EP1781828B1 - Vorrichtung zum schutz metallischer fl[chen vor kondensaten korrosiver medien hoher temperatur in technischen anlagen - Google Patents

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EP1781828B1
EP1781828B1 EP05769577A EP05769577A EP1781828B1 EP 1781828 B1 EP1781828 B1 EP 1781828B1 EP 05769577 A EP05769577 A EP 05769577A EP 05769577 A EP05769577 A EP 05769577A EP 1781828 B1 EP1781828 B1 EP 1781828B1
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EP
European Patent Office
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gas
hot
temperature
thermal insulation
corrosion
Prior art date
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EP05769577A
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English (en)
French (fr)
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EP1781828A2 (de
Inventor
Michael Meckelnburg
Rene Gross
Kurt Weber
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Friatec AG
Original Assignee
Friatec AG
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B9/00—Stoves for heating the blast in blast furnaces
    • C21B9/02—Brick hot-blast stoves
    • C21B9/06—Linings
    • 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
    • F27D1/0003—Linings or walls
    • F27D1/0006—Linings or walls formed from bricks or layers with a particular composition or specific characteristics

Definitions

  • the invention relates to technical systems such as blast furnaces with the associated hot blast line and the hot blast valve, in which condensates of gaseous, corrosive media of high temperature arise, which cause damage to metal walls of technical equipment.
  • the invention particularly relates to a shut-off device for high-temperature gaseous media for shutting off the hot gas lines leading from a hot blast to a blast furnace comprising a housing with sealing seats cooled by a cooling medium and a shut-off device cooled by a cooling medium in the housing with the exception of the housing sealing seats and the sealing surfaces on the obturator all surfaces coming into contact with the hot gas are provided with a refractory coating.
  • Water vapor is always present in the interior of blast furnaces, hot blast lines and hot windscreens. During the heating season, it comes mainly from the combustion products, in the wind period it comes from the humid air. The water vapor passes through joints and macroscopic cracks of the refractory lining, such as refractory concrete, but also through microscopic channels of porous refractory bricks as well as through the existing mineral fiber mats additional internal insulation or ramming masses on the inside of the steel shell. If the sheet steel jacket temperature is lower than the dew point temperature, condensation of liquid water contaminated with pollutants occurs. The contaminated with pollutants condensate leads to corrosion and thus to corresponding damage to the steel shell.
  • the external or internal insulation pursues the goal of keeping the sheet steel jacket temperature above the dew point temperature in order to avoid the formation of condensation and thus the formation of corrosive liquids.
  • the dew point temperature is dependent on the gas atmosphere in the interior of the gasifier, which is thermodynamically referred to as a two-component gas mixture, namely as a gas-vapor mixture, both in the heating and in the wind period.
  • a two-component gas mixture namely as a gas-vapor mixture
  • the dew point temperature at a pressure of 1 bar is about 60 ° C
  • the dew point temperature rises to about 100 ° C.
  • the water vapor concentration is subject to fluctuations because the injected air comes out of the normal (ambient) atmosphere and is subject to daily and seasonal variations in moisture content.
  • Another parameter that influences the dew point temperature is the chemical composition of the gas atmosphere in the heater.
  • the dew point temperature changes.
  • the dew point temperature changes from 45 ° C to 55 ° C.
  • the sulfuric acid content is the same, the dew point temperature rises from 45 ° C to 185 ° C.
  • Condensation of corrosive liquids can be prevented by constructive design of blast furnaces, hot blast lines and hot air slides, if the inner surfaces of the steel shells always remain so warm that the dew point temperature is not undercut.
  • the ambient temperature plays a crucial role. It can vary considerably depending on where in the world the hot water heater is located. Temperatures above 30 ° C may occur in Canada during the summer, but severe winters can also experience significant negative temperatures from -20 ° C to -40 ° C.
  • the outside temperature is 45 ° C and the hot air temperature about 1150 ° C on the first insulating layer, the usual refractory concrete with hot winders, and a high thermal insulation additional insulation between the refractory concrete and the steel jacket, so raises a temperature on the inside of the steel shell of about 185 ° C.
  • the level of the temperature of a dew point undershoot has a significant influence on the composition of the condensate and the corrosion behavior. At small temperature drops below the dew point temperature, small pH values are established. At pH values below 3, it is generally known that intercrystalline stress corrosion cracking does not occur on low-alloyed steels, but surface corrosion, also known as cavity corrosion, is known.
  • the design of the steel sheath plays an important role because of the influence of the outside temperature on the dew point temperature, especially in an inner insulation. If the temperature on the inner surface of the sheet-steel jacket is constructively kept well above the dew-point temperature, temperature-dependent strength and tensile stress problems occur.
  • the rise and fall of the tensile stresses that are due to the periodic interplay of the heating and wind periods during the Winderhitzer Anlagen process causes alternating strain, which occurs at a frequency of 5000 to 8000 load cycles annually and damage to the usually brittle protective layers of the jacket plates both the Winderhitzers guiding the hot-air pipe as well as the hot-air valve.
  • the formation of the corrosion-inducing ammonium nitrate is responsible for the formation of nitrogen oxides NO x during the various operating phases of the coke oven. It is known, for example, that the NO x concentration increases with increasing temperature. Furthermore, temperature-independent causes play a role in the formation of nitrogen oxide: for example, NO is produced by the fuel during the heating period.
  • the blast furnace gas contains HCN and NH 3 , during combustion, NO is formed.
  • NO formation takes place thermally in the switching periods, in the waiting and wind periods from N 2 and O 2 .
  • the convective mass transport in the changeover periods also has a considerable influence on the NO concentration. Striking is the particularly high NO concentration during filling.
  • the associated convective mass transfer means that the gas with the high NO concentration from the interior actually reaches the steel jacket.
  • the object of the invention is therefore to reduce the resulting corrosion based on nitrogen oxides.
  • the humid gas atmosphere in addition to nitrogen oxides NO 2 also contains sulfur oxides SO 2
  • a condensate with sulfuric acid H 2 SO 4 and nitric acid HNO 3 is formed during cooling.
  • HNO 3 is almost completely reduced to NH 3 .
  • the neutralization with H 2 SO 4 then ammonium sulfates (NH 4 ) 2 SO 4 or NH 4 HSO 4 are formed.
  • the condensate formed contains only HNO 3 . Under these conditions, ammonium nitrate NH 4 NO 3 is formed. This corresponds to a 50% conversion to NH 3 , but a 100% neutralization of HNO 3 .
  • the SO 2 in the gas atmosphere must therefore be given a protective action against the stress cracking corrosion-inducing ammonium nitrate, because it prevents its formation by reducing the nitrate ions.
  • the presence of SO 2 leads to the above-mentioned erosive corrosion.
  • the attachment of the thermal insulation material takes place in conventional hot-winders, for example, by expansion anchors made of metal, which are fastened with stud welding equipment to the sheet steel jacket construction.
  • the metallic expansion anchors hold the thermal insulation material and hold the entire system together by setting in the refractory lining. Disadvantage of this metallic solution is that the expansion anchors pass the heat to the steel jacket construction.
  • the prior art are anchors consisting of a threaded pin on which a ceramic cap is attached in order to achieve a certain thermal insulation.
