DE3428696C2

DE3428696C2 - Verfahren zum Verschleißschutz von Wärmeübertragungsrohren in einem Wirbelbettkessel

Info

Publication number: DE3428696C2
Application number: DE3428696A
Authority: DE
Inventors: Hiromi Hasuda Saitama Shimoda
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1983-08-05
Filing date: 1984-08-03
Publication date: 1992-02-20
Also published as: DE3428696A1; GB8419854D0; GB2146105B; GB2146105A; US4619314A

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Verschleißschutz von Wärmeübertragungsrohren (2, 23) in einem Wirbelbettkessel beschrieben. Eine Schutzeinrichtung (1, 1', 15, 15', 28) ist an einem Abschnitt eines Wärmeübertragungsrohres (2, 23) angebracht, der von Wirbelbettmaterialien ganz besonders stark angegriffen wird, so daß eine beträchtliche Abnahme der Lebensdauer eines Wärmeübertragungsrohres (2, 23) entsprechend dem durch den Angriff von Wirbelbettmaterialien verursachten Verschleiß vermieden werden kann.

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschleißschutz von Wärmeübertragungsrohren in einem Wirbelbettkessel, bestehend aus einer Schutzeinrichtung aus einem verschleißfesten Material, die an einem dem Verschleiß stark ausgesetzten Abschnitt der Außenfläche des Wärmeübertragungsrohres angebracht ist.

In einem Wirbelbettkessel werden die Bettungsmaterialien in den Ofen eingeladen und verwirbelt, so daß das Problem entsteht, daß die in das Wirbelbett eingesetzten Wärmeübertragungsrohre durch die Wirbelbettmaterialien abgenutzt werden. Die Wärmeübertragungsrohre sind dabei Wirbelbettrohre und Ofenwandrohre. Es wurden verschiedene Verfahren zur Verhinderung einer Abnutzung der Oberfläche von Wärmeübertragungsrohren vorgeschlagen, die jedoch in der Praxis nicht zufriedenstellend sind. eo

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 27 11 685 bekannt. Dort ist die Schutzeinrichtung in Form von mehreren dachziegelartigen Stahlplatten ausgebildet. Die dachziegelartigen Stahlplatten weisen mindestens einen gewellten Bereich auf b5 und sind an diesem gewellten Bereich auf einem Wärmetauscherniantel und an Nachbarplatten befestigt. Durch die Stahlplatten ergibt sich eine Reduktion der Wärmeübertragung. Außerdem ist die Anbringung der Stahlplatten aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verhinderung eines Verschleißes von Rohren in einem Wirbelbett den Gegebenheiten im Wirbelbett gezielt anzupassen, wobei der Wärmeübergang vom Wirbelbett zu den Wärmeübertragungsrohren nicht wesentlich beeinträchtigt wird und eine einfache Anbringung am zu schützenden Wärmeübertragungsrohr möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schutzeinrichtung einen im wesentlichen halbkreisringförmigen Querschnitt aufweist, daß an der Außenfläche der Schutzeinrichtung Vorsprünge vorgesehen sind, und daß die Schutzeinrichtung mittels Zapfen oder Bändern am Wärmeübertragungsrohr angebracht ist.

Durch eine derartige Ausbildung werden die Vorteile erzielt, daß die Vorrichtung zur Verhinderung eines Verschleißes der Rohre in einem Wirbelbett den Gegebenheiten im Wirbelbett gezielt angepaßt werden kann, wobei der Wärmeübergang vom Wirbelbett zu den Wärmeübertragungsrohren nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in ihrer einfachen Anbringung an einem zu schützenden Wärmeübertragungsrohr.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schutz von Wärmeübertragungsrohren gegen Verschleiß ist sehr einfach aufgebaut. Außerdem kann sie einen Verschleiß der Wärmeübertragungsrohre verhindern, so daß die Lebensdauer der Wärmeübertragungsrohre merklich verbessert werden kann, ohne eine wesentliche Abnahme der Wärmeübertragung zu verursachen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung,

