DE60221336T2

DE60221336T2 - Verfahren zur Befestigung von feuerfester Struktur als Schutz für Wasserrohre

Info

Publication number: DE60221336T2
Application number: DE60221336T
Authority: DE
Inventors: Yasunori Yokohama-shi Terabe; Keita Yokohama-shi Inoue; Yuji Yokohama-shi Nakagawa; Kentaro Kanazawa-ku Yokohama-shi Saeki
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2022-11-13
Also published as: SG109999A1; TW200304532A; EP1312882B1; JP2003148713A; JP3842997B2; EP1312882A2; US6837015B2; US20030089072A1; EP1312882A3; DE60221336D1; ATE368205T1; TWI297068B

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine feuerfeste Struktur, welche die Wand von in Verbrennungsanlagen, Heizkesseln und dgl. zum Kühlen und zum Wärmeaustausch installierten Wasserrohren vor der Hochtemperaturgasumgebung darin schützt. Insbesondere bezieht sie sich auf eine schützende feuerfeste Struktur und ein Verfahren zu deren Installation, das bei Wasserrohrwänden mit Krümmungen oder Biegungen implementiert werden kann.
Beschreibung des Standes der Technik
Wasserrohre sind in Müllverbrennungsanlagen, Heizkesseln und dgl. installiert, um die Hochtemperaturgasumgebung zu kühlen oder einen Wärmeaustausch durchzuführen, wobei diese Wasserrohre nicht nur vor der Hochtemperaturgasumgebung geschützt sind, sondern auch vor der Abtragung von Flugasche oder vor Korrosion durch die Installation von feuerfesten Ziegeln oder feuerfesten gießbaren Strukturen um die Verbrennungsanlagen-/Ofenwände herum.
Solche Wände von Wasserrohren sind beispielsweise in sogenannten Stoker-Verbrennungsanlagen 50 an der Innenseite der Verbrennungsanlagenwände 56 installiert, wie in 9 gezeigt ist. Die Stoker-Verbrennungsanlage 50 ist aus einer Mülleinlassöffnung 51, einem Rost 53, einer Aschenabführöffnung 45, einem Luftzuführkanal 55 und einem Freibord 52 gebildet, und Heizkessel-Wasserrohre sind an der Verbrennungsanlagenwand 56 installiert, um die durch die Verbrennung erzeugte Abwärme zurückzugewinnen. Wie in 8 gezeigt ist, ist über der gesamten Oberfläche der Innenwand der Verbrennungsanlage 56 eine Anordnung von Heizkesselrohren 10 installiert, die eine Wasserrohrwand 26 aufweisen.
Diese Oberfläche ist durch feuerfeste Ziegel 25, einen feuerfesten Block, feuerfestes gießbares Material oder anderes feuerfestes Material bedeckt.
Die Brennkammern von Verbrennungsanlagen, wie z.B. Stoker-Verbrennungsanlagen 50, oder diejenigen in Heizkesseln oder dgl. haben eine Anzahl von Öffnungen, wie z.B. einen Luftkanal 55, sowie eine Öffnung (Mannloch zum Zugang von Wartungsarbeitern zum Durchführen einer Wartung, sowie Öffnungen zum Einführen von Überwachungsinstrumenten, wie z.B. einem Thermometer. Die vorgenannten Wasserrohre 10 müssen so installiert werden, dass sie solche Öffnungen umgehen. Demgemäß gibt es eine Anzahl von Bereichen, in denen Wasserrohre 10 mehrere Biegungen aufweisen und denen es einer regelmäßig angeordneten Struktur ermangelt, wie z.B. die um den Thermometersitz 24, das Mannloch 22, die Überwachungsinstrument-Einsetzöffnungen und die Luftkanäle herum.
Im Stand der Technik wurden in diesen Bereichen ein feuerfestes Gussmaterial oder speziell geformte feuerfeste Ziegel um Öffnungen und dgl. installiert, wo die Wasserrohre eine komplexe Form aufwiesen.
Beim Installieren feuerfesten Materials, wie z.B. der vorgenannten feuerfesten Ziegel, die eine feste Form aufweisen, würden aber die Kosten infolge der Notwendigkeit, verschiedene unterschiedliche Arten von feuerfestem Material herzustellen, um sich in der Form den Biegungen um die einzelnen Öffnungen anzupassen, ansteigen. Ferner war aufgrund der Notwendigkeit dieser individuellen, komplex geformten feuerfesten Materialien sowohl ihre Herstellung als auch ihre Installation äußerst schwierig.
