DE102009025860B4

DE102009025860B4 - Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung und Verfahren zum Reinigen eines Kessels mit einer Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009025860B4
Application number: DE102009025860.4A
Authority: DE
Inventors: Anthony John Dean; David Michael Chapin; Donnell Eugene Crear
Original assignee: Barreto Invest Group Inc; Barreto Investment Group Inc
Current assignee: Barreto Investment Group Inc Grain Valley Us
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2029-05-21
Also published as: DE102009025860A1; US20090293817A1; CN101590479B; US8448611B2; GB2460327A; US7987821B2; US20110256487A1; GB0908579D0; GB2460327B; CN101590479A

Abstract

Detonationsvorrichtungs-Reinigungssystem, aufweisend:einen Kessel (2) mit einem Hauptkörper (4), der eine Außenoberfläche (6) und eine Innenoberfläche (7) enthält, die zusammen eine Innenkammer (8) definieren;eine Brennstoffquelle (24), die verbrennbaren Brennstoff enthält;eine Luftquelle (23), die einen Luftstrom enthält; undeine Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung (20; 200), die an dem Kessel (2) montiert ist und fluidführend mit der Brennstoffquelle (24), der Luftquelle (23) und der Innenkammer (8) verbunden ist, wobei die Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung (20; 200) aufweist:wenigstens eine Brennkammer (31, 32; 204, 230), die einen Verbrennungsstromweg (63, 130; 211, 235) definiert, wobei die wenigstens eine Brennkammer (31, 32; 204, 230) ein Umlenkelement (72, 218) enthält;einen Lufteinlass (140, 260), der fluidführend mit der Luftquelle (23) und der wenigstens einen Brennkammer (31, 32, 204, 230) verbunden ist;einen Brennstoffeinlass (144; 264), der fluidführend mit der Brennstoffquelle (24) und der wenigstens einen Brennkammer (31, 32; 204, 230) verbunden ist; undeine Zündvorrichtung (150; 270), die funktionell mit der wenigstens einen Brennkammer (31, 32; 204, 230) verbunden und stromabwärts von dem Brennstoffeinlass (144; 264) und dem Lufteinlass (140, 260) angeordnet ist, wobei die Zündvorrichtung (150; 270) selektiv aktiviert wird, um Brennstoff in der wenigstens einen Brennkammer (31, 32; 204, 230) zum Erzeugen einer Schockwelle (27) zu zünden, die sich in einer ersten Richtung entlang dem Verbrennungsstromweg (63, 130; 211, 235) bewegt, auf das Umlenkelement (72, 218) auftrifft, die Richtung umkehrt und in die Innenkammer (8) eintritt, um an den Innenwänden des Kessels (2) anhaftende Partikel abzulösen.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenlegung betrifft das Gebiet von Kesselreinigungsvorrichtungen und insbesondere eine Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung zum Lösen von Schmutz von den Innenoberflächen von Kesseln.
Industrielle Dampferzeuger arbeiten indem sie eine Wärmequelle zum Erzeugen von Dampf aus Wasser oder einem anderen Arbeitsfluid nutzen, welcher dann zum Antreiben einer Turbine verwendet werden kann, um Energie zu liefern. Herkömmlicherweise ist die Wärmequelle eine Brennkammer, die einen Brennstoff verbrennt, um Wärme zu erzeugen, welche dann in das Arbeitsfluid über einen Wärmetauscher, wie z.B. eine fluidführende Leitung oder ein Rohr, übertragen wird. Die Verbrennung von Brennstoff kann Rückstände erzeugen, die oft unter Ausbildung einer Ablagerung auf Oberflächen eines zugeordneten Kanalsystems oder Wärmetauschers zurückbleiben. Diese Ablagerung kann zu Verschlechterungen des Betriebsverhaltens in Bezug auf eine Zunahme im Druckabfall, verringerten Brennstoffwirkungsgrad und Beschädigung mechanischer Komponenten führen. Diese Verschlechterungen des Betriebsverhaltens können schließlich zu teueren geplanten oder ungeplanten Stillstandszeiten führen. Eine periodische Entfernung oder Verhinderung einer derartigen Ablagerung hält den Betriebswirkungsgrad derartiger Dampferzeugersysteme aufrecht. In der Vergangenheit wurde die Ablagerung entfernt, indem unter Druck stehender Dampf, Wasserstrahlen, und akustische Wellen auf die Innenoberflächen der Brennkammer oder des Wärmetauschers gerichtet wurden und durch mechanisches Hämmern auf diese. Derartige Systeme sind jedoch oft teuer instandzuhalten und nicht immer effektiv. D.h., die Effektivität derartiger Vorrichtungen variiert in Abhängigkeit von Position und Einsatz.
In letzter Zeit wurden Detonationsverbrennungsvorrichtungen verwendet, um die Ablagerung zu entfernen. Detonationsverbrennungsvorrichtungen, die kundenfreundliche Brennstoffe, wie z.B. Erdgas und Propan verbrennen, erfordern tendenziell gro-ße Detonationskammerdurchmesser und -längen, was wiederum eine relativ große Installationstellfläche erfordert. Ferner erfordern derartige Detonationsvorrichtungen in einigen Fällen zur Erzeugung von Detonationen eine Sauerstoffanreicherung. Flexible Brennstoffe oder Brennstoffe mit einer großen Detonationszellenabmessung und hoher Direktinitiierungsenergie, wie z.B. Erdgas und Propan, verbrennen in existierenden Systemen ohne den Zusatz einer gewissen Menge an Vor-Sauerstoff nicht korrekt. Insbesondere ist, wenn flexible Brennstoffe in existierenden Detonationsverbrennungsvorrichtungen verwendet werden, die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit niedriger als erwünscht, was zu einer geringen oder keinen Reinigungsfähigkeit des sich ergebenden Verbrennungsprozesses führt.
EP 1 962 046 A1 beschreibt ein Detonationsvorrichtungs-Reinigungssystem, das einen Kessel, eine Brennstoffquelle, eine Luftquelle, und eine Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung aufweist, die an dem Kessel montiert und fluidführend mit der Brennstoffquelle, der Luftquelle und einem Innenraum des Kessels verbunden ist. Die Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung enthält wenigstens eine Brennkammer, in der Brennstoff und Luft miteinander vermischt und durch eine Zündvorrichtung gezündet werden, um eine Flamme zu erzeugen. Die Flamme breitet sich in einem Brennkammerrohr, das einen Verbrennungsstromweg definiert, aus und wird bis zu einer Detonation beschleunigt und durch einen Auslass in einen zu reinigenden Behälter, z.B. Kessel ausgegeben, um Schmutz von einer Wand des Gefäßes abzulösen. In einer Ausführungsform weist das Brennkammerrohr einen um 90° gebogenen Rohrzwischenabschnitt auf, der zwei gerade Rohrabschnitte verbindet, um einen gebogenen Verbrennungsstromweg bereitzustellen.
