EP0801721B1 - Austauschbare düse für feuerfest ausgekleidete hochtemperaturreaktoren - Google Patents

Austauschbare düse für feuerfest ausgekleidete hochtemperaturreaktoren Download PDF

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EP0801721B1
EP0801721B1 EP96900301A EP96900301A EP0801721B1 EP 0801721 B1 EP0801721 B1 EP 0801721B1 EP 96900301 A EP96900301 A EP 96900301A EP 96900301 A EP96900301 A EP 96900301A EP 0801721 B1 EP0801721 B1 EP 0801721B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
block
reactor
nozzle block
enveloping
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96900301A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0801721A1 (de
Inventor
Albert Rappen
Peter JÄGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vsr Engineering Fordertechnik GmbH
Original Assignee
Vsr Engineering Fordertechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vsr Engineering Fordertechnik GmbH filed Critical Vsr Engineering Fordertechnik GmbH
Publication of EP0801721A1 publication Critical patent/EP0801721A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0801721B1 publication Critical patent/EP0801721B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/14—Supports for linings
    • F27D1/145—Assembling elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G9/00—Cleaning by flushing or washing, e.g. with chemical solvents

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • Fan angle nozzles FWD
  • Fan nozzles parallel or perpendicular to the bricked or wall exposed by mortar inside heat exchangers can be used for cement rotary kilns.
  • air blasts are the regular build-up of raw cement flour removed so that an optimal heat exchange process / material flow is achieved.
  • air lances or poking rods through openings in the heat exchanger wall avoided.
  • the mouthpiece of the fan nozzles wears out or is consumed by chemical reaction, the large area decreases Cleaning effect. Then or at the latest at the scheduled time
  • Each of the heat exchangers must be equipped with a furnace stop Stoneware and the old nozzle removed, a new nozzle welded in and fill the cavity with fireclay mortar.
  • US-A-3,380,407 discloses a generic device for initiating a Fluid flow into the interior of refractory lined High-temperature reactors, wherein a nozzle is provided, the has a nozzle body that the lining of the high temperature reactor penetrates.
  • the nozzle also has a tube on that is connected to the nozzle body for fluid supply.
  • the nozzles are firmly attached to the reactor wall, so that an exchange only with the previously described disadvantageous Difficulties.
  • DE 29 52 275 A1 discloses a device for fumigation a rotary kiln, in which over the length of the axis of rotation of the Rotary kiln gas permeable in the area of the refractory lining Stones are used. These stones consist of a porous, ceramic material and close flush with the surface of the refractory lining of the rotary kiln from. In this embodiment, a smooth surface is indeed of the refractory lining, but the porosity is sufficient of the ceramic material of the gas permeable stones due to the low gas permeability, in particular To introduce air blasts into the interior of the reactor.
  • the object of the invention is therefore a generic device with an exchangeable nozzle or an exchangeable nozzle system to provide that easy replacement of nozzles, in particular of cleaning air blast nozzles High temperature reactors enabled.
  • the invention allows easy changing of the nozzle from outside without internal scaffolding and possibly even without complete cooling of the high-temperature reactor or heat exchanger.
  • An exchangeable nozzle of the device thus includes in addition to the nozzle body penetrating the reactor wall and the fluid supply pipe connected to it (at least as far as a corresponding pipe section the reactor wall penetrates) the nozzle body all over Extent and at least partially enveloping along its length Nozzle block that fits with its radial side walls can be used in the high temperature lining of the reactor, one between the nozzle body and the nozzle block as an expansion collar serving separating layer and between nozzle stone and the with a contour-matched reactor lining, another separation layer is provided, which is a separation of the nozzle block from the reactor lining is permitted in the event of nozzle replacement.
  • the envelope shape of the reactor liner in which of the nozzle block is used precisely, both before Location, d. H. immediately during the installation of nozzle block and Nozzle bodies are made to be prefabricated as well in a correspondingly large opening of the reactor lining, for. B. with the interposition of a layer of mortar to be installed.
  • the nozzle block preferably consists essentially of high temperature resistant Silicon carbide.
  • the preferably metallic Nozzle body that fits precisely and protected in the nozzle block is detachable from the nozzle block, i.e. i.e., a loosening preventing scaling or incrustation does not occur on. Rather, the different materials (material pairing Silicon carbide / steel) even after use comparatively easy disassembly. Also a scaling or crusting between the nozzle stone and its envelope, in which it is installed, does not occur - at least it can Nozzle stone from its envelope shape again after use brought out, especially pulled out, that a New unit consisting of nozzle body and nozzle block as an exchange package can be quickly reinserted into the envelope.
  • silicon carbide for the nozzle block regardless of the characteristics of the interchangeable Nozzle or the interchangeable nozzle system can be used advantageously can.
  • the use of silicon carbide as a material for The nozzle block is also advantageous because this one high wear resistance and a low tendency to stick of the area facing the inside of the reactor.
  • a bracing or fastening frame like an angle frame, allows easy attachment of nozzle body and Nozzle block on the reactor wall, especially when used a flange plate according to the invention according to claim 3 such a frame allows easy positioning of the Flange plate, stiffening the opening in the reactor wall and provides the necessary free space for mounting the nozzle.
  • the expansion collar according to the invention serves on the one hand to seal between nozzle stone and metallic nozzle body, for others to balance the different coefficients of thermal expansion and preferably consists of about 10 mm thick ceramic fiber fleece or fiberglass needle felt.
  • Fan angle nozzles known from the prior art protrude into the reaction chamber with their metallic nozzle body inside.
  • metallic Nozzle body To the metallic nozzle body against adverse influences to protect from the reaction space can be a metallic Nozzle body except for the outlet opening of the nozzle Protective stone surrounding the inside of the reaction chamber is provided be.
  • a separating layer is also arranged in the nozzle body.
  • the protective stone can grasp metallic nozzle body and so form-fitting the metallic nozzle body are held. Because the blow-out direction of the fan nozzles usually essentially points below, the protective stone can be parallel to the reaction chamber wall from above attachable to the metallic nozzle body be trained. The positive locking prevents slipping down, to the side and towards the center of the reactor while gravity and usually also the direction of material flow Prevent slipping upwards in the reactor.
  • the size of the protective stone or the opening in the reaction chamber wall are preferably adapted such that the Protective stone with the nozzle removed from the reaction chamber wall can be.
  • the fan nozzle should be arranged so that the protective stone is not held in place by gravity, can be selected by selecting suitable geometrical ratios of nozzle block, Protective stone and cover stone in the installation position a positive lock be formed between cover stone and protective stone, the a slipping of the protective stone against the direction of attachment prevented.
  • 1 is the replaceable nozzle, d. that is, the entire interchangeable nozzle system, designated.
  • a metallic nozzle body 2 is a so-called Fan nozzle designed, according to the embodiment Figures 1 to 3, the direction of blow-out of the nozzle through the air outlet gap 20 tangential to the brick lining 6 on the inside of the reactor 10 of the reactor wall 11 takes place.
  • the blow-out direction is only slightly with respect to the normal direction the reactor wall 11 inclined.
  • the nozzle body 2 penetrates the lining, i. H. in the illustrated and so far preferred embodiments the lining 6 of the reactor wall 11, in the to the reactor interior 10 lying area.
  • the metallic nozzle body 2 and at least the area of the reactor interior 10 Tube 21 are closely enclosed by an expansion collar 3.
  • This stretch collar consists of a circumferential band elastic, high temperature resistant material, especially made of an approximately 10 mm thick ceramic fiber fleece or a glass fiber needle felt.
  • the part of the nozzle body 2 which penetrates the reactor wall 11 and the tube 21 is at least in the to the reactor interior 10th area located positively by a so-called Surround nozzle block 4, which is essentially made of high temperature resistant Silicon carbide exists.
  • the one about the nozzle body 2 and the tube 21 to the radially outwardly facing surface of the Nozzle block 4 forms in the embodiment according to FIG. 1 to 3 a trapezoidal and in the embodiments according to Figures 4 to 7 preferably a rectangular plan rounded corner areas, with the radial external surfaces in the direction of the reactor interior 10 are slightly inclined towards each other.
  • a separating layer 5 comprises high-temperature resistant, elastic material, to replace the nozzle body together with the nozzle block after a long period of use of the reactor ensure that the nozzle body and nozzle block structural unit pulled outwards from the reactor wall 11 can be.
  • the radially outward facing conical surface of the Nozzle stone 4 or the separating layer 5 sits with a flat surface System in a shell 60 of the lining 6 such that the end face of the nozzle block facing the reactor interior 10 4 is aligned with the remaining inner surface of the lining 6.
  • the envelope shape 60 is in the embodiments according to figures 1 to 6 part of a separate component, namely a so-called enveloping stone 60, which is already in one existing and bricked-up reactor retrofitted can be, which will be explained in more detail below.
  • the embodiment according to FIG. 7 differs from this characterized in that in the embodiment of Figure 7 Hüllstein 60 already in the lining 6 from the front provided or even integral part of the lining 6 is or "in situ" in the lining 6 is procured.
  • the replacement of the Nozzle block including the opening in the nozzle body Reactor wall surrounded by an angular frame 74, which has the function a stiffening and / or fastening frame.
  • this angular frame 74 in one of the outer contour of the angular frame appropriately shaped opening of the metal outer wall of the reactor used, in such a way that the wall parallel Angled frame flange to the inside of the reactor wall is offset in parallel.
  • the embodiment according to Figure 7 corresponds to the opening in the metallic Outside wall of the reactor of the clear opening of the angle frame 74.
  • the angular frame 74 with the metallic Reactor outer wall firmly connected by a weld seam 75.
  • flange plate 7 which can be screwed tightly - In all embodiments - the nozzle body 2 and the nozzle block 4.
  • a replaceable nozzle is first installed in the exemplary embodiments according to Figures 1 to 3 and 4 to 6 in the following Wise:
  • the cladding stone is on the opposite side of the furnace Front end with bracket 61 protruding, in particular made of stainless steel.
  • This bracket 61 can also form a surrounding frame.
  • the depth of Hüllstein 60 180 mm while the depth of the towering Leg of the bracket 61 is an additional 70 mm, so that there is a total installation depth of 250 mm. This is too can be varied if necessary.
  • the aim is that the furnace side Face of the cladding brick with the reactor lining is flush on the inside. Should the masonry in the oven not run parallel to the outside steel wall, which z. B. in the lower part of the furnace, this is the case 60 and / or its holding frame 61 according to the requirements extended for parallel installation for brick lining or shortened.
  • Threaded rods 44 are used to install the cladding block, the receiving or adjusting holes 62 of the casing 60 are used or are used and holes push through in the wall-parallel flange of the angular frame 64.
  • the positioning of the enveloping stone 60 in its normal direction Reactor wall extending insertion direction is by means of the threaded rods 44 or threaded nuts rotatably arranged thereon set.
  • This so-called setting angle 45 can the threaded rod axis are pivoted and serve u. a. as an assembly aid when inserting the nozzle block 4 together with the nozzle body 2 into the conical opening in the casing 60.
  • the legs of the Hüllstein holding frame which are aligned transversely to the reactor wall 61 are dimensioned so that they are under the angle frame 74 encounter and welded to this by longitudinal seams 25 are. Only after inserting the enveloping stone 60 with the attached Hüllstein holding frame 61 and the so welded angle frame 74 into the prepared reactor wall opening the angle frame 74 with the steel jacket of the reactor wall 11 welded in the manner described above. In order to are the prerequisites for installation and later Changing the nozzle block 4 together with the nozzle body 2 created. First, the conical nozzle stone circumference is about 3 mm thick ceramic fiber paper that covers the entire nozzle block height.
  • a nozzle block screw connection 40 with respect of the flange plate 7 which realizes the nozzle body 2 holds together with the nozzle block 4.
  • Tube 21 of the nozzle body 2 which has a correspondingly large Bore of the flange plate 7 penetrates with the flange plate 7 tightly welded all around.
  • the flange plate 7, nozzle body 2 and Hüllstein 4 existing unit can then depending on If necessary, pulled out of the reactor wall opening or be reinstalled in them.
  • an elastic Seal 71 for sealing and releasable connection between the flange plate 7 and the wall-parallel leg of the angular frame 74 used.
  • This interchangeable nozzle system allows for a very short downtime of the reactor to replace defective nozzles from the outside. It is not necessary to walk inside the reactor. The change can be made within about 1 hour.
  • the between the flange plate 7 and the outer end face of the nozzle block 4 and the envelope 60 remaining free space can with Insulating wool 8 or chamotte mortar must be filled out.
  • This Variant is shown in Figures 1 and 2.
  • the nozzle block can also divided and for better assembly with a circumferential Be wrapped in tape.
  • the shell mold 60 also by mortaring the cavity between the nozzle block and the lining from inside the reactor respectively.
  • the Fan nozzle together with the nozzle block and the flange plate disassembled. For this, the reactor does not need to be completely cooled to become.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist Stand der Technik, daß Fächerwinkeldüsen (FWD) oder Fächerdüsen parallel oder senkrecht zur ausgemauerten oder durch Mörtel aufgeputzten Wand im Inneren von Wärmetauschern für Zementdrehrohröfen eingesetzt werden. Durch Luftstöße werden die sich regelmäßig bildenden Anbackungen von Zementrohmehl entfernt, so daß ein optimaler Wärmetauschvorgang/Materialfluß erreicht wird. Auch wird das alternative, unfallträchtige Arbeitszeit kostende Entfernen von Hand mit Luftlanzen oder Stocherstangen durch Öffnungen in der Wärmetauscherwand vermieden. Wenn das Mundstück der Fächerdüsen verschleißt bzw. durch chemische Reaktion aufgezehrt wird, sinkt die großflächige Reinigungswirkung. Dann bzw. spätestens beim planmäßigen Ofenhalt muß jeder der Wärmetauscher eingerüstet, das Steinzeug und die alte Düse entfernt, eine neue Düse eingeschweißt und der Hohlraum mit Schamottemörtel aufgefüllt werden.
Die US-A-3,380,407, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, offenbart eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Einleiten eines Fluidstromes in den Innenraum von feuerfest ausgekleideten Hochtemperaturreaktoren, wobei eine Düse vorgesehen ist, die einen Düsenkörper aufweist, der die Auskleidung des Hochtemperaturreaktors durchdringt. Weiterhin weist die Düse ein Rohr auf, daß mit dem Düsenkörper zur Fluidzuführung verbunden ist. Dazu sind die Düsen fest in der Reaktorwand befestigt, so daß ein Austausch nur mit den zuvor beschriebenen nachteiligen Schwierigkeiten verbunden ist.
Die DE 29 52 275 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Begasung eines Drehrohrofens, bei dem über die Länge der Drehachse des Drehrohrofens im Bereich der feuerfesten Auskleidung gasdurchlässige Steine verwendet werden. Diese Steine bestehen aus einem porösen, keramischen Material und schließen bündig mit der Oberfläche der feuerfesten Auskleidung des Drehrohrofens ab. Bei dieser Ausgestaltung wird zwar eine glatte Oberfläche der feuerfesten Auskleidung erreicht, jedoch reicht die Porosität des keramischen Materials der gasdurchlässigen Steine aufgrund der geringen Gasdurchlässigkeit nicht aus, um insbesondere Luftstöße in den Innenraum des Reaktors einzubringen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit einer austauschbaren Düse bzw. einem Wechseldüsensystem bereitzustellen, die/das ein einfaches Auswechseln von Düsen, insbesondere von Reinigungs-Luftstoßdüsen, bei Hochtemperaturreaktoren ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit einer austauschbaren Düse bzw. einem Wechseldüsensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
Die Erfindung erlaubt ein einfaches Wechseln der Düse von außen ohne inneres Einrüsten und gegebenenfalls sogar ohne vollständiges Abkühlen des Hochtemperaturreaktors bzw. Wärmetauschers.
Eine austauschbare Düse der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt also außer dem die Reaktorwand durchdringenden Düsenkörper und dem daran angeschlossenen Fluidversorgungsrohr (jedenfalls soweit ein entsprechender Rohrabschnitt die Reaktorwand durchdringt) einen den Düsenkörper auf seinem gesamten Umfang und zumindest teilweise auch auf seiner Länge umhüllenden Düsenstein, der mit seinen radialen Seitenwänden paßgenau in die Hochtemperaturauskleidung des Reaktors einsetzbar ist, wobei zwischen Düsenkörper und Düsenstein eine als Dehnungskragen dienende Trennschicht und zwischen Düsenstein und der daran konturangepaßten Reaktorauskleidung eine weitere Trennschicht vorgesehen ist, die ein Trennen des Düsensteines von der Reaktorauskleidung im Falle eines Düsenaustausches gestattet.
Während der Düsenstein in der Regel bereits vor seiner Montage in der Reaktorwand hergestellt wird und den Düsenkörper bereits umgibt, kann die Hüllform der Reaktorauskleidung, in welche der Düsenstein paßgenau eingesetzt wird, sowohl vor Ort, d. h. unmittelbar während des Einbaus von Düsenstein und Düsenkörper hergestellt werden, als auch vorgefertigt sein, um in eine entsprechend große Öffnung der Reaktorauskleidung, z. B. unter Zwischenlage einer Mörtelschicht, eingebaut zu werden. Eine dritte Möglichkeit der Herstellung der Hüllform zur paßgenauen Aufnahme des Düsensteines besteht in der weiter unten beschriebenen Herstellung der Hüllform bereits während des Herstellens der Reaktorauskleidung.
Der Düsenstein besteht vorzugsweise im wesentlichen aus hochtemperaturfestem Siliziumcarbid. Der vorzugsweise metallische Düsenkörper, der im Düsenstein paßgenau und geschützt eingebaut ist, ist von dem Düsenstein lösbar, d. h., ein Lösen verhindernde Verzunderungen oder Verkrustungen treten nicht auf. Vielmehr erlauben die unterschiedlichen Werkstoffe (Werkstoffpaarung Siliziumcarbid/Stahl) auch nach Gebrauch eine vergleichsweise problemlose Demontage. Auch ein Verzundern bzw. Verkrusten zwischen dem Düsenstein und seiner Hüllform, in die er eingebaut ist, unterbleibt - jedenfalls kann der Düsenstein aus seiner Hüllform nach Gebrauch wieder derart herausgeholt, insbesondere herausgezogen, werden, daß eine neue Einheit aus Düsenkörper und Düsenstein als Austauschpaket in die Hüllform rasch wieder eingesetzt werden kann.
Es versteht sich, daß die Verwendung von Siliziumcarbid für den Düsenstein unabhängig von den Merkmalen der austauschbaren Düse bzw. des Wechseldüsensystems vorteilhaft Verwendung finden kann. Die Verwendung von Siliziumcarbid als Material für den Düsenstein ist auch deshalb vorteilhaft, weil dieses eine hohe Verschleißfestigkeit und eine geringe Anbackneigung an der dem Reaktorinneren zugewandten Fläche hat.
Ein Aussteifungs- oder Befestigungsrahmen, wie ein Winkelrahmen, ermöglicht ein einfaches Befestigen von Düsenkörper und Düsenstein an der Reaktorwand, insbesondere bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Flanschplatte nach Anspruch 3. Ein derartiger Rahmen ermöglicht ein einfaches Positionieren der Flanschplatte, eine Versteifung der Öffnung in der Reaktorwand und stellt die nötige Freifläche zur Montage der Düse bereit.
Der erfindungsgemäße Dehnungskragen dient zum einen der Dichtung zwischen Düsenstein und metallischem Düsenkörper, zum anderen dem Ausgleich der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten und besteht vorzugsweise aus etwa 10 mm dickem Keramikfaservlies oder Glasfaser-Nadelfilz.
Aus dem Stand der Technik bekannte Fächerwinkeldüsen (FWD) ragen mit ihrem metallischen Düsenkörper in den Reaktionsraum hinein. Um den metallischen Düsenkörper gegen widrige Einflüsse aus dem Reaktionsraum zu schützen, kann ein den metallischen Düsenkörper bis auf die Außtrittsöffnung der Düse zur Reaktionsrauminnenseite umgebender Schutzstein vorgesehen sein. Zum Ausgleich der Wärmeausdehnungskoeffizienten ist es von Vorteil, wenn zwischen dem Schutzstein und dem metallischen Düsenkörper ebenfalls eine Trennschicht angeordnet ist.
Wenn der metallische Düsenkörper zum Düsenstein hin entsprechende Aussparungen aufweist, so kann der Schutzstein den metallischen Düsenkörper umgreifen und so formschlüssig von dem metallischen Düsenkörper gehalten werden. Da die Ausblasrichtung der Fächerdüsen in der Regel im wesentlichen nach unten weist, kann der Schutzstein von oben parallel zur Reaktionsraumwand auf den metallischen Düsenkörper aufsteckbar ausgebildet sein. Der Formschluß verhindert ein Abrutschen nach unten, zur Seite und in Richtung Reaktormitte, während die Schwerkraft sowie in der Regel auch die Materialfließrichtung im Reaktor ein Abrutschen nach oben verhindern.
Die Größe des Schutzsteins bzw. die Öffnung in der Reaktionsraumwand sind vorzugsweise derart angepaßt, daß der Schutzstein mit der Düse aus der Reaktionsraumwand entnommen werden kann.
Sollte die Fächerdüse derart angeordnet sein, daß der Schutzstein durch die Schwerkraft nicht in Position gehalten wird, kann durch Wahl geeigneter Geometrieverhältnisse von Düsenstein, Schutzstein und Hüllstein in Einbauposition ein Formschluß zwischen Hüllstein und Schutzstein gebildet sein, der ein Abrutschen des Schutzsteines entgegen der Aufsteckrichtung verhindert.
Die vorgenannten, sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäß zu verwendenen Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Düsen bzw. Wechseldüsensysteme dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1
eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer austauschbaren, in einer Reaktorwand eingebauten Fächerwinkeldüse im Axialschnitt durch den Düsenkörper - Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 2;
Fig. 2
dieselbe Vorrichtung in Schnittansicht - Schnitt entlang der Linie B-B gemäß Fig. 1 und Fig. 3;
Fig. 3
dieselbe Vorrichtung in Aufsicht von der Ofeninnenseite her - zum Teil in einem Schnitt parallel zur Ofenwand entlang der Linie C-C;
Fig. 4
eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Darstellungsart nach Fig. 1;
Fig. 5
von derselben Vorrichtung eine weitere Schnittdarstellung (entsprechend der Schnittdarstellung in Fig. 2) - Schnitt entlang der Linie B'-B' gemäß Fign. 4 und 6;
Fig. 6
dieselbe Vorrichtung im Schnitt entlang der Linie C'-C' gemäß Fign. 4 und 5 (entsprechend der Darstellungsart in Fig. 3) sowie
Fig. 7
eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer austauschbaren Fächerdüse - entsprechend der Darstellung in Fig. 5.
Bei den Ausführungsformen nach Figuren 1 bis 7 ist mit 1 die austauschbare Düse, d. h., das gesamte Wechseldüsensystem, bezeichnet. Ein metallischer Düsenkörper 2 ist als sogenannte Fächerdüse ausgestaltet, wobei in der Ausführungsform nach Figuren 1 bis 3 die Ausblasrichtung der Düse durch den Luftaustrittsspalt 20 tangential zur Ausmauerung 6 auf der Reaktorinnenseite 10 der Reaktorwand 11 erfolgt. Bei den Ausführungsformen nach Figuren 4 bis 6 und 7 hingegen ist die Ausblasrichtung lediglich geringfügig bezüglich der Normalenrichtung der Reaktorwand 11 geneigt.
Der Düsenkörper 2 durchdringt die Auskleidung, d. h. in den dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispielen die Ausmauerung 6 der Reaktorwand 11, in dem zum Reaktorinnenraum 10 hin gelegenen Bereich. Ein metallisches Rohr 21, welches an der Reaktoraußenseite in einem Anschlußflansch 22 mündet, schließt sich an den Düsenkörper 2 zur Reaktoraußenseite hin an und stellt die fluidische Verbindung zum Luftaustrittsspalt 20 her. Der metallische Düsenkörper 2 sowie zumindest der zum Reaktorinnenraum 10 hin gelegene Bereich des Rohres 21 sind vom einem Dehnungskragen 3 eng umschlossen. Dieser Dehnungskragen besteht aus einem umlaufenden Band aus elastischem, hochtemperaturfestem Material, insbesondere aus einem etwa 10 mm dicken Keramikfaservlies oder einem Glasfaser-Nadelfilz.
Der die Reaktorwand 11 durchdringende Teil des Düsenkörpers 2 und des Rohres 21 ist zumindest in dem zum Reaktorinnenraum 10 hin gelegenen Bereich formschlüssig von einem sogenannten Düsenstein 4 umgeben, welcher im wesentlichen aus hochtemperaturfestem Siliziumcarbid besteht. Die bezüglich des Düsenkörpers 2 und des Rohres 21 nach radial außen weisende Fläche des Düsensteins 4 bildet bei der Ausführungsform nach Figuren 1 bis 3 einen trapezförmigen und bei den Ausführungsformen nach Figuren 4 bis 7 einen rechteckigen Grundriß mit jeweils vorzugsweise abgerundeten Eckbereichen, wobei die nach radial außen weisenden Flächen in Richtung auf den Reaktorinnenraum 10 hin leicht konisch zueinander hin geneigt sind. Diese konischen radialen Außenflächen sind in den dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispielen von einer Trennschicht 5 aus hochtemperaturfestem, elastischem Material umfaßt, um ein Auswechseln des Düsenkörpers samt Düsenstein auch nach längerer Gebrauchsperiode des Reaktors in der Weise zu gewährleisten, daß die aus Düsenkörper und Düsenstein bestehende bauliche Einheit nach außen aus der Reaktorwand 11 herausgezogen werden kann.
Die nach radial außen weisende konische Umfassungsfläche des Düsensteins 4 bzw. der Trennschicht 5 sitzt mit flächiger Anlage in einer Hüllform 60 der Ausmauerung 6 derart, daß die zum Reaktorinnenraum 10 hin weisende Stirnfläche des Düsensteins 4 mit der übrigen Innenfläche der Ausmauerung 6 fluchtet. Die Hüllform 60 ist bei den Ausführungsformen nach Figuren 1 bis 6 Bestandteil eines eigenständigen Bauteils, nämlich eines sogenannten Hüllsteins 60, welcher in einen bereits existierenden und ausgemauerten Reaktor nachträglich eingebaut werden kann, was nachfolgend noch näher erläutert werden wird. Hiervon unterscheidet sich die Ausführungsform nach Figur 7 dadurch, daß bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7 der Hüllstein 60 bereits in der Ausmauerung 6 von vorn herein vorgesehen oder sogar einstückiger Bestandteil der Ausmauerung 6 ist bzw. "in situ" in der Ausmauerung 6 beschaffen wird.
Bei allen Ausführungsbeispielen wird die das Austauschen des Düsensteins samt des Düsenkörpers ermöglichende Öffnung in der Reaktorwand von einem Winkelrahmen 74 umgeben, der die Funktion eines Aussteifungs- und/oder Befestigungsrahmens übernimmt. Bei den Ausführungsbeispielen nach Figuren 1 bis 6 ist dieser Winkelrahmen 74 in eine der Außenkontur des Winkelrahmens entsprechend geformte Öffnung der metallischen Außenwand des Reaktors eingesetzt, und zwar derart, daß der wandparallele Winkelrahmenflansch zur Reaktorwandaußenfläche nach innen hin parallel versetzt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7 hingegen entspricht die Öffnung in der metallischen Außenwand des Reaktors der lichten Öffnung des Winkelrahmens 74. In beiden Fällen ist der Winkelrahmen 74 mit der metallischen Reaktoraußenwand durch eine Schweißnaht 75 fest verbunden.
Eine über Halteschrauben 73 mit dem wandparallelen Schenkel des Winkelrahmens 74 fest verschraubbare Flanschplatte 7 trägt - bei allen Ausführungsbeispielen - den Düsenkörper 2 sowie den Düsenstein 4.
Der Ersteinbau einer austauschbaren Düse erfolgt bei den Ausführungsbeispielen nach Figuren 1 bis 3 und 4 bis 6 in folgender Weise:
Zunächst wird die genaue Positionierung der einen oder mehreren in einem Reaktor notwendigen Düsen festgelegt, z. B. um Anbackungen an bestimmten Stellen des Reaktors zu unterbinden. Sollten an dem äußeren Stahlmantel des Ofens in dem für die Düse vorgesehenen Bereich äußere Versteifungen vorgesehen sein, so werden diese zunächst entfernt. Sodann wird ein Loch in den Stahlmantel geschnitten, für dessen genaue Bemessung der Winkelrahmen 74 als Schablone dient. Sodann wird die Ausmauerung des Ofens im Bereich der Öffnung im Stahlmantel durchbrochen, z. B. mittels einer Kernbohrung und die tatsächliche Wandstärke der Ausmauerung an der vorgesehenen Einbauposition für die Düse festgestellt. Sodann wird die Ausmauerung im Bereich des Düseneinbauortes in der Weise entfernt, daß der Mauerdurchbruch der äußeren Kontur eines vorgefertigten Hüllsteines 60 entspricht. Dieser ist vorzugsweise gestuft oder sich konisch zum Reaktorinneren hin verjüngend ausgebildet, so daß von außen ein Einbau des Hüllsteines in die Ausmauerung mit möglichst guter Passung und gutem Sitz möglich wird.
Der Hüllstein ist an seinem dem Ofeninneren gegenüberliegenden Stirnende mit ihn überragenden Haltewinkeln 61, insbesondere aus rostfreiem Stahl versehen. Diese Haltewinkel 61 können auch einen umlaufenden Rahmen bilden. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen in Figuren 1 bis 6 beträgt die Tiefe des Hüllsteines 60 180 mm, während die Tiefe des ihn überragenden Schenkels des Haltewinkels 61 zusätzlich 70 mm beträgt, so daß sich eine Gesamteinbautiefe von 250 mm ergibt. Diese ist auch im Bedarfsfalle variierbar. Ziel ist es dabei, daß die ofenseitige Stirnfläche des Hüllsteines mit der Reaktorausmauerungen innen bündig abschließt. Sollte das Mauerwerk im Ofen nicht parallel zur außen liegenden Stahlwand laufen, was z. B. im unteren Ofenbereich der Fall sein kann, so wird der Hüllstein 60 und/oder sein Halterahmen 61 entsprechend den Erfordernissen für einen parallelen Einbau zur Ausmauerung verlängert bzw. verkürzt.
Für den Einbau des Hüllsteins werden Gewindestangen 44 verwendet, die in Aufnahme bzw. Justierbohrungen 62 des Hüllsteins 60 eingesetzt sind bzw. eingesetzt werden und Bohrungen in dem wandparallelen Flansch des Winkelrahmens 64 durchsetzen. Die Positionierung des Hüllsteins 60 in seiner normal zur Reaktorwand sich erstreckenden Einschubrichtung wird mittels der Gewindestangen 44 oder darauf drehbar angeordneten Gewindemuttern eingestellt. Als sogenannter Setzwinkel 45 dienen durchbohrte Flacheisen, durch deren Bohrung je eine Gewindestange 44 verläuft. Diese sogenannten Setzwinkel 45 können um die Gewindestangenachse verschwenkt werden und dienen u. a. als Montagehilfe beim Einsetzen des Düsensteins 4 nebst Düsenkörper 2 in die konische Öffnung im Hüllstein 60.
Die quer zur Reaktorwand ausgerichteten Schenkel des Hüllstein-Haltrahmens 61 sind so bemessen, daß sie unter den Winkelrahmen 74 stoßen und mit diesem durch Längsnähte 25 verschweißbar sind. Erst nach dem Einsetzen des Hüllsteins 60 mit dem daran befestigten Hüllstein-Halterahmen 61 und dem damit verschweißten Winkelrahmen 74 in die vorbereitete Reaktorwandöffnung wird der Winkelrahmen 74 mit dem Stahlmantel der Reaktorwand 11 in der oben beschriebenen Weise verschweißt. Damit sind die Voraussetzungen für den Einbau und auch das spätere Wechseln des Düsensteins 4 samt des Düsenkörpers 2 geschaffen. Zunächst wird der konische Düsensteinumfang mit etwa 3 mm dickem Keramikfaserpapier umkleidet, welches sich über die gesamte Düsensteinhöhe erstreckt. Nachdem der Düsenkörper 2 mit dem Dehnungskragen 3 an den entscheidenden Stellen ummantelt und der Düsenkörper 2 in den Düsenstein 4 eingesetzt ist, wird diese Einheit in die vorbereitete Reaktorwandöffnung, die der Hüllstein 60 freigelassen hat, eingesetzt. Zuvor aber wird der Düsenstein 4 gegen den Düsenkörper 2 verspannt. Dies geschieht mittels einer Halteschelle 43, die auf den rohrförmigen Teil des Düsenkörpers 2 aufgeschraubt ist und Düsensteinspannschrauben 76 trägt, die soweit gegen die äußere Stirnfläche des Düsensteins 4 verspannt werden, bis die gewünschte Relativposition zwischen Düsenkörper 2, insbesondere Luftaustrittsspalt 20 und der inneren Stirnfläche des Düsensteins 4 erreicht ist. Mittels vorzugsweise abgewinkelter Gewindestangen, die in die nach außen weisende Düsensteinstirnfläche fest eingesetzt sind, wird eine Düsensteinverschraubung 40 bezüglich der Flanschplatte 7 realisiert, die den Düsenkörper 2 samt dem Düsenstein 4 hält. Sobald der gewünschte Sitz des Düsensteins 4 und der Flanschplatte 7 erreicht ist, wird das Rohr 21 des Düsenkörpers 2, welches eine entsprechend große Bohrung der Flanschplatte 7 durchdringt, mit der Flanschplatte 7 umlaufend dicht verschweißt. Die aus Flanschplatte 7, Düsenkörper 2 und Hüllstein 4 bestehende Einheit kann dann je nach Bedarfsfall aus der Reaktorwanddurchbrechung herausgezogen oder in diese wieder eingesetzt werden. Zwischen der Flanschplatte 7 und dem Winkelrahmen 74 wird vorzugsweise eine elastische Dichtung 71 zur Abdichtung und lösbaren Verbindung zwischen der Flanschplatte 7 und dem wandparallelen Schenkel des Winkelrahmens 74 eingesetzt.
Dieses Wechseldüsensystem erlaubt es, in kürzester Stillstandszeit des Reaktors defekte Düsen von außen her auszuwechseln. Ein Begehen des Reaktorinneren ist nicht erforderlich. Der Wechsel kann innerhalb ca. 1 Stunde erfolgen. Der zwischen der Flanschplatte 7 und der äußeren Stirnfläche des Düsensteins 4 und des Hüllsteines 60 verbleibende Freiraum kann mit Isolierwolle 8 oder Schamottenmörtel ausgefüllt werden. Diese Variante ist in Figuren 1 und 2 dargestellt.
Bei der Verwendung von Fächerwinkeldüsen kann der Düsenstein auch geteilt und zur besseren Montage mit einem umlaufenden Band umwickelt sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7 kann die Bereitstellung der Hüllform 60 auch durch Ausmörteln des Hohlraumes zwischen Düsenstein und Ausmauerung vom Reaktorinneren her erfolgen.
Zu Inspektions- und gegebenenfalls Austauschzwecken wird die Fächerdüse zusammen mit dem Düsenstein und der Flanschplatte demontiert. Hierzu braucht der Reaktor nicht erst völlig abgekühlt zu werden.
Bezugszeichenliste
1
Düse, Wechseldüsensystem
2
metallischer Düsenkörper
3
Dehnungskragen
4
Düsenstein
5
Trennschicht oder -fläche
6
Ausmauerung
7
Flanschplatte
8
Isolierwolle oder Schamottemörtel
10
Reaktorinnenraum
11
Reaktorwand
20
Luftaustrittsspalt
21
Rohr
22
Anschlußflansch
23
Düsenkörperbefestigung, Schweißnaht
24
Aussparung
25
Halterahmenbefestigung, Schweißnaht
40
Düsensteinverschraubung
41
Schutzstein
42
Aufsteckrichtung des Schutzsteins
43
Halteschellen des metallischen Düsenkörperrohres
44
Gewindestange
45
Setzwinkel mit Mutter
60
Hüllform, Hüllstein
61
Hüllstein-Halterahmen
62
Aufnahme-, Justierbohrung vom Hüllstein
71
elastische Dichtung
72
Haltekeil
73
Halteverschraubung
74
Winkelrahmen
75
Winkelrahmenbefestigung, Schweißnaht
76
Düsensteinspannschrauben

Claims (22)

  1. Vorrichtung zum Einleiten eines Fluidstromes in den Innenraum von feuerfest ausgekleideten Hochtemperaturreaktoren, wie Wärmetauschern von Drehrohröfen für die Zementherstellung,
    mit einer austauschbaren Düse (1), wie einer Winkelfächerdüse, mit einem hochtemperaturfesten, metallischen, die Auskleidung des Hochtemperaturreaktors zumindest teilweise durchdringenden Düsenkörper (2), vorzugsweise mit einem schlitzförmigen Austrittsspalt (20), und mit einem mit dem Düsenkörper (2) zur Fluidzuführung verbundenen Rohr (21), vorzugsweise zum Anschluß an eine außenseitige Luftkanone zur Zufuhr eines Fluidstromes,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Düse (1) einen Dehnungskragen (3), insbesondere aus elastischem, hochtemperaturfestem Material, vorzugsweise aus etwa 10 mm dickem Keramikfaservlies oder Glasfaser-Nadelfilz, einen, vorzugsweise außen konisch geformten, Düsenstein (4) und eine Trennfläche (5) oder eine Trennschicht (5) aus hochtemperaturfestem, elastischem Material umfaßt, wobei
    der Dehnungskragen (3) zwischen dem metallischen Düsenkörper (2) und dem Düsenstein (4) angeordnet ist,
    der Düsenstein (4) mit der Auskleidung im wesentlichen bündig mit der inneren Auskleidungsfläche abschließt und durch die Trennfläche (5) oder Trennschicht (5) von einer, vorzugsweise innen konisch geformten, der Form des Düsensteins (4) entsprechenden Hüllform (60), insbesondere von einem Hüllstein (60), in der Ausmauerung (6) getrennt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungskragen (3) den metallischen Düsenkörper (2) zumindest entlang einer geschlossenen Linie umgibt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstein (4) sowie der metallische Düsenkörper (2) durch eine außerhalb des Reaktorraumes angebrachte Flanschplatte (7) gehalten werden.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschplatte (7) einen Reaktorwanddurchbruch verschließt, der derartig ausgebildet ist, daß der Düsenstein (4) samt dem Düsenkörper (2) in den Reaktorwanddurchbruch von außen her in den Reaktor (10) einsetzbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstein (4) samt dem Düsenkörper (2) in einen Reaktorwanddurchbruch von außen her in den Reaktor (10) einsetzbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstein (4) in der Länge einstellbare Verschraubungsmittel aufweist, die vorzugsweise mit der Flanschplatte (7) fest verbunden sind, insbesondere um den Düsenstein (4) samt Flanschplatte (7) als Einheit vorzumontieren und/oder als Abziehvorrichtung um den Düsenstein (4) aus dem Hüllstein (60) zu ziehen.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (2) mit der Flanschplatte (7), z. B. durch einen lösbaren Flansch, fest gehalten ist, vorzugsweise aber durch eine äußere Ringschweißung (75) fest verbunden ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Düsenstein (4) und Flanschplatte (7) freigelassen ist und dieser Raum der Kontur des Düsensteines (4) folgend durch Isolierwolle, Schamottemörtel (8) oder dergleichen Wärmedämmung aufgefüllt ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht zwischen Düsenstein (4) und dem Hüllstein (60) oder der Hüllform (60) aus einem etwa 2 bis 5 mm dickem Keramikfaserpapier oder -vlies besteht.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllstein (60) oder die Hüllform (60) durch Hochtemperaturmörtel gebildet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllform durch einen, vorzugsweise ringförmigen, Hüllstein (60) gebildet ist, dessen innere Kontur der Form des Düsensteins (4) und der ihn umgebenden Trennschicht (5) entspricht, und der Hüllstein (60) direkt oder durch Hochtemperaturmörtel mit der Ausmauerung (6) verbunden ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllstein (60) mit der äußeren Reaktorwand (11) verankert ist, insbesondere mit einem Winkelrahmen (74) verbunden und über den Winkelrahmen (74) mit der äußeren Stahlwand verankert ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Formkörper, der der äußeren Form des Düsensteins (4) mit der ihn umgebenden Trennschicht (5) entspricht, während der Ausmauerung und Auffüllung des Reaktors mit Hochtemperaturmörtel den Platz des Düsensteines einnimmt, so daß, gegebenenfalls mit einem einzigen Formkörper, die Einbauöffnungen für alle Düsensteine während des Ausmauerns hergestellt werden können.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschplatte (7) eine elastische Dichtung (71) zur Stahlwand aufweist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschplatte (7) über am Umfang gleichmäßig verteilte Verbindungselemente (73), wie Schraubverbindungen, an einen den Reaktorwanddurchbruch insbesondere aussteifenden Winkelrahmen (74) oder dergleichen (Aussteifungs- oder Befestigungsrahmen) gepreßt wird.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstein (4) und gegebenenfalls der Hüllstein (60) in einer separaten Form hergestellt und, vorzugsweise, ungeteilt ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstein (4) im wesentlichen aus hochtemperaturfestem Siliziumcarbid besteht.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllstein (60) einen Halterahmen (61) aufweist und durch Verbinden, insbesondere Verschweißen, des Halterahmens (61) mit dem Aussteifungsoder Befestigungsrahmen (74) eine Einheit bildet.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungs- oder Aussteifungsrahmen (74) einen längeren Schenkel aufweist, mit dessen Hilfe Wanddickenunterschiede im Mauerwerk durch Hinein- und Heraus-Verschieben des Befestigungs- oder Aussteifungsrahmens (74) bezüglich der Stahlwand ausgeglichen werden.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Setzwinkel (45) vorgesehen sind, die nach der Düsensteinmontage unter den Düsenstein (4) geschwenkt werden können und somit die Positionierung des Düsensteines (4) im Hüllstein (60) sicherstellen.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß Haltemittel (73) am Rohr (21) der Düse (1) angebracht sind und mittels Stellschrauben die genaue Positionierung und Halterung des Düsensteines (4) bezüglich der Düse (1) sicherstellen.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch einen den Düsenkörper (2) bis auf die Austrittsöffnung (20) der Düse (1) zur Reaktorrauminnenseite (10) umgebenden Schutzstein (41).
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