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 11-11 aus Fig.l,

F i g. 3 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig.4 eine Ansicht in Blickrichtung der Pfeile IV-IV gemäß den F i g. 1 oder 3,

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie V-V gemäß den Fig. 1 oder 3,

Fig.6 einen Schnitt entlang der Schnittlinie VI-VI gemäß F i g. 3,

F i g. 7 eine Frontansicht einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung,

F i g. 8 einen Schnitt entlang der Schnittlinie VIII-VIlI aus F i g. 7,

Fig. 9 eine geschnittene Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung,

F i g. 10 einen Schnitt entlang der Schnittlinie X-X aus Fig. 9,

F i g. 11 eine geschnittene Seitenansicht einer fünften Ausführungsform der Vorrichtung,

F i g. 12 eine Ansicht entlang den Pfeilen XII-XII aus Fig. 11,

Fig. 13 eine Seitenansicht einer sechsten Ausführungsform der Vorrichtung, und

Fig. 14 einen Schnitt entlang der Schnittlinie XlV-XIV aus Fig. 13.

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung, wobei die F i g. 2 einen Schnitt ent-

lang der Schnittlinie Il-il gemäß Fig. 1 darstellt. Die Bezugsziffer ί bezeichnet eine Schutzeinrichtung aus einem verschleißfesten Gußstahl. Die Schutzeinrichtung 1 weist eine geeignete Länge und einen im wesentlichen halbkreisringförmigen Querschnitt auf, so daß die Schutzeinrichtung 1 den halbzylindrischen Oberflächenabschnitt eines Wärmeübertragungsrohres 2 in einem Wirbelbett bedecken kann. Verbindungsvorsprünge 4 und 5 erstrecken sich in tangentialer Richtung von den beiden breitseitigen Längskanten 3 der Schutzeinrichtung 1 weg. Die Verbindungsvorsprünge 4 und 5 sind mit Bolzenlöchern 6 und 7 ausgebildet und Bolzen 8 und

9 aus einem verschleißfesten Material sind zur Verbindung und zur Halterung der Schutzeinrichtung 1 in die jeweiligen Bolzenlöcher 6 und 7 eingesteckt. Ein Ende eines jeden Verbindungsbolzens 6 oder 7 hat einen Kopf

10 und das andere Ende ist mit einem Anschlag 11 versehen, der durch eine Schweißraupe oder durcii einen Stift gebildet ist, so daß die Bolzen 8 und 9 gegen ein Herausziehen aus den Bolzenlöchern 6 und 7 gesichert sind. An den Innenflächen der Verbindungsvorsprünge 4 und 5 sind auch Anschläge 12 angebracht, so daß die Bolzen 8 und 9 zusätzlich gegen ein Herausziehen aus den Bolzenlöchern 6 und 7 gesichert sind. Angreifzapfen 13 sind in der Nähe der breitseitigen Längskanten 3 der Schutzeinrichtung 1 und in der Nähe der inneren Endflächen der Verbindungsvorsprünge 4 und 5 angeschweißt, so daß sowohl eine Verschiebung der Schutzeinrichtung 1 in Längsrichtung des Wärmeübertragungsrohres 2 als auch eine Drehung der Schutzeinrichtung 1 um das Wärmeübertragungsrohr 2 verhindert wird.

