DE19635292C2

DE19635292C2 - Hitzebeständige Schutzblöcke und Schutzwandstruktur mit solchen Schutzblöcken für einen Kessel

Info

Publication number: DE19635292C2
Application number: DE19635292A
Authority: DE
Inventors: Tokuaki Hatta; Hiromi Nakashima; Shigeru Imamura; Arito Mizobe; Shigeki Ishimatsu; Akihiro Tachikawa
Original assignee: Krosaki Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Krosaki Furnace Co Ltd
Current assignee: Krosaki Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Krosaki Harima Corp
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2016-08-31
Also published as: DE19635292A1; FR2738328A1; US5845610A; FR2738328B1

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf hitzebeständige Schutzblöcke und eine Schutzwandstruktur eines Kessels, der diese verwendet, und sie bezieht sich insbesondere auf hitzebeständige Schutzblöcke, welche geeigneterweise auf der Wandoberfläche eines großen Kessels verwendet werden können, der zusammen mit einem städtischen Müllverbrennungsofen oder etwas ähnlichem installiert ist, und eine Schutzwandstruktur des Kessels, der diese Blöcke verwendet.

2. Beschreibung des Standes der Technik

In den vergangenen Jahren hat sich die Menge des zu entsorgenden städtischen Abfalls inklusiv des Industrieabfalls erheblich erhöht, und als eine Strategie zur Lösung dieses Problems wurden intensiv Techniken betreffend einen städtischen Müllverbrennungsofen zur Verbrennung des brennbaren Mülls entwickelt.

Es ist zu erwähnen, daß Verbrennungsprodukte in den städtischen Müllverbrennungs öfen zersetzende bzw. korrosive Bestandteile, wie Chlorgas und Laugen umfassen, und diese Verbrennungsprodukte führen sehr schnell zur Korrosion von metallischen Teilen, wie Röhren und Rippen, die die Wärmeaustauscher eines Kessels bilden, welche eine Wärmewieder- bzw. Wärmerückgewinnungsvorrichtung sind, die in dem städtischen Müllverbrennungsofen installiert sind. Zur Vermeidung dieser Unan nehmlichkeit wurde eine hitzebeständige Substanz als ein Deckmaterial zum Schutz der Röhren und Rippen verwendet.

Da diese Art von Deckmaterial, ein Material, welches ein monolithisches hitze beständiges Material mit SiC-Partikeln und ein Bindemittel sowie einen Anker zur Unterstützung bzw. Stütze der hitzebeständigen Substanz aufweist, praktisch hervor ragend ist, wird deshalb ein solches Material in hohem Maße verwendet.

In dem Fall, in dem das monolithische hitzebeständige Material verwendet wird, werden jedoch viele Schritte zur Konstruktion benötigt, und falls einige Risse in Teilen des Deckmaterials auftreten, ist zur Reparatur sehr viel Arbeit erforderlich. Aus diesen Gründen ist die Technik der Verwendung des monolithischen hitze beständigen Materials schlecht im Konstruktionswirkungsgrad und der Wirtschaftlich keit.

Deshalb wurde, anstatt des monolithischen hitzebeständigen Materials, die Verwendung eines geformten hitzebeständigen Materials untersucht (welche Blöcke oder Kacheln genannt werden), und solch ein Entwurf wurde in den US-Patenten Nr. 5,243,801 und 4,768,447 vorgeschlagen.

Das US-Patent Nr. 5,243,801 hat Techniken offenbart, die sich auf hitzebeständige Kacheln und Schutzbedeckungen für Wärmetauscher beziehen, die diese Kacheln verwenden, und die offenbarten Kacheln werden mit Ausnehmungen einer komple mentären Form versehen, die den jeweiligen T-förmigen Ankern entsprechen, welche auf den Rippen der Wärmetauscher ausgebildet sind.

Desweiteren können die hitzebeständigen Blöcke des US-Patents Nr. 4,768,447 an die vertikale Schutzwand eines Kessels angebracht werden, und in diesem Kessel sind die Wärmetauscher, welche die Röhren und die Rippen aufweisen, in einer vertikalen Richtung angeordnet und die Anker sind weiterhin mit den Rippen verbunden. Desweiteren sind die hitzebeständigen Blöcke mit den Ausnehmungen, die eine komplementäre Form haben, die den jeweiligen Ankern entsprechen, versehen, und sie werden in die Anker eingepaßt, um eine überspannende Schutz wandstruktur vorzuschlagen.

Jedoch haben die hitzebeständigen Kacheln, die in dem US-Patent Nr. 5,243,801 beschrieben sind, Ausnehmungen, die die komplementäre Form entsprechend zu den T-förmigen Ankern haben, und deshalb haben die Wärmeaustauscher 20, die aus einem metallischen Material hergestellt sind, einen größeren Wärmeausdehnungs koeffizienten, verglichen mit einer hitzebeständigen Kachel 30. Als eine Folge davon wird, wie in Fig. 9 gezeigt, eine Spannung an die hitzebeständige Kachel 30 in einer Y-Richtung zu der Zeit der Wiederholung des Aufwärmens und Abkühlens angelegt, so daß es wahrscheinlich ist, daß die hitzebeständige Kachel bricht.

