DE1426622A1

DE1426622A1 - Heizflaechenschutz fuer Boilerrohre

Info

Publication number: DE1426622A1
Application number: DE19651426622
Authority: DE
Inventors: Frank Block
Original assignee: Dominion Bridge Co Ltd
Current assignee: Dominion Bridge Co Ltd
Priority date: 1965-09-17
Filing date: 1965-11-19
Publication date: 1969-09-04
Also published as: GB1125501A; DE1426622C3; US3318374A; DE1426622B2

Description

U26622

DOMINION BRIDGE GOWPANY Heizflächensohutz für Boilerrohre i

Die Erfindung betrifft im allgemeinen zur Erzeugung von gesättigtem oder überhitztem Dampf oder für die gewöhnliche Erhitzung von.Wasser oder einer beliebigen Heizflüssigkeit verwendete' Boiler, welche durch heiße, bei in« dustriellen oder chemischen Verfahren anfallende Gase er»

hitzt werden.

Heiße Abgase dieser Art enthalten im allgemeinen unter-Bohiedliche Mengen an Schleifetaub, je nach der Art des in» dustriellen oder oheraisohen Verfahrens bei dem die Gase erzeugt wurden^ diese Gase üben durch ihre Scheuerwirkung eine stark errodierende Wirkung auf die Heizflächen der Boiler« .rohr· aus, über welche ti« mit unterschiedlicher Geachwindigkeit stj»Uawn_f

_f Die Boilerhei«flächen umfaasen %m allgeeeinen freill··* g«nd·, sieh bertthrfnd· oder im Aistand voneinander in finer

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Ebene liegende Hohrpaneele. Die Rohre können gerippt oder durch Schweißen oder membranartige Streifen miteinander verbunden werden. Um ein Strömen des mit Schleifstaub beladenen Gasstroms in Querrichtung über irgendwelche Rohr-

teile zu verhindern, wodurch die Rohre der direkten Schleifwirkung ausgesetzt würden, ist es üblich, die Rohrbogen an den Endbereichen der Paneele anzuordnen und Abschirmungen zum Abdecken und Schützen der Rohrendflächen zu verwenden. Die Abschirmungen umfassen gewöhnlich Metallplatten, sie können aber auch Metallgußteile, Keramikteile usw. aufweisen, die um die Rohrenden herum angebracht sind und über die die abrasiven Gase strömen.

Wo jedoch das staubbeladene Gas auf die Vorderkante einer Abschirmplatte oder einer anderen Schutzvorrichtung auftrifft, wird eine Turbulenz erzeugt, welche die Rohre an dieser Stelle sehr schnell erodiert. Es ist daher zur Verringerung der Wirbelwirkung erforderlich, die Fließ geschwindigkeit des Gasstroms zu verringern.

Das Hauptziel der Erfindung liegt in der Schaffung einer verbesserten Schutzvorrichtung für Boilerrohre zur Erzeugung eines Gasstroms über die Vorderkanten der Boilerrohr-Abschirmplatten mit vernachlässigbarer Turbulenz, wodurch die Rohrerosion an diesen Stellen auf einen sehr geringen Wert absinkt.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß Schutzeinrichtungen zur Umhüllung der Rohre nahe der Abschirraplatten vorgesehen sind, daß diese Schutzeinrichtungen von konischen Muffen gebildet werden, welche sich in Bichfcung Öasaferora» von oiner ringförmigen., ein jedes ämr Bohr®

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umgebenden Lippe zu einer rechtwinkeligen Basis nahe der Abschirmung erstrecken, und daß der Neigungswinkel der konischen huffenflächen zu den Acftaai der Rohre zur Erzielung einer ruhigen Gasströmung im Bereich der plötzlichen Flächenübergänge 0° - lo° beträgt.