Andererseits konnte das feuerfeste Gießmaterial, das amorph ist, einfach an Ort und Stelle installiert werden, die Präzision aber, mit der es installiert war, variierte je nach der Geschicklichkeit jedes Arbeiters, und ihre Langlebigkeit war geringer als die der feuerfesten Materialien mit feststehender Form, die in einer Fabrik gepresst und gebrannt wurden.
Da insbesondere dann, wenn eine Verbrennung in einer Zone höherer Temperatur als bei üblicherweise verwendeten Verbrennungsanlagen durchgeführt wurde, es notwendig war, dass die feuerfeste Struktur die gesamte Oberfläche einschließlich des Bereichs der Rohrbiegungen 21 vor den hohen Temperaturen schützte, wurden feuerfeste Ziegel oder dgl. herkömmlicherweise entlang der gesamten Wand der Verbrennungsanlage in den Bereichen um den vorgenannten Freibord 52 und den Rost 53 herum sowie um die oben beschriebenen Bereiche nahe den Öffnungen, wo die Wasserrohre gebogen waren, installiert. Dies ergab eine Zunahme des Oberflächenbereichs, in dem die feuerfeste Struktur eine komplexe Form aufwies, und machte die vorgenannten feuerfesten Ziegel sehr kostspielig. Da außerdem die Langlebigkeit des vorgenannten feuerfesten Gießmaterials instabil ist, bestand eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Wasserrohre freilagen und beschädigt wurden.
EP-A-1310731 , die den Stand der Technik gemäß Art 54 (3) und (4) EOC darstellt, offenbart ein Verfahren zum Bilden einer feuerfesten Struktur zum Schutz von Wasserrohren einer Wasserrohrwand in einer Brennkammer gegenüber einer Hochtemperaturumgebung durch Auffüllen von Konkavitäten zwischen benachbarten Wasserrohren durch Sprühen eines feuerfesten Gießmaterials auf die Wasserrohre, so dass die Wasserrohre in dem feuerfesten Gießmaterial eingebettet werden. Feuerfeste Ziegel werden anschließend über der Oberfläche des feuerfesten Gießmaterials durch Eingriff von Befestigungselementen, die an den Wasserrohren angebracht sind, mit Nuten in den feuerfesten Ziegeln sowie durch Einbringen von Mörtel zwischen das feuerfeste Gießmaterial und die feuerfesten Ziegel installiert.
DE 100 05 426 offenbart ein Verfahren zum Anbringen von feuerfesten Ziegeln an einer Wandfläche einer Brennkammer, wobei die Ziegel über den Wasserrohren in einem Abstand angebracht sind und durch Verwendung von V-förmigen Metallankern, die an den benachbarte Wasserrohre verbindenden Rippen angeschweißt sind, beabstandet gehalten werden. Anschließend wird der Zwischenraum zwischen der Innenfläche der Ziegel und den Wasserrohren durch Ausgießen mit einem feuerfesten Gießwerkstoff gefüllt.
FR-A-2495284 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer feuerfesten Struktur an einem Wandabschnitt einer Brennkammer und lehrt ebenfalls, den Zwischenraum zwischen den Rohren und den Ziegeln durch Gießen eines feuerfesten Gießwerkstoffs in den Zwischenraum zu füllen.
Abriss der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die Probleme aus dem Stand der Technik zu lösen; die Aufgaben dieser Erfindung bestehen darin, eine feuerfeste Struktur und ein Installationsverfahren zum Schützen von Wasserrohren bereitzustellen, die stabile Langlebigkeit in Hochtemperaturgasumgebungen bereitstellt, die einfach auch in Bereichen der Wasserrohrwand zu installieren ist, wo eine Biegung existiert, und die kostengünstig hergestellt werden kann.
Zur Lösung dieser Probleme offenbart diese Erfindung ein Installationsverfahren für eine feuerfeste Struktur zum Schutz von Wasserrohren, wie es in Anspruch 1 definiert ist, und eine feuerfeste Struktur, welche in den Biegungsbereichen in Verbrennungsanlagen, Heizkesseln und dgl. installierte Wasserrohrwände vor der Hochtemperaturgasumgebung schützt, wie sie in Anspruch 5 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Diese Erfindung eliminiert die Notwendigkeit der Herstellung mehrerer Arten von feuerfesten Ziegeln, indem zunächst die Oberfläche mit feuerfestem Gießwerkstoff abgeflacht wird, und zwar auch in Bereichen, in denen die Wasserrohre gebogen sind und eine komplexe Form annehmen, wie z.B. um die Luftkanäle, Mannlöcher zum Ein- und Ausstieg von Arbeitern, Einsetzöffnungen für Überwachungsinstrumente sowie ein Klinker-Abkühlungsbereich etc., wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden und eine einfache Oberfläche bereitgestellt wird, über der die feuerfesten Ziegel einfach installiert werden können.