Desweiteren können die hitzebeständigen Blöcke gemäß dem US-Patent Nr. 4,768,447 an die Schutzwandstruktur in der vertikalen Richtung angebracht werden, und in dem Fall einer Wandstruktur, welche sich von einer vertikalen Richtung zu einer horizontalen Richtung neigt, besteht ein Hang dazu, daß sich die hitze beständigen Blöcke von den Wärmetauschern lösen aufgrund des Eigengewichts dieser Blöcke, so daß die Wärmeleitfähigkeit merkbar abnimmt, welches in der Verschlechterung des Wärmewiedergewinnungsverhältnisses resultiert.

Gemäß der EP 0 281 863 A1 werden zwei Typen von Steinen benötigt werden wobei zusätzliche Rippen mit einer Struktur, die sich von den Vorsprüngen gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet, verwendet werden. Die Nachteile der Befestigungsstruktur der EP 0 281 863 A1 können wie folgt zusammengefaßt werden:

Da die Steine vom Typ B Ausnehmungen haben, die sich über die gesamte Höhe des Steins erstrecken, werden sie mechanisch geschwächt. Wenn man die mechanische Festigkeit dieser Steine auf einem gewünschten Niveau erhalten wollte, müßten die Steine dicker gemacht werden.

Wie aus der Fig. 8 der EP 0 281 863 A1 hervorgeht, werden die Verbindungssektionen herkömmlicher Weise durch einen Zementschlamm zwischen den aneinander anliegenden Steinen ausgebildet. Ferner sollten vertikale Stäbe aus hitzebeständigem Material in die entgegengesetzt zugewandten Rillen und eingesetzt werden.

Die Verbindungssektionen werden über die zusätzlichen Rippen ausgebildet und sind damit für mechanische Belastungen anfälliger als die Steine. Somit sind die zusätzlichen Rippen oftmals der Korrosion an gebrochenen Abschnitten der Verbindungsabschnitte ausgesetzt. Darüber hinaus macht die Verwendung von Stäben aus hitzebeständigem Material in den Verbindungssektionen kompliziert und dies resultiert in der Steigerung der Herstellungskosten.

Bei der EP 0 281 863 A1 besteht also eine Minimalausbildung der Vorrichtung aus einem Stein vom Typ A und drei Steinen vom Typ B. Wenn ein Stein dieser Minimalkonfiguration bricht, muß die gesamte Minimalkonfiguration durch eine neue ersetzt werden. Diese Prozedur ist kompliziert und teuer.

Die EP 0 355 706 A1 zeigt die Nachteile der Vorrichtung aus der EP 0 281 863 A1 auf. Zur Lösung dieser Probleme werden spezielle Strukturen vorgeschlagen, wie zum Beispiel Schwalbenschwanzformen. Jedoch kann auch diese Vorrichtung die Probleme nicht vollständig lösen.

Die Konstruktion gemäß der EP 0 355 706 A1 leidet immer noch unter Problemen, wie zum Beispiel der Korrosion aufgrund der geringen mechanischen Festigkeit der Aufhängestruktur, wie sie schon oben besprochen wurden.

Zunächst ist auf die einfache Ausbildung von Brüchen in dem aufgeschichteten feuerfesten Zement hinzuweisen, weil eine merkliche mechanische Last immer an die Zementbeschichtung weitergegeben wird, die zwischen den Steinen der ersten Serie und denen der zweiten Serie ausgebildet ist. Dies liegt daran, daß die Steine der zweiten Serie nicht durch die zusätzlichen Rippen des Rohrs befestigt sind, sondern in der Spezialstruktur abgehängt sind: Steine der zweiten Serie neigen zu Vibrationen, die durch die Befeuerungsanlage entstehen, und diese Vibrationen geben mechanische Lasten an den Zement weiter, der zum Füllen der Zwischenräume verwendet wird.

Man kann sich sehr leicht vorstellen, wie schwach eine solche Struktur gegen wiederholte Vibrationen ist, verglichen mit einem Schutzschirm, der aus jeweiligen Steinen aufgebaut ist, die jeweils mittels der konkaven Ausnehmungen gemäß der vorliegenden Erfindung an den Rohrvorsprüngen befestigt sind. Die gewünschte Impermeabilität wird bei der Struktur nach der EP 0 355 706 A1 sehr leicht verlorengehen, und zwar wegen der Ausbildung von Brüchen, und die Korrosion beginnt dann aufgrund des hindurchgehenden Gases. Zusätzlich können auch die folgenden Nachteile des Schutzschirmes gemäß der EP 0 355 706 A1 aufgezählt werden:

Die zusätzlichen Rippen haben ungefähr die halbe Länge der Steine und sollen in die vertikalen Schlitze der Steine der ersten Serie zur Befestigung eingleiten. Hierbei würde mindestens ein Teil des Zementmaterials der Steine entfernt werden und zwar aufgrund der Kraft, die während des Einsetzvorgangs der zusätzlichen Rippen mit der relativ großen Länge ausgeübt wird. Dies würde die Lebensdauer des aus solchen Steinen hergestellten Schutzschildes verkürzen. Bei der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung mit der kennzeichnenden Ausgestaltung der konkaven Ausnehmungen wird dieses Problem nicht mehr auftreten. Die Länge der Rohrvorsprünge kann gemäß der vorliegenden Erfindung ungefähr die Hälfte der konkaven Ausnehmungen betragen, wobei jedoch die Entfernung von Schutzmaterial, das für die Konstruktion der Blöcke verwendet wird, praktisch vernachlässigbar ist, und zwar aufgrund der spezifischen Struktur der konkaven Ausnehmungen mit zwei Abschnitten.

