CH710497A1 - Feuerfeste Wand, insbesondere für einen Verbrennungsofen. - Google Patents

Abstract

Eine feuerfeste Wand umfasst eine Kesselwand (1) und eine im Abstand zu dieser vorgesetzte feuerfeste Schutzverkleidung (2) aus einer Vielzahl von neben- bzw. übereinander angeordneten feuerfesten Platten (21), die je über mindestens eine Plattenhalterung (22) an der Kesselwand befestigt sind. Pro Platte (21) stützt sich jeweils ein an der Platte (21) angeordnetes Brückenelement (21b) in vertikaler Richtung auf einer Plattenhalterung (22) ab. Die Brückenelemente (21b) teilen die Höhe der Platten (21) jeweils in einen kürzeren Plattenabschnitt (21c) und einen längeren Plattenabschnitt (21d). Zumindest einige der Platten (21) sind in vertikaler Richtung paarweise angeordnet, wobei die beiden Platten (21) jedes Plattenpaars jeweils mit ihren kürzeren Plattenabschnitten (21c) aufeinanderstossend angeordnet sind.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine feuerfeste Wand, insbesondere für einen Verbrennungsofen, mit einer Kesselwand und einer im Abstand zur Kesselwand vorgesetzten feuerfesten Schutzverkleidung gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

[0002] Solche feuerfesten Wände werden z.B. in Feuerräumen von Verbrennungsanlagen eingesetzt. Die Kesselwand ist dabei oft als metallene Rohrwand ausgebildet und besteht in der Regel aus durch Stege verbundenen Rohren. Die im Abstand zur Rohrwand vorgehängte feuerfeste Schutzverkleidung soll die Rohrwand vor Korrosion durch Rauchgase schützen. Die feuerfeste Schutzverkleidung ist in der Regel aus in Reihen und Spalten neben bzw. übereinander angeordneten Platten gebildet. Feuerfeste Wände werden z.B. auch bei Wirbelschichtöfen eingesetzt, bei denen die Kesselwand aus einer mehr oder weniger dicken einfachen Metallwand besteht. Auch hier soll die Kesselwand bzw. Metallwand vor Korrosion geschützt werden.

[0003] Die Kesselwände und Schutzverkleidungen werden in den heutigen Verbrennungsanlagen oftmals Temperaturen von über 1000 °C ausgesetzt und erfahren auch bei geeigneter Materialwahl aufgrund der grossen Temperaturunterschiede der einzelnen Betriebszustände Dehnungen und Kontraktionen. Die Temperaturunterschiede sind bei den Schutzverkleidungen im Allgemeinen grösser als bei den Kesselwänden selbst, was bei der Materialwahl und/oder Ausgestaltung der Schutzverkleidungen berücksichtigt werden muss, damit die Schutzverkleidungen nicht durch grössere Dehnungen und Kontraktionen als die Kesselwände zerstört werden. Die Schutzverkleidungen bzw. die Platten derselben werden daher in der Regel nicht starr an den Kesselwänden befestigt, sondern mit Spiel, so dass in beschränktem Umfang Ausgleichsbewegungen parallel zu den Kesselwänden möglich sind.

[0004] Die Wahl eines geeigneten Materials für die Schutzverkleidung ermöglicht es, dass die Schutzverkleidung für jeden Betriebszustand auf die Kesselwand abgestimmt ist. Für Kesselwände aus Stahl haben sich Schutzverkleidungen aus keramischen Werkstoffen, insbesondere SiC, bewährt, wobei der SiC-Gehalt sehr unterschiedlich sein kann. In der Praxis werden SiC-Massen oder SiC-Platten mit einem SiC-Gehalt von 30%–90% eingesetzt.

[0005] Die Platten der Schutzverkleidung sind in der Regel durch verschiedene Massnahmen bis zu einem gewissen Grad gegenseitig abgedichtet, um den Durchtritt von Rauchgasen zu verhindern. Die Massnahmen können z.B. in die Trennfugen eingelegte feuerfeste Filzstreifen und/oder eine abgestufte und gegenseitig ineinandergreifende Ausbildung der Plattenränder und/oder zusätzliche Verkittungen umfassen. Die gegenseitige Abdichtung der Platten in deren Trennfugen ist konstruktiv relativ aufwändig und erfordert auch einen beträchtlichen Wartungsaufwand. Es besteht daher ein Bedürfnis, bei solchen aus einzelnen Platten zusammengesetzten Schutzverkleidungen mit möglichst wenigen und vor allem möglichst schmalen und entsprechend wartungsfreien Trennfugen auszukommen.

