübertragung und führen so zu einem verringerten Wirkungsgrad der Gesamtanlage.

Zur Beherrschung dieses Problems ist es seit langem bekannt, sogenannte Rußbläser einzusetzen, welche je nach Anwendungsfall mit Wasser, Wasserdampf, einem Gas (Luft, Inertgas etc.) betrieben werden. Das jeweils verwendete Reinigungsmedium wird aus einer oder mehreren Düsen auf die Wärmetauscherflächen gespritzt und reinigt diese von Ablagerungen. Die Reinigungsvorgänge werden nicht kontinuierlich, sondern in zeitlichen Abständen durchgeführt, wobei große Kraftwerks¬ anlagen eine Vielzahl von einzelnen Rußbläsern aufweisen, die im all¬ gemeinen gruppenweise nacheinander aktiviert werden.

In einer Kesselanlage können auch gleichzeitig unterschiedliche Typen von Rußbläsern zum Einsatz kommen. Aus der DE-PS 22 45 702 und der DE-PS 23 07 311 sind Rußbläser und Verfahren zu ihrem Betrieb bekannt, mit denen Ablagerungen an den Kesselwänden und Rohrwärme- tauschern im Inneren einer Kesselanlage abgelöst werden können. Diese Rußbläser werden als Lanzen in das Innere des Kessels eingefahren und ihre Düsen nach bestimmten Vorgaben entlang der zu reinigenden Wärmetauscherflächen bewegt. Bei derartigen Rußbläsern gibt es ver¬ schiedene Arten der Bewegung, insbesondere Kombinationen von Trans- lation und Rotation.

Im eigentlichen Brennraumbereich, in dem die Wärmetauscherflächen im allgemeinen gleichzeitig die Wände bilden, werden häufig sogenannte Wasserlanzenbläser eingesetzt, die beispielsweise in der DD 281 468 A5 beschrieben sind. Mit solchen beweglichen Wasserlanzen wird von einer Seite des Kessels aus die gegenüberliegende Wand durch Bewegen des Wasserstrahls gereinigt.

Es sind auch Rußbläser mit einer Vielzahl von über die Lanzenlänge verteilten Blasöffnungen bekannt, die im Kessel verbleiben und beim Rußblasen translatorische Bewegungen mit nur geringen Bewegungsweiten und evtl. einer überlagerten Rotation ausführen.

Bei den bekannten Vorichtungen werden die geometrischen Gegebenhei- ten bei der Wahl der Reinigungsparameter im allgemeinen dahingehend berücksichtigt, daß die Reinigungsintensität pro Flächeneinheit der zu reinigenden Fläche konstant bleibt. Die Translation bzw. Rotation haben daher nicht unbedingt konstante Werte während eines Blasvorganges, sondern sind in ihrem Verlauf an Abstand und Winkel des Rußbläsers zur zu reinigenden Fläche angepaßt.

Da der Reinigungsvorgang selbst den Wirkungsgrad der Kesselanlage durch das Einblasen des Reinigungsmediums verschlechtert und außerdem die Bereitstellung des Reinigungsmediums erhebliche Kosten verursacht, insbesondere bei der Reinigung mit Wasserdampf, und zusätzlich natür- lieh die Rußbläser selbst einem Verschleiß unterliegen, wird seit langem angestrebt, nicht häufiger als unbedingt nötig die Rußbläser zu aktivieren. Hinzu kommt noch, daß übermäßiges Reinigen von Wärmetauscherflächen zu Erosion führen kann, so daß die Komponenten selbst geschädigt werden und sich ihre Lebensdauer verringert. Dementsprechend sind viele unterschiedliche Versuche zur Optimierung des Einsatzes von Rußbläsern gemacht worden, indem die Intervalle zwischen dem Aktivieren von einzelnen Rußbläsergruppen durch Kosten/Nutzen-Überlegungen festgelegt wurden. Solche Optimierungsverfahren sind beispielsweise in der EP 0 137 709 Bl und der EP 0 132 135 Bl beschrieben.

Trotz vielfältiger Bemühungen, die Reinigungsintervalle und andere Reinigungsparameter optimal einzustellen, ist es bisher nicht gelungen, ein weitgehend automatisch arbeitendes und die wichtigsten Faktoren berücksichtigendes Verfahren zur optimalen Steuerung von Rußbläsern zu finden. Der Grund liegt einerseits darin, daß jeder Rußbläser einen größeren Bereich, z. B. ein ganzes Rohrbündel, reinigen muß, so daß schon in diesem Bereich ungleichmäßige Reinigungswirkungen auftreten. Nahe am Rußbläser angeordnete Rohre werden schon durch Erosion geschädigt, wenn die Reinigungswirkung bei weiter entfernt liegenden Rohren noch nicht ausreicht. Außerdem war eine Überprüfung der jeweils angewendeten Reinigungskonzepte im allgemeinen nur bei Stil¬ stand der Anlage durch Inspektion möglich, so daß das Auftreten von Erosion und/oder das Auftreten von nicht entfernten Ablagerungen im Reinigungsbereich erst nach langer Zeit festgestellt und das Reiniguπgs- konzept entsprechend angepaßt werden konnte. Schließlich hängt es auch