Die Arbeit beim Zusammenbau des Schutzschildes gemäß der EP 0 355 706 A1 ist relativ kompliziert und zwar wegen der Verwendung von zwei Steintypen und aufgrund der speziellen Struktur (Schwalbenschwanzstruktur). Ferner würde das Montagepersonal vor der Frage stehen, welchen Steintyp es beim Zusammenbau verwenden sollte, wenn beim Lagern der Steine für die Montage Unregelmäßigkeiten auftreten.

Die Reparatur des Schutzschildes gestaltet sich wegen der Verwendung von zwei Steintypen schwierig.

Die anderen vertikalen Schlitze werden im Falle der Steine gemäß der EP 0 355 706 A1 zusätzlich zu den horizontalen Schlitzen auf ganz übliche Weise benötigt, obwohl der Grund hierfür in diesem Dokument nicht genannt wird. Dieser Grund könnte das Erreichen der Undurchlässigkeit an den Verbindungsstellen sein.

Die DE 89 08 821 U1 beschreibt einen Auskleidungsstein aus feuerfestem, keramischem Material mit einer Auflagefläche, mit der sich der Stein auf einem Stützelement in einer Stützrichtung parallel zur kammerseitigen Oberfläche des Steins abstützt. Auch mit dieser Ausbildung lassen sich die obigen Probleme nicht lösen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme der herkömmlichen Techniken entwickelt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen hitzebeständigen Schutzblock zur Verfügung zu stellen, welcher selten durch ein korrosives Gas beeinflußt wird und eine verankerte Struktur hat, in welcher der hitzebeständige Schutzblock an einen Wärmetauscher angeheftet wird, und welcher nicht bricht, selbst wenn die Wärmeaustauscher sich mehr ausdehnen, als ein hitzebeständiger Schutzblock zu der Zeit der Wiederholung des Aufheizens und Abkühlens, und eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schutzwandstruktur eines Kessels zur Verfügung zu stellen, in welcher ein hitzebeständiger Schutzblock verwendet wird.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, hitzebeständige Schutzblöcke zur Verfügung zu stellen, welche die Verteilung von Belastung ermöglichen, selbst zu der Zeit der Wiederholung der Ausdehnung bzw. Expansion und Kontraktion, und welche deshalb kaum brechen und Wärme gleichmäßig leiten können, und eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schutzwandstruktur eines Kessels zur Verfügung zu stellen, in welcher diese hitzebeständigen Schutzblöcke verwendet werden.

Die Erfindung löst diese und andere Aufgaben durch die Bereitstellung eines hitzebeständigen Schutzblockes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Schutzwandstruktur gemäß dem Anspruch 6. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung auf.

Gegenüber der EP 0281 863 A1 zeigt die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile:

Erfindungsgemäß kann eine höhere mechanische Festigkeit der Blöcke erzielt werden, da die konkaven Ausnahmen sich nur in begrenzter Länge erstrecken. Die Blöcke können damit bei gleicher Festigkeit dünner gemacht werden bzw. bei gleicher Dicke eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen.

Die Blöcke sind einfach anzubringen, da die Vorsprünge an den Rohren sehr leicht in die er sten Abschnitte eingeführt werden können und dann nach einer Längs-Gleitbewegung in die zweiten Abschnitte eingreifen.

Was die sechseckige Schutzblockform betrifft ist festzustellen, daß eine solche Form die Be lastungen besser entlang der Seiten des Schutzblocks verteilen kann. Außerdem bricht ein sechseckiger Schutzblock im Vergleich mit einem viereckigen Schutzblock weniger leicht, sogar dann, wenn die Oberfläche und die Kanten aufgrund von Oxidation oder ähnlichen Ein flüssen spröde werden. Die erfindungsgemäße Struktur ist einfacher zu reparieren.

Wenn die Schutzblöcke so angeordnet sind, wie es in Fig. 6 der vorliegenden Anmeldung gezeigt ist, wird der Einfluß, der aus der Belastung von einer speziellen Röhre her entsteht, nicht an nur einen speziellen Block weitergegeben.

Die Vorsprünge können an einer Position ausgebildet werden, die von den Verbindungsab schnitten entfernt liegt, da das Paar der Vertiefungen und der Ausnehmungen parallel in der Umgebung des Zentrums eines jeden Blocks angeordnet ist.

Die Vorsprünge können frei wählbar an bevorzugten Positionen angeschweißt werden, welche durch die Positionen der jeweiligen anzuordnenden Blocks bestimmt werden.

Durch die erfindungsgemäßen konkaven Ausnehmungen mit der begrenzten Länge ist die Dicke der Blöcke im wesentlichen einheitlich, und diese Einheitlichkeit bringt eine gleich förmige Wärmeübertragung mit sich, sowie eine einheitliche Entlastung der Lasten aus der Wärmeübertragung bzw. -änderung oder ähnlichem.