  • a refractory concrete layer can not be attached to these ceramic caps.
  • the water pipes for the inlet and the outlet of the coolant are not isolated in the prior art, although they come in contact with the closed slide with the hot gas-steam mixtures.
  • the open position of the hot air slide with the hot gas-steam mixtures coming into contact sealing and contact surfaces of the hot air slide plate and the housing side sealing surfaces are also not isolated in the prior art.
  • the contact surface of the hot-air slide plate and a housing sealing seat and the sealing seat of the hot-air slide plate, which is arranged opposite the shut-off side come into contact with the hot gas.
  • the DE 1 955 063 B1 discloses a high temperature gaseous media shut-off device having the features of the preamble of claim 1.
  • the inner structure consists of a refractory lining, behind which then the insulation is located.
  • An object of the invention is to develop a generic shut-off device for a technical system to the effect that acid and stress corrosion cracking on sheet steel jacket is largely avoided, although the use expensive materials should be dispensed with.
  • shut-off device according to claim 1.
  • the invention can be used in technical systems from the group of hot-air valves, blast heaters, blast furnace lines or exhaust pipes in power plants, in which ambient air is heated as described above and this forms a corrosive condensate by changing the chemical composition.
  • the invention particularly describes a shut-off device for gaseous media of high temperature, in particular for shutting off the hot gas lines leading from blast furnaces to a blast furnace, wherein the shut-off device consists of a support structure, with a movably arranged in a housing, cooled by a cooling medium obturator, wherein with the Hot gas coming into contact surfaces are partially provided with a refractory coating and a gas-vapor mixture barrier is arranged on the inside of the support structure.
  • materials with a finely porous xonolite structure are used, the crystals of which have fumed silicas as a finely porous insulating material and as a matrix stabilizer.
  • Such materials are characterized by their homogeneity, strength and good processability; Furthermore, their thermal conductivity values are many times lower than, for example, refractory or refractory concrete. If so far heat insulation materials Usually used as a rear insulation, these new materials can also be used directly in the combustion chamber. These are, for example, thermal insulation boards with a vermiculite coating.
  • refractory which are stable at high temperatures (about 600 to 2000 ° C).
  • temperatures about 600 to 2000 ° C.
  • the thermal insulation boards with a vermiculite coating have classification temperatures of around 1000 ° C and are therefore "fire-proof" in the language, but no longer according to the standard temperature of 1500 ° C to be considered by the expert.
  • Advantage of the invention is that when using a gas-vapor mixture barrier, the thermal insulation increased and thus energy loss can be reduced because the sheet steel jacket temperature can be lowered to the ambient temperature or below, because the dew point temperature falls below in the interior no longer matters.
  • the gas-vapor mixture barrier can be designed in the arrangement between the refractory lining and the thermal insulation so that no water gets to the insulation, so this does not necessarily have to be made of water-repellent material.
  • the cause of the use of water-repellent material in the production of thermal insulation lies in the processing of the refractory lining. In the processing of refractory concrete or light refractory concrete water is used, which comes to the material used for the thermal insulation.
  • the gas-vapor mixture barrier is executed, other parameters are taken into account, such as the thermal expansion behavior and the corrosion behavior of the gas-vapor mixture barrier itself.
  • thermal insulation material is as a thermal insulation material with a clear opposite to that in the patent DE 41 38 283 C1 proposed mineral fiber mats used reduced thermal conductivity, namely powder-filament mixtures pressed in solid plates, in blocks or in glass fabric. Their thermal conductivity is four times less than that of mineral fiber mats.
  • the use of vacuum evacuated, pressed powdered filament, the thermal conductivity in a temperature range of 100 ° C to 500 ° C to the order of ⁇ ⁇ 0.01 W / mK to ⁇ ⁇ 0.016 W / mK reduce.
  • the thermal insulation material is additionally protected from moisture and water by the vacuum cladding. Water-repellent, not by a vacuum cladding Protected powder filaments must be specially treated by the manufacturer to achieve a water-repellent property.
  • These pressed powder filaments are more expensive, have a higher thermal conductivity and thus lower thermal insulation. If no vacuum-clad powder filament is used, the gas-vapor mixture barrier also provides protection against moisture and water, but approximately doubles the thermal conductivity. The extent of thermal insulation can be adapted to the temperature distribution in the interior of the support structure accordingly.
  • the gas-vapor mixture barrier is metallic. Then, the high-temperature corrosion behavior must be taken into account, since in a metallic design, a minimum temperature must be maintained, which is above the dew point of the gas-vapor mixture used, in the example of a hot blast valve at about 200 ° C.
  • the gas-vapor mixture barrier can also be integrated in the thermal insulation or between the refractory lining and the thermal insulation.
  • the gas-vapor mixture barrier is not metallic, so that it can not be attacked by corrosion.
  • any condensates would have to be dissipated, so that preferably the minimum temperature of 200 ° C in a hot blast valve is also complied with.
  • the gas-vapor mixture barrier is designed as a vacuum envelope of a vacuum-evacuated thermal insulation with a powder-filament material.
  • Variant (f) reduces costs, since the material for thermal insulation does not need to be water-repellent.
  • the individual components material for thermal insulation, gas-vapor mixture barrier and refractory coating affect each other and must be in their thermal expansion be tuned to each other so that they can move to each other without damaging each other.
  • FIG. 1 shows a shut-off device in a section transverse to the flow direction, which is designed as a hot-air slide.
  • the slide housing 1 has a flange-mounted hood 2, into which a slider plate 3 designed as a shut-off element can be inserted.
  • This slide plate 3 is formed as a hollow body and internally provided with spiral coolant channels, which are flowed through by a coolant.
  • the slide plate 3 is suspended from two push rods 4a, 4b, which are hollow and at the same time serve the supply 4b and discharge 4a of coolant.
  • the push rods 4a and 4b extend through a flanged at the top of the housing 1 hood 2, which are shaped and dimensioned is that it can accommodate the slide plate 3 in the open position of the shut-off device.
  • hood 2 At the top of the hood 2 there are passages for the push rods 4a and 4b. Stuffing box gaskets at the passages are used to separate the interior environment of the hot air slide from the environment. Not shown is the adjustment mechanism for the two push rods 4a and 4b.
  • the hood 2 is provided on its outside with reinforcing ribs 5, which are reduced to a required number for the mechanical strength.
  • the inner surfaces of the device which come into contact with the hot gas are provided with refractory coatings 6.
  • the lying directly in the hot gas flow surfaces, ie the slide plate 3 and the inner wall of the housing 1 are coated with a sufficiently thick layer of a dense and mechanically resistant refractory concrete 6. This layer 6 is secured by Spreizankem 9 on the support structure.
  • a highly heat-insulating layer 7 is arranged between the layer of refractory concrete 6 and the supporting metal structure.
  • the inner surfaces of the hood 2 and other not directly coming into contact with the hot gas inner surfaces are in contrast covered with a light refractory concrete 8.
  • the gas-vapor mixture barrier is alternatively integrated in the refractory layer 6 or in the heat-insulating layer 7 or arranged between the two.
  • FIG. 2 shows the in FIG. 1 Shut-off device shown in a section parallel to the flow direction.
  • the gas-vapor mixture barrier 10 is arranged as a relatively thin layer compared to the refractory layer 6 between the metal construction of the housing 1 and the refractory coating 6.