[0006] Angesichts der Nachteile der bekannten feuerfesten Wandsysteme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine feuerfeste Wand der gattungsgemässen Art dahingehend zu verbessern, dass zumindest ein Teil der Trennfugen zwischen den Platten der Schutzverkleidung wegfällt oder vernachlässigbar schmal ist.

[0007] Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemässe feuerfeste Wand gelöst, wie sie im unabhängigen Patentanspruch 1 definiert ist. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

[0008] Das Wesen der Erfindung besteht im Folgenden: Eine feuerfeste Wand, insbesondere für einen Verbrennungsofen, umfasst eine Kesselwand und eine im Abstand zu dieser vorgesetzte feuerfeste Schutzverkleidung aus einer Vielzahl von in Reihen und Spalten neben- bzw. übereinander angeordneten feuerfesten Platten, die über je mindestens eine Plattenhalterung an der Kesselwand befestigt sind, wobei sich pro Platte jeweils ein an der Platte angeordnetes Brückenelement in vertikaler Richtung auf einer Plattenhalterung abstützt. Die Brückenelemente teilen die Höhe der Platten jeweils in einen kürzeren Plattenabschnitt und einen längeren Plattenabschnitt. Zumindest einige der Platten sind in vertikaler Richtung paarweise angeordnet, wobei die beiden Platten jedes Plattenpaars jeweils mit ihren kürzeren Plattenabschnitten aufeinanderstossend angeordnet sind.

[0009] Durch die spezielle Anordnung der Brückenelemente innerhalb der Platten und die abwechselnde Anordnung der Platten bezüglich ihrer längeren und kürzeren Plattenabschnitte kann die Anzahl der horizontalen Trennfugen stark reduziert werden.

[0010] Vorteilhafterweise stützen sich die untere Platte jedes Plattenpaars jeweils hängend und die obere Platte jedes Plattenpaars jeweils stehend an den Plattenhalterungen ab.

[0011] Durch die abwechselnd stehende und hängende Abstützung der Platten wird erreicht, dass die beiden Platten jeweils eines Plattenpaars praktisch fugenfrei aneinanderstossend angeordnet werden können.

[0012] Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die beiden Platten jedes Plattenpaars gleich ausgebildet und gegenseitig um 180° gedreht angeordnet. Dies ermöglicht es, für die gesamte Schutzverkleidung denselben Plattentyp zu verwenden.

[0013] Zweckmässigerweise ist jeweils der unteren Platte eines Plattenpaars die obere Platte eines darunterliegenden benachbarten Plattenpaars benachbart, wobei sich zwischen dieser unteren Platte und dieser oberen Platte eine Trennfuge befindet. Die Trennfuge erlaubt thermische Ausgleichsbewegungen der Platten.

[0014] Gemäss einer alternativen Ausführungsform ist jeweils zwischen zwei vertikal benachbarten Plattenpaaren eine Zwischenplatte angeordnet, wobei sich zwischen der unteren Platte eines Plattenpaars und der Zwischenplatte sowie zwischen der oberen Platte eines darunterliegenden benachbarten Plattenpaars und der Zwischenplatte jeweils eine Trennfuge befindet.

[0015] Die Fugenbreite der Trennfugen beträgt zweckmässigerweise 3–12 mm, vorzugsweise 5–10 mm. Dies ermöglicht thermische Ausgleichsbewegungen der Platten bei optimiertem Abdichtungsaufwand.

[0016] Zweckmässigerweise beträgt die Fugenbreite von allfälligen Stossfugen zwischen den aufeinanderstossenden kürzeren Plattenabschnitten der beiden Platten jedes Plattenpaars jeweils höchstens 5 mm, vorzugsweise höchstens 3 mm. Derart kleine Stossfugen sind bezüglich Wartungsaufwand vernachlässigbar.

[0017] Zweckmässigerweise ist ein zwischen der Kesselwand und der Schutzverkleidung befindlicher Zwischenraum mit einem feuerfesten Material ausgegossen. Dies erhöht einerseits die Dichtigkeit gegen eindringende Rauchgase und verbessert anderseits den Wärmeübergang zur Kesselwand.

[0018] Weiters ist es zweckmässig, wenn die Platten vertikal durchgehende, nach innen erweiterte Nuten aufweisen, in welche die Plattenhalterungen eingreifen, und wenn vorzugsweise die Nuten ebenfalls mit einem feuerfesten Material ausgegossen sind. Dies erhöht die Stabilität der Schutzverkleidung und den Wärmeübergang.