von den Vorgaben bei einem Reinigungskonzept ab, ob überhaupt ein wirtschaftlich optimaler Einsatz erreicht werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Ver- fahrens zum Betrieb einer Kesselanlage mit Rußbläsern, welches mög¬ lichst schonend, aber trotzdem effektiv reinigt. Insbesondere soll das Verfahren über lange Betriebszeiträume möglichst nah an einem optima¬ len Einsatz bleiben, wobei es bevorzugt selbstlernend auf geänderte Bedingungen reagieren soll. Auch die Schaffung einer entsprechenden Vorrichtung ist Aufgabe der Erfindung.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen ein Verfahren nach dem Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach dem Anspruch 18. Vorteilhafte Ausgestaltun¬ gen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß von der bisher herr¬ schenden Reinigungsphilosophie abgewichen wird, daß bei jeder Aktivie¬ rung der Rußbläser als Ziel die maximal mögliche Reinigung der Wär¬ metauscherflächen vorgegeben wird. Dieses Ziel führt nämlich automa- tisch dazu, daß zumindest ein Teil der gereinigten Flächen mehr als notwendig gereinigt wird und dadurch Erosionsschäden entstehen können. Außerdem ist der Einsatz an Reinigungsmedium, insbesondere Reini¬ gungsdampf, höher als bei einer gezielten schwächeren Reinigung. Des¬ halb sieht die vorliegende Erfindung vor, daß bei turnusmäßigen Reini- gungsvorgängen diese so durchgeführt werden, daß nicht eine maximal mögliche Reinigung der Wärmetauscherflächen, sondern eine schwächere Reinigung erfolgt mit der Konsequenz, daß zumindest in Teilbereichen der zu reinigenden Flächen Restablagerungen in Kauf genommen werden.

Bei einem üblichen Reinigungsvorgang wird mit einer vorgebbaren Reini¬ gungsintensität pro Einheitsfläche gereinigt, was bedeutet, daß die Ru߬ bläser so gesteuert werden, daß sie alle zu reinigenden Flächen ungefähr mit der gleichen Intensität reinigen, was allerdings immer nur näherungs- weise erreichbar ist. Als variable Parameter für die Einstellung der Reinigungsintensität stehen insbesondere der Druck des Reinigungsmedi¬ ums, die Geschwindigkeit, mit der sich der Reinigungsstrahl über die zu reinigenden Flächen bewegt und die Wiederholhäufigkeit, d. h. die Anzahl der Reinigungsdurchgänge bei einem Reinigungsvorgang, zur Verfügung. Geht man davon aus, daß für eine vollständige Reinigung eine bestimmte Kombination dieser Parameter, insbesondere Maximal¬ druck, Minimalgeschwindigkeit und maximale Wiederholhäufigkeit notwen¬ dig sind, so wird erfindungsgemäß bei einer turnusmäßigen Reinigung mit anderen Parametern gearbeitet, die zu einer geringeren Reinigungsintensi- tat pro Einheitsfläche führen. Während bei der Zielvorgabe, immer eine Maximalreinigung durchzuführen, sicherlich einige Teilflächen zu stark gereinigt und damit einer Erosion ausgesetzt werden und außerdem unnötig viel Reinigungsmedium verbraucht wird, hat die Reinigung mit verminderter Reinigungsintensität diese Nachteile nicht. Es besteht al- lerdings das Risiko, daß sich im Laufe langer Betriebszeiten in Teilberei¬ chen unerwünschte Ablagerungen ansammeln, wenn die Reinigungsintensi¬ tät erheblich zu niedrig gewählt wird. Natürlich wird bei einer unvoll¬ ständigen Reinigung auch niemals der höchste Wirkungsgrad der Anlage erreicht, jedoch ist es für den über den Verlauf von vielen Reinigungs- zyklen zu ermittelnden durchschnittlichen Wirkungsgrad der Kesselanlage völlig unerheblich, ob zu bestimmten Zeitpunkten der maximale Wir¬ kungsgrad erreicht wird oder nicht, solange nur der durchschnittliche Wirkungsgrad einen genügend hohen Wert hat. Dies kann durch ge¬ eignete Wahl der Reinigungszyklen auch bei der erfindungsgemäßen Art der Reinigung sichergestellt werden.