Zahlreiche Versuche haben gezeigt, daß beim Auftreffen eines mit einem merklichen Anteil an schmirgelnden Feststoffteilchen beladenen Gases auf eine feste Fläche unter einem Auftreffwinkel von mehr als 10°, die durch das Auftreffen erzeugte schmirgelnde Gasturbulenz eine Erosion der festen Fläche zur Folge hat. Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des staubbeladenen Gases nimmt die Oberflächenerosion um ein Vielfaches der Zunahme der Gasströmungsgeschwindigkeit zu. Eine Vergrößerung des Gasauftreffwinkels verstärkt gleichfalls die Turbulenz und steigert folglich die Erosion. Die stärkste Erosion tritt bei einem Auftreffwinkel von 90° auf, während selbst bei verhältnismäßig hohen Gasströmungsgeschwindigkeiten nur ein unbedeutender Verschleiß eintritt, wenn der Gasauftreff winkel zwischen 0 - 10° liegt. (

In der Grundform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Bohrschutζeinrichtung einzelne, ein jedes Rohr nahe der Vorderkanten der Abschirmplatte umgebende Einheiten.

eine
Eine jede Einheit weist im wesentlichen konische Muffe auf, welche sich in Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Gases von einer rechtwinkeligen Basis nahe der Abschirmplatten zu einer engen oder scharfkantigen, ringförmigen Lippe erstreckt, die das Rohr an einer von den Abschirmplatten entfernt liegenden Stelle umgibt. Auf diese Weise

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stellt jede Schutzmuffe eine Verkleidung im Gasstrom zur Verringerung der normalerweise durch das über die plötzlichen Kanten der Abschirmplatten fließende Gas hervorgerufenen Turbulenz dar; der Neigungswinkel der konischen Verkleidungsfläche zur Rohrachse wird so gewählt, daß dieser 10° oder weniger beträgt, um eine vernachlässig-' bare Gasturbulenz zu erzielen. Die Schutzmuffen können aus eisenhaltigen oder nichteisenhaltigen Metallen, aus Keramik oder anderen geeigneten Materialien hergestellt sein.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Schutzvorrichtung für Boilerrohre zu schaffen, welche die AnwendunshÖherer Gasgeschwindigkeiten übBr die Boilerrohre ermöglicht,, um eine bessere Ausnut ζ ungi&er Heizflächen ohne starke Erosion der Boilerrohre zu erzielen.

Ferner soll durch die Erfindung eine Schutzvorrichtung für Boilerrohre geschaffen werden, die die tatsächliche Lebensdauer der Boilerrohre durch Verringerung der Gasturbulenz auf vernachlässigbare Werte und folglich auch durch Verringerung der durch die schmirgelnde Gasturbulenz bedingten Bohrerosion erhöht.

Darüber hinaus liegt ein Ziel der Erfindung in der Schaffung einer verbesserten Schutzvorrichtung für Boilerrohre, bei welcher zusätzlich eine sichere Befestigung der Kanten der Äbschirmplatten möglich ist, ohne die Wärmeausdehnung derselben zu .beeinträchtigen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der in der Zeichnung

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dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 einenschematisehen Schnitt durch einen typischen Boiler, wobei Rohrschutzvorrichtungen gemäß der Erfindung veranschaulicht sind,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2 - 2 in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3 - 3 in Fig. 1, Fig. ty einen typischen Schnitt durch Boilerrohr-Abschirmplatten und Rohrenden, wobei die durch die schmirgelnde staubbeladene Gasturbulenz verursachte Rohrerosion dargestellt ist,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Schutzmuffe für a

ein bloßliegendes Boilerrohr mit rundem Querschnitt, Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Schutzmuffe für ein bloßliegendes Boilerrohr mit rechtwinkligem Querschnitt,

Fig. 7 eine Seitenansicht einer Schutzmuffe für bloßliegende Boilerrohre· mit rundem Querschnitt, wobei die Rohre membranartig miteinander verbunden sind, Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie 8 - 8 in Fig. 7, · Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie 9 - 9 in Fig. 7» Fig. 10 eine Seitenansicht einer Schutzmuffe, welche auf bloßliegende und aneinander anliegende Boilerrohre mit rundem Querschnitt aufgesetzt ist,

Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie 11 - Ii in Fig. Io, Fig 12 einen Schnitt nach der Linie 12 - 12 in Fig. 10, Fig. 13 eine der Fig. 5 ähnliche Seitenansicht einer Schutzmuffe und eines Rohres, wobei durch die Muffe eine sichere Befestigung der Kanten der Abschirmplatte ermöglicht ist, ohne die freie Wärmeausdehnung der Absehirmplatten zu beeinträchtigen,

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Pig. 14· einen Schnitt nach der Linie- Ik - Ik in Fig. 13 und Pig. 15 einen Schnitt nach der Linie 15 - 15 in Fig. 13·

In äßT Fig.. 1 - 3 der Zeichnimg ist ein typischer Boiler 20 schematisch dargestellt. Der Boiler 20 weist ein Gehäuse 22, einen Gaseinlaß·Zk und einen Gasauslaß 26 auf, durch welche die Heißgase durchfließen:. Das Gehäuse 22 ist durch eine Trennwand 32 so in zwei senkrechte Strömungskammern 28

Zk und 30 unterteilt, daß Gas durch den Einlaß eintritt, nach abwärts durch die Strömungskammer 28 und nach aufwärts.durch die Strömungskammer 30 fließt, und durch den Auslaß 26 austritt.

Mehrere Boilerrohrpaneel«· 3k sind im Boilergehäuse 22 angeordnet und bilden eine Reihe von Strömungskanälen 36 im Weg des Gasstroms.. Bei der in den- Fig» 1-3 dargestellten bestimmten Boileranordnung umfaßt jedes Paneel J,k vier Boilerrohre 38» iie am unteren Ende einer Seite des Paneels ihren Anfar^gnehmen, sich kontinuierlich nach aufwärts und abwärts in Strömungsrichtung des Gases erstrecken und am unteren Ende der anderen Seite des Paneels enden. Die Enden der Bohre sind mittels Bohrbogen kO verbunden. Die Boilerrohre 38 können sowohl einen runden als auch einen im wesentlichen rechtwinkeligen Querschnitt haben .und aus eisenhaltigen oder nicht eisenhaltigen Metallen bestehen. Jedes Boilerrohr 38 enthält eine Heizflüssigkeit, beispielsweise Wasser, die durch Wärmeübertragung von den über die Boilerrohre strömenden Heißgasen erwärmt wird.

Bekannte Abschirmplatten kZ aus metallischem oder keramischem Material sind als Abdeckung der Bohrbogen kO im direkten Weg des Gasstroms so .angebracht_s daß sie diese Teile vor

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der Schmirgel wirkung der staubbeladenen Gase schützen. Die Abschirmplatten k2. erstrecken sich auf jeder Seite über die Rohrbogen kO hinaus und bilden einen zusätzlichen Halt für die Boilerrohre 38. An Stelle der Abschirmplatten ^2 können erforderlichenfalls auch andere bekannte Abschirmeinrichtungen verwendet werden«,

In diesen schematischen Figuren sind Schutzmuffen Mjgezeigt, welche in der Grundform der Erfindung einzelne, ein jedes Rohr 38 umgebende Einheiten darstellen und nahe der Vorderkantenabschnitte der Abschirmplatten &2 an den Auslaßenden der Strömungskanäle 36 liegen. Die Schutzmuffen bb weisen eine im wesentlichen konische Form auf und ermöglichen auf diese Weise einen ruhigen Strömungsverlauf des Gases über den plötzlichen Oberflächenübergang von den Rohren zu den Abschirmplatten» Fig. 4 zeigt die im Gasstrom durch den plötzlichen Übergang vom Rohr 3Ö auf die Abschirmplatten ^2 erzeugte Turbulenz 4-6 bei einer bekannten Bo Her anordnung und veranschaulicht bei 4-8 die durch eine solche Turbulenz verursachte Rohrerosion.

