DE2130435C3 - Keramischer Rekuperator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen keramischen Rekuperator mit waagerecht zwischen Leitwänden aneinander anschließend angeordneten Rekuperatorrohren.

Derartige Rekuperatoren werden aus einem System waagerechter Rekuperatorrohre und senkrechter, die Rohre umgebender Leitwände aufgebaut. Zur Erzielung des Wärmeaustausches zwischen den heißen und kalten Gasen werden bevorzugt die heißen Gase senk

60 recht zu den Rohren zwischen den Leitwänden abwärts und die kalten Gase durch die Rohre im Kreuzgegenstrom zur Richtung der heißen Gase allmählich aufwärtsgeleitet.

Das Betriebsverhalten der keramischen Rekuperatoren hängt insbesondere von der guten Abdichtung der die Gase führenden Rekuperatorrohre, der mechanischen Festigkeit der Rekuperatorrohre und ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Rißbildung, der Ablagerung von mit den heißen Gasen mitgeführtem Flugstaub und der chemischen Verschleißfestigkeit des keramischen Materials ab. Beim Aufbau der Rekuperatoren läßt sich zwar durch die Verwendung von Steinmuffen, Mörtel und/oder eingelegten Dichtungsstoffen, wie z. B. Asbest, an den Enden der einzelnen Rohre zunächst eine gute Abdichtung erzielen, doch geht diese im Betrieb durch die Wärmeausdehnung der Werksioffe und wechselnde Temperaturbelastung teilweise wieder verloren. Außerdem sind die Rohre durch die Einfassung und Halterung an ihren Enden in den Leitwänden einer mechanischen Belastung unterworden, wodurch infolge Verwerfungen und Rißbildungen das Betriebsverhalten des Rekuperators wesentlich beeinträchtigt werden kann.

In der FR-PS 4 90 578 wird ein keramischer Rekuperator mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff des Anspmchs 1 beschrieben. Hierbei ist jeder Muffenstein als Lochstein ausgebildet, der rohrseitig jeweils eine hinterschnittene Ringnut zur Aufnahme von Abdichtmörtel als Dichtungsstoff aufweist. Die Lochsteine bilden die Leitwände des Rekuperators. Durch die Anordnung des Mörtels in der Ringnut zwischen dem Lochstein und dem glatten Rohr wird aber keine dauerhafte Abdichtung und sichere Halterung der Rohre erreicht.

Nach der US-PS 15 70 674 und der FR-PS 5 87 075 ist die Halbteilung der Muffensteine für Rekuperatorrohre bekannt.

Für den Aufbau von keramischen Rekuperatoren mit waagerechten Rohren werden nach der GB-PS 2 49 919 Rohre verwendet, die an den Enden der Rohre je einen sechsseitigen Flansch aufweisen und die muffenartig miteinander verbunden werden. Die Rohrstükke werden seitlich mit ihren sechsseitigen Flanschen dicht aneinandergesetzt. Derartige Rohrstücke sind einerseits jedoch wegen ihrer großflächigen Flansche Schwierig herzustellen und im Betrieb rißanfällig, zum anderen ist an den Verbindungsstellen der Rohre eine dauerhafte Abdichtung nicht gewährleistet.

Die vorliegende Erfindung geht nun von der Aufgabe aus, den keramischen Rekuperator mit waagerecht zwischen Leitwänden aneinander anschließend angeordneten Rekuperatorrohren, der diese verbindende Muffenstcinc und zur Abdichtung zwischen Rekuperatorrohren und Muffensteinen einen Dichtungsstoff enthält, in der Weise zu verbessern, daß die Abdichtung der Rekuperatorrohre gewährleistet ist, d.h. die heißen und kalten Gasen im Rekuperator sich nicht vermischen können, wobei auf eine geringe mechanische Belastung und spannungsfreie Lagerung der Rohre besonderer Wert gelegt wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe sieht vor, daß die Rekuperatorrohre an den Enden mit Flanschen verschen sind, die konisch an der äußeren Rohrwandung hervortreten und am Rohrende mit einer ebenen Stirnfläche abschließen, die in an sich bekannter Weise halbgeteilten Muffensteine die Flansche zweier aneinander anschließender Rekuperatorrohre umgreifen, und keramischer Filz als Dichtungsstoff zwischen die Flansch-

Stirnflächen und zwischen den Muffensteinen und den Rekuperatorrohren eingelegt ist.