  • FIG. 3 shows in a section through the slider housing 1 and through the layers arranged inside heat-insulating layer 7 and fire-retardant layer 6 a section of the inner lining.
  • the gas-vapor mixture barrier 10 is made of a sheet or a metallic foil and is disposed between the heat-insulating layer 7 and the fire-retardant layer 6.
  • FIG. 4 shows in a section corresponding to the FIG. 3 an embodiment with within the refractory lining 6 integrated gas-vapor mixture barrier 10 in multi-layer structure of the refractory lining. 6
  • FIG. 5 shows in a section corresponding to the FIG. 3 an embodiment with a gas-vapor mixture barrier 10, which is integrated within a multi-layered thermal insulation 7.
  • the gas-vapor mixture barrier 10 may for example consist of plastic, which may be reinforced with glass fibers or carbon fibers.
  • FIG. 6 shows in a section corresponding to the FIG. 3 an embodiment with a gas-vapor mixture barrier 10, which is designed as a vacuum envelope, which may consist of a metallic material or a non-metallic material or a combination of these two materials.
  • the vacuum envelope encloses heat-insulating material 7.
  • the material for the thermal insulation is preferably a compressed powder-in-plate mixture, for example Al 2 O 3 + SiO 2 .
  • the invention relates to a support structure of a technical system of non-corrosion resistant material whose inner wall at least temporarily includes a corrosive and abrasive gas-vapor mixture and is protected from acid corrosion by a gas-vapor mixture barrier, which provides mechanical protection against penetration of the Gas-vapor mixture through the insulating insulation to the inner wall of the support structure forms.

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Description

  • Die Erfindung betrifft technische Anlagen wie Winderhitzer mit der dazugehörigen Heißwindleitung und dem Heißwindschieber, bei denen Kondensate von gasförmigen, korrosiven Medien hoher Temperatur entstehen, welche Schäden an Metallwänden der technischen Anlagen verursachen. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Absperrvorrichtung für gasförmige Medien hoher Temperatur zur Absperrung der Heißgasleitungen, die von einem Winderhitzer zu einem Hochofen führen, bestehend aus einem Gehäuse mit durch ein Kühlmedium gekühlten Dichtsitzen und einem in dem Gehäuse beweglich angeordneten, durch ein Kühlmedium gekühltes Absperrorgan, wobei mit Ausnahme der Gehäusedichtsitze und der Dichtflächen am Absperrorgan alle mit dem Heißgas in Berührung kommenden Flächen mit einer feuerfesten Beschichtung versehen sind.
  • Aus der DE 41 38 283 C1 ist es bekannt, alle mit dem Heißgas in Berührung kommenden ungekühlten Flächen des Absperrorganes mit einer hoch wärmedämmenden Zusatzisolierung zu versehen, die zwischen der feuerfesten Beschichtung und der Metallkonstruktion angeordnet ist, um den Verschleiß durch Säurekorrosion weitestgehend zu unterbinden.
  • Zur Säurekorrosion an den Innenseiten der Stahlblechmanteloberflächen kommt es durch korrosiv wirkende Flüssigkeiten. Diese entstehen durch Kondensation feuchter Luft und sind angereichert mit gasförmigen Schadstoffen aus den durchströmten Bereichen des Winderhitzers, der Heißwindleitungen und des Heißwindschiebers. Neben diesen chemischen Ursachen sind auch der thermische Einfluss durch die hohen Temperaturen sowie die Temperaturschwankungen korrosionsauslösend oder korrosionsbeschleunigend. Die Ursachen dafür sind beispielsweise
    • Oxidation des molekularen Stickstoffs aus der Luft in Stickstoffoxide NOx.
    • erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit beim chemischen Korrosionsprozess,
    • erhöhter molekularer Stofftransport der Reaktanden sowie der Reaktionsprodukte infolge Diffusion,
    • Zerstörung von Passivschichten und Herabsetzung der mechanischen Festigkeit,
    • Entstehung von Kondensaten korrosiver Flüssigkeiten unterhalb und oberhalb der Taupunkttemperatur.
  • Wasserdampf ist im Inneren von Winderhitzern, Heißwindleitungen und Heißwindschiebern stets vorhanden. Während der Heizperiode kommt er überwiegend aus den Verbrennungsprodukten, in der Windperiode stammt er aus der feuchten Luft. Der Wasserdampf gelangt durch Fugen und makroskopische Risse der Feuerfestauskleidung, wie beispielsweise Feuerfestbeton, aber auch durch mikroskopische Kanäle der porösen Feuerfeststeine sowie durch die aus Mineralfasermatten bestehenden Zusatzinnenisolierungen oder Stampfmassen an die Innenseite der Stahlblechmäntel. Ist die Stahlblechmanteltemperatur niedriger als die Taupunkttemperatur, so kommt es zur Kondensation flüssigen Wassers, das mit Schadstoffen belastet ist. Das mit Schadstoffen belastete Kondensat führt zur Korrosion und damit zu entsprechenden Schäden an den Stahlblechmänteln. Beim Stand der Technik wird versucht, die Korrosion durch Außen- und Innenisolierungen, Doppelmantelsanierung, Einsatz hochlegierter Stähle sowie Absenkung der Kuppeltemperatur zu verhindern. Ferner wird auch der Einsatz des niedrig legierten Stahls 16Mo3 für die Stahlblechmäntel der Winderhitzer empfohlen. Die bisherigen Erfahrungen weisen aber klar darauf hin, dass Schäden durch eine Außenisolierung sowie durch den Einsatz hochlegierter Stähle zuverlässig verhütet werden. Auch mit der Innenisolierung wurden bislang gute Erfahrungen gemacht.
  • Die Außen- bzw. die Innenisolierung verfolgt das Ziel, die Stahlblechmanteltemperatur über der Taupunkttemperatur zu halten, um damit die Kondensatbildung und somit das Entstehen korrosiver Flüssigkeiten zu vermeiden. Die Taupunkttemperatur ist aber abhängig von der Gasatmosphäre im Inneren des Winderhitzers, die thermodynamisch als Zweistoffgasgemisch bezeichnet wird, nämlich als ein Gas-Dampf-Gemisch, dies sowohl in der Heiz- als auch in der Windperiode. In dem hier entscheidenden Temperaturbereich ist der Zustand eines Gases stets so weit von seinem Nassdampfgebiet entfernt, dass es thermodynamisch immer als Gas behandelt wird. Der andere Teil des Gases befindet sich jedoch in der Nähe seines Zweiphasengebietes, so dass es kondensieren kann. Bei diesem Gas handelt es sich um "Dampf".
  • Ein alltägliches Beispiel für Gas-Dampf-Gemische ist die feuchte Luft, ein Gemisch aus trokkener Luft und Wasserdampf. Bei einer isobaren Abkühlung der noch ungesättigten feuchten Luft bleibt der Dampfgehalt zunächst konstant, während die relative Feuchtigkeit zunimmt. Dieser Prozess geht bis zur Sättigung. Die dazu gehörende Temperatur wird als Taupunkttemperatur bezeichnet. Bei einem weiteren Sinken unterhalb der Taupunkttemperatur tritt Kondensation ein, flüssiges Wasser wird als Kondensat abgeschieden und der Dampfgehalt verringert sich. Bei einem weiteren Absenken der Temperatur verläuft dieser Prozess entlang einer Kurve, die als Sättigungskurve bekannt ist, bis zu einer geringeren Temperatur, bei der die Kondensation wieder aufhört. Erhöht sich während dieses Prozesses der Luftdruck, so verschiebt sich die Sättigungskurve nach oben. Daraus folgt, dass die Taupunkttemperatur nicht nur vom Wasserdampfgehalt, sondern auch vom Druck abhängig ist. In diesem Beispiel würde sie steigen.
