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Die Erfindung betrifft eine Tauchrohrabtragung zur Befestigung eines Tauchrohres im Einlaufbereich eines Zyklons, der eine aus dem Einlaufbereich führende Abgasleitung aufweist. Weiter betrifft die Erfindung einen Zyklon mit einer derartigen Tauchrohrabtragung.
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Zyklone sind Fliehkraftabscheider, welche beispielsweise Wirbelschichtreaktoren zur Behandlung von Feststoffen, wie z. B. Erzen, nachgeschaltet werden, um die Feststoffe aus einem Abgasstrom abzutrennen. Die Abgase von derartigen Reaktoren haben teilweise Temperaturen von über 1.000°C. Daher sind Zyklone und deren Komponenten neben der abrasiven Belastung durch die im Abgasstrom mitgeführten Feststoffe auch hohen Temperaturbelastungen ausgesetzt.
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Das Tauchrohr ist ein in der Regel mittig von oben in den Einlaufzylinder (Einlaufbereich) des Zyklons ragendes Rohr, beispielsweise aus einem hochtemperaturfesten Stahl, durch welches das von den Feststoffen befreite Abgas aus der unterhalb des Einlaufzylinders gelegenen kegelförmigen Zone des Zyklons in die Abgasleitung eingeleitet wird. Bei Zyklonen, die Wirbelschichtreaktoren zur Feststoffbehandlung nachgeschaltet sind, kann das Tauchrohr eine Länge von mehreren Metern aufweisen und mehrere hundert Kilo wiegen. Da zusätzlich zu der Gewichtsbelastung auch durch den Abgasstrom eine hohe dynamische Belastung auf das Tauchrohr wirkt, sind an die Tauchrohrabtragung, d. h. an die Befestigung des Tauchrohres, hohe Anforderungen zu stellen.
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Bisher ist es bekannt, hierzu Halterungen am Blechmantel des Zyklons zu befestigen, mit der feuerfesten inneren Auskleidung des Zyklons zu schützen, und an diesen Halterungen das Tauchrohr dann aufzuhängen. Auf Grund der hohen Beanspruchungen kann es bei längerem Betrieb zu einem Versagen der Tauchrohrabtragung kommen, so dass diese bei Bedarf ausgetauscht werden muss. Bei den bekannten Tauchrohrabtragungen erfordert dies, dass jede Halterung aus dem Feuerfestbeton der Zyklonauskleidung herausgestemmt und durch neue Halterungen ersetzt werden muss. Dies ist mit erheblichem Aufwand verbunden, beispielsweise da in dem Zyklon ein Gerüst gestellt werden muss, um an der Decke des Zyklons arbeiten zu können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Tauchrohrabtragung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche eine Überwachung im Berieb ermöglicht, mit geringerem Aufwand austauschbar ist und eine bessere Standfestigkeit im Betrieb aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Tauchrohrabtragung ein dem Tauchrohr zugeordnetes, hülsenförmiges Abtragteil mit wenigstens einer seitlichen Befestigungsöffnung, einen das Abtragteil umgebenden Ring und wenigstens einen durch eine seitliche Öffnung des Rings und die Befestigungsöffnung des Abtragteils ragenden Bolzen zur Verbindung des Rings mit dem Abtragteil aufweist, wobei das Abtragteil innerhalb des Abgasrohres angeordnet werden kann. Hierbei kann der wenigstens eine Bolzen durch die Öffnung des Rings im Wesentlichen radial in den von dem Ring umschriebenen Raum ragen, wobei ein radial innerhalb des Rings liegender Bereich des Bolzens in die Befestigungsöffnung des radial innerhalb des Rings angeordneten Abtragteils ragt.
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Grundsätzlich kann der Ring als ein separates Bauteil ausgebildet sein, welches die Abgasleitung umgebend auf den Zyklon aufgesetzt werden kann, so dass sich die Abgasleitung zwischen dem Ring und dem Abtragteil befindet. Wenn die Abgasleitung bereits aus einem geeigneten, insbesondere metallischen, Material besteht und/oder in der Nähe des Zyklons eine entsprechende Ummantelung aufweist, kann ein separater Ring entfallen bzw. der ein integraler Bestandteil der Abgasleitung sein, indem die Bolzen durch wenigstens eine Öffnung im Blechmantel der Gasleitung geführt wird.