Zu erwähnen ist, daß die in den Fig. 1 - 3 gezeigte besondere Boiler anordnung nur zur Veranschaulichung dient,, Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung, sowie die Verxvendung von S^hutzmuffen zur Ummantelung von Rohren an Stellen plötzlichen Oberflächenübergansrs zur Srsielun^ eines ruhigen Strömungsverlaufs des Gases über diese Stellen, kann auf jede Ausführung von Rohrsriordnungen sn^e-wanclt werden, bei der solche Erosionsprobleme auftreten«.

Boileranordnungen können sich von einer Anlag·⁰ rr.it eineneinzigen fioilerrohr, welches in mehreren axial ausgerichtete«

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BAD ORSGiMAL

Durchgängen mit an den Enden vorgesehenen Bogenabschnitten verläuft und so ein« einziges', innerhalb einer einzigen 8asströmungskarnmer liegendes Rohrpaneel bildet, bis zu Boileranlagen mit mehreren· aufeinanderfolgenden Strömungskammern erstrecken, bei denen mehrere Rohrpaneele Strömungskanäle bilden und bei denen ein^jede£ Rohrpaneel mehrere Boilerrohre umfaßt, deren Anfang bzw» Ende entsprechend den Konstruktionserfordernissen an verschiedenen Stellen im Paneel liegen kann. Das Gas kann auch horizontal, nach aufwärts oder abwärts durch die Boiler fließen gelassen oder es können Kombinationen solcher Strömungen gewählt werden, wobei die Rohrpaneele und Strömungskanäle entsprechend anzuordnen sind»

Fig» 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Grundprinzips der Erfindung, wobei eine Schutzmuffe 44 ein bloßliegendes rundes Boilerrohr 38 umgibt und nahe der Abschirmplatten 4-2 liegt. Die Muffe 44 ist im wesentlichen konisch und erstreckt sich von einer engen oder scharfkantigen ringförmigen, das Rohr umgebenden Lippe $0 zu einer rechtwinkligen Basis 52, welche so bemessen ist, daß sie mit den Außenkanten der Abschirmplatten 4-2 fluchtet. Der Neigungswinkel der konischen Fläche zur A.chse des Rohres 38 beträgtlO⁰ oder weniger und liegt bei der bevorzugten Ausführung zwischen5° und 6°„ Die Muffe 44 kann aus einem Stück oder aus mehreren Längsabschnitten, je nach. Ausführungsmaterial, hergestellt sein»

Bei Verwendung mehrerer axial ausgerichteter und im Abstand voneinander angeordneter Rohre, wird die rechtwinklige Basis der Muffe 44 so bemessen, daß sie sich bis zu Stellen mitten zwischen den Rohren auf jeder Seite erstreckt und so an den angrenzenden Muffen anliegt.

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" ^y ' BAD ORlQiWAL

Pig. 6 zeigt eine der Pig. 5 ähnliche perspektivische Ansicht einer anderen Ausführung mit einem rechtwinkligen Boilerrohrstück 38A und damit übereinstimmend geformter Kuffe MfA.

Die Fig. 7-9 zeigen Seitenansichten und Abschnitte von auf Strömungsrohre 38 aufgesetzten Schutzmuffen 443, wobei die Rohre im Abstand voneinander angeordnet und mittels dazwischengeschweißter membranartiger Streifen 5^ verbunden sind. Bei dieser Anordnung sind die Schutzmuffen 44 B aus zwei Hälften hergestellt und an den Rohren 38 ^auf jeder Seite der Streifen $k befestigt. Ein Verfahren zur Befestigung der Muffen an den Rohren besteht in der Bildung fester Punktverbindungen, die durch Verschweißen oder Hartverlöten der Öffnungen 56 erzielt werden. Auch hier betragen die Winkel der konischen Neifoungsflachen zu den-Rohrachsen höchstens 10° oder weniger; die bevorzugte Winkelgröße ist 5°-6°. Di® angrenzenden Muffen 44b sind strichpunktiert" gezeichnet dargestellt.