Da ferner die feuerfeste Struktur eine Doppelschichtstruktur ist, die aus feuerfestem Gießwerkstoff und feuerfesten Ziegeln besteht, bleiben die Wasserrohre auch dann, wenn irgendeiner der feuerfesten Ziegel abfallen würde, durch den vorgenannten feuerfesten Gießwerkstoff geschützt, wodurch verhindert wird, dass die Rohre plötzlich freiliegen. Ferner wird dadurch, dass die Befestigungselemente für die vorgenannten feuerfesten Ziegel direkt von den vorgenannten Wasserrohren vorstehen, die Kühlwirkung auf die Befestigungselemente verbessert, um ihre Beschädigung durch die Hochtemperaturgase zu verhindern und um ein Abfallen der vorgenannten feuerfesten Ziegel zu vermeiden. Mörtel oder dgl. wäre zur Anwendung als Bindemittel geeignet.
Ferner ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung durch die Konfiguration gekennzeichnet, bei der der feuerfeste Gießwerkstoff derart installiert ist, dass das Verhältnis zwischen dem Radius der vorgenannten Wasserrohre und der Dicke des feuerfesten Gießwerkstoffs in den Bereich von etwa 1 : 1 bis 1,5 fällt.
Wenn dieses Verhältnis zwischen dem Radius der vorgenannten Wasserrohre und der Dicke des feuerfesten Gießwerkstoffs auf etwa 1:,, wobei der Wert von, von etwa 1 bis 1,5 reichen würde, vorzugsweise etwa 1 bis etwa 1,3, ist es somit möglich, nach der Installation des vorgenannten feuerfesten Gießwerkstoffs sicherzustellen, dass die Oberfläche der sich ergebenden feuerfesten Struktur flach ist, wobei die geeignete Einstellung des Werts von, ferner sicherstellt, dass wenn ein feuerfester Ziegel unerwarteterweise abfallen würden, der darunterliegende feuerfeste Gießwerkstoff die Wasserrohre vor einem Ausgesetzt sein schützen würde, wodurch ihr Schutz gewährleistet ist.
Ferner ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung durch die Konfiguration gekennzeichnet, bei der die feuerfeste Struktur auf Wasserrohrwänden in Stoker-Verbrennungsanlagen installiert ist, wobei die Gasrückhaltezeit zwei Sekunden oder mehr von dem Sekundärluftkanal beträgt, und die Verbrennungsanlagen-Auslasstemperatur bis zu einer Obergrenze der feuerfesten Installation etwa 900°C bis 1200°C erreicht.
Bei solchen Hochtemperaturöfen, wie z.B. Verbrennungsanlagen ergibt sich die Notwendigkeit, Wasserrohre über der gesamten Innenfläche des Ofens zu installieren, um für die Kühlung der Ofenwand zu sorgen. In der Vergangenheit war die Langlebigkeit bzw. Haltbarkeit unzureichend, wenn feuerfester Gießwerkstoff als einzige feuerfeste Struktur den Hochtemperaturgasen ausgesetzt war. Somit ist es durch Anwenden der oben beschriebenen Erfindung auf Stoker-Verbrennungsanlagen einfach, eine feuerfeste Struktur über der gesamten Innenfläche des Ofens zu installieren und die Haltbarkeit dieser Struktur zu verbessern.
Ferner umfasst gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform das Verfahren mit dem feuerfesten Gießwerkstoff außerdem vor dem Installationsverfahren für den feuerfesten Gießwerkstoff einen Drainageprozess zur Bildung von Wasser-Drainagelöchern in den Rippen, die benachbarte Stränge der Wasserrohre vereinigen und das Wasser aus den Wasserdrainagelöchern nach dem Installationsprozess der feuerfesten Ziegel abziehen. Diese Konfiguration ermöglicht es, das Wasser auf einfache Weise von der Oberfläche des vorgenannten feuerfesten Gießwerkstoffs auch nach der Installation der feuerfesten Ziegel abzuziehen.
