DE19630529A1 - Heizelement - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Müllverbren­ nungstechnik. Sie betrifft ein Heizelement eines Deglorofens gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Stand der Technik

Degloröfen werden für die Verglasung von Asche aus Müllver­ brennungsanlagen benutzt. Dabei werden die in der Asche ent­ haltenen Verunreinigungen verdampft und abgetrennt. Die ver­ glasten Bestandteile können als Baumaterialien verwendet oder deponiert werden.

Das Deglorverfahren zur Verglasung von Filterasche erfordert hohe Temperaturen. Degloröfen arbeiten deshalb im Temperatur­ bereich von 1300°C bis 1500°C. Diese Temperaturen werden durch elektrisches Heizen mit Hilfe von Heizelementen er­ reicht, welche von außen senkrecht durch die Decke in das Innere der Degloröfen geführt sind und im Deckenbereich der Degloröfen angebracht sind. Im Inneren der Heizelemente sind U-förmige Heizstäbe angeordnet. Nach außen hin sind die Hei­ zelemente von einem Schutzrohr aus Keramik umgeben, um die Heizstäbe vor dem Angriff von korrosiven Ofengasen zu schüt­ zen. Das Schutzrohr ist an seinem ersten Ende verschlossen und an seinem zweiten Ende offen.

Zwecks Halterung an den Deckensteinen der Degloröfen weisen die Schutzrohre an ihrem offenen Ende einen nach außen ge­ richteten Flansch auf, der entweder zusammen mit dem Schutz­ rohr aus einem Stück gefertigt ist oder, wie aus WO 95/06399 bekannt ist, durch einen separaten Keramikring oder eine me­ tallische Schelle gebildet wird und mechanisch oder chemisch mit der Außenfläche des Schutzrohres dauerhaft verbunden ist. In einer Ausführungsvariante der WO 95/06399 ist dabei ein sehr langes Schutzrohr aufgezeigt, bei dem der Außen­ flansch zur Halterung des Schutzrohres auf die Oberfläche der Decke des Deglorofens aufgesetzt ist. Bei dieser Lösung ist von Nachteil, daß sich das Schutzrohr vom heißen in den kalten Bereich erstreckt und somit ein hoher Temperaturgra­ dient entsteht, der das Rohr schwächt. Außerdem ist diese Variante wegen der notwendigen großen Länge des aus qualita­ tiv hochwertigem keramischen Materials bestehenden Schutzroh­ res sehr teuer.

Die Korrosion der Schutzrohre begrenzt die Lebensdauer der Heizstäbe. Einer der Korrosionsmechanismen ist auf die Ofen­ gase zurückzuführen, die durch die Decke des Deglorofens in den Bereich der Heizstäbe eindringen. Vor allem die im Ofen­ gas enthaltenen alkalischen Verbindungen reagieren sowohl mit den Heizstäben als auch mit den Deckensteinen, die die Heize­ lemente tragen. Bei diesen Reaktionen werden niedrigschmel­ zende alkalische Kieselerde-Verbindungen gebildet, die auf die Innenfläche des Schutzrohres tropfen und eine sehr schnelle Korrosion des Schutzrohres verursachen. Dadurch kann es zu einer Zerstörung des Schutzrohres kommen, so daß so­ wohl die Schutzrohre als auch die darin sich befindenden Heizstäbe ausgetauscht werden müssen.

Der Austausch der bekannten Schutzrohre ist recht schwierig. Einerseits werden Spezialwerkzeuge zum Festklemmen der Rohre für den Ausbau und Abtransport benötigt, die den sehr hohen Ofentemperaturen standhalten müssen. Andererseits besteht die Gefahr, daß die Rohre mechanisch zerstört werden, wenn die Werkzeuge bei diesen hohen Temperaturen die keramischen Schutzrohre umschlingen.

Um eine Zerstörung der Rohre bei Einsetzen in den Deglorofen aufgrund der extrem großen Temperaturgradienten zu verhin­ dern, ist eine Vorwärmung der Rohre in einem externen Ofen von Nutzen. Für den Transport der Schutzrohre von diesem se­ paraten Ofen zum Deglorofen und das anschließende Einbringen der Rohre in den heißen Deglorofen müssen wiederum teure Spezialwerkzeuge eingesetzt werden, wobei auch hier wieder die Gefahr einer mechanischen Zerstörung der Rohre besteht.

