DE3333764C2 - Keramischer Rekuperator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rekuperator mit senkrecht angeordneten Rekuperatorrohren. Die Rekuperatorrohre sind so aufgebaut, daß sie ineinandergesteckt werden können und die Abdichtung optimal erreicht wird. Ebenso sind die Dehnungskompensationen in horizontaler wie in vertikaler Richtung voll gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft einen keramischen Rekuperator mit übereinander angeordneten zusammengefügten Keramikrohrlagen, deren Rohre an einem ersten Ende einen Flansch aufweisen, der ein Rohrende eines übergeordneten Rohres an dem zweiten Ende in einer gasdichten Muffenverbindung aufnimmt, wobei zwischen den einzelnen Rohrlagen eine Platte angeordnet ist.

Ein derartiger Rekuperator ist aus der DE-AS 69 336 bekannt. Er dient dazu, die Abgaswärme aus stark verschmutzten Abgasen hoher Temperaturen mittels Vorwärmung von Luft oder anderen nicht brennbaren, gasförmigen Medien zurückzugewinnen. Die optimale Arbeitsweise 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.

Bei dem bekannten Rekuperator bestehen die Wärmetauschrohre des Rekuperators aus Rohrstücken, die, wie beispielsweise bei Muffenrohren, durch Ineinar;-derstecken ihrer Enden zu einem Rohrstrang vereinigt sind und in Tragböden dergestalt abgestützt oder aufgehängt sind, daß sie keine Druckbeanspruchung in axialer Richtung erfahren.

Die DE-PS 8 80 677 beschreibt ein Verfahren zum Abdichten von Zement- und Schleuderbetonrohren unter Verwendung eines kalt quetschbaren, plastischen Dichtungsmaterials, wobei das in die Abdichtungsstelle von zwei Rohren vor deren Zusammenfügen eingebrachte Dichtungsmaterial vorgeformt und den Dimensionen derart angepaßt ist, daß durch den beim Zusammenstoßen der Rohre erzeugten Druck die Fugen der Dichtungsstelle ausgefüllt werden.

In der GB-PS 4 00 720 ist ein Wärmetauscher veröffentlicht, der aus keramischen Rohren mit geschliffenen Dichtflächen aufgebaut ist

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, den Rekuperator so zu konstruieren, daß in vertikaler Richtung einerseits und in horizontaler Richtung andererseits eine gute Dehnungskompensation gewährleistet ist, daß eine optimale Abdichtung der zusammengesetzten Rohre erfolgt, daß der Rekuperator auf der Abgasseite in einfacher Weise zu reinigen ist und daß das Abdichten an den Eintritts- und Austrittsstellen der Rauchgase gegenüber den vorzuwärmenden Medien optimal erreicht ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Platte durch quadratische Flansche der ersten Rohrenden gebildet ist, die gasdicht aneinander grenzen und zur Ausbildung der Muffenverbindung die ersten Rohrenden eine im Längsschnitt treppenförmige Dichtfläche aufweisen und die zweiten Rohrenden eine horizontale Dichtfläche aufweisen, an die sich ein konischer ringförmiger Zap^fen anschließt.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Rohres besteht darin, daß die treppenförmige Abdichtung der Rekuperatorrohre zwei Stufen aufweist, wobei die obere Stufe aus einer senkrechten Fläche und aus einer horizontalen, ringförmigen, geschliffenen Auflagefläche gebildet wird und die sich anschließende Stufe eine konisch nach innen weisende Fläche und eine ringförmige Dichtfläche besitzt, die bis zur Rohrinnenwand der Rekuperatorrohre reicht. Die Dichtung ergibt sich in folgender Weise: Die geschliffene Auflagefläche wird von zwei vertikalen Dichtfugen, die mit Dichtmaterial gefüllt sind, gegen Verunreinigungen geschützt. Die konisch ausgebildete Dichtfuge und die auf der heißen Seite liegende horizontale Fuge werden mit Kitt gefüllt.