Wie am besten aus den F i g. 4 und 5 ersichtlich ist, erstrecken sich an der unteren Außenfläche der Schutzeinrichtung 1 in axialer Richtung des Wärmeübertragungsrohres 2 zwei Vorsprünge 14, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Eine Vielzahl sich umfangsmäßig erstreckender Vorsprünge 21 sind zwischen die sich axial erstreckenden Vorsprünge 14 eingefügt, die voneinander in axialer Richtung beabstandet sind. Eine Vielzahl Zapfen 22 aus einem verschleißfesten Material erstrecken sich an der unteren Oberfläche der Schutzeinrichtung 1 in Bereichen 20, von denen jeder durch die Vorsprünge 14 und 21 umgeben ist, und Matrizenfeldern ähnlich angeordnet sind. Die Wirbelbettmaterialien, die im Wirbelbett in Richtung der in F i g. 2 dargestellten Pfeile nach oben strömen, stoßen gegen die Vorsprünge 14 und 21 und gegen die Zapfen 22 und werden dabei abgebremst, wodurch der Verschleiß der Schutzeinrichtung 1 vermindert wird. Außerdem werden die Wirbelbettmaterialien mit den Vorsprüngen 14 und 21 in Kontakt gebracht, so daß die Wirbelbettmaterialien an den Ecken der Ausnehmungen, die durch die Vorsprünge 14 und 21 und die Schutzeinrichtung 1 festgelegt werden, angesammelt werden, und neue Wirbelbettmaterialien gegen die an den Ecken angesammelten Wirbelbettmaterialien stoßen. Damit kann ein Verschleiß der Ecken oder Verbindungsstellen zwischen den Vorsprüngen 14 und 21 und der Schutzeinrichtung 1 verhindert werden. Eine Schutzeinrichtung Γ ist zur Anbringung an ein gebogenes oder gekrümmtes Teil des Wärmeübertragungsrohres 2 geeignet. In der Schutzeinrichtung Γ ist der Abstand zwischen den Verbindungsvorsprüngen 4 und 5 kleiner, so daß zur sicheren Positionierung der Schutzeinrichtung Γ nur ein Zapfen 13 vorgesehen zu sein braucht. Eine derartige Schutzeinrichtung Γ kann an ihrer unteren Außenfläche mit Vorsprüngen 14 und 21 und mit Zapfen 22 versehen sein.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, wird das Wärmeübertragungsrohr 2 in ein Wirbelbett eines Wirbelbettkessels geneigt eingesetzt. Um die einen Verschleiß verhindernde Vorrichtung der oben beschriebenen Art enilang dem Wärmeübertragungsrohr 2 anzuordnen oder anzubringen, wird die Schutzeinrichtung 1 entlang der unteren Halbfläche des Wärmeübertragungsrohres 2 eingepaßt und die Bolzen 8 und 9 durch die Löcher 6 und 7 der Verbindungsvorsprünge 4 und 5 durchgesteckt. Anschließend werden die Anschläge 11 und 12 zum Verhindern eines Herausziehens der Bolzen 8 und 9 aus den Bolzenlöchern 6 und 7 angebracht. Damit ist die Schutzeinrichtung 1 dicht mittels der Bolzen 8 und 9 entlang dem Wärmeübertragungsrohr 2 angepaßt. Anschließend werden die Zapfen 13 in der Nachbarschaft der breitseitigen Längskanten 13 der Schutzeinrichtung 1 und in der Nähe der Verbindungsvorsprünge 4 und 5 angeschweißt. Damit kann die Verschiebung der Schutzeinrichtung 1 in axialer Richtung des Wärme-Übertragungsrohres 2 und eine Drehung der Schutzeinrichtung 1 um das Wärmeübertragungsrohr 2 verhindert werden, so daß die Schutzeinrichtung 1 sicher in der richtigen Position gehalten werden kann.

Wie oben beschrieben worden ist, passen die Schutzeinrichtungen 1 und 1' auf das Wärmeübertragungsrohr 2, um die untere Halbfläche des Wärmeübertragungsrohres 2, die durch Wirbelbettmaterialien am meisten angegriffen wird, zu bedecken. Auf diese Weise kann ein Verschleiß des Wärmeübertragungsrohres 2 wirksam verhindert werden. Zusätzlich sind die Vorsprünge 14 und 21 und die Zapfen 22 an der unteren Halbfläche der Schutzeinrichtungen 1 und 2 vorgesehen, so daß Wirbelmaterialien in ihrer Strömung in Richtung der in F i g. 2 dargestellten Pfeile abgebremst werden. Dadurch können die rechte und die linke Seitenfläche der Schutzeinrichtungen 1 und Γ und die obere rechte und die obere linke Oberfläche des Wärmeübertragungsrohres 2 gegen einen starken Angriff durch Wirbelbettmaterialien geschützt werden. Die im Wirbelbett vorhandene Wärme wird durch die Schutzeinrichtungen 1 und Γ an das Wärmeübertragungsrohr 2 übertragen, wenn die Wirbelbettmaterialien gegen die Schutzeinrichtungen 1 und Γ stoßen. Die obere Hälfte des Wärmeübertragungsrohres 2 liegt frei, so daß die Wärme vom Wirbelbett wirksam auf das Wärmeübertragungsrohr 2 übertragen werden kann. Daraus resultiert, daß selbst dann, wenn die Schutzeinrichtungen 1 und Γ auf das Wärmeübertragungsrohr 2 passen, die Wärmeübertragung nicht wesentlich nachteilig beeinflußt wird. Außerdem können die Schutzeinrichtungen 1 und Γ leicht mittels der Bolzen 8 und 9 und der Zapfen 13 am Wärmeübertragungsrohr 2 angebracht werden.

