EP0447802A2 - Tauchrohr und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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EP0447802A2
EP0447802A2 EP91102142A EP91102142A EP0447802A2 EP 0447802 A2 EP0447802 A2 EP 0447802A2 EP 91102142 A EP91102142 A EP 91102142A EP 91102142 A EP91102142 A EP 91102142A EP 0447802 A2 EP0447802 A2 EP 0447802A2
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EP
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immersion tube
grating
cyclone
tube
honeycombs
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Roland Olbricht
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Didier Werke AG
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Didier Werke AG
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    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
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    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/12—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits
    • B04C5/13—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits formed as a vortex finder and extending into the vortex chamber; Discharge from vortex finder otherwise than at the top of the cyclone; Devices for controlling the overflow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08—Vortex chamber constructions
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    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08—Vortex chamber constructions
    • B04C5/085—Vortex chamber constructions with wear-resisting arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/022—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow
    • F23J15/027—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow using cyclone separators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • F27B15/003—Cyclones or chain of cyclones

Definitions

  • Such cyclones with a dip tube are used, for example, in fluidized bed furnaces, heat exchangers in cement rotary kilns or waste incineration plants.
  • the dip tubes are voluminous. For example, they have an inner diameter of 2.5 m and a height of 4 m.
  • the invention further relates to a method for producing the immersion tube in the cyclone.
  • the object of the invention is to propose an immersion tube of the type mentioned at the outset which has a longer service life than a metallic immersion tube and a lower weight than an immersion tube made of prefabricated ceramic components and whose assembly is simplified. Furthermore, it is an object of the invention to propose a method for producing the dip tube in the cyclone.
  • the dip tube of the type mentioned is characterized in that it consists of a metallic grating which forms a plurality of honeycombs by means of its webs, that at least the majority of the honeycombs are filled with a ceramic material which forms cores in the honeycombs that the end faces of the webs lying on the outer circumference and on the inner circumference of the dip tube are free of the ceramic material and that the webs carry the cores.
  • Such an immersion tube has numerous advantages: Its outer and inner surface is predominantly formed by the ceramic cores.
  • the ceramic material from which the cores are made can be selected for the respective application in such a way that it has the desired temperature resistance, acid resistance, abrasion resistance and / or alkali corrosion resistance.
  • the immersion tube Due to the metallic grating, the immersion tube has a certain flexibility, so that it is hardly sensitive to breakage.
  • the metallic grating is covered on most of its surface - except for the end faces - by the ceramic material against the gas flow. It is therefore protected by the ceramic material.
  • the metallic grille conducts the heat well, so that zonal overheating cannot occur.
  • the weight is significantly lower.
  • the immersion tube does not have to be prefabricated as a whole outside of the cyclone.
  • the grating can be assembled from individual parts in the cyclone.
  • the ceramic material can then be introduced into the honeycomb. This can be done either in the form of a ceramic mass or in the form of prefabricated cores.
  • a method according to the invention for producing the immersion tube in the cyclone is characterized in that individual parts of the grating are installed in the cyclone and are connected to one another to form the dip tube that an insert body is preferably inserted into the dip tube and that the ceramic material is introduced into the honeycomb of the grating from the outside of the dip tube.
  • the manufacture of the immersion tube is considerably simplified since the overall shape of the immersion tube does not have to be prefabricated outside the cyclone.
  • the production is also easier than in the case of the assembly of the immersion tube from individual prefabricated components.
  • a dip tube 3 with a vertical longitudinal axis L is installed in a cyclone 1 of a fluidized bed furnace 2.
  • a hot gas stream G which contains particles which separate in the dip tube 3 and fall down in the cyclone 1, enters the dip tube 3 from below.
  • the dip tube 3 consists of a metallic grating 4 which forms a multiplicity of honeycombs 5 (cf. FIGS. 2, 3, 4, 5).
  • the grating 4 is composed of individual sheet metal strips 6, which are connected to one another via tabs 7.
  • the tabs 7 of a sheet metal strip 6 are inserted through recesses 8 of an adjacent sheet metal strip 6 and bent (see FIG. 5), so that the grating 4 has a certain flexibility.
