Die Erfindung betrifft einen Heizkessel, insbesondere Festbrennstoff-Heizkessel, mit einer Anordnung zum Reinigen von Wärmetauscherflächen des Heizkessels. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines vorgenannten Heizkessels mit Hilfe der Reinigungsanordnung.

Bekanntermaßen durchströmt im Betrieb eines Festbrennstoff- Heizkessels das heiße Verbrennungsgas in Durchströmungskanälen den Heizkessel. Die Durchströmungskanäle werden jeweils durch zwei benachbarte im wesentlichen flächige vertikale Wassertaschen des Wärmetauschers gebildet. Bei einer Durchströmung gibt das heiße Verbrennungsgas Wärme an das zu erwärmende Wasser in den Wassertaschen ab. Bestandteil des heißen Verbrennungsgases ist unter anderem die sogenannte Flugasche. Das sind kleine Aschepartikel, die durch den Abgasstrom mitgerissen werden. Sie setzen sich am Boden und an den Wärmetauscherflächen der Wassertaschen ab. Dadurch entsteht auf den Wassertaschen ein zusätzlicher Belag, der wie eine Isolierschicht wirkt und den Wärmestrom verringert. Die Heizkessel müssen mithin von Zeit zu Zeit außer Betrieb genommen und aufwendig gereinigt werden. Um den Ablagerungsprozeß an den Wärmetauscherflächen zu verlangsamen und um die Reinigung hinauszuzögern, wird nach dem Stand der Technik ein turbulenter Abgasstrom eingerichtet, vorzugsweise durch sogenannte Turbulatoren in Form von feststehenden Leitblechen und/oder fest eingebauten Stegen zwischen den Wassertaschen bzw. Wärmetauscherflächen. Die feststehenden Leitbleche und/oder fest eingebauten Stege können mithin im weiteren Sinne als bekannte Anordnung zum Reinigen der Wärmetauscherflächen angesehen werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Heizkessels mit einer Reinigungsanordnung der eingangs genannten Art, die einfach aufgebaut ist und ein effektives Reinigen der Wärmetauscherflächen des Heizkessels auf einfache und zuverlässige Weise ermöglicht.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch einen Heizkessel der im Anspruch 1 angegebenen Art.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 18.

Ein vorteilhaftes Reinigungsverfahren eines Heizkessels kennzeichnet sich durch die Merkmale des Anspruchs 19.

Wesen der Erfindung ist, daß im Durchströmungskanal des heißen Verbrennungsgases zwischen zwei benachbarten im wesentlichen planen vorzugsweise vertikalen Wärmetauscherflächen des Heizkessels zumindest eine vorzugsweise vertikale Platte mit seitlichen, flexiblen, mit den Wärmetauscherflächen in einen Eingriff bringbaren Reinigungsvorsprüngen selbstzentrierend angeordnet und im wesentlichen in der Ebene der Platte verschieblich ausgebildet ist, vorzugsweise oben außerhalb des Durchstömungskanals auf- und absenkbar befestigt ist.

Insbesondere sind in sämtlichen Durchströmungskanälen Platten angeordnet, die an einer gemeinsamen Antriebseinrichtung für ein gleichzeitiges Hin- und Herverschieben, insbesondere Auf- und Absenken, der Platten angelenkt sind.

Die Erfindung sieht mithin eine vorzugsweise automatische, jedoch mechanische Abreinigungseinheit der Wärmetauscherflächen eines Heizkessels, insbesondere Festbrennstoff- Heizkessels, vor. Die Reinigungsanordnung bewirkt zusätzlich eine Absenkung der Abgastemperatur und eine bessere Reinigung des Abgases von Staubpartikeln. Gleichzeitig bewirkt die Anordnung, die auch ein Turbulator im eingangs genannten Sinne des Standes der Technik ist, eine Verlangsamung des Ablagerungsvorganges der Ablagerungs-Partikel, insbesondere der Flugasche, an den Wärmetauscherflächen.

Die Reinigungsanordnung braucht somit nur in größeren Zeitabständen für ein Abschaben der Ablagerungs-Partikel betrieben werden.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die vorzugsweise vertikalen Platten als Einzelbleche oder als Doppelbleche mit auf beiden Seiten bzw. auf einer einzigen Seite ausgebogenen elastischen Stanzlaschen ausgebildet sind, welche die Reinigungsvorsprünge sind und deren freie Enden jeweils im Bereich der benachbarten Wärmetäuscherflächen liegen und vorzugsweise geringfügig gegen die Wärmetauscherflächen vorgespannt sind. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung, bei der Reinigungsvorsprünge und Platte integriert und insbesondere einstückig ausgebildet werden. Gleichzeitig bilden die ausgebogenen Stanzlaschen in der Platte selbst Durchbrüche, die das Gewicht der Platte verringern, und durch die das Abgas nicht nur durchströmen kann, sondern auch eine zusätzliche Turbulenz der Strömung erzeugt wird, welche den Ablagerungsprozeß der Abgaspartikel an den Wärmetauscherflächen verlangsamt. Durch die auf diese einfache Weise geschaffenen Durchbrüche können auch abgeschabte Ablagerungspartikel von den Wärmetauscherflächen abtransportiert werden.