  • Als Beispiel für die Verdeutlichung der Größenordnungen folgendes: Bei einem Volumengehalt der Wasserdampfkonzentration von 20 % liegt die Taupunkttemperatur bei einem Druck von 1 bar bei circa 60 °C, bei einem Druck von 5 bar steigt die Taupunkttemperatur auf circa 100°C. Beim Winderhitzerbetrieb eines Hochofens kommt es in den einzelnen Phasen auch zu unterschiedlichen Drücken, die auch den Heißwindschieber und die Heißwindleitungen betreffen. Es stellen sich somit immer wieder andere Taupunkttemperaturen ein. Auch die Wasserdampfkonzentration unterliegt Schwankungen, weil die eingeblasene Luft aus der normalen (Umgebungs-)Atmosphäre kommt und täglichen und auch jahreszeitlichen Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt unterliegt. Ein weiterer Parameter, der die Taupunkttemperatur beeinflusst, ist die chemische Zusammensetzung der Gasatmosphäre im Winderhitzer. Wenn sich zusätzlich zu dem Wasserdampf der Dampf verschiedener Säuren, wie beispielsweise Salpetersäure HNO3, Schwefelsäure H2SO4 oder Salzsäure HCl in der Gasatmosphäre befinden, ändert sich die Taupunkttemperatur. Bei gleichem Druck und einem Wasserdampfgehalt von 10 % sowie einem zusätzlichen Salpetersäuredampfgehalt von 103 ppm ändert sich die Taupunkttemperatur von 45 °C auf 55 °C. Wenn es sich anstelle des Salpetersäuredampfgehaltes um einen gleich großen Schwefelsäureanteil handelt, steigt die Taupunkttemperatur von 45 °C auf 185°C. Die Kondensation korrosiver Flüssigkeiten lässt sich durch eine konstruktive Auslegung von Winderhitzern, Heißwindleitungen und Heißwindschiebern vermeiden, wenn die Innenflächen der Stahlmäntel immer so warm bleiben, dass die Taupunkttemperatur nicht unterschritten wird. Bei einer Innenisolierung spielt die Umgebungstemperatur eine entscheidende Rolle. Sie kann, je nachdem, wo auf der Welt sich der Winderhitzer befindet, erheblich schwanken. In Kanada können sich im Sommer Temperaturen von über 30 °C einstellen, in strengen Wintern können aber auch erhebliche negative Temperaturen von -20 °C bis - 40 °C auftreten.
  • Vorausgesetzt, die Außentemperatur beträgt 45 °C und die Heißwindtemperatur circa 1150 °C an der ersten Isolierschicht, dem bei Heißwindschiebern üblichen Feuerfestbeton, sowie einer hoch wärmedämmenden Zusatzisolierung zwischen dem Feuerfestbeton und dem Stahlblechmantel, so stellt sich eine Temperatur an der Innenseite des Stahlmantels von circa 185 °C ein. Dies entspricht in etwa der Taupunkttemperatur von Schwefelsäuredampf, wie oben beschrieben. Ändert sich die Temperatur des Stahlblechmantels, aufgrund einer geringeren Außentemperatur von circa -20 °C, wird die Taupunkttemperatur unterschritten und es entstehen an der Innenseite des Stahlblechmantels durch die Kondensation die nicht gewollten korrosiven Flüssigkeiten.
  • Die Höhe der Temperatur einer Taupunktunterschreitung hat einen wesentlichen Einfluss auf die Zusammensetzung des Kondensats und des Korrosionsverhaltens. Bei kleinen Temperaturunterschreitungen der Taupunkttemperatur stellen sich kleine pH-Werte ein. Bei pH-Werten unter 3 ist allgemein bekannt, dass es nicht zur interkristallinen Spannungsrisskorrosion an niedrig legierten Stählen kommt, sondern zu einer Flächenkorrosion, auch als Muldenkorrosion bekannt.
  • Bei der Konstruktion von Winderhitzern, Heißwindleitungen und Heißwindschiebern spielt die Auslegung des Stahlblechmantels eine wichtige Rolle wegen des Einflusses der Außentemperatur auf die Taupunkttemperatur, insbesondere bei einer Innenisolierung. Wird die Temperatur an der Innenfläche des Stahlblechmantels konstruktiv deutlich über der Taupunkttemperatur gehalten, treten temperaturabhängige Festigkeits- und Zugspannungsprobleme ein. Das An- und Abschwellen der Zugspannungen, die durch das periodische Wechselspiel der Heiz- und Windperiode beim Winderhitzerbetrieb prozessbedingt gegeben sind, verursacht Wechseldehnung, die in einer Frequenz von jährlich 5000 bis 8000 Lastwechseln erfolgt und zu Beschädigungen der meist spröden Schutzschichten der Mantelbleche sowohl des Winderhitzers, der Heißwindleitung als auch des Heißwindschiebers führt.
  • Bei Winderhitzern wird eine Reihe von Maßnahmen angewandt, um die Bildung von Kondensaten weitestgehend zu vermeiden. Während der Windperiode werden dann aber die schädlichen Gase in die Heißwindleitung, den Heißwindschieber und in die Hochofenringleitung geblasen, wo sie kondensieren können. Das Korrosionsproblem ist also verlagert. Neben der Korrosionsentstehung unterhalb der Taupunkttemperaturgrenze kommt es auch oberhalb der Taupunkttemperaturgrenze zu chemischen Reaktionen, die korrosionsauslösend sind. Eine schädigende Wirkung auf das Stahlmantelblech geht vom Ammoniumnitrat NH4NO3, einer gesättigten, wässerigen Korrosionsflüssigkeit, aus. Sie bildet sich in einem begrenzten Bereich oberhalb der Taupunkttemperatur.
  • Für die Bildung des korrosionsauslösenden Ammoniumnitrats ist die Entstehung von Stickoxiden NOx während der verschiedenen Betriebsphasen des Winderhitzers verantwortlich. Es ist bekannt, dass beispielsweise die NOx-Konzentration mit zunehmender Temperatur steigt. Des weiteren spielen temperaturunabhängige Ursachen eine Rolle für die Entstehung von Stickoxid: Beispielsweise entsteht NO während der Heizperiode durch den Brennstoff. Das Hochofengas enthält HCN und NH3, bei der Verbrennung wird daraus NO gebildet. Hingegen erfolgt die NO-Bildung in den Umstellperioden, in der Warte- sowie Windperiode aus N2 und O2 thermisch. Der konvektive Stofftransport in den Umstellperioden hat darüber hinaus einen erheblichen Einfluss auf die NO-Konzentration. Auffällig ist die besonders hohe NO-Konzentration beim Füllen. Der damit verbundene konvektive Stofftransport bewirkt, dass das Gas mit der hohen NO-Konzentration aus dem Innenraum auch tatsächlich zum Stahlmantel gelangt. Aufgabe der Erfindung ist es daher, die auf Basis von Stickoxiden entstehende Korrosion zu vermindern.