Vorgesehen ist ferner, daß die sich beim Zusammenfügen zweier Rohre ergebende Dichtfuge zwischen dem konischen Zapfen und der treppenförmigen Abdichtung mit Dichtmaterial gefüllt ist.
Vorteilhafterweise bestehen die Rohre aus Siliciumcarbid SiC.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Rohre lagenweise übereinander angeordnet sind und jede Lage aus versetzt zueinander gebildeten Rohrreihen besteht, wobei die entstehenden Rohrlücken mit entsprechenden Paßstücken ausgefüllt sind.

Der Rekuperator ist aus mehreren Rohrlagen aufgebaut. Die unterste Rohrlage wird auf eine aus Stahl oder Gußeisen bestehende Lochplatte montiert. Die Rohre

dieser Lage können seitlich je eine rechteckige öffnung zum Austritt der Abgase haben. Die quadratischen Mansche der einzelnen Rohrstücke bilden am oberen Ende eine geschlossene Platte. Auf diese Platte wird die nächste Rohrlage aufgesetzt

Die Rauchgase strömen am oberen Teii des Rekuperators in eine mit feuerfestem Material ausgekleidete Umlenkkammer. Die oberen Rohrteilstücke des Rohrbündels sind so ausgebildet, daß die Zwischenräume um die Rohre mit feuerfestem Kitt gefüllt werden können. Dasselbe gilt für den Übergangsbereich am unteren Ende zum Schutz der Bodenplatte gegen Temperatureinwirkung.

Vorteilhafterweise wird der freie Raum um die Rohre dicht über der darunterliegenden Rohrlage mit feuerfestern Kitt gefüllt Die Fugen der Berührungsstellen der Flansche werden mit Filzstreifen abgedichtet

Während der Montage der nächsten Rohrlage wird der treie Raum um die Rohre ca. 20 bis 30 mm hoch mit feuerfestem Kitt gefüllt Die Nahtstellen an aen Beruhrungsstellen der Flansche werden mit 56 mm hohen Filzstreifen aus temperaturbeständiger Faser abgedichtet. Die Filzstreifen werden einseitig angeklebt und während des Einbaus bis auf 2 mm zusammengedrückt Damit ist auch der horizontalen Dehnung der Flansche Rechnung getragen. Die vertikale Dehnung des Rohrbündels erfolgt von der isolierten Stahlplatte nach oben in eine Randweichpackung aus temperaturbeständiger Faser, die mit feuerfester. Steinen gehalten wird. Die beschriebenen Dichtstellen sind so ausgebildet, daß das Rohrbündel sich frei von unten nach oben in den weichen Dichtrand aus hitzebeständigem Fasermaterial bewegen kann. Die Horizontaldehnung der Flansche wird durch die beschriebenen Filzeinlagen, die sich an jedem Flansch befinden, aufgenommen.

Die Rauchgase strömen durch die Rohre. Die zusammengesetzten Rohre bilden glattwandige, runde Rohrwände, die mit entsprechenden Werkzeugen leicht von Ansatz befreit werden können. Zur Reinigung des Rohrbündels hat der Rekuperator oben eine abnehmbare Rauchgaseinströmhaube und am unteren Ende eine Auffangkammer (Reinigungskammer). Die Kammer hat gasdicht schließbare öffnungen zur Entnahme der Verunreinigungen hat gasdicht schließbare Öffnungen zur Entnahme der Verunreinigungen. Die Rohre münden am unteren Ende offen in die Reinigungskammer.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich das Rohrbündel infolge guter Dehnungskompensation ohne zerstörende Behinderung frei bewegen kann, daß sich eine optimale Abdichtung der zusammengesteckten Rohre ergibt, daß sich der Rekuperator auf der Abgasseite in einfacher Weise reinigen läßt und daß an den Eintritts- und Austrittsstellen der Rauchgase die Abdichtung gegenüber dem vorzuwärmenden Medium (Luft) vollkommen erreicht ist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnungen erläutert. In der Zeichnung stel-H dar .