Die Stanzlaschen sind vorzugsweise in horizontalen Reihen beabstandet jeweils voneinander angeordnet, wobei die Stanzlaschen benachbarter Reihen versetzt zueinander angeordnet sind und vorzugsweise exakt in der Mitte des Zwischenraums der anderen Reihe liegen. Auf diese Weise kann mit wenig Konstruktionsaufwand eine flächendeckende Abschabung der Wärmetauscherflächen bei geringem Hub bzw. kurzer Auf- und Abwärtsbewegung der Platten erreicht werden.

Eine besonderes einfache stabile Variante kennzeichnet sich durch Platten, deren Stanzlaschen rechteckige Laschenform besitzen.

Auch können die Stanzlaschen freie erweiterte Enden besitzen und vorzugsweise in Schmetterlingsform ausgebildet sein.

Die freien Enden der Stanzlaschen bilden bevorzugt geradlinige Reinigungskanten.

In einem Durchströmungskanal können zumindest zwei Einzelbleche oder zumindest zwei Doppelbleche in Paketform hintereinander in einer Ebene angeordnet und miteinander direkt oder über Verbindungsbleche befestigt sein. Es versteht sich, daß - sind Doppelbleche vorgesehen, die Rücken an Rücken dicht beieinander oder in einem Abstand zueinander angeordnet sind und deren Stanzlaschen jeweils auf nur einer einzigen Seite hervorstehen - die vorgenannte Ebene die Symmetrieebene der Doppelbleche ist.

Die Einzelbleche oder Doppelbleche können neben den Durchbrüchen der Stanzlaschen weitere Durchbrüche aufweisen, die den gleichen Zweck der erstgenannten Durchbrüche erfüllen.

Die Einzelbleche oder Doppelbleche können ferner vorzugsweise obere horizontale und/oder vorzugsweise seitliche vertikale abgebogene Versteifungskanten besitzen, so daß sich eine stabile Gesamtkonstruktion bei geringem Gewicht ergibt.

Auch die Versteifungskanten können Durchbrüche haben, die den gleichen Zweck wie die anderen Durchbrüche erfüllen.

Die freien Enden der Stanzlaschen sind bei vertikalen Einzel- oder Doppelblechen in vertikalen Wärmetauschern in einer besonderen Erfindungsvariante nach oben gerichtet. Dadurch kann bei einem Hub nach oben abgeschabt und gleichzeitig die abgeschabte Ablagerung auf der schrägen Stanzlasche von der Wärmetauscherfläche weg nach unten insbesondere durch die erstgenannten Durchbrüche einem geraden zentralen vertikalen Kanal (bei Doppelblechen) oder in einem gewundenen Lauf (bei Einzelblechen) nach unten transportiert werden, unterstützt bzw. mitgerissen von der Abgasströmung, die sich den gleichen Weg durch den Durchströmungskanal sucht. Einzelbleche oder Doppelbleche besitzen also bevorzugt einen vertikalen Aschedurchtrittskanal.

Die bereits erwähnte Antriebseinrichtung weist bevorzugt eine horizontale Antriebsachse mit auf- und absenkbaren radialen Schwenkarmen oder eine horizontale Kurbelstange mit Pleuel auf, wobei an den äußeren Radialenden der Schwenkarme bzw. der Pleuel die Vertikalplatten bzw. Einzelbleche oder Doppelbleche, vorzugsweise über Verbindungsstangen, angelenkt sind.

Die horizontale Antriebsachse oder die Kurbelstange kann für einen Handbetrieb eine axial-endseitige Handkurbel aufweisen. Dann wird die Handkurbel vorzugsweise um 60° hin- und herbewegt, um einen vertikalen Hub der Platten innerhalb der Wärmetauscherflächen für eine ausreichende Reinigung der Wärmetauscher-Oberflächen zu erzeugen.

Die horizontale Antriebsachse oder die Kurbelstange können auch durch einen Elektromotor intermittierend angetrieben werden.