US 2007/0180810 A1 beschreibt eine Pulsdetonationsbrennkammer mit einem gefalteten Strömungspfad zur Schuberzeugung. Die Pulsdetonationsbrennkammer weist ein äußeres Gehäuse, ein inneres Flammrohr, eine Umlenkvorrichtung und eine Zündvorrichtung auf. Brennstoff und Luft werden in eine äußere Kammer, die zwischen dem äußeren Gehäuse und dem inneren Flammrohr definiert ist, eingeleitet und breiten sich unter Vermischung in der äußeren Kammer aus. Das Brennstoff/Luft-Gemisch trifft auf die Umlenkvorrichtung auf und wird durch diese in das innere Flammrohr umgelenkt, wo es durch die Zündvorrichtung gezündet wird, um eine Flamme innerhalb des inneren Brennraums zu erzeugen. Die Flamme breitet sich durch den inneren Brennraum aus und wird zunehmend beschleunigt, bis sie eine Detonation in dem inneren Brennraum herbeiführt, die durch ein offenes Ende des inneren Flammrohrs aus der Brennkammer austritt und zur Schuberzeugung verwendet wird.
KURZBESCHREIBUNG
Exemplarische Ausführungsformen der Erfindung umfassen ein Detonationsvorrichtungs-Reinigungssystem, das einen Kessel mit einem Hauptkörper mit einer Außenoberfläche und einer Innenoberfläche, die zusammen eine Innenkammer definieren; eine Brennstoffquelle, die einen verbrennbaren Brennstoff enthält; eine Luftquelle, die einen Luftstrom enthält; und eine Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung, die an dem Kessel montiert und fluidführend mit der Brennstoffquelle, der Luftquelle und der Innenkammer verbunden ist. Die Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung enthält wenigstens eine Brennkammer, die einen Verbrennungsstromweg definiert, und ein Umlenkelement, einen fluidführend mit der Luftquelle und der wenigstens einen Brennkammer verbundenen Lufteinlass, einen fluidführend mit der Brennstoffquelle und der wenigstens einen Brennkammer verbundenen Fluideinlass, und eine funktionell mit der wenigstens einen Brennkammer verbundene und stromabwärts von dem Brennstoffeinlass um den Lufteinlass angeordnete Zündvorrichtung. Die Zündvorrichtung wird selektiv aktiviert, um einen verbrennbaren Brennstoff in der wenigstens einen Brennkammer zu zünden, um eine Schockwelle zu erzeugen, die sich in einer ersten Richtung entlang dem Verbrennungsstromweg bewegt, auf das Umlenkelement auftrifft, die Richtung umkehrt und in die Innenkammer eintritt, um an der Innenoberfläche des Kessels anhaftende Partikel zu lösen.
Eine zweite exemplarische Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung. Die Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung enthält wenigstens eine Brennkammer, die einen Verbrennungsstromweg definiert, und ein Umlenkelement. Eine Zündvorrichtung ist funktionell mit der wenigstens einen Brennkammer verbunden. Die Zündvorrichtung wird selektiv aktiviert, um einen verbrennbaren Brennstoff in der wenigstens einen Brennkammer zu zünden, um eine Schockwelle zu erzeugen, die sich in einer ersten Richtung entlang dem Verbrennungsstromweg bewegt, auf das Umlenkelement auftrifft, die Richtung umkehrt und in einen Kessel eintritt, um an dessen Innenoberfläche anhaftende Partikel zu lösen.
Exemplarische Ausführungsformen der Erfindung beinhalten auch ein Verfahren zum Reinigen eines Kessels mit einer Detonationsreinigungsvorrichtung. Das Verfahren beinhaltet Aufnehmen eines Luftstroms in wenigstens eine Brennkammer mit einem Verbrennungsstromweg durch einen Lufteinlass, Aufnehmen eines Brennstoffstroms in die wenigstens eine Brennkammer durch einen Brennstoffeinlass, wobei sich der Brennstoffstrom mit dem Luftstrom vermischt, um ein Brennstoff/Luft-Gemisch auszubilden, periodisches Zünden des Brennstoff/Luft-Gemisches zum Erzeugen einer Schockwelle, Beschleunigen der Schockwelle entlang dem Verbrennungsstromweg, Lenken der Schockwelle in ein Umlenkelement, das auf der wenigstens einen Brennkammer vorgesehen ist, Umlenken der Schockwelle von dem Umlenkelement zurück entlang dem Verbrennungsstromweg, Lenken der Schockwelle in einen Kessel mit einer zu reinigenden Oberfläche und Ablösen von Schmutz von der zu reinigenden Oberfläche als Folge von Auftreffvorgängen der Schockwelle.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile werden durch die Techniken exemplarischer Ausführungsformen der Erfindung realisiert. Weitere Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung werden hierin im Detail beschrieben und als Teil der beanspruchten Erfindung betrachtet. Für ein besseres Verständnis der Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen nehme man auf die Beschreibung und die Zeichnungen Bezug.
Figurenliste

1 ist eine schematische Draufsicht auf eine Innenkammer eines in der Form eines industriellen Dampferzeugers dargestellten Kessels mit einer gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung aufgebauten Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung;
2 ist eine Querschnittsansicht der Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung von 1; und
3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Russ, Asche oder andere Ablagerung auf Innenoberflächen von industriellen Dampferzeugern oder anderen Kesseln kann Wirkungsgradverluste bewirken. Beispiele derartiger Wirkungsgradverluste umfassen verringerte Wärmeübertragungsfähigkeit, verringerte Gasströmungsfähigkeit und verringerte Prozess-„Online“-Zeit. In dem Falle industrieller Dampferzeuger werden die Wirkungsgradverluste oft durch eine Zunahme der am hinteren Ende eines Wärmeaustauschprozesses gemessenen Abgastemperatur sichtbar, sowie durch einen Anstieg in einer Brennstoffverbrennungsgeschwindigkeit, die zum Aufrechterhalten der Dampfproduktion und der Energieabgabe erforderlich ist. Typischerweise erfordert eine vollständige Entfernung der Ablagerung von derartigen verschmutzten Oberflächen ein Abschalten des Dampferzeugers während der Reinigung. Einige Reinigungsverfahren bei gleichzeitigem Betrieb sind in der Lage, den Dampferzeugerbetrieb ohne lokalisierte Reinigung zu verlängern. Eine Reinigung, während der Dampferzeuger in Betrieb bleibt, führt im Allgemeinen zu hohen Wartungskosten, hohen Betriebskosten und/oder unvollständigen Reinigungsergebnissen.
In den Systemen und Techniken gemäß exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung werden eine Brennkammer oder Detonationsbrennkammer außerhalb des Dampferzeugers verwendet, um eine Serie von Detonationen oder Quasi-Detonationen zu erzeugen, die in einem Teil des Dampferzeugers mit angesammelter Ablagerung gelenkt werden. Schnelle Schock- oder Schallwellen mit hohen Druckschwankungen wandern durch den Teil des Dampferzeugers und lösen die Ablagerung von der Oberfläche. Die Ablagerung wird von den Oberflächen durch Schwerkraft und/oder Gasströmung zu einem unteren Abschnitt des Dampferzeugers transportiert. Die Ablagerung wird dann aus dem Dampferzeuger durch Trichter, Kamine oder anderweitig aus dem Gasstrom durch Umgebungsschutzvorrichtungen, wie z.B. Sackgehäuse oder elektronische Ausfälleinrichtungen entfernt. Wie nachstehend diskutiert, hat die Anwendung wiederholter Detonationen Vorteile gegenüber herkömmlichen Reinigungstechniken, wie z.B. Dampf/ Luft-Russgebläse oder rein akustischen Russ-Entfernungsvorrichtungen.
