WO1996021132A1 - Austauschbare düse für feuerfest ausgekleidete hochtemperaturreaktoren - Google Patents

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WO1996021132A1
WO1996021132A1 PCT/EP1996/000034 EP9600034W WO9621132A1 WO 1996021132 A1 WO1996021132 A1 WO 1996021132A1 EP 9600034 W EP9600034 W EP 9600034W WO 9621132 A1 WO9621132 A1 WO 9621132A1
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WO
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nozzle
reactor
block
lining
stone
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PCT/EP1996/000034
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English (en)
French (fr)
Inventor
Albert Rappen
Peter JÄGER
Original Assignee
Vsr Engineering Gmbh Fördertechnik
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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 an exchangeable nozzle according to the preamble of claim 1.
  • fan angle nozzles or fan nozzles are used in the interior of heat exchangers for cement rotary kilns parallel or perpendicular to the bricked-up or plastered wall.
  • the regular caking of raw cement flour is removed by air blows, so that an optimal heat exchange process / material flow is achieved.
  • the alternative, accident-prone labor-intensive removal by hand with air lances or poking rods through openings in the heat exchanger wall is avoided. If the mouthpiece of the fan nozzles wears out or is consumed by chemical reaction, the large-scale cleaning effect drops. Then, or at the latest when the stove is stopped, each of the heat exchangers must be equipped, the stoneware and the old nozzle removed, a new nozzle welded in and the cavity filled with fireclay mortar.
  • the object of the invention is to provide an interchangeable nozzle or an interchangeable nozzle system which enables simple replacement of nozzles, in particular cleaning air jet nozzles, in high-temperature reactors.
  • the invention allows a simple change of the nozzle from the outside without internal setup and possibly even without complete cooling of the high-temperature reactor or heat exchanger.
  • a replaceable nozzle according to the invention thus comprises, in addition to the nozzle body penetrating the reactor wall and the fluid supply pipe connected to it (at least insofar as a corresponding pipe section penetrates the reactor wall), a nozzle block enveloping the nozzle body over its entire circumference and at least partially over its length, with its radial side walls having an exact fit can be used in the high-temperature lining of the reactor, a separating layer serving as an expansion collar being provided between the nozzle body and the nozzle block and a further separating layer between the nozzle block and the contoured reactor lining thereon, which separates the nozzle block from the reactor lining in the event of a nozzle replacement allowed.
  • the envelope shape of the reactor lining in which the nozzle block is inserted with a precise fit can be used both on site, ie. H. be produced immediately during the installation of the nozzle block and nozzle body, as well as be prefabricated, in order to fit into a correspondingly large opening in the reactor lining, e.g. B. with the interposition of a layer of mortar to be installed.
  • a third possibility for the production of the envelope mold for the precisely fitting reception of the nozzle block is the production of the envelope mold described further below while the reactor lining is being produced.
  • the nozzle block preferably consists essentially of high-temperature-resistant silicon carbide.
  • the preferably metallic nozzle body which is installed in the nozzle block with a precise fit and protected, can be detached from the nozzle block, ie scaling or incrustations preventing loosening do not occur on. Rather, the different materials (material pair silicon carbide / steel) allow a comparatively easy disassembly even after use.
  • the nozzle stone can be removed from its envelope shape after use, in particular pulled out, so that a new unit consisting of nozzle body and nozzle stone as an exchange package in the envelope can be quickly replaced.
  • silicon carbide for the nozzle block can advantageously be used irrespective of the features of the exchangeable nozzle or of the interchangeable nozzle system.
  • the use of silicon carbide as the material for the nozzle block is also advantageous because it has a high wear resistance and a low tendency to bake on the surface facing the inside of the reactor.
  • a stiffening or fastening frame such as an angular frame, enables the nozzle body and nozzle block to be easily attached to the reactor wall, in particular when using a flange plate according to the invention.
  • a frame of this type enables the flange plate to be easily positioned, 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 the nozzle block and the metallic nozzle body, and on the other hand to compensate for the various coefficients of thermal expansion and is preferably composed of approximately 10 mm thick ceramic fiber fleece or glass fiber needle felt.
  • Fan angle nozzles known from the prior art protrude with their metallic nozzle body into the reaction space.
