DE102014213352B4 - Device and method for the electromechanical cleaning of a heating surface - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Abreinigen einer Heizfläche in einer Kesselanlage, bestehend aus Heizrohren (2), einem Sammler (3), einer Kesselwand (4) mit Wandrohren (5) an einem Steg (6), gekennzeichnet durch – ein Übertragungselement (7), welches am Sammler (3) wirkt und mittels Aktuator angetrieben wird, – einen Faltenbalg (18), der das Übertragungselement (7) umgibt und der über eine Membran (16) an horizontalen Federstahlblechen (15) befestigt ist, – Federstahlbleche (15), die fest mit dem Steg (6) der Kesselwand (4) verbunden sind, und – der Steg (6) eine Öffnung (13) in den Kesselraum (26) aufweist, durch die dieser mit dem Innenraum des Faltenbalges (18) in Verbindung steht und durch den das Übertragungselement (7) ragt.Apparatus for cleaning a heating surface in a boiler installation, consisting of heating pipes (2), a collector (3), a boiler wall (4) with wall pipes (5) on a web (6), characterized by - a transmission element (7), which on Collector (3) acts and is driven by means of an actuator, - a bellows (18) surrounding the transmission element (7) and which is attached via a membrane (16) to horizontal spring steel plates (15), - spring steel plates (15), the solid with the web (6) of the boiler wall (4) are connected, and - the web (6) has an opening (13) in the boiler chamber (26) through which it communicates with the interior of the bellows (18) and through which projects the transmission element (7).

Description

Die erfindungsgemäße Lösung betrifft eine Vorrichtung zum elektromechanischen Abreinigen einer Heizfläche in einer Müllverbrennungsanlage entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.The inventive solution relates to a device for the electromechanical cleaning of a heating surface in a waste incineration plant according to the preamble of the first claim.

Die Erfindung ist überall dort anwendbar, wo Rohre in einer Kesselanlage vorhanden sind, die nebeneinander oder übereinander angeordnet sind und mittels Sammlern oder anderen starren Teilen miteinander verbunden sind. Bestehende Anlagen können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren abgereinigt werden, wenn entsprechende Verbindungen zwischen den Rohren oder Rohrschlangen, beispielsweise Sammler, vorhanden sind, auf die ein Übertragungselement wie eine Stange oder eine Stößel-Stange wirken kann. Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders geeignet für das Abreinigen einer Heizfläche, wie sie in der Kesselanlage einer Müll-, oder Biomasseverbrennungsanlage eingebaut ist.The invention is applicable everywhere where pipes are present in a boiler plant, which are arranged side by side or one above the other and are connected to each other by means of collectors or other rigid parts. Existing plants can be cleaned with the inventive device and the method according to the invention, if appropriate connections between the pipes or coils, for example collectors are present, on which a transmission element such as a rod or a plunger rod can act. The solution according to the invention is particularly suitable for cleaning a heating surface, as it is installed in the boiler system of a waste or biomass incineration plant.

Rohrschlangen in Kesselanlagen verschmutzen nach entsprechender Gebrauchsdauer durch das Anhaften von Asche- und Rußpartikeln oder anderen bei der Verbrennung entstehenden Teilchen, die sich an den Rohrschlangen anlagern und eine isolierende Schicht bilden. Damit die Kesselanlage wieder effektiv arbeitet, muss im laufenden Betrieb in regelmäßigen Abständen der Belag von den Rohrschlangen entfernt werden. Nach dem Stand der Technik werden dazu bevorzugt Rußbläser und pneumatische Klopfer eingesetzt, bekannt ist auch die Abreinigung mittels Kugelregen.Coils in boiler plants pollute after appropriate service life by the adhesion of ash and soot particles or other particles formed during combustion, which accumulate on the coils and form an insulating layer. For the boiler system to work effectively again, the covering must be removed from the coils at regular intervals during operation. According to the state of the art, soot blowers and pneumatic knockers are preferably used for this purpose, and cleaning by means of ball rain is also known.

In DE 198 53 715 A1 ist eine Klopfvorrichtung zum Abreinigen von Rohrschlangen von Kesselanlagen beschrieben, wobei eine elektrisch-pneumatisch betriebene Schlagplatte gegen ein Verbindungselement von Rohrschlangen wirkt. Durch die Schlagbelastung kommt es zur Vibration, so dass Anbackungen zwischen den Rohrgassen gelöst werden und auf diese Weise eine Reinigung erfolgt. Die Vorrichtung setzt einen pneumatischen Antrieb und eine Schlagbelastung auf Verbindungselemente zwischen den Rohren voraus.In DE 198 53 715 A1 a knocking device for cleaning pipe coils of boiler systems is described, wherein an electric-pneumatically operated impact plate acts against a connecting element of pipe coils. By the impact load it comes to vibration, so that caking between the pipe tracks are released and done in this way a cleaning. The device requires a pneumatic drive and impact load on connecting elements between the tubes.

DE 60 2005 002 120 T2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschleunigungsreglung eines elektromechanischen Klopfmechanismus, der für das Abreinigen von Elektroabscheidern vorgesehen ist, wobei ein Hammer zur Abreinigung dient, der von einer elektromagnetischen Klopfvorrichtung betrieben wird, indem eine elektrische Spule mit einem zusätzlichen elektrischen Impuls zum Beschleunigen eines Metallzylinders als Hammer der Klopfvorrichtung dient. DE 60 2005 002 120 T2 describes a method and apparatus for the acceleration control of an electromechanical knocking mechanism provided for cleaning of electrostatic precipitators, wherein a hammer for cleaning operated by an electromagnetic knocking apparatus employs an electric coil with an additional electric pulse for accelerating a metal cylinder Hammer of the knocking device is used.