Die F i g. 3 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung. Schutzeinrichtungen 15 und 15' mit einem halbkreisförmigen Querschnitt sind mittels einer Vielzahl Bänder 16 und 17, die angeschweißt sind, an einem Wärmeübertragungsrohr 2 angebracht. Ein Zapfen 19 zur Verhinderung einer Drehung der Schutzeinrichtung 15 oder 15' erstreckt sich vom Wärmeübertragungsrohr 2 weg, so daß die Schutzeinrichtung 15 oder 15' sicher in Position gehalten werden kann. Wie im Fall der ersten Ausführungsform erstrecken sich die Vorsprünge 14 und 21 und die Zapfen 22 von der unteren Außenfläche der Schutzeinrichtung 1 weg.

Die Wirbelbettmaterialien stoßen gegen die Schutzeinrichtungen 15 und 15', so daß die Wärme an eine durch das Wärmeübertragungsrohr 2 strömende Flüssigkeit übertragen wird. Die mit den Schutzeinrichtun-

gen 15 und 15' in Kontakt gebrachten Wirbelbettmaterialien werden gezwungen, in axiale und in Umfangsrichtung zu strömen und gegen die Zapfen 22 oder gegen die Vorsprünge 14 zu stoßen, so daß die Wirbelbettmaterialien abgebremst werden. Auf diese Weise kann ein Verschleiß des Wärmeübertragungsrohres 2 und der Schutzeinrichtungen 15 und 15' selbst verhindert werden.

Die erste und die zweite Ausführungsform der Vorrichtung wurden derart beschrieben, daß sie an einem geneigten Wärmeübertragungsrohr 2 angeordnet oder angebracht werden, aber es ist selbstverständlich auch möglich, die Schutzeinrichtungen an einem Wärmeübertragungsrohr anzubringen, das sich in horizontaler Richtung erstreckt.

Die Fi g. 7 und 8 zeigen eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung, in welcher Schutzeinrichtungen 28 an Wärmeübertragungsrohren 23 angebracht sind, welche Ofenwände bilden. Die Wärmeübertragungsrohre 23 erstrecken sich in vertikaler Richtung parallel zueinander und sind mittels Rippen 24 miteinander verbunden, so daß Gase nicht in die Umgebung 26 des Ofens entweichen können. Von den Rippen 24 erstrecken sich Bolzen 27 in horizontaler Richtung in das Innere 25 des Ofens. Die Schutzeinrichtungen 28 zum Bedecken der inneren Oberflächen der Wärmeübertragungsrohre 23, die aus einem verschleißfesten Material bestehen, sind mit den Bolzen 27 und mit in Ausnehmungen 29 vorhandenen verschleißfesten Muttern 30 sicher befestigt.

Die Schutzeinrichtungen 28 besitzen gekrümmte Flächen, so daß sie mit den inneren Oberflächen der Wärmeübertragungsrohre 23 in enge Berührung gebracht werden können.