  • the metallic nozzle body can be opened up to the outlet opening of the nozzle Protective stone surrounding the inside of the reaction chamber can be provided.
  • a separating layer is likewise arranged between the protective stone and the metallic nozzle body.
  • the protective stone can grip around the metallic nozzle body and be held in a form-fitting manner by the metallic nozzle body. Since the blow-out direction of the fan nozzles generally points essentially downwards, the protective stone can be designed such that it can be plugged onto the metallic nozzle body parallel to the reaction chamber wall from above. The positive connection prevents slipping downwards, to the side and in the direction of the center of the reactor, while gravity and generally also the direction of material flow in the reactor prevent slipping upwards.
  • 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 can be removed from the reaction chamber wall.
  • the fan nozzle is arranged in such a way that the protective stone is not held in position by gravity, by choosing suitable geometrical relationships of the nozzle stone, protective stone and cover stone in the installation position, a positive connection can be formed between cover stone and cover stone, which slips off of the protective stone against the direction of attachment prevented.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an interchangeable fan angle nozzle according to the invention, installed in a reactor wall, in axial section through the nozzle body - section along line A-A according to FIG. 2;
  • FIG. 2 shows the same fan angle nozzle in a sectional view - section along the line B-B according to FIG. 1 and FIG. 3;
  • Fig. 4 shows a second embodiment of an inventive
  • FIG. 5 shows a further sectional representation of the same fan nozzle (corresponding to the sectional representation in FIG. 2) - section along the line B'-B 'according to FIG. 4 and 6;
  • FIGS. 4 and 5 shows the same fan nozzle in section along the line CC according to FIGS. 4 and 5 (corresponding to the type of representation in Fig. 3) and
  • FIG. 7 shows a third embodiment of an exchangeable fan nozzle - corresponding to the representation in FIG. 5.
  • the interchangeable nozzle ie the entire exchangeable nozzle system
  • a metallic nozzle body 2 is a so-called Fan nozzle designed, wherein in the embodiment according to Figures 1 to 3, the blow-out direction of the nozzle through the air outlet gap 20 is tangential to the brick lining 6 on the reactor inside 10 of the reactor wall 11.
  • the blow-out direction is inclined only slightly with respect to the normal direction of the reactor wall 11.
  • the nozzle body 2 penetrates the lining, i. H.
  • the lining 6 of the reactor wall 11 in the area located towards the reactor interior 10.
  • the metallic nozzle body 2 and at least that area of the tube 21 which faces the reactor interior 10 are closely enclosed by an expansion collar 3.
  • This expansion collar consists of a circumferential band made of elastic, high-temperature-resistant material, in particular of an approximately 10 mm thick ceramic fiber fleece or a glass fiber needle felt.
  • the part of the nozzle body 2 and the tube 21 penetrating the reactor wall 11 is at least in the area facing the reactor interior 10 positively surrounded by a so-called nozzle stone 4, which essentially consists of high-temperature resistant silicon carbide.
  • the surface of the nozzle block 4 pointing radially outward with respect to the nozzle body 2 and the tube 21 forms a trapezoidal plan in the embodiment according to FIGS. 1 to 3 and a rectangular plan with the corner areas in the embodiments according to FIGS. the surfaces pointing radially outwards are inclined slightly conically towards one another in the direction of the reactor interior 10.
  • the enveloping mold 60 is part of an independent component, namely a so-called enveloping brick 60, which can be retrofitted into an already existing and bricked-up reactor, which will be explained in more detail below.
  • the embodiment according to FIG. 7 differs from this in that, in the exemplary embodiment according to FIG. 7, the cladding stone 60 is already provided in the lining 6 from the beginning or is even an integral part of the lining 6 or is procured "in situ" in the lining 6.
  • the opening in the opening which enables the replacement of the nozzle block together with the nozzle body
  • Reactor wall surrounded by an angle frame 74, which takes over the function of a stiffening and / or fastening frame.
  • this angle frame 74 is inserted into an opening of the metallic outer wall of the reactor which is shaped in accordance with the outer contour of the angle frame, in such a way that the wall-parallel angle frame flange is offset inwards parallel to the outer surface of the reactor wall.