Der obengenannte Stand der Technik weist den Nachteil auf, dass die Rohre oder andere Teile einer schlagartigen Belastung ausgesetzt werden, die von Rohr zu Rohr übertragen wird und eine starke Belastung auf die Rohre ausübt. Weiterhin kommt es bei den bekannten Systemen zur Reinigung der Heizflächen dazu, dass sich bei Temperaturerhöhung des Rauchgases die Heizfläche ausdehnt, so dass der Schlagbolzen des Klopfers durch eine Führung immer in die richtige Position gegenüber dem Sammler positioniert werden muss.The above-mentioned prior art has the disadvantage that the tubes or other parts are subjected to an abrupt load, which is transmitted from tube to tube and exerts a heavy load on the tubes. Furthermore, in the case of the known systems for cleaning the heating surfaces, the heating surface expands when the temperature of the flue gas increases, so that the firing pin of the knocker always has to be positioned by a guide in the correct position relative to the collector.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung der Heizflächen zu entwickeln, bei dem es nicht zu einer schlagartigen Belastung der Rohre der Heizflächen kommt. Weiterhin soll die Führung einer Schlagvorrichtung gegenüber den Heizflächen entfallen.It is therefore an object of the invention to develop an apparatus and a method for cleaning the heating surfaces, in which there is no sudden loading of the tubes of the heating surfaces. Furthermore, the leadership of a percussion device relative to the heating surfaces should be omitted.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches und ein Verfahren nach den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst.This object is achieved by a device according to the features of the first claim and a method according to the features of claim 10.

Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.Subclaims give advantageous embodiments of the invention again.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, die Heizflächen von Rohren zwischen zwei Sammlern oder zwischen Verbindungselementen oder verbindenden Elementen durch Anregung der Rohreigenresonanz-Frequenzen in Schwingung zu versetzen. Vorgeschlagen wird, insbesondere Bündelheizflächen durch Anregung der Rohreigenresonanz-Frequenzen in Schwingung zu versetzen, wobei die Anregung über einen außerhalb des Kessels montierten elektrischen Aktuator wie einen Linear-Aktuator erfolgt und die Schwingungsbewegung über ein Übertragungselement wie eine Stange oder eine Stößel-Stange auf die betreffende Heizfläche übertragen wird. Der Reinigungseffekt tritt bei hinreichender Bewegungs-Amplitude bzw. Beschleunigungsamplitude der einzelnen Rohre an der Stelle der maximalen Auslenkung durch die aufgebrachten Schwingungen ein. Es wird vorgeschlagen, die Frequenz des Linear-Aktuators so zu verändern, dass zunächst die niedrigste Eigenfrequenz der Rohre der Heizfläche angefahren und für eine gewisse Zeit gehalten wird. Die tiefste Eigenresonanz- Frequenz ist abhängig von der Größe und Bauart der Heizfläche. Diese Frequenz wird durch Messungen an der Heizfläche ermittelt und bei Auftreten der Eigenresonanz in einer Steuer- und Regeleinrichtung als Kennwert für die Heizfläche gespeichert. Dazu weist die Vorrichtung eine lokale Regelung und Speicherung für die ermittelten Kennwerten auf. Bei jedem Reinigungsvorgang werden Kennwerte ermittelt, die die Verschmutzung charakterisieren. Diese Daten werden lokal gespeichert und dienen dem optimierten Start des nächsten Reinigungsvorgangs. Die ermittelten Kennwerte werden außerdem an die Kraftwerkssteuerung übermittelt und dort gespeichert, bzw. als Trend angezeigt. Aus der zeitlichen Veränderung der Daten kann auf die Verschmutzungsentwicklung rückgeschlossen werden. Die Steuer- und Regeleinrichtung kann die Kraftwerkssteuerung darstellen. Bei weiteren Reinigungszyklen wird diese Frequenz direkt aus der Steuer- und Regeleinrichtung abgerufen und damit der Aktuator angesteuert. Anschließend wird die Frequenz des Linear-Aktuators mittels Steuer- oder Regeleinrichtung gesteigert, so dass einzelne Oberwellen der Rohrschwingung angeregt werden. Da sich die Schwingungsbäuche (ebenso wie die Schwingungsknoten) der unterschiedlichen Eigenfrequenzen an unterschiedlichen Orten befinden, werden auf diese Weise die Beläge an verschiedenen bis hin zu allen Stellen des Rohres entfernt. Weiterhin wird vorgeschlagen, einen mit geringer elektrischer Energie anzuregenden Piezo-Quarz als Linear-Aktuator zu verwenden. Denkbar ist es auch, einen elektrodynamischen Aktuator wie eine Schwing-Spule zu verwenden.The solution according to the invention provides for heating the heating surfaces of tubes between two collectors or between connecting elements or connecting elements by exciting the natural resonant frequencies of the tubes. It is proposed to vibrate in particular bundle heating surfaces by exciting the tube natural resonance frequencies, wherein the excitation via a mounted outside the boiler electric actuator such as a linear actuator and the vibration movement via a transmission element such as a rod or a plunger rod on the relevant Heating surface is transferred. The cleaning effect occurs at sufficient movement amplitude or acceleration amplitude of the individual tubes at the point of maximum deflection by the applied vibrations. It is proposed to change the frequency of the linear actuator so that initially the lowest natural frequency of the tubes of the heating surface is approached and held for a certain time. The lowest natural resonance frequency depends on the size and design of the heating surface. This frequency is determined by measurements on the heating surface and stored in the occurrence of self-resonance in a control and regulating device as characteristic for the heating surface. For this purpose, the device has a local control and storage for the determined characteristic values. During each cleaning process, characteristic values are determined that characterize the contamination. This data is stored locally and serves the optimized start of the next cleaning process. The determined characteristic values are also transmitted to the power plant control and stored there, or displayed as a trend. From the temporal change of the data can be deduced the pollution development. The control and regulating device may represent the power plant control. For further cleaning cycles, this frequency is obtained directly from the control and regulating device and thus the actuator is controlled. Subsequently, the frequency of the linear actuator is increased by means of control or regulating device, so that individual harmonics of the tube oscillation are excited. Since the antinodes (as well as the vibration nodes) of the different natural frequencies are located at different locations, in this way the pads are removed at various to all locations of the tube. Furthermore, it is proposed to use a piezoelectric quartz to be excited with low electrical energy as a linear actuator. It is also conceivable to use an electrodynamic actuator such as a resonant coil.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen von Eigenresonanz-Frequenzen sieht folgende elektromechanische Vorrichtung zum Reinigen von Rohren in einem Kessel vor, die außerhalb des Kessels an einer Kesselwand angeordnet ist.The self-resonant frequency generating device according to the invention provides the following electromechanical device for cleaning pipes in a boiler, which is arranged outside the boiler on a boiler wall.