Durch das Zusammenwirken der Hanschartig verstärkten Rohrenden, der Einschaltung von keramischem Filz an den Berührungsflächen der keramischen Steinkörper sowie insbesondere durch die in achsialer und radialer Richtung wirkende Umfassung der Rohrenden d'irch die paarweise verwendeten Mufiensteine wird eine bedeutend verbesserte Abdichtung der Rekuperatorrohre erzielt, die auch bei eintretenden Ver-Schiebungen im Botrieb erhalten bleibt. Von günstigem Einfluß ist ferner die weitgehend elastische Lagerung der Rekuperatorrohre, wodurch auftretende Spannungen, indsbesondere auf Grund unterschiedlicher Wärmedehnungen des Rekuperatorbesatzes, von vornher ein klein gehalten werden können.

Die Verformung der Rekuperato. rohre durch ihr eigenes Gewicht ist, wie Versuche an bekannten hochwertigen keramischen Rekuperatorrohren bei erhöhter Temperatur ergeben haben, bis zu Temperaturen von etwa 1250° von vernachlässigbarer Bedeutung.

Eine Ausgestaltung des keramischen Rekuperators nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die aus den Rekuperatorrohren gebildeten Rohrreihen in an sich bekannter Weise diagonal übereinander versetzt sind.

Der Aufbau des Rekuperatore aus waagerechten rohrförmigen Kanälen und zu diesen senkrecht verlaufenden Leitwänden veranlaßt eine Gasführung, bei der die heißen flugstaubbeladenen Gase abwärts zwischen den einzelnen Leitwänden um die Rekuperatorrohre herum geführt werden und die kalten Gase in den zu waagerechten Gaszügen zusammengefaßten Rekuperatorrohren im Kreuzgegenstrom allmählich aufwärtsströmen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß bei den zu einer Leitwand zusammengesetzten Muffensteinen die Teilfläche, die einen Durchmesser einer Kreisöffnung fortsetzt, jeweils waagerecht verläuft und jeweils zwei äußere Flächen des Muffensteins zur Teilfläche eine Neigung von 45° und zueinander eine Neigung von 90° aufweisen. Mit einem derartigen Vorgehen wird über eine Pressung des die Enden der Rekuperalorrohrc umgebenden keramischen Filzes eine weitere Abdichtung und Sicherung gegen Leck-Verluste an den Rekupcratorrohren erreicht.

Ferner wird vorgeschlagen, daß die äußeren Flächen der paarweise eine kreisförmige Öffnung bildenden Muffcnstcinc im Querschnitt ein regelmäßiges Achteck bilden und die zwischen den Paaren von Muffensteinen verbleibenden Öffnungen in den Leitwänden, falls erforderlich, durch quadcrförmige Steine gefüllt sind (Füllsleinc).

Bei den Muffensteinen können die mit einer Neigung von 45° im Steinverband verlaufenden äußeren FUichcn abwechselnd mit Nut und Feder versehen werden.

Vorgesehen ist ferner, daß für den Randabschluß der aus den Muffen- und Füllsteincn gebildeten Leitwände in der Rekuperatorkammer Randsteine eingesetzt sind, welche Innenflächen aufweisen, die an die äußeren FUi chcn der Muffensteine anschließen. Die zum Ausgleich zwischen Leitwand und ebener seitlicher Rekuperatorwand benötigten Steine mögen verschiedene Formen aufweisen, doch ist die Verwendung von Randsteinen von Vorteil, die in ihrer Form zur äußeren Form der Muffensteine korrespondieren.

Bei Rekuperatoren ist eine gute Abdichtung zwischen den heißen Abgasen und den zu erwärmenden Gasen erforderlich. Der Aufbau der beiden äußeren Leitwände ist daher in doppelter Stärke vorgeseher. Eine derartige Ausführung, die in ihrer Wirksamkeit durch den Einsatz von Mörtel unterstützt werden soll, führt andererseits auch zu einer erhöhten Stabilität des in der Rekuperatorkammer eingesetzten Besatzes. Für die äußere Schicht der äußeren Leitwände lassen sich die vorerwähnten Muffensteine, Füllsteine und Randsteine verwenden, so daß bis auf die Öffnungen für die Rekuperatorrohre geschlossene Wandflächen entstehen. Demgegenüber können die zwischen den äußeren Leitwänden liegenden Leitwände Durchbrechungen aufweisen, welche durch den Fortfall der Füllsteine entstehen und welche eine gewisse Diagonalströmung der vertikal strömenden heißen Abgase ermöglichen.

Der Aufbau eines Rekuperators nach der Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung stellt dar

F i g. 1 den Aufbau eines Rekuperators mit waagerecht angeordneten Rekuperatorrohren,

F i g. 2 den Querschnitt des Rekuperators nach Fig. 1,

F i g. 3 die Verbindung und Abdichtung der Rekuperatorrohre,

Fig.A einen halbgeteilten Muffenstein in perspektivischer Ansicht.

Der Rekuperator mit waagerechten Rekuperatorrohren nach F i g. 1 besteht aus der Rekuperatorkammer 1 und dem eigentlichen Rekuperatorbesatz 2. Der Rekuperatorbesatz ist aus den Rohren 3 und den Muffensleinen 4 aufgebaut, wobei letztere die senkrechten Leitwände 5 bilden. Bei dem vorliegenden Rekuperator werden die heißen Gase 6 in den durch die Leitwändc 5 gebildeten Kanälen abwärts in den Fuchskanal 7 geführt. Die kalten Gase strömen ausgehend von der Eintrittskammer 8 durch die zu waagerechten Gaszügen zusammengefaßten Rekuperatorrohre und gelangen über die Wendekammer 9 zur Austrittskammer 10. Die äußeren Leitwände 5 sind in doppelter Stärke ausgeführt.

In der F i g. 2 sind die aus den Rohren gebildeten Rohrreihen 11 in diagonal übereinander versetzter Anordnung zu sehen. Die halbgeteilten Mufiensteine 4 sind so gesetzt, daß ihre Teilflächen 12 waagerecht und jeweils zwei äußere Flächen 13 unter einer Neigung von 45° im Steinverband verlaufen. Die zwischen den Paaren von Muffensteinen verbleibenden Öffnungen der Leitwände werden durch Füllsteine 14 geschlossen. An die Muffensteine 4 schließen zur Wand der Rekuperatorkammer die Randsteine 15 an.

In F i g. 3 sind die Enden zweier Rekuperatorrohrc 3 mit dem konisch aus der äußeren Rohrwandung hervortretenden und am Rohrende mit einer ebenen Stirnfläche abschließenden Flansch 16 dargestellt. Unter Zwischenschaltung keramischer Filze in Form einer Lochscheibe 17 zwischen den Rohrenden und in Form eines Streifens 18 zwischen den Rohrenden und dem Muffenstein 4 wird die Abdichtung und die weitgehend spannungsfreie Lagerung der Rekuperatorrohre 3 erreicht.

Die Fig.4 zeigt einen halbgeteilten Muffenstein 4 mit seiner Teilfläche 12, die aus dem regelmäßigen Achteck abgeleiteten äußeren Flächen ". und die Ausbildung von Nut 19 und Feder 20 auf den äußeren Flächen, welche im Steinverband unter 45" verlaufend angeordnet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Keramischer Rekuperator mit waagerecht zwischen Leitwänden aneinander anschließend angeordneten Rekuperatorrohren, der diese verbindende Muffensteine und zur Abdichtung zwischen Rekuperatorrohren und Muffensteinen einen Dichtungsstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekuperatorrohre (3) an den Enden mit Flanschen (16) versehen sind, die konisch an der äußeren Rohrwandung hervortreten und am Rohrende mit einer ebenen Stirnfläche abschließen, die in an sich bekannter Weise halbgeteilten Muffensteine (4) die Flansche (16) zweier aneinander anschließender Rekuperatorrohre (3) umgreifen, und keramischer Filz (17, 18) als Dichtungsstoff zwischen die Flansch-Stirnflächen und zwischen den Muffensteinen (4) und den Rekuperatorrohren eingelegt ist.

2. Rekuperator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Rekuperatorrohren (3) gebildeten Rohrreihen (11) diagonal übereinander versetzt sind.

3. Rekuperator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei den zu einer Leitwand (5) zusammengesetzten Muffensteinen (4) die Teilfläche (12), die einen Durchmesser einer Kreisöffnung fortsetzt, jeweils waagerecht verläuft und jeweils zwei äußere Flächen (13) des Muffensteins zur Teilfläche eine Neigung von 45° und zueinander eine Neigung von 90° aufweisen.

4. Rekuperator nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Flächen (13) der paarweise eine kreisförmige Öffnung bildenden Muffensteine (4) im Querschnitt ein regelmäßiges Achteck bilden und die zwischen den Paaren von Muffensteinen verbleibenden Öffnungen in den Leitwänden (5), falls erforderlich, durch quaderförmige Steine Füllsteine (14) gefüllt sind.

5. Rekuperator nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Neigung von 45° im Steinverband verlaufenden äußeren Flächen (13) der Muffensteine (4) abwechselnd mit Nut (19) und Feder (20) versehen sind.

6. Rekuperator nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Randabschluß der aus den Muffen- und Füllsteinen (4, 14) gebildeten Leitwände in der Rekuperatorkammer Randsteine (15) eingesetzt sind, welche Innenflächen aufweisen, die an die äußeren Flächen der Muffensteine anschließen.

7. Rekuperator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Leitwände (5) des Rekuperators in doppelter Stärke aufgebaut sind.