Die Pig. 10-12 zeigen eine Seitenansicht und Abschnitte von Schutzmuffen 44c, die auf aneinander anliegend angeordneten Boilerrohren 38 aufgesetzt sind. Bei dieser Anordnung bestehen die Schutzmuffen 44c aus zwei Hälften und sind auf jeder Seite der Rohre 38 an diesen durch Öffnungen 56 angeschweißt, hart angelötet oder durch eine andere geeignete Anbringungsart befestigt. Die rechtwinklige Basis einer jeden Muffe 44c ist so bemessen, daß sie sich, in Richtung der Abschirmplatten, von Berührungslinie zu Berührungslinie des Rohres erstreckt. In diesem Fall betragen die Winkel der konischen Neigungsflächen zu den Rohrachsen ebenfalls 10° oder weniger; die bevorzugte Winkelgröße ist 5° - 6°.

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Die Fig. 13 - 15 zeigen eine Seitenansicht und Abschnitte einer Schutzmuffe mit Rohr_s ähnlich der in Fig. 5 dargestellten Anordnung, wobei "jedoch eine sichere Befesti- . gung der Abschirmplattenkanten gextfährleistet ist, ohne daß die freie Wärmeausdehnung der Abschirmplatten beeinträchtigt wirdo Diese Befestigung wird durch sich nach innen und aufwärts erstreckende Abschrägungen 58 an. den Vorderkanten der Abschirmplatten ^2A, zusammen mit übereinstimmenden V-förmigen Nuten 60 entlang der Eandabschnitte der Unterseiten der Muffen *j4D erzielt. Auf diese Weise halten die Muffen 44D die Kanten der Abschirmplatten 42A zwangsläufig und sicher schwalbenschwanz förmig fests verhindern eine Bewegung der Kanten der Abschirmplatten ^J-2A nach außen, während eine Abwärts- oder seitliche durch die Wärmeausdehnung bedingte Bewegung zu den Muffen möglich bleibt» Schrägkanten 58 und V-förmige Nuten 60 können auch bei allen oben bereits erwähnten Muffen- und Rohrausführungen verwendet werden»

' Falls die Muffen hohen Temperaturen ausgesetzt werden sollen, ist es erforderlich, diese im Festsitz auf den Rohren anzubringen oder sie können auch durch ein Wärmeträgermedium an die Rohre hart angelötet werden»

Obwohl die dargestellten Kuffenausführungen konische Flächen mit einer Neigung von 10° oder darunter aufweisen« versteht es sich_s daß gleichgute Ergebnisse durch Verwendung von sich.konkav verjüngenden Flächen mit gleichwertigen Winkelverhältnissen, oder durch Veri-fendung von Kombinationen konischer und konkaver Flächen, erzielt werden können»