Das Kernstück der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt ein Übertragungselement wie eine Stange oder eine Stößel-Stange aus Metall oder einem anderen geeigneten Material dar, die Schwingungen von einem Aktuator auf ein Verbindungselement wie einen Sammler überträgt. Dazu befindet sich an dem einen Ende des Übertragungselementes der Aktuator zum Erzeugen der Schwingungen und auf der anderen Seite des Übertragungselementes der Sammler, auf den die Schwingungen übertragen werden. Zwischen Verbindungselement wie einer Stange und Übertragungselement wie einem Sammler ist eine einfach montierbare Verbindung angeordnet. Ziel dieser Verbindung ist es, die Montage zu erleichtern. Die Heizfläche kann nicht mit einer vormontierten Aktorstange eingebaut werden. Deswegen wird diese erst später eingebaut und muss, damit sie Schwingungen an der vorgesehenen Stelle überträgt, mit dem Sammler verbunden werden. Diese Verbindung sollte in vorteilhafter Weise eine lösbare Verbindung darstellen. So kann eine Tellerfeder das Übertragungselement mit dem Verbindungselement oder ein Bajonettverschluss die formschlüssige Verbindung darstellen. Die Feder sorgt durch die Vorspannung für die Selbsthemmung gegen Lösen der Bajonettarretierung. Andere dem Fachmann bekannte lösbare Verbindungen sind im Sinne der Erfindung denkbar.The centerpiece of the device according to the invention is a transmission element such as a rod or plunger rod of metal or other suitable material which transmits vibrations from an actuator to a connector such as a collector. For this purpose, located at one end of the transmission element of the actuator for generating the vibrations and on the other side of the transmission element of the collector to which the vibrations are transmitted. Between the connecting element such as a rod and transmission element such as a collector, an easily mountable connection is arranged. The aim of this connection is to facilitate assembly. The heating surface can not be installed with a preassembled actuator rod. Therefore, this is installed later and must, so that it transmits vibrations at the intended location, be connected to the collector. This compound should advantageously constitute a detachable connection. Thus, a diaphragm spring, the transmission element with the connecting element or a bayonet lock represent the positive connection. The spring ensures by the bias for self-locking against loosening the bayonet lock. Other known in the art releasable compounds are conceivable within the meaning of the invention.

Das Übertragungselement ragt von der Vorrichtung außerhalb des Kessels und auf der einen Seite der Kesselwand, auf der sich die elektromechanische Vorrichtung befindet, auf die andere Seite der Kesselwand, auf der sich die Rohre mit den Heizflächen und die Sammler bzw. die Verbindungselemente befinden. Dazu ist in der Kesselwand eine Öffnung angeordnet. Diese Öffnung ist an einem Steg zwischen zwei Rohrwandrohren anzuordnen und kann ein vertikal ovales Loch darstellen, welches einen größeren Durchmesser als das Übertragungselement aufweist. Die vertikal ovale Öffnung erlaubt die Relativbewegung der Heizfläche gegenüber der Wand auf Grund unterschiedlicher Temperaturen. Die Relativbewegung beträgt erfahrungsgemäß in der Praxis bis zu 20 mm. Das Übertragungselement ist fest mit dem Sammler zu verbinden. Weiterhin muss die Befestigung an der Feder des Sammlers dieser thermischen Ausdehnung gerecht werden.The transmission element protrudes from the device outside the boiler and on the one side of the boiler wall, on which the electromechanical device is located, to the other side of the boiler wall, on which the pipes with the heating surfaces and the collectors or connecting elements are located. For this purpose, an opening is arranged in the boiler wall. This opening is to be arranged on a web between two pipe wall pipes and may represent a vertically oval hole, which has a larger diameter than the transmission element. The vertical oval opening allows the relative movement of the heating surface relative to the wall due to different temperatures. The relative movement is according to experience in practice up to 20 mm. The transfer element must be firmly connected to the collector. Furthermore, the attachment to the spring of the collector must meet this thermal expansion.