[0019] Zweckmässigerweise sind die Platten gegen Verkippung aus der Schutzverkleidung heraus gesichert. Dies kann beispielsweise mittels zusätzlicher Plattenrückhalterungen geschehen und ist insbesondere während der Montage der feuerfesten Wand bzw. des Ausgiessens der Zwischenräume von Vorteil.

[0020] Vorteilhafterweise sind die Trennfugen gegen Eindringen von Rauchgasen abgedichtet.

[0021] Zweckmässigerweise ist die Kesselwand als eine Rohrwand mit durch Stege verbundenen Rohren ausgebildet. Eine Rohrwand ist eine besonders effiziente Kombination von Wand und Wärmetauscher.

[0022] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine Ansicht der Schutzverkleidung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen feuerfesten Wand nach der Linie I–I der Fig. 3 , <tb>Fig. 2<SEP>einen Schnitt durch die erfindungsgemässe feuerfeste Wand nach der Linie II–II der Fig. 1 , <tb>Fig. 3<SEP>einen Schnitt durch die erfindungsgemässe feuerfeste Wand nach der Linie III–III der Fig. 2 und <tb>Fig. 4 – 5<SEP>zwei schematische Skizzen zur Verdeutlichung der Anordnung der Platten der Schutzverkleidung gemäss zwei Ausführungsbeispielen.

[0023] Für die nachstehende Beschreibung gilt die folgende Festlegung: Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugszeichen angegeben, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungsteil nicht erwähnt, so wird auf deren Erläuterung in vorangehenden oder nachfolgenden Beschreibungsteilen verwiesen. Umgekehrt sind zur Vermeidung zeichnerischer Überladung für das unmittelbare Verständnis weniger relevante Bezugszeichen nicht in allen Figuren eingetragen. Hierzu wird auf die jeweils übrigen Figuren verwiesen.

[0024] Lage- und Richtungsbezeichnungen, wie z.B. oben, unten, nebeneinander, übereinander, seitlich, vertikal und horizontal, beziehen sich auf die übliche, in der Zeichnung dargestellte vertikale Einsatzposition der feuerfesten Wand.

[0025] Die in den Fig. 1 – 3 beispielsweise dargestellte erfindungsgemässe feuerfeste Wand umfasst eine hier als Rohrwand ausgebildete Kesselwand 1 und eine im Abstand dazu vorgesetzte Schutzverkleidung 2, wobei zwischen der Kessel- bzw. Rohrwand 1 und der Schutzverkleidung 2 ein Zwischenraum 3 gebildet ist. Die Kessel- bzw. Rohrwand 1 besteht aus einer Vielzahl von im praktischen Einsatz vertikalen Rohren 11, welche durch Stege 12 in gegenseitigem Abstand zusammengehalten sind. Die Rohre 11 und die Stege 12 bestehen üblicherweise aus Stahl. Die Schutzverkleidung 2 umfasst eine Vielzahl von neben- und übereinander angeordnete feuerfeste Platten 21. Die Platten sind beispielsweise keramische SiC-Platten, vorzugsweise SiC 90-Platten mit einem SiC-Gehalt von ungefähr 90% in der Herstellung, die bis über 1000 °C feuerbeständig sind. Jede Platte 21 ist mittels Plattenhalterungen 22 an der Rohrwand 1 befestigt. Die Plattenhalterungen bestehen aus hitzebeständigem Stahl, z.B. Stahl Nr. 310 nach AISI-Norm oder Werkstoff Nr. 1.4845 nach DIN 17440. Die Plattenhalterungen 22 umfassen im Wesentlichen je einen an einem Steg 12 angeschweissten Gewindebolzen 22a und eine auf dem Gewindebolzen sitzende Mutter 22b. Die Plattenhalterungen 22 greifen in vertikal durchgehende, nach innen erweiterte Nuten 21a der Platten 21 ein und legen den Abstand der Platten 21 zur Rohrwand 1 fest. Die Plattenhalterungen 22 dienen ebenfalls zur Stützung (Aufhängung) der Platten 21 in vertikaler Richtung, wobei die Platten 21 mit an ihnen angeordneten (angeformten) Brückenelementen 21b auf den Plattenhalterungen 22 aufliegen. Die Platten 21 sind dabei in vertikaler Richtung in gewissem Masse beweglich, um so thermisch bedingte Ausdehnungs- bzw. Kontraktionsbewegungen zuzulassen. Zwischen den nebeneinander angeordneten Platten 21 verlaufen vertikale Trennfugen 23 (Fig. 2 ) und zwischen den übereinander angeordneten Platten 21 befinden sich horizontale Stossfugen 24a und Trennfugen 24b (Fig. 1 und 3 ). Der Zwischenraum 3 zwischen der Kessel- bzw. Rohrwand 1 und der Schutzverkleidung 2 sowie die vertikalen Nuten 21a der Platten 21 sind mit einem feuerfesten Material (nicht dargestellt) ausgegossen.