Ferner sind weitere bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung erfindungsgemäß feuerfeste Strukturen zum Schutz von Wasserrohren, die ähnliche Wirkungen zeitigen wie das oben beschriebene Installationsverfahren.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1(a) eine weggeschnittene perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der feuerfesten Struktur dieser Erfindung zum Schützen von Wasserrohren, die in einem Bereich installiert ist, in dem die Rohre Biegungen aufweisen, und
1(b) ein Diagramm des Biegungsbereichs in der Wasserrohrwand,
2(a) eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zur Darstellung der feuerfesten Struktur zum Schützen von Wasserrohren an dem Thermometersitz, und
2(b) eine Diagramm der Thermometeröffnung,
3(a) eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der feuerfesten Struktur dieser Erfindung zum Schützen von Wasserrohren um den Mannlochbereich, und
3(b) ein Diagramm des Mannlochs,
4 ein Diagramm des Aufbaus der Wasserrohr-Schutzstruktur um das Mannloch einer Stoker-Verbrennungsanlage herum,
5 eine Schnittansicht einer doppelschichtigen Struktur gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform,
6 eine Schnittansicht einer doppelschichtigen Struktur gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform,
7 eine Schnittansicht einer doppelschichtigen Struktur gemäß einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform,
8 ein Diagramm einer Wasserrohrwand einer Stoker-Verbrennungsanlage, und
9 eine allgemeine Darstellung einer Stoker-Verbrennungsanlage.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In diesem Abschnitt werden mehrere bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Wenn auch die Größe, die Materialien, Formen, Relativpositionen und andere Aspekte der in den Ausführungsformen beschriebenen Teile nicht immer klar definiert sind, so ist der Schutzumfang der Erfindung nicht nur auf die gezeigten Teile beschränkt, die lediglich dem Zweck der Veranschaulichung dienen sollen.
1(a) zeigt eine weggeschnittene perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der feuerfesten Struktur dieser Erfindung zum Schützen von Wasserrohren, die in einem Bereich installiert ist, in dem die Rohre gebogen sind, und 1(b) ein Diagramm des Biegebereichs in der Wasserrohrwand, 2(a) eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der feuerfesten Struktur dieser Erfindung zum Schützen von Wasserrohren an dem Thermometersitz, 2(b) ein Diagramm der Thermometeröffnung, 3(a) eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der feuerfesten Struktur dieser Erfindung zum Schützen von Wasserrohren um den Mannlochbereich herum, und 3(b) ein Diagramm des Mannlochs. 4 ist ein Diagramm des Aufbaus der Wasserrohr-Schutzstruktur um das Mannloch einer Stoker-Verbrennungsanlage.
Als Beispiel für die vorliegenden Ausführungsformen befinden sich die Wasserrohrwände, an denen die feuerfeste Struktur installiert ist, in einer Stoker-Verbrennungsanlage. Solche Stoker-Verbrennungsanlagen sind Hochtemperaturöfen mit Auslasstemperaturen von etwa 900°C bis 1200°C.
Die in 1 bis 4 dargestellten Wasserrohrwände zeigen die Bereiche der Wasserrohre, an denen Biegungen auftreten, wie in 8 gezeigt ist, die schon vorher aufgeführt wurde, um den Stand der Technik zu beschreiben. 1 zeigt einen Biegungsbereich 21, der sich am Boden der Verbrennungsanlage befindet, 2 den Bereich, an dem eine Öffnung existiert, wie z.B. eine Öffnung zur Thermometerinstallation, und die 3 und 4 zeigen den Bereich eines Mannlochs 22, das zum Zugang von Arbeitern verwendet wird.
In 1 stellt 10 das den Strömungsweg für das Kühlmittel bildende Wasserrohr dar; Rippen 11 (siehe 5) verbinden benachbarte Wasserrohre 10 entweder in der Horizontal- oder der Vertikalrichtung, um eine Wasserrohrwand zu bilden. 12 stellt den feuerfesten Gießwerkstoff dar, der ein amorphes feuerfestes Material ist, das hauptsächlich aus SiC gebildet ist. 13 stellt feuerfeste Ziegel dar, die ebenso aus SiC gebildet sind, wobei der feuerfeste Gießwerkstoff 12 und die feuerfesten Ziegel 13 die feuerfeste Struktur 25 bilden.
Es gibt keine speziellen Einschränkungen bei der Verwendung von Materialien zusätzlich zu SiC bei den feuerfesten Ziegeln und dem feuerfesten Gießwerkstoff; Materialien wie Si₃N₄ oder andere, welche die Haltbarkeit oder Korrosionsbeständigkeit verbessern, können ebenfalls aufgenommen werden.