Es ist auch wünschenswert, dass ein Reinigungssystem für einen Dampferzeuger in der Lage ist, schnell bei der Entfernung von Ablagerungen zu arbeiten, um die Ausfallzeit für den Dampferzeuger zu minimieren. Zusätzlich ist es wünschenswert, dass das System einfach in einer Dampferzeugerumgebung betrieben werden kann, d.h., dass es in der Lage ist, sich physikalisch an notwendige Raumeinschränkungen anzupassen, in der Lage ist, Bereiche des Dampferzeugers zu erreichen, die eine Reinigung erfordern, und dass die Detonationskammer nicht den Dampferzeugerbetrieb stört, wenn das Reinigungssystem nicht in Betrieb ist. Es ist auch erwünscht, dass die Installation eines derartigen Reinigers nicht zu viel Bodenfläche außerhalb des Dampferzeugers in Anspruch nimmt oder größere Modifikationen an dem Dampferzeuger für einen Zugang erfordert. Es ist auch wünschenswert, dass das Reinigungssystem in der Lage ist, über einen breiten Bereich von Brennstofftypen zu arbeiten. Ein auf einer Detonationsbrennkammer basierendes Reinigungssystem, das diese und weitere Merkmale bereitstellen kann, wird nachstehend detaillierter beschrieben.
So wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Impulsdetonationsbrennkammer“ (PDC) auf eine Vorrichtung oder ein System, die sowohl einen Druckanstieg als auch eine Geschwindigkeitszunahme aus der Detonation oder Quasi-Detonation eines Brennstoffs und eines Oxidators erzeugen, und die in einem Wiederholungsmodus betrieben werden können, um mehrere Detonationen oder Quasi-Detonationen innerhalb der Vorrichtung zu erzeugen. Eine „Detonation“ ist eine Überschallverbrennung, in welcher eine Schockwelle in eine Verbrennungszone eingekoppelt wird, und der Schock durch eine Energiefreisetzung aus der Verbrennungszone aufrechterhalten wird, was zu Verbrennungsprodukten bei einem höheren Druck als dem der Verbrennungsreaktanten führt. Zur Vereinfachung ist der Begriff „Detonation“, so wie er hierin verwendet wird, so gemeint, dass er sowohl Detonationen als auch Quasi-Detonationen beinhaltet. Eine „Quasi-Detonation“ ist ein bei Überschallgeschwindigkeit stattfindender turbulenter Verbrennungsprozess, der einen Druckanstieg und eine Geschwindigkeitszunahme erzeugt, die höher als ein Druckanstieg und eine Geschwindigkeitszunahme sind die durch eine Unterschall-Verpuffungswelle erzeugt werden.
Exemplarische PDCs, wovon einige nachstehend detaillierter diskutiert werden, enthalten eine Zündvorrichtung zum Zünden des Verbrennungsvorgangs eines Brennstoff/Oxidator-Gemisches und eine Detonationskammer, in welcher sich durch die Verbrennung ausgelöste Druckwellenfronten verbinden, um eine Detonationswelle zu erzeugen. Jede Detonation oder Quasi-Detonation wird entweder durch eine externe Zündquelle, wie z.B. eine Funkenentladung, Laserimpuls, Wärmequelle oder Plasmazünder oder durch gasdynamische Prozesse, wie z.B. Schockfokussierung, Selbstentzündung oder eine vorhandene Detonationswelle aus einer anderen Quelle (Querfeuerzündung) gezündet. Die Geometrie der Detonationskammer ermöglicht, dass die Druckzunahme hinter der Detonationswelle die Detonationswelle antreibt und auch die Verbrennungsprodukte selbst aus einem Ausgang des PDC ausbläst.
Verschiedene Kammergeometrien, einschließlich runder Kammern, Rohre, Resonanzräume und ringförmiger Kammern, können eine Detonationsbildung unterstützen. Derartige Kammern können einen konstanten oder variierenden Querschnitt sowohl in Fläche als auch Form haben. Exemplarische Kammern enthalten zylindrische Rohre und Rohre mit vieleckigen Querschnitten, wie z.B. sechseckige Rohre. So wie hierin verwendet, bezieht sich „stromabwärts“ auf die Richtung einer Strömung von wenigstens einem von dem Brennstoff und/oder Oxidator.
Gemäß erster Bezugnahme auf 1 enthält ein Detonationsvorrichtungs-Reinigungssystem 1 einen in der Form eines industriellen Dampferzeugers allgemein bei 2 dargestellten Kessel. Der Kessel 2 enthält einen Hauptkörper 4 mit einer Außenoberfläche 6 und einer Innenoberfläche 7, die eine Innenkammer 8 definiert. In der dargestellten Ausführungsform enthält der Kessel 2 einen Flansch 10, der auf dem Hauptkörper 4 vorgesehen ist. Das Reinigungssystem 1 enthält auch eine Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung 20, die funktionell mit dem Flansch 10 verbunden ist, und wie es nachstehend vollständiger ersichtlich wird, eine Luftquelle 23 und eine Brennstoffquelle 24. Die Detonationsbrennkammer 20 wird selektiv betrieben, um eine Schockwelle 27 auf eine Innenoberfläche 7 zu lenken, um jede Schmutzablagerung zu lösen.
Wie es am besten in 2 dargestellt ist, enthält die Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung 20 eine Haupt- oder erste Brennkammer 31 und ein Initiatorrohr oder zweite Brennkammer 32. Die erste Brennkammer 31 enthält einen ersten oder im Wesentlichen geraden Verbrennungsabschnitt 34, der sich zu einem zweiten oder gekrümmten Verbrennungsabschnitt 36 hin erstreckt. Im Wesentlichen enthält der geradlinige Verbrennungsabschnitt 34 einen im Wesentlichen geradlinigen Hauptkörperabschnitt 39 mit einem ersten Endabschnitt 41, der sich zu einem zweiten Endabschnitt 42 über einen Zwischenabschnitt 43 erstreckt. Der erste Endabschnitt 41 ist mit einem Flansch 45 versehen. Ebenso ist der zweite Endabschnitt 42 mit einem Flansch 46 versehen. Ein gekrümmter Verbrennungsabschnitt 36 enthält einen gekrümmten Hauptkörperabschnitt 52 mit einem ersten Endabschnitt 54, der sich zu einem zweiten Endabschnitt 55 über einen gekrümmten Zwischenabschnitt 56 erstreckt. Der erste Endabschnitt 54 ist mit einem Flansch 60 versehen, der mit einem Flansch 10 an dem Kessel 2 verbunden ist, während der zweite Endabschnitt 55 mit einem Flansch 61 versehen ist, der mit dem Flansch 45 verbunden ist, und den gekrümmten Abschnitt 36 im Wesentlichen mit dem geradlinigen Abschnitt 34 verbindet. Auf diese Weise sind der geradlinige Verbrennungsabschnitt 34 und der gekrümmte Verbrennungsabschnitt 36 verbunden, um einen ersten Verbrennungsstromweg 63 zu definieren.
Zusätzlich enthält die erste Brennkammer 31 einen Verbinderabschnitt 65 mit einem ersten Ende 66, das sich zu einem zweiten Ende 67 erstreckt, das in einem Flansch 69 versehen ist. Der Flansch 69 dient in einer Weise, die nachstehend vollständiger beschrieben wird, als ein Verbindungspunkt für die zweite Brennkammer 32. Die erste Brennkammer 31 ist ferner als ein Umlenkelement 72 mit einer Umlenkfläche 75 enthaltend dargestellt. In der dargestellten exemplarischen Ausführungsform ist die Umlenkfläche 75 in der Form gekrümmt oder konkav.
