Die Theorie und Anwendung akustischer Reiniger

Schall-Rußbläser und Akustikreiniger galten einst als letzte Chance für schwierige Ascheansammlungsprobleme. Die Technologie hat sich jedoch über viele Jahre hinweg in zahlreichen Anwendungen als effektiv erwiesen, und die Ausrüstung gilt heute als Reinigungstechnik erster Wahl, die Geld spart, die Effizienz verbessert und Schäden an kritischen Komponenten reduziert.

Wussten Sie, dass es ein einfaches Schallgerät gibt, das Prozessengpässe beseitigen, die Leistung optimieren, die Produktionsleistung maximieren und die thermische Effizienz verbessern kann? Dabei handelt es sich nicht um eine Theorie, sondern um eine bewährte Technik, die jeden Tag in einer Reihe von Energieerzeugungs- und Trockenaufbereitungsanlagen in mehr als 70 Ländern weltweit eingesetzt wird.

Diese innovative Technologie kommt in Akustikreinigern und Schallrußbläsern zum Einsatz. Um die Wärmeleitfähigkeit in Kesseln, Economizern, Lufterhitzern usw. zu verbessern, genügen ein paar Sekunden „Sounding“ in regelmäßigen Abständen. Verhindern Sie Materialansammlungen in Silos, Ventilatoren, Filtern, Zyklonen, Elektrofiltern (ESPs) und selektiven katalytischen Reduktionssystemen (SCR). Maximieren Sie den Materialfluss in Silos, Trichtern und Rohrleitungen. Vermeiden Sie ungeplante Anlagenabschaltungen bei Ventilatoren und Filtern. und Opazitätsspitzen durch ESPs und Filter reduzieren. Akustische Reiniger werden überall dort eingesetzt, wo Asche, Pulver oder körnige Materialien verarbeitet, erzeugt, gelagert oder transportiert werden.

Was genau sind Schallwellen, die von Akustikreinigern erzeugt werden, und wie funktionieren sie? Schall kann am besten als der Durchgang von Druckschwankungen durch ein Medium mittels einer vibrierenden Quelle beschrieben werden. Es sind diese Druckschwankungen und die daraus resultierenden „Kompressions-“ und „Verdünnungs“-Zyklen, die Akustikreiniger nutzen, um Pulver durch Aufbrechen von Partikelbindungen zu bewegen.

Das Ohr nimmt eigentlich keinen Ton wahr. Es handelt sich um einen druckempfindlichen Mechanismus, der sehr schnelle Druckschwankungen erkennt, und es sind diese sehr schnellen Druckschwankungen, die dazu führen, dass sich trockenes Material sowohl von angrenzenden Partikeln als auch von Strukturen löst.

Bei einem Akustikreiniger erzeugt der Wellengenerator den „Grundton“, und die verschiedenen Glockenabschnitte verstärken und wandeln diesen in eine bestimmte Grundfrequenz um. Innerhalb der Primasonics-Reihe gibt es sechs ausgewählte Frequenzen im Bereich von 60 Hz bis 420 Hz. Um die Titanmembran im Wellengenerator „mit Strom zu versorgen“, ist lediglich normale Anlagendruckluft mit einem Druck von 5 bis 6 bar erforderlich.

Was bewirken diese hochenergetischen, niederfrequenten Schallwellen eigentlich? Sie erzeugen sehr schnelle Druckschwankungen (bis zu 840 Mal pro Sekunde), die die Kohäsionsbindungen zwischen einem Partikel und einem anderen sowie zwischen jedem Partikel und der Struktur, an der sie haften, aufbrechen. Sobald diese Bindungen aufgebrochen sind, werden die Partikel, wie z. B. Zementpulver oder Flugasche, entweder durch die Schwerkraft oder im Gasstrom entfernt.