Die vorliegende Erfindung hat ferner gegenüber der EP 0 355 706 A1 die folgenden Vorteile:

Eine feste Halterung ist mit einfacher Montage möglich, und dies wegen der erfindungsgemä ßen Struktur der konkaven Ausnehmungen in den Blöcken.

Eine vollständige Abdichtung der Röhrenvorsprünge ist bei einfacher Montage möglich, und zwar ebenfalls aufgrund der speziellen Gestaltung der konkaven Ausnehmungen. Diese voll ständige Abdichtung kann dadurch erzielt werden, daß die ersten und zweiten Abschnitte der Ausnehmung mit Zement gefüllt werden, wodurch die Rohrvorsprünge vor dem Gas ge schützt werden.

Die Bruchbildung im Zement, der zum Füllen der Spalten zwischen den Blöcken verwendet wird, ist geringer, da die jeweiligen Blöcke durch ein Paar Rohrvorsprünge befestigt werden, wodurch der Einfluß, der durch die Vibration beim Betrieb der Befeuerung entsteht, zu einem großen Teil verringert wird.

Die Toleranz hinsichtlich der Erfordernisse für die Positionierung der Vorsprünge beim Schweißen an die Rohre ist groß im Vergleich mit den Strukturen der zitierten Schriften, da es möglich ist, den Befestigungspunkt einfach zwischen dem Vorsprung und die Ausnehmung im Innenraum der konkaven Vertiefung einzustellen. Die während des Schweißens erzeugte Hitze gibt keine große Belastung an das Rohr weiter (beim Kühlen) und zwar aufgrund der relativ geringeren Länge, wodurch die Belastung und/oder die Zerstörung des Rohrkörpers kaum auftritt.

Gebrochene Blöcke sind leicht zu reparieren.

Die Form eines jeden der hitzebeständigen Schutzblöcke ist in einer Draufsicht gesehen vorzugsweise sechseckig, obwohl sie im allgemeinen rechteckig ist, weil solch eine sechseckige Form schwer an der Ecke bzw. dem Winkel durch Oxidation der Oberfläche und der Ränder bzw. Kanten gebrochen wird, selbst wenn die Oberflächen und Kanten zerbrechlich bzw. spröde sind aufgrund der Oxidation im Vergleich mit einer rechteckigen Form, und weil sie eine Belastung, die durch eine Wiederholung von Ausdehnung und Kontraktion von benachbarten Blöcken verursacht wird, verteilen und übertragen bzw. ableiten kann.

Die hitzebeständigen Schutzblöcke sind vorzugsweise so ausgebildet, daß die abschnittsweise Form der hitzebeständigen Schutzblöcke, geschnitten in rechten Winkeln zur axialen Richtung der Röhren, im wesentlichen gerillt bzw. gewellt sein kann, wobei der innere Umfang den gleichen Mittelpunkt wie der äußere Umfang hat, so daß die Dicke der hitzebeständigen Schutzblöcke im wesentlichen gleich ist, weil eine Konzentration der Belastung kaum durch die Wiederholung der Ausdeh nung und Kontraktion verursacht wird, und Wärme kann gleichförmig weitergeleitet werden, mit dem Ergebnis, daß ein Brechen der Blöcke kaum stattfindet.

Zusätzlich wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Schutzwandstruktur eines Kessels zur Verfügung gestellt, welcher eine Wärmeaustauschvorrichtung aufweist, die Röhren mit Rippen verbindet, und eine Vielzahl von hitzebeständigen Schutz blöcken zum Schutz der Wärmeaustauschvorrichtung, die Fläche eines jeden der Vielzahl der hitzebeständigen Schutzblöcke ist in einer Draufsicht gesehen sechseckig, wobei die hitzebeständigen Schutzblöcke eine komplementäre Form an der Innenseite haben, die der Oberflächenform der Wärmeaustauschvorrichtung entspricht, wobei die hitzebeständigen Schutzblöcke mit Ausnehmungen versehen sind, in welche Vorsprünge, die auf den Röhren ausgebildet sind, eingepaßt bzw. eingebracht und von diesen aufgenommen werden.

Insbesondere ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, die Auswirkung eines korrosiven Gases zu reduzieren und Vorsprünge einer Wärmeaustauschvorrichtung direkt auf einer Röhre zu befestigen.

Nach der vorliegenden Erfindung kann ein Paar von Vorsprüngen wechselseitig nach innen oder nach außen ausgerichtet werden, im Hinblick auf die Befestigung eines hitzebeständigen Schutzblocks an einer Wärmeaustauschvorrichtung. Ein Paar von Vorsprüngen kann auf einer Röhre oder zwei benachbarten Röhren unabhängig voneinander angeordnet werden. Wenn ein Paar von Vorsprüngen auf einer Röhre angeordnet ist, um einen Block in Position zu bringen, wird der Block vorzugsweise minimiert, um eine verursachte Belastung zu vermindern. Nach der vorliegenden Erfindung sind ein Paar von Vorsprüngen, die auf den zwei benachbarten Röhren in der Wärmeaustauschvorrichtung ausgebildet sind, vorzugsweise so angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen. Gemäß einer solchen Anordnung kann eine Kraft auf die Blöcke in eine Druckbelastung durch die Struktur umgewandelt werden, selbst wenn die hitzebeständigen Schutzblöcke eher als die Wärmeaustauschvorrichtung, wie die Röhren und Rippen während eines Kühlungsschrittes, thermisch geschrumpft wurden. Als Folge davon werden die hitzebeständigen Schutzblöcke kaum gebrochen.