Um die Abweichungen der turnusmäßigen Reinigungen von den maximal möglichen Reinigungen nicht zu groß werden zu lassen, ist es zunächst nötig, überhaupt festzustellen, wie der Zustand nach einer Maximalreini¬ gung aussieht. Vorteilhafterweise wird daher erfindungsgemäß periodisch oder zu vorgebbaren Zeitpunkten, vorzugsweise frühestens nach minde¬ stens zwanzig turnusmäßigen Reinigungen, eine Maximalreinigung durch¬ geführt, indem ein Reinigungsvorgang mit den für eine Maximalreinigung notwendigen Parametern von Druck, Geschwindigkeit und Wiederholhäu¬ figkeit durchgeführt wird.

Bevorzugt werden Meßwerte aus der Kesselanlage und/oder daraus berechnete physikalische Größen, die Aufschluß über den Erfolg eines Reinigungsvorganges geben können, während und nach den Reiniguπgs- vorgängen beobachtet und in Korrelation zu den bei der Reinigung angewendeten Parametern gesetzt. Im einfachsten Fall kann z. B. die Abgastemperatur während und nach der Reinigung gemessen werden, um ein Maß für den Erfolg der Reinigung zu geben. Da im allgemeinen an einer Kesselanlage sehr viele Meßwerte zur Verfügung stehen, können sehr viel genauere Aussagen durch Beobachtung und Verknüpfung der verfugbaren Meßwerte gemacht werden. Es ist daher möglich, die nach einer Maximalreinigung vorliegenden signifikanten Meßwerte oder Größen als Referenzwerte zu speichern und mit diesen dann die nach einer turnusmäßigen Reinigung erzielten Werte zu vergleichen. Dies ist ein ganz wesentlicher Punkt der vorliegenden Erfindung, da erst durch zuverlässige Referenzwerte, die sich ggf. an Veränderungen der Kessel¬ anlage im Verlaufe einer langen Betriebszeit anpassen, eine zuverlässige Aussage darüber möglich wird, ob eine turnusmäßige Reinigung einer Maximalreinigung nahekommt oder nur sehr viel geringere Reinigungs¬ wirkung entfaltet. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß es ohnehin grund- sätzlich nicht möglich ist, eine Kesselanlage durch Rußbläser so zu

reinigen, daß sie ganz oder nahezu ihren Neuzustand erreicht. Ein Teil der Wärmetauscherflächen ist für die Reinigung immer unerreichbar, so daß die sich dort zwangsläufig bildenden Ablagerungen neben anderen Veränderungen der Kesselanlage immer zu langfristigen Verschiebungen der Referenzwerte fuhren, was bei bisherigen Reinigungskonzepten kaum ausgeglichen werden konnte.

Das Vorhandensein von an den jeweiligen Anlagenzustand angepaßten Referenzwerten ermöglicht es nunmehr, die turnusmäßigen Reinigungsvor- gänge sehr gezielt auszulösen und mit geeigneten Parametern durch¬ zuführen. Die Auslösung kann insbesondere dann erfolgen, wenn die gemessenen und/oder berechneten Größen von den gespeicherten Refe¬ renzwerten um einen vorgegebenen Mindestbetrag abweichen oder natür¬ lich, wenn eine bestimmte Maximalzeit seit der letzten Reinigung über- schritten ist.

Die Beobachtung des Reinigungserfolges anhand von gemessenen und/- oder berechneten Größen, z. B. der Abgastemperatur, erlaubt dabei auch eine "selbstlernende" Betriebsweise des Systems. Da die turnusmäßigen Reinigungen im allgemeinen recht häufig, z. B. alle zwei bis vierund¬ zwanzig Stunden, durchgeführt werden, ist es möglich, die Reinigungs¬ parameter bei den turnusmäßigen Reinigungsvorgängen zu variieren und die Auswirkungen auf die Reinigungswirkung zu beobachten. Ziel sollte es dabei sein, die Parameter so einzustellen, daß sich die Wirkung einer turnusmäßigen Reinigung in einem bestimmten Toleranzband unterhalb der Wirkung einer Maximalreinigung hält, wobei gleichzeitig die technisch oder wirtschaftlich sinnvollsten Parameter gefunden werden sollen. Die Einhaltung des gewünschten Reinigungsbandes wird dadurch erreicht, daß bei gegenüber einer Maximalreinigung zu geringer Reinigungswirkung die Parameter in Richtung einer stärkeren Reinigungswirkung für die nächste

Reinigung erhöht werden, während sie bei einer zu nahe an der Maxi- malreinigungswirkung liegenden Wirkung in Richtung auf eine schwächere Reinigung verändert werden. Liegt die Reinigungswirkung innerhalb des gewünschten Bereiches, so können bei aufeinanderfolgenden turnusmäßi- gen Reinigungen die Reinigungsparameter anderweitig variiert werden, um Informationen über die Auswirkungen der einzelnen Parameter auf die Reinigungswirkung als Erfahrungswerte zu sammeln und zu speichern und für eine optimale Reinigungsführung zu benutzen. So kann beispielsweise festgestellt werden, welcher funktionale Zusammenhang für einen be- stimmten Rußbläser in einem bestimmten Anlagenteil zwischen der Reinigungswirkung und den einzelnen Parametern besteht, wodurch dann die für die Reinigungszeit, den Dampfverbrauch und/oder die Erosion günstigsten Werte ausgewählt werden können.