  • the tabs 7 can be coated with an agent, for example paraffin.
  • the metallic grating 4 does not have to be prefabricated in one piece, forming the shape of the immersion tube 3.
  • the dip tube 3 can be composed of several grate parts 9 to 12.
  • the grate parts 9 to 12 then each form a 90 ° part of the dip tube 3. They are inserted individually into an opening 13 of the cyclone 1 and then connected to one another to form the dip tube 3, either by screwing them together or they are connected via the tabs of the other sheet metal strip 6 inserted through the recesses 8 of the one sheet metal strip 6.
  • the metallic grating 4 has the advantage in any case that it leads to an even heat distribution due to its high thermal conductivity.
  • the grating 4 can have a first ring part 14 which is angled outwards relative to the cylindrical shape of the immersion tube 3 and a ring part 15 which is further angled relative to this.
  • the ring parts 14, 15 also consist of the grating 4. They are connected to one another or to the cylindrical section forming the actual immersion tube 3 by means of tabs 7 or additional screws.
  • the inner end faces 16 of the webs 17 of the grating 4 form the inner circumference of the immersion tube 3.
  • the outer End faces 18 of the webs 17 form the outer circumference of the dip tube 3.
  • insert body 19 made of a light material, for example plastic foam, is inserted into the immersion tube 3.
  • honeycomb 5 of the grating 4 with the outer end faces 18 is filled flush with a ceramic mass, which is selected according to the expected stress due to the gas flowing through the dip tube 3. It is also possible to introduce different masses, adapted to the respective zonal load, into different honeycombs.
  • the ceramic mass forms 5 cores 20 in the honeycombs. After the ceramic mass has hardened, the insert body 19 is removed. The dip tube 3 is now installed.
  • the cores 20 are individually embedded in the honeycomb 5.
  • the cores 20 are held by the webs 17 of the grating 4 in this. They protect the webs 17 against the gas flowing through the dip tube 3.
  • the honeycombs 5 of the ring parts 14, 15 are also filled with cores 20.
  • the end faces 16, 18 are exposed so that the cores 20 are separated from one another on the inner circumference and on the outer circumference of the dip tube 3.
  • honeycombs 5 of the grating 4 are closed with cores 20 of ceramic mass.
  • honeycombs 21 which are not filled with the ceramic mass. This makes it possible to influence the gas flow on the dip tube 3 in a simple manner.
  • dip tubes 22, 23 are inserted into the opening 13, which are designed in the same way as the dip tube 3.
  • a filter can be built up with this.
  • Each intermediate floor 24 consists of a grating 4, in which some honeycombs 25 are closed with cores 20 and some honeycombs 26 are open. A filter effect can also be achieved in this way.
  • the ceramic material can also be used in the form of prefabricated cores in the honeycomb.

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Abstract

Ein Tauchrohr (3) zur Ausleitung eines Gasstroms aus einem Zyklon (1) hängt in dessen oberer Öffnung (13). Das Tauchrohr (3) besteht aus einem metallischen Gitterrost (4), der mittels seiner Stege (17) eine Vielzahl von Waben (5) bildet. In den Waben (5) bildet ein keramisches Material Kerne (20). <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Tauchrohr zur Ausleitung eines Gasstroms aus einem Zyklon, wobei das Tauchrohr in einer oberen Öffnung des Zyklons hängt.
  • Derartige Zyklone mit einem Tauchrohr werden beispielsweise bei Wirbelschichtöfen, Wärmetauschern bei Zement-Drehrohröfen oder Müllverbrennungsanlagen eingesetzt. Die Tauchrohre sind voluminös. Sie weisen beispielsweise einen Innendurchmesser von 2,5 m und eine Höhe von 4 m auf.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Tauchrohrs in dem Zyklon.
  • Nach dem Stand der Technik werden solche Tauchrohre aus Metall hergestellt. Sie weisen eine kurze Lebensdauer auf, da das Metall den im Zyklon herrschenden Beanspruchungen nicht dauerhaft standhält, weil der Gasstrom gewöhnlich eine hohe Temperatur, beispielsweise um die 1000°C, aufweist und aggressive Bestandteile enthält.