Eine weitere häufig gestellte Frage ist: Verursacht ein Akustikreiniger Schäden an der Struktur? Die Antwort ist nein. Der Wellengenerator und die exponentielle Glockenform eines Primasonics-Akustikreinigers wurden sehr sorgfältig berechnet, um sicherzustellen, dass das Gerät eine sehr hohe akustische Impedanz aufweist. So wie eine elektrische Kopplung zwischen Komponenten nur dann effizient ist, wenn die Impedanz ähnlich ist, gilt dies auch für die Akustik.

Primasonics hat in Zusammenarbeit mit der Akustikforschungseinheit der Universität Liverpool im Vereinigten Königreich zahlreiche Labor- und Vor-Ort-Tests durchgeführt, um sicherzustellen, dass es nicht zu einer Kopplung zwischen dem Akustikreiniger und den Strukturen kommt. Abbildung 1 zeigt den Schalldruckpegel (dargestellt als die beiden großen Spitzen in der dunkelblauen Linie), der durch einen PAS75-Akustikreiniger verursacht wird, und die Vibrationspegel der Struktur (dargestellt durch die orange Linie). Man erkennt, dass es weder bei der Grundfrequenz des Horns von 75 Hz noch bei harmonischen Frequenzen zu einer entsprechenden Schwingungserhöhung kommt. Dieser spezielle Test fand in einem großen Mehlsilo aus Stahl statt, wo ein Beschleunigungsmesser die Vibrationen an der Silowand maß.

1. Dieses Diagramm zeigt den durch einen PAS75-Akustikreiniger verursachten Schalldruckpegel (dunkelblaue Linie) und die Vibrationspegel der Struktur (orangefarbene Linie). Bei der Grundfrequenz des Horns von 75 Hz oder bei harmonischen Frequenzen kommt es zu keiner entsprechenden Erhöhung der Strukturschwingung, so dass keine Schäden an der Struktur zu befürchten sind. Mit freundlicher Genehmigung: Primasonics

Akustische Reiniger sind zur ersten Wahl geworden, um die Bildung von Asche in allen Bereichen der Energieerzeugungsanlage zu verhindern, einschließlich Kesseln, Überhitzern, Economizern (Abbildung 2) und Lufterhitzern. Die Hauptvorteile von Schallrußbläsern gegenüber Dampfrußbläsern sind:

2. Akustikreiniger können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Dieses Bild zeigt einen Reiniger, der an einem Economizer eines Kraftwerks installiert ist. Mit freundlicher Genehmigung: Primasonics

■ Preis/Betriebs- und Wartungskosten. Der Schallrußbläser ist günstiger in der Anschaffung und Installation. Der Betrieb ist erheblich wirtschaftlicher und es fallen nahezu keine Wartungskosten an. Physische Schäden/Korrosion und Erosion. Schallrußbläser verursachen keine physischen Schäden oder Verschleiß an Rohrbündeln oder Kesselstrukturen. Sie arbeiten mit Frequenzen, die weit über der Resonanzfrequenz von Stahl, Keramikauskleidungen und Beton liegen, und verursachen daher garantiert keine Vibrationsschäden an Behältern, Strukturen oder Rohrbündeln. Da sie keinen Hochdruckdampf oder Wasser verwenden, verursachen sie außerdem keine Korrosions- oder Erosionsprobleme und sind umweltfreundlich.■ Reinigungseffizienz. Da Schallrußbläser leistungsstarke Schallwellen verwenden – Wellen, die sich mit einer Geschwindigkeit von 344 Metern pro Sekunde und in einem 360-Grad-Radius ausbreiten – kann der gesamte Umfang der Rohre und die innere Struktur problemlos erreicht werden, anstatt nur die Vorderkante des Rohrs Rohre wie bei einem Dampfrußbläser. Um diese Effekte zu erzielen, ist lediglich eine periodische Schallbeschallung erforderlich, typischerweise alle 6 bis 12 Minuten 5 bis 10 Sekunden.