Die beschriebene Vorgehensweise kann für jeden einzelnen Rußbläser oder für jede Gruppe von Rußbläsern durchgeführt werden, wobei jeweils andere als günstig festgestellte Parameterkombinationen und Reinigungs¬ intervalle auftreten können. Natürlich können die für die turnusmäßigere Reinigung gespeicherten Parameter noch mit einer Funktion überlagert werden, die den Grad der Verschmutzung in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt, damit auch sachgerechte turnusmäßige Reinigungen in unter¬ schiedlichen Zeitabständen und bei unterschiedlichen Betriebsweisen und Lastzuständen des Kessels bzw. unterschiedlichen Brennstoffen durch¬ geführt werden können.

Besondere Vorteile hat die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei Kessel¬ anlagen, in denen geregelt Kühlwasser zur Vermeidung von Übertempera¬ turen an bestimmten Wärmetauscherflächen in den Dampfstrom einge¬ spritzt wird. Würde man diese Wärmetauscherflächen maximal reinigen, so hätte dies im allgemeinen nur zur Folge, daß mehr Kühlwasser pro

Zeiteinheit eingespritzt werden würde, wodurch wirtschaftlich eher ein Nachteil als ein Vorteil der Reinigung eintritt. Gerade in diesen Fällen ist eine turnusmäßige Maximalreinigung nicht sinnvoll, da eine gewisse Menge an Ablagerungen sogar den Kühlwasserverbrauch reduziert. Erfin- dungsgemäß wird für solche Wärmetauscherflächen vorgeschlagen, einen Reinigungsvorgang nur auszulösen, wenn die eingespritzte Kühlwasser¬ menge pro Zeiteinheit einen vorgebbaren Betrag unterschreitet und/oder einen Reinigungsvoigang zu unterlassen, wenn die eingespritzte Kühl¬ wassermenge pro Zeiteinheit einen vorgebbaren Betrag überschreitet. Auch eine Verschiebung des Toleranzbandes in Richtung geringerer Reinigungswirkung ist möglich.

Eine besonders bevorzugte erweiterte Ausführungsform der Erfindung, durch die diese quasi zu einem Expertensystem für den Betrieb von Kesselanlagen mit Rußbläsern wird, liegt im Einsatz eines Simulations¬ models der Kesselanlage zur Festlegung der Reinigungsintervalle für einzelne Rußbläser oder Rußbläsergruppen. Während sich die bisherigen Ausführungen mit den Parametern bei der Durchführung eines turnusmä¬ ßigen Reinigungsvorganges und mit der Feststellung von Referenzwerten beschäftigt haben, geht es bei der erweiterten Ausführungsform auch um die Festlegung der optimalen Reinigungsintervalle. Erfindungsgemäß werden bestimmte Meßwerte und/oder daraus berechnete Größen aus der gesamten Kesselanlage und/oder aus einzelnen Stufen, die Aussagen über den Reinigungszustand der Wärmetauscherflächen zulassen, beobachtet. Anhand eines Simulationsmodells der Kesselanlage und unter Einbezie¬ hung von gespeicherten Erfahrungswerten und/oder früheren Meßwerten wird in Zeitintervallen die Wirkung der Aktivierung von einzelnen Ru߬ bläsern oder Gruppen von Rußbläsern auf die gemessenen und/oder berechneten Größen simuliert. Dabei muß das Simulationsmodell nicht unbedingt den Kessel perfekt beschreiben, da auch einfache Modelle