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Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist damit, dass die Tauchrohrabtragung nicht mehr vollständig innerhalb des Zyklons befestigt ist, sondern zum Großteil außerhalb des Zyklons vorgesehen ist. Somit sind wesentliche Bestandteile der Tauchrohrabtragung nicht mehr direkt den mechanischen und thermischen Belastungen innerhalb des Zyklons ausgesetzt. Zudem wird die Austauschbarkeit der Tauchrohrabtragung dadurch verbessert, dass diese von außerhalb des Zyklons zugänglich ist, so dass der Austausch der Tauchrohrabtragung nicht mehr innerhalb des Zyklons stattfinden muss. Das erfindungsgemäße Grundprinzip der Tauchrohrabtragung sieht vor, dass sich vorzugsweise mehrere Bolzen von außen durch den Ring, der Bestandteil der Abgasleitung sein kann, in das Tauchrohr bzw. dessen Abtragteil erstrecken und somit das Tauchrohr in der Abgasleitung aufhängen. Dies ermöglicht es, die Tauchrohrabtragung als eine einfache und robuste Konstruktion zu realisieren, die günstig in der Fertigung ist und leicht und gut zugänglich montierbar und demontierbar ist. Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Tauchrohrabtragung liegt darin, dass die Aufhängung des Tauchrohres weitgehend momentfrei ist, da außer der Gewichtskraft keine Lasten von dem Grundkörper des Tauchrohres aufgenommen werden müssen, solange nicht die zusätzlich während des Betriebes des Zyklons auftretenden Belastungen vorhanden sind.
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Unter einem Abtragteil wird erfindungsgemäß ein hülsenförmiges Bauteil verstanden, welches als separate Komponente mit dem Tauchrohr verbindbar sein kann oder einstückig mit diesem ausgebildet ist. Im letztgenannten Fall bildet beispielsweise das obere Ende des Tauchrohres das Abtragteil, in welchem die wenigstens eine Befestigungsöffnung ausgebildet ist. Das Abtragteil kann eine gegenüber dem übrigen Tauchrohr größere Wandstärke aufweisen, um die lokale Schwächung durch die wenigstens eine Befestigungsöffnung in dem Abtragteil auszugleichen und ein sicheres Aufhängen des Tauchrohres mittels des wenigstens einen Bolzens sicher zu stellen. Grundsätzlich kann bei entsprechender Dimensionierung ein Bolzen zur Befestigung des Tauchrohres ausreichen, allerdings werden für eine stabile Abtragung mindestens drei Bolzen bevorzugt. Die Anzahl der Bolzen ist dabei vor allem auch vom Tauchrohrdurchmesser, und somit dem Tauchrohrgewicht abhängig, aber auch von der maximal zugelassenen Betriebstemperatur und der damit verbundenen Werkstofffestigkeit. Für eine momentfreie Aufhängung des Tauchrohres wird es bevorzugt, wenn die Bolzen insbesondere gleichmäßig um den Umfang des Rings bzw. des Abtragteils verteilt sind. Dies können beispielsweise sechs oder acht Bolzen sein.
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Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens eine Bolzen auf seiner radial außerhalb des Rings liegenden Seite starr mit einem Deckel verbunden, der wiederum lösbar mit dem Ring verbunden ist. Die Lösbarkeit des Deckels an dem Ring erlaubt es, den Bolzen rasch auszutauschen. Der Deckel dient dazu, die auf den Bolzen wirkenden Kräfte und Momente in den Ring und/oder in die Abgasleitung einzuleiten. Zur starren Verbindung des Deckels mit dem übrigen Bolzen können diese beispielsweise verschweißt sein.
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Wenn der Ring starr mit einem zumindest nach außen aus der Öffnung ragenden Rohr verbunden ist, das lösbar mit dem Bolzen verbunden ist, lässt sich der Bolzen besonders einfach und gut zugänglich von außen an dem Ring befestigen. Zudem ermöglicht diese Gestaltung einen kurzen Kraftfluss zwischen dem Bolzen und dem Ring. Das Rohr kann mit dem Ring verschweißt sein.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Rohr an seinem aus dem Ring ragenden Ende einen lösbar mit dem Deckel des Bolzens verbundenen Flansch auf. Der Flansch des Rohres kann zur lösbaren Befestigung mit dem Deckel des Bolzens beispielsweise verschraubt sein. Damit ist der Bolzen auf seiner äußeren Seite im eingebauten Zustand fest mit dem Ring bzw. dem Zyklon und seiner Abgasleitung verbunden und das innere, freie Ende des Bolzens ragt zur Befestigung des Tauchrohres in dessen Befestigungsöffnung. Dies ermöglicht es, dass eine ungehinderte Wärmedehnung sowohl des Bolzens als auch des Tauchrohres möglich wird.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist in radialer Richtung des Bolzens zwischen diesem und dem Rohr, welches den Bolzen umgibt, zumindest bereichweise ein Spalt vorhanden. Der Bolzen liegt somit nicht vollflächig innen in dem Rohr an, so dass die Kraft- oder Momentenaufnahme nicht durch das teleskopartige Ineinanderliegen von Bolzen und Rohr erfolgt.