Die Vorrichtung ist am Steg der Wand befestigt. Horizontal angeordnete Federstahlbleche erlauben eine vertikale Relativ-Bewegung der Vorrichtung gegenüber der Wand, wobei die Stirnseite eine Membrane aufweist, die ein Bewegen der im Inneren befindlichen Stange oder des im Inneren befindlichen Übertragungselementes in Sammlerlängsrichtung ermöglicht. Die Federstahlbleche verhindern durch ihre Anordnung die horizontale Bewegung der Vorrichtung und des Sammlers quer zum Sammler. Die horizontalen Federstahlbleche sind jeweils über und unter dem Faltenbalg horizontal angeordnet. Andere vorteilhafte Anordnungen wie eine Anordnung an der Seite sind denkbar. Die bisher übliche Führung des Sammlers auf der Innenseite der Wand kann entfallen. Zwischen der Stirnwand und dem Übertragungselement ist eine Dichtung, vorteilhafterweise eine Klemmringverschraubung, angeordnet. Weiterhin ist um das Übertragungselement, die Stange oder die Stößel-Stange ein Faltenbalg angeordnet, der das Übertragungselement, die Stange oder die Stößel-Stange druck- oder luftdicht abschließt. Das ist erforderlich, da sich im Inneren des Faltenbalges, also zwischen Faltenbalg und Übertragungselement, Sperrluft befindet, die verhindert, dass Luft, Gas oder Schmutz aus dem Inneren des Kessels über die Öffnung im Steg in die Umgebung gelangt. Die Sperrluft wird über eine Leitung mit einer Öffnung im Faltenbalg in diesen eingebracht. Das Erzeugen der Schwingungen des Linearaktuators kann in vorteilhafter Weise mittels eines anzuregenden Piezo-Aktuators erfolgen. Bei dieser Ausführungsvariante wird ein Piezo-Quarz mittels Schwingungsanregungseinrichtung zum Schwingen angeregt, wobei ein Frequenzgenerator mit elektrischem Verstärker und einem Regler die Schwingungen vorgibt, die auf das Übertragungselement und weiter über das Verbindungselement auf die Rohre der Heizflächen übertragen werden.The device is attached to the web of the wall. Horizontally arranged spring steel plates allow a relative vertical movement of the device relative to the wall, wherein the end face has a membrane which allows movement of the inside rod or of the internal transmission element in the collector longitudinal direction. The spring steel plates prevent by their arrangement, the horizontal movement of the device and the collector across the collector. The horizontal spring steel plates are arranged horizontally above and below the bellows. Other advantageous arrangements such as an arrangement on the side are conceivable. The previously customary leadership of the collector on the inside of the wall can be omitted. Between the end wall and the transmission element is a seal, advantageously a compression fitting arranged. Furthermore, a bellows is arranged around the transmission element, the rod or the plunger rod, which pressure or airtight terminates the transmission element, the rod or the plunger rod. This is necessary because in the interior of the bellows, so between bellows and transmission element, sealing air is located, which prevents air, gas or dirt from the interior of the boiler passes through the opening in the bridge into the environment. The sealing air is introduced via a line with an opening in the bellows in this. The generation of the oscillations of the linear actuator can take place in an advantageous manner by means of a piezoactuator to be excited. In this embodiment, a piezo-quartz is excited by means of vibration excitation means to vibrate, wherein a frequency generator with an electric amplifier and a regulator specifies the vibrations which are transmitted to the transmission element and further via the connecting element to the tubes of the heating surfaces.

Eine andere Ausführungsvariante sieht vor, dass der elektromechanische oder -dynamische Aktuator eine Schwingspule darstellt, durch die Schwingungen auf das Übertragungselement und dann weiter auf das Verbindungselement und die Rohre der Heizfläche übertragen werden. Die Frequenz der Schwingungen kann zwischen 1 Hz und 20 KHz liegen. Die Schwingspule stellt eine Kupferwicklung dar, die in einem ringförmigen Permanent-Magnetfeld angeordnet ist. Die Spule ist elastisch in Spaltlängsrichtung aufgehängt. Bei Anlegen einer Spannung an die Spule wirkt eine Kraft durch das in der Spule erzeugte elektromagnetische Feld auf das permanentmagnetische Feld und bewegt die Spule. Mit einer an der Spule befestigten Vorrichtung lässt sich diese Bewegung übertragen. Dieses Prinzip wird auch bei Lautsprechern angewendet.Another embodiment provides that the electromechanical or -dynamic Actuator represents a voice coil, are transmitted through the vibrations on the transmission element and then on the connecting element and the tubes of the heating surface. The frequency of the vibrations can be between 1 Hz and 20 KHz. The voice coil is a copper winding which is arranged in an annular permanent magnetic field. The coil is suspended elastically in gap longitudinal direction. When a voltage is applied to the coil, a force acts on the permanent magnetic field by the electromagnetic field generated in the coil and moves the coil. With a device attached to the coil, this movement can be transmitted. This principle is also applied to loudspeakers.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass das Entfernen eines Belages von der Oberfläche von Rohren auf schonende Weise mittels einer elektromechanischen oder elektrodynamischen Abreinigung erfolgt.The solution according to the invention has the advantage that the removal of a coating from the surface of pipes takes place in a gentle manner by means of an electromechanical or electrodynamic cleaning.