schon gute Ergebnisse liefern. Es ist jedoch möglich und wünschenswert, die einzelnen Wärmetauscherflächen in dem Modell auch einzeln zu simulieren und die Wirkung einer Reinigung dieser Flächen anhand geeigneter Meßwerte einzeln festzustellen. Die simulierte Wirkung auf die gemessenen und/oder berechneten Größen wird im Hinblick auf wirt¬ schaftliche Vor- und Nachteile, insbesondere unter Berücksichtigung der Auswirkung auf Kostenersparnis für Brennstoff durch Wirkungsgraderhö¬ hung, Kosten für Reinigungsdampf und Folgekosten für Erosionsschäden, bewertet. Es wird nur dann eine Reinigung mit den betreffenden Ruß- bläsern durchgeführt, wenn die Vorteile der simulierten Wirkung dieser Rußbläser bei der Aktivierung gegenüber wirtschaftlichen und technischen Nachteilen der Aktivierung überwiegen. Im Gegensatz zu früheren Kon¬ zepten des Einsatzes von Rußbläsern wird entsprechend der vorliegenden Erfindung nicht mehr anhand von Erfahrungswerten früherer Messungen ein Zeitintervall bis zur nächsten Reinigung festgelegt und dann das Ergebnis dieser Reinigung mit Erfahrungswerten für eine optimale Reini¬ gung verglichen, sondern es werden unter Einbeziehung aktueller Me߬ werte und Betriebsdaten des Kessels in viel kürzeren Zeitabständen eine Simulation der Reinigung durchgeführt und die Auswirkungen der simu- lierten Reinigung bewertet. Auf diese Weise können beispielsweise Ände¬ rungen im Betriebszustand des Kessels während des Zeitintervalls zwi¬ schen zwei Reinigungen automatisch berücksichtigt werden, während bei bisherigen Konzepten erst nach Durchführen einer Reinigung festgestellt worden wäre, daß diese zu einem nicht optimalen Zeitpunkt stattgefun- den hat.

Bei den meisten Kesselanlagen stehen sehr viele Meßwerte, insbesondere

Temperaturen, Brennstoffdurchsätze, Dampfdurchsätze bei einzelnen

Wärmetauschern usw. zur Verfügung, aus denen sich der Gesamtwir- kungsgrad der Anlage und/oder die Wärmeübergangszahlen an einzelnen

Wärmetauscherflächen errechnen lassen. Eine hinreichend genaue Basis für ein gutes Simulationsmodell ist daher im allgemeinen gegeben. Zu¬ sätzlich kann das Simulationsmodell bei jedem tatsächlich aktivierten Reinigungsvorgang bezüglich seiner Ergebnisse mit den in der Wirklich- keit erzielten Ergebnissen verglichen werden, wobei bei Abweichungen zwischen Modell und Wirklichkeit die gespeicherten Erfahrungswerte und/oder Parameter des Simulationsmodells angepaßt werden können. Auch diese Stufe der Lernfähigkeit führt zu im Laufe der Zeit immer genaueren und besser optimierten Ergebnissen, während bei anderen Konzepten im allgemeinen die Ergebnisse mit zunehmender Betriebszeit schlechter werden.

Natürlich kann ein solches Simulationsmodell mehrere oder alle Heiz¬ stufen der Kesselanlage gleichzeitig simulieren und Wechselwirkungen zwischen den Heizstufen bei Reinigungsvoigängen mit berücksichtigen. So ist es aus der EP 0 132 135 Bl bereits bekannt, daß der Reinigungsvor¬ gang bei einer Wärmetauscherfläche zu einer stärkeren Verschmutzung der stromabwärts davon liegenden Wärmetauscherflächen führen kann, so daß bestimmte Reihenfolgen bei aufeinanderfolgenden Reinigungen eingehalten werden sollten. Auch zeigt sich, daß in bezug auf den wirt¬ schaftlich wichtigen Gesamtwirkungsgrad der Anlage die Reinigung unter¬ schiedlicher Wäimetauscherflächen bei gleichem Reinigungsaufwand unterschiedlich wirkungsvoll sein kann. So kann eine schlechte Wärmeauf¬ nahme bei einzelnen Wärmetauscherflächen unter Umständen durch eine bessere Wärmeaufnahme bei nachfolgenden Wäimetauscherflächen ausge¬ glichen werden, was jedoch nicht für die am weitesten stromab im Kessel angeordneten Wäimetauscherflächen, z. B. eines Economizers, möglich ist. Auch hier hat ein Simulationsmodell Vorteile, welches die Reinigung einer Wärmetauscherfläche nicht nur auf die Wirkung in diesem Wärme-

tauscher prüft, sondern auch die Wirkungauf die nachfolgenden Stufen bei der Gesamtbetrachtung der Wirtschaftlichkeit berücksichtigt.

Zwar ist der wichtige Faktor der Erosion im allgemeinen durch Meßwer- te und daraus abgeleitete Größen nicht feststellbar, jedoch gibt es, da es sich um ein Langzeitphänomen handelt, oft gute Erfahrungswerte hierzu, die bei Inspektionen des Kessels ggf. überprüft und korrigiert werden können. Erfindungsgemäß wird die Erosion als additiver Kostenanteil jedes Reinigungsprozesses bei der Bewertung der Simulationsergebnisse berücksichtigt, so daß erfahrungsgemäß hohe Kosten durch Erosion zu einer selteneren Aktivierung der Rußbläser in erosionsgefährdeten Berei¬ chen führen. Dies eröffnet auch die Möglichkeit, auf einfache Weise gezielt die bekannte Vorschädigung oder Anfälligkeit einer Wärmetau¬ scherfläche durch Erosion automatisch zu berücksichtigen. Durch Erhö- hung der für diese Wärmetauscherfläche angesetzten Erosionskosten ergeben sich automatisch längere Zeitabstände zwischen den turnusmäßi¬ gen Reinigungen, da die Erosionskosten bei der Bewertung der Simula¬ tionsergebnisse eingehen.

