EP4389290A1 - Vorrichtung und verfahren zur reinigung der inneren mantelfläche von rohren - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur reinigung der inneren mantelfläche von rohren Download PDF

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EP4389290A1
EP4389290A1 EP22215271.2A EP22215271A EP4389290A1 EP 4389290 A1 EP4389290 A1 EP 4389290A1 EP 22215271 A EP22215271 A EP 22215271A EP 4389290 A1 EP4389290 A1 EP 4389290A1
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EP
European Patent Office
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pipe section
pipe
stripping
cleaned
cleaning
Prior art date
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Pending
Application number
EP22215271.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Vetter
Dr. Olaf Schäfer-Welsen
Manuel Näher
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
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Priority to EP22215271.2A priority Critical patent/EP4389290A1/de
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Pending legal-status Critical Current

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    • B03C3/74—Cleaning the electrodes
    • B03C3/743—Cleaning the electrodes by using friction, e.g. by brushes or sliding elements

Definitions

  • the invention relates to a device for cleaning the inner surface of pipes according to claim 1 and a method for cleaning the inner surface of pipes according to claim 12.
  • mechanical or electrostatic separators are generally used to purify the gas or exhaust gas flow, in particular to separate soot particles. These separators are typically arranged inside a pipe that carries the gas flow to be purified.
  • Electrostatic separators separate the particulate contaminants in the exhaust gas through the effect of gravity, inertial forces or the generation of centrifugal forces. Such mechanical separators primarily separate coarse contaminants. Electrostatic separators are used to separate finer particulate contaminants.
  • the particulate contaminants in a gas stream are ionized under the influence of an electric field.
  • This gas stream is guided along an oppositely polarized inner surface of a separator tube, and the charged particulate contaminants are separated on a separator surface inside the tube due to the different polarity.
  • a further disadvantage is that the introduction of active, moving cleaning components into the pipe, especially when using an electrostatic separator, influences the high-voltage field and the separation performance or the area of application of the separator.
  • the invention is therefore based on the object of providing an alternative device and an alternative method for cleaning the inner surface of pipes, thereby reducing the stress on the cleaning components.
  • the device according to the invention for cleaning the inner surface of pipes comprises a pipe section to be cleaned with an inner surface and at least one stripping element, wherein the stripping element is arranged in the pipe section.
  • the pipe section to be cleaned is mounted so that it can rotate and that at least one stripping element is arranged in a stationary position.
  • “Stationary” in this context means that the stripping element is arranged in a stationary position in relation to the device.
  • the device according to the invention thus differs in essential aspects from previously known cleaning devices:
  • an active component is moved in the pipe to be cleaned.
  • the active cleaning component is not moved in the pipe, but the pipe section is rotatably mounted and is rotated for cleaning.
  • the component inside the rotatably mounted pipe section for stripping off the deposits is arranged in a fixed position.
  • the pipe is rotated and thus represents the active component.
  • the fixed component in the pipe makes the design of the cleaning mechanism much easier to manufacture. This design means that the cleaning component and the required movement mechanism do not have to be laboriously inserted into the interior of the pipe.
  • Another advantage is that the removal of particles, especially in the case of an electrostatic precipitator, ensures that the efficiency remains constant over the long term. As the deposit of particles increases, the efficiency of particle separation decreases. Regular cleaning counteracts an increase in the particle concentration in the separation gas when the separator is in operation.
  • the at least one scraper element is designed as a wire, rod or cord and is tensioned along the inner surface.
  • Wires, rods or cords have a round surface and therefore advantageously offer only a small surface area for dirt to collect.
  • the flow of gas through the pipe section is not significantly impeded.
  • arranging wires, rods or cords as stripping elements close to the wall has the advantage that the interaction with the separator electrode, which is usually arranged in the middle of the pipe, can be kept as low as possible.
  • the at least one stripping element is clamped against the inner surface. This ensures that the deposits can be stripped off as best as possible. If the distance between the stripping element and the inner surface of the pipe to be cleaned is too great, residues remain that are not removed by the at least one stripping element.
  • scraper element or adjacent Scraper elements which cause at least one scraper element, in particular in the form of wires, rods or cords, to vibrate when the pipe is rotated due to unevenness on the inner surface of the pipe. These vibrations improve the removal of deposits and thus the cleaning.
  • a plurality of stripping elements preferably more than four, particularly preferably eight stripping elements, are provided.
  • the advantage is that the wear of an individual stripping element is reduced due to the lower load on the individual stripping element, thus reducing the maintenance effort and increasing the longevity.
  • the rotational movement required for complete cleaning of the pipe depends on the number of stripping elements.
  • the rotatably mounted pipe section is rotated so far that the entire inner surface of the pipe to be cleaned is covered by at least one of the stripping elements.
  • the angle of rotation required for complete stripping of the inner surface of the pipe to be cleaned is 360°/n.
  • n is the number of stripping elements.
  • tensioning means are provided to keep the stripping element under tension, preferably by means of an adjustable spring force.
  • the tensioning means are designed, for example, as a spiral compression spring or spiral tension spring.