Ferner enthält gemäß Darstellung in 2 die zweite Brennkammer 32 einen ersten oder im Wesentlichen geradlinigen Verbrennungsabschnitt 84, der sich zu einem zweiten oder gekrümmten Verbrennungsabschnitt 86 erstreckt, der zu einem zweiten im Wesentlichen geradlinigen Verbrennungsabschnitt 88 führt, bevor er in einem dritten im Wesentlichen geradlinigen Verbrennungsabschnitt 89 endet. Der erste Verbrennungsabschnitt 84 enthält einen Hauptkörperabschnitt 91 mit einem ersten Endabschnitt 92, der sich zu einem zweiten Endabschnitt 93 über einen Zwischenabschnitt 94 erstreckt. Der zweite Endabschnitt 93 ist mit einem Flansch 96 versehen. Der gekrümmte Verbrennungsabschnitt 86 enthält einen gekrümmten Hauptkörperabschnitt 100 mit einem ersten Endabschnitt 101, der sich zu einem zweiten Endabschnitt 102 über einen gekrümmten Zwischenabschnitt 103 erstreckt. Der erste Endabschnitt 101 ist mit einem Flansch 105 versehen, der mit dem Flansch 96 verbunden ist, während der zweite Endabschnitt 102 mit einem Flansch 106 versehen ist. In einer ähnlichen Weise wie der vorstehend beschriebenen enthält der zweite im Wesentlichen geradlinige Verbrennungsabschnitt 88 einen Hauptkörperabschnitt 110 mit einem ersten Endabschnitt 111, der sich zu einem zweiten Endabschnitt 112 über einen Zwischenabschnitt 113 erstreckt. Der erste Endabschnitt 111 ist mit einem Flansch 115 versehen, der mit einem Flansch 106 verbunden ist, um den zweiten im Wesentlichen geradlinigen Verbrennungsabschnitt 88 mit dem gekrümmten Verbrennungsabschnitt 86 zu verbinden. Zusätzlich zu dem Flansch 115 auf dem ersten Endabschnitt 111 ist ein zweiter Endabschnitt 112 mit einem Flansch 116 versehen.
In einer ebenfalls ähnlichen Weise wie der vorstehend beschriebenen enthält der dritte im Wesentlichen geradlinige Verbrennungsabschnitt 89 einen Hauptkörperabschnitt 121 mit einem ersten Endabschnitt 122, der sich zu einem zweiten Endabschnitt 123 über einen Zwischenabschnitt 124 erstreckt. Der erste Endabschnitt 122 ist mit einem Flansch 127 versehen, der mit einem Flansch 116 verbunden ist, der den zweiten geradlinigen Verbrennungsabschnitt 88 und den dritten geradlinigen Verbrennungsabschnitt 89 miteinander verbindet. Tatsächlich ist der Flansch 127 zwischen dem Flansch 69, der auf dem Verbinderabschnitt 65 vorgesehen ist, und dem Flansch 116 eingeschlossen. Der erste im Wesentlichen geradlinige Verbrennungsabschnitt 84 ist mit dem gekrümmten Verbrennungsabschnitt 86, dem zweiten im Wesentlichen geradlinigen Verbrennungsabschnitt 88 und dem dritten im Wesentlichen geradlinigen Verbrennungsabschnitt 89 kombiniert, um einen zweiten Verbrennungsstromweg 130 auszubilden.
Die zweite Brennkammer 32 ist als einen Lufteinlass 140 enthaltend dargestellt, der an dem ersten Endabschnitt 92 des ersten im Wesentlichen geradlinigen Verbrennungsabschnittes 84 positioniert ist. Ein Lufteinlass 140 ist mit einer Luftquelle 23 über eine Leitung 141 verbunden. Ein Brennstoffeinlass 144 ist in der Nähe zu dem Lufteinlass 140 angeordnet. Der Brennstoffeinlass 144 ist fluidführend mit einer Brennstoffquelle 24 über eine Leitung 145 verbunden. Zusätzlich ist der zweite Verbrennungsabschnitt 32 mit einer Zündvorrichtung oder einem Zünder 150 versehen, der stromabwärts von dem Lufteinlass 140 und dem Brennstoffeinlass 144 angeordnet ist. Die Zündvorrichtung 150 ist funktionell mit einer (nicht dargestellten) Steuerung über ein Kabel 154 verbunden.
Obwohl es nicht dargestellt ist, kann eine derartige Steuerung, wie im Fachgebiet bekannt, verwendet werden, um den Zeittakt und den Betrieb von verschiedenen Systemen, wie z.B. dem Brennstoffventil und der Zündquelle, zu steuern. So wie hierin verwendet, ist der Begriff Steuerung nicht auf die von integrierten Schaltungen beschränkt, welche allgemein im Fachgebiet als Steuerung bezeichnet werden, sondern bezieht sich in breitem Umfang auf einen Prozessor, einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, eine programmierbare Logiksteuerung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung und andere für derartige Zwecke geeignete programmierbare Schaltungen.
Gemäß weiterer Übereinstimmung mit der dargestellten exemplarischen Ausführungsform ist die zweite Brennkammer 32 mit mehreren in einem im Wesentlichen geradlinigen Verbrennungsabschnitt 84 angeordneten Hindernissen 160 versehen. Die Hindernisse 160 sind in der Form von mehreren zylindrischen Vorsprüngen dargestellt, wovon einer bei 162 dargestellt ist. Zusätzlich sind mehrere zweite Hindernisse 165 in dem zweiten im Wesentlichen geradlinigen Abschnitt 88 und im dritten im Wesentlichen geradlinigen Abschnitt 89 angeordnet. Die Hindernisse 160 und 165 sind an verschiedenen Stellen entlang des ersten im Wesentlichen geradlinigen Verbrennungsabschnittes 84 bzw. des zweiten und dritten im Wesentlichen geradlinigen Verbrennungsabschnittes 88 und 89 verteilt. D.h., die Hindernisse 160 und 165 sind in regelmäßigen Intervallen mit einem Winkelversatz zwischen benachbarten Hindernissen angeordnet. Die Hindernisse 160 und 165 dienen zum Beschleunigen einer der Flammenfront zugeordneten Verbrennungsfront oder Schockwelle in eine Detonation oder Quasi-Detonation, bevor diese den zweiten Endabschnitt 123 erreicht. Die Hindernisse 160 und 165 sind thermisch in einen (nicht getrennt bezeichneten) internen Wandabschnitt der zweiten Brennkammer 32 integriert. Derartige thermische integrierte Hindernisse können auf verschiedene Arten erzeugt werden. Beispielsweise können die Hindernisse Einrichtungen enthalten, die in die Wand eingearbeitet sind, die in einem Stück mit der Wand ausgebildet sind, durch Gießen oder Schmieden, oder beispielsweise durch Schweißen an der Wand angebracht sind. Im Wesentlichen tauscht ein thermisch integriertes Hindernis oder eine andere thermisch integrierte Einrichtung in ausreichendem Kontakt mit einem Innenwandabschnitt der zweiten Brennkammer 32, wie z.B. die Hindernisse 160 und 165, effektiv Wärme mit der zweiten Brennkammer 32 aus.