Die hitzebeständigen Schutzblöcke der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das SiC als einen Hauptbestandteil enthält, weil ein solches Material eine viel bessere Laugenbeständigkeit aufweist, als alle anderen Oxide, und sie werden nicht durch ein Chlorgas, SO₃ und NO₂ korrodiert. Zusätzlich haben solche Blöcke einige Vorteile, und zum Beispiel sind sie viel besser in der Oxidationsbeständigkeit, als alle anderen nicht-oxidierten Substanzen, und sie haben insgesamt den stärksten Widerstand in der korrodierenden Atmosphäre eines Verbrennungsofens.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform eines hitzebeständigen Schutzblocks der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in Fig. 1.

Fig. 4A und 4B zeigen eine Ausführungsform der Wärmeaustauschvorrichtung eines Kessels, und Fig. 4A ist dessen Querschnittsansicht und Fig. 4B ist dessen Draufsicht.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Schutz wandstruktur des Kessels zeigt, in welcher die Wärmeaustauschvor richtung mit dem hitzebeständigen Schutzblock bedeckt ist.

Fig. 6 ist eine teilweise Draufsicht, die eine Ausführungsform der Schutz wandstruktur des Kessels zeigt, in welcher die Wärmeaustauschvor richtung durch eine Vielzahl der hitzebeständigen Schutzblöcke geschützt wird.

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in Fig. 6.

Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D in Fig. 6.

Fig. 9 ist eine Ansicht einer herkömmlichen hitzebeständigen Kachel und einem T-Typ Anker.

Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht, die eine andere Ausführungsform einer Querschnittsform des hitzebeständigen Schutzblocks zeigt, welche rechtwinklig zur axialen Richtung der Röhren geschnitten ist.

Fig. 11 ist eine teilweise Draufsicht, welche eine Ausführungsform zeigt, in welcher ein Teil der Schutzwandstruktur des Kessels repariert ist.

Fig. 12A und 12B zeigen ein Beispiel eines hitzebeständigen Schutzblocks, dessen äußere Form rechtwinklig ist. Fig. 12A ist eine Draufsicht, und Fig. 12B ist eine Querschnittsansicht.

Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht, die eine gleichförmige Dicke des Blocks im Querschnitt zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegen den Zeichnungen beschrieben.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform eines hitzebeständigen Schutz blocks der vorliegenden Erfindung. So zeigen Fig. 1 die Draufsicht, Fig. 2 die Querschnittsansicht, geschnitten entlang der Linie A-A in Fig. 1, und Fig. 3 die Querschnittsansicht, geschnitten entlang der Linie B-B in Fig. 1. Die Fig. 4A und 4B zeigen eine Ausführungsform einer Wärmeaustauschvorrichtung eines Kessels, und Fig. 4A ist dessen Querschnittsansicht und Fig. 4B ist dessen Draufsicht. Die Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Schutzwandstruktur für den Kessel zeigt, in welcher die Wärmeaustauschvorrichtung mit dem hitzebeständigen Schutzblock bedeckt ist.

Eine Wärmeaustauschvorrichtung 13 eines Boilers oder etwas ähnlichem, wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt, wird aus einer Vielzahl von Röhren 10 und Rippen 11 gebildet, welche die Röhren 10 miteinander verbinden, und jede Röhre 10 ist mit einem Vorsprung 12 versehen.

Ein Paar von Vorsprüngen 12, welche an den zwei benachbarten Röhren 10 befestigt sind, sind so angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen. Andererseits hat ein hitzebeständiger Schutzblock 17, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, an der Innenseite eine komplementäre konkave Form 16, die einer konvexen Ober flächenform 15 der Wärmeaustauschvorrichtung 13 entspricht. Desweiteren ist am hitzebeständigen Schutzblock 17 eine Ausnehmung 14 vorgesehen, in welche der Vorsprung 12, der auf jeder Röhre 10 befestigt ist, eingepaßt wird und von dieser aufgenommen wird, welche verhindert, daß die Röhre 10 vom hitzebeständigen Schutzblock 17 gelöst wird.

Der hitzebeständige Schutzblock haftet fest an den Vorsprüngen durch Pressen der Vorsprünge in Vertiefungen, die in der Fig. 2 mit einer unterbrochenen Linie gezeigt sind, und durch Verschieben der Vorsprünge nach unten, so daß diese mit den Vertiefungen, welche in der Fig. 2 mit einer durchgezogenen Linie gezeigt sind, eingreifen.