F i g. 1 eine Schnittansicht eines keramischen Rohres mit den Draufsichten A und ßder beiden Rohrenden,

F^g. 2 die Dichtung zweier zusammengesteckter RoVre,

F i g. 3 Anordnung einer Rohrlage in Draufsicht,

F i g. 4 ein Paßstück mit Draufsicht C des oberen Röhrendes,

F i g. 5 eine andere Ausführungsform eines Rohres mit Draufsicht D,

ρ j g, f> einen Längsschnitt eines keramischen Rekuperators,

F i g. 7 einen Querschnitt des Rekuperators aus Fig. 6.

In F i g. 1 ist der Längsschnitt eines keramischen Rohres 14 dargestellt mit den Draufsichten A, B der beiden Rohrenden 1,4. Der Innenquerschnitt 13 des Rohres 14 ist rund und der Außenquerschnitt 36 achteckig. Am oberen Ende 4 ist ein quadratischer Flansch 5 angefügt Das untere Ende ist als ringförmiger, konischer Zapfen 3 ausgebildet, an den sich eine ringförmige Dichtfläche 2 anschließt Im Inneren des quadratischen Flansches 5 ist die Abdichtung 6 angebracht. Sie besteht aus zwei Stufen 7,8. Die obere Stufe 7 besteht aus einer senkrechten Fläche 9 und einer geschliffenen, ringförmigen Auflagefläche 10, an die sich die zweite Stufe 8 in Form einer nach innen konisch geneigten Fläche 11 und einer waagerechten Dichtfläche 12 anschließt

F i g. 2 zeigt in Schnittansicht zwei zusammengesteckte Rohre 14,16. Der Zapfen 3 des Rohres 14 wird in die Abdichtung 6 des Rohres 16 gesteckt Die ringförmige Dichtfläche 2 liegt auf der geschliffenen Auflagefläche 10 auf. Die entstehende Dichtfuge 15 ist mit Dichtmaterial 17 gefüllt

Fig.3 zeigt die Anordnung mehrerer Rohre 19 zu einer Rohrlage 22 in Draufsicht Die quadratischen Flansche 5 sind zu versetzt nebeneinanderliegenden Rohrreihen 23 aneinandergefügt Die entstehenden Randlücken 24 werden mit Paßstücken 25 ausgefüllt

In F i g. 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen von Rekuperatorrohren dargestellt. Fig.4 zeigt das Paßstück 25 mit Draufsicht C zum Ausfüllen der Randlükken 24 der Rohrlage 22 in F i g. 3. Das Paßstück 25 ist in Längsrichtung ein halbes Rohr. Die halbe Rohröffnung wird entweder mit feuerfester Masse gefüllt oder das Paßstück wird als Vollstück gefertigt. F i g. 5 zeigt ein verkürztes Rohr 37 mit Draufsicht D mit Zapfen 38. Diese Art Rohre sind für die oberste Lage des Rohrbündels im Rekuperator vorgesehen, die in die Rauchgaseinströmhaube 31 von F i g. 7 einmünden.

F i g. 6 zeigt einen möglichen Aufbau eines Rekuperators. Er besteht aus einem Gehäuse 33 mit Lufteintritts-34 und Luftaustrittsöffnung 35. In dem Gehäuse 33 ist das Rohrbündel 39 untergebracht. Das Rohrbündel 39 besteht aus mehreren Rohrlagen 29, wie sie in F i g. 3 beschrieben sind. Das Gehäuse 33 ist oben mit einer abnehmbaren Rauchgaseinströmhaube 31 und unten mit einer Auffangkammer 32 abgeschlossen. Die Rohre der untersten Rohrlage 26 sind auf einer Lochplatte aus Stahl oder Guß montiert. Zur Abdichtung der Eintrittsund Austrittsstellen der Abgase gegenüber dem vorzuwärmenden Medium wird der freie Raum 28 der Rohrlage 26 mit feuerfestem Kitt gefüllt. Die Fugen 30 an den Berührungsstellen der Flansche werden mit Filzstreifen aus einer ca. 4 mm dicken temperaturbeständigen Faser abgedichtet. Die Filzstreifen werden einseitig angeklebt und während des Einbaus auf ca. 2 mm zusammengedrückt. Damit ist der horizontalen Dehnung der Flansche Rechnung getragen.