Wabenförmige Katalysatorblöcke in SCR-Systemen sind aufgrund der Ansammlung von Feststoffpartikeln oft verstopft und verstopft. Akustische Reiniger sorgen dafür, dass die Partikel angeregt werden und mit dem Gasstrom zu einem geeigneten Filter- oder ESP-System transportiert werden können. Eine teilweise verstopfte Katalysatorschicht kann den Durchfluss stören und alle Gase durch eine kleine Anzahl von Katalysatorblöcken drücken, was die Wirksamkeit des Geräts verringert. Akustische Reiniger gelten heute als das effizienteste und kostengünstigste Mittel, um sicherzustellen, dass eine SCR-Einheit kontinuierlich mit maximaler Effizienz arbeitet.

Akustische Reiniger und Schallrußbläser können in einer Vielzahl von Kraftwerksanwendungen eingesetzt werden.

Silos und Trichter.Die drei Hauptprobleme, die in Silos und Trichtern auftreten, sind Brückenbildung, Rattenbildung und Kreuzkontamination.

Eine Brückenbildung wird verursacht, wenn die Konstruktion des Trichterabschnitts einen unzureichenden Böschungswinkel, Seitenwände mit übermäßigen Reibungseigenschaften oder einen nicht ausreichend großen Auslass für das enthaltene Material aufweist. Folglich können diese Probleme schwerwiegend werden, wenn ein Silo aufgrund von Prozess- oder Anlagenlayoutänderungen im Laufe der Zeit für andere Materialien verwendet wird, als es vorgesehen ist.

Um Brückenbildung zu verhindern, wird direkt über dem Auslass ein Akustikreiniger angebracht. Wenn es ertönt, bewegen sich einzelne Partikel und Partikelansammlungen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, wodurch Brücken einstürzen und der Materialfluss wiederhergestellt wird. Sobald der Akustikreiniger aufgehört hat zu klingen, beginnen sich neue Brücken und Bögen zu bilden. Um dem entgegenzuwirken, kann das Geräusch auf zwei Arten gesteuert werden: einfach über ein Zeitschaltgerät, das normalerweise alle paar Minuten auf einige Sekunden eingestellt wird, oder automatisch über einen Durchflusssensor hinter dem Auslass oder ausgelöst durch Wägezellen.

Ratholing oder Trichterströmung tritt auf, wenn im Silo ein unzureichender Schüttwinkel für das enthaltene Material verwendet wird. Dies geschieht in der Regel bei Materialien, die mechanisch ineinandergreifende Eigenschaften aufweisen oder sich sehr schnell ohne Verdichtung verbinden, beispielsweise durch Hitze oder durch Lösungsmittelverdunstung. Um die Bildung von Rattenlöchern zu verhindern, werden Schallreiniger mit langer Wellenlänge auf der Oberseite des Silos angebracht, normalerweise durch ein vorhandenes Mannloch oder eine Inspektionsluke.

Betrachtet man ein volles Silo, das anfällig für Rattenlochbildung ist und langsam entleert wird, kann man sich leicht vorstellen, dass sich der zentrale Kern des Materials ein wenig absenkt, während ein äußerer Ring in der Nähe der Seitenwände auf derselben Höhe bleibt. Ohne akustische Reinigung würde dieser Prozess so lange andauern, bis schließlich der zentrale Kern entladen wird und der äußere Ring an den Seitenwänden haften bleibt. In diesem Fall muss entschieden werden, ob das Silo aus den aktiven Prozesslinien entfernt werden soll, damit eine Offline-Reinigung stattfinden kann, oder ob das Silo wieder aufgefüllt werden soll und das Risiko einer geringeren Kontrolle über die Menge und Qualität des Produkts besteht, da sich älteres anhaftendes Material mit dem Silo vermischt Neues Material kommt herein.