  • Der Versuch des Absenkens des Stickoxidgehaltes beispielsweise durch
    • Absenken der O2-Konzentration beim Abstellen des Brenners,
    • Winderhitzerbetrieb ohne Warteperiode,
    • Verringerung der Stellzeiten der Steuerarmaturen beim Umstellen,
    • Verringern der Füllzeit,
    • Verringern des freien Brennervolumens,
    führt nicht zum gewünschten Erfolg, da die Stickoxidumwandlung hauptsächlich beim Füllen des Winderhitzers erfolgt. Bei der hierbei herrschenden niedrigen Temperatur gelangt das im Innenraum gebildete Stickoxid an die Stahlblechmäntel des Winderhitzers sowie des Heißwindschiebers. Hier erfolgt dann die Umwandlung zu NO2. Im Ergebnis ändern die oben erwähnten Maßnahmen lediglich die Menge des gebildeten NO2, verhindern jedoch nicht dessen Bildung.
  • In den Kondensaten von Winderhitzern befinden sich neben den Nitrationen auch Ammoniumionen. Die Gasatmosphäre des Winderhitzers enthält aber kein Ammoniak, weshalb Fachleute davon ausgehen, dass die Ammoniumionen im Kondensat nur aus den Nitrationen entstehen können. Hiefür ist der Korrosionsangriff des salpetersauren Kondensats aus dem Stahl verantwortlich. Es wird ein Belag mit dem Korrosionsprodukt des Eisens auf dem Stahlblechmantel gebildet. Durch eine chemische Redoxreaktion wird ein Teil des Nitrats durch das korrodierende Eisen bis zum Ammoniak reduziert. Mit überschüssiger Salpetersäure entsteht daraus das Salz Ammoniumnitrat. Dieses ist insbesondere aus der Düngemittelindustrie schon lange als spannungsrisskorrosionsauslösend bekannt. Es ist deshalb davon auszugehen, dass auch bei den Winderhitzern, den Heißwindleitungen und bei den Heißwindschiebern die Bildung des Ammoniumnitrat enthaltenden Korrosionsbelages mit verantwortlich für die Auslösung der Spannungsrisskorrosion ist.
  • Bei der Betrachtung der Taupunkttemperatur an den Stahlblechmänteln der Winderhitzer, der Heißwindleitungen und der Heißwindschieber konnte festgestellt werden, dass unterhalb, aber auch oberhalb der Taupunkttemperatur korrosionsauslösende chemische Verbindungen entstehen. Bei der Verhinderung von Korrosion kommt erschwerend hinzu, dass die in der Gasatmosphäre befindlichen chemischen Schadstoffe und ihre Konzentrationen auch untereinander reagieren und damit verschiedene Arten von Korrosion auslösen.
  • Wenn die feuchte Gasatmosphäre neben Stickoxiden NO2 auch Schwefeloxide SO2 enthält, wird bei der Abkühlung ein Kondensat mit Schwefelsäure H2SO4 und Salpetersäure HNO3 gebildet. Bei ausreichender H2SO4-Konzentration wird HNO3 nahezu vollständig zu NH3 reduziert. Durch die Neutralisation mit H2SO4 werden dann Ammoniumsulfate (NH4)2SO4 bzw. NH4HSO4 gebildet. Fehlt jedoch das SO2 in der Gasatmosphäre, so enthält das gebildete Kondensat lediglich HNO3. Unter diesen Bedingungen wird Ammoniumnitrat NH4NO3 gebildet. Dies entspricht einem 50%igen Umsatz zu NH3, aber einer 100%igen Neutralisation der HNO3. Dem SO2 in der Gasatmosphäre muss deshalb eine Schutzwirkung gegenüber dem spannungsrisskorrosionsauslösenden Ammoniumnitrat zugestanden werden, weil es dessen Entstehen durch Reduktion der Nitrationen verhindert. Allerdings führt die Anwesenheit von SO2 zu der bereits oben erwähnten abtragenden Korrosion.
  • Es sind betriebliche Maßnahmen bekannt, welche die Spannungsrisskorrosion herabsetzen durch Verringerung der NO-Bildung, insbesondere beim Füllen. Die oben beschriebenen Änderungen bei der Betriebsweise eines Winderhitzers wirken sich direkt auf die Neubildung von NH4NO3 aus. Ist infolge der Betriebsweise jedoch bereits NH4NO3 auf der Stahlmanteloberfläche gebildet worden, so kann deshalb - selbst durch einen Winderhitzerbetrieb ohne NO-Bildung - die Spannungsrisskorrosion nicht sicher unterbunden werden. In diesem Fall bieten nur Sekundärmaßnahmen, wie beispielsweise die Außenisolierung, einen wirkungsvollen Schutz. Die Innenisolierung ist aufgrund ihrer Gasdurchlässigkeit kein wirkungsvoller Schutz: Auch wenn das Stahlmantelblech kurz oberhalb der Taupunkttemperatur gehalten wird, sind doch die schwankenden Außentemperaturen eine der Ursachen dafür, dass es zur Unterschreitung der Taupunkttemperatur kommen kann. Wie bereits erläutert muss bei SO2-haltigem Gasgemisch die Stahlblechmanteltemperatur auf circa 195 °C gehalten werden. Dies hat dann nicht nur hohe Energieverluste zur Folge, sondern auch erhebliche thermische Zugspannungen in der Stahlinantelkonstruktion. Bei Temperaturen über 120 °C sinkt die Zugfestigkeit des Stahls, ferner wird die Passivschicht, die gegen Korrosion schützen soll, zerstört. Auch aus Gründen der Unfallverhütung können Stahlblechmanteltemperaturen von circa 195 °C nicht akzeptiert werden, weil sie eine Gefahr für die in der Anlage tätigen Mitarbeiter darstellen. Aus Kostengründen kommen aber korrosionsbeständige, hochlegierte Stähle für die Stahlkonstruktion nicht zum Einsatz.
  • Bereits im Einsatz befindliche, hoch wärmedämmende Innenisolierungen aus Mineralfasermatten schützen nicht ausreichend gegen die Taupunktkorrosion, weil die Stahlblechmanteltemperaturen bei circa 195°C gehalten werden müssen, was aber durch die äußeren Temperaturschwankungen wie erwähnt nicht permanent möglich ist.
  • Die bei der aus DE 41 38 283 C1 bekannten Absperrvorrichtung zwischen der feuerfesten Beschichtung und der Metallkonstruktion angeordneten hoch wärmedämmenden Zusatzisolierung ist nicht gasdruckdicht, so dass schädliche Gase an die Stahlblechmantelkonstruktion gelangen können. Bei den hier beschriebenen heutigen Lösungen geht es primär darum, dass durch Außen- oder Innenisolierung die Stahlblechmantelkonstruktion ausreichend warm gehalten wird, so dass es weder zu einer Taupunktunterschreitung und infolge dessen zur Korrosion, noch zu großen Energieverlusten kommt.