Obwohl sie als zylindrische Vorsprünge beschrieben sind, dürfte es sich verstehen, dass die Hindernisse 160 und 165 eine Vielfalt von Formen, wie z.B. runde Ringe, Teilvorsprünge und dergleichen annehmen können. Zusätzlich können, statt in einer Anordnung in gleichmäßigem Abstand, wie sie in 2 dargestellt ist, die Hindernisse 160 und 165 mit variierenden Abständen zwischen benachbarten Hindernissen platziert sein. In jedem Falle sind in der dargestellten exemplarischen Ausführungsform die Hindernisse 160 und 165 mit einer Breite ausgebildet, die zwischen etwa einem Viertel und einer Hälfte eines Innendurchmessers der zweiten Brennkammer 32 liegt. Eine Länge von jedem von den mehreren Hindernissen 160 und 165 ist etwa das 1 bis 1/2-fache des Innendurchmessers der zweiten Brennkammer 32 oder größer.
Nach der Beschreibung eines Gesamtaufbaus der Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung 20 wird der allgemeine Betrieb der Detonationsreinigungsvorrichtung 20 unter Bezugnahme auf 2 diskutiert. In dem Abschnitt der folgt, wird ein einmaliges Auftreten einer Brennstoff-Füllphase, einer Verbrennungszündung, einer Beschleunigung einer Flammenfront bis zur Detonation und ein Ausblasen und Reinigen von Verbrennungsprodukten als ein Verbrennungszyklus oder Detonationszyklus bezeichnet. Ein Zeitabschnitt, in dem das Reinigungssystem aktiv ist, wird als ein „Reinigerbetrieb“ bezeichnet. Die Zeit, wenn der Kessel 2 aktiv für seinen Zweck verwendet wird, wird als „Dampfkesselbetrieb“ bezeichnet. Wie vorstehend erwähnt, muss der Kessel 2 nicht ein Teil eines Dampferzeugers sein. Jedoch wird für die Zwecke der Bezugnahme der Begriff „Dampferzeugerbetrieb“ verwendet, um den Betrieb irgendeiner durch die Detonationsbrennkammer 20 zu reinigenden Vorrichtung zu bezeichnen.
Insbesondere, und wie es nachstehend vollständiger diskutiert wird, besteht ein Vorteil der hierin beschriebenen Detonationsverbrennungs-Reinigungskammer 20 im Gegensatz zu anderen Detonationsreinigungssystemen darin, dass keine Notwendigkeit besteht, den Kessel oder eine andere Vorrichtung während des Reinigungsverfahrens herunterzufahren. Insbesondere ist es für die Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung 20 möglich, während des Dampfkesselbetriebs zu arbeiten. Die Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung 20 muss nicht ständig während des Dampferzeugerbetriebs laufen; jedoch wegen der Bereitstellung der Flexibilität, die Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung 20 in einem regelmäßigen Zyklus während des Dampfkesselbetriebs zu betreiben, kann ein insgesamt höherer Reinigungsgrad ohne signifikante Stillstandszeit im Dampfkesselbetrieb aufrechterhalten werden.
In der Füllphase des Detonationszyklus werden Luft und Brennstoff in die zweite Brennkammer 32 über den Lufteinlass 140 und Brennstoffeinlass 144 eingeführt. Die Luft und der Brennstoff treten in die zweite Brennkammer 32 ein und vermischen sich unter Ausbildung eines Brennstoff/Luft-Gemisches, das für eine Verbrennung in der Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung 20 geeignet ist. Sobald mehr Brennstoff und Luft eingeführt und vermischt werden, füllt sich die zweite Brennkammer 32 mit dem Brennstoff/Luft-Gemisch, das entlang dem zweiten Verbrennungsstromweg 130 zu der ersten Brennkammer 31 strömt. Luft kann kontinuierlich in die zweite Brennkammer 32 durch einen Lufteinlass 140 während des Reinigungsvorgangs eingeführt werden. Es kann jedoch erwünscht sein, ein Ventil zu verwenden, um eine nochmalige Einführung in die zweite Brennkammer 32 mittels einer Steuerung in einigen Ausführungsformen zu steuern. Zusätzlich kann die Fähigkeit, den Luftstrom für Zeiten zu steuern, wenn die Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung 20 nicht arbeitet, ebenfalls erwünscht sein. In einer exemplarischen Ausführungsform überwacht eine (nicht dargestellte) Steuerung eine Zeitdauer, über der der Brennstoffeinlass 144 offen ist, und schließt auf der Basis einer Geschwindigkeit der in die zweite Brennkammer 32 eingegebenen Luft den Brennstoffeinlass 144, sobald eine ausreichende Menge von Brennstoff hinzugefügt wurde, sodass das Brennstoff/Luft-Gemisch einen gewünschten Abschnitt der Brennkammern 31 und 32 gefüllt hat.
Sobald eine gewünschte Menge des Luft/Brennstoff-Gemisches eingeführt worden ist, wird die Zündvorrichtung 150 durch die Steuerung ausgelöst, um eine Verbrennung des Brennstoff/LuftGemisches in der zweiten Brennkammer 32 zu initiieren. Wenn beispielsweise ein Funkenauslöser als Zündvorrichtung 150 verwendet wird, kann die Steuerung einen elektrischen Strom an den Auslöser senden, um einen Funken zum korrekten Zeitpunkt zu erzeugen. Im Allgemeinen führt die Zündvorrichtung ausreichend Energie in das Brennstoff/Luft-Gemisch ein, um eine Flammenfront innerhalb der zweiten Brennkammer 32 zu erzeugen. Da die Flammenfront den Brennstoff durch Verbrennung zusammen mit irgendwelchen in dem Gemisch vorhandenen Oxidatoren verbrennt, breitet sich die Flamme entlang des zweiten Verbrennungsstromweges 130 zu der ersten Brennkammer 31 hin aus.
Da sich die Flammenfront entlang dem zweiten Verbrennungsstromweg 130 ausbreitet, erreicht die Flammenfront mehrere von den Hindernissen 160. An diesem Punkt erzeugt eine Wechselwirkung der Flammenfront mit den Innenwänden der zweiten Brennkammer 32 und den mehreren Hindernissen 160 eine Zunahme in Druck und Temperatur in der zweiten Brennkammer 32. Ein derart erhöhter Druck und Temperatur erhöht tendenziell eine Geschwindigkeit, mit welcher sich die Flammenfront durch die zweite Brennkammer 32 ausbreitet und eine Geschwindigkeit, mit welcher Energie aus dem Brennstoff/Luft-Gemisch durch Verbrennung an der Flammenfront freigesetzt wird. Diese Beschleunigung setzt sich fort, bis die Verbrennungsgeschwindigkeit über die von einem gewöhnlichen Verpuffungsprozess erwartete bis zu einer Geschwindigkeit ansteigt, die eine Quasi-Detonation oder Detonation kennzeichnet. Dieser Detonationsprozess findet rasch (um eine hohe Zyklusbetriebsrate aufrechtzuerhalten) statt, sodass die Hindernisse 160 und 165 dazu genutzt werden, um die Hochlaufzeit und Strecke zu verringern, die für jede initiierte Flamme bis zu Übergang in eine Detonation erforderlich ist.