Der vorgenannte Biegebereich 21 verläuft von der Wand des Freibordbereichs zu dem Rostbereich der Ofenwand, und da es sich in einem Hochtemperaturbereich von etwa 800°C bei dieser Hochtemperatur-Stoker-Verbrennungsanlage befindet, ist es notwendig, Wasserrohre 10 zu installieren, wie sie in 1(b) gezeigt sind, und ferner die Wasserrohre 10 durch Bedecken derselben mit einer feuerfesten Struktur zu schützen, wie sie in 1(a) gezeigt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, nachdem zuerst der feuerfeste Gießwerkstoff 12 in die konkaven Bereiche in der vorgenannten Wasserrohrwand gesprüht wird, um eine flache Oberfläche zu erzeugen, die gesamte Oberfläche durch die vorgenannten feuerfesten Ziegel 13 bedeckt, die durch ein Bindemittel wie Mörtel an Ort und Stelle gehalten werden. Der feuerfeste Gießwerkstoff 12 und die feuerfesten Ziegel 13 werden durch Rückhalte- oder Befestigungselemente festgehalten, um zu verhindern, dass sie leicht abfallen.
Bei diesem Prozess wird der vorgenannte feuerfeste Gießwerkstoff 12 um die Außenumfangsflächen der vorgenannten Wasserrohre 10 herum gesprüht und aushärten gelassen. Die vorgenannten feuerfesten Ziegel 13 werden vorzugsweise in einer Fabrik durch Formgebung, Pressen und Brennen von hauptsächlich aus SiC bestehenden Materialien hergestellt, und die vorgeformten feuerfesten Ziegel 13 werden dann an der vorgenannten Rohrwand 26 installiert.
Da der vorgenannte feuerfeste Gießwerkstoff 12 eine flache Installationsfläche für den feuerfesten Ziegel 13 bot, war es möglich, flach geformte feuerfeste Ziegel 12 zu verwenden, um eine saubere Installation vorzunehmen, ohne auf die Anwendung einer Anzahl unterschiedlicher Arten von Ziegeln zurückgreifen zu müssen, um komplexe Formen zu bewältigen. Infolgedessen ist es nicht nur möglich, die Herstellungskosten zu verringern, sondern es ist auch möglich, auf einfachere Weise die feuerfeste Struktur zu installieren. Ferner bieten nach obiger Beschreibung aufgrund der doppelschichtigen feuerfesten Struktur, die aus dem feuerfesten Gießwerkstoff 12 und den feuerfesten Ziegeln 13 besteht, auch wenn irgendeiner der vorgenannten feuerfesten Ziegel 13 herabfallen sollte, der vorgenannte feuerfeste Gießwerkstoff 12 weiter einen sicheren Schutz der Wasserrohre und verhindert, dass die Rohre freiliegen.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der feuerfesten Struktur der Erfindung, die um einen Thermometersitz 24 herum installiert ist, welcher eine Thermometeröffnung 17 aufweist. Wie in 2(b) gezeigt ist, grenzt der Thermometersitz 24 an zwei parallele Wasserrohre 10a auf jeder Seite an, welche gebogen sind, um einen offenen Bereich zu bilden, in dem die Thermometeröffnung 17 positioniert ist. 2(a) ist eine Schnittansicht längs einer Linie A-A von 2(b). In der Mitte des Zwischenraums zwischen den Wasserrohrwänden 26 liegt die vorgenannte Thermometer-Installationsöffnung 17, und auf jeder Seite hiervon sind Biegungen in den Wasserrohren 10a vorhanden, um diese aufzunehmen. Somit bilden die Wasserrohre 10a um den Thermometersitz 24 herum eine unregelmäßige Rohrwandanordnung.
Der feuerfeste Gießwerkstoff 12 ist auf der Seite des Hochtemperaturgases, mit anderen Worten der der Innenseite des Hochofens zugewandten Seite der vorgenannten Wasserrohrwand 26 zumindest bis dahin installiert, wo die zwischen der Wasserrohrwand ausgebildeten Nuten bzw. Rillen vollständig aufgefüllt sind, um eine flache Oberfläche zu bilden. Außerdem werden die flachen feuerfesten Ziegel 13 mit einem Bindemittel wie Mörtel über der Oberfläche des feuerfesten Gießwerkstoffs 12 installiert.
Zusätzlich haben die vorgenannten Wasserrohre 10 L-förmige Haken 15, die zur Innenseite des Hochofens hin vorstehen. Die vorgenannten feuerfesten Ziegel 13 sind so strukturiert, dass sie mit diesen in Eingriff kommen.
Außerdem sind benachbarte Wasserrohre 10 durch Rippen 11 verbunden, die vorstehende Y-förmige Anker 14 aufweisen, welche als Rückhalteelemente dienen, um den vorgenannten feuerfesten Gießwerkstoff 12 an Ort und Stelle zu halten.