[0026] Der wesentliche Unterschied der erfindungsgemässen feuerfesten Wand gegenüber herkömmlichen feuerfesten Wänden dieser Art besteht darin, dass, in vertikaler Richtung gesehen, benachbarte Platten 21 abwechselnd einmal praktisch bzw. zumindest fast abstandslos benachbart sind (Stossfugen 24a) und das andere Mal einen ausgeprägteren vertikalen gegenseitigen Abstand aufweisen (Trennfugen 24b). Zwei jeweils unmittelbar aneinanderstossende Platten 21 bilden dabei jeweils ein Plattenpaar 21P (Fig. 4 und 5 ). Erreicht wird diese Plattenkonfiguration durch entsprechend vertikal beabstandete Anordnung der Plattenhalterungen 22 und durch entsprechende Anordnung der Brückenelemente 21b in den Platten 21, die sich bei den Platten 21 einer ersten Reihe jeweils im unteren Bereich der Platten 21 und bei den Platten 21 der darunterliegenden zweiten Reihe jeweils im oberen Bereich der Platten 21 befinden. Die Platten 21 mit den Brückenelementen 21b im unteren Bereich stehen also gewissermassen auf den Plattenhalterungen 22, während die Platten mit den Brückenelementen 21b im oberen Bereich gewissermassen an den Plattenhalterungen 22 hängen. Nicht dargestellte Rückhalteelemente können optional dafür sorgen, dass die Platten 21 nicht aus der Schutzverkleidung heraus kippen können. Die Abstände zwischen den Brückenelementen 21b im unteren Plattenbereich und dem unteren Rand der Platten 21 sind deutlich geringer als die Abstände zwischen denselben Brückenelementen 21b und dem oberen Rand der Platten 21. Umgekehrt sind die Abstände zwischen den Brückenelementen 21b im oberen Plattenbereich und dem oberen Rand der Platten 21 deutlich geringer als die Abstände zwischen denselben Brückenelementen 21b und dem unteren Rand der Platten 21. Die Brückenelemente 21b teilen also die Höhe der Platten jeweils unsymmetrisch in einen kürzeren und einen längeren vertikalen Plattenabschnitt 21c bzw. 21d (Fig. 3 ). Dort, wo Platten 21 mit ihren jeweils kürzeren Plattenabschnitten 21c benachbart sind, besitzen die Stossfugen 24a nur eine geringfügige bzw. fast verschwindende (vertikale) Fugenbreite, während die Trennfugen 24b zwischen benachbarten längeren Plattenabschnitten 21 d deutlich ausgeprägter sind und eine entsprechend grössere Fugenbreite besitzen. Die praktisch vernachlässigbare Fugenbreite der Stossfugen 24a ist möglich, weil die thermisch bedingte Längenänderung der (vertikal) kürzeren Plattenabschnitte 21c nur relativ gering ist, während die thermisch bedingte Längenänderung der (vertikal) längeren Plattenabschnitte 21 d stärker ist.

[0027] Die Fugenbreite der Stossfugen 24a beträgt typischerweise 0–5 mm, vorzugsweise 0–3 mm, diejenige der Trennfugen 24b beträgt typischerweise 3–12 mm, vorzugsweise 5–10 mm.

[0028] Aus den Fig. 1 und 3 ist ersichtlich, dass die längs den Stossfugen 24a benachbarten Platten 21 eines Plattenpaars 21P jeweils (bezüglich der Stossfugen 24a) spiegelbildlich ausgebildet sind. De facto sind alle Platten 21 gleich ausgebildet, aber in vertikaler Richtung ist jede zweite Platte 21 eines Plattenpaars 21P gegenüber der jeweils ersten Platte 21 des Plattenpaars 21P um 180° in der Plattenebene bzw. um eine Normale auf die Platte gedreht angeordnet. Dies hat den grossen Vorteil, dass für die gesamte Schutzverkleidung 2 derselbe Typ von Platten 21 eingesetzt werden kann.