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Diese Ausgestaltung der Tauchrohrabtragung ermöglicht es, dass der Bolzen einen beispielsweise etwa rechteckigen Querschnitt aufweist. So kann der Bolzen eine ausreichend große Auflagefläche für das Tauchrohr bieten und kann auch sehr robust und einfach durch das Aneinanderschweißen zweier U-Profile hergestellt werden. Dagegen kann das Rohr beispielsweise zylindrisch gestaltet sein.
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Dies erlaubt es, dass zwischen dem Bolzen und dem Rohr ein Isoliermaterial vorgesehen wird, welches die Temperaturbelastung des Rohres und des Rings minimiert. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann auch das Innere des Bolzens mit einem Isoliermaterial gefüllt sein. Vorzugsweise ist das Innere des Bolzens mit einem Isolierbeton verfüllt, wobei die radial innere Seite des Bolzens zusätzlich mit einem Erosionsschutz versehen sein kann. Der Zwischenraum zwischen dem Rohr und dem Bolzen kann beispielsweise mit Mineralwolle gefüllt sein.
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Um die Festigkeit der erfindungsgemäßen Tauchrohrabtragung zu verbessern, kann diese mit einer Kühlmöglichkeit versehen sein. So lässt sich beispielsweise im Bolzen eine Kühleinrichtung zuordnen, so dass dieser aus einem weniger hochtemperaturbeständigen und damit kostengünstigeren Material hergestellt werden kann. Auch andere Komponenten der Tauchrohrabtragung lassen sich mit einer Kühlung versehen. Da ein Großteil der Komponenten der Tauchrohrabtragung nicht innerhalb des Zyklons angeordnet ist, wirkt sich diese Kühlung allenfalls geringfügig auf die weitere energetische Nutzung der durch die Abgasleitung abgeführten heißen Gase aus.
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Für die Überwachung der Tauchrohrabtragung kann es vorteilhaft sein, wenn der Bolzen und/oder andere Komponenten der Tauchrohrabtragung mit einem Sensor versehen sind. So können auf dem Bolzen Thermoelemente zur Überwachung der Materialtemperatur im Betrieb vorgesehen werden. Weiter lassen sich beispielsweise Dehnungsmessstreifen zur Bestimmung von Kräften auf die Abtragung installieren. Die Messwerte dieser Sensoren lassen auch ein etwaiges Versagen weiterer Komponenten des Zyklons frühzeitig erkennen. Zudem können die Dehnungsmessstreifen dazu eingesetzt werden, während der Montage Toleranzen und Einbauungenauigkeiten zu erkennen und noch vor der Inbetriebnahme auszugleichen.
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Die Erfindung betrifft weiter einen Zyklon mit einer derartigen Tauchrohrabtragung. Insbesondere ist der Zyklon als ein Fliehkraftabscheider eines Wirbelschichtreaktors, beispielsweise zur Wärmebehandlung von Erzen, vorgesehen. Der Zyklon weist einen beispielsweise zylindrisch gestalteten Einlaufbereich auf, in welchen tangential eine Zufuhrleitung mündet und aus welchem eine Abgasleitung abzweigt. In die Abgasleitung mündet ein in den Einlaufbereich ragendes Tauchrohr. Die Befestigung des Tauchrohres in dem Einlaufbereich des Zyklons erfolgt, indem der Ring die Abgasleitung des Zyklons von außen umgebend auf dem Einlaufbereich angeordnet wird, oder selbst Bestandteil der Abgasleitung ist. Der wenigstens eine Bolzen erstreckt sich dabei durch die Öffnung des Rings und durch die Wandung der Abgasleitung hindurch bis in die Befestigungsöffnung des Abtragteils des Tauchrohres, welches innerhalb des Rings und innerhalb der Abgasleitung angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung und anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich den Gegenstand der Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen schematisch:
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1 in aufgebrochener Perspektivansicht einen Ausschnitt aus einem Zyklon mit einer erfindungsgemäßen Tauchrohrabtragung,
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2 in Schnittansicht die Abgasleitung des Zyklons nach 1 mit dem Tauchrohr und der Tauchrohrabtragung
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3 in Perspektivansicht den Bolzen der Tauchrohrabtragung nach den 1 und 2
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4 in Perspektivansicht das Tauchrohr nach den 1 und 2 und
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5 in Schnittansicht den Bolzen der Tauchrohrabtragung nach einer weiteren Ausführungsform.