Wie anhand der Zeichnung noch näher erläutert wird, dient zur Lösung der gestellten Aufgaben auch eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 18 und 19.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren Umfeld werden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigen

Fig. 1 eine Kesselanlage mit zugehöriger Steuervorrichtung für

Rußbläser,

Fig. 2 schematisch die Wärmetauscher einer Kesselanlage mit zugehörigen Rußbläsergruppen, Meßstellen und Steuereinheit der Rußbläser,

Fig. 3 den Verlauf der Abgastemperatur einer Kesselanlage in Ab¬ hängigkeit von der Zeit bei und zwischen Reinigungsvor¬ gängen und

Fig. 4 den Brennstoffmehrverbrauch bei einer Kesselanlage vor, während und ^' nach einer Maximalreinigung aller Rußbläser¬ gruppen in einer Kesselanlage gemäß Fig. 2.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Kesselanlage 1 mit Wandwärmetauschern 2 im Bereich der Feuerung und Rohrwärmetauschern 3 im nachfolgenden Teil der Kesselanlage. Beispielhaft für eine Vielzahl von Rußbläsern ist ein Rußbläser 4 dargestellt, welcher im Betrieb ein Reinigungsmedium 5 auf die von ihm zu reinigenden Wärmetauscherflächen spritzt. Jeder Rußbläser wird von einem variablen Antrieb 6 angetrieben und über eine druckgeregelte Zuführung 7 bei Betrieb mit dem Reinigungsmedium versorgt. Dabei kann die Druckregelung sowohl an jedem Rußbläser 4 gesondert vorhanden sein oder aber lediglich in einer Sammelzuleitung für eine oder mehrere Gruppe(n) von Rußbläsern. Da meist nur ein Rußbläser 4 oder eine Gruppe von benachbarten Rußbläsern 4 gleichzei¬ tig aktiviert wird, kann der Aufwand für Druckregeleinrichtungen klein gehalten werden, da ein- und dieselbe Druckregeleinrichtung durch programmierte Sollwertvorgabe jedem individuellen Rußbläser einen anderen Druck liefern kann. Es ist immer noch möglich, durch individu¬ ell einstellbare Drosseln an jedem Rußbläser 4 eventuelle Unterschiede zwischen gleichzeitig betriebenen Rußbläsern auszugleichen. In der Kessel- anläge 1 sind viele Meßeinrichtungen 8 angeordnet, insbesondere Meß-

einrichtungen für Temperatur, Druck, Durchsatz usw.. Im Bereich man¬ cher Wärmetauscherflächen kann eine Kühlwassereinspritzung 9 vorgese¬ hen sein. Ein zentrale Steuereinheit 10 erhält über Meßleitungen 13 Meßwerte von den Meßeinrichtungen 8 und über weitere Datenleitungen 14 zusätzliche Informationen, die unter Umständen auch manuell eingege¬ ben werden können, über Brennstoff, Lastzustände und andere betriebs¬ relevante Daten. Über Steuerleitungen 15, 16 steht die Steuereinheit 10 mit den variablen Antrieben 6 und der Druckregeleinrichtung 7 in Verbindung. Ein Speicher 11 enthält die aktuellen Reinigungsparameter für jeden Rußbläser 4 bzw. jede Rußbläsergruppe. Ein Vergleicher 12 enthält Referenzdaten und Erfahrungswerte, die mit aktuellen Reinigungs¬ parametern und Meßwerten verglichen werden können. Ein Rechnermodul 17 kann in einer erweiterten Ausführungsform ein Simulationsmodell der Kesselanlage 1 enthalten, mit dessen Hilfe Reinigungsvorgänge vor ihrer Ausführung simuliert und nach wirtschaftlichen und technischen Gesichts¬ punkten bewertet werden können, so daß die tatsächliche Ausführung nur stattfinden muß, wenn der Nutzen größer als die technischen und wirt¬ schaftlichen Nachteile ist.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die in einer Kesselanlage 1 angeordneten Wärmetauscher und ihre Verschaltung untereinander. Es handelt sich um einen typischen Kessel eines Großkraftwerkes. Die Wände des Feuerungsraumes enthalten (Wand-)Wärmetauscher 2, die zur Verdampfung von Wasser und zur Überhitzung des entstehenden Damp- fes dienen. Dahinter sind im Inneren der Kesselanlage verschiedene, meist aus vielen Rohren bestehende (Rohr-)Wärmetauscher 3 angeordnet, die als Hochdrucküberhitzer, Zwischenüberhitzer und schließlich als Economizer ausgebildet sind. Weiterhin gezeigt sind mehrere Rohrwärme¬ tauscher 3 mit nachgeschalteter Kühlwassereinspritzung 9. Im allgemeinen sind alle Stufen der Kesselanlage mit Meßgeräten zum Betrieb ausgestat-