  • Die Befestigung des Wärmedämmmaterials erfolgt bei herkömmlichen Heißwindschiebern beispielsweise durch Spreizanker aus Metall, welche mit Bolzenschweißgeräten an der Stahlblechmantelkonstruktion befestigt sind. Mit den metallenen Spreizankern wird das Wärmedämmmaterial gehalten und das Gesamtsystem durch das Einbetonieren der Feuerfestauskleidung zusammengehalten. Nachteil dieser metallischen Lösung ist, dass die Spreizanker die Wärme an die Stahlblechmantelkonstruktion weiterleiten. Stand der Technik sind Verankerungen, die aus einem Gewindestift bestehen, auf welchen eine keramische Kappe befestigt wird, um eine gewisse Wärmedämmung zu erzielen. An diesen keramischen Kappen lässt sich allerdings eine Feuerfestbetonschicht nicht befestigen.
  • Die Wasserrohrleitungen für den Zu- und den Ablauf des Kühlmittels werden beim Stand der Technik nicht isoliert, obwohl sie beim geschlossenen Schieber mit den heißen Gas-Dampf-Gemischen in Berührung kommen. Die der geöffneten Position des Heißwindschiebers mit dem heißen Gas-Dampf-Gemischen in Berührung kommenden Dicht- und Umgangsflächen der Heißwindschieberplatte sowie die gehäuseseitigen Dichtflächen sind beim Stand der Technik ebenfalls nicht isoliert. In geschlossener Position kommt die Umgangsfläche der Heißwindschieberplatte sowie ein Gehäusedichtsitz und der auf der Absperrseite gegenüberliegend angeordnete Dichtsitz der Heißwindschieberplatte mit dem Heißgas in Berührung. Korrosionsprobleme an diesen nicht isolierten Dichtsitzen des Gehäuses und der Heißwindschieberplatte sowie am Außenumfang der Heißwindschieberplatte und an den Wasserrohrleitungen werden heute durch die Materialauswahl gelöst, indem höher legierte Stähle mit einer entsprechend besseren Korrosionsbeständigkeit verwendet werden. Maßnahmen gegen Energieverlust existieren jedoch nicht.
  • Die DE 1 955 063 B1 offenbart eine Absperrvorrichtung für gasförmige Medien hoher Temperatur mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Insbesondere ist dort vorgesehen; daß die innere Struktur aus einer Feuerfestauskleidung besteht, hinter der sich dann die Isolierung befindet.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Absperrvorrichtung für eine technische Anlage dahingehend weiterzuentwickeln, dass Säure- und Spannungsrisskorrosion am Stahlblechmantel weitestgehend vermieden wird, obwohl auf den Einsatz teure Materialien verzichtet werden soll.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Absperrvorrichtung entsprechend dem Patentanspruch 1 gelöst. Die an der Innenseite der Trägerkonstruktion, also der Innenwandunp- der Stahlblechmanteloberfläche, angeordnete Gas-Dampf-Gemisch-Sperre verhindert dabei dass schädliche Gas-Dampf-Gemische überhaupt mit der Stahlblechmantelkonstruktion in Berührung kommen.
  • Die Erfindung kann eingesetzt werden bei technischen Anlagen aus der Gruppe der Heißwindschieber, Winderhitzer, Winderhitzerleitungen oder Abgasleitungen in Kraftwerken, bei denen wie oben beschrieben Umgebungsluft erhitzt wird und diese durch Änderung in der chemischen Zusammensetzung ein korrosives Kondensat bildet.
  • Die Erfindung beschreibt insbesondere eine Absperrvorrichtung für gasförmige Medien hoher Temperatur, insbesondere zur Absperrung der Heißgasleitungen, die von Winderhitzern zu einem Hochofen führen, wobei die Absperrvorrichtung aus einer Trägerkonstruktion besteht, mit in einem Gehäuse beweglich angeordnetem, durch ein Kühlmedium gekühltes Absperrorgan, wobei mit dem Heißgas in Berührung kommende Flächen teilweise mit einer feuerfesten Beschichtung versehen sind und eine Gas-Dampf-Gemisch-Sperre an der Innenseite der Trägerkonstruktion angeordnet ist.
  • Neuere Untersuchungen der Wärmeverteilung innerhalb solcher Vorrichtungen vom Durchgang über den Schachtbereich bis in die Haube haben gezeigt, dass in Teilbereichen der Vorrichtung temperaturabhängig auf eine Feuerfestbeschichtung mit Feuerfest- oder Feuerleichtbeton verzichtet werden kann. Hier ist es völlig ausreichend feuerbeständige Materialien zu verwenden. In weiteren Teilbereichen kann man Materialien verwenden, deren Beständigkeit unterhalb einer Temperaturgrenze von 600 °C liegt.
  • An diesen Stellen verwendet man in der hier vorgestellten neuen Technologie Materalien mit einer feinporösen Xonolit-Struktur, deren Kristalle als feinporöser Dämmstoff und als Matrixstabilisator pyrogene Kieselsäuren haben. Solche Materialien zeichnen sich durch ihre Homogenität, Festigkeit und gute Verarbeitbarkeit aus; ferner sind ihre Wärmeleitfähigkeitswerte um ein Vielfaches niedriger als z.b. Feuerfest- oder Feuerleichtbeton. Wenn bisher Wärmedämmstoffe üblicherweise als Hinterdämmung eingesetzt wurden, lassen sich diese neuen Werkstoffe auch direkt im Feuerraum einsetzen. Es handelt sich dabei beispielweise um Wärmedämmplatten mit einer Vermiculit-Beschichtung.
  • Für den Spezialisten gilt die DIN 51060 Juni 2000: Diese Norm beinhaltet die DIN-EN 993 März 1997, in der für "feuerfest" ein Temperaturbereich von 1500-1800 °C angegeben ist.
  • Im allgemeinen Sprachgebrauch werden solche Erzeugnisse als "feuerfest" bezeichnet, die bei hohen Temperaturen (etwa 600 bis 2000 °C) beständig sind. Wenn wir von Teilbereichen innerhalb der Vorrichtung sprechen, für die keine Feuerfestbeschichtung mit Feuerfest- oder Feuerleichtbeton notwendig ist, sprechen wir von Temperaturbereichen kleiner 600°C, um uns dem allgemeinen Sprachgebrauch anzupassen.
  • Die Wärmedämmplatten mit einer Vermiculit-Beschichtung haben aber Klassifizierungstemperaturen von um die 1000°C und sind somit zwar im Sprachgebrauch "feuerfest", aber nicht mehr entsprechend der vom Fachmann zu berücksichtigenden Normtemperatur von 1500°C.
  • Vorteil der Erfindung ist, dass bei Verwendung einer Gas-Dampf-Gemisch-Sperre die Wärmedämmung gesteigert und somit Energieverlust vermindert werden kann, da die Stahlblechmanteltemperatur bis auf die Umgebungstemperatur oder darunter abgesenkt werden kann, weil die Taupunkttemperaturunterschreitung im Innenraum keine Rolle mehr spielt.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre alternativ ausgeführt durch
    1. (a) Anordnen zwischen der feuerfesten Auskleidung, beispielsweise einem Feuerfestbeton, einem Feuerleichtbeton oder Feuerleichtsteinen, oder feuerraurnbeständigen Wärmedämmplatten mit Vermiculit-Oberfläche und der Wärmedämmung,
    2. (b) Integrieren in der feuerfesten Auskleidung bei einem mehrschichtigen Aufbau derselben.