  • the opening in the metallic outer wall of the reactor corresponds to the clear opening of the angular frame 74.
  • the angular frame 74 is firmly connected to the metallic outer wall of the reactor by a weld seam 75. the.
  • a flange plate 7 which can be firmly screwed to the wall-parallel leg of the angular frame 74 via retaining screws 73 carries - in all exemplary embodiments - the nozzle body 2 and the nozzle block 4.
  • the exact positioning of the one or more nozzles necessary in a reactor is determined, eg. B. to prevent caking at certain points in the reactor. If external stiffeners are provided on the outer steel jacket of the furnace in the area provided for the nozzle, these are first removed. A hole is then cut in the steel jacket, for the precise dimensioning of which the angle frame 74 serves as a template. Then the brick lining of the furnace is broken in the area of the opening in the steel jacket, e.g. B. determined by means of a core hole and the actual wall thickness of the lining at the intended installation position for the nozzle. The lining in the area of the nozzle installation location is then removed in such a way that the wall opening corresponds to the outer contour of a prefabricated cover stone 60. This is preferably stepped or tapered towards the inside of the reactor, so that from the outside it is possible to install the cladding stone in the lining with the best possible fit and good fit.
  • the cladding stone is provided at its front end opposite the inside of the furnace with retaining brackets 61 protruding from it, in particular made of stainless steel.
  • This bracket 61 can also form a peripheral frame.
  • the depth of the enveloping stone 60 is 180 mm, while the depth of the leg of the holding bracket 61 projecting beyond it is additionally 70 mm, so that there is a total installation depth of 250 mm. This can also be varied if necessary.
  • the aim is that the furnace-side end face of the cladding stone is flush with the inside of the reactor walls. If the masonry in the furnace does not run parallel to the steel wall on the outside, B. may be the case in the lower furnace area, the cladding stone 60 and / or its holding frame 61 is lengthened or shortened in accordance with the requirements for parallel installation for lining.
  • Threaded rods 44 are used for the installation of the enveloping block, which are or are inserted into the receptacle or adjusting bores 62 of the enveloping block 60 and penetrate bores in the wall-parallel flange of the angle frame 64. The positioning of the enveloping stone 60 in its normal direction
  • the insertion direction extending across the reactor wall is set by means of the threaded rods 44 or threaded nuts rotatably arranged thereon.
  • Pierced flat bars serve as the so-called setting angle 45, through the bore of which a threaded rod 44 runs.
  • These so-called setting angle 45 can be pivoted about the threaded rod axis 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 enveloping block 60.
  • the legs of the envelope-holding frame 61 which are oriented transversely to the reactor wall are dimensioned such that they abut under the angle frame 74 and can be welded to it by longitudinal seams 25. Only after inserting the casing 60 with the casing holder frame 61 attached to it and the angle frame 74 welded to it into the prepared reactor wall opening is the angle frame 74 welded to the steel jacket of the reactor wall 11 in the manner described above. This creates the prerequisites for the installation and the subsequent replacement of the nozzle block 4 together with the nozzle body 2.
  • the conical nozzle stone circumference is covered with approximately 3 mm thick ceramic fiber paper, which extends over the entire nozzle stone height.
  • a nozzle block screw connection 40 is provided with respect to the flange plate 7, which holds the nozzle body 2 together with the nozzle block 4.
  • the tube 21 of the nozzle body 2 which penetrates a correspondingly large bore in the flange plate 7, is welded to the flange plate 7 in a circumferentially tight manner.
  • the unit consisting of flange plate 7, nozzle body 2 and casing 4 can then be pulled out of the reactor wall opening or reinserted into it, if necessary.
  • an elastic seal 71 is preferably used for sealing and releasable connection between the flange plate 7 and the wall-parallel leg of the angle frame 74.
  • This interchangeable nozzle system allows defective nozzles to be exchanged from the outside in a very short downtime of the reactor. It is not necessary to walk inside the reactor. The change can be made within about 1 hour.
  • the free space remaining between the flange plate 7 and the outer end face of the nozzle block 4 and the cladding block 60 can be filled with insulating wool 8 or chamotte mortar.
  • the nozzle block can also be divided and wrapped with a circumferential band for better assembly.