[0029] In Fig. 5 ist rein schematisch eine alternative Konfiguration der Platten der Schutzverkleidung dargestellt. Hierbei ist in vertikaler Richtung jeweils zwischen zwei Plattenpaaren 21P eine Zwischenplatte oder Dilatationsplatte 21Z angeordnet, die zu den beiden angrenzenden Plattenpaaren 21P jeweils durch eine Trennfuge 24b getrennt ist. Die Zwischenplatte 21Z ist gleich ausgebildet wie alle anderen Platten 21 der Schutzverkleidung und auch auf die gleiche Weise an der (in dieser Figur nicht dargestellten) Kessel- bzw. Rohrwand 1 befestigt.

[0030] Insbesondere die Trennfugen 24b können durch eingelegte feuerfeste Filzstreifen und/oder eine abgestufte und gegenseitig ineinandergreifende Ausbildung der Plattenränder und/oder zusätzliche Verkittungen abgedichtet, d.h. gegen Eindringen von Rauchgasen geschützt sein.

[0031] Wie schon eingangs erwähnt, muss die Kesselwand der erfindungsgemässen feuerfesten Wand nicht als Rohrwand ausgebildet sein, sondern kann beispielsweise auch eine normale Metallwand sein, an der die Plattenhalterungen 22 in analoger Weise wie bei der vorstehend beschriebenen Rohrwand angeordnet und befestigt sind.

Claims (12)

1. Feuerfeste Wand, insbesondere für einen Verbrennungsofen, mit einer Kesselwand (1) und einer im Abstand zu dieser vorgesetzten feuerfesten Schutzverkleidung (2) aus einer Vielzahl von in Reihen und Spalten neben- bzw. übereinander angeordneten feuerfesten Platten (21), die je über mindestens eine Plattenhalterung (22) an der Kesselwand befestigt sind, wobei sich pro Platte (21) jeweils ein an der Platte (21) angeordnetes Brückenelement (21b) in vertikaler Richtung auf einer Plattenhalterung (22) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenelemente (21b) die Höhe der Platten (21) jeweils in einen kürzeren Plattenabschnitt (21c) und einen längeren Plattenabschnitt (21d) teilen und dass zumindest einige der Platten (21) in vertikaler Richtung paarweise angeordnet sind, wobei die beiden Platten (21) jedes Plattenpaars (21P) jeweils mit ihren kürzeren Plattenabschnitten (21c) aufeinanderstossend angeordnet sind.

2. Feuerfeste Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die untere Platte (21)jedes Plattenpaars (21P) jeweils hängend und die obere Platte (21) jedes Plattenpaars jeweils stehend an den Plattenhalterungen (22) abstützen.

3. Feuerfeste Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Platten (21) jedes Plattenpaars (21P) gleich ausgebildet und gegenseitig um 180° gedreht angeordnet sind.

4. Feuerfeste Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der unteren Platte (21) eines Plattenpaars (21P) die obere Platte (21) eines darunterliegenden benachbarten Plattenpaars (21P) benachbart ist, wobei sich zwischen dieser unteren Platte und dieser oberen Platte eine Trennfuge (24b) befindet.

5. Feuerfeste Wand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen zwei vertikal benachbarten Plattenpaaren (21P) eine Zwischenplatte (21Z) angeordnet ist, wobei sich zwischen der unteren Platte (21) eines Plattenpaars (21P) und der Zwischenplatte (21Z) sowie zwischen der oberen Platte (21) eines darunterliegenden benachbarten Plattenpaars (21P) und der Zwischenplatte (21Z) jeweils eine Trennfuge (24b) befindet.

6. Feuerfeste Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fugenbreite der Trennfugen (24b) 3–12 mm, vorzugsweise 5–10 mm, beträgt.

7. Feuerfeste Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fugenbreite von allfälligen Stossfugen (24a) zwischen den aufeinanderstossenden kürzeren Plattenabschnitten (21c) der beiden Platten (21) jedes Plattenpaars (21P) jeweils höchstens 5 mm, vorzugsweise höchstens 3 mm, beträgt.

8. Feuerfeste Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen der Kesselwand (1) und der Schutzverkleidung (2) befindlicher Zwischenraum (3) mit einem feuerfesten Material ausgegossen ist.

9. Feuerfeste Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (21) vertikal durchgehende, nach innen erweiterte Nuten (21a) aufweisen, in welche die Plattenhalterungen (22) eingreifen, und dass vorzugsweise die Nuten (21a) mit einem feuerfesten Material ausgegossen sind.

10. Feuerfeste Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (21) gegen Verkippung aus der Schutzverkleidung (2) heraus gesichert sind.

11. Feuerfeste Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfugen (24b) gegen Eindringen von Rauchgasen abgedichtet sind.

12. Feuerfeste Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kesselwand eine Rohrwand (1) aus durch Stege (12) verbundenen Rohren (11) ist.