Die Flammenfront wandert entlang dem ersten im Wesentlichen geradlinigen Abschnitt 84 durch den gekrümmten Abschnitt 86 in den zweiten im Wesentlichen geradlinigen Abschnitt 88 und in den dritten im Wesentlichen geradlinigen Abschnitt 89 unter ständigem Auftreffen auf Hindernisse 165. Die Flammenfront beschleunigt sich entlang den zweiten und dritten im Wesentlichen geradlinigen Verbrennungsabschnitten 88 und 89 weiter, bevor sie den zweiten Endabschnitt 123 verlässt. An diesem Punkt trifft die Flammenfront auf die Umlenkfläche 72 und wird entlang der ersten Brennkammer 31 umgelenkt. Die Flammenfront verläuft entlang dem ersten Verbrennungsstromweg 63 durch den gekrümmten Abschnitt 36 und in den Kessel 2. Die Flammenfront und die dazu zugeordnete Schockwelle 27 treffen auf die Innenoberflächen 7 des Kessels 2 unter Ablösung von jedem daran anhaftenden Schmutz auf.
Durch das Führen der Flammenfront in die Umlenkfläche 72 wird die Verbrennung unterstützt und effektiv aus einer Kammer mit kleinem Durchmesser (z.B. der zweiten Brennkammer 32) in eine Kammer mit größeren Durchmesser, z.B. die erste Brennkammer 31 übertragen, um dadurch die Nutzung flexibler Brennstoffe zu ermöglichen. D.h., von Brennstoffen mit einer zugeordneten großen Detonationszellenabmessung und hoher Initiierungsenergie. Somit ist die Erzeugung und/oder Aufrechterhaltung der Flammenfront mit Detonations- oder Quasi-Detonations-Geschwindigkeiten und einer zugeordneten Schockwelle entlang mehreren Verbrennungsstromwegen in einen Kessel oft schwierig. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass durch Umlenken der Flammenfront in einer derartigen Weise die Verbrennung und des Weiteren die Flammenfront und die zugeordnete Schockwelle aufrechterhalten bleiben. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung die Verwendung von verschiedenen flexiblen Brennstoffen, die bisher praktisch nicht zur Verwendung in existierenden Detonationsverbrennungs-Reinigungssystemen möglich waren, und es ist in der Lage, solche Brennstoffe in einer wesentlich kompakteren kleineren Geometrie als bisher verfügbar, zu nutzen.
Es wird nun auf 3 bei der Beschreibung einer Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung 200 Bezug genommen, die gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist. Gemäß Darstellung enthält die Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung 200 eine Haupt- oder erste Brennkammer 204 mit einem Hauptkörperabschnitt 206 mit einem ersten Endabschnitt 207, der sich in einen zweiten Endabschnitt 208 durch einen im Wesentlichen geraden Zwischenabschnitt 209 erstreckt. In einer zu der vorstehend beschriebenen ähnlichen Weise definiert der Hauptkörperabschnitt 206 einen ersten Verbrennungsstromweg 211. In einer zu der vorstehend beschriebenen ebenfalls ähnlichen Weise ist der erste Endabschnitt 207 mit einem Flansch 212 versehen, der dafür konfiguriert ist, den Flansch 10 an den Kessel 2 zu koppeln, während der zweite Endabschnitt 208 mit einem Flansch 213 versehen ist. Der Flansch 213 ist mit einem Umlenkelement 218 mit einer Umlenkfläche 221 gekoppelt. Anders als bei der vorstehend beschriebenen gekrümmten Umlenkfläche 72 ist die Umlenkfläche 221 im Wesentlichen eben oder geradlinig.
Die Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung 200 enthält auch ein Initiatorrohr oder eine zweite Brennkammer 230 mit einem ersten Verbrennungsabschnitt 232, der sich zu einem zweiten Verbrennungsabschnitt 233 erstreckt, der einen zweiten Verbrennungsstromweg 235 definiert. Gemäß Darstellung enthält der erste Verbrennungsabschnitt 232 einen Hauptkörperabschnitt 236 mit einem ersten Endabschnitt 237, der sich in einen zweiten Endabschnitt 238 durch einen Zwischenabschnitt 239 hindurch erstreckt. Der zweite Endabschnitt 238 ist mit einem Flansch 242 versehen, welcher, wie es nachstehend vollständiger beschrieben wird, den ersten Verbrennungsabschnitt 232 mit dem zweiten Verbrennungsabschnitt 233 verbindet. Zu diesem Zweck enthält der zweite Verbrennungsabschnitt 233 einen Hauptkörperabschnitt 244 mit einem ersten Endabschnitt 245, der sich zu einem ersten Zwischen- oder gekrümmten oder abgewinkelten Abschnitt 246 erstreckt, der in einen zweiten Zwischen- oder im Wesentlichen geradlinigen Abschnitt 247 übergeht, bevor er in einem zweiten Endabschnitt 248 endet. Der erste Endabschnitt 245 ist mit einem Flansch 250 versehen, der mit dem Flansch 242 auf dem ersten Verbrennungsabschnitt 232 in Eingriff steht.
Die zweite Brennkammer 230 enthält einen Lufteinlass 260, der an einem ersten Endabschnitt 237 des ersten Abschnittes 232 vorgesehen ist. Der Lufteinlass 260 ist dafür konfiguriert, dass er fluidführend mit der Luftquelle 23 über eine Leitung 261 verbunden ist. Ein Brennstoffeinlass 264 ist angrenzend an den Lufteinlass 260 angeordnet. Der Brennstoffeinlass 264 ist für eine fluidführende Verbindung mit einer Brennstoffquelle 24 über eine Leitung 265 konfiguriert. Eine Zündvorrichtung 270 ist stromabwärts von dem Lufteinlass 260 und Brennstoffeinlass 264 angeordnet. Die Zündvorrichtung 270 ist mit einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung über ein Zündvorrichtungskabel 271 verbunden. In einer zu der vorstehend beschriebenen ähnlichen Weise enthält der erste Verbrennungsabschnitt 232 mehrere erste Hindernisse 280. Die Hindernisse 280 dienen zum Beschleunigen einer Flammenfront, die die zweite Brennkammer 230 entlang dem zweiten Verbrennungsstromweg 235 durchläuft. Mehrere zweite Hindernisse 285 sind in dem zweiten Verbrennungsabschnitt 233 ausgebildet und dienen dazu, die Flammenfront, welche entlang dem zweiten Verbrennungsstromweg 235 durchtritt, weiter zu beschleunigen. Alle von den mehreren Hindernissen 280, 285 sind durch zylindrische Vorsprünge dargestellt, wovon einer bei 290 angezeigt ist, der sich aus einer (nicht getrennt bezeichneten) Innenwand der zweiten Brennkammer 230 erstreckt.