Ein weiterer Nachteil des bisherigen Standes der Technik be­ steht darin, daß Schutzrohre und Heizstäbe separat voneinan­ der transportiert werden müssen, und die Heizstäbe erst nach dem Einsetzen der Schutzrohre in den Deglorofen, also vor Ort, montiert werden können. Auch das erschwert den Aus­ tauschvorgang.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement für einen Deglorofens zu entwickeln, welches im Vergleich zum bekannten Stand der Technik besser vor korrosiven Ofengasen geschützt ist, welches in den bzw. aus dem Ofen leichter ein- bzw. aus­ baubar ist, und welches auch als geschlossene Einheit von Heizstab und Schutzeinrichtung transportierbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einem Heizelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für den Heizstab eine ein offenes Ende aufweisende Schutzhülse vorge­ sehen ist, deren zweites Ende mit einem Innenflansch versehen ist, wobei der Innenflansch der Schutzhülse den Außenflansch des Schutzrohres in der Decke des Deglorofens trägt, und wo­ bei die Schutzhülse eine solche Länge aufweist, daß sie nach Einbau des Heizelementes in den Deglorofen aus den Decken­ steinen herausragt.

Die Vorteile der Erfindung bestehen u. a. darin, daß die Schutzhülse die korrosiven Gase daran hindert, durch die Ofendecke zum Heizstab zu gelangen, so daß die Lebensdauer der Heizstäbe erhöht wird. Die Schutzhülse dient zur Halte­ rung des Heizelementes in den Deckensteinen, denn sie trägt sowohl den Heizstab als auch das Schutzrohr.

Es ist vorteilhaft, wenn die Schutzhülse und der Innenflansch der Schutzhülse aus einem Materialstück gefertigt sind, aber es ist auch möglich, eine mehrteilige Schutzhülse anzuwenden, welche beispielsweise aus einem Ring besteht, der mittels ke­ ramischer Stifte an der Innenfläche eines einfachen Rohres befestigt ist. Denkbar ist neben dieser mechanischen Befesti­ gung auch eine chemische Befestigung des Ringes.

Auch wenn durch diese Schutzhülse die Lebensdauer der Heize­ lemente verlängert wird, so kann doch aufgrund von anderen Korrosionsmechanismen ein Austausch von Heizelementen bei heißem Deglorofen erforderlich sein. Dann ist es besonders zweckmäßig, wenn in dem aus dem Dach des Deglorofens ragen­ den Teil der Schutzhülse Mittel zum Transport vorgesehen sind, beispielsweise zwei sich gegenüberliegende Bohrungen, durch die ein Stab schiebbar ist, welcher mit einem Kran greifbar ist. Die Transportmittel sind in diesem Teil der Schutzhülse einfach einzubringen, weil der aus dem Ofen ra­ gende Teil relativ kalt ist, so daß keine teure Spezialwerk­ zeuge notwendig sind. Außerdem ist es auf diese Weise mög­ lich, Heizstab, Schutzhülse und Schutzrohr als ganze Einheit aus dem Ofen zu nehmen, zu transportieren und natürlich auch einzusetzen, d. h. das Heizelement ist bereits außerhalb des Ofens montierbar.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Schutzhülse aus ähnlichem Material wie das Schutzrohr besteht, beispielsweise aus ni­ tridischer, oxidischer oder carbidischer Hochleistungskera­ mik. Da die Schutzhülse aber nur geringeren Konzentrationen des korrosiven Gases ausgesetzt ist, ist es aber auch mög­ lich, weniger korrosionsbeständiges und damit billigeres Ma­ terial für die Schutzhülse einzusetzen, beispielsweise SiC oder Aluminiumoxid geringerer Qualität.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Heizelement mit einteiliger Schutzhülse;

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Heizelement mit mehrteiliger Schutzhülse;