Wie oben beschrieben, ist der Vorsprung 12 nicht auf der Rippe 11, sondern auf der Röhre 10 befestigt, und die Temperatur der Röhren 10 ist sehr viel geringer als die der Rippen 11, weil ein Kühlmedium durch die Röhren 10 fließt. Deshalb ist die thermische Belastung, die von den Vorsprüngen 12 erzeugt wird, geringer als in einer herkömmlichen Ausführungsform, in welcher Anker auf den Rippen befestigt sind. Desweiteren wird der Vorsprung kaum durch ein korrosives Gas in einem Ofen beeinflußt, weil die Temperatur gering ist.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Schutzwandstruktur des Kessels, in welcher die Wärmeaustauschvorrichtung 13 bedeckt und geschützt wird mit dem so ausgebildeten hitzebeständigen Schutzblock 17. Wie in Fig. 5 gezeigt, liegt die Belastung, wenn die Wärmeaustauschvorrichtung 13 mit dem hitzebeständigen Schutzblock 17 bedeckt ist, an dem hitzebeständigen Schutzblock 17 in den Richtungen der Pfeile X, wie in Fig. 5 gezeigt, an, selbst wenn die Wärme austauschvorrichtung 13, welche die Röhren 10 und die Rippen 11 aufweist, sich thermisch weiter ausdehnt, als der hitzebeständige Schutzblock 17 bei einer hohen Temperatur, weil ein Paar von Vorsprüngen 12, welche auf zwei benachbarten Röhren 10 in der Wärmeaustauschvorrichtung 13 ausgebildet sind, so angeordnet sind, daß sie einander gegenüberliegen. Deshalb liegt die Druckbelastung, anstatt der Spannung, wie in Fig. 9 gezeigt, an dem hitzebeständigen Schutzblock 17 an, und so findet ein Bruch des hitzebeständigen Schutzblocks 17 kaum statt.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine Ausführungsform der Schutzwandstruktur des Kessels, in welcher die Wärmeaustauschvorrichtung 13 bedeckt und geschützt wird von einer Vielzahl der hitzebeständigen Schutzblöcke 17, deren Schattenfläche bzw. Form in einer Draufsicht jeweils sechseckig ist. Fig. 6 ist dessen teilweise Draufsicht, Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, welche entlang der Linie C-C in Fig. 6 geschnitten wurde, und Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht, welche entlang der Linie D-D in Fig. 6 geschnitten wurde.

Wie in den Fig. 6 bis 8 gezeigt, kann, wenn die Wärmeaustauschvorrichtung 13 mit einer Vielzahl der hitzebeständigen Schutzblöcke 17, deren ebene Fläche sechseckig ist, bedeckt und beschützt wird, die Gefahr eines Bruchs und ähnlichem der Blöcke 17 soweit als möglich vermindert werden, selbst wenn die hitze beständigen Schutzblöcke 17 sich bei einer hohen Temperatur ausdehnen und einige Belastung in diesen hitzebeständigen Schutzblöcken 17 auftritt, weil ein Teil der Belastung in den Richtungen entlang den Seiten des Sechsecks verteilt werden kann. Andererseits kann, in dem Fall, daß die ebene Fläche eines jeden der hitze beständigen Schutzblöcke 17 quadratisch ist, wie in den Fig. 12A, 12B und 13 gezeigt, die Belastung kaum verteilt werden, so daß ein Brechen der Blöcke leicht stattfinden kann und die Ecken der Blöcke können leicht abgeschlagen werden.

Desweiteren kann, angenommen, daß die hitzebeständigen Schutzblöcke 17 zu rechten Winkeln in der axialen Richtung der Röhren 10 geschnitten sind, die Querschnittsfläche der Oberflächen der hitzebeständigen Schutzblöcke 17 gegenüber der Oberfläche, die die Wärmeaustauschvorrichtung 13 hat, flach sein, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt. Wie jedoch in Fig. 10 gezeigt, sind die hitzebeständigen Schutzblöcke 17 vorzugsweise so ausgebildet, daß die Querschnittsform der Oberflächen der hitzebeständigen Schutzblöcke 17, welche in rechten Winkeln zur axialen Richtung der Röhren 10 geschnitten sind, gewellt sein können, oder so, daß die Dicke der hitzebeständigen Schutzblöcke 17 einheitlich sein kann, weil in einer solchen Struktur die Belastung, die durch die Wiederholung von Ausdehung und Kontraktion verursacht wird, sich in jedem Abschnitt gleichförmig entwickelt, und Wärme kann gleichförmig geleitet werden, und so findet ein Brechen der Blöcke selten statt und Wärme der Blöcke wird gleichförmig geleitet.

An den Endabschnitten der Schutzwandstruktur des Kessels, die teilweise in den Fig. 6 bis 8 gezeigt sind, kann der hitzebeständige Schutzblock 17, dessen ebene Fläche sechseckig ist, nicht verwendet werden, und deshalb können zum Beispiel Teile, die durch Halbieren der hitzebeständigen Schutzblöcke 17 erhalten wurden, verwendet werden, oder ein monolithisches hitzebeständiges Element, welches herkömmlicherweise verwendet wurde, kann verwendet werden. Insbesondere, wenn der Block halbiert wird, kann der hitzebeständige Schutzblock 17 an einer unterbrochenen Linie 17c halbiert werden, wie ein halbierter Block 17a in Fig. 6. Der hitzebeständige Schutzblock 17 kann auch an einer Linie, die die gegen überliegenden Ecken 17b eines Sechsecks miteinander verbindet, halbiert werden.