Gegebenfalls ist der Elektromotor in der Drehrichtung umschaltbar ist, um eine Hubbewegung im Wärmetauscher zu erzeugen.

Auch ein Linearantrieb der Reinigungsanordnung ist möglich.

Mit besonderem Vorteil ist die Reinigungsanordnung als Einheit ausgebildet. Dann kann die Reinigungsanordnung leicht ausgetauscht und gegebenenfalls separat gewartet und insbesondere auch in bestehende Heizkessel nachgerüstet werden. Im Prinzip kann innerhalb gewisserer Toleranzgrenzen die Reinigungsanordnung in unterschiedlichen Heizkessel- Varianten verwendet werden, insbesondere in unterschiedlichen Leistungsgrößen von Heizkesseln, deren Wärmetauscherflächen zumeist gleich konzipiert sind.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Reinigen von im wesentlichen planen Wärmetauscherflächen eines Heizkessels mittels einer vorgenannten Reinigungsanordnung sieht vor, daß die ständig im Heizkessel angeordnete nicht betriebene Reinigungsanordnung bei betriebenem Heizkessel als Turbulator bzw. Vorrichtung zur Erzeugung einer Turbulenz in der Abgasdurchströmung dient und vorzugsweise bei kaltem, nicht betriebenen Heizkessel von Zeit zu Zeit manuell durch Betätigen der Handkurbel durch eine Bedienungsperson oder durch Einschalten des Elektromotors in Betrieb genommen wird und dabei die an den Wärmetauscherflächen sich angesammelte Flugasche oder dergleichen durch die freien Enden der Stanzlaschen im wesentlichen flächendeckend abschabt, und die abgeschabte Flugasche in einem Auffangbehälter im Bereich des Bodens des Heizkessels sammelt oder durch einen Förderer, insbesondere Schneckenförderer, abfördert.

Die erfindungsgemäße Reinigungseinheit für ebene Wassertaschen in einem Festbrennstoff-Heizkessel kennzeichnet sich durch folgende Merkmale:

• - Abreinigung der Wärmetauscherflächen
• - Mechanische Bewegungsablauf
  
  (Der Reinigungsvorgang ist ein mechanische Ablauf, ohne Einsatz von Druckluft, Ultraschall, etc.)
• - Flexibilität hinsichtlich verschiedener Heizkessel
  
  (Die Reinigungseinheit ist vom Prinzip her für Heizkessel unterschiedlicher Bauart und Baugrößen einsetzbar)
• - Nachrüstbarkeit in vorhandene Heizkessel
• - Reinigung erfolgt auch bei "verformten Wassertaschen"

Weitere Merkmale der Reinigungseinheit:

• - Nahezu lückenlose Reinigung durch gezielte Anordnung der Laschen
• - Selbstzentrierung insbesondere durch Federwirkung der Laschen
• - Laschen passen sich an örtliche Verwölbungen der Wassertaschen an
• - Leichte Bauweise durch dünne Turbulatoren
• - Gegebenenfalls kein zusätzlicher Motor, da Kopplung mit anderen Systemkomponenten möglich
• - Einfache elektrische Ansteuerung zeitliche Bewegung
• - Sehr geringer Wartungsaufwand
• - Einfacher Austausch einzelner Komponenten oder der gesamten Anordnung

Durch den Einsatz zweier paralleler Bleche (Doppelbleche) ergeben sich folgende Vorteile:

• - Halbierung des erforderlichen Hubes
• - Gelöste Ablagerungen können zwischen den beiden Blechen senkrecht ohne Behinderung nach unten fallen
• - Geringe Länge der gekanteten Laschen bei großen Abständen der Wassertaschen hohe Stabilität
• - Hohe Verwindungssteifigkeit

Durch die Form der Laschen, die einem Schmetterlingsflügel gleicht, wird praktisch die komplette Fläche der Wassertasche gereinigt. Dadurch, daß die Laschen im unteren Bereich wieder nach innen zeigen, bleiben die Stege so stabil, daß sich das gesamte Blech bei Belastung nicht wesentlich verformt, sondern die Laschen zurückfedern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Festbrennstoff-Heizkessel mit einer Reinigungsanordnung schematisch in einem Vertikalschnitt,

Fig. 2 den oberen Bereich der Reinigungsanordnung nach Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 3 eine Einzelheit der Fig. 2,

Fig. 4 eine Ausführungsvariante eines Einzelbleches einer Reinigungsanordnung, und

Fig. 5 eine Ausführungsvariante eines Doppelblech-Elements einer Reinigungsanordnung nach den Fig. 2 und 3.