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Heizelement mit Transportein­ richtung;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizelementes mit Transporteinrichtung.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli­ chen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind beispielsweise die elektrischen Anschlüsse des Heizstabes.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie­ len und der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Heizelement 1, das von einem Schutzrohr 2 umgeben ist und innerhalb dessen ein elektrischer Heizstab 3 angeordnet ist. Das Schutzrohr 2 ist als ein einseitig ge­ schlossenes Rohr ausgebildet. Es ist vorzugsweise aus nitri­ discher, oxidischer oder carbidischer Hochleistungskeramik hergestellt. Das erste, beispielsweise durch eine runde Kuppe 4 verschlossene Ende des Schutzrohres ragt in einen Degloro­ fen hinein, während das zweite offene Ende des Schutzrohres 2 außen mit einem Außenflansch 5 versehen ist. Der Außen­ flansch 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Schutz­ rohr 2 aus einem Stück gefertigt. Er liegt auf einem auf sei­ ne Abmasse abgestimmten Innenflansch 6 einer Schutzhülse 7 auf, wobei der Innenflansch 6 seinerseits wiederum auf einem Deckenstein 8 aufliegt. Dieser Deckenstein 8 ist ein korrosi­ onsbeständiger MgO-Stein. Die Schutzhülse 7 wird an ihren Außenflächen von einem weiteren Deckenstein 9 umgeben, wel­ cher der thermischen Isolierung dient. Das zweite Ende der Schutzhülse 7 ist offen. Es ragt aus dem Dach des Deglorofens heraus, d. h. daß die Schutzhülse 7 länger ist als der Dec­ kenstein 9 dick ist.

Die Öffnungen in den Deglorsteinen 8 und 9 sind auf die Ab­ masse des Schutzrohres 2, der Schutzhülse 7 und der Flansche 5 und 6 abgestimmt. Die Flansche 5 und 6 überdecken die Öff­ nungen im Randbereich und sorgen so für einen Verschluß des Deglorofen-Innenbereiches nach außen, so daß dessen Korro­ sion durch die Ofengase signifikant vermindert wird. Zusätz­ lich können an diesen Stellen noch Dichtungen aus keramischen Fliesen verwendet werden.

Die Schutzhülse 7 trägt sowohl das Schutzrohr 2, als auch den Heizstab 1. Sie besteht entweder aus dem gleichen oder zumin­ destens aus einem ähnlichen korrosionsbeständigen Material wie das Schutzrohr 2 oder aber aus weniger korrosionsbestän­ digem und deshalb billigerem Material, z. B. Aluminiumoxid niedrigerer Qualität, da sie im Vergleich zum Schutzrohr 2 auf Grund ihrer Lage weniger den korrosiven Ofengasen ausge­ setzt ist.

Auf das Schutzrohr 2 ist ein scheibenförmiger Deckel 10 (ty­ pischerweise aus korrosionsbeständigem MgO) aufgesetzt, durch den die Enden des Heizstabes 3 gesteckt und zu den hier nicht dargestellten elektrischen Anschlüssen geführt werden. Der Deckel 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel auf den nach oben weisenden Rand des Schutzrohres 2 aufgesetzt. Der darü­ berliegende Stein 9 dient zur thermischen Isolierung. Die Ab­ messungen werden zweckmäßigerweise so gewählt, daß die Schutzhülse über diesen Stein 9 herausragt.

Da die Schutzhülse 7 das Eintreten von korrosiven Gasen in den Innenbereich des Schutzrohres 2 unterdrückt, kann auch auf den korrosionsbeständigen Deckel 10 verzichtet werden.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches sich vom ersten Beispiel dadurch unterscheidet, daß die beiden Flansche 5 und 6 am Schutzrohr 2 bzw. an der Schutzhülse 7 chemisch bzw. mechanisch befestigt sind. Die Schutzhülse 7 stellt ein einfaches Rohr dar, an dessen einem Ende innen ein Ring, welcher dem Innenflansch 6 entspricht, mechanisch mit Hilfe von keramischen Stiften 11 befestigt ist.

Selbstverständlich kann in anderen Ausführungsbeispielen auch nur einer der beiden Flansche 5, 6 mechanisch oder chemisch befestigt sein.