Im Folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und fünf Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment and five figures. The figures show:

1: Elektromechanische Vorrichtung am Sammler einer Heizfläche, die durch einen Piezo-Quarz angeregt wird 1 : Electromechanical device at the collector of a heating surface, which is excited by a piezo-quartz

2: Schwingung eines Rohres zwischen zwei Sammlern für einfache Eigenfrequenz 2 : Oscillation of a pipe between two collectors for simple natural frequency

3: Schwingung eines Rohres zwischen zwei Sammlern bei einer Amplitude mit doppelter Eigenfrequenz 3 : Oscillation of a pipe between two collectors at a double natural frequency amplitude

4: Schwingung eines Rohres zwischen zwei Sammlern bei einer Amplitude mit dreifacher Eigenfrequenz 4 : Oscillation of a pipe between two collectors at an amplitude with triple natural frequency

5: Elektromechanische Vorrichtung am Sammler einer Heizfläche, die durch eine Schwing-Spule angeregt wird. 5 : Electromechanical device on the collector of a heating surface, which is excited by a vibrating coil.

Die 1 zeigt einen Kesselraum 26 eines Heizkessels, der durch die Kesselwand 4 begrenzt ist, die aus Wandrohren 5 besteht, zwischen denen Stege 6 angeordnet sind. Im Kesselraum 26 befinden sich Rohre 2, die eine Heizfläche bilden oder aufweisen und an denen sich Verschmutzungen bilden, die entfernt werden müssen. Am oberen und am unteren Ende der Rohre 2 sind sogenannte Sammler 3 angeordnet, die Verbindungselemente zwischen den Rohren 2 darstellen und durch die den Rohren 2 das Heizmedium zugeführt wird. Die elektromechanische Vorrichtung 1 zum Reinigen ist rechts von der Kesselwand 4, also außerhalb des Kesselraumes 26, angeordnet und weist ein Übertragungselement 7 auf, welches eine Stange oder eine Stößel-Stange darstellen kann, die in den Kesselraum 26 hineinragt und mit der Stirnseite des Sammlers 3 verbunden ist. Sammler 3 und Übertragungselement 7 sind durch eine schnelle und einfache Verbindung miteinander verbunden, die im vorliegenden Beispiel eine Bajonettarretierung 9 darstellt. Diese Verbindung ist nicht näher gezeichnet. Andere Verbindungen sind denkbar. Die Verbindung ist erforderlich, damit immer eine feste Verbindung zwischen Sammler 3 und dem Übertragungselement 7 besteht. Eine Verbindung wie die Bajonettarretierung 9 ist insofern vorteilhaft und notwendig, als das Übertragungselement 7 und die gesamte Vorrichtung nach 1 erst nach Montage der Heizflächen installiert wird. Die beim Einbau des Übertragungselementes 7 vorgespannte Tellerfeder 8 sorgt für eine lösbare, formschlüssige Verbindung. Die Rohre 2 der Heizfläche erfahren durch Temperaturänderungen eine thermische Ausdehnung 10, die zur vertikalen Verschiebung des Sammlers 3 um einige Zentimeter führen. Um das Übertragungselement 7 in den Kesselraum 26 zu führen, ist im Steg 6 an einer dafür geeigneten Stelle eine Öffnung 13 vorzusehen, die ein Bewegen des Übertragungselementes 7 entsprechend der thermischen Ausdehnung 10 der Rohre 2 erlaubt. Das Übertragungselement 7 ist in einem Faltenbalg 18 angeordnet, der das Übertragungselement 7 umgibt und zu seiner einen Seite am Steg 6 befestigt ist und dessen andere Seite mit der Stirnwand 28. Die Stirnwand 28 ist oben und unten über horizontal angeordnete Federstahlbleche 15 am Steg 6 der Kesselwand mit der Befestigung 14 befestigt. Die Stirnwand 28 weist eine Membrane 16 auf. Dadurch ist eine Beweglichkeit des Übertragungselementes 7 zur Übertragung der Schwingungsbewegung gewährleistet und der Innenraum des Faltenbalges 18 luft- und staubdicht abgesichert. Um zu verhindern, dass Luft, Gas oder Staub aus dem Kesselraum 26 ausdringen, wird in das Innere des Faltenbalges 18 Sperrluft 20 über eine Öffnung 19 eingeleitet, die der Zuführung von Sperrluft 20 dient.The 1 shows a boiler room 26 a boiler passing through the boiler wall 4 is limited, made of wall pipes 5 exists, between which webs 6 are arranged. In the boiler room 26 there are pipes 2 which form or have a heating surface and form contaminants which must be removed. At the top and at the bottom of the tubes 2 are so-called collectors 3 arranged the fasteners between the pipes 2 represent and through the pipes 2 the heating medium is supplied. The electromechanical device 1 for cleaning is right of the boiler wall 4 outside the boiler room 26 , arranged and has a transmission element 7 which can represent a rod or a pestle rod that enters the boiler room 26 protruding and with the front of the collector 3 connected is. collector 3 and transmission element 7 are connected by a quick and easy connection, which in the present example a bayonet lock 9 represents. This connection is not drawn in detail. Other connections are conceivable. The connection is required, thus always a firm connection between collectors 3 and the transmission element 7 consists. A connection like the bayonet lock 9 is advantageous and necessary insofar as the transmission element 7 and the entire device after 1 only after installation of the heating surfaces is installed. The during installation of the transmission element 7 preloaded diaphragm spring 8th provides a detachable, positive connection. The pipes 2 the heating surface undergo thermal expansion due to temperature changes 10 for vertical displacement of the collector 3 lead by a few centimeters. To the transmission element 7 in the boiler room 26 to lead is in the dock 6 at an appropriate place an opening 13 to provide a movement of the transmission element 7 according to the thermal expansion 10 the pipes 2 allowed. The transmission element 7 is in a bellows 18 arranged, which is the transmission element 7 surrounds and to its one side on the jetty 6 is attached and the other side with the end wall 28 , The front wall 28 is above and below over horizontally arranged spring steel sheets 15 at the jetty 6 the boiler wall with the attachment 14 attached. The front wall 28 has a membrane 16 on. This is a mobility of the transmission element 7 ensures the transmission of vibration movement and the interior of the bellows 18 protected against air and dust. To prevent air, gas or dust from the boiler room 26 it will penetrate into the interior of the bellows 18 sealing air 20 over an opening 19 initiated, the supply of sealing air 20 serves.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zum Erzeugen von Schwingungen ein Piezoaktuator 11 angeordnet, der durch einen Frequenzgenerator 12 mit elektrischem Verstärker angeregt wird, wobei ein Steuer- oder Regelmechanismus 27 dazu dient, die vorgegebenen Frequenzen zu speichern und den Reinigungszyklus zu steuern.In the present embodiment, a piezoactuator is used to generate vibrations 11 arranged by a frequency generator 12 is excited with an electric amplifier, wherein a control or regulating mechanism 27 this serves to store the given frequencies and to control the cleaning cycle.