  • the shell mold 60 can also be provided by mortaring the cavity between the nozzle block and the brick lining from the inside of the reactor.
  • the fan nozzle is dismantled together with the nozzle block and the flange plate.
  • the reactor does not need to be completely cooled down first.

Abstract

Um eine Düse, wie eine Winkelfächerdüse, bzw. ein Düsensystem für feuerfest ausgekleidete Hochtemperaturreaktoren bereitzustellen, welche/welches ein einfaches Auswechseln der Düse, ermöglicht, wird eine austauschbare Düse (1) bzw. ein Wechseldüsensystem bestehend aus einem hochtemperaturfesten, metallischen, die Auskleidung (6) des Hochtemperaturreaktors zumindest teilweise durchdringenden Düsenkörper (2), vorzugsweise mit einem schlitzförmigen Austrittsspalt (20), einem mit dem Düsenkörper (2) zur Fluidzuführung verbundenen Rohr (21), vorzugsweise zum Anschluß an eine außenseitige Luftkanone zur Zufuhr eines Reinigungsfluidstoßes, vorgeschlagen, bei welchem 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 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 (6) im wesentlichen bündig mit der inneren Auskleidungsfläche abschließt und durch die Trennfläche oder Trennschicht (5) von einer, vorzugsweise innen konisch geformten, der Form des Düsensteins (4) entsprechenden Hüllform (60), insbesondere von einem Hüllstein, in der Ausmauerung (6) getrennt ist.

Description

Austauschbare Düse für feuerfest ausgekleidete Hochtemperaturreaktoren
Die Erfindung betrifft eine austauschbare Düse gemäß dem Ober¬ begriff 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 Zement¬ rohmehl entfernt, so daß ein optimaler Wärmetauschvorgang/ Materialfluß erreicht wird. Auch wird das alternative, unfall¬ trächtige Arbeitszeit kostende Entfernen von Hand mit Luftlan¬ zen oder Stocherstangen durch Öffnungen in der Wärmetauscher¬ wand vermieden. Wenn das Mundstück der Fächerdüsen verschleißt bzw. durch chemische Reaktion aufgezehrt wird, sinkt die groß- flächige Reinigungswirkung. Dann bzw. spätestens beim planmä¬ ßigen Ofenhalt muß jeder der Wärmetauscher eingerüstet, das Steinzeug und die alte Düse entfernt, eine neue Düse einge¬ schweißt und der Hohlraum mit Schamottemörtel aufgefüllt wer¬ den.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine austauschbare Düse bzw. ein Wechseldüsensystem bereitzustellen, die/das ein einfaches Auswechseln von Düsen, insbesondere von Reinigungs-Luftstoßdü- sen, bei Hochtemperaturreaktoren ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden eine austauschbare Düse bzw. ein Wechseldüsensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor¬ geschlagen.
ORIGINALUNTERLAGEN Die Erfindung erlaubt ein einfaches Wechseln der Düse von außen ohne inneres Einrüsten und gegebenenfalls sogar ohne vollständiges Abkühlen des Hochtemperaturreaktors bzw. Wärme¬ tauschers.
Eine erfindungsgemäße austauschbare Düse 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 Hochtempera¬ turauskleidung des Reaktors einsetzbar ist, wobei zwischen Düsenkörper und Düsenstein eine als Dehnungskragen dienende Trennschicht und zwischen Düsenstein und der daran konturange¬ paßten Reaktorauskleidung eine weitere Trennschicht vorgesehen ist, die ein Trennen des Düsensteines von der Reaktorausklei¬ dung im Falle eines Düsenaustausches gestattet.
Während der Düsenstein in der Regel bereits vor seiner Montage in der Reaktorwand hergestellt wird und den Düsenkörper be¬ reits 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 wer¬ den. Eine dritte Möglichkeit der Herstellung der Hüllform zur paßgenauen Aufnahme des Düsensteines besteht in der weiter unten beschriebenen Herstellung der Hüllform bereits während des Hersteilens der Reaktorauskleidung.