Somit verbessert das Vorsehen von Befestigungselementen, welche die feuerfesten Ziegel mit den vorgenannten Wasserrohren 10 in Eingriff bringen, die Kühlwirkung für die Befestigungselemente, verhindert eine Beschädigung der Befestigungselemente durch die hohen Temperatur und verbessert ihre Haltbarkeit. Dies ermöglicht es, ein Herabfallen der vorgenannten feuerfesten Ziegel 13 zu vermeiden.
Die Befestigungselemente und Rückhalteelemente für die vorgenannten feuerfesten Ziegel 13 und den feuerfesten Gießwerkstoff 12 werden am günstigsten aus Materialien hergestellt, die Wärmedehnungsraten aufweisen, die sich nur wenig von der der Wasserrohre 10 unterscheiden. Ihren Formen müssen nicht auf die oben beschriebenen L-förmigen Haken 15 oder Y-förmigen Rückhalteelemente 14 beschränkt sein, solang sie denselben Zweck erfüllen.
3, eine Schnittansicht längs einer Linie B-B von 4, zeigt eine dritte Ausführungsform einer feuerfesten Struktur gemäß dieser Erfindung. 4 zeigt eine um ein Mannloch 22 herum installierte feuerfeste Struktur, die es Arbeitern ermöglicht, zur Wartung und dgl. einzutreten und auszutreten.
Dieser Mannlochbereich 22, der als Beispiel in 3(a) und 4 gezeigt ist, hat insgesamt sechs Wasserrohre 10, drei auf jeder Seite, die gebogen sind, um ein Mannloch 18 zu bilden. Unter den vorgenannten sechs Wasserrohren sind die zwei in der Mitte 10b, 10b gebogen und überlagern benachbarte Wasserrohre 10c, 10d, und ferner sind die Wasserrohre 10c und 10c von der Verbrennungsanlage nach außen gebogen, um eine Interferenz mit den vorgenannten Rohren 10b zu vermeiden. Somit haben in dem Bereich des Mannlochs 22 die Wasserrohre 10 komplexe Biegungen, die eine dreidimensionale Struktur bilden.
Wie in 3(a) gezeigt ist, wird für diese dritte Ausführungsform ein erster feuerfester Gießwerkstoff 12 verwendet, um die Zwischenräume zwischen den Wasserrohren 10, 10b, 10c und 10d aufzufüllen, um eine flache Oberfläche zu erzeugen, die der Innenseite der Verbrennungsanlage zugewandt ist, und anschließend werden flache feuerfeste Ziegel 13 mit Mörtel installiert. Ferner umfasst die Struktur L-förmige Haken 15, die um die Wasserrohre 10 herum eingesetzt sind und zur Innenseite der Verbrennungsanlage hin vorstehen, und die mit der L-förmigen Nut bzw. Rille in Eingriff kommen, welche in den vorgenannten feuerfesten Ziegeln ausgebildet ist, um die Ziegel an Ort und Stelle zu halten.
Diese Art von Aufbau ermöglicht ist, eine feuerfeste Struktur zu installieren, welche Wasserrohrwände mit komplexer Form vollständig schützt, indem lediglich eine Art oder einige wenige Arten von feuerfesten Ziegel(n) verwendet wird.
Die 5 bis 7 zeigen Schnittansichten von Befestigungs- und Halterungsstrukturen für die vorgenannten feuerfesten Ziegel und feuerfesten Gießwerkstoffe. 5 zeigt eine feuerfeste Struktur, die L-förmige Haken 15 und Y-förmige Anker ähnlich denjenigen der 2 anwendet. Bei dieser Ausführungsform haben die vorgenannten Wasserrohre 10 einen vorgenannten L-förmigen Haken 15 für jeden feuerfesten Ziegel 13, es können aber auch andere Strukturen mit mehr oder weniger Haken je nach dem Gewicht und dem Oberflächenbereich der Ziegel angewandt werden. Außerdem werden die vorgenannten feuerfesten Ziegel zusätzlich dazu, dass sie von den vorgenannten Haken 15 festgehalten werden, auch mit Mörtel-Bindemittel 19 an der Wasserrohrwand gehalten.
Ferner wird die feuerfeste Struktur installiert, um ein Dickenverhältnis des vorgenannten feuerfesten Gießwerkstoffs H_k zum Radius R des Wasserrohrs 10 zu erstellen, so dass H_k : R = 1 : 1 bis 1 +, 1 ist, wobei der Wert von, etwa 1 bis 1,5 beträgt, vorzugsweise etwa 1 bis 1,3. Dadurch wird eine flache feuerfeste Strukturoberfläche nach Installieren des vorgenannten feuerfesten Gießwerkstoffs sichergestellt. Ferner ist es möglich, durch geeignete Auswahl des Werts von,, Wasserrohre 10 vor einem Freiliegen sicher zu schützen, auch in dem unwahrscheinlichen Fall, dass irgendeiner der feuerfesten Ziegel 12 abfällt.