Derartige Steuer- und Regelmechanismen sind dem Fachmann entsprechend dem Stand der Technik bekannt.Such control and regulating mechanisms are known in the art according to the prior art.

Um das Reinigen der Rohre 2 in einem Kessel durchzuführen, ist der Aktuator in einer vorgegebenen Weise zu steuern oder zu regeln.To clean the pipes 2 in a boiler, the actuator is to be controlled or regulated in a predetermined manner.

Folgende Verfahrensschritte sind durchzuführen:

• – In einem ersten Verfahrensschritt wird die Eigenfrequenz einer sauberen Heizfläche gemessen und als ein erster Sollwert im Speicher der Mess- und Regelungseinrichtung gespeichert.
• – In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Eigenfrequenz einer zu reinigenden Heizfläche gemessen und als zweiter Sollwert gespeichert. Dieser zweite Wert stellt den Verschmutzungskennwert dar.
• – Um festzustellen, ob eine Heizfläche gereinigt werden muss, wird die Eigenfrequenz einer zu reinigenden Heizfläche gemessen und mit dem zweiten gespeicherten Sollwert verglichen. Das kann in vorgegebenen Abständen durch eine Mess- und Steuerzentrale vorgenommen werden.
• – Sofern die Eigenfrequenz der zu reinigenden Heizfläche den Verschmutzungskennwert überschreitet, wird
• – in einem weiteren Verfahrensschritt die Frequenz des Aktuators so verändert und gehalten, dass an den schwingenden Rohren Schwingungsbäuche und Schwingungsknoten entstehen, die sich an unterschiedlichen Orten befinden, wodurch die Beläge auf den Rohren abgelöst werden.
• - Zur Überprüfung des Reinigungserfolges wird die Eigenfrequenz der gereinigten Heizflächen gemessen und festgestellt, inwiefern diese Eigenfrequenz vom ersten Sollwert abweicht.

The following process steps are to be carried out:

• In a first method step, the natural frequency of a clean heating surface is measured and stored as a first desired value in the memory of the measuring and control device.
• In a second method step, the natural frequency of a heating surface to be cleaned is measured and stored as a second desired value. This second value represents the contamination index.
• - To determine whether a heating surface needs to be cleaned, the natural frequency of a heating surface to be cleaned is measured and compared with the second stored setpoint. This can be done at predetermined intervals by a measurement and control center.
• - If the natural frequency of the heating surface to be cleaned exceeds the contamination index is
• - In a further process step, the frequency of the actuator changed and held so that on the vibrating tubes oscillation bellies and vibration nodes arise, which are located at different locations, whereby the pads are replaced on the tubes.
• - To check the cleaning success, the natural frequency of the cleaned heating surfaces is measured and determined to what extent this natural frequency deviates from the first setpoint.

Die 2 bis 4 zeigen, wie mittels eines Linearaktuators über den Sammler 3 Schwingungen an den zwischen den Sammlern 3 befindlichen Rohren 2 erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die Rohre 2 zunächst in einfache Schwingungen zu versetzen. Damit wird in einer ersten Phase eine maximale Schwingung 22 erzeugt und gemessen, die der einfachen Eigenfrequenz entspricht. Der Zustand der Eigenschwingung des Wärmetauscherrohres wird durch Verminderung der dem Aktuator zugeführten Energie mittels der Steuer- und Regeleinrichtung festgestellt. Alternativ bzw. zusätzlich ist über einen Beschleunigungssensor die Zunahme der Beschleunigungsamplitude bei Erreichen der Eigenresonanz messbar. Das System ermittelt die aufgenommene Energie durch eine kontinuierliche Messung der Stromaufnahme des Aktuators, der Schwingungsamplitude sowie der Schwingungsfrequenz. Sowohl die Verminderung der zugeführten Energie, als auch die Vergrößerung der Schwingungsamplitude sind auswertbare Anzeichen für das Erreichen von Eigenresonanzschwingungen. Die aktuelle Frequenz beim Auftreten dieser Anzeichen wird von der Steuer- und Regeleinrichtung 27 elektronisch gespeichert und ist für den jeweiligen Reinigungszyklus abrufbar.The 2 to 4 show how by means of a linear actuator on the collector 3 Vibrations at the between the collectors 3 located pipes 2 be generated. The inventive method provides, the pipes 2 first to put into simple vibrations. This will be a maximum oscillation in a first phase 22 generated and measured, which corresponds to the simple natural frequency. The state of the natural vibration of the heat exchanger tube is determined by reducing the power supplied to the actuator by means of the control and regulating device. Alternatively or additionally, the increase in the acceleration amplitude upon reaching the natural resonance can be measured via an acceleration sensor. The system determines the absorbed energy by a continuous measurement of the current consumption of the actuator, the vibration amplitude and the vibration frequency. Both the reduction in the energy supplied and the increase in the vibration amplitude are evaluable indications of the achievement of self-resonant vibrations. The current frequency at the appearance of these signs is controlled by the controller 27 stored electronically and can be called up for the respective cleaning cycle.