Wie vorstehend beschrieben, startet die Zündvorrichtung 270 die Verbrennung eines in der zweiten Brennkammer 230 vorhandenen Brennstoff/Luft-Gemisches unter Erzeugung einer Flammenfront mit einer zugeordneten Schockwelle. Die Flammenfront bewegt sich entlang dem zweiten Verbrennungsstromweg 235, bevor sie das zweite Ende des Abschnittes 248 des zweiten Abschnittes 233 verlässt. Nach dem Verlassen der zweiten Abschnittes 233 trifft die Flammenfront auf die Umlenkfläche 221 und wird entlang dem ersten Verbrennungsstromweg 211 reflektiert. Die Flammenfront und die zugeordnete Schockwelle bewegen sich entlang dem ersten Verbrennungsstromweg 211 durch den ersten Endabschnitt 207 und treten in den Kessel 2 aus, wo sie auf die Innenoberflächen auftreffen, um den Schmutz davon abzulösen. Wie vorstehend erwähnt, wird durch Umlenken der Flammenfront und der zugeordneten Schockwelle aus einer kleineren Brennkammer in eine größere Brennkammer die Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung 200 dafür konfiguriert, flexible Brennstoff/Luft-Gemische, wie z.B. Methan/Erdgas, Propan, Ethylen, Wasserstoff, Azetylen enthaltenden Brennstoffe und viele andere gasförmige oder dampfförmige Brennstoffe zu verbrennen. Im Wesentlichen ist die Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung 20 dafür konfiguriert, Brennstoffe/Gemische mit einer großen Detonationszelle und welche eine große Detonationsinitiierungsenergie benötigen, ohne eine Sauerstoffanreicherung des Brennstoff/Luft-Gemisches zu erfordern, zur Detonation zu bringen.
Im Wesentlichen verwendet diese Beschreibung Beispiele, um die Erfindung einschließlich der besten Ausführungsart offenzulegen, und um auch jedem Fachmann auf diesem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Vorrichtungen und Systeme und Durchführung aller enthaltenen Verfahren auszuführen und zu nutzen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
Eine Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung enthält wenigstens eine Brennkammer mit einem Verbrennungsstromweg und mit einem Umlenkelement. Eine Zündvorrichtung, die funktionell mit der wenigstens einen Brennkammer verbunden ist, wird selektiv aktiviert, um einen verbrennbaren Brennstoff in der wenigstens einen Brennkammer zu zünden, um eine Schockwelle zu erzeugen, die sich in einer ersten Richtung entlang dem Verbrennungsstromweg bewegt, auf das Umlenkelement auftrifft, ihre Richtung umkehrt und in einen Kessel eintritt, um an dessen Innenoberflächen anhaftende Partikel abzulösen.
Bezugszeichenliste

2: Industrieller Dampferzeuger
4: Hauptkörper
6: Außenoberfläche
7: Innenoberfläche
8: Innenkammer
10: Flansch
18: Detonationsverbrennungs-Reinigungssystem
20: Detonationsverbrennungs-Reiniger
23: Luftquelle (Luftstrom)
24: Brennstoffquelle (Brennstoffstrom)
31: Erste Brennkammer - Hauptkammer
32: Zweite Brennkammer (Startrohre)
34: Im Wesentlichen geradliniger Abschnitt
36: Gekrümmter Abschnitt
39: Im Wesentlichen geradliniger Hauptkörperabschnitt
41: Erster Endabschnitt
42: Zweiter Endabschnitt
43: Zwischenabschnitt
45: Flansch
46: Flansch
52: Gekrümmter Hauptkörperabschnitt
54: Erster Endabschnitt
55: Zweiter Endabschnitt
56: Gekrümmter Zwischenabschnitt
60: Flansch
61: Flansch
63: Erster Verbrennungsstromweg
65: Verbinderabschnitt
66: Erstes Ende
67: Zweites Ende
69: Flansch
72: Umlenkelement
75: Gekrümmte (konkave) Umlenkfläche
84: Erster im Wesentlichen geradliniger Verbrennungsabschnitt
86: Gekrümmter Verbrennungsabschnitt
88: Zweiter im Wesentlichen geradliniger Verbrennungsabschnitt
89: Dritter im Wesentlichen geradliniger Abschnitt
91: Hauptkörperabschnitt
92: Erster Endabschnitt
93: Zweiter Endabschnitt
94: Zwischenabschnitt
96: Flansch
100: Gekrümmter Hauptkörperabschnitt
101: Erster Endabschnitt
102: Zweiter Endabschnitt
103: Gekrümmter Zwischenabschnitt
105: Flansch
106: Flansch
110: Hauptkörperabschnitt
111: Erster Endabschnitt
112: Zweiter Endabschnitt
113: Zwischenabschnitt
115: Flansch
116: Flansch
121: Hauptkörperabschnitt
122: Erster Endabschnitt
123: Zweiter Endabschnitt
124: Zwischenabschnitt
127: Flansch
130: Zweiter Verbrennungsstromweg
140: Lufteinlass
141: Leitung
144: Brennstoffeinlass
145: Leitung
150: Zündvorrichtung oder Zünder
152: Steuerung (nicht dargestellt)
154: Kabel
160: Mehrere Hindernisse
162: Zylindrische Vorsprünge
163: Abmessung usw.
165: Mehrere Hindernisse
200: Detonationsverbrennungs-Reinigungsvorrichtung
204: Erste Brennkammer (Hauptkammer)
206: Hauptkörperabschnitt
207: Erster Endabschnitt
208: Zweiter Endabschnitt
209: Zwischenabschnitt (im Wesentlichen geradlinig)
212: Flansch
213: Flansch
215: Erster Verbrennungsstromweg
218: Umlenkelement
221: Umlenkfläche
230: Zweite Brennkammer (Indikator)
232: Erster Abschnitt
233: Zweiter Abschnitt
235: Zweiter Verbrennungsstromweg
236: Hauptkörperabschnitt
237: Erster Endabschnitt
238: Zweiter Endabschnitt
239: Zwischenabschnitt
242: Flansch
244: Hauptkörperabschnitt
245: Erster Endabschnitt
246: Erster gekrümmter Zwischenabschnitt
247: Zweiter gekrümmter Abschnitt
248: Zweiter Endabschnitt
250: Flansch
260: Lufteinlass
261: Leitung
264: Brennstoffeinlass
265: Leitung
270: Zünder
271: Zünderkabel
280: Mehrere Hindernisse
285: Mehrere Hindernisse
290: Zylindrischer Vorsprung

Claims

Detonationsvorrichtungs-Reinigungssystem, aufweisend: einen Kessel (2) mit einem Hauptkörper (4), der eine Außenoberfläche (6) und eine Innenoberfläche (7) enthält, die zusammen eine Innenkammer (8) definieren; eine Brennstoffquelle (24), die verbrennbaren Brennstoff enthält; eine Luftquelle (23), die einen Luftstrom enthält; und eine Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung (20; 200), die an dem Kessel (2) montiert ist und fluidführend mit der Brennstoffquelle (24), der Luftquelle (23) und der Innenkammer (8) verbunden ist, wobei die Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung (20; 200) aufweist: wenigstens eine Brennkammer (31, 32; 204, 230), die einen Verbrennungsstromweg (63, 130; 211, 235) definiert, wobei die wenigstens eine Brennkammer (31, 32; 204, 230) ein Umlenkelement (72, 218) enthält; einen Lufteinlass (140, 260), der fluidführend mit der Luftquelle (23) und der wenigstens einen Brennkammer (31, 32, 204, 230) verbunden ist; einen Brennstoffeinlass (144; 264), der fluidführend mit der Brennstoffquelle (24) und der wenigstens einen Brennkammer (31, 32; 204, 230) verbunden ist; und eine Zündvorrichtung (150; 270), die funktionell mit der wenigstens einen Brennkammer (31, 32; 204, 230) verbunden und stromabwärts von dem Brennstoffeinlass (144; 264) und dem Lufteinlass (140, 260) angeordnet ist, wobei die Zündvorrichtung (150; 270) selektiv aktiviert wird, um Brennstoff in der wenigstens einen Brennkammer (31, 32; 204, 230) zum Erzeugen einer Schockwelle (27) zu zünden, die sich in einer ersten Richtung entlang dem Verbrennungsstromweg (63, 130; 211, 235) bewegt, auf das Umlenkelement (72, 218) auftrifft, die Richtung umkehrt und in die Innenkammer (8) eintritt, um an den Innenwänden des Kessels (2) anhaftende Partikel abzulösen.
