EP3447377A1 - Schutzsystem für wärmetauscher und verfahren zum aufbau eines schutzsystems für wärmetauscher - Google Patents

Schutzsystem für wärmetauscher und verfahren zum aufbau eines schutzsystems für wärmetauscher Download PDF

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EP3447377A1
EP3447377A1 EP18020385.3A EP18020385A EP3447377A1 EP 3447377 A1 EP3447377 A1 EP 3447377A1 EP 18020385 A EP18020385 A EP 18020385A EP 3447377 A1 EP3447377 A1 EP 3447377A1
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EP
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ceramic
ceramic plates
heat exchanger
spacers
groove
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Detlef R. Elling
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    • F23M5/08—Cooling thereof; Tube walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
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    • F27D1/14—Supports for linings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23M2700/00—Constructional details of combustion chambers
    • F23M2700/005—Structures of combustion chambers or smoke ducts
    • F23M2700/0056—Bricks for water tube combustion chamber walls

Definitions

  • the invention relates to a protection system for heat exchangers for preventing the contact of flames, embers and pollutants arising in a combustion process with the heat exchanger according to the preamble of the preamble of claim 1 and a method for constructing such a protection system according to the preamble of the preamble of claims or 8.
  • the energy of a first medium is transferred to a second medium with or without phase change, without the two media being in direct contact or touching each other.
  • the energy exchange takes place via the heat exchanger.
  • Combustion temperatures in incinerators are often over 1000 ° C. This often leads to corrosion phenomena on the heat exchangers due to flue gases.
  • the side facing the combustion chamber of the heat exchanger is protected by pipe wall panels.
  • a known pipe wall lining has a heat shield brick and a device for lining the combustion chamber wall with the heat shield bricks.
  • the device consists of a support structure and a fastener for attachment the heat shield stones on the support structure.
  • the heat shield bricks have mounting grooves into which the fastener attached to the support structure engages, thereby holding the heat shield bricks securely to the support structure.
  • the heat shield brick has a hot side, which is arranged during assembly in the manner that it faces the hot medium.
  • the hot side consists of a high temperature resistant material.
  • a cushioning pad is integrally disposed in the heat shield brick, which is mounted outside the hot side.
  • the damping insert consists of a ceramic material, in particular a ceramic fiber material, which is firmly connected as a fabric mat with the base material of the heat shield stone.
  • a ceramic material in particular a ceramic fiber material
  • the damping insert By arranging the damping insert on the back and sides of the heat shield bricks, the vibrations and / or shocks between the heat shield brick and the combustion chamber wall and between the individual bricks are damped. However, should a heat shield brick break or be damaged, falling out of the pieces is prevented by the integral connection of the heat-resistant ceramic and the fiber material of the damping insert ( WO 2001/61250 A1 ).
  • Another pipe wall cladding consists of holders, tiles, spacers, felt and concrete.
  • the geometry of the holder is similar to a bolt with a bolt head.
  • the holders are welded to the long cylindrical end on the heat exchanger.
  • the length of the holder determines the later distance of the tiles to the heat exchanger.
  • the tiles are optionally used in the middle of the connecting grooves insertion slots.
  • the tiles have a reinforcement in the region of the connecting groove.
  • the material from which the tiles are made is nitridically bonded silicon carbide.
  • these tiles are fixed with wedges on the holders.
  • the wedges are inserted into the connecting groove up to the head part of the holder and act between the head of the holder and the head wall opposite the inner wall of the connecting groove, so that the head of the holder against the slot opening is pressed.
  • the spacers must be placed on the corners of the tile or in the crossing points of the cross joints. These are used to align the tiles horizontally and vertically.
  • the spacers are made of high-temperature fibers and plastic.
  • the spacers are always placed in the crossing point of the joints, which although a counterbalancing of the tiles in all directions is possible, but this results in high mounting voltages, whereby the spacers often break and deviations in the heat exchanger wall can be more difficult compensated.
  • the holders used are special parts and thus require an extra production for the pipe wall cladding, resulting in high unit costs.
  • a variation of the distance of the tiles to the heat exchanger is difficult, since the distance is determined by the length of the holder. Since the holders are attached to the heat exchangers by welding and these holders are not standard parts, these holders must have special ones Welding recordings are developed and extra welding procedure tests are carried out, which entails additional expenditure and costs.
  • Another disadvantage of the holder is that its head is flattened, whereby the holder orthogonal and the flattened head must be welded horizontally, so that the plates can be easily pushed and hold. Thus, the cost of mounting the holder is very high.
  • the described pipe wall cladding has a further disadvantage, which results from the fixing of the tiles by means of the wedges described.
  • the method of building the pipe wall lining has disadvantages.
  • the pipe protection wall is completely built up before casting and thus does not offer the possibility of controlling the casting process.
  • the spacers must always be installed prior to casting, as these are necessary for the horizontal and vertical alignment of the tiles, which has the disadvantage that the pouring of the cavity to contamination with concrete residues on the spacers or in the area to which the felt is to be attached later can lead. Such contamination can lead to expansion problems later in the combustion process of the plant, which can result in damage to the pipe protection wall.
  • the object of the invention is to change the known pipe wall panels so that they are more economical to manufacture and in construction and have a higher process reliability during casting, so that no cavities are formed and thus a maximum efficiency is achieved.