Anschließend wird die Schwingungsanregung der Rohre durch eine Erhöhung der Frequenz des Linearaktuators gesteigert, so dass Oberwellen der Rohrschwingung entstehen. Dadurch entstehen Schwingungsbäuche 24 und -knoten 25. Schwingungsbäuche 24 und Schwingungsknoten 25 weisen unterschiedliche Eigenfrequenz an unterschiedlichen Orten des Rohres 2 auf. Dadurch werden die Beläge an verschiedenen Stellen des Rohres entfernt. Diese Situation wird in den 3 bis 4 idealisiert und vereinfacht dargestellt. Die Schwingungsform der Rohre 2 ist idealisiert dargestellt. Der obere Sammler 3 der Heizfläche ist regelmäßig mit der Decke der Umfassungswände fest verbunden, der untere Sammler 3 kann frei schwingen. Die Heizflächenrohre 2 weisen unterschiedliche Geometrien auf.Subsequently, the vibration excitation of the tubes is increased by increasing the frequency of the linear actuator, so that harmonics of the tube vibration arise. This creates antinodes 24 and nodes 25 , antinodes 24 and vibration nodes 25 have different natural frequencies at different locations of the tube 2 on. As a result, the pads are removed at different points of the tube. This situation will be in the 3 to 4 idealized and simplified. The vibration shape of the pipes 2 is shown in idealized form. The top collector 3 the heating surface is regularly fixed to the ceiling of the surrounding walls, the lower collector 3 can swing freely. The Heizflächenrohre 2 have different geometries.

Die 5 stellt eine Vorrichtung entsprechend 1 dar, wobei der Aktuator eine Schwing-Spule 29 und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 27 darstellt.The 5 represents a device accordingly 1 wherein the actuator is a vibrating coil 29 and a control and / or regulating device 27 represents.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Vorrichtung zum ReinigenDevice for cleaning

22

Rohr der HeizflächeTube of the heating surface

33

Sammler (Verbindungselement, verbindendes Element zwischen den Rohren 2)Collector (connecting element, connecting element between the pipes 2 )

44

Kesselwandboiler wall

55

Wandrohrwall pipe

66

Stegweb

77

Übertragungselement/Stange/Stößel-StangeTransfer member / rod / plunger rod

88th

Feder wie vorgespannte TellerfederSpring like preloaded diaphragm spring

99

BajonettarretierungBajonettarretierung

1010

Thermische AusdehnungThermal expansion

1111

Piezoaktuatorpiezo actuator

1212

Frequenzgenerator mit elektrischem VerstärkerFrequency generator with electric amplifier

1313

Öffnung im Steg 6 Opening in the dock 6

1414

Befestigung der Gehäusewand 15 am Steg 6 Fixing the housing wall 15 at the jetty 6

1515

FederstahlblechSpring steel sheet

1616

Membranemembrane

1717

Dichtung und Arretierung zwischen der Stirnwand 28 und dem Übertragungselement 7, z. B. KlemmringverschraubungSeal and locking between the front wall 28 and the transmission element 7 , z. B. compression fitting

1818

Faltenbalg um 7, das ÜbertragungselementBellows around 7 , the transmission element

1919

Öffnung zur Zuführung der SperrluftOpening for supplying the sealing air

2020

Sperrluftsealing air

2121

Richtung der SchwingungsanregungDirection of vibration excitation

2222

Maximale Amplitude der Schwingung des Rohres 2 bei einfacher EigenfrequenzMaximum amplitude of the vibration of the tube 2 at simple natural frequency

2323

Amplitude der Schwingung des Rohres 2 bei zweifacher EigenfrequenzAmplitude of the vibration of the tube 2 at twice natural frequency

2424

Amplitude der Schwingung des Rohres 2 bei dreifacher EigenfrequenzAmplitude of the vibration of the tube 2 at triple natural frequency

2525

Schwingungsknotennodal

2626

Kesselraumboiler room

2727

Steuer- und/oder RegeleinrichtungControl and / or regulating device

2828

Stirnwandbulkhead

2929

Schwing-SpuleResonant coil

Claims (12)