tet, so daß die Meßwerte von Druck P, Temperatur T und Durchsatz¬ menge M an vielen Stellen zur Verfügung stehen. Diese und andere Meßwerte können über Meßleitungen 13 und Datenleitungen 14 der zentralen Steuereinheit 10 zugeführt und dort ausgewertet werden, ins- besondere in einem Rechnermodul 17 zur Simulation der Kesselanlage 1 dienen. Die zentrale Steuereinheit steht dabei mit einem Speicher 11 für Reinigungsparameter und einem Vergleicher 12 mit Referenzdaten und Erfahningswerten in Verbindung. Über Steuerleitungen 15, 16 können Antrieb und druckgeregelte Zuführung von Reinigungsmedium für be- stimmte Rußbläser 4 angesteuert werden, wenn eine Aktivierung erfolgen soll. Dabei steuert die zentrale Steuereinheit 10 sowohl die in den Kessel 1 einfahrbaren Rußbläser 4 als auch eventuelle, in Fig. 2 nicht dargestellte Wasserlanzen für die Wandwärmetauscher im Bereich des Feuerraumes. Es sei noch erwähnt, daß als zusätzliche Informationen für die zentrale Steuereinheit weitere Meßwerte über den Brennstoff, den Wassergehalt des Brennstoffs, den Sauerstoff im Abgas, die Abgastempe¬ ratur usw. zugeleitet werden können. Auch Meßwerte von Sensorsystemen zur direkten Bestimmung von Ablagerungen an Wärmetauscherflächen können mitverwertet werden, um die Genauigkeit der Steuerung zu erhöhen. Als besonders günstig hat es sich auch erwiesen, die Dampf- überhitzung in der Trennflasche 18, in der Wasser und Dampf getrennt werden, zu messen und daraus eine genauere Aussage über den Zustand der Wandwärmetauscher des Feuerraumes zu gewinnen.

Fig. 3 erläutert schematisch wesentliche Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Diagrammes, welches den zeitlichen Verlauf der Abgastemperatur einer Kesselanlage vor, während und nach Reinigungs¬ vorgängen zeigt. Zunächst beginnt der Verlauf der Abgastemperatur während eines maximalen Reinigungsvorganges, der zum Zeitpunkt t _g beendet ist. Zu diesem Zeitpunkt sind die betrachteten Wärmetauscher-

flächen so sauber, wie dies maximal mit den vorhandenen Rußbläsern erreichbar ist, so daß sich als Referenz die Temperatur T _Ref ergibt. Dabei ist zu bedenken, daß in Wirklichkeit wegen der Vielzahl der nacheinander betriebenen Rußbläser Bereiche der Kesselanlage 1 wieder verschmutzen, während andere noch gereinigt werden. Insofern dienen die im folgenden beschriebenen Punkte der idealisierten Beschreibung eines typischen Zusatandes. Nach Beendigung der Reingung steigt die Ab¬ gastemperatur langsam wieder an, da die Wärmetauscherflächen langsam mit Ablagerungen bedeckt werden und der Wirkungsgrad des Kessels abnimmt. Bei Erreichen einer vorgegebenen Maximaltemperatur T _max , die einen Mindestabstand A^^ zur Referenztemperatur T^ haben soll, oder schon früher aufgrund anderer Auslösekriterien wird ein turnusmäßiger Reinigungsvorgang ausgelöst, der zum Zeitpunkt t _j beendet ist. Die im Speicher für aktuelle Reinigungsparameter vorgegebenen Werte haben dazu geführt, daß die zu reinigenden Wärmetauscherflächen nicht voll¬ ständig gereinigt wurden, jedoch so, daß die Abgastemperatur einen bestimmten Mindestabstand S _min von der Referenztemperatur Tref nicht unterschreitet und einen bestimmten Maximalabstand S _max nicht über¬ schreitet. Vom Zeitpunkt t _j an steigt die Abgastemperatur wieder an, bis wegen Erreichens von T _maχ wieder ein Reinigungsvorgang ausgelöst wird. Dieser Reinigungsvorgang ist zum Zeitpunkt t ₂ beendet, wobei sich zeigt, daß aufgrund irgendwelcher Einflüsse der gewünschte Maximalabstand S _maχ zur Referenztemperatur T _Ref überschritten wird. Die aktuellen Reinigungsparameter im Speicher werden daher so geändert, daß beim nächsten Reinigungsvorgang eine intensivere Reinigung erfolgt. Tatsächlich befindet sich die Abgastemperatur zum Zeitpunkt t ₃ , d. h. nach Abschluß des nächsten Reinigungsvorgangs wieder in dem vorgegebenen Tempera¬ turbereich zwischen dem Minimalabstand S _min und dem Maximalabstand S _max von der Referenztemperatur T _Ref . Der hier anhand der Abgastem- peratur erläuterte Vorgang kann sehr viel sensitiver für einzelne Wärme-