  • the protection system according to the invention with the characterizing feature of claim 1 has the advantage that the spacer does not protrude into the region of the combustion chamber and thus remain no residues of high-temperature fibers after firing the combustion chamber. This is achieved in that the spacer is inserted into the groove of the ceramic plate and has a circumferential bead whose height determines the gap width between the ceramic plates. Since the width of the bead is smaller than the wall thickness of the ceramic plate in the region of the groove, the spacer never protrudes into the combustion chamber of the incinerator.
  • the spacer is a hollow body, which has openings at the two ends, which protrude into the ceramic plates arranged one above the other. This ensures that the flow of concrete during casting can spread unhindered along the groove of the ceramic plates in the area of the spacers. Thus, it is prevented that cavities arise in the areas of the grooves, which have an insulating effect and reduce the efficiency of the incinerator.
  • the hollow spacer in addition in the region in which the opening of the groove of the ceramic plate is in the assembled state, a vertical gap with an approximately identical width as the opening of the groove of the ceramic plate.
  • standard components are used for the attachment of the ceramic plates, which can be ordered and it requires no further processing for their use or processing.
  • Standard bolts already have a welding procedure test, so that the costs can be saved. Furthermore, you can use the bolts in different Order lengths without having to make them separately.
  • special customizations of welding head receivers can be saved as there are standard welding systems.
  • the head bolt must be welded orthogonal to the surface of the heat exchanger, but the head bolt can be rotated arbitrarily about its own axis. This allows the mounting of the head bolts to the heat exchanger done much faster.
  • An additional advantageous embodiment of the invention is that between two horizontally adjacent ceramic plates clamping springs are arranged. This decouples the horizontal from the vertical orientation of the ceramic plates. With the help of the clamping springs, only the horizontal alignment takes place. The spacers are used exclusively for vertical alignment. Since the wire of the clamping springs is very thin, the wire burns when heating the incinerator and it can not be residues of the combustion process, such. As ash deposit.
  • wedges are used for fixing the pushed onto the head bolts ceramic plates.
  • the wedges are inserted between the pipe wall and the ceramic plates. This has the advantage over the prior art that the groove of the ceramic plate remains free and can be filled well with fluid concrete. Furthermore, each individual ceramic plate can be individually aligned.
  • the inventive method with the features of claim 7 allows a very safe installation at a lower cost of the protective wall, since the process can be very well controlled. This is made possible by the use of standardized head bolts, which are welded to the heat exchanger very quickly by means of a stud welding process. Furthermore, the use of clamping springs allows each horizontal row of ceramic plates to be aligned very quickly. Because the horizontal and vertical balancing of the plates separately This can be done faster because the compensation is not as complex as when using only the spacers. Thus, each row can be potted separately for better control of the casting process.
  • the ceramic plates with spacers, sealants and optionally clamping springs and wedges are first mounted in the inventive method according to claim 8 and then filled the gap between the heat exchanger and ceramic tiles with fluid concrete.
  • This allows a very fast installation of the protection system.
  • the spacer also allows a very fast and yet exact installation of the superimposed ceramic plates by its simple and intuitive plug-in function.
  • the process control during casting is not given in the manner as in the method having the features of claim 7.
  • Fig. 1a to 1c show schematically the front view, the side view and the top view of a protection system according to the invention, consisting of ceramic plates 1, head bolts 2, spacers 3, clamping springs 4, 5 sealing compound and fluidized concrete 6.
  • the protection system is arranged in front of a heat exchanger 7.
  • the head bolts 2 are welded to the webs 9 by means of stud welding.
  • the head bolts 2 determine along their length with the wall thickness of the protection system and are usually 35 mm long. The longer the head bolts 2, the thicker the protection system.
  • the head bolts 2, consisting of stainless and heat-resistant stainless steel, are standardized purchase parts and ensure by their arrangement an even distribution of the load of the protection system on the heat exchanger. 7
  • the ceramic plates 1 are pushed by means of a arranged on the ceramic plates 1 groove 10 ( Fig. 1c such as Fig. 3a to 3c ).
  • the groove 10 is located in a reinforced portion 11 of the ceramic plate 1, so that the strength of the ceramic plate 1 is not reduced or a predetermined breaking point is generated.
  • two supporting head bolts 2 are provided, as in FIG Fig. 1b can be seen.
  • optionally insertion openings 12, as in the Fig. 3a and 3c can be seen, arranged in the middle of the groove 10 to facilitate the sliding of the ceramic plates 1.
  • the ceramic plates 1 are made of nitridically bonded silicon carbide and are sintered and then fired so that the porous surface closes after sintering and a smooth surface is formed.
  • the ceramic plates 1 thus have a very high oxidation resistance with a very good thermal conductivity.
  • the sliding of the ceramic plates 1 is done horizontally row by row, as in Fig. 1c shown.
  • Fig. 4a and 4b illustrated clamping springs 4, which are inserted horizontally between the ceramic plates 1.
  • the clamping springs 4 are made of spring wire which is reshaped in such a way that four clamping surfaces 13, two for each of the horizontally adjacent ceramic plates 1, arise.
  • the wire of the clamping springs 4 is self-contained, the two ends being connected by means of tungsten inert gas welding.
  • the distance a between two voltage applied to one and the same ceramic plate 1 clamping spring 4 is equal to or smaller than the thickness b of the ceramic plate 1.