Vorrichtung zum Abreinigen einer Heizfläche in einer Kesselanlage, bestehend aus Heizrohren (2), einem Sammler (3), einer Kesselwand (4) mit Wandrohren (5) an einem Steg (6), gekennzeichnet durch – ein Übertragungselement (7), welches am Sammler (3) wirkt und mittels Aktuator angetrieben wird, – einen Faltenbalg (18), der das Übertragungselement (7) umgibt und der über eine Membran (16) an horizontalen Federstahlblechen (15) befestigt ist, – Federstahlbleche (15), die fest mit dem Steg (6) der Kesselwand (4) verbunden sind, und – der Steg (6) eine Öffnung (13) in den Kesselraum (26) aufweist, durch die dieser mit dem Innenraum des Faltenbalges (18) in Verbindung steht und durch den das Übertragungselement (7) ragt.Device for cleaning a heating surface in a boiler installation, consisting of heating pipes ( 2 ), a collector ( 3 ), a boiler wall ( 4 ) with wall pipes ( 5 ) on a pier ( 6 ), characterized by - a transmission element ( 7 ), which at the collector ( 3 ) and is driven by means of an actuator, - a bellows ( 18 ), which is the transmission element ( 7 ) and which via a membrane ( 16 ) on horizontal spring steel sheets ( 15 ), - spring steel sheets ( 15 ), fixed to the bridge ( 6 ) of the boiler wall ( 4 ), and - the bridge ( 6 ) an opening ( 13 ) in the boiler room ( 26 ), by which this with the interior of the bellows ( 18 ) and through which the transmission element ( 7 protrudes. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Faltenbalg (18) eine Öffnung (19) für Sperrluft (20) angeordnet ist, durch die die Sperrluft (20) in den Raum im Faltenbalg (18) austreten kann.Device according to claim 1, characterized in that at the bellows ( 18 ) an opening ( 19 ) for sealing air ( 20 ) is arranged through which the sealing air ( 20 ) in the space in the bellows ( 18 ) can escape. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (7) eine Stange oder eine Stößel-Stange darstellt.Device according to one of claims 1 to 2, characterized in that the transmission element ( 7 ) represents a rod or a plunger rod. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator einen Piezoaktuator (11) mit einem Frequenzgenerator (12) mit elektrischem Verstärker darstellt.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the actuator is a piezoelectric actuator ( 11 ) with a frequency generator ( 12 ) with electric amplifier represents. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator eine Schwing-Spule (29) darstellt.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the actuator is a vibrating coil ( 29 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung oder Steuerung des Piezoaktuators (11) oder der Schwing-Spule (29) eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (27) angeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that for controlling or controlling the piezo actuator ( 11 ) or the oscillating coil ( 29 ) a control and / or regulating device ( 27 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (7) und der Sammler (3) durch eine lösbare Verbindung miteinander verbunden sind.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the transmission element ( 7 ) and the collector ( 3 ) are connected together by a detachable connection. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung eine Bajonettarretierung (9) mit einer vorgespannten Feder (8) darstellt.Device according to claim 7, characterized in that the detachable connection comprises a bayonet lock ( 9 ) with a preloaded spring ( 8th ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung und Arretierung (17) um das Übertragungselement (7) in einer Stirnwand (28) angeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a seal and locking ( 17 ) around the transmission element ( 7 ) in an end wall ( 28 ) is arranged. Verfahren zum Abreinigen einer Heizfläche in einer Kesselanlage mit einer Vorrichtung nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches, dadurch gekennzeichnet, dass – mit einem Aktuator Schwingungen erzeugt und mit einem Übertragungselement (7) auf Rohre (2) mit Heizflächen übertragen werden, wobei in einem ersten Schritt Schwingungen mit Eigenfrequenz der Rohre (2) erzeugt und auf den Sammler (3) übertragen werden und – in einem zweiten Schritt die Frequenz des Aktuators so geändert und gehalten wird, dass an den schwingenden Rohren (2) Schwingungsbäuche und Schwingungsknoten (25) entstehen, die sich an unterschiedlichen Orten befinden, wodurch die Beläge auf den Rohren (2) abgelöst werden.Method for cleaning a heating surface in a boiler system with a device according to the features of the first claim, characterized in that - generated with an actuator vibrations and with a transmission element ( 7 ) on pipes ( 2 ) are transmitted with heating surfaces, wherein in a first step vibrations with natural frequency of the tubes ( 2 ) and on the collector ( 3 ) and - in a second step, the frequency of the actuator is changed and held so that at the oscillating tubes ( 2 ) Antinodes and nodes ( 25 ), which are located in different places, whereby the coverings on the pipes ( 2 ) be replaced. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem ersten Verfahrensschritt die Eigenfrequenz einer sauberen Heizfläche gemessen und als ein erster Sollwert im Speicher der Mess- und Regelungseinrichtung gespeichert wird, – in einem zweiten Verfahrensschritt die Eigenfrequenz einer zu reinigenden Heizfläche gemessen und als zweiter Sollwert gespeichert wird und dieser zweite Wert den Verschmutzungskennwert darstellt, – um festzustellen, ob eine Heizfläche gereinigt werden muss, die Eigenfrequenz einer zu reinigenden Heizfläche gemessen und mit dem zweiten gespeicherten Sollwert verglichen wird. Das kann in vorgegebenen Abständen durch eine Mess- und Steuerzentrale vorgenommen werden. – sofern die Eigenfrequenz der zu reinigenden Heizfläche den Verschmutzungskennwert überschreitet, – in einem weiteren Verfahrensschritt die Frequenz des Aktuators so verändert und gehalten wird, dass an den schwingenden Rohren Schwingungsbäuche und Schwingungsknoten entstehen, die sich an unterschiedlichen Orten befinden, wodurch die Beläge auf den Rohren abgelöst werden.A method according to claim 10, characterized in that - measured in a first process step, the natural frequency of a clean heating surface and stored as a first setpoint in the memory of the measuring and control device, - measured in a second process step, the natural frequency of a heating surface to be cleaned and second Setpoint is stored and this second value represents the fouling characteristic, - to determine whether a heating surface must be cleaned, measured the natural frequency of a heating surface to be cleaned and compared with the second stored setpoint. This can be done at predetermined intervals by a measurement and control center. - If the natural frequency of the heating surface to be cleaned exceeds the contamination index, - in a further process step, the frequency of the actuator is changed and held so that on the vibrating pipes oscillation bellies and vibration nodes arise, which are located at different locations, whereby the coverings on the tubes be replaced. Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen in einem Frequenzbereich zwischen 1 Hz bis 20 KHz liegen.Method according to claims 10 and 11, characterized in that the vibrations are in a frequency range between 1 Hz to 20 KHz.

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