Detonationsvorrichtungs-Reinigungssystem nach Anspruch 1, wobei das Umlenkelement (218) eine im Wesentlichen ebene Umlenkfläche (75) enthält.
Detonationsvorrichtungs-Reinigungssystem nach Anspruch 1, wobei das Umlenkelement (72) eine gekrümmte Umlenkfläche (75) enthält.
Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung, aufweisend: wenigstens eine Brennkammer (31, 32; 204, 230), die einen Verbrennungsstromweg (63, 130; 211, 235) definiert, wobei die wenigstens eine Brennkammer (31, 32; 204, 230) ein Umlenkelement (72, 218) enthält; und eine Zündvorrichtung (150; 270), die funktionell mit der wenigstens einen Brennkammer (31, 32; 204, 230) verbunden ist, wobei die Zündvorrichtung (150; 270) selektiv aktiviert wird, um einen verbrennbaren Brennstoff in der wenigstens einen Brennkammer (31, 32; 204, 230) zum Erzeugen einer Schockwelle (27) zu zünden, die sich in einer ersten Richtung entlang dem Verbrennungsstromweg (63, 130; 211, 235) bewegt, auf das Umlenkelement (72, 218) auftrifft, die Richtung umkehrt und in einen Kessel (2) eintritt, um an Innenoberflächen davon anhaftende Partikel abzulösen.
Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine Brennkammer (31, 32; 204, 230) eine erste Brennkammer (31; 204) enthält, wobei die erste Brennkammer (31; 204) einen Hauptkörperabschnitt (39, 52; 206) besitzt, der einen ersten Verbrennungsstromweg (63; 211) definiert, und eine zweite Brennkammer (32; 230), die fluidführend mit der ersten Brennkammer (31; 204) verbunden ist, wobei die zweite Brennkammer (32; 230) einen Hauptkörperabschnitt (100, 110, 121; 236, 244) besitzt, der einen zweiten Verbrennungsstromweg (130; 235) definiert.
Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei sich der Hauptkörperabschnitt (110, 121; 244) der zweiten Brennkammer (32; 230) durch den Hauptkörperabschnitt (39, 52; 206) der ersten Brennkammer (31; 204) hindurch erstreckt.
Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Hauptkörperabschnitt (39, 52; 206) der ersten Brennkammer (31; 204) einen gekrümmten Abschnitt (103, 246) enthält, wobei die zweite Brennkammer (32; 230) durch den gekrümmten Abschnitt (103, 246) verläuft und sich entlang dem ersten Verbrennungsstromweg (63; 211) erstreckt.
Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Hauptkörperabschnitt (39, 52; 206) der ersten Brennkammer (31; 204) einen im Wesentlichen geradlinigen Abschnitt (34; 209) enthält, die zweite Brennkammer (32; 230) durch den im Wesentlichen geradlinigen Abschnitt (34; 209) verläuft und sich durch einen abgewinkelten Abschnitt (103; 246) in einen im Wesentlichen geradlinigen Abschnitt (84, 88, 89; 232, 244) erstreckt, wobei der im Wesentlichen geradlinige Abschnitt (89; 244) sich entlang dem ersten Verbrennungsstromweg (63; 211) erstreckt und zu dem Umlenkelement (72, 218) hin vorsteht.
Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die zweite Brennkammer (32; 230) mehrere Hindernisse (160, 165; 280) enthält, die entlang dem zweiten Verbrennungsstromweg (130; 235) angeordnet sind, wobei die mehreren Hindernisse (160, 165; 280) dafür angeordnet sind, eine Beschleunigung der Schockwelle (27) zu dem Umlenkelement (72, 218) hin zu unterstützen.
Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die zweite Brennkammer (32; 230) einen ersten Verbrennungsabschnitt (101; 232) enthält, der mit einem zweiten Verbrennungsabschnitt (102; 233) über einen gekrümmten Abschnitt (103; 246) verbunden ist, die zusammen den zweiten Verbrennungsstromweg (130; 235) definieren.
Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Umlenkelement (218) eine im Wesentlichen ebene Umlenkfläche (221) enthält.
Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Umlenkelement (72) eine gekrümmte Umlenkfläche (75) enthält.
Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die gekrümmte Umlenkfläche (75) eine konkave Oberfläche ist.
Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der verbrennbare Brennstoff Methan enthält.
Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der verbrennbare Brennstoff Ethylen enthält.
Detonationsbrennkammer-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der verbrennbare Brennstoff Propan enthält.
Verfahren zum Reinigen eines Kessels mit einer Detonations-Reinigungsvorrichtung, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Aufnehmen eines Luftstroms in wenigstens eine Brennkammer (31, 32; 204, 230) mit einem Verbrennungsstromweg (63, 130; 211, 235) durch einen Lufteinlass (140, 260); Aufnehmen eines Brennstoffstroms in die wenigstens eine Brennkammer (31, 32; 204, 230) durch einen Brennstoffeinlass (144; 264), wobei sich der Brennstoffstrom mit dem Luftstrom zur Ausbildung eines Brennstoff/Luft-Gemisches vermischt; periodisches Zünden des Brennstoff/Luft-Gemisches zum Erzeugen einer Schockwelle (27); Beschleunigen der Schockwelle (27) entlang dem Verbrennungsstromweg (63, 130; 211, 235); Einführen der Schockwelle (27) in ein Umlenkelement (72, 218), das auf der wenigstens einen Brennkammer (31, 32; 204, 230) vorgesehen ist; Reflektieren der Schockwelle (27) von dem Umlenkelement (72, 218) zurück entlang dem Verbrennungsstromweg (63, 130; 211, 235); Einführen der Schockwelle (27) in einen Kessel (2) mit einer zu reinigenden Oberfläche (7); und Lösen von Schmutz von der zu reinigenden Oberfläche (7) als Folge von Stößen aus der Schockwelle (27).
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Beschleunigung der Schockwelle (27) entlang dem Verbrennungsstromweg (63, 130; 211, 235) die Beschleunigung der Schockwelle (27) entlang einem ersten Verbrennungsstromweg (63; 211) einer ersten Brennkammer (31; 204) und entlang einem zweiten Verbrennungsstromweg (130; 235) einer zweiten Brennkammer (32; 230) umfasst, wobei die zweite Brennkammer (32; 230) fluidführend mit der ersten Brennkammer (31; 204) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner mit den Schritten: Einführen der Schockwelle (27) aus dem zweiten Verbrennungsstromweg (130; 235) in das Umlenkelement (72, 218); und Reflektieren der Schockwelle (27) von dem Umlenkelement (72, 218) zurück entlang dem ersten Verbrennungsstromweg (63; 211) .
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das periodische Zünden von Brennstoff das Zünden von Brennstoff, welcher wenigstens eines von Methan, Ethylen und Propan enthält, beinhaltet.