Desweiteren sind ein Paar von Vorsprüngen 12, welche auf den zwei benachbarten Röhren 10 befestigt sind, so angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen, und sie werden in die Ausnehmungen 14 eines jeden hitzebeständigen Schutzblocks 17 in der Wärmeaustauschvorrichtung so eingepaßt bzw. eingebracht, daß die Druckbelastung an dem hitzebeständigen Schutzblock 17 anliegt. Als Folge davon wird praktischer weise der hitzebeständige Schutzblock 17 selten gebrochen.

Zusätzlich bedeckt und schützt der eine hitzebeständige Schutzblock 17 die zwei Röhren 10, und deshalb bedecken, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt, die benachbarten hitzebeständigen Schutzblöcke 17 die wechselseitig umgeleiteten Röhren 10. Entsprechend sind, wenn die eine Röhre 10 betrachtet wird, die Vorsprünge 12, die an der Röhre 10 befestigt sind, abwechselnd entgegengesetzt orientiert. Weil sich die Belastung aufgrund der Vorsprünge in verschiedene Richtungen entwickelt und die Belastung, die sich in verschiedene Richtungen ausbreitet, an jedem hitzebeständigen Schutzblock eingreift, und so eine Kesselschutzwand bildet, gibt es keinen Einfluß von Belastung zwischen zwei angrenzenden hitzebeständigen Schutzblöcken. Aus diesem Grund findet ein Bruch des hitzebeständigen Schutzblocks 17 kaum statt.

In der Schutzwandstruktur des Kessels wird Mörtel zwischen die hitzebeständigen Schutzblöcke 17 und zwischen den hitzebeständigen Schutzblock 17 und die Wärmeaustauschvorrichtung 13 eingebracht, um diese miteinander zu verbinden. In dem Fall können Abstandhalter, ein nicht oxidierendes Material bzw. Oxidations inhibitor oder ähnliches zwischengelegt werden.

Wenn der hitzebeständige Schutzblock 17, welcher ein Teil der Schutzwandstruktur des Kessels ist, bricht, und dessen Auswechslung erforderlich ist, kann ein sechseckiger hitzebeständiger Schutzblock 18 zur Reparatur verwendet werden, der eine ebene Fläche hat, die kleiner ist als der übliche hitzebeständige Schutzblock 17, und ein Mörtel 19 wird dann in den übrigbleibenden Abschnitt 19 eingefüllt, wie in Fig. 11 gezeigt, wodurch eine Reparatur einfach erreicht werden kann.

Für die Art des Materials für den hitzebeständigen Schutzblock betreffend die vorliegende Erfindung besteht keine spezielle Einschränkung, soweit es hitze beständig ist. Jedoch wird ein Material, das SiC als einen Hauptbestandteil aufweist, bevorzugt, weil ein solches Material hervorragend im Oxidationswiderstand und Laugenwiderstand ist, und was noch besser ist, es wird nicht durch Chlorgas, SO₃ und NO₂ korrodiert und ist ausreichend widerstandsfähig bezüglich dieser Sub stanzen, einer solchen Gase enthaltenden Verbrennung eines Verbrennungsofens und eines solchen Gases im Verbrennungsofen. Das SiC-Material kommt reichlich vor als eine natürliche Resource, und deshalb ist es billig und leicht verfügbar.

Als Wärmeaustauschvorrichtung, welche bedeckt und geschützt wird durch die hitzebeständigen Schutzblöcke, kann üblicherweise ein Wärmeaustauscher verwendet werden, der die Röhren und Rippen aufweist, und eine Flüssigkeit, wie Wasser oder ein Gas, wie ein Dampf, fließt als ein Kühlmedium durch die Röhren. Wie aus obigem verstanden wird, ist die Wärmeaustauschvorrichtung aus einem metallischen Material hergestellt, das eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist, um die Aufgabe des Wärmeaustausches zu erreichen.

Die Vorsprünge, die an den Röhren befestigt sind, haben die sogenannte Anker funktion, und die Befestigung dieser Vorsprünge an die Röhren kann üblicherweise durch eine Schweißvorrichtung erfolgen. Deshalb werden sie vorzugsweise aus einem metallischen Material gefertigt.

Keine spezielle Einschränkung besteht bezüglich der Form der Vorsprünge, die an den Röhren befestigt sind, solange sie sich nach außen erstreckende Protuberanzen bzw. Ausbauchungen sind, die eine vorherbestimmte Länge und eine vorher bestimmte Querschnittsfläche aufweisen. Desweiteren besteht keine spezielle Einschränkung bezüglich der Lage der Vorsprünge, die an den Röhren befestigt sind, und sie können in jeder Position der konvexen Oberflächen der Röhren befestigt werden, die der inneren Oberfläche der hitzebeständigen Schutzblöcke entsprechen.

Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben beschrieben, jedoch der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung soll nicht auf alle diese Ausführungsformen beschränkt sein. Die vorliegende Erfindung kann verändert, modifiziert und verbessert werden auf der Grundlage des Wissens eines Fachmanns, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Wie oben beschrieben, können gemäß der vorliegenden Erfindung hitzebeständige Schutzblöcke zur Verfügung gestellt werden, welche ausreichend widerstandsfähig zu einem stark korrosiven Verbrennungsprodukt und Verbrennungsgas, welches während des Betriebs eines Verbrennungsofens, eines Kessels oder ähnliches anfällt, sind, und welches selten bricht und beschädigt wird durch die Wiederholung von Wärmeausdehnung und wärmebedingter Kontraktion, und eine Schutzwandstruktur des Kessels kann auch zur Verfügung gestellt werden, in welcher diese Blöcke verwendet werden.