  • the voltage applied to a ceramic plate 1 two clamping surfaces 13, starting from the connecting them central web 14, in the direction of the ceramic plate. 1 , so inclined against each other to allow a balancing with good clamping effect.
  • this clamping springs 4 protrude during assembly into the combustion chamber 15 of the incinerator, but they consist of a corresponding material and have a small wall thickness, which causes the protruding into the combustion chamber 15 parts of the clamping springs 4 burn when operating the incinerator.
  • This sealing means 5 is made of heat-resistant biolösbaren paper and is arranged at each circumferential edge of the ceramic plates 1.
  • the spacers 3 are hollow bodies which have at their upper and lower ends which are inserted into the ceramic plates 1, openings 16 and also has a vertical gap 17 which corresponds in width to the opening width of the groove 10 of the ceramic plate 1 and in the inserted state in the area the opening of the groove 10 of the ceramic plate 1 is located.
  • the spacer 3 has a peripheral bead 18, which determines the later distance or the gap between the ceramic plates 1, which in the embodiment is 5 mm.
  • the spacer 3 is inserted so deep into the groove 10 of the ceramic plate 1 until the circumferential bead 18 of the spacer 3 rests on the top of the ceramic plate 1. If the sealing means 5 extends as far as the groove 10, this is compressed by placing the overlying ceramic plates 1 on the spacer 3 through the latter in the region of the bead 18, so that the ceramic plates 1 are also sealed in this area.
  • At its upper and lower opening 16 bevels 19 are worked to facilitate insertion into the ceramic plates 1.
  • the spacers 3 are made of polypropylene and high-temperature fibers, wherein the plastic burns when gating the incinerator and gassed and only the structure of the high-temperature fiber between the ceramic plates 1 remains. Due to the design of the spacers 3 as a hollow body, these do not interfere with casting with the flowable concrete 6.
  • the fluidized concrete 6 can flow unhindered through the spacers 3 within the groove 10 of the ceramic plates 1 or the fluidized concrete 6 can vent well during casting, without cavities form behind the ceramic plates 1.

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Abstract

Schutzsystem für Wärmetauscher (7), bestehend aus Keramikplatten (1), Kopfbolzen (2), Abstandshaltern (3) und Abdichtmitteln (5), wobei die Keramikplatten (1) an ihrer dem Wärmetauscher (7) zugewandten Fläche in einem in ihrer Dicke verstärkten Bereich (11) eine durchgehende vertikale Nut (10) aufweisen und eine Vielzahl von Keramikplatten (1) neben- und übereinander mit ihrer Nut (10) auf die Kopfbolzen (2) aufgeschoben sind und zwischen übereinander angeordneten Keramikplatten (1) das Abdichtmittel (5) und die Abstandshalter (3) zur Ausrichtung der Keramikplatten (1) angeordnet sind und der Zwischenraum zwischen Wärmetauscher (7) und Keramikplatten (1) mit Fließbeton (6) ausgefüllt ist. Erfindungsgemäß weisen die Abstandshalter (3) eine in die Nut (10) der Keramikplatte (1) steckbare Außenkontur und an dieser Außenkontur eine in Einbaulage horizontal umlaufende Wulst (18) auf, deren sich in Richtung der Dicke der Keramikplatte (1) erstreckende Breite kleiner als die Dicke der Keramikplatte (1) im Bereich der Nut (10) ist, wobei die Wulst (18) mit ihrer Unterseite auf der Oberkante der Keramikplatte (1) aufliegt und die über dieser Keramikplatte (1) angeordnete Keramikplatte (1) mit ihrer Unterkante auf der Oberseite der Wulst (18) aufliegt, so dass ein Spalt zwischen den übereinander angeordneten Keramikplatten (1) ausgebildet ist. Das hat den Vorteil, dass die Montage sehr einfach durchgeführt werden kann und dass sich beim Vergießen keine Hohlräume im Bereich der Nuten (10) bilden.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Schutzsystem für Wärmetauscher zum Verhindern des Kontakts von in einem Verbrennungsprozess entstehenden Flammen, Glut und Schadstoffen mit dem Wärmetauscher nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren zum Aufbau eines solchen Schutzsystems nach der Gattung des Oberbegriffs der Ansprüche 7 oder 8.
  • Bei der Verwendung von Wärmetauschern wird die Energie eines ersten Mediums auf ein zweites Medium mit oder ohne Phasenänderung übertragen, ohne dass die beiden Medien in unmittelbarem Kontakt stehen oder sich berühren. Der Energieaustausch erfolgt über den Wärmetauscher.
  • Die Verbrennungstemperaturen in Verbrennungsanlagen liegen häufig bei über 1000°C. Dies führt durch Rauchgase oft zu Korrosionserscheinungen an den Wärmetauschern. Um die Stand- bzw. Lebenszeit der Wärmetauscher zu verlängern, wird die der Brennkammer zugewandte Seite des Wärmetauschers durch Rohrwandverkleidungen geschützt.