Bei Verwendung von akustischen Reinigern brechen die Bindungen, die den Außenring halten, sobald sie ertönen, zusammen und es entsteht eine flache Oberfläche entlang der Oberseite des Materials im Silo. Dieses Muster wiederholt sich beim Entleeren des Silos, auch wenn das Silo wieder aufgefüllt wird, bevor die vollständige Entleerung stattgefunden hat. Dies ermöglicht nun ein First-In-First-Out-Massenflussmuster.

Im Beispiel eines Vorpacktrichters oder Wiegetrichters wird manchmal nicht das gesamte Material ausgetragen, bevor die nächste Charge in den Trichter gelangt. Dies kann zu einer Kreuzkontamination des Produkts führen, was zu Problemen bei der Qualitätskontrolle führen kann. Die Gründe dafür, dass Material nicht aus den Trichtern austritt, ähneln den bereits genannten, aber bei Vorpacktrichtern, Wiegetrichtern oder ähnlichen, mit Chargen gefüllten Behältern tritt ein zusätzliches Problem auf, wenn Material auf kältere Seitenwände und Feuchtigkeit trifft oder mit diesen in Berührung kommt schlägt sich aus dem Schüttgut an der Seitenwand nieder. Diese Feuchtigkeit bildet zwischen der Seitenwand und den Partikeln einen Meniskus, der das Pulver an Ort und Stelle hält, sodass auch nach dem Ausstoß eine dünne Schicht bzw. Pulver zurückbleibt. Wenn in diesem Fall der Akustikreiniger beim Entleeren des Behälters aktiviert wird, brechen die abwechselnden Druck- und Verdünnungskräfte die Oberflächenspannung der Feuchtigkeit und ermöglichen das Herausfließen des Materials, sodass der Behälter vollständig leer bleibt.

Induced Draft (ID)-Ventilatoren. Akustische Reiniger werden in einer Vielzahl von Branchen zur Reinigung von Ventilatoren eingesetzt. Zu den Vorteilen gehören:

Akustische Reiniger können verwendet werden, um Ablagerungen an Saugzugventilatoren zu verhindern (Abbildung 3). Die Akustikreiniger werden intermittierend betrieben und über einen einfachen Timer gesteuert oder im Rahmen eines überwachten vorbeugenden Wartungssystems an Vibrationssensoren angeschlossen. Durch die Eliminierung ungeplanter Abschaltungen aufgrund von Lüfterungleichgewichten können erhebliche Einsparungen erzielt werden.

3. Dieses Bild zeigt einen Akustikreiniger, der an einem Saugzugventilator installiert ist. Mit freundlicher Genehmigung: Primasonics

Schlauchfilter. Akustische Reiniger werden bei Umkehrluft-, Pulse-Jet- und Shaker-Einheiten eingesetzt. Die akustischen Reiniger reduzieren wirksam den Druckabfall über die Sammeloberfläche, verlängern die Lebensdauer der Beutel und verhindern eine Verstopfung des Trichters. Sie können sich sehr positiv auf die Lebensdauer der Filterbeutel auswirken und zu einer erheblichen Reduzierung des Druckluftverbrauchs führen. Akustische Reiniger werden im Allgemeinen im Trichterabschnitt unter den Filterbeuteln montiert, wo sie auch dabei helfen können, Rahmenkonstruktionen zu reinigen und die Trichterabschnitte frei von Ablagerungen zu halten (Abbildung 4).

4. Dieses Bild zeigt einen Akustikreiniger, der auf einem Gewebefilter installiert ist. Mit freundlicher Genehmigung: Primasonics

Durch die Schallreinigungswirkung von Akustikreinigern erleiden Beutel nicht die gleichen Stöße und Gewebeverschlechterungen, die durch Rückwärtspulsen verursacht werden, und können bis zu 80 % länger halten als Beutel, die Rückwärtspulsen ausgesetzt sind. Die akustische Reinigung bietet die Möglichkeit, die Frequenz der Rückwärtsimpulse auszuschalten oder zu reduzieren und hilft, Druckluft zu sparen, da in Filtersystemen erhebliche Volumina verbraucht werden. Akustische Reiniger tragen dazu bei, die Filter sauber und effizient zu halten, indem sie den Differenzdruck reduzieren und Partikelausstoßspitzen vermeiden.