Pat entansprüche

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Claims

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Patentansprüche

( Ij Schutzvorrichtung für Heizflächen von Boilerroiiren in Boilern für die Erzeugung von Dampf oder in ähnlichen Anlagen, wobei in den Boilern heiße, mit Schleifstaub beladene Gase über axial im Weg des GasStroms angeordnete Boilerrohre strömen und Abschirmeinrichtungen auf zwei Seiten der Eohre quer zur Ströüiungsrichtung des Gases vorgesehen sind, die für den darüberfließenden Gasstrom plötzliche Flächenübergänge bilden, dadurch gekennzeichnet, daß Schutzeinrichtungen zur Umhüllung der Rohre (38) nahe der Abschirmplatten (Jj-2) vorgesehen sind, daß diese Schutzeinrichtungen von konischen Muffen (kb) gebildet x-ierden, welche sich in Richtung des Gasstroms von einer ringförmigen, ein jedes der Rohre (38) umgebenden Lippe (50) zu einer rechtwinkligen Basis (52) nahe der Abschirmung {kZ). erstrecken, und daß der Neigungswinkel der konischen I^uffenflachen zu den Achsen der Rohre (33) zur Erzielung einer ruhigen Gasströmung im Bereich der plötzlichen Flächenübergänge 0° - 10° beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (38) im Abstand voneinander und in in einer Ebene liegenden Paneelen (3^) angeordnet sind, daß die Schutzeinrichtung einzelne, ein jedes der Rohre (38) ummantelnde Muffeneinheiten umfaßt, und daß die rechtwinkligen Basen (52) dieser Muffen sich so erstrecken, daß sie an den rechtwinkligen Basen (52) benachbarter Muffen (*l4) anliegen.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Paneelen (34)· angeordneten Rohre (38) aneinander anliegen, und daß die Muffenexnheiten (44B, G) aus zwei Hälften zusammengesetzt sind, welche auf zwei Seiten der Rohre (38) angebracht und an diesen unter Ausbildung ganzer Einheiten befestigt sind.
4. Vorrichtung nach -Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Paneelen (34) und im Abstand voneinander angeordneten Rohre (38) durch membranartige Streifen (54) verbunden sind, die sich zwischen den Rohren (38) in der Ebene von deren Achsen erstrecken, und daß die Jedes Rohr umgebende Muffeneinheit (44B, C) aus zwei Hälften besteht, die je auf einer Seite der membranartigen Streifen (54) liegen und an den Rohren (38) unter Ausbildung ganzer Einheiten befestigt sind. .
5ο Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (38) in Paneelen (34) angeordnet sind, daß die Abschirmung auf jeder Seite der Rohre (38) angordnete Platten (42) unfaßt, daß die Kanten (58) der Abschirmplatten (42A) nahe der Muffen (44D) in in den angrenzenden Flächen der Muffen (44d) ausgebildeten Nuten. (60) liegen, um die Ränder gegen eine Bewegung nach außen zu halten.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Absehirmplatten (42A) abgeschrägt sind und in V-fÖrmigen, in den angrenzenden Flächen der Muffen (44d) ausgebildeten Nuten (60) liegen.

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7. Schutzvorrichtung für Heizflächen von Boilerrohren in Boilern für die Erzeugung von Dampf oder in ähnlichen Anlagen, mit einem einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Boilergehäuse für den Durchfluß des heißen, mit Schleifstaub beladenen Gases, mehreren innerhalb des Gehäuses liegenden und axial im Weg des Gasstroms ausgerichteten, einen Gasströmungskanal bildenden Boilerrohren, welche an ihren Enden verbindende Rohrbogen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß' zum Abdecken der Oberflächen der im Gasstrom befindlichen Rohrbogen (4o) einen plötzlichen Flächenübergang für das darüber hinwegstreichende Gas bildende Abschirmplatten (42) vorgesehen sind, daß die Rohre (38) umgebende, nahe der Abschirmplatten (4-2) an den Auslässen der Strömungskanäle liegende Schutzeinrichtungen vorgesehen sind, die von auf jedem Rohr (38) aufgesetzten konischen Muffen (44) gebildet sind, die sich in der Strönungsrichtung des Gases von einer ringförmigen, jedes Rohr (38) umgebenden Lippe (50) zu einer rechtwinkligen Basis (52) 'nahe der Vorderkantenabschnitte der Abschirmplatten (42) erstrecken, daß sich die rechtwinkligen Basen (52) der Muffen (44) so erstrecken, daß sie an den rechtwinkligen Basen (52) benachbarter Muffen (44) anliegen, und daß der Neigungswinkel der konischen Muffenflächen zu den Rohrachsen zur Erzielung einer ruhigen Gasströmung im Bereich der plötzlichen Flächanübergänge 5° - 6° beträgt.

,8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (38) in mehreren Paneelen (34) angeordnet sind, daß die

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Abschirmplatten (^2) von auf zwei Seiten der Paneele (Jk) liegenden Platten (42A) gebildet sind, daß die an den Muffen (^4D) angrenzenden Kanten der Äbschirmplatten (42A) Abschrägungen (58) aufweisen und in V-förmigen, in den angrenzenden Flächen der Muffen (44D) ausgebildeten Nuten (60) gehalten sind, um die Kanten gegen eine Bewegung nach außen zu halten.

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