Die vertikale Dehnung des Rohrbündeis 39 erfolgt von der isolierten Stahlplatte nach oben in einer Randweichpackung aus temperaturbeständiger Faser, die mit feuerfesten Steinen 40 gehalten wird.

Die oberste Rohrlage 41 des Rohrbündels 39 besteht aus den in F i g. 5 dargestellten Rohren 37 ohne quadratischen Flansch.

Die heißen Rauchgase strömen durch die Gaseintrittsöffnung 42 in die Rauchgaseintrittshaube 31 und von dort in das Rohrbündel 39. Die Rauchgaseintritts-

haube 31 ist mit feuerfestem Material umkleidet. Die Rauchgase strömen durch die Rohre nach unten. Die zusammengesetzten Rohre bilden glattwandige, runde Rohrwände, die mit entsprechenden Werkzeugen leicht von Ansätzen befreit werden können. Die abgekühlten Rauchgase werden in die Auffangkammer 32 geleitet und dann durch die Gasaustrittsöffnung 43 abgezogen.

Zur Stabilisierung des Rohrbündels 39 sind in bestimmten Abständen feuerfeste Schichten 414 vorgesehen.

F i g. 7 zeigt einen Querschnitt durch die Rohrlagen des Rekuperators in F i g. 6.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

15

20

35

40

45

50

55

60

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Keramischer Rekuperator mit übereinander angeordneten zusammengefügten Keramikrohrlagen, deren Rohre an einem ersten Ende einen Flansch aufweisen, der ein Rohrende eines übergeordneten Rohres an dem zweiten Ende in einer gasdichten Muffenverbindung aufnimmt, wobei zwischen den einzelnen Rohrlagen eine Platte angeordnet ist, d a durch gekennzeichnet, daß die Platte durch quadratische Flansche (5) der ersten Rohrenden (4) gebildet ist, die gasdicht aneinander grenzen und zur Ausbildung der Muffenverbindung die ersten Rohrenden (4) eine im Längsschnitt treppenförmige Dichtfläche (6) aufweisen und die zweiten Rohrenden (1) eine horizontale Dichtfläche(2) aufweisen, an die sich ein konischer ringförmiger Zapfen (3) anschließt

2. Keramischer Rekuperator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lage aus versetzt zueinander gebildeten Rohrreihen (23) besteht, wobei die entstehenden Rohrlücken (24) mit entsprechenden Paßstücken (25) ausgefüllt sind.

3. Keramischer Rekuperator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fugen (30) der Berührungsstellen der Flansche (5) mit Filzstreifen abgedichtet sind.

4. Keramischer Rekuperator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die treppenförmige Dichtfläche (6) der Rohre (14,19) zwei Stufen aufweist, wobei die obere Stufe (7) aus einer senkrechten Fläche (9) und aus einer horizontalen, ringförmigen geschliffenen Auflagefläche (10) gebildet wird und die sich anschließende Stufe (8) eine konisch nach innen weisende Fläche (11) und eine ringförmige Dichtfläche (12) besitzt, die bis zur Rohrinnenwand (13) der Rohre (14,19) reicht.

5. Keramischer Rekuperator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich beim Zusammenfügen zweier Rohre (14, 16) ergebende Dichtfläche (15) zwischen dem konischen Zapfen (3) und der treppenförmigen Abdichtung (6) mit Dichtmaterial (17) gefüllt ist.

6. Keramischer Rekuperator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (14,19) aus SiC bestehen.