Gemäß Zeichnung umfaßt ein Heizkessel 1, insbesondere ein Festbrennstoff-Heizkessel, eine Anordnung 2 zum Reinigen von Wärmetauscherflächen 3.

In den Durchströmungskanälen 4 des Verbrennungsgases A zwischen zwei benachbarten im wesentlichen planen vertikalen Wärmetauscherflächen 3 des Heizkessels 1 befinden sich vertikalen Platten 5 mit seitlichen, flexiblen, mit den Wärmetauscherflächen 3 in einen Eingriff bringbaren Reinigungsvorsprüngen 6.

Die einzelnen Platten 5 sind jeweils im wesentlichen in ihrer Ebene E verschieblich ausgebildet.

Im besonderen sind die Platten 5 durch eine gemeinsame obere horizontale Antriebseinrichtung 7 auf- und absenkbar befestigt.

Die Platten 5 werden in einer ersten Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 durch vertikale Einzelbleche 8 und in einer zweiten Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 durch vertikale Doppelbleche 9 ausgebildet und besitzen in der ersten Ausführungsvariante auf beiden Seiten und in der zweiten Ausführungsvariante auf einer einzigen Seite ausgebogene flexible Stanzlaschen 10.

Die Stanzlaschen 10 bilden die vorgenannten Reinigungsvorsprünge 6.

Die Stanzlaschen 10 besitzen freie Enden 11, welche in einer Anordnung der Reinigungsanordnung in einem Heizkessel 1 jeweils im Bereich der benachbarten Wärmetauscherflächen 3 liegen und insbesondere geringfügig gegen die Wärmetauscherflächen 3 vorgespannt sind.

Die Stanzlaschen 10 sind, wie dies den Fig. 4 und 5 zu entnehmen ist, in horizontalen Reihen jeweils voneinander beabstandet, wobei die Stanzlaschen benachbarter Reihen gemäß Fig. 5 versetzt zueinander sind und insbesondere exakt in der Mitte im Zwischenraum a der anderen benachbarten Reihe liegen.

Die Stanzlaschen 10 gemäß der Ausführungsvariante nach Fig. 4 besitzt rechteckige Laschenform R, während die Stanzlaschen 10 gemäß der Ausführungsvariante nach Fig. 5 freie erweiterte Enden 11 aufweist und insbesondere in Schmetterlingsform S besitzt.

Die freien Enden 11 der Stanzlaschen 10 bilden in beiden Ausführungsvarianten geradlinige Reinigungskanten 12.

In einem Durchströmungskanal 4 können die Einzelbleche 8 oder Doppelbleche 9 mehrfach vorgesehen sein.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 sind Doppelbleche 9 gemäß Fig. 5 in Paketform I, II, III hintereinander in einer Ebene E angeordnet, die der vertikalen Symmetrieebene der beiden Doppelblech-Elemente entspricht.

Im besonderen sind zwei Doppelblech-Elemente nach Fig. 5 Rücken an Rücken als ein erstes, zweites und drittes Paketelement I, II und III über Verbindungsbleche 13 miteinander befestigt.

Die Doppelbleche 9 gemäß Fig. 5, wie auch die Einzelbleche 8 gemäß Fig. 4, besitzen Durchbrüche 14, welche zusätzlich zu den primären Durchbrüchen vorgesehen sind, die durch das Ausbiegen bzw. Kanten der Stanzlaschen 10 entstehen.

Die Doppelbleche 9 weisen obere horizontale und seitliche vertikale abgebogene Versteifungskanten 15 auf, die weitere Durchbrüche 16 besitzen.

Die Durchbrüche 16 bilden Strömungskanäle und sind wichtig, damit sich die Verbrennungsgase bei mehreren nebeneinander montierten Turbulatorblechen untereinander austauschen können. Die Geometrie des Strömungskanals ergibt sich aus den jeweils gegenüberliegenden Stanzungen der Laschen. Somit ist ein durchgängiger Strömungskanal durch das gesamte Bauteil möglich.

Obere Versteifungskanten 15 bewirken nicht nur eine Versteifung des Blechs in horizontaler Richtung, sondern vermeiden auch, daß das Verbrennungsgas den Weg des geringsten Widerstands nimmt und nur in der Mitte der beiden Turbulatorbleche strömt, ohne seine Wärmeenergie an das Wasser abzugeben.

In einer Anordnung der Einzel- oder Doppelbleche in einem Wärmetauscher sind die freien Enden 11 der Stanzlaschen 11 nach oben gerichtet, wobei durch die Einzelbleche 8 oder durch die Doppelbleche 9 ein im wesentlichen vertikaler Aschedurchtrittskanal k eingerichtet ist.