  • Vorteil der Variante (a) ist, dass die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre bei Anordnung zwischen der Feuerfestauskleidung und der Wärmedämmung so ausgeführt sein kann, dass kein Wasser an die Wärmedämmung gelangt, diese also nicht zwangsläufig aus wasserabweisendem Material hergestellt werden muss. Die Ursache für die Verwendung wasserabweisenden Materials bei der Herstellung der Wärmedämmung liegt in der Verarbeitung der feuerfesten Auskleidung. Bei der Verarbeitung von Feuerfestbeton oder Feuerleichtbeton wird Wasser verwendet, welches an das für die Wärmedämmung verwendete Material gelangt.
  • Je höher die Temperaturbeständigkeit der Gas-Dampf-Gemisch-Sperre ist, desto dichter kann sie an die gasförmigen korrosiven Medien hoher Temperatur geführt werden, also in die feuerfeste Auskleidung integriert werden (Variante (b)). Je nachdem, aus welchem Werkstoff, metallisch oder nicht metallisch, die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre ausgeführt ist, sind weitere Parameter zu berücksichtigen, wie beispielsweise das Wärmeausdehnungsverhalten und auch das Korrosionsverhalten der Gas-Dampf-Gemisch-Sperre selbst.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird als Wärmedämmstoff ein Stoff mit einer deutlich gegenüber den im Patent DE 41 38 283 C1 vorgeschlagenen Mineralfasermatten reduzierten Wärmeleitfähigkeit verwendet, und zwar Pulver-Filamentmischungen in festen Platten, in Blöcken oder in Glasgewebe gepresst. Deren Wärmeleitfähigkeit ist um das Vierfache bis Fünffache geringer als die von Mineralfasermatten. Durch Reduzierung der Dicke des Wärmedämmstoffes ist es konstruktiv möglich, eine Gas-Dampf-Gemisch-Sperre hinzuzufügen und trotzdem das Gehäuse der Absperrvorrichtung mit bekannten Dimensionen zu konstruieren.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform lässt sich durch den Einsatz von in Vakuum evakuiertem, gepresstem Pulver-Filament die Wärmeleitfähigkeit in einem Temperaturbereich von 100 °C bis 500 °C auf die Größenordnung von λ < 0,01 W/mK bis λ < 0,016 W/mK verringern. So können die Dicken der Wärmedämmschichten erheblich reduziert und die Trägerkonstruktionen mit weniger Innenraum ausgeführt werden. Dadurch werden die Trägerkonstruktionen preisgünstiger. Das Wärmedämmmaterial wird durch die Vakuumverkleidung zusätzlich vor Feuchtigkeit und Wasser geschützt. Wasserabweisende, nicht durch eine Vakuumverkleidung geschützte Pulver-Filamente müssen vom Hersteller extra behandelt werden, um eine wasserabweisende Eigenschaft zu erreichen. Diese gepressten Pulver-Filamente sind teurer, haben eine höhere Wärmeleitfähigkeit und somit eine geringere Wärmedämmung. Wird kein vakuumverkleidetes Pulver-Filament verwendet, übernimmt die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre auch den Schutz vor Feuchtigkeit und Wasser, allerdings verdoppelt sich dabei in etwa die Wärmeleitfähigkeit. Der Umfang der Wärmedämmung lässt sich der Temperaturverteilung im Innenraum der Trägerkonstruktion entsprechend anpassen.
  • Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre der Absperrvorrichtung alternativ aus
    • (d) einem Metall
    • (e) einem Nichtmetall oder
    • (f) einer Vakuumhülle.
  • Nach Variante (d) ist die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre metallisch. Dann muss auch das Hochtemperaturkorrosionsverhalten berücksichtigt werden, da bei einer metallischen Ausführung eine Mindesttemperatur eingehalten werden muss, die über dem Taupunkt des verwendeten Gas-Dampf-Gemisches liegt, im Beispiels eines Heißwindschiebers bei circa 200°C. Bei dieser Ausführungsform lässt sich die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre auch in der Wärmedämmung integrieren oder zwischen der feuerfesten Auskleidung und der Wärmedämmung.
  • Nach Variante (e) ist die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre nicht metallisch ausgeführt, so dass sie nicht durch Korrosion angegriffen werden kann. Eventuell jedoch entstehende Kondensate müssten abgeführt werden, so dass bevorzugt die Mindesttemperatur von 200°C bei einem Heißwindschieber ebenfalls eingehalten wird.
  • Nach Variante (f) ist die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre als Vakuumhülle einer vakuumevakuierten Wärmedämmung mit einem Pulver-Filament-Material ausgeführt. Variante (f) reduziert die Kosten, da das Material für die Wärmedämmung nicht wasserabweisend sein braucht.
  • Die einzelnen Komponenten Material zum Wärmedämmen, Gas-Dampf-Gemisch-Sperre und Feuerfestbeschichtung beeinflussen sich gegenseitig und müssen in ihrer Wärmeausdehnung so zueinander abgestimmt werden, dass sie sich zueinander bewegen können, ohne sich dabei zu beschädigen.
  • An technischen Anlagen, wie beispielsweise einem Heißwindschieber, befinden sich unter anderem innenbewegliche Teile wie die wassergekühlte Schieberplatte mit den umlaufend stirnseitigen Dichtflächen. Auch solche gekühlten Bauteile lassen sich mit der oben beschriebenen Technik zum einen feuerfest schützen, zum anderen mit einer Gas-Dampf-Gemisch-Sperre versehen und des weiteren wärmedämmend isolieren. Dies nicht nur an den Absperrflächen, sondern auch am gesamten Umfang, bis auf die eigentlichen metallischen Dichtflächen.
  • Die Erfindung wird im folgenden lediglich beispielhaft erläutert, wobei
    • Figur 1
    eine Absperrvorrichtung in einem Schnitt quer zur Strömungsrichtung zeigt,
    Figur 2
    die in Figur 1 dargestellte Absperrvorrichtung in einem Schnitt parallel zur Strömungsrichtung zeigt,
    Figur 3
    in einem Schnitt einen Ausschnitt der Innenverkleidung mit zwischen einer feuerfesten und einer wärmedämmenden Schicht angeordneter Gas-Dampf- Gemisch-Sperre zeigt,
    Figur 4
    in einem Schnitt ein Ausführungsbeispiel mit innerhalb der feuerfesten Aus- kleidung integrierter Gas-Dampf-Gemischsperre zeigt,
    Figur 5
    in einem Schnitt ein Ausführungsbeispiel mit einer Gas-Dampf-Gemisch- Sperre zeigt, welche innerhalb einer mehrschichtig aufgebauten Wärmedäm- mung integriert ist, und
    Figur 6
    in einem Schnitt ein Ausführungsbeispiel mit einer Gas-Dampf-Gemisch- Sperre zeigt, welche als Vakuumhülle ausgebildet ist.