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In 1 ist der obere Teil eines Zyklons 1 mit einem etwa zylindrischen Einlaufbereich 2 dargestellt, in welchen eine nicht gezeigte Zufuhrleitung für mit Feststoffen beladene heiße Abgase mündet. Von dem Einlaufbereich 2 des Zyklons 1 zweigt etwa mittig in der Figur nach oben eine Abgasleitung 3 ab, in welche ein Tauchrohr 4 mündet, das sich mit seinem in der Figur unteren Ende in den Einlaufbereich 2 des Zyklons 1 erstreckt. Der Zyklon 1 und die Abgasleitung 3 sind mit einem feuerfesten Material verkleidet und das Tauchrohr 4 besteht aus einem Metall, das Temperaturen bis 1.100°C standhalten kann.
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Die Abgasleitung 3 wird durch einen äußeren Blechmantel 5 sowie eine innere Auskleidung gebildet, wobei der Blechmantel 5 gleichzeitig zur Befestigung des Tauchrohres 4 dient. Alternativ kann die Abgasleitung 3 von außen von einem separaten Ring umgeben sein. Die Begriffe 'Ring' und 'Blechmantel' werden daher nachfolgend beide in Bezug auf Bezugsziffer 5 verwendet, die einen ggf. mit der Abgasleitung verbundenen Ring oder einen Bereich des Mantels der Abgasleitung bezeichnet.
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In der dargestellten Ausführungsform ist der Blechmantel 5 mit dem oberen Deckel 5a des Zyklons 1 verbunden. Bei Bedarf kann zusätzlich ein flanschartiger Boden vorgesehen sein, der auf der Oberseite des Zyklons 1 aufliegt. Weiter sind zur Versteifung Rippen 5b zwischen dem Ring Blechmantel 5 und dem Boden der Zyklondecke 5a vorgesehen. In dem Ring Blechmantel 5 sind gleichmäßig um den Umfang verteilt mehrere radiale Öffnungen 5c ausgebildet. In gleicher Weise sind auch in der keramischen Auskleidung der Abgasleitung 3 Durchgangsöffnungen vorgesehen, welche zumindest im Wesentlichen deckungsgleich mit den Öffnungen 5c des Rings 5 sind. Die Zyklondecke kann auch als ein Klöpperboden ohne Rippen oder als ein Konus gestaltet sein.
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Das Tauchrohr 4 ist an seinem in der Figur oberen Ende mit einem Abtragteil 6 verbunden, welches als eine Hülse ausgebildet ist, die in der Abgasleitung 3 angeordnet ist. Das Abtragteil 6 weist, wie aus der Ansicht der 2 ersichtlich ist, eine größere Wandstärke als das übrige Tauchrohr 4 auf. Abweichend von der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform kann das Abtragteil 6 auch ein integraler Bestandteil des Tauchrohres 4 sein. Wie auch in 4 gezeigt, sind in dem Abtragteil 6 mehrere Befestigungsöffnungen 6a vorgesehen, die im Wesentlichen mit den Öffnungen 5c und den Durchgangsöffnungen in der Abgasleitung 3 fluchten.
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In der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich durch jede der Öffnungen 5c ein in den 2 und 3 näher dargestellter Bolzen 7, der sich von außen durch die Öffnung 5c, durch die Durchgangsöffnung der Abgasleitung 3 bis in die Befestigungsöffnung 6a des Tauchrohrs 4 bzw. des Abtragteils 6 erstreckt. In der dargestellten Ausführungsform weist der Bolzen 7 einen etwa quadratischen Querschnitt auf und ist durch das Zusammenschweißen zweier U-Profile 7a, 7b gebildet. Auf der in 2 rechten, äußeren Seite des Bolzens 7 ist dieser beispielsweise durch eine Verschweißung starr mit einem Deckel 7c verbunden.
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Der innere Hohlraum des Bolzens 7 ist mit einem Isoliermaterial, beispielsweise einem Isolierbeton 8a, befüllt. Auf der in 2 linken, innen liegenden Seite ist zusätzlich eine Erosionsschutzschicht 8b vorgesehen. Zudem ist der Bolzen 7 in der dargestellten Ausführungsform bereichsweise mit Isoliermaterial, beispielsweise Mineralwolle 8c, umgeben. Weiter ist in 2 eine Isolierschicht 8d, z. B. eine feuerfeste Auskleidung, für die Innenseite der Abgasleitung 3 vorgesehen.