Die Einzel- oder Doppelbleche bzw. Turbulatoren bestehen jeweils aus einem einfachen Stahlblech, welches eine Materialstärke von 1-2 mm aufweist. In regelmäßigen Abständen werden die Stanzlaschen 11 mit einem bestimmten Winkel gebogen. Der Winkel der ausgebogenen Stanzlaschen wird so gewählt, daß das Blech ohne oder mit einer geringen Vorspannung zwischen die beiden Wassertaschen paßt und sich so automatisch zentriert.

Die Antriebseinrichtung 7 besitzt eine horizontale Antriebsachse 17 mit auf- und absenkbaren radialen Schwenkarmen 18, wobei an den äußeren Radialenden der Schwenkarme 18 die Doppelbleche 9 über Verbindungstangen 19 angelenkt sind. Die horizontale Antriebsachse 17 weist axial endseitig eine Handkurbel auf, die von einer Bedienungsperson von Hand betätigt werden kann.

Durch eine 60°-Kippbewegung wird eine Hubbewegung H der Turbulatoren erzielt, die nicht nur manuell mit Hilfe eines Hebels bzw. der Handkurbel, sondern auch vollautomatisch realisiert werden kann.

In einer vollautomatischen (nicht veranschaulichten) Ausführungsvariante besitzt die horizontale Antriebsachse 17 einen Elektromotor, welcher intermittierend angetrieben werden kann und insbesondere in seiner Drehrichtung umschaltbar ist.

Bei einer vollautomatischen Version kann die Rotationsbewegung des Elektromotors durch eine Exzenterscheibe und ein gelenkiges Hebelsystem in eine lineare Bewegung umgewandelt werden.

Die Reinigungsanordnung 2, welche sich ständig im Heizkessel 1 befindet, wird im besonderen wie folgt betrieben.

Bei Normalbetrieb des Heizkessels ist die Reinigungsanordnung außer Betrieb. Sie wirkt in diesem Fall statisch, ähnlich wie die feststehenden Leitbleche nach dem Stand der Technik, jedoch wesentlich effizienter, als Turbulator und mithin als Vorrichtung zur Erzeugung einer Turbulenz in der Abgasdurchströmung. Auf diese Weise verzögert die Reinigungsanordnung den Verschmutzungs- bzw. Ablagerungsvorgang an den Wärmetauscherflächen nachhaltig.

Von Zeit zu Zeit wird vorzugsweise bei nicht betriebenem Heizkessel durch Vor- und Rückwärtsdrehen der Handkurbel in einem Winkel von 60° durch eine Bedienungsperson die Reinigungsanordnung in Betrieb genommen. Dabei werden die Platten 5 bzw. Einzelbleche 8 oder Doppelbleche 9 in den Durchströmungskanälen 4 zwischen zwei benachbarten Wärmetauscherflächen 3 nach oben unten nach unten bewegt.

Im Verlauf der Bewegung nach oben schaben die freien Enden 11 der Stanzlaschen 11 im wesentlichen flächendeckend die Wärmetauscherflächen 3 ab. Die abgeschabten Ablagerungs- Partikel gelangen über die schrägen Stanzlaschen 11 in den im wesentlichen vertikalen Aschedurchtrittskanal k und von dort in einen Auffangbehälter 21, welcher im Bereich des Bodens 22 des Heizkessels 1 vorgesehen ist.

Bei einer Bewegung der flexiblen Stanzlaschen 11 nach unten werden die Wärmetauscherflächen 3 nachgereinigt.

Ersichtlich bewirkt die Flexibilität der Stanzlaschen 11 eine Selbstzentrierung der Einzelelemente der Reinigungsanordnung zwischen den zu reinigenden Wärmetauscherflächen 3.

Das Reinigen der Wärmetauscherflächen bzw. Wassertaschen bringt gleichzeitig eine Senkung der Abgastemperatur mit sich, da bei zunehmender Verschmutzung der Querschnitt kleiner wird und somit die Strömungsgeschwindigkeit steigt. Auch wird mit zunehmender Verschmutzung der Wärmeübergang an die Wärmetauscherflächen verringert.

Je langsamer das Verbrennungsgas zwischen den Wassertaschen strömt, um so länger befindet es sich innerhalb des Heizkessels und gibt seine Wärmeenergie an das Wasser ab. Das Abgas ist somit deutlich kälter als bei starken Ablagerungen an den Wärmetauscherflächen.

Mit der langsameren Strömungsgeschwindigkeit ist wiederum eine bessere Staubabscheidung verbunden, da das Rauchgas weniger Bewegungsenergie zur Verfügung hat, um Aschepartikel aufzuwirbeln und mit sich zu reißen.