  • Eine bekannte Rohrwandverkleidung weist einen Hitzeschildstein und eine Einrichtung zur Verkleidung der Brennkammerwand mit den Hitzeschildsteinen auf. Die Einrichtung besteht aus einer Tragstruktur und einem Befestigungselement zur Befestigung der Hitzeschildsteine an der Tragstruktur. Die Hitzeschildsteine weisen Befestigungsnuten auf, in die das an der Tragstruktur befestigte Befestigungselement greift, wodurch die Hitzeschildsteine sicher an der Tragstruktur gehalten werden. Der Hitzeschildstein weist eine Heißseite auf, die bei der Montage in der Art angeordnet wird, dass sie zum heißen Medium weist. Die Heißseite besteht aus einem hochtemperaturbeständigen Material. Zusätzlich ist eine Dämpfungseinlage integral in bzw. an dem Hitzeschildstein angeordnet, welche außerhalb der Heißseite angebracht ist. Die Dämpfungseinlage besteht aus einem keramischen Material, insbesondere einem keramischen Fasermaterial, welches als Gewebematte fest mit dem Grundmaterial des Hitzeschildsteins verbunden ist. Bei dem Betrieb von Verbrennungsanlagen entstehen neben hohen Temperaturen auch Schwingungen und/oder Stöße. Durch eine Anordnung der Dämpfungseinlage auf der Rückseite und an den Seiten der Hitzeschildsteine werden die Schwingungen und/oder Stöße zwischen Hitzeschildstein und Brennkammerwand und zwischen den einzelnen Steinen gedämpft. Sollte jedoch ein Hitzeschildstein zerbrechen oder beschädigt werden, wird durch die integrale Verbindung der hitzebeständigen Keramik und dem Fasermaterial der Dämpfungseinlage ein Herausfallen der Bruchstücke verhindert ( WO 2001/61250 A1 ).
  • Eine andere Rohrwandverkleidung besteht aus Haltern, Fliesen, Abstandshaltern, Filz und Beton. Die Geometrie des Halters ähnelt einem Bolzen mit Bolzenkopf. Die Halter werden mit dem langen zylindrischen Ende an dem Wärmetauscher angeschweißt. Durch die Länge der Halter ist der spätere Abstand der Fliesen zu dem Wärmetauscher bestimmt. Auf die Halter mit dem bolzenkopfähnlichen Ende werden die Fliesen, die an ihrer dem Wärmetauscher zugewandten Seite eine Verbindungsnut aufweisen, aufgeschoben. Für den Arbeitsschritt des Aufschiebens der Fliesen werden optional in der Mitte der Verbindungsnuten angebrachte Einschuböffnungen genutzt. Des Weiteren weisen die Fliesen in dem Bereich der Verbindungsnut eine Verstärkung auf. Das Material, aus dem die Fliesen hergestellt sind, ist nitridisch gebundenes Siliciumcarbid. Ist eine horizontale Reihe der Fliesen auf die Halter aufgeschoben bzw. auf den Haltern montiert, werden diese Fliesen mit Keilen auf den Haltern fixiert. Dazu werden die Keile in die Verbindungsnut bis zu dem Kopfteil der Halter gesteckt und wirken zwischen dem Kopf des Halters und der dem Kopf gegenüberliegenden Innenwand der Verbindungsnut, sodass der Kopf des Halters gegen die Nutöffnung gedrückt wird. Bevor die nächste horizontale Reihe von Fliesen auf die Halter geschoben wird, müssen auf die Ecken der Fliese bzw. in die Kreuzungspunkte der Kreuzfugen die Abstandshalter gesetzt werden. Diese dienen dazu, die Fliesen horizontal sowie vertikal auszurichten. Die Abstandshalter bestehen aus Hochtemperaturfasern und Kunststoff. Durch die beschriebene Montage der Fliesen entstehen horizontal durch die Abstandshalter und vertikal durch die Abstände der Halter Spalte zwischen den benachbarten Fliesen. Um diese Spalte zu verschließen, wird Filz horizontal sowie vertikal um die Fliesen angebracht. Ist die gesamte Höhe des Wärmetauschers mit Fliesen verkleidet, wird der zwischen den Fliesen und dem Wärmetauscher entstandene Hohlraum mit Fließbeton vergossen. Wird die Verbrennungsanlage erstmalig hochgefahren, verbrennt der Kunststoffanteil des in den Feuerraum ragenden Teils der Abstandshalter und zurück bleiben die Hochtemperaturfasern. ( WO 2015/187007 A1 )
  • Da bei dem Verbrennungsprozess Rückstände, wie z. B. Asche, entstehen, können sich diese Rückstände an die in den Verbrennungsraum ragenden Hochtemperaturfasern anlagern. Diese Anlagerungen haben eine isolierende Wirkung auf die Rohrwandverkleidung. Dadurch senkt die Anlagerung der Asche den Wirkungsgrad der Verbrennungsanlage. Die Reinigung der angelagerten Asche hat einen hohen Wartungsaufwand zur Folge.
  • Des Weiteren werden die Abstandshalter immer in dem kreuzenden Punkt der Fugen angeordnet, wodurch zwar ein Austarieren der Fliesen in alle Richtungen möglich ist, was aber hohe Montagespannungen ergibt, wodurch die Abstandshalter häufig zerbrechen und Abweichungen in der Wärmetauscherwand schwieriger ausgeglichen werden können.
  • Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die verwendeten Halter Spezialteile sind und damit eine Extraanfertigung für die Rohrwandverkleidung erfordern, wodurch hohe Stückkosten entstehen. Zudem ist eine Variation des Abstandes der Fliesen zu dem Wärmetauscher nur schwer möglich, da der Abstand durch die Länge der Halter bestimmt ist. Da die Halter mittels Schweißen an die Wärmetauscher angebracht werden und diese Halter keine Standardteile sind, müssen für diese Halter spezielle Schweißaufnahmen entwickelt und extra Schweißverfahrensprüfungen durchgeführt werden, was zusätzlichen Aufwand und Kosten nach sich zieht. Ein weiterer Nachteil der Halter besteht darin, dass sein Kopf abgeflacht ist, wodurch der Halter orthogonal und der abgeflachte Kopf horizontal angeschweißt werden muss, damit die Platten problemlos aufgeschoben werden können und auch halten. Somit ist auch der Aufwand der Montage der Halter sehr hoch.
  • Die beschriebene Rohrwandverkleidung hat noch einen weiteren Nachteil, der durch die Fixierung der Fliesen mittels der beschriebenen Keile entsteht. Dadurch, dass die Keile in die Verbindungsnut gesteckt werden, kann die Verbindungsnut in dem späteren Arbeitsschritt des Vergießens mit Fließbeton nur schlecht vollständig gefüllt werden. Dies hat Hohlräume in der Rohrwandverkleidung zur Folge, die eine isolierende Wirkung haben und somit den Wirkungsgrad herabsetzen.
  • Ebenfalls weist das Verfahren des Aufbaus der Rohrwandverkleidung Nachteile auf. So wird zum einen die Rohrschutzwand vor dem Vergießen komplett aufgebaut und bietet somit nicht die Möglichkeit der Kontrolle des Gießprozesses. Des Weiteren müssen während des Aufbaus der Fliesenwand prozessbedingt die Abstandshalter immer vor dem Vergießen angebracht werden, da diese für die horizontale und vertikale Ausrichtung der Fliesen notwendig sind, was den Nachteil hat, dass das Ausgießen des Hohlraums zu Verschmutzungen mit Betonresten an den Abstandshaltern oder in dem Bereich, an dem später der Filz angebracht werden soll, führen kann. Eine solche Verschmutzung kann später im Verbrennungsprozess der Anlage zu Expansionsproblemen führen, was Schäden an der Rohrschutzwand zur Folge haben kann.
  • Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die bekannten Rohrwandverkleidungen so zu verändern, dass sie wirtschaftlicher in der Herstellung und im Aufbau sind und eine höhere Prozesssicherheit beim Vergießen haben, sodass keine Hohlräume entstehen und somit ein maximaler Wirkungsgrad erreicht wird.
    • Die Erfindung und ihre Vorteile
  • Das erfindungsgemäße Schutzsystem mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Abstandshalter nicht in den Bereich der Brennkammer hineinragt und somit keine Rückstände von Hochtemperaturfasern nach dem Befeuern der Brennkammer zurückbleiben. Das wird dadurch erreicht, dass der Abstandshalter in die Nut der Keramikplatte gesteckt wird und eine umlaufende Wulst aufweist, deren Höhe die Spaltbreite zwischen den Keramikplatten bestimmt. Da die Breite der Wulst kleiner ist als die Wandstärke der Keramikplatte in dem Bereich der Nut, ragt der Abstandshalter zu keinem Zeitpunkt in den Brennraum der Verbrennungsanlage.
  • Nach einer diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstandshalter ein Hohlkörper, der an den beiden Enden, die in die übereinander angeordneten Keramikplatten ragen, Öffnungen aufweist. Dadurch wird erreicht, dass sich der Fließbeton beim Vergießen auch im Bereich der Abstandshalter ungehindert entlang der Nut der Keramikplatten ausbreiten kann. Somit wird verhindert, dass Hohlräume in den Bereichen der Nuten entstehen, die eine isolierende Wirkung haben und den Wirkungsgrad der Verbrennungsanlage reduzieren.
  • Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der hohle Abstandshalter zusätzlich in dem Bereich, an dem sich im zusammengesteckten Zustand die Öffnung der Nut der Keramikplatte befindet, einen vertikalen Spalt mit einer annähernd identischen Breite wie die Öffnung der Nut der Keramikplatte auf. Dadurch wird eine noch bessere Befüllung der Nut beim Vergießen mit Fließbeton erreicht, da nun der Beton auch im Bereich der Abstandshalter ohne jegliche Hindernisse in die Nut fließen kann. Dadurch wird das Risiko von möglichen Hohlräumen und damit verbunden einer Reduzierung des Wirkungsgrades noch weiter gesenkt.
  • Nach einer anderweitigen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden für die Befestigung der Keramikplatten Standardbauteile verwendet, die bestellt werden können und es für ihre Verwendung bzw. Verarbeitung keiner weiteren Bearbeitung bedarf. Standardbolzen haben bereits eine Schweißverfahrensprüfung, so dass die Kosten dafür gespart werden können. Des Weiteren kann man die Bolzen in unterschiedlichen Längen bestellen, ohne dass diese gesondert angefertigt werden müssen. Zudem können dadurch Sonderanfertigungen von Schweißkopfaufnahmen eingespart werden, da es Standardschweißanlagen gibt.
  • Nach einer diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung muss zwar der Kopfbolzen orthogonal zu der Fläche des Wärmetauschers angeschweißt werden, jedoch kann der Kopfbolzen um seine eigene Achse beliebig gedreht werden. Dadurch kann die Montage der Kopfbolzen an den Wärmetauscher viel schneller erfolgen.