Claims

1. Hitzebeständiger Schutzblock (17) zum Schutz einer Wärmeaustauschvorrichtung (13), welche gegenseitig beabstandete Rohre (10) mit parallelen Achsen sowie Rippen (11) umfasst, welche die Rohre (10) miteinander verbinden, wobei Vor sprünge (12) seitlich von den Achsen gelegen auf den Rohre (10) ausgebildet sind, wobei der hitzebeständige Schutzblock (17) aufweist:

1. einen Block aus hitzebeständigem Material, der an seiner Innenseite eine Form hat, die komplementär der äußeren Oberflächenform der Wärmeaustauschvorrichtung (13) entspricht,
2. ein Paar konkave Vertiefungen zur Aufnahme der Rohre (10) der Wärmetausch vorrichtung (13), wobei die Vertiefungen an der inneren Oberfläche des Blocks (17) ausgebildet sind und Achsen aufweisen, die sich parallel zur längsten Achse des Blocks und symmetrisch dazu erstrecken,
3. ein Paar konkave Ausnehmungen (14), die sich in die Oberfläche des Blocks (17) hinein erstrecken, welche die Vertiefungen ausbildet, und die zwischen längs beabstandeten Seiten des Blocks (17) positioniert sind,

wobei der hitzebeständige Schutzblock dadurch gekennzeichnet ist, daß

a) die konkaven Ausnehmungen (14) sich in begrenzter Länge parallel zu den Vertiefun gen erstrecken und geschlossene gegenüberliegende Enden aufweisen, und daß
b) die konkaven Ausnehmungen (14) einen ersten Abschnitt aufweisen, der aus im wesentlichen rechtwinklig angeordneten Seiten gebildet wird, sowie einen zweiten Abschnitt, der zur Aufnahme der Vorsprünge (12) angepasst ist und der längs vom ersten Abschnitt beabstandet und mit diesem verbunden ist, wobei der zweite Abschnitt der Ausnehmungen sich seitlich von der Achse der Vertiefungen gelegen erstreckt.

2. Hitzebeständiger Schutzblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt der konkaven Ausnehmungen (14) seitlich einander zugewandte Aus sparungen aufweist, die ein Paar Vorsprünge (12) aufnehmen, die an zwei benach barten Rohren (10) der Wärmetauschvorrichtung ausgebildet sind.

3. Hitzebeständiger Schutzblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Material hergestellt ist, welches SiC als einen Hauptbestandteil enthält.

4. Hitzebeständiger Schutzblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Schattenfläche des hitzebeständigen Schutzblocks (17), sechseckig ist.

5. Hitzebeständiger Schutzblock nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Querschnittsform des hitzebeständigen Schutzblocks (17), welcher in rechten Winkeln zur axialen Richtung der Röhren (10) geschnitten wurde, gewellt ist, und daß die Dicke des hitzebeständigen Schutzblocks (17) im wesentlichen gleichförmig ist.

6. Schutzwandstruktur eines Kessels, welcher eine Wärmeaustauschvorrichtung aufweist, welche gegenseitig beabstandete Rohre (10) mit parallelen Achsen sowie angeschweißte Rippen (11) umfasst, welche die Rohre (10) miteinander verbinden, wobei die Schutzwandstruktur aufweist:

1. mehrere identisch ausgebildete hitzebeständige Schutzblöcke (17), die an einer Innenseite eine Form haben, die komplementär der äußeren Oberflächenform der Wärmeaustausch vorrichtung (13) entspricht,
2. Vorsprünge (12), die an Außenoberflächen der Rohre ausgebildet sind, wobei die Vorsprünge (12) sich vertikal nur über eine begrenzte Länge erstrecken und an abfolgend beabstandeten Stellen entlang der Länge der benachbarten Rohre (10) angeordnet sind, und
3. konkave Vertiefungen zur Aufnahme der Rohre (10) der Wärmetauschvorrichtung (13), wobei die Vertiefungen an der inneren Oberfläche der Blöcke (17) ausgebildet sind und Achsen aufweisen, die sich parallel zur längsten Achse der Blöcke (17) und symmetrisch dazu erstrecken,
4. konkave Ausnehmungen (14), die sich in die Oberfläche jedes Blocks hinein er strecken, welche die Vertiefungen ausbildet, und die zwischen längs beabstandeten Seiten des Blocks positioniert sind,

wobei die hitzebeständigen Schutzblöcke dadurch gekennzeichnet sind, daß

7. Schutzwandstruktur eines Kessels nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (12), welche auf zwei benachbarten Röhren (10) in der Wärme austauschvorrichtung ausgebildet sind, so angeordnet ist, daß sie einander ent gegengesetzt gegenüberliegen.

8. Schutzwandstruktur eines Kessels nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die ersten Abschnitte der konkaven Ausnehmungen (14) vertikal unterhalb der zweiten Abschnitte angeordnet sind.

9. Schutzwandstruktur eines Kessels, dadurch gekennzeichnet, daß sie hitzebeständi ge Schutzblöcke (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.