Der Düsenstein besteht vorzugsweise im wesentlichen aus hoch- temperaturfestem Siliziumcarbid. Der vorzugsweise metallische Düsenkörper, der im Düsenstein paßgenau und geschützt einge¬ baut ist, ist von dem Düsenstein lösbar, d. h., ein Lösen verhindernde Verzunderungen oder Verkrustungen treten nicht auf. Vielmehr erlauben die unterschiedlichen Werkstoffe (Werk¬ stoffpaarung 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 fin¬ den 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 Winkelrah- men, 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 Dich¬ tung zwischen Düsenstein und metallischem Düsenkörper, zum anderen dem Ausgleich der verschiedenen Wärmeausdehnungskoef- fizienten und besteht vorzugsweise aus etwa 10 mm dickem Kera¬ mikfaservlies 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 Einflüs¬ se aus dem Reaktionsraum zu schützen, kann ein den metalli¬ schen 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 metalli¬ schen Düsenkörper ebenfalls eine Trennschicht angeordnet ist.
Wenn der metallische Düsenkörper zum Düsenstein hin entspre¬ chende Aussparungen aufweist, so kann der Schutzstein den metallischen Düsenkörper umgreifen und so formschlüssig von dem metallischen Düsenkörper gehalten werden. Da die Ausblas- richtung der Fächerdüsen in der Regel im wesentlichen nach unten weist, kann der Schutzstein von oben parallel zur Reak¬ tionsraumwand 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 Materialfließrich¬ tung im Reaktor ein Abrutschen nach oben verhindern.
Die Größe des Schutzsteins bzw. die Öffnung in der Reak¬ tionsraumwand sind vorzugsweise derart angepaßt, daß der Schutzstein mit der Düse aus der Reaktionsraumwand entnommen werden kann.
Sollte die Fächerdüse derart angeordnet sein, daß der Schutz¬ stein durch die Schwerkraft nicht in Position gehalten wird, kann durch Wahl geeigneter Geometrieverhältnisse von Düsen¬ stein, Schutzstein und Hüllstein in Einbauposition ein Form¬ schluß zwischen Hüllstein und Schutzstein gebildet sein, der ein Abrutschen des Schutzsteines entgegen der AufSteckrichtung verhindert.
Die vorgenannten, sowie die beanspruchten und in den Ausfüh- rungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäß zu verwendenen Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Material¬ auswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahme- bedingungen, 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. Wechseldüsensy- steme dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen austauschbaren, in einer Reaktorwand eingebauten Fächerwinkeldüse im Axialschnitt durch den Düsenkör- per - Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 2;
Fig. 2 dieselbe Fächerwinkeldüse in Schnittansicht - Schnitt entlang der Linie B-B gemäß Fig. 1 und Fig. 3;
Fig. 3 dieselbe Düse 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
Fächerdüse in der Darstellungsart nach Fig. 1;
Fig. 5 von derselben Fächerdüse eine weitere Schnittdar¬ stellung (entsprechend der Schnittdarstellung in Fig. 2) - Schnitt entlang der Linie B'-B' gemäß Fi- gn. 4 und 6;
Fig. 6 dieselbe Fächerdüse im Schnitt entlang der Linie C- C gemäß Fign. 4 und 5 (entsprechend der Darstel- lungsart in Fig. 3) sowie
Fig. 7 eine dritte Ausführungsform 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 nac Figuren 1 bis 3 die Ausblasrichtung der Düse durch den Luft¬ austrittsspalt 20 tangential zur Ausmauerung 6 auf der Reakto¬ rinnenseite 10 der Reaktorwand 11 erfolgt. Bei den Ausfüh- rungsformen nach Figuren 4 bis 6 und 7 hingegen ist die Aus¬ blasrichtung lediglich geringfügig bezüglich der Normalenrich¬ tung der Reaktorwand 11 geneigt.