  • Eine zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass zwischen zwei horizontal benachbarten Keramikplatten Klemmfedern angeordnet sind. Dadurch wird die horizontale von der vertikalen Ausrichtung der Keramikplatten entkoppelt. Mit Hilfe der Klemmfedern erfolgt nur die horizontale Ausrichtung. Mit den Abstandshaltern erfolgt ausschließlich die vertikale Ausrichtung. Da der Draht der Klemmfedern sehr dünn ist, verglüht der Draht beim Aufheizen der Verbrennungsanlage und es können sich keine Rückstände des Verbrennungsprozesses, wie z. B. Asche, ablagern.
  • Nach einer anderweitigen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Keile zum Fixieren der auf die Kopfbolzen geschobenen Keramikplatten genutzt. Dazu werden die Keile zwischen die Rohrwand und die Keramikplatten gesteckt. Das hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Nut der Keramikplatte frei bleibt und gut mit Fließbeton gefüllt werden kann. Des Weiteren kann jede einzelne Keramikplatte ganz individuell ausgerichtet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 ermöglicht eine sehr sichere Montage bei geringeren Kosten der Schutzwand, da der Prozess sehr gut kontrolliert werden kann. Dies wird ermöglicht durch die Verwendung von standardisierten Kopfbolzen, die sehr schnell mittels eines Bolzenschweißverfahrens an den Wärmetauscher angeschweißt werden. Des Weiteren kann durch die Verwendung von Klemmfedern jede horizontale Reihe von Keramikplatten sehr schnell ausgerichtet werden. Da der horizontale und der vertikale Ausgleich der Platten separat erfolgt, kann dies schneller durchgeführt werden, da der Ausgleich nicht so komplex ist wie bei der Verwendung lediglich der Abstandshalter. Somit kann jeweils jede Reihe separat zur besseren Kontrolle des Gießprozesses vergossen werden.
  • Im Unterschied zu dem Verfahren nach Anspruch 7 werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 8 zunächst die Keramikplatten mit Abstandshaltern, Dichtmitteln und gegebenenfalls Klemmfedern und Keilen montiert und danach der Zwischenraum zwischen Wärmetauscher und Keramikplatten mit Fließbeton ausgefüllt. Dadurch wird eine sehr schnelle Montage des Schutzsystems ermöglicht. Der Abstandshalter ermöglicht zudem eine sehr schnelle und trotzdem exakte Montage der übereinanderstehenden Keramikplatten durch seine einfache und intuitive Steckfunktion. Jedoch ist bei diesem Verfahren die Prozesskontrolle während des Gießens nicht in der Weise wie in dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gegeben.
    • Zeichnung
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstands ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1a
    ein erfindungsgemäßes Schutzsystem in der Vorderansicht,
    Fig. 1b
    das Schutzsystem aus Fig. 1a in der Seitenansicht,
    Fig. 1c
    das Schutzsystem aus Fig. 1a in der Draufsicht,
    Fig. 2a
    einen erfindungsgemäßen Abstandshalter in der Vorderansicht,
    Fig. 2b
    den Abstandshalter aus Fig. 2a in der Seitenansicht,
    Fig. 2c
    den Abstandshalter aus Fig. 2a in der Draufsicht,
    Fig. 3a
    eine Keramikplatte mit einer in einem verstärkten Bereich angeordneten Nut mit Einschuböffnung,
    Fig. 3b
    die Keramikplatte aus Fig. 3a in einer isometrischen Darstellung,
    Fig. 3c
    die Keramikplatte aus Fig. 3a in der Draufsicht,
    Fig. 4a
    eine Klemmfeder zum Verbinden zweier horizontal benachbarter Keramikplatten in der Vorderansicht und
    Fig. 4b
    die Klemmfeder aus Fig. 4a in einer isometrischen Darstellung.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Die Fig. 1a bis 1c zeigen schematisch die Vorderansicht, die Seitenansicht sowie die Draufsicht eines erfindungsgemäßen Schutzsystems, bestehend aus Keramikplatten 1, Kopfbolzen 2, Abstandshaltern 3, Klemmfedern 4, Abdichtmittel 5 und Fließbeton 6. Wie aus Fig. 1a und 1b zu erkennen, ist das Schutzsystem vor einem Wärmetauscher 7 angeordnet. An den Wärmetauscher 7, bestehend aus Rohren 8 und Stegen 9, die die Rohre 8 miteinander verbinden, sind die Kopfbolzen 2 mittels Bolzenschweißverfahren an die Stege 9 angeschweißt. Die Kopfbolzen 2 bestimmen über ihre Länge die Wandstärke des Schutzsystems mit und sind in der Regel 35 mm lang. Je länger die Kopfbolzen 2 sind, desto dicker ist das Schutzsystem. Die Kopfbolzen 2, bestehend aus nichtrostendem und hitzebeständigem Edelstahl, sind standardisierte Einkaufteile und gewährleisten durch ihre Anordnung eine gleichmäßige Verteilung der Last des Schutzsystems auf den Wärmetauscher 7.