ESPs. Akustische Reiniger erweisen sich bei ESP-Anwendungen als unschätzbar wertvoll (Abbildung 5) und bieten Vorteile wie eine bessere Reinigung, die Beseitigung übermäßiger Ablagerungen und eine höhere Abscheidereffizienz. Akustische Reiniger können viele Vorteile für die effektive Reinigung von Drehflügeln, Verteilerplatten, Sammelplatten und Elektrodendrähten bieten. Akustische Reiniger wurden eingesetzt, um mechanische Klopfsysteme entweder zu ersetzen oder zu unterstützen und eine bessere Reinigung durch den Abscheider zu gewährleisten.

5. Dieses Bild zeigt einen Reiniger, der an einem Elektrofilter installiert ist. Mit freundlicher Genehmigung: Primasonics

Darüber hinaus verhindern sie die Ansammlung von Partikeln in den Untertrichtern, die zu einem Anstieg der Trübung führen können. Weitere Vorteile sind die Reinigung von Wänden, Dächern und Stahlkonstruktionen ohne mechanische Belastung oder Beschädigung des Schiffes oder der Ausrüstung; die Beseitigung übermäßiger Ablagerungsprobleme; erhöhte Betriebszeit; und erhöhte Abscheidereffizienz.

Leitungen.Akustische Reiniger haben sich bei der Beseitigung unerwünschter Ablagerungen in Rohrleitungen als wirksam erwiesen und verhindern so in manchen Situationen ungeplante Anlagenabschaltungen zur manuellen Reinigung.

Der Macro Sonics Acoustic Cleaner (30 Hz) wurde für die schnelle Reinigung von Schiffsräumen und auch für die Reinigung großer Kessel entwickelt, bei denen es nur einen einzigen Einstiegspunkt gibt. Sein Design stellt außerdem sicher, dass starke Makroschallwellen keine Vibrationsschäden an Strukturen verursachen.

Das Prima Touch-System bietet eine Möglichkeit, aus der Ferne Berichte über die Betriebseffizienz jedes Akustikreinigers zu erstellen, indem es zwei wichtige Merkmale der Leistung jeder Einheit misst. Erstens misst es den Druckluftdruck und stellt einen 24-Volt-Gleichstromausgang bereit. Zweitens misst es mithilfe eines Beschleunigungsmessers Vibrationsänderungen an der Rückplatte des Wellengenerators, die entweder auf einen blockierten Wellengenerator oder auf Verschleiß der Titanmembran hinweisen würden. Diese beiden Informationsströme können an jeden von drei Standorten übertragen werden: an eine lokale speicherprogrammierbare Steuerung, die auch das Klangmuster steuern kann; der Kontrollraum oder der Bildschirm des Managers; oder der Primasonics Monitoring Service, der regelmäßig über die Überwachung jedes Akustikreinigers berichtet. Der Überwachungsdienst wird Kunden als Zusatzoption angeboten.

Schallwellen in Form von Akustikreinigern galten einst eher als Kunst denn als Wissenschaft. Vor allem dank der 20-jährigen kontinuierlichen Forschung und Entwicklung von Primasonics in Verbindung mit Installationen in mehr als 70 Ländern und den technischen und wissenschaftlichen Fähigkeiten des Unternehmens können Trockenverarbeitungs-, Speicher- und Stromerzeugungsanlagen nun jedoch durch die Installation von Akustikanlagen von bewährter Technologie profitieren Reiniger und Schallrußbläser.

—Donald F. Cameronist Geschäftsführer bei Primasonics International Ltd.

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