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Die Öffnung 5c des Rings bzw. des Blechmantels 5 ist mit einem zylindrischen Rohr 9 verbunden, welches sich aus dem Blechmantel 5 in 2 nach links heraus sowie nach rechts in die Durchgangsöffnung der Abgasleitung 3 hinein erstreckt. Das Rohr 9 ist starr mit dem Ring bzw. Blechmantel 5 verbunden, beispielsweise über eine Verschweißung. Auf der in 2 linken, äußeren Seite ist das Rohr 9 starr mit einem Flansch 9a verbunden, der über mehrere Schrauben 10 mit dem Deckel 7c des Bolzens 7 lösbar verbunden ist. Damit wird die Gewichtskraft des Tauchrohres 4 über den Bolzen 7, dessen Deckel 7c und den Flansch 9a sowie das Rohr 9 in den Blechmantel 5 oder ggf. einen separaten Ring eingeleitet. Damit erfolgt die Kraftaufnahme im kalten Teil der Abtragung. Die im Betrieb auftretenden Wärmedehnungen werden direkt im heißen Teil, wo sie entstehen, ausgeglichen. Zudem kann der Bolzen 7 sich relativ zu dem Tauchrohr 4 bewegen, da der Bolzen 7 lediglich durch die Befestigungsöffnung 6a des Abtragteils 6 hindurch gesteckt ist. Sicherungen, um ein Abrutschen des Tauchrohrs von den Halterungen zu verhindern sind wegen des engen Spaltes zwischen Tauchrohr und der Innenseite der Gasleitung nicht erforderlich.
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Die in den Figuren dargestellte Tauchrohrabtragung zeichnet sich nicht nur durch eine hohe Robustheit sowie einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aus, sondern ermöglicht insbesondere das rasche Austauschen der Bolzen 7. Diese sind von der Außenseite des Zyklons 1 gut zugänglich, wobei zum Austausch eines Bolzens 7 lediglich die Verschraubung 10 gelöst und der Bolzen aus dem Rohr 9 herausgezogen werden muss. Diese Tauchrohrabtragung erhöht somit die Anlagenverfügbarkeit gegenüber bekannten Befestigungen von Tauchrohren, da nicht nur das Versagen der Tauchrohrabtragung durch im Wesentlichen außerhalb der Abgasleitung 3 gelegene Komponenten minimiert wird, sondern auch indem der Zeit- und Montageaufwand zum Austauschen der Befestigung des Tauchrohres 4 verringert wird. Die dargestellte Tauchrohrabtragung eignet sich dabei nicht nur für neu herzustellende Zyklone, sondern kann auch in bereits existierende Anlagen nachgerüstet werden.
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Der in 5 dargestellte Bolzen ist im Wesentlichen gleich mit der Ausführungsform der 1 bis 4 ausgebildet. Zusätzlich weist der Bolzen 7' einen Dehnungs-Messstreifen 11 auf, der zur Überwachung der Tauchrohrabtragung sowie während der Montage zur Ausrichtung des Tauchrohres verwendet werden kann. Eine mit dem Dehnungs-Messstreifen 11 verbundene Leitung kann durch den Flansch 9a geführt werden. Weiter ist in der Ausführungsform der 5 eine Leitung 12 vorgesehen, durch welche eine Wärmemess-Sonde geführt werden kann. Grundsätzlich können alle oder nur einzelne Bolzen mit wenigstens einem Sensor, bspw. einem Dehnungs-Messstreifen 11, einer Wärmemess-Sonde oder dgl. ausgestattet sein. Im Inneren des Bolzens 7' können bspw. V-förmige Verankerungen 13 vorgesehen sein, um den Isolierbeton 8a und/oder den Erosionsschutz 8b in dem Bolzen zu verankern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zyklon
- 2
- Einlaufbereich
- 3
- Abgasleitung
- 4
- Tauchrohr
- 5
- Ring/Blechmantel der Abgasleitung
- 5a
- Boden des Rings/Zyklondecke
- 5b
- Rippe
- 5c
- Öffnung in dem Ring bzw. Blechmantel
- 6
- Abtragteil
- 6a
- Befestigungsöffnung
- 7, 7'
- Bolzen
- 7a, 7b
- U-Profil
- 7c
- Deckel
- 8a
- Isolierbeton
- 8b
- Erosionsschutz
- 8c
- Mineralwolle
- 8d
- feuerfeste Auskleidung
- 9
- Rohr
- 9a
- Flansch
- 10
- Verschraubung
- 11
- Dehnungs-Messstreifen
- 12
- Leitung
- 13
- Verankerungen