  • Auf diese Kopfbolzen 2 sind die Keramikplatten 1 mittels einer an den Keramikplatten 1 angeordneten Nut 10 aufgeschoben (Fig. 1c sowie Fig. 3a bis 3c). Die Nut 10 befindet sich in einem verstärkten Bereich 11 der Keramikplatte 1, damit die Festigkeit der Keramikplatte 1 nicht reduziert oder eine Sollbruchstelle erzeugt wird. Für jede Keramikplatte 1 sind zwei tragende Kopfbolzen 2 vorgesehen, wie in Fig. 1b zu erkennen ist. Zusätzlich sind im vorliegenden Beispiel optional Einschuböffnungen 12, wie in den Fig. 3a und 3c zu erkennen, in der Mitte der Nut 10 angeordnet, um das Aufschieben der Keramikplatten 1 zu erleichtern. Die Keramikplatten 1 bestehen aus nitridisch gebundenem Siliciumcarbid und werden gesintert und anschließend gebrannt, damit sich die poröse Oberfläche nach dem Sintern schließt und eine glatte Oberfläche entsteht. Die Keramikplatten 1 weisen somit einen sehr hohen Oxidationswiderstand bei einer sehr guten Wärmeleitfähigkeit auf.
  • Das Aufschieben der Keramikplatten 1 erfolgt horizontal Reihe für Reihe, wie in Fig. 1c dargestellt. Zur horizontalen Ausrichtung der Keramikplatten 1 dienen die in den Fig. 4a und 4b dargestellten Klemmfedern 4, die horizontal zwischen die Keramikplatten 1 gesteckt werden. Die Klemmfedern 4 bestehen aus Federdraht, der in der Art umgeformt ist, dass vier Klemmflächen 13, zwei für jede der horizontal benachbarten Keramikplatten 1, entstehen. Der Draht der Klemmfedern 4 ist in sich geschlossen, wobei die beiden Enden mittels Wolframinertgasschweißverfahren verbunden sind. Der Abstand a zwischen zwei an ein und derselben Keramikplatte 1 anliegenden Klemmfeder 4 ist gleich oder kleiner der Dicke b der Keramikplatte 1. Die an einer Keramikplatte 1 anliegenden zwei Klemmflächen 13 sind, ausgehend von dem sie verbindenden Mittelsteg 14, in die Richtung der Keramikplatte 1, also gegeneinander geneigt, um ein Austarieren bei guter Klemmwirkung zu ermöglichen. Diese Klemmfedern 4 ragen zwar während der Montage in den Brennraum 15 der Verbrennungsanlage hinein, sie bestehen jedoch aus einem entsprechenden Material und haben eine geringe Wandstärke, was dazu führt, dass die in den Brennraum 15 ragenden Teile der Klemmfedern 4 beim Betreiben der Verbrennungsanlage verglühen.
  • Zwischen den Keramikplatten 1 befindet sich das Abdichtmittel 5, das die Spalte zwischen den Keramikplatten 1 abdichtet. Eine weitere wichtige Aufgabe des Abdichtmittels 5 ist die Aufnahme bzw. der Ausgleich der Expansion der Keramikplatten 1 durch die beim Verbrennungsprozess entstehende Wärme. Dieses Abdichtmittel 5 besteht aus hitzebeständigem biolösbaren Papier und wird an jeder umlaufenden Kante der Keramikplatten 1 angeordnet.
  • Zur weiteren Fixierung der Keramikplatten 1 werden Keile (nicht in den Fig. dargestellt) genutzt, die zwischen den Wärmetauscher 7 und die Keramikplatten 1 gesteckt werden, sodass ein Verrutschen oder Verschieben der ausgerichteten Keramikplatten 1 beim Vergießen ausgeschlossen werden kann.
  • Ist eine horizontale Reihe mit Keramikplatten 1 vollständig aufgeschoben und fixiert, wird bei dem im vorliegenden Beispiel gewählten Verfahren der Zwischenraum zwischen Wärmetauscher 7 und Keramikplatten 1 anschließend vergossen und die Abstandshalter 3 in die Nuten 10 der oberen Enden der Keramikplatten 1 gesteckt. Ein erfindungsgemäßer Abstandshalter 3 ist in den Fig. 2a bis 2c dargestellt. Die Abstandshalter 3 sind Hohlkörper, die an ihren oberen und unteren Enden, die in die Keramikplatten 1 gesteckt werden, Öffnungen 16 aufweisen und zudem einen vertikalen Spalt 17, der in seiner Breite der Öffnungsbreite der Nut 10 der Keramikplatte 1 entspricht und sich im eingesteckten Zustand im Bereich der Öffnung der Nut 10 der Keramikplatte 1 befindet. Des Weiteren weist der Abstandshalter 3 eine umlaufende Wulst 18 auf, die den späteren Abstand bzw. den Spalt zwischen den Keramikplatten 1 bestimmt, welcher bei dem Ausführungsbeispiel 5 mm beträgt. Der Abstandshalter 3 wird so tief in die Nut 10 der Keramikplatte 1 gesteckt, bis die umlaufende Wulst 18 des Abstandshalters 3 auf der Oberseite der Keramikplatte 1 aufliegt. Reicht das Abdichtmittel 5 bis an die Nut 10 heran, wird dieses durch das Aufstecken der darüberliegenden Keramikplatten 1 auf den Abstandshalter 3 durch diesen im Bereich der Wulst 18 zusammengedrückt, so dass die Keramikplatten 1 auch in diesem Bereich abgedichtet sind. An seiner oberen und unteren Öffnung 16 sind Fasen 19 angearbeitet, um das Einstecken in die Keramikplatten 1 zu erleichtern. Die Abstandshalter 3 bestehen aus Polypropylen und Hochtemperaturfasern, wobei der Kunststoff beim Hochfahren der Verbrennungsanlage verbrennt und vergast und nur die Struktur der Hochtemperaturfaser zwischen den Keramikplatten 1 verbleibt. Durch die Gestaltung der Abstandshalter 3 als Hohlkörper stören diese nicht beim Vergießen mit dem Fließbeton 6. Der Fließbeton 6 kann ungehindert durch die Abstandshalter 3 innerhalb der Nut 10 der Keramikplatten 1 fließen bzw. der Fließbeton 6 kann beim Vergießen gut entlüften, ohne dass sich Hohlräume hinter den Keramikplatten 1 bilden.