tauscherflächen anhand der im Bereich dieser Wärmetauscherflächen zur Verfügung stehenden Meßwerte durchgeführt werden, jedoch bleibt das Prinzip gleich. Man sieht anhand des Diagramms auch, daß die durch¬ schnittliche Abgastemperatur T durch geeignete Wahl der Maximaltempe- ratur T _maχ , bei der ein Reinigungsvorgang ausgelöst wird, und der Werte für S _min und S _max auf jeden beliebigen Wert oberhalb der Referenztem¬ peratur eingestellt werden kann, so daß der durchschnittliche Ge¬ samtwirkungsgrad der Anlage bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht geringer sein muß als bei der Durchführung von Maximalreinigungen bei jeder Reinigung, obwohl nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verschwendung von Dampf zur Reinigung schon ablagerungsfreier Flä¬ chen weitestgehend vermieden werden kann.

Zum besseren Verständnis der Vorgänge beim Reinigen von Wärmetau- scherflächen in einem Kessel dient auch das Diagramm in Fig. 4, wel¬ ches den Brennstoffmehrverbrauch X (%) einer Kesselanlage gegenüber dem maximal gereinigten Zustand vor, während und nach der Aktivierung aller Rußbläser zeigt. Der Brennstoffmehrverbrauch X ist aufgetragen gegen die Zeit t, wobei der Brennstoffmehrverbrauch X zwischen den Reinigungsintervallen näherungsweise linear um den Wert ΔX im Zeit¬ intervall Δt ansteigt. Das Diagramm zeigt die Auswirkung auf den Brenn¬ stoffmehrverbrauch, den die nacheinander durchgeführte maximale Reini¬ gung bei dreizehn Bläsergruppen hat. Dabei befinden sich die ersten sechs Rußbläsergruppen im Feuerraum, während die Bläsergruppen sieben bis dreizehn im Bereich der Rohrwärmetauscher angeordnet sind. Die dreizehnte Gruppe reinigt den zuletzt im Strömungsweg angeordneten Economizer. Man erkennt, daß die Aktivierung der ersten sechs Bläser¬ gruppen zwar dazu führt, daß der Brennstoffmehrverbrauch nicht weiter ansteigt, sondern geringfügig abfällt, jedoch ist die Wirkung geringer als bei den folgenden Bläsergruppen sieben bis dreizehn, deren Aktivierung

den Brennstoffmehrverbrauch zunehmend reduziert. Die größten Verbes¬ serungen treten beim Reinigen der Heizflächen auf, die am Ende des Rauchgasweges angeordnet sind. Dies ist physikalisch dadurch zu er¬ klären, daß einerseits die Temperaturen an mehreren Wärmetauschern durch Einspritzkühler konstant gehalten werden und andererseits die Verschmutzung von Heizflächen mit großem Abstand zum Abgasaustritt durch erhöhte Wärmeaufnahme nachgeschalteter Heizflächen kompensiert wird. Am Beispiel der Rußbläsergruppe 12 ist erkennbar, daß durch die Aktivierung dieser Gruppe erheblich mehr Brennstoff eingespart werden kann, als bei Aktivierung der vorhergehenden Gruppen. Solche Informa¬ tionen, die bei jedem Reinigungsvorgang bei jeder einzelnen Wärmetau¬ scherfläche anfallen, können als Erfahrungswerte gespeichert und in dem Simulationsmodell der Kesselanlage berücksichtigt werden. Es kann sinnvoll sein, die Bläsergruppen, deren Wirkung auf den Brennstoffver- brauch nur gering ist, seltener zu aktivieren als die Bläsergruppen mit großer Auswirkung auf den Brennstoffverbrauch.

Insgesamt ermöglicht die vorliegende Erfindung den gezielten Einsatz einzelner Rußbläser oder Rußbläsergruppen mit jeweils individuellen Reinigungsparametern, um die Gesamtkosten jedes Reinigungsvorganges zu minimieren und die Reinigungsintervalle für jeden Rußbläser oder jede Rußbläsergruppe so festzulegen, daß die Gesamtkosten für den Anlagenbetrieb möglichst gering sind.