Die Schutzeinrichtungen 28 verhindern einen Verschleiß der Wärmeübertragungsrohre 23. Die Wärme wird durch die Schutzvorrichtungen 28 an die Wärmeübertragungsrohre 23 übertragen, wenn wirbelnde Medien gegen die Schutzeinrichtungen 28 stoßen. In der dritten Ausführungsform können die Schutzeinrichtungen 28 an den Innenflächen der Wärmeübertragungsrohre 23 mittels Bolzen 27 und Muttern 30 angebracht oder von ihnen entfernt werden, so daß die Anbringung der Schutzeinrichtungen 28 wesentlich erleichtert werden kann. Außerdem können neue Schutzeinrichtungen 28 sehr einfach gegen abgenutzte Schutzeinrichtungen 28 ausgetauscht werden.

Die F i g. 9 und 10 zeigen eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung, in welcher sich horizontale Rippen 31 aus einem verschleißfesten Material von den Innenflächen der Wärmeübertragungsrohre 23 nach innen erstrecken, die voneinander in vertikaler Richtung einen geeigneten Abstand aufweisen.

Die Fig. 11 und 12 zeigen eine fünfte Ausführungsform der Vorrichtung. Dabei erstreckt sich eine vertikale Rippe 32 aus einem verschleißfesten Material von der horizontalen Rippe 31 nach oben.

Die Fig. 13 und 14 zeigen eine sechste Ausführungsform der Vorrichtung. Eine Vielzahl horizontaler Zapfen 33 aus verschleißfestem Material erstreckt sich von der Innenfläche der Wärmeübertragungsrohre 23 zwisehen benachbarten horizontalen Rippen 31 nach innen.

Wenn Wirbelbettmaterialien gegen diese horizontalen und vertikalen Rippen 31 und 32 und gegen die horizontalen Zapfen 33 stoßen, werden sie abgebremst, so daß ein Verschleiß der Wärmeübertragungsrohre 23 verhindert werden kann. d. h. sie dienen als Schutzeinrichtungen. Außerdem bedecken die horizontalen und vertikalen Rippen 31 und 32 und die horizontalen Zapfen 33 die Innenfläche der Wärmeübertragungsrohre nicht vollständig, so daß ein ausgezeichneter Wärmeübergang sichergestellt werden kann. Deshalb können die horizontalen und die vertikalen Rippen 31 und 32 und die horizontalen Zapfen 33 an Abschnitten der Oberfläche der Wärmeübertragungsrohre angebracht sein, die durch die Wirbelbettmaterialien weniger angegriffen werden, und an welchen die Absenkung der Wärmeübertragung nicht erwünscht ist. So ist es beispielsweise möglich, die zuletzt genannten Rippen und Zapfen in Kombination mit Schutzeinrichtungen zu verwenden, wie sie in Bezug zu den Fig. 1, 3 und 7 beschrieben worden sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verschleißschutz von Wärmeübertragungsrohren, in einem Wirbelbettkessel, bestehend aus einer Schutzeinrichtung (1. Γ; 15,15'; 28) aus einem verschleißfesten Material, die an einem dem Verschleiß stark ausgesetzten Abschnitt der Außenfläche des Wärmeübertragungsrohres (2; 23) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung (1, Γ; 15, 15') einen im wesentlichen halbkreisringförmigen Querschnitt aufweist, daß an der Außenfläche der Schutzeinrichtung (1; 15) Vorspränge (14; 21) vorgesehen sind, und daß die Schutzeinrichtung (1, Γ; 15,15') mittels Zapfen (8, 9) oder mittels Bändern (16, 17) am Wärmeübertragungsrohr (2) angebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenfläche der Schutzeinrichtung (1; 15) Zapfen (22) angebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung (1, Γ; 15, 15') im Bezug zum Wärmeübertragungsrohr (2) mittels Zapfen (13,19) positioniert ist.

4. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsrohre (23) mittels Verbindungsrippen (24) verbunden sind, und daß die Schutzeinrichtung (28) mittels Bolzen (27) an einer Verbindungsrippe (24) des Wärmeübertragungsrohres (23) angebracht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar am Wärmeübertragungsrohr (23) der Strömung der Wirbelbettmaterialien widerstehende Rippen (31) angebracht sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar am Wärmeübertragungsrohr (23) der Strömung von Wirbelbettmaterialien widerstehende Zapfen (33) angebracht sind.

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