  • Wurden in die Nuten 10 aller Keramikplatten 1 einer horizontalen Reihe Abstandshalter 3 gesteckt, erfolgt das Aufstecken der nächsten Reihe von Keramikplatten 1 auf die Kopfbolzen 2, wobei die Keramikplatten 1 mit ihren unteren Nutöffnungen auf die Abstandshalter 3 aufgesteckt werden. Anschließend erfolgt das Austarieren der Keramikplatten 1 und Hintergießen. Diese Arbeitsschritte wiederholen sich bis der gesamte Wärmetauscher 7 mit dem Schutzsystem versehen ist.
    • Bezugszahlenliste
    • 1
    Keramikplatte
    2
    Kopfbolzen
    3
    Abstandshalter
    4
    Klemmfeder
    5
    Abdichtmittel
    6
    Fließbeton
    7
    Wärmetauscher
    8
    Rohr des Wärmetauschers
    9
    Steg des Wärmetauschers
    10
    Nut der Keramikplatte
    11
    verstärkter Bereich
    12
    Einschuböffnung
    13
    Klemmfläche
    14
    Mittelsteg der Klemmfeder
    15
    Brennraum
    16
    Öffnung der Abstandshalter
    17
    vertikaler Spalt der Abstandshalter
    18
    Wulst
    19
    Fase der Abstandshalter
    a
    Abstand der Klemmflächen
    b
    Dicke der Keramikplatten

Claims (8)

  1. Schutzsystem für Wärmetauscher (7), bestehend aus Keramikplatten (1), Kopfbolzen (2), Abstandshaltern (3) und Abdichtmitteln (5), wobei die Kopfbolzen (2) an dem Wärmetauscher (7) angeordnet sind, die Keramikplatten (1) an ihrer dem Wärmetauscher (7) zugewandten Fläche in einem in ihrer Dicke verstärkten Bereich (11) eine durchgehende vertikale Nut (10) aufweisen und eine Vielzahl von Keramikplatten (1) neben- und übereinander mit ihrer Nut (10) auf die Kopfbolzen (2) aufgeschoben sind und zwischen übereinander angeordneten Keramikplatten (1) das Abdichtmittel (5) und die Abstandshalter (3) zur Ausrichtung der Keramikplatten (1) angeordnet sind und der Zwischenraum zwischen Wärmetauscher (7) und Keramikplatten (1) mit Fließbeton (6) ausgefüllt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abstandshalter (3) eine in die Nut (10) der Keramikplatte (1) steckbare Außenkontur und an dieser Außenkontur eine in Einbaulage horizontal umlaufende Wulst (18) aufweisen, deren sich in Richtung der Dicke der Keramikplatte (1) erstreckende Breite kleiner als die Dicke der Keramikplatte (1) im Bereich der Nut (10) ist, wobei die Wulst (18) mit ihrer Unterseite auf der Oberkante der Keramikplatte (1) aufliegt und die über dieser Keramikplatte (1) angeordnete Keramikplatte (1) mit ihrer Unterkante auf der Oberseite der Wulst (18) aufliegt, so dass ein Spalt zwischen den übereinander angeordneten Keramikplatten (1) ausgebildet ist.
  2. Schutzsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abstandshalter (3) Hohlkörper sind, die an ihren beiden Enden, die in die Nut (10) der Keramikplatten (1) steckbar sind, Öffnungen (16) aufweisen.
  3. Schutzsystem nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abstandshalter (3) einen vertikalen Spalt (17) aufweisen, der der Öffnungsbreite der Nut (10) in der Keramikplatte (1) entspricht.
  4. Schutzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Kopfbolzen (2) Standardteile verwendet werden, die an den Wärmetauscher (7) angeschweißt sind.
  5. Schutzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Ausrichtung zweier horizontal nebeneinander angeordneter Keramikplatten (1) zwischen den Rändern der Keramikplatten (1) Klemmfedern (4) angeordnet sind.
  6. Schutzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Ausrichtung der neben- und übereinander angeordneten Keramikplatten (1) Keile zwischen Wärmetauscher (7) und Keramikplatte (1) angeordnet sind.
  7. Verfahren zum Aufbau eines Schutzsystems für einen Wärmetauscher (7) mit einem Schutzsystem, bestehend aus Keramikplatten (1), Kopfbolzen (2), Abstandshaltern (3) und Abdichtmitteln (5), wobei zuerst die Kopfbolzen (2) an dem Wärmetauscher (7) befestigt werden, danach die Keramikplatten (1) neben- und übereinander mittels einer sich in einem verstärkten Bereich (11) der Dicke der Keramikplatte (1) befindenden durchgehenden Nut (10), die sich an der dem Wärmetauscher (7) zugewandten Fläche befindet, auf die Kopfbolzen (2) aufgeschoben werden, zwischen den übereinanderliegenden Rändern zweier Keramikplatten (1) