DE2608000A1

DE2608000A1 - Korrosionsgeschuetzter rohrfeld- kesselueberhitzer und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE2608000A1
Application number: DE19762608000
Authority: DE
Inventors: Andre Moreau
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1975-03-28
Filing date: 1976-02-27
Publication date: 1976-10-07
Also published as: FR2305688B1; DE2608000B2; FR2305688A1; US4033297A; DE2608000C3

Description

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Firma ELECTRICITE DE FRANCE Service National, 2, Rue Louis Murat, 75oo8 Paris (Frankreich)

Korrosionsgeschützter Rohrfeld-Kesselüberhitzer und Verfahren zur Herstellung desselben

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schutz der Rohre von Dampfkesselüberhitzern, die einem äußeren Korrosionseinfluß durch chemische Bestandteile unterworfen sind, welche während eines Verbrennungsvorgangs im Kessel auf dem Niveau der Überhitzer erzeugt werden. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf einen korrosionsgeschützten Rohrfeld-Kesselüberhitzer und ein Verfahren zum Herstellen desselben.

Die Korrosion tritt im Fall klassischer Kohle-, Heizöl- und dergleichen Kessel und jedoch noch eher bei Rückgewinnungskesseln auf, die Brennstoffe wie von einer schwarzen Flüssigkeit, Hausmüll oder industrielle Abfälle verbrennen. Um eine Korrosion der Rohre durch die schädlichen Gase oder durch die geschmolzenen Aschen zu vermeiden, die sich auf den Rohren absetzen, wurden schon mehrere Lösungen vorgeschlagen, nämlich insbesondere folgende: Ein vollständiges Überziehen der Rohre durch eine Chromschicht (Inchromierung bzw. Verchromung); Metallisieren der Rohrgruppe durch ein Lötrohr-Metallspritzverfahren; Emaillieren der Rohre. Diese drei Lösungen haben einen Nachteil: Die in den drei Fällen abgelagerte Schicht ist brüchig oder porös und nicht widerstandsfähig gegenüber· Stoßen (beispielsweise beim Anordnen der

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Rohre bzw. Rohrgruppen); es erfolgt ein Abblättern, wodurch kein zeitlich dauerhafter Schutz sichergestellt ist.

Es wurde auch schon ein Schutz durch Gehäuse oder Abschirmungen vorgeschlagen, wobei metallische Platten vor den Rohren angeordnet werden,die ein Ansetzen von Aschen sowie ein Durchströmen von Gasen zu den Rohren verhindern. Das hat die Wirkung, daß eine thermische Abschirmung zwischen die Wärmequelle sowie die Rohre gebracht und somit der Wirkungsgrad des Überhitzers vermindert werden. Ferner ist das zeitliche Verhalten der Abschirmung begrenzt. Es wurde auch eine Injektion von Produkten zur Neutralisation der schädlichen Gase vorgeschlagen, wie von Dolomit, Magnesia, Kupfersulfat, Wasserdampf usw. Diese Injektionen vermindern zwar die Geschwindigkeit des Fortschreitens der Korrosion, doch können sie diese nicht verhindern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gegenüber den genannten Verfahren bezüglich einer leichten Realisierung und Durchführung der Überhitzer verbessertes Verfahren und einen entsprechenden korrosionsgeschützten Rohrfeld-Kesselüberhitzer zu schaffen. Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Verfahren zum Schützen eines Rohrfeldes von Kesselüberhitzern gegen Korrosion, wobei die Rohre des Rohrfeldes fest miteinander verbunden sind, erfindungsgemäß dadurch aus, daß zumindest ein Teil der Oberfläche des Rohrfeldes mit einer durchgehenden Schicht aus einer feuerbeständigen Masse ummantelt wird, die eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, die gegenüber sich bei einer Verbrennung in dem Kessel ergebenden Stoffen chemisch inert ist und die ein Bindemittel enthält, welches der Masse im kalten Zustand den wesentlichen Teil ihrer Stauch- bzw. Quetschfestigkeit verleiht. Ein Kesselüberhitzer-Rohrfeld mit fest miteinander verbundenen Rohren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß eine durchgehende Schicht aus einer feuerbeständigen Masse, die eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, die gegenüber Verbrennungsprodukten des Kessels chemisch inert ist und die ein Bindemittel enthält, welches der Masse im kalten Zustand den wesentlichen Teil ihrer Stauch- bzw.- Quetschfestigkeit verleiht, zumindest einen Teil der Oberfläche der Rohrgruppe bedeckt. - 3 -

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Das neue Korrosionsschutzverfahren läßt sich auf Kesselüberhitzer anwenden, die eine Gruppe von fest miteinander verbundenen Rohren aufweisen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zumindest ein Teil des gebildeten Rohrfeldes durch eine Ummantelung aus einer feuerbeständigen Masse bedeckt, die eine gute Wärmeleitfähigkeit hat und gegenüber Verbrennungsprodukten in dem Kessel

hemisch inert ist. Es ist notwendig, daß die Rohre fest miteinander verbunden und ausreichend nahe beieinander angeordnet sind, damit ein Ablagern ainer durchgehenden und mechanisch widerstandsfähigen Ummantelung möglich ist. Vorzugsweise wird der größere Teil zumindest einer Seite des Rohrfeldes mit der Ummantelungsmasse belegt. Die Erfindung läßt sich vor allem auf Rückgewinnungskessel anwenden, die Brennstoffe, wie Hausmüll, industrielle Abfälle oder schwarze Flüssigkeit (liqueur noire) verbrennen.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Figur 1 - ein Kesselüberhitzer-Rohrfeld, auf dem nach der vorliegenden Erfindung eine durchgehende Ummantelung aus feuerbeständiger Masse abgelagert ist, in einer perspektivischen Draufsicht,

Figur 2 - die Rohrgruppe aus Figur 1 in einem Schnitt längs einer rechtwinklig zur Rohrachse verlaufenden Ebene,

Figur 3 - im Schnitt eine AusführungsVariante, bei der die Ummantelungsmasse mittels Hakengebilden aus hochwarmfestern Stahl gehalten wird, und

Figur 4 - ein bei der Ausführungsvariante aus Figur 3 benutztes Hakengebilde in Draufsicht.

In Figur 1 ist ein Feld aus metallischen Rohren nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, die einen Kesselüberhitzer bilden. Die Rohre Io sind fest miteinander verbunden. Sie sind längs ihrer Mantellinien durch Schweißraupen in einem Abstand von etwa 1 m verschweißt, mit Ausnahme eines äußersten Rohres 12, das von den anderen Rohren entfernt ist, um einen Durchgang für Gehäuse-

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befestigungsdorne zu bilden, wie es noch erläutert wird. Das Rohrfeld aus Figur 1 ist eben und über seinen Hauptteil von einer Ummantelungsschicht 16 aus Feuerfestmasse bedeckt, und zwar zumindest auf einer Seite der Ebene des Feldes. Die Ummantelungsschicht 16 ist an ihrer äußeren Oberfläche eben, und sie füllt die Hohl- und Zwischenräume zwischen den Rohren Io aus. In Figur 1 ist die Ummantelungsschicht teilweise entfernt, und man erkennt so die Oberflächen der metallischen Rohre lo, auf denen vorspringende Nasen 14 oder 'Anschläge¹ im Zickzack verteilt angeschweißt sind, wobei diese Nasen bzw. Vorsprünge dazu bestimmt sind, ein Festhalten bzw. Hemmen der Ummantelungsschicht sicherzustellen, die nicht erfaßt würde, wenn die Rohre glatt wären. Die Nasen oder Vorsprünge 14 sind relativ zur Ebene des Rohrfeldes geneigt und vollständig durch die Ummantelungsschicht 16 verdeckt.

Die äußere Oberfläche des Rohrfeldes ist nicht vollständig von der Ummantelungsmasse bedeckt.Die letzteie ist von Stangen bzw. Stäben 18 und 2o begrenzt, die zuvor zum Festlegen der Masse 16 geschweißt worden sind. Sie dienen dazu, ein Zerbröckeln bzw. Auseinanderfallen der Masse zu den Rändern des Feldes zu vermeiden. Die Stange 18 ist längs einer oberen Mantellinie eines der Rohre Io angeschweißt, während die Stange 2ο die Rohre Io quer miteinander verbindet und an einem Punkt eines jeden Rohrs angeschweißt ist.

Die Ummantelungsmasse 16 bedeckt nicht die äußersten

Rohre des Überhitzer-Rohrfeldes, denn est bevorzugt, eine ebene Ummantelungsmasse einfließen zu lassen und die Ränder des Rohrfeldes auf andere Weise zu schützen. Im vorliegenden Fall sind'hohlziegelartig angepaßte Gehäuse 22 zum Schützen der äußersten Rohre vorgesehen. Diese Gehäuse sind durch die Befestigungsdorne bzw. -stifte 2 4 festgelegt, welche durch den Zwischenraum zwischen dem äußersten Rohr 12 und den Rohren Io verlaufen. Die Gehäuse sind vorzugsweise aus einer metallischen Verbindung bzw. einer Legierung mit einem großen Gehalt an Chrom (zumindest 3o %) hergestellt. Die auf einem der Rohre Io angeschweißte Stange 18 sorgt für einen guten übergang zwischen den Gehäusen und der Oberfläche der Unmantelungsmasse. - 5 -

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Die schützenden Verfahrensschritte nach der vorliegenden Erfindung umfassen das Anschweißen der Stangen bzw. Stäbe 18 und 2o auf den Rohren, das Einfließen der Ummantelungsmasse in den durch die Stangen begrenzten Oberflächenbereich und das Anbringen der Gehäuse an den Rändern des Feldes, wenn dieses erwünscht ist.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt des Feldes aus Figur 1 für den Fall, bei dem beide Seiten des Feldes von einer Ummantelungsmasse bedeckt sind. Man sieht die Rohre lo_r ihre hervorspringenden Nasen 14, die in bezug auf die -Ebene des Feldes (durch die gestrichelte Linie 2 6 bezeichnet) geneigt sind, die auf den entgegengesetzten Mantellinien eines der Rohre angeschweißten Stangen 18, ein Gehäuse 22, das durch die Eefestigungsdorne bzw. -stifte 24 festgelegt ist, welche*zwischen den Rohren Io und dem äußersten Rohr 12 hindurchverlaufen, und schließlich die Ummantelungsmasse 16, die eine zur Ebene 26 des Feldes auf beiden Seiten derselben parallele Ebene bildet ν>ά die alle Zwischenräume zwischen den Rohren derart ausfüllt, daß statt einer welligen Oberfläche der Rohre eine durchgehende glatte Oberfläche gebildet wird.

Die zum Ausbilden der Korrosionsschutzummantelung 16 benutzte Feuerfestmasse muß eine gute thermische Leitfähigkeit haben, die vorzugsweise größer als B Kilokalorien pro Meter und pro Grad beträgt. Ferner muß sie eine gute chemische Trägheit gegenüber den Verbrennungsprodukten der Gase in dem Überhitzer haben, um eine Korrosion bzw. ein Angreifen durch die Gase wie auch ein Ansammeln von Aschen, wie von geschmolzenen Sulfaten, auf der Oberfläche des Feldes zu vermeiden. Die Feuerfestmasse muß gleichermaßen eine kleine Porosität haben, um eine Gasdiffusion der Verbrennungsprodukte durch die Schichtdicke zu vermeiden. Diese beträgt vorzugsweise ungefähr 6 mm oberhalb der höchsten Stelle eines jeden Rohrs. Die benutzte Masse muß noch eine ausreichende mechanische Kaltfestigkeit haben, um ein Handhaben und ein Anordnen des Rohrfeldes ohne eine Beschädigung desselben zu ermöglichen. Die Stauchschwelle im kalten Zustand und vor dem Einbrennen

2 ist vorzugsweise größer als 2oo kg/cm . Schließlich muß die Masse ohne Erosion ein Ausfegen· bzw. Reinigen mit unter Druck stehender

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Luft oder Dampf vertragen können. Eine gut verwendbare Sorte einer solchen Masse enthält ein phosphorsaures Bindemittel (beispielsweise Tonerdemonophosphat) oder ein Kalziumoxidaluminatßindemittel und eine Charge an Siliziumkarbid oder Graphit.

vienn die Rohre des Überhitzers nicht über ihre ganze Länge dicht sondern einfach stellenweise mit dazwischen befindlichen Zwischenräumen verschweißt sind, kann man metallische Haken vorsehen , die unter regelmäßigen Abständen in den Zwischenräumen eingesetzt werden, wobei diese Haken die vorspringenden Nasen 14 aus Figur 1 ersetzen und die ümmantelungsmasse auf dem Rohrfeld festhalten. Dies ist in Figur 3 dargestellt, wo zwei Rohre Io durch einen Spalt voneinander getrennt sind, in dem ein Haken 2 8 aus hochwarmfestem Stahl eingesetzt ist. DieserHaken hat umgebogene Abschnitte 3o und 32, um das Festhalten der ümmantelungsmasse zu ermöglichen. Die Elastizität des Hakens ermöglicht das Einführen und Halten desselben zwischen den Rohren. Figur 4 ist eine Oberansicht des Hakens 28. Diese AusführungsVariante mit dem Haken wird insbesondere dann benutzt, wenn die Rohre keine vorspringenden Nasen wie in Figur 2 aufnehmen können.

Das erfindungsgemäße Korrosionsschutzverfahren ist dann anwendbar, wenn das Rohrfeld von einer oder von zwei Seiten zugänglich ist. Gegenüber vorbekannten Korrosionsschutzverfahren hat das vorliegende Verfahren der. Vorteil, daß sich hierdurch eine erhöhte mechanische Festigkeit in Verbindung mit einer dicken Schutzschicht ergibt, ohne daß eine wesentliche Änderung der Wärmeübertragung zu dem die Rohre durchströmenden Dampf vorliegt. Das Verfahren ist gleichermaßen anwendbar auf nicht ebene Rohrfelder, während jedoch die ebenen Rohrfelder den Vorteil einer sehr leichten Herstellbarkeit haben, denn die Masse kann in eine horizontale Ummantelung gegossen werden bzw. fließen, wodurch die Vertiefungen und Zwischenräume zwischen den Rohren gleichförmig ausgefüllt werden.

Ein Beispiel für eine 2-us aminen set zurxg cer Ümmantelungsmasse mit pncsphorsaurem Bindemittel nach der vorliegenden Erfindung lautet

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wie folgt: 80 % SiC, 7 % Al₃O₃, 8 % Ton, 5 % Al (H₃PO₄)₃·
Ein Beispiel für eine Zusammensetzung der Ummantelungsmasse mit Kalziumoxidaluminat-Bindemittel nach der vorliegenden Erfindung lautet wie folgt: 81 % SiC, 11,54 % Al₃O₃, o,47 % SiO₃, 0,06 % Na₂O, 5,3o % CaO, 1,23 % Fe₃O₃, o,4 % FeO.

- Patentansprüche -

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Claims

2608Q0Ü Patentansprüche

1. Verfahren zum Schützen eines Rohrfeldes von Kesselüberhitzern gegen Korrosion, wobei die Rohre des Rohrfeldes fest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Oberfläche des Rohrfeldes mit einer durchgehenden Schicht aus einer feuerbeständigen Masse ummantelt wird, die eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, die gegenüber sich bei einer Verbrennung in dem Kessel ergebenden Stoffen chemisch inert ist und die ein Bindemittel enthält, welches der Masse im kalten Zustand den wesentlichen Teil ihrer Stauch- bzw. Quetschfestigkeit verleiht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf bei· den Seiten des aus verbundenen Rohren bestehenden Feldes eine Ummantelungsschicht aus einer feuerbeständigen Masse vorgesehen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einbringen der Masse auf die Rohre eine metallische Stange geschweißt wird, die ganz um die mit der Masse zu ummantelnde Oberfläche verläuft und die zum Begrenzen der Oberfläche der Masse dient.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Rohren vorspringende Nasen verteilt angebracht werden, um die Masse auf den Rohren festzuhalten.

5. Kesselüberhitzer-Rohrfeld mit fest miteinander verbundenen Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß eine durchgehende Schicht (16) aus einer feuerbeständigen Masse, die eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, die gegenüber Verbrennungsprodukten des Kessels chemisch inert ist und die ein Bindemittel enthält, welches der Masse im kalten Zustand den wesentlichen Teil ihrer Stauch- bzw. Quetschfestigkeit verleiht, zumindest einen Teil der Oberfläche der Rohrgruppe bedeckt.

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6. Rohrfeld nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle metallischen Rohre (lo) vorspringende Nasen (14) tragen, die an der Rohroberfläche und im Inneren der Ummantelungsmasse (16) verteilt sind.

7. Rohrfeld nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nasen (14) in bezug auf die äußere Oberfläche der Ummantelungsmasse (16) geneigt sind.

8. Rohrfeld mit fest zu einer Ebene verbundenen Rohren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelungsmasse (16) eine äußere ebene Oberfläche aufweist, die parallel zur Ebene (26) des Rohrfeldes (lo) verläuft.

9. Rohrfeld nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Hakengebilde aus hochwarmfestem Stahl in den Zwischenräumen zwischen den Rohren (lo) angeordnet sind, um die Ummantelungsmasse (16) auf der Rohrgruppe (lo) festzuhalten.

10. Rohrfeld nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Stangen- bzw. Stabgebilde (18, 2o) aufweist, welches um die gesamte Oberfläche der die Rohre (lo) bedeckenden Ummantelungsmasse (16) verläuft und mit den Rohren (lo) verschweißt ist, und zwar zumindest auf einer Seite der Rohrgruppe.

11. Rohrfeld nach einem der Ansprüche 5 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß sich metallische Gehäuse (22) um die äußersten Rohre (12) der Gruppe erstrecken, um die nicht von der Ummantelungsmasse (16) verdeckten Teile der Rohre zu schützen.

12. Rohrfeld nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Ummantelungsmasse (16) ungefähr 6 mm an der Stelle beträgt, wo die äußere Oberfläche der Ummantelungsmasse der Oberfläche der Rohre (lo) am stärksten angenähert ist.

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- Io -

13. Rohrfeld nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelungsmasse (16) eine Charge von Siliziumkarbid oder Graphit und ein Tonerdemonophosphat- oder Kalziumoxidaluminat-B indemittel enthält.

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