  • Figur 1 zeigt eine Absperrvorrichtung in einem Schnitt quer zur Strömungsrichtung, die als Heißwindschieber ausgebildet ist. Das Schiebergehäuse 1 weist eine angeflanschte Haube 2 auf, in die eine als Absperrorgan ausgebildete Schieberplatte 3 einschiebbar ist. Diese Schieberplatte 3 ist als Hohlkörper ausgebildet und innen mit spiralförmig verlaufenden Kühlmittelkanälen versehen, die von einem Kühlmittel durchströmt werden. Die Schieberplatte 3 ist an zwei Schubstangen 4a, 4b aufgehängt, welche hohl ausgebildet sind und zugleich der Zufuhr 4b und Abfuhr 4a von Kühlmittel dienen. Die Schubstangen 4a und 4b verlaufen durch eine an der Oberseite des Gehäuses 1 angeflanschte Haube 2, die so geformt und bemessen ist, dass sie bei Öffnungsstellung der Absperrvorrichtung die Schieberplatte 3 aufnehmen kann. An der Oberseite der Haube 2 befmden sich Durchtrittsöffnungen für die Schubstangen 4a und 4b. Stopfbuchsdichtungen an den Durchtrittsöffnungen dienen der Trennung der Innenraumumgebung des Heißwindschiebers von der Umgebung. Nicht dargestellt ist der Verstellmechanismus für die beiden Schubstangen 4a und 4b. Die Haube 2 ist an ihrer Außenseite mit Verstärkungsrippen 5 versehen, welche auf eine für die mechanische Festigkeit erforderliche Anzahl reduziert sind. Die mit dem Heißgas in Berührung kommenden Innenflächen der Vorrichtung sind mit feuerfesten Beschichtungen 6 versehen. Die direkt im Heißgasstrom liegenden Flächen, d. h. also die Schieberplatte 3 und die Innenwandung des Gehäuses 1 sind mit einer hinreichend dicken Schicht aus einem dichten und mechanisch besonders beständigen Feuerfestbeton 6 beschichtet. Diese Schicht 6 ist mittels Spreizankem 9 an der Trägerkonstruktion befestigt. Bei der dargestellten Variante ist zwischen der Schicht aus Feuerfestbeton 6 und der tragenden Metallkonstruktion eine hoch wärmedämmende Schicht 7 angeordnet. Die Innenflächen der Haube 2 und andere nicht unmittelbar mit dem Heißgas in Berührung kommende Innenflächen sind demgegenüber mit einem Feuerleichtbeton 8 verkleidet. Die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre ist alternativ in der feuerfesten Schicht 6 oder in der wärmedämmenden Schicht 7 integriert oder zwischen den beiden angeordnet.
  • Figur 2 zeigt die in Figur 1 dargestellte Absperrvorrichtung in einem Schnitt parallel zur Strömungsrichtung. Die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre 10 ist als im Vergleich zur feuerfesten Schicht 6 relativ dünne Schicht zwischen der Metallkonstruktion des Gehäuses 1 und der feuerfesten Beschichtung 6 angeordnet.
  • Figur 3 zeigt in einem Schnitt durch das Schiebergehäuse 1 und durch die innenliegend angeordneten Schichten wärmedämmende Schicht 7 und feuerhemmende Schicht 6 einen Ausschnitt der Innenverkleidung. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre 10 aus einem Blech oder einer metallischen Folie und ist zwischen der wärmedämmenden Schicht 7 und der feuerhemmenden Schicht 6 angeordnet.
  • Figur 4 zeigt in einem Schnitt entsprechend dem der Figur 3 ein Ausführungsbeispiel mit innerhalb der feuerfesten Auskleidung 6 integrierter Gas-Dampf-Gemisch-Sperre 10 bei mehrschichtigem Aufbau der feuerfesten Auskleidung 6.
  • Figur 5 zeigt in einem Schnitt entsprechend dem der Figur 3 ein Ausführungsbeispiel mit einer Gas-Dampf-Gemisch-Sperre 10, die innerhalb einer mehrschichtig aufgebauten Wärmedämmung 7 integriert ist. Die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre 10 kann dabei beispielsweise aus Kunststoff bestehen, welcher mit Glasfasern oder mit Kohlefasern verstärkt sein kann.
  • Figur 6 zeigt in einem Schnitt entsprechend dem der Figur 3 ein Ausführungsbeispiel mit einer Gas-Dampf-Gemisch-Sperre 10, die als Vakuumhülle ausgebildet ist, welche aus einem metallischen Material oder einem nichtmetallischen Material bestehen kann oder aus einer Kombination dieser beiden Materialien. Die Vakuumhülle schließt dabei wärmedämmendes Material 7 ein.
  • Das Material für die Wärmedämmung ist bevorzugt eine in Platten verpresste Pulver-Filament-Mischung, beispielsweise Al2O3 + SiO2.
  • Zusammengefasst betrifft die Erfindung eine Trägerkonstruktion einer technischen Anlage aus nicht korrosionsbeständigem Material, deren Innenwandung zumindest vorübergehend ein korrosives und abrasives Gas-Dampf-Gemisch beinhaltet und vor Säurekorrosion durch eine Gas-Dampf-Gemisch-Sperre geschützt wird, welche einen mechanischen Schutz vor Durchdringen des Gas-Dampf-Gemisches durch die wärmedämmende Isolierung bis an die Innenwandung der Trägerkonstruktion bildet.

Claims (5)

  1. Absperrvorrichtung für gasförmige Medien hoher Temperatur, zur Absperrung der Heißgasleitungen, die von Winderhitzern zu einem Hochofen führen, bestehend aus einer Trägerkonstruktion, mit in einem Gehäuse (1), welches eine angeflanschte Haube (2) aufweist, beweglich angeordnetem, durch ein Kühlmedium gekühltem Absperrorgan (3), wobei die dem Heißgasstrom ausgesetzten Flächen mit einer feuerfesten Beschichtung (6) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenflächen der Haube (2) und andere, nicht unmittelbar mit dem Heißgas in Berührung kommende Innenflächen mit einer feuerbeständigen Auskleidung (8) versehen sind, und dass eine Gas-Dampf-Gemisch-Sperre (10) an der Innenseite der Trägerkonstruktion angeordnet ist.
  2. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre (10) alternativ ausgeführt ist durch
    (a) Anordnen zwischen der feuerfesten Beschichtung (6), beispielsweise einem Feuerfestbeton, einem Feuerleichtbeton, Feuerleichtsteinen, oder feuerraumbeständigen Wärmedämmplatten mit Vermiculit-Oberfläche und einer Wärmedämmung (7),
    (b) Integrieren in der feuerfesten Beschichtung (6) bei einem mehrschichtigen Aufbau derselben.
  3. Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmedämmstoff der hoch wärmedämmenden Isolierung (7) eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit hat und aus Pulver-Filamentmischungen in festen Platten, in Blöcken oder in Glasgewebe gepresst besteht, mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ < 0,01 W/mK bis λ< 0,016 W/m in einem Temperaturbereich von 100 °C bis 500 °C.
  4. Absperrvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filament in einem Vakuum evakuiert ist.
  5. Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-Dampf-Gemisch-Sperre (10) alternativ aus
    (d) einem hochtemperaturkorrosionsbeständigem Metall,
    (e) einem bei einer Mindesttemperatur von 200 °C beständigen Nichtmetall oder
    (f) einer Vakuumhülle
    besteht.
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