  • Es wurde auch vorgeschlagen, das Tauchrohr aus keramischen Fertigbauteilen zusammenzusetzen. Die Montage muß im Zyklon erfolgen und ist aufwendig. Außerdem ist das Gewicht eines solchen Tauchrohrs hoch. Dies setzt eine entsprechend stark dimensionierte Konstruktion des Zyklons voraus. Im übrigen führen ausbrechende Bestandteile schnell zu einer Beeinträchtigung der Stabilität des Tauchrohrs.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tauchrohr der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das eine größere Lebensdauer als ein metallisches Tauchrohr und ein geringeres Gewicht als ein Tauchrohr aus keramischen Fertigbauteilen hat und dessen Montage vereinfacht ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung des Tauchrohrs im Zyklon vorzuschlagen.
  • Erfindungsgemäß ist das Tauchrohr der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem metallischen Gitterrost besteht, der mittels seiner Stege eine Vielzahl von Waben bildet, daß wenigstens die Mehrzahl der Waben mit einem keramischen Material ausgefüllt ist, das in den Waben Kerne bildet, daß die am Außenumfang und am Innenumfang des Tauchrohrs liegenden Stirnseiten der Stege von dem keramischen Material frei sind und daß die Stege die Kerne tragen.
  • Ein derartiges Tauchrohr hat zahlreiche Vorteile:
    Seine äußere und innere Oberfläche ist ganz überwiegend von den keramischen Kernen gebildet. Das keramische Material, aus dem die Kerne bestehen, läßt sich für den jeweiligen Einsatzfall so auswählen, daß es die gewünschte Temperaturbeständigkeit, Säurefestigkeit, Abriebfestigkeit und/oder Alkali-Korrosionsbeständigkeit aufweist.
  • Da die Kerne klein im Vergleich zum Tauchrohr sind, ergibt sich eine gute Temperaturwechselbeständigkeit.
  • Aufgrund des metallischen Gitterrosts hat das Tauchrohr eine gewisse Flexibilität, so daß es kaum bruchempfindlich ist.
  • Der metallische Gitterrost wird am größten Teil seiner Oberfläche - bis auf die Stirnseiten - von dem keramischen Material gegen den Gasstrom abgedeckt. Er ist also durch das keramische Material geschützt.
  • Der metallische Gitterrost leitet die Wärme gut, so daß es nicht zu zonalen Überhitzungen kommen kann.
  • Insgesamt ist die Lebensdauer des Tauchrohrs gegenüber einem metallischen Tauchrohr wesentlich vergrößert.
  • Gegenüber einem aus keramischen Fertigbauteilen zusammengesetzten Tauchrohr ergibt sich ein wesentlich geringeres Gewicht.
  • Eine Montagevereinfachung ergibt sich daraus, daß das Tauchrohr nicht insgesamt außerhalb des Zyklons vorgefertigt sein muß. Der Gitterrost kann aus Einzelteilen im Zyklon zusammengesetzt werden. Das keramische Material läßt sich danach in die Waben einbringen. Dies kann entweder in Form einer keramischen Masse oder in Form von vorgefertigten Kernen geschehen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des Tauchrohrs in dem Zyklon zeichnet sich dadurch aus, daß Einzelteile des Gitterrosts in den Zyklon eingebaut und miteinander zur Form des Tauchrohrs verbunden werden, daß vorzugsweise ein Einsatzkörper in das Tauchrohr eingesetzt wird und daß das keramische Material von der Außenseite des Tauchrohrs in die Waben des Gitterrosts eingebracht wird.
  • Auf diese Weise ist die Herstellung des Tauchrohrs wesentlich vereinfacht, da das Tauchrohr nicht in seiner Gesamtgestalt außerhalb des Zyklons vorgefertigt sein muß. Die Herstellung ist auch einfacher als im Falle des Aufbaus des Tauchrohrs aus einzelnen Fertigbauteilen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1
    ein Tauchrohr im Zyklon eines Wirbelschichtofens;
    Figur 2
    das Tauchrohr gegenüber Figur 1 vergrößert;
    Figur 3
    einen Schnitt längs der Linie III-III nach Figur 2;
    Figur 4
    eine vergrößerte Teilansicht im Bereich IV nach Figur 2;
    Figur 5
    eine perspektivische Ansicht des Gitterrosts etwa in Richtung des Pfeiles V nach Figur 4;
    Figur 6
    eine Zusammenstellung mehrerer Tauchrohre in einem Zyklon in einer Figur 2 entsprechenden Ansicht;
    Figur 7
    eine Figur 2 entsprechende Ansicht eines Tauchrohrs mit mehreren Zwischenböden; und
    Figur 8
    eine Aufsicht längs der Linie VIII-VIII nach Figur 7.
  • Nach Figur 1 ist in einen Zyklon 1 eines Wirbelschichtofens 2 ein Tauchrohr 3 mit vertikaler Längsachse L eingebaut. In das Tauchrohr 3 tritt von unten ein Heißgasstrom G ein, der Partikel enthält, welche sich im Tauchrohr 3 abscheiden und im Zyklon 1 nach unten fallen.
  • Das Tauchrohr 3 besteht aus einem metallischen Gitterrost 4, der eine Vielzahl von Waben 5 bildet (vgl. Figuren 2, 3, 4, 5). Der Gitterrost 4 ist aus einzelnen Metallblechstreifen 6 zusammengesetzt, welche miteinander über Laschen 7 verbunden sind. Dabei sind die Laschen 7 eines Metallblechstreifens 6 durch Ausnehmungen 8 eines benachbarten Metallblechstreifens 6 gesteckt und umgebogen (vgl. Figur 5), so daß der Gitterrost 4 eine gewisse Flexibilität aufweist. Um die Flexibilität beizubehalten und einen Dehnungsausgleich zu gewährleisten, können die Laschen 7 mit einem Mittel, beispielsweise Paraffin, beschichtet sein.
  • Der metallische Gitterrost 4 muß nicht einstückig, die Gestalt des Tauchrohrs 3 bildend, vorgefertigt sein. Das Tauchrohr 3 kann aus mehreren Gitterrostteilen 9 bis 12 zusammengesetzt sein. Die Gitterrostteile 9 bis 12 bilden dann jeweils einen 90°-Teil des Tauchrohrs 3. Sie werden einzeln in eine Öffnung 13 des Zyklons 1 eingesetzt und dann zur Form des Tauchrohrs 3 miteinander verbunden, entweder dadurch, daß sie miteinander verschraubt werden, oder sie über die durch die Ausnehmungen 8 des einen Metallblechstreifens 6 gesteckten Laschen des anderen Metallblechstreifens 6 verbunden werden.
  • Der metallische Gitterrost 4 hat in jedem Fall den Vorteil, daß er aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit zu einer gleichmäßigen Wärmeverteilung führt.
  • Um den die tragende Struktur des Tauchrohrs 3 bildenden Gitterrost 4 in der Öffnung 13 des Zyklons 1 einzuhängen, kann der Gitterrost 4 ein erstes gegenüber der zylindrischen Form des Tauchrohrs 3 nach außen abgewinkeltes Ringteil 14 und ein diesem gegenüber weiter abgewinkeltes Ringteil 15 aufweisen. Die Ringteile 14, 15 bestehen ebenfalls aus dem Gitterrost 4. Sie sind miteinander bzw. mit dem zylindrischen, das eigentliche Tauchrohr 3 bildenden Abschnitt mittels Laschen 7 oder zusätzlicher Schrauben verbunden.
  • Ist der Gitterrost 4 mittels einer Ringteile 14, 15 in die Öffnung 13 eingehängt und in die Form des Tauchrohrs 3 gebracht, dann bilden die inneren Stirnseiten 16 der Stege 17 des Gitterrosts 4 (vgl. Figur 4) den Innenumfang des Tauchrohrs 3. Die äußeren Stirnseiten 18 der Stege 17 (vgl. Figur 4) bilden den Außenumfang des Tauchrohrs 3.
  • Anschließend wird in das Tauchrohr 3 bin Einsatzkörper 19 aus einem leichten Material, beispielsweise Kunststoffschaum, eingeschoben. Dann werden die Waben 5 des Gitterrosts 4 mit den äußeren Stirnseiten 18 bündig mit einer keramischen Masse ausgefüllt, die entsprechend der zu erwartenden Beanspruchung durch das das Tauchrohr 3 durchströmende Gas ausgewählt ist. Es ist auch möglich, in verschiedene Waben unterschiedliche, an die jeweilige zonale Beanspruchung angepaßte Massen einzubringen. Die keramische Masse bildet in den Waben 5 Kerne 20. Nach dem Aushärten der keramischen Masse wird der Einsatzkörper 19 beseitigt. Das Tauchrohr 3 ist damit fertig installiert.
  • Die Kerne 20 sind je einzeln in die Waben 5 eingebettet. Die Kerne 20 sind von den Stegen 17 des Gitterrosts 4 in diesem gehalten. Sie schützen die Stege 17 gegenüber dem das Tauchrohr 3 durchströmenden Gas. Auch die Waben 5 der Ringteile 14, 15 sind mit Kernen 20 gefüllt. Die Stirnseiten 16, 18 liegen frei, so daß die Kerne 20 am Innenumfang und am Außenumfang des Tauchrohrs 3 voneinander getrennt sind.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind nicht alle Waben 5 des Gitterrost 4 mit Kernen 20 keramischer Masse verschlossen. Es bestehen offene Waben 21, die nicht mit der keramischen Masse ausgefüllt sind. Dadurch ist es möglich, die Gasströmung am Tauchrohr 3 auf einfache Weise zu beeinflussen.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 sind in die Öffnung 13 zusätzlich zum Tauchrohr 3 weitere Tauchrohre 22, 23 eingesetzt, die ebenso wie das Tauchrohr 3 gestaltet sind. Damit läßt sich ein Filter aufbauen.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 7 und 8 sind in das Tauchrohr 3 mehrere Zwischenböden 24 eingesetzt. Dabei besteht jeder Zwischenboden 24 aus einem Gitterrost 4, bei dem einige Waben 25 mit Kernen 20 geschlossen sind und einige Waben 26 offen sind. Auch dadurch läßt sich eine Filterwirkung erreichen. Das keramische Material kann auch in Form vorgefertigter Kerne in die Waben eingesetzt werden.

Claims (10)

  1. Tauchrohr zur Ausleitung eines Gasstroms aus einem Zyklon, wobei das Tauchrohr in einer oberen Öffnung des Zyklons hängt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Tauchrohr (3) aus einem metallischen Gitterrost (4) besteht, der mittels seiner Stege (17) eine Vielzahl von Waben (5) bildet, daß wenigstens die Mehrzahl der Waben (5) mit einem keramischen Material ausgefüllt ist, das in den Waben (5) Kerne (20) darstellt, daß die am Außenumfang und am Innenumfang des Tauchrohrs (3) liegenden Stirnseiten (16, 18) der Stege (17) von dem keramischen Material frei sind und daß die Stege (17) die Kerne (20) tragen.
  2. Tauchrohr nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß einige Waben (21) offen sind.
  3. Tauchrohr nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Gitterrost (4) mehrteilig zum Tauchrohr (3) zusammengesetzt ist.
  4. Tauchrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Gitterrost (4) flexibel ist.
  5. Tauchrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß dieses mittels abgewinkelter Ringteile (14, 15) an einer Öffnung (13) des Zyklons (1) hängt.
  6. Tauchrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Tauchrohr (3) wenigstens einen Zwischenboden (24) aufweist, der aus dem Gitterrost (4) besteht, wobei nicht alle Waben (5) gefüllt sind.
  7. Tauchrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mehrere konzentrische Gitterroste (4, 22, 23) vorgesehen sind.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Tauchrohrs in einem Zyklon,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß Einzelteile des Gitterrosts (4) in den Zyklon (1) eingebaut und miteinander zur Form des Tauchrohrs (3) verbunden werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 9
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Einsatzkörper (19) in das Tauchrohr (3) eingesetzt wird und daß das keramische Material von der Außenseite des Tauchrohrs (3) in die Waben (5) des Gitterrosts (4) eingebracht wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das keramische Material in Form von vorgefertigten Kernen in die Waben (5) eingesetzt wird.
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