Der Düsenkörper 2 durchdringt die Auskleidung, d. h. in de dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispielen die Ausmauerung 6 der Reaktorwand 11, in dem zum Reaktorinnen¬ raum 10 hin gelegenen Bereich. Ein metallisches Rohr 21, wel¬ ches an der Reaktoraußenseite in einem Anschlußflansch 22 mündet, schließt sich an den Düsenkörper 2 zur Reaktoraußen- seite hin an und stellt die fluidische Verbindung zum Luftaus¬ trittsspalt 20 her. Der metallische Düsenkörper 2 sowie zu¬ mindest 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 Glasfa¬ ser-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 hochtempera¬ turfestem Siliziumcarbid besteht. Die bezüglich des Düsenkör¬ pers 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 vor¬ zugsweise abgerundeten Eckbereichen, wobei die nach radial außen weisenden Flächen in Richtung auf den Reaktorinnenraum 10 hin leicht konisch zueinander hin geneigt sind. Diese koni¬ schen radialen Außenflächen sind in den dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispielen von einer Trenn- schicht 5 aus hochtemperaturfestem, elastischem Material um¬ faßt, um ein Auswechseln des Düsenkörpers samt Düsenstein auch nach längerer Gebrauchsperiode des Reaktors in der Weise zu gewährleisten, daß die aus Düsenkörper und Düsenstein beste- hende bauliche Einheit nach außen aus der Reaktorwand 11 her¬ ausgezogen 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 Düsen¬ steins 4 mit der übrigen Innenfläche der Ausmauerung 6 fluch¬ tet. Die Hüllform 60 ist bei den Ausführungsformen nach Figu¬ ren 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 Funk¬ tion eines Aussteifungs- und/oder Befestigungsrahmens über¬ nimmt. Bei den Ausführungsbeispielen nach Figuren 1 bis 6 ist dieser Winkelrahmen 74 in eine der Außenkontur des Winkelrah- mens entsprechend geformte Öffnung der metallischen Außenwand des Reaktors eingesetzt, und zwar derart, daß der wandparalle¬ le 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 metalli¬ schen Reaktoraußenwand durch eine Schweißnaht 75 fest verbun- den.
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 Aus¬ führungsbeispielen nach Figuren 1 bis 3 und 4 bis 6 in folgen- der Weise:
Zunächst wird die genaue Positionierung der einen oder mehre¬ ren 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 Aus- mauerung des Ofens im Bereich der Öffnung im Stahlmantel durchbrochen, z. B. mittels einer Kernbohrung und die tatsäch¬ liche Wandstärke der Ausmauerung an der vorgesehenen Einbaupo¬ sition für die Düse festgestellt. Sodann wird die Ausmauerung im Bereich des Düseneinbauortes in der Weise entfernt, daß der Mauerdurchbruch der äußeren Kontur eines vorgefertigten Hüll¬ steines 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 ofen- seitige Stirnfläche des Hüllsteines mit der Reaktorausmauerun¬ gen 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 Hüll- stein 60 und/oder sein Halterahmen 61 entsprechend den Erfor¬ dernissen für einen parallelen Einbau zur Ausmauerung verlän¬ gert bzw. verkürzt.
Für den Einbau des Hüllsteins werden GewindeStangen 44 ver¬ wendet, die in Aufnahme bzw. Justierbohrungen 62 des Hüll¬ steins 60 eingesetzt sind bzw. eingesetzt werden und Bohrungen in dem wandparallelen Flansch des Winkelrahmens 64 durchset- zen. Die Positionierung des Hüllsteins 60 in seiner normal zur
Reaktorwand sich erstreckenden Einschubrichtung wird mittels der Gewindestangen 44 oder darauf drehbar angeordneten Gewin¬ demuttern eingestellt. Als sogenannter Setzwinkel 45 dienen durchbohrte Flacheisen, durch deren Bohrung je eine Gewinde- Stange 44 verläuft. Diese sogenannten Setzwinkel 45 können um die Gewindestangenachse verschwenkt werden und dienen u. a. als Montagehilfe beim Einsetzen des Düsensteins 4 nebst Düsen¬ körper 2 in die konische Öffnung im Hüllstein 60.
Die quer zur Reaktorwand ausgerichteten Schenkel des Hüll¬ stein-Haltrahmens 61 sind so bemessen, daß sie unter den Win¬ kelrahmen 74 stoßen und mit diesem durch Längsnähte 25 ver¬ schweißbar sind. Erst nach dem Einsetzen des Hüllsteins 60 mit dem daran befestigten Hüllstein-Halterahmen 61 und dem damit verschweißten Winkelrahmen 74 in die vorbereitete Reaktorwand¬ öffnung wird der Winkelrahmen 74 mit dem Stahlmantel der Reak¬ torwand 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 Dusensteinumfang 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 mantel und der Düsenkörper 2 in den Düsenstein 4 eingesetzt ist, wir diese Einheit in die vorbereitete Reaktorwandöffnung, die de Hüllstein 60 freigelassen hat, eingesetzt. Zuvor aber wird de Düsenstein 4 gegen den Düsenkörper 2 verspannt. Dies geschieh mittels einer Halteschelle 43, die auf den rohrförmigen Tei des Düsenkörpers 2 aufgeschraubt ist und Düsensteinspann schrauben 76 trägt, die soweit gegen die äußere Stirnfläch des Düsensteins 4 verspannt werden, bis die gewünschte Rela tivposition zwischen Düsenkörper 2, insbesondere Luftaus trittsspalt 20 und der inneren Stirnfläche des Düsensteins 4 erreicht ist. Mittels vorzugsweise abgewinkelter Gewindestan gen, die in die nach außen weisende Düsensteinstirnflache fes eingesetzt sind, wird eine Düsensteinverschraubung 40 bezüg- lieh 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, Düsen¬ körper 2 und Hüllstein 4 bestehende Einheit kann dann je nac Bedarfsfall aus der Reaktorwanddurchbrechung herausgezoge oder in diese wieder eingesetzt werden. Zwischen der Flansch¬ platte 7 und dem Winkelrahmen 74 wird vorzugsweise eine ela- stische Dichtung 71 zur Abdichtung und lösbaren Verbindun zwischen der Flanschplatte 7 und dem wandparallelen Schenkel des Winkelrahmens 74 eingesetzt.
Dieses Wechseldüsensystem erlaubt es, in kürzester Still- Standszeit des Reaktors defekte Düsen von außen her auszuwech¬ seln. 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 Düsen¬ steins 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 Bereitstel¬ lung 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 abge¬ kühlt 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 Hüllεtein
71 elastische Dichtung
72 Haltekeil
73 Halteverschraubung
74 Winkelrahmen
75 Winkelrahmenbefestigung, Schweißnaht
76 Düsensteinspannschrauben

Claims

Patentansprüche:
1. Austauschbare Düse, wie eine Winkelfächerdüse, für feuer¬ fest ausgekleidete Hochtemperaturreaktoren, wie Wärmetau¬ scher von Drehrohröfen für die Zementherstellung, beste¬ hend aus einem hochtemperaturfesten, metallischen, die Auskleidung des Hochtemperaturreaktors zumindest teilwei¬ se durchdringenden Düsenkörper, vorzugsweise mit einem schlitzförmigen Austrittsspalt, einem mit dem Düsenkörper zur Fluidzuführung verbundenen Rohr, vorzugsweise zum Anschluß an eine außenseitige Luftkanone zur Zufuhr eines Reinigungsfluidstoßes, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse einen Dehnungskragen, insbesondere aus elastischem, hochtemperaturfestem Material, vorzugsweise aus etwa 10 mm dickem Keramikfaservlies oder Glasfaser- Nadelfilz, einen, vorzugsweise außen konisch geformten,
Düsenstein und eine Trennfläche oder eine Trennschicht aus hochtemperaturfestem, elastischem Material umfaßt, wobei der Dehnungskragen zwischen dem metallischen Düsen- körper und dem Düsenstein angeordnet ist, der Düsenstein mit der Auskleidung im wesentlichen bündig mit der inneren Auskleidungsfläche abschließt und durch die Trennfläche oder Trennschicht von einer, vor¬ zugsweise innen konisch geformten, der Form des Düsen- Steins entsprechenden Hüllform, insbesondere von einem
Hüllstein, in der Ausmauerung getrennt ist.
2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungskragen den metallischen Düsenkörper zumindest entlang einer geschlossenen Linie umgibt.
3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstein sowie der metallische Düsenkörper durch eine außerhalb des Reaktorraumes angebrachte Flanschplat- te gehalten wird.
4. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschplatte einen Reaktorwanddurchbruch verschließt, der derartig ausgebildet ist, daß Düsenstein samt dem Düsenkörper in den Reaktorwanddurchbruch von außen her in den Reaktor einsetzbar ist.
5. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Düsenstein samt dem Düsenkörper in einen Reaktorwanddurchbruch von außen her in den Reaktor einsetzbar ist.
6. Düse nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Düsenstein mindestens drei, in der Länge einstellbare Verschraubungen aufweist, die vorzugs¬ weise mit der Flanschplatte fest verbunden sind, insbe¬ sondere um den Düsenstein samt Flanschplatte als Einheit vorzumontieren und/oder als Abziehvorrichtung um den Düsenstein aus dem Hüllstein zu ziehen.
7. Düse nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Düsenkörper mit der Flanschplatte, z.B. durch einen lösbaren Flansch, fest gehalten ist, vorzugs¬ weise aber durch eine äußere Ringschweißung fest verbun- den ist.
8. Düse nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Raum zwischen Düsenstein und Flansch¬ platte freigelassen ist und dieser Raum der Kontur des Düsensteines folgend durch Isolierwolle, Schamottemörtel oder dergleichen Wärmedämmung aufgefüllt ist.
9. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Trennschicht zwischen Düsenstein und dem Hüllstein oder der Hüllform aus einem etwa 2 bis 5 mm dickem Keramikfaserpapier oder -vlies besteht.
10. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Hüllstein oder die Hüllform durch Hoch¬ temperaturmörtel gebildet ist.
11. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Hüllform durch einen, vorzugsweise ringförmigen, Hüllstein gebildet ist, dessen innere Kon¬ tur der Form des Düsensteins und der ihn umgebenden Trennschicht entspricht, und der Hüllstein direkt oder durch Hochtemperaturmörtel mit der Ausmauerung verbunden ist.
12. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Hüllstein mit der äußeren Reaktorwand verankert ist, insbesondere mit einem Winkelrahmen ver¬ bunden und über den Winkelrahmen mit der äußeren Stahl- wand verankert ist.
13. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Formkörper, der der äußeren Form des Düsensteins mit der ihn umgebenden Trennschicht ent¬ spricht, während der Ausmauerung und Auffüllung des Reak¬ tors mit Hochtemperaturmörtel den Platz des Düsensteines einnimmt, so daß, gegebenenfalls mit einem einzigen Form¬ körper, die Einbauöffnungen für alle Düsensteine während des Ausmauerns hergestellt werden können.
14. Düse nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Flanschplatte eine elastische Dichtung zur Stahlwand aufweist.
15. Düse nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Flanschplatte über am Umfang gleichmä¬ ßig verteilte Verbindungselemente, wie Schraubverbindun- gen, an einen den Reaktorwanddurchbruch insbesondere aussteifenden Winkelrahmen oder dergleichen (Ausstei- fungs- oder Befestigungsrahmen) gepreßt wird.
16. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Düsenstein und gegebenenfalls der Hüll¬ stein in einer separaten Form hergestellt und, vorzugs¬ weise, ungeteilt ist.
17. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Düsenstein im wesentlichen aus hoch¬ temperaturfestem Siliziumcarbid besteht.
18. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Hüllstein einen Halterahmen aufweist und durch Verbinden, insbesondere Verschweißen, des Hal¬ terahmens mit dem Aussteifungs- oder Befestigungsrahmen eine Einheit bildet.
19. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Befestigungs- oder Aussteifungsrahmen einen längeren Schenkel aufweist, mit dessen Hilfe Wand¬ dickenunterschiede im Mauerwerk durch Hinein- und Heraus- Verschieben des Befestigungs- oder Aussteifungsrahmens bezüglich der Stahlwand ausgeglichen werden.
20. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß Setzwinkel vorgesehen sind, die nach der Düsensteinmontage unter den Düsenstein geschwenkt werden können und somit die Positionierung des Düsensteines im Hüllstein sicherstellen.
21. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß Haltemittel am Rohr der Düse angebracht sind und mittels Stellschrauben die genaue Positionierung und Halterung des Düsensteines bezüglich der Düse sicher¬ stellen.
22. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch einen den Düsenkörper bis auf die Austrittsöffnung der Düse zur Reaktorrauminnenseite umgebenden Schutz¬ stein.
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