In Fig. 3 ist eine mögliche Transporteinrichtung des erfin­ dungsgemäßen Heizelementes dargestellt. Im aus dem Degloro­ fen ragenden Teil der Schutzhülse, der relativ kühl ist, sind zwei gegenüberliegende Bohrungen 12 angeordnet, durch die ei­ ne Stange 13 einsetzbar ist. Diese Stange 13 ist leicht mit einem Kran 14 zu fassen. Dadurch ergibt sich einerseits die Möglichkeit, das Heizelement 1 als Ganzes, also Schutzrohr 2, Schutzhülse 7 und Heizstab 3 gemeinsam, zu transportieren, andererseits wird dadurch der ganze Austauschprozeß verein­ facht, denn die Montage des Elementes kann außerhalb des Ofens erfolgen. Somit ist eine Entnahme und ein Einsetzen der gesamten Einheit in den bzw. aus dem Vorheiz- und Deglorofen möglich. Das spart Zeit und Kosten für nun nicht mehr benö­ tigte Spezialwerkzeuge.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese be­ schriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann z. B. zum Transport mit dem Kran 14 auch ein weiterer Flansch 15 be­ nutzt werden, der an der Außenfläche der Schutzhülse 7 in ihrem aus dem Ofen ragenden Teil angeordnet ist (Fig. 4).

Bezugszeichenliste

1 Heizelement
2 Schutzrohr
3 Heizstab
4 Kuppe von Pos. 2
5 Außenflansch von Pos. 2
6 Innenflansch von Pos. 7
7 Schutzhülse
8 Deckenstein zum Korrosionsschutz
9 Deckenstein zur thermischen Isolierung
10 Deckel
11 keramischer Stift
12 Bohrung
13 Stange
14 Greifwerkzeuge eines Kranes
15 Flansch von Pos. 7 zum Transport.

Claims (9)

1. Heizelement (1) für einen Deglorofen mit mindestens einem Heizstab (3), der zumindestens teilweise von einem einseitig geschlossenen keramischen Schutzrohr (2) umge­ ben ist, das an seinem offenen Ende mit einem Außen­ flansch (5) versehen ist, wobei das Heizelement (1) durch Deckensteine (8, 9) in den Deglorofen geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß für den Heizstab (3) eine ein offenes Ende aufweisende Schutzhülse (7) vorgesehen ist, deren zweites Ende mit einem Innenflansch (6) ver­ sehen ist, wobei der Innenflansch (6) der Schutzhülse (7) den Außenflansch (5) des Schutzrohres (7) in der Decke des Deglorofens trägt, und die Schutzhülse (7) eine solche Länge aufweist, daß sie nach Einbau des Heizelementes (1) in den Deglorofen aus den Deckenstei­ nen (9) herausragt.

2. Heizelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülse (7) und der Innenflansch (6) aus einem Stück gefertigt sind.

3. Heizelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenflansch (6) chemisch oder mechanisch an der Schutzhülse (7) befestigt ist.

4. Heizelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem aus dem Deglorofen ragenden Teil der Schutz­ hülse (7) Mittel zum Transport des Heizelementes (1) an­ geordnet sind.

5. Heizelement (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Transport mindestens zwei gegenüber­ liegende Bohrungen (12) im aus dem Deglorofen ragenden Teil der Schutzhülse (7) und eine durch diese Bohrungen (12) gesteckte Stange (13) sind.

6. Heizelement (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Transport ein am aus dem Deglorofen ragenden Teil der Schutzhülse (7) angeordneter Außen­ flansch (15) ist.

7. Heizelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülse (7) aus dem glei­ chen qualitativ hochwertigen und gasdichten Material, vorzugsweise nitridische, oxidische oder carbidische Hochleistungskeramik, wie das Schutzrohr (7) besteht.

8. Heizelement (1) nach einem der Ansprüchen 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schutzhülse (7) aus qua­ litativ weniger hochwertigem Material als das Schutzrohr (7) besteht.

9. Heizelement (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülse (7) aus Aluminiumoxid geringer Qua­ lität besteht.