  • the tension of the stripping elements provides the necessary rigidity for stripping off the deposits.
  • the stripping forces that occur can therefore be absorbed by the stripping element.
  • the rigidity is maintained by an adjustable spring force when the stripping element changes length due to temperature.
  • the at least one stripping element is made of a material with a temperature resistance greater than 250° Celsius, preferably glass, metal, Teflon and/or ceramic fiber, polyimide fiber and/or as a shape memory alloy.
  • the advantage of this preferred embodiment is that the stripping element is not damaged at high temperatures of the gas in the pipe section, particularly in the case of combustion process exhaust gases. Furthermore, the required dimensional stability is maintained under high temperature influences.
  • a diameter of the at least one stripping element is small compared to the diameter of the pipe section to be cleaned, preferably smaller than 1/10 of the pipe diameter, particularly preferably smaller than 1/20 of the pipe diameter.
  • the advantage of this embodiment is that in electrostatic separators the interaction with the separator electrode, which is usually arranged in the middle of the tube, can be kept as low as possible.
  • the inner surface of the rotatably mounted pipe section is formed with elevations at least in some areas.
  • the stripping elements move over the elevations and are thereby set into vibration.
  • the vibration of at least one scraper element loosens deposits that adhere to the scraper element.
  • the cleaning of the inner surface of the pipe is improved because the vibrations make it easier to loosen the deposits from the inner wall.
  • the rotatably mounted pipe section is connected to adjoining pipe sections on both sides in a gas-tight, or at least smoke-tight, manner.
  • an ash box is provided at least in part at a lower end of the pipe section to be cleaned.
  • the ash box is preferably arranged as a half-shell box below the cleaning device.
  • the advantage of this embodiment is that the stripped particles are collected in a simple manner. Furthermore, the stripped particles are prevented from falling back into the gas stream.
  • drive means are provided for rotating the pipe section to be cleaned, preferably in the form of a geared motor, a bimetallic spring, a shape memory alloy actuator, a rotary pendulum.
  • the drive means is preferably actuated by the temperature change when gas flows through the furnace pipe (high temperature) or when no gas flows through the furnace pipe (low temperature).
  • a bimetal spring thermally coupled to the furnace pipe
  • the temperature-dependent deflection can be used as a drive.
  • a shape memory alloy actuator with a return spring thermally coupled to the furnace pipe also fulfils this function. This means that the thermal energy from the gas flow can be used.
  • the advantage of this embodiment is that the energy available from the waste heat of the gas can be utilized.
  • the object according to the invention is also achieved by an electrostatic particle separator with a device for cleaning the inner surface of pipes of the electrostatic particle separator. It is essential that the device for cleaning the inner surface of pipes of the electrostatic particle separator is designed like one of the embodiments described above.
  • the method according to the invention for cleaning the inner surface of pipes also achieves the object according to the invention.
  • the method according to the invention also has the described advantages of the device according to the invention.
  • the method according to the invention is preferably carried out using the device according to the invention and/or a preferred embodiment.
  • the device according to the invention is preferably designed to carry out the method according to the invention and/or a preferred embodiment.
  • At least one stripping element is provided in the pipe section. It is essential that the pipe section to be cleaned is rotated, while at least one scraper element remains stationary.
  • the pipe section to be cleaned is rotated and the scraper element remains stationary.
  • the advantage here is that there are no active, moving cleaning components in the gas flow. Long-term operational reliability can therefore be guaranteed even without the use of a complex cleaning device with increased heat resistance.
  • the method is efficient because there are no rotating elements in the gas flow that would disrupt the flow.
  • the rotational movement required for complete cleaning of the pipe depends on the number of stripping elements.
  • the rotatably mounted pipe section is rotated so far that the entire inner surface of the pipe to be cleaned is swept over by at least one of the stripping elements.
  • the angle of rotation required for complete stripping of the inner surface of the pipe to be cleaned is 360°/n. n is the number of stripping elements.
  • the efficiency of the system is improved by the dependent angle of rotation of the pipe section, since in the case of several stripping elements the pipe section does not have to complete a full rotation in order to achieve sufficient stripping of the inner surface of the pipe.
  • the at least one stripping element is set into vibration by the rotation of the pipe section.
  • the vibration of the at least one stripping element makes it possible to loosen deposits that adhere to the stripping element. This results in self-cleaning.
  • the cleaning of the inner surface of the pipe is improved because the vibrations make it easier to loosen the deposits from the inner wall.
  • energy from a gas flow running through the pipe is used to rotate the pipe section; preferably, the energy is extracted in the form of heat and converted into a temperature-dependent change in length by using bimetal or shape memory alloy (SMA).
  • SMA shape memory alloy
  • a wire made of shape memory alloy placed around the stove pipe can cause the wire to contract depending on the temperature.
  • This tensile force can be used to rotate the rotating pipe section.
  • the required return can be ensured here, for example, by a counteracting spring force.
  • the invention is generally suitable for use in cleaning the inner surface of pipes from soot and/or particle deposits.
  • the invention is suitable for cleaning the inner surface of pipes for use in electrostatic precipitators.
  • this use for cleaning the inner surface of pipes of an electrostatic precipitator has the advantage that the High-voltage field and the separation performance or the application area of the separator are not affected by the cleaning process.
  • Fig. 1a shows a schematic vertical sectional view of an embodiment of an electrostatic precipitator in operation.
  • the device for separation 1 is arranged between a gas inlet pipe 2 and a gas outlet pipe 3. Gas is supplied to the device through the gas inlet pipe 2.
  • This gas 5 contains, for example, particulate contaminants, in this example fine dust, which are led out of a combustion chamber as an undesirable by-product in the gas by the combustion of wood.
  • the particle concentration in the supplied gas 5 is shown high above the points within the gas inlet pipe 2.
  • the separation device 1 has a cylindrical separation pipe 9 which is arranged so as to be rotatable between the gas inlet pipe 2 and the gas outlet pipe 3.
  • the cylindrical separation pipe 9 is the pipe section 9 to be cleaned and is mounted so as to be rotatable.
  • the gas inlet pipe 2 and the rotatably mounted pipe section 9 as a separator pipe as well as the rotatably mounted pipe section 9 and the gas outlet pipe 3 are each connected to each other in a gas-tight manner.
  • the pipe section is provided with a copper seal and flange and can optionally be additionally sealed with quartz sand.
  • the device also has stripping elements 6, which in this embodiment are made of stainless steel wires.
  • the stainless steel wires are arranged under tension via a clamping device 4.
  • the stripping element 6 is connected to the gas inlet pipe 2 and the clamping device is connected to the gas outlet pipe 3.
  • Fig. 1b It can be seen that the stripping elements 6 are arranged in a circle in this embodiment.
  • the stripping elements 6 are each arranged offset by 45° from one another.
  • the stripping elements 6 are spaced apart from the inner surface of the separating pipe 9. For a clearer illustration, the distance is shown enlarged. The actual spacing is smaller and can be zero.
  • the stripping elements have a diameter of d stripping element 0.2 mm.
  • the embodiment has an electrode 8, around which the separating pipe 9 as well as the gas inlet pipe 2, the gas outlet pipe 3 and the stripping elements 6 are arranged concentrically.
  • the gas 5 flowing out of the device in the gas outlet pipe 3 then has only a low particle concentration.
  • the accumulated particles agglomerate to form deposits 7 on the inner surface of the separator tube 9. With increasing operating time, the deposits grow in the direction of the electrode 8.
  • the deposits 7 are stripped off the stripping element 6 by rotating the separator pipe 9 as a rotatably mounted pipe section, in this embodiment a rotation of 45°.
  • the stripped deposits 7 fall down outside the gas flow 5 and are collected in an ash box 10.

Landscapes

  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren, insbesondere für einen elektrostatischen Abscheider, umfassend ein zu reinigendes Rohrstück (9) mit einer inneren Mantelfläche, wobei in dem Rohrstück zumindest ein Abstreifelement (6) angeordnet ist. Wesentlich ist hierbei, dass das zu reinigende Rohrstück (9) drehbar gelagert ist und das zumindest eine Abstreifelement (6) ortsfest angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren gemäß Anspruch 12.
  • In Industrieanlagen zur Prozessgas- und Abgasreinigung oder auch Feuerungsanlagen werden allgemein zur Reinigung des Gas- bzw. Abgasstroms, insbesondere zur Rußpartikelabscheidung, üblicherweise mechanische oder elektrostatische Abscheider eingesetzt. Diese Abscheider sind typischerweise im Inneren eines Rohres angeordnet, welches den zu reinigenden Gasstrom führt.
  • Mechanische Abscheider trennen die partikelförmigen Verunreinigungen im Abgas durch die Wirkung von Schwerkraft, Trägheitskräfte oder das Erzeugen von Zentrifugalkräften. Über solche mechanischen Abscheider werden vorrangig grobe Verunreinigungen abgeschieden. Um feinere partikelförmigen Verunreinigungen abzuscheiden, werden elektrostatische Abscheider eingesetzt.
  • Bei elektrostatischen Abscheidern werden die partikelförmigen Verunreinigungen eines Gasstromes unter Einwirkung eines elektrischen Feldes ionisiert. Dieser Gasstrom wird entlang einer gegenpoligen inneren Mantelfläche eines Abscheiderohres geführt, die geladenen partikelförmigen Verunreinigungen werden durch die sich unterscheidende Polarität an einer Abscheidefläche im Inneren des Rohres abgeschieden.
  • Die inneren Mantelfläche dieser Rohre muss regelmäßig gereinigt werden. Ansonsten entstehen durch zu hohe Partikelkonzentrationen an der inneren Mantelfläche des Abscheiderohres leitfähige Partikelbrücken. Diese Partikelbrücken führen zu Spannungsüberschlägen. Durch die Spannungsüberschläge bricht kurzfristig das elektrostatische Feld zusammen. Weiter führt dies zu einer teilweisen Entladung der Partikel. Durch diesen nachteiligen Effekt wird der Wirkungsgrad und die Langzeitstabilität des Abscheiders vermindert.
  • Im Stand der Technik geschieht die Reinigung der inneren Mantelfläche dieser Rohre, speziell nach Rußpartikelabscheidung mit Hilfe von elektrostatischen Abscheidern in Feuerungsanlagen, durch die aktive Bewegung von Reinigungsbauteilen im Inneren des Rohres. Verschiedene Reinigungsmechanismen wie das Abstreifen der Sammelelektrodenfläche oder das Abwaschen mit Wasser sind aus der Druckschrift US20190168236A1 sowie EP 2189223A1 oder der VDI-Richtlinie VDI 3678 bekannt.
  • Nachteilig an den vorbekannten Lösungen aus dem Stand der Technik ist, dass die aktiven, beweglichen Reinigungsbauteile dem Gasstrom ausgesetzt sind. Aufgrund der hohen Temperaturen des Gasstroms stellt die Gewährleistung der dauerhaften Betriebssicherheit erhöhte Anforderungen an die Konstruktion und die verwendeten Bauteile, um eine Funktion auch bei hohen Temperaturen und Temperaturwechseln dauerhaft sicherzustellen.
  • Weiter nachteilig ist, dass die Einbringung von aktiven, beweglichen Reinigungsbauteilen in das Rohr speziell bei der Verwendung eines elektrostatischen Abscheiders das Hochspannungsfeld und die Abscheideleistung bzw. den Einsatzbereich des Abscheiders beeinflusst.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine alternative Vorrichtung sowie ein alternatives Verfahren zur Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren bereitzustellen, wodurch die Beanspruchung der Reinigungsbauteile verringert wird.
  • Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden sich in den Ansprüchen 2 bis 10, vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Ansprüchen 13 bis 15. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren umfasst ein zu reinigendes Rohrstück mit einer inneren Mantelfläche und zumindest ein Abstreifelement, wobei das Abstreifelement in dem Rohrstück angeordnet ist.
  • Wesentlich ist, dass das zu reinigende Rohrstück drehbar gelagert ist und dass das zumindest eine Abstreifelement ortsfest angeordnet ist. "Ortsfest" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Abstreifelement ortsfest in Bezug auf die Vorrichtung angeordnet ist. Bei einer Drehung des zu reinigenden Rohrstücks bewegen sich also zu reinigendes Rohrstück und Abstreifelement relativ zueinander.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich somit in wesentlichen Aspekten von vorbekannten Reinigungsvorrichtungen: In den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen wird ein aktives Bauteil im zu reinigenden Rohr bewegt. Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß nicht das aktive Reinigungsbauteil im Rohr bewegt, sondern das Rohrstück ist drehbar gelagert und wird zur Reinigung gedreht. Das Bauteil im Inneren des drehbar gelagerten Rohrstücks zur Abstreifung der Ablagerungen ist ortsfest angeordnet. Das Rohr wird gedreht und stellt somit das aktive Bauteil dar. Durch das Vorsehen von abstreifenden Elementen, wie zum Beispiel Schnüren und/oder Drähten, die axial an der inneren Mantelfläche mit oder ohne Abstand zur Rohrmantelfläche verspannt sind, kann durch einfaches Drehen des Rohrstückes dieses Stück gereinigt werden. Dabei wird die Rußschicht an den Schnüren und/oder Drähten abgestreift.
  • Durch das feststehende Bauteil im Rohr ist die Ausgestaltung des Reinigungsmechanismus deutlich einfacher zu fertigen. Das Reinigungsbauteil und die erforderliche Bewegungsmechanik muss durch diese Ausgestaltung somit nicht aufwändig ins Rohrinnere eingebracht werden.
  • Vorteilhaft ist somit, dass in einer einfachen Art und Weise an der inneren Mantelfläche des Rohres aufwachsende Partikel durch eine Drehbewegung des Rohres an dem ortsfesten Abstreifelement abgestreift werden und das Rohr auf einfache Art und Weise von Verunreinigungen befreit wird.
  • Darüber hinaus sind im Gasstrom keine aktiven, beweglichen Reinigungsbauteile angeordnet. Die dauerhafte Betriebssicherheit kann daher auch ohne den Einsatz einer komplexen Reinigungsvorrichtung mit erhöhter Hitzebeständigkeit gewährleistet werden.
  • Vorteilhaft ist zudem, dass durch die Entfernung der Partikel, insbesondere im Falle eines elektrostatischen Abscheiders, der Wirkungsgrad langfristig gleichbleibend ist. Bei einer zunehmenden Ablagerung von Partikeln nimmt die Effizienz der Partikelabscheidung ab. Durch die regelmäßige Reinigung wird einer Zunahme der Partikelkonzentration im Ausscheidegas im Betrieb des Abscheiders entgegengewirkt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine Abstreifelement als Draht, Stab oder Schnur ausgebildet und an der inneren Mantelfläche verlaufend verspannt. Drähte, Stäbe oder Schnüre haben eine runde Oberfläche und bieten daher vorteilhafterweise nur eine geringe Belagfläche für Verschmutzungen.
  • Durch die wandnahe Anordnung des zumindest einen Abstreifelements wird der Durchfluss des Gases durch das Rohrstück nicht wesentlich gehindert. Insbesondere bei elektrostatischen Abscheidern ergibt sich durch eine wandnahe Anordnung von Drähten, Stäben oder Schnüre als Abstreifelement der Vorteil, dass die Wechselwirkung mit der üblicherweise mittig im Rohr angeordneten Elektrode des Abscheiders möglichst gering gehalten werden kann.
  • Bevorzugt ist das zumindest eine Abstreifelement an der inneren Mantelfläche anliegend verspannt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Ablagerungen bestmöglich abgestreift werden können. Bei einem zu großen Abstand zwischen Abstreifelement und zu reinigender inneren Mantelfläche des Rohres verbleiben Überreste, die von dem zumindest einen Abstreifelement nicht entfernt werden.
  • Darüber hinaus wird bei einem anliegenden Abstreifelement oder anliegenden Abstreifelementen das zumindest eine Abstreifelement, insbesondere in Form von Drähten, Stäben oder Schnüre, beim Drehen des Rohres durch Unebenheiten an der inneren Mantelfläche des Rohres in Schwingungen versetzt. Diese Schwingungen verbessern das Ablösen der Ablagerungen und damit die Reinigung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind eine Mehrzahl von Abstreifelementen bevorzugt mehr als vier, insbesondere bevorzugt acht Abstreifelemente vorgesehen. Vorteilhaft ist, dass somit der Verschleiß eines einzelnen Abstreifelements durch die geringere Belastung des einzelnen Abstreifelementes verringert wird, somit wird der Wartungsaufwand verringert und die Langlebigkeit erhöht.
  • Die notwendige Drehbewegung für eine vollumfängliche Reinigung des Rohres ist abhängig von der Anzahl der Abstreifelemente. Bevorzugt wird das drehbar gelagerte Rohrstück soweit gedreht, dass die ganze zu reinigende innere Mantelfläche des Rohres durch mindestens eines der Abstreifelemente überstrichen wird. Bei entlang der Längserstreckung des Rohres verlaufenden Abstreifelementen, d. h. parallel zur Drehachse des Rohres verlaufenden Abstreifelementen ist somit der notwendige Drehwinkel für ein vollständiges Abstreifen der zu reinigende innere Mantelfläche des Rohres 360°/n. n ist die Anzahl der Abstreifelemente.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind Spannmittel vorgesehen, um das Abstreifelement unter Spannung zu halten, bevorzugt mittels einer einstellbaren Federkraft. Die Spannmittel sind beispielsweise als Spiraldruck- oder Spiralzugfeder ausgebildet.
  • Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, dass über die Spannung der Abstreifelemente die notwendige Steifigkeit zum Abstreifen der Ablagerungen erzielt wird. Somit können die auftretenden Streifkräfte durch das Abstreifelement aufgenommen werden. Weiter ist vorteilhaft, dass durch eine einstellbare Federkraft die Steifigkeit bei temperaturbedingten Längenänderungen des Abstreifelements die Spannung aufrechterhalten wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine Abstreifelement aus einem Material mit einer Temperaturbeständigkeit größer als 250° Celsius, bevorzugt Glas, Metall, Teflon und/oder Keramikfaser, Polyimidfaser und/oder als Formgedächtnislegierung ausgebildet.
  • Vorteilhaft bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist, dass es somit bei hohen Temperaturen des Gases in dem Rohrstück, insbesondere bei Verbrennungsprozessabgasen, zu keiner Schädigung des Abstreifelements kommt. Weiter wird die benötigte Formstabilität unter hohen Temperatureinflüssen behalten.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Durchmesser des zumindest einen Abstreifelements klein im Vergleich zum Durchmesser des zu reinigenden Rohrstücks, bevorzugt kleiner als 1/10 des Rohrdurchmessers, insbesondere bevorzugt kleiner als 1/20 des Rohrdurchmessers.
  • Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, dass bei elektrostatischen Abscheidern die Wechselwirkung mit der üblicherweise mittig im Rohr angeordneten Elektrode des Abscheiders möglichst geringgehalten werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die innere Mantelfläche des drehbar gelagerten Rohrstücks zumindest bereichsweise mit Erhebungen ausgebildet. Beim Drehen des Rohrstücks streichen die Abstreifelemente über die Erhebungen und werden dadurch in Schwingungen versetzt.
  • Durch die Schwingung des zumindest einen Abstreifelements werden Anlagerungen, welche an dem Abstreifelement anhaften, gelöst. Darüber hinaus wird die Reinigung der inneren Mantelfläche des Rohres verbessert, da durch die Schwingungen die Ablagerungen einfacher von der Innenwand gelöst werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das drehbar gelagerte Rohrstück an beiden Seiten gasdicht, zumindest rauchdicht mit sich anschließenden Rohrstücken verbunden.
  • Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, dass kein Gas, welches durch das Rohrstück geleitet wird, in die Umgebung austritt. In vielen Fällen ist für eine Betriebserlaubnis eine gasdichte Ausführung notwendig.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist an einem unteren Ende des zu reinigenden Rohrstücks zumindest bereichsweise ein Aschekasten vorgesehen. Vorzugsweise ist der Aschekasten als halbschaliger Kasten unterhalb der Vorrichtung zur Reinigung angeordnet.
  • Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, dass in einer einfachen Art und Weise die abgestreiften Partikel gesammelt werden. Weiter wird verhindert, dass die abgestreiften Partikel zurück in den Gasstrom fallen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind Antriebsmittel zur Drehung des zu reinigenden Rohrstücks vorgesehen, bevorzugt in Form eines Getriebemotors, einer Bimetallfeder, eines Formgedächtnislegierungs-Aktors, eines Drehpendels. Vorzugsweise aktuiert das Antriebsmittel durch die Temperaturänderung, wenn Gas durch das Ofenrohr strömt (hohe Temperatur) bzw. wenn kein Gas durch das Ofenrohr strömt (niedrige Temperatur).
    So kann z.B. bei einer thermisch an das Ofenrohr gekoppelten Bimetall-Feder die temperaturabhängige Auslenkung als Antrieb genutzt werden. Ebenso erfüllt ein thermisch an das Ofenrohr gekoppelter Formgedächtnislegierungs-Aktor mit Rückzugfeder diese Funktion. Dadurch kann die Wärmeenergie aus dem Gasstrom genutzt werden.
  • Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, dass die Energie die aus der Abwärme des Gases zur Verfügung steht, nutzbar gemacht werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe ist ebenfalls gelöst durch einen elektrostatischen Partikelabscheider mit einer Vorrichtung zur Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren des elektrostatischen Partikelabscheiders. Wesentlich ist, dass die Vorrichtung zur Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren des elektrostatischen Partikelabscheiders wie eine der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist.
  • Auch das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren löst die erfindungsgemäße Aufgabe. Das erfindungsgemäße Verfahren weist ebenfalls die beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder einer bevorzugten Ausführungsform durchgeführt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer bevorzugten Ausführungsform ausgebildet.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren, insbesondere für einen elektrostatischen Abscheider, ist in dem Rohrstück zumindest ein Abstreifelement vorgesehen.
    Wesentlich ist, dass das zu reinigende Rohrstück gedreht wird, während das zumindest eine Abstreifelement ortsfest bleibt.
  • Im Gegensatz zu den vorbekannten Verfahren zur Reinigung von Mantelflächen von Rohren wird das zu reinigende Rohrstück gedreht und das Abstreifelement bleibt ortsfest. Vorteilhaft ist hierbei, dass im Gasstrom keine aktiven, beweglichen Reinigungsbauteile angeordnet sind. Die dauerhafte Betriebssicherheit kann daher auch ohne den Einsatz einer komplexen Reinigungsvorrichtung mit erhöhter Hitzebeständigkeit gewährleistet werden. Darüber hinaus ist das Verfahren effizient, da sich keine drehenden Elemente im Gasstrom befinden, welche den Durchfluss stören.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Drehung des Rohrstücks mit einem Drehwinkel in Abhängigkeit der Anzahl der Abstreifelemente, insbesondere dass der Drehwinkel α = 360°/Anzahl der Abstreifelemente beträgt. Die notwendige Drehbewegung für eine vollumfängliche Reinigung des Rohres ist abhängig von der Anzahl der Abstreifelemente. Bevorzugt wird das drehbar gelagerte Rohrstück soweit gedreht, dass die ganze zu reinigende innere Mantelfläche des Rohres durch mindestens eines der Abstreifelemente überstrichen wird. Bei entlang der Längserstreckung des Rohres verlaufenden Abstreifelementen, d. h. parallel zur Drehachse des Rohres verlaufenden Abstreifelementen ist somit der notwendige Drehwinkel für ein vollständiges Abstreifen der zu reinigenden inneren Mantelfläche des Rohres 360°/n. n ist die Anzahl der Abstreifelemente.
  • Über den abhängigen Drehwinkel des Rohrstückes wird die Effizienz der Anlage verbessert, da das Rohrstück im Falle von mehreren Abstreifelementen keine volle Umdrehung durchlaufen muss, um ein ausreichendes Abstreifen der inneren Mantelfläche des Rohres zu erzielen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das zumindest eine Abstreifelement durch die Drehung des Rohrstücks in Schwingung versetzt.
  • Vorteilhaft ist, dass die Schwingung des zumindest einen Abstreifelements es ermöglicht, Anlagerungen, welche an dem Abstreifelement anhaften, zu lösen. Somit wird eine Selbstreinigung erzielt. Darüber hinaus wird die Reinigung der inneren Mantelfläche des Rohres verbessert, da durch die Schwingungen die Ablagerungen einfacher von der Innenwand gelöst werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird für die Drehung des Rohrstücks Energie aus einem im Rohr verlaufenden Gasstrom genutzt, bevorzugt wird die Energie in Form von Wärme ausgekoppelt und durch den Einsatz von Bimetall oder Formgedächtnislegierung (FGL) in eine temperaturabhängige Längenänderung überführt.
    So kann z.B. durch einen um das Ofenrohr gelegten Draht aus Formgedächtnislegierung ein temperaturabhängiges Zusammenziehen des Drahtes bewirkt werden. Diese Zugkraft kann zum Verdrehen des drehbaren Rohrstückes genutzt werden. Die erforderliche Rückstellung kann hier z.B. durch eine gegenwirkende Federkraft sichergestellt werden.
  • Vorteilhaft ist hierbei, dass keine zusätzlichen Antriebsmittel verwendet werden müssen, zudem wird keine extern zugeführte Energie benötigt, um die Drehung zu erzielen. Somit wird der Wirkungsgrad erhöht.
  • Die Erfindung ist allgemein geeignet für den Einsatz bei der Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren von Ruß und/oder Partikelablagerungen. Insbesondere ist die Erfindung geeignet für die Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren für die Anwendung bei elektrostatischen Abscheidern. Speziell bei dieser Verwendung für die Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren eines elektrostatischen Abscheiders ergibt sich der Vorteil, dass das Hochspannungsfeld und die Abscheideleistung bzw. der Einsatzbereich des Abscheiders durch den Reinigungsvorgang nicht beeinflusst wird.
  • Weitere bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und den dazugehörigen Figuren erläutert. Das Ausführungsbeispiel ist lediglich eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung und nicht einschränkend. Es zeigt:
    • Figur 1:
    Eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektrostatischen Abscheiders in Fig. 1a und eine horizontale Schnittdarstellung des elektrostatischen Abscheiders in Fig. 1b.
  • In den Figuren 1a und 1b bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
  • Fig. 1a zeigt eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektrostatischen Abscheiders im Betrieb. Die Vorrichtung zur Abscheidung 1 ist zwischen einem Gaszuflussrohr 2 und einem Gasabflussrohr 3 angeordnet. Durch das Gaszuflussrohr 2 wird der Vorrichtung Gas zugeführt. Dieses Gas 5 enthält beispielsweise partikelförmige Verunreinigungen, in diesem Beispiel Feinstaub, welche durch eine Verbrennung von Holz als unerwünschtes Nebenprodukt im Gas aus einer Brennkammer geführt werden. Die Partikelkonzentration im zugeführten Gas 5 ist hoch dargestellt über die Punkte innerhalb des Gaszuflussrohres 2.
  • Die Vorrichtung zur Abscheidung 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein vorliegend zylinderförmiges Abscheiderohr 9 auf, welches drehbar zwischen Gaszuflussrohr 2 und Gasabflussrohr 3 angeordnet ist. Bei dem zylinderförmigen Abscheiderohr 9 handelt es sich um das zu reinigende Rohrstück 9, welches drehbar gelagert ist.
  • Das Gaszuflussrohr 2 und das drehbargelagerte Rohrstück 9 als Abscheiderohr sowie das drehbargelagerte Rohrstück 9 und das Gasabflussrohr 3 sind jeweils gasdicht miteinander verbunden. Diese gasdichte Verbindung an das drehbar gelagerte Rohrstück ist vorliegend mit einer Kupferdichtung und Flansch ausgebildet und kann optional zusätzlich mit Quarzsand abgedichtet sein.
  • Weiter weist die Vorrichtung Abstreifelemente 6 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel durch Edelstahldrähte ausgeführt sind. Die Edelstahldrähte sind über ein Spannmittel 4 unter Zugspannung angeordnet. Hierfür ist das Abstreifelement 6 mit dem Gaszuflussrohr 2 und das Spannmittel mit dem Gasabflussrohr 3 verbunden. In Fig. 1b ist zu erkennen, dass die Abstreifelemente 6 in diesem Ausführungsbeispiel in einem Kreis angeordnet sind. Die Abstreifelemente 6 sind jeweils zueinander um 45° versetzt angeordnet.
  • Die Abstreifelemente 6 sind zur inneren Mantelfläche des Abscheiderohres 9 beabstandet. Zur übersichtlicheren Darstellung ist der Abstand vergrößert dargestellt. Die tatsächliche Beabstandung ist geringer und kann null sein.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des drehbar gelagerten Rohrstücks dRohr=130 mm. Die Abstreifelemente weisen einen Durchmesser von dAbstreifelement 0,2 mm, auf. Die Länge der Abstreifelemente beträgt IAbstreifelement= 300 mm. Die Spannkraft zur Spannung der Abstreifelemente beträgt F=5 N.
  • Weiter weist das Ausführungsbeispiel eine Elektrode 8 auf, um diese Elektrode 8 ist konzentrisch das Abscheiderohr 9 sowie das Gaszuflussrohr 2, das Gasabflussrohr 3 sowie die Abstreifelemente 6 angeordnet.
  • Im Betrieb des Abscheiders wird ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode und dem Abscheiderohr 9 aufgebaut. Das aufgebaute elektrische Feld ist durch die Pfeile im Inneren der Vorrichtung dargestellt. Dieses elektrische Feld führt zu einer Ionisierung der sich im Gas 5 befindlichen vorbeifließenden Partikel. Die ionisierten Partikel folgen den durch das elektrische Feld hervorgerufenen Feldlinien und lagern sich an der inneren Mantelfläche des Abscheiderohres 9 an.
  • Das aus der Vorrichtung strömende Gas 5 im Gasabflussrohr 3 weist daraufhin eine nur noch geringe Partikelkonzentration auf.
  • Die angelagerten Partikel agglomerieren zu Ablagerungen 7 auf der inneren Mantelfläche des Abscheiderohrs 9. Es kommt mit zunehmender Betriebsdauer zu einem Aufwachsen der Ablagerungen in Richtung der Elektrode 8.
  • Sind die Ablagerungen 7 stark aufgewachsen und überragen die Abstreifelemente 6 in Richtung der Elektrode 8, wird durch eine Drehung des Abscheiderohres 9 als drehbar gelagertes Rohrstück, in diesem Ausführungsbeispiel eine Drehung um 45°, die Ablagerungen 7 an dem Abstreifelement 6 abgestreift. Die abgestreiften Ablagerungen 7 fallen außerhalb des Gasstromes 5 herab und werden in einem Aschekasten 10 aufgesammelt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Reinigungsvorrichtung mit Abscheidevorrichtung
    2
    Gaszuflussrohr
    3
    Gasabflussrohr
    4
    Spannmittel
    5
    Gasstrom
    6
    Abstreifelement
    7
    Ablagerungen
    8
    Elektrode
    9
    Abscheiderohr
    10
    Aschekasten

Claims (15)

  1. Vorrichtung (1) zur Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren, insbesondere für einen elektrostatischen Abscheider, umfassend ein zu reinigendes Rohrstück (9) mit einer inneren Mantelfläche, wobei in dem Rohrstück zumindest ein Abstreifelement (6) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zu reinigende Rohrstück (9) drehbar gelagert ist und das zumindest eine Abstreifelement (6) ortsfest angeordnet ist.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zumindest eine Abstreifelement (6) als Draht, Stab oder Schnur ausgebildet ist und an der inneren Mantelfläche verlaufend verspannt ist, vorzugsweise an der inneren Mantelfläche anliegend verspannt ist.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Spannmittel (4) vorgesehen sind, um das Abstreifelement (6) unter Spannung zu halten, bevorzugt mittels einer einstellbaren Federkraft.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Mehrzahl Abstreifelemente (6), bevorzugt mehr als vier, insbesondere bevorzugt acht Abstreifelemente (6) vorgesehen sind.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zumindest eine Abstreifelement (6) aus einem Material mit einer Temperaturbeständigkeit größer als 250° Celsius, bevorzugt Glas, Metall, Teflon und/oder Keramikfaser, Polyimidfaser und/oder als Formgedächtnislegierung ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Durchmesser des zumindest einen Abstreifelements (6) klein im Vergleich zum Durchmesser des zu reinigenden Rohrstücks (9) ist, bevorzugt kleiner als 1/10 des Rohrdurchmessers, insbesondere bevorzugt kleiner als 1/20 des Rohrdurchmessers.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die innere Mantelfläche des Rohrstücks (9) zumindest bereichsweise mit Erhebungen ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das drehbar gelagerte Rohrstück (9) an beiden Seiten gasdicht, zumindest rauchdicht mit sich anschließenden Rohrstücken verbunden ist.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an einem unteren Ende des zu reinigenden Rohrstücks (9) zumindest bereichsweise ein Aschekasten (10) vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Antriebsmittel zur Drehung des zu reinigenden Rohrstücks (9) vorgesehen sind, bevorzugt in Form eines Getriebemotors, einer Bimetallfeder, eines Formgedächtnislegierungs-Aktors und/oder eines Drehpendels.
  11. Elektrostatischer Partikelabscheider mit einer Vorrichtung zur Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren des elektrostatischen Partikelabscheiders, wobei die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
  12. Verfahren zur Reinigung der inneren Mantelfläche von Rohren, insbesondere für einen Elektrostatischenabscheider, wobei in dem Rohrstück (9) zumindest ein Abstreifelement (6) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zu reinigende Rohrstück (9) gedreht wird, während das zumindest eine Abstreifelement (6) ortsfest bleibt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Drehung des Rohrstücks (9) mit einem Drehwinkel in Abhängigkeit der Anzahl der Abstreifelemente (6) erfolgt, insbesondere dass der Drehwinkel α = 360°/Anzahl der Abstreifelemente (6) beträgt.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zumindest eine Abstreifelement (6) durch die Drehung des Rohrstücks (9) in Schwingung versetzt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für die Drehung des Rohrstücks (9) Energie aus einem im Rohr verlaufenden Gasstrom (5) genutzt wird, bevorzugt wird die Energie in Form von Wärme ausgekoppelt und durch den Einsatz von Bimetall oder Formgedächtnis-Materialien in eine temperaturabhängige Längenänderung überführt.
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EP2189223A1 (de) 2008-11-20 2010-05-26 Fachhochschule Gelsenkirchen Nass abreinigender Elektrofilter zur Abgasreinigung sowie ein hierfür geeignetes Verfahren
US20190168236A1 (en) 2017-12-04 2019-06-06 PHX innovation ApS Electrostatic precipitator system having a grid for collection of particles

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