Vor dem Installieren der vorgenannten feuerfesten Struktur werden Löcher 11a in Rippen 11 ausgebildet, welche die vorgenannten Wasserrohre 10 miteinander verbinden. Dann kann nach der Installation des vorgenannten feuerfesten Gießwerkstoffs 12 und der feuerfesten Ziegel 13 Wasser durch die Löcher 11a abgeführt werden, die anschließend durch Schweißen etc. verstopft werden. Dies ermöglicht es, das Wasser auf einfache Weise von der Oberfläche des vorgenannten feuerfesten Gießwerkstoffs 12 abzuführen, auch nachdem die feuerfesten Ziegel 13 installiert worden sind. Es ist auch möglich, die vorgenannten Löcher 11a auf der Seite der feuerfesten Ziegel 13 auszubilden, und sie dann mit Mörtel nach Drainage des Wassers zu verschließen.
6 zeigt eine feuerfeste Struktur, die eine Kombination aus Anker und Haken 16 anwendet, welche sowohl den feuerfesten Gießwerkstoff 12 als auch die feuerfesten Ziegel 13 an Ort und Stelle halten. Indem dies geschieht, entfällt die Notwendigkeit, separat Anker und Haken herzustellen, und dies vereinfacht den Installationsvorgang.
7 zeigt eine feuerfeste Struktur, welche die vorgenannten L-förmigen Haken 15 und die vorgenannte Kombination aus Ankern und Haken 16 anwendet. Diese können selektiv verwendet werden, je nach dem Layout der vorgenannten Wasserrohre 10, um die feuerfesten Strukturen festzuhalten, und dadurch die Installation an Wasserrohrwänden mit komplexer Form vereinfachen.
Wie oben beschrieben wurde, ermöglicht diese Erfindung durch Anwenden eines feuerfesten Gießwerkstoffs zum Auffüllen zumindest der konkaven Bereiche in der Wasserrohrwand, damit eine flache Oberfläche für das Darüberlegen der feuerfesten Ziegel gebildet wird, flache feuerfeste Ziegel anzuwenden, um dadurch die Notwendigkeit auszuschalten, viele Arten der feuerfesten Ziegel herzustellen, um sich den Bereichen in der Form anzupassen, an denen die Wasserrohre eine komplexe Form aufweisen, und um ihre Installation zu erleichtern. Da es ferner möglich ist, die feuerfeste Struktur über der kompletten Oberfläche der Wasserrohrwand mittels nur einer oder nur einiger weniger Art(en) feuerfester Ziegel zu installieren, ist die Herstellung feuerfester Ziegel weniger kostspielig und die feuerfeste Struktur ist einfacher zu installieren.
Da die feuerfeste Struktur eine doppelschichtige Struktur ist, die aus feuerfestem Gießwerkstoff und feuerfesten Ziegeln besteht, werden ferner auch in dem Fall, in dem irgendeiner der vorgenannten feuerfesten Ziegel innerhalb der Hochtemperaturgas-Umgebung abfällt, die darunter liegenden Wasserrohre durch den vorgenannten feuerfesten Gießwerkstoff geschützt bleiben, was gewährleistet, dass die Wasserrohre nicht freiliegen bzw. ausgesetzt sind.
Da ferner die vorgenannten Wasserrohre mit den Befestigungselementen für die vorgenannten feuerfesten Ziegel bestückt sind, werden die Befestigungselemente mit verbesserten Kühleffekten versorgt, was verhindert, dass sie beschädigt werden und dass die feuerfesten Ziegel abfallen.
Außerdem ist es durch die geeignete Anwendung L-förmiger Haken, Y-förmiger Anker und einer Kombination von Haken und Ankern möglich, feuerfestes Material auf einfache Weise an komplexen Strukturen, wie z.B. den Biegungen in der Wasserrohrwand um Öffnungen herum zu installieren, sowie feuerfeste Strukturen in vielen Bereichen zu installieren.

Claims

Verfahren zum Bilden einer feuerfesten Struktur zum Schützen von Wasserrohren (10) einer Wasserrohrwand (26) in einer Brennkammer gegenüber einer Hochtemperaturumgebung, wobei die Wasserrohrwand (26) mindestens einen Bereich (21) aufweist, in dem die Wasserrohre (10) gebogen sind, wobei das Verfahren umfasst: Füllen von konkaven Bereichen zwischen benachbarten Wasserrohren (10) durch Sprühen eines feuerfesten Gießwerkstoffs (12) auf den mindestens einen Bereich (21) der Wasserrohrwand (26), in dem die Wasserrohre (10) gebogen sind, so dass die Wasserrohre (10) in den feuerfesten Gießwerkstoff (12) eingebettet werden, und so, dass eine hochtemperaturseitige Wandfläche der Wasserrohrwand (26) in dem mindestens einen Bereich (21) zu einer annähernd flachen Oberfläche ausgebildet wird, und Installieren von annähernd flach geformten feuerfesten Kacheln (13) über der Oberfläche des feuerfesten Gießwerkstoffs (12), wobei das Installieren das in Eingriff bringen von Befestigungselementen (15; 16), die an den Wasserrohren (10) angebracht sind, mit Nuten bzw. Rillen in den feuerfesten Kacheln (13) und das Ankleben der feuerfesten Kacheln (13) an der annähernd flachen Oberfläche des feuerfesten Gießwerkstoffs (12) mit einem Klebematerial (19) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Füllen ein Aufbringen des feuerfesten Gießwerkstoffs (12) auf die Wasserrohre (10) umfasst, so dass das Verhältnis der Dicke des feuerfesten Gießwerkstoffs (12) zu dem Radius der Wasserrohre (10) in den Bereich von etwa 1 bis 1,5 liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Brennkammer eine Stoker-Verbrennungsanlage mit einer Rückhaltezeit von Sekundärluft von zwei Sekunden oder mehr und einer Verbrennungsgastemperatur an einem Auslass der Verbrennungsanlage, die etwa 900°C bis 1200°C erreicht, ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner umfassend, nach dem Befüllen, das Drainieren von Wasser aus Wasser-Drainagelöchern (10a), die in Rippen (11) ausgebildet sind, welche die benachbarten Wasserrohre (10) verbinden.
Feuerfeste Struktur zum Schützen von Wasserrohren (10) einer Wasserrohrwand (26) in einer Brennkammer gegenüber einer Hochtemperaturumgebung, wobei die Wasserrohrwand (26) mindestens einen Bereich (21) aufweist, in dem die Wasserrohre (10) gebogen sind, und die Struktur umfasst: einen feuerfesten Gießwerkstoff (12), der in konkave Bereiche zwischen benachbarten Wasserrohren (10) zumindest in den mindestens einen Bereich (21) der Wasserrohrwand (26) gefüllt ist, in dem die Wasserrohre (10) gebogen sind, so dass die Wasserrohre (10) in dem feuerfesten Gießwerkstoff (12) eingebettet sind, und so, dass eine Hochtemperatur-Seitenwandfläche der Wasserrohrwand (26) in dem mindestens einen Bereich (21) zu einer annähernd flachen Oberfläche ausgebildet ist, und flach geformte feuerfeste Kacheln (13) die über der annähernd flachen Oberfläche des feuerfesten Gießwerkstoffs (12) installiert sind, wobei Befestigungselemente (15; 16), die an den Wasserrohren (10) und/oder an die benachbarten Wasserrohre (10) verbindenden Rippen (11) angebracht sind, mit Nuten bzw. Rillen in Eingriff stehen, die in den feuerfesten Kacheln (13) ausgebildet sind, und wobei die feuerfesten Kacheln (13) an der annähernd flachen Oberfläche des feuerfesten Gießwerkstoffs (12) durch ein Klebematerial (19) angeklebt sind.
Feuerfeste Struktur nach Anspruch 5, wobei ein Verhältnis der Dicke des feuerfesten Gießwerkstoffs (12) zu dem Radius der Wasserrohre (10) in dem Bereich von etwa 1 bis 1,5 liegt.
Feuerfeste Struktur nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei die Brennkammer Teil einer Stoker-Verbrennungsanlage mit einer Rückhaltezeit von Sekundärluft von zwei Sekunden oder mehr und einer Verbrennungsgastemperatur am Auslass der Verbrennungsanlage, die etwa 900° bis 1200°C erreicht, ist.
Feuerfeste Struktur nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, wobei die Befestigungselemente (16) an den die benachbarten Wasserrohre (10) verbindenden Rippen (11) angebracht sind, und eine Kombination aus Anker und Haken anwenden, welche den feuerfesten Gießwerkstoff (12) und die jeweilige feuerfeste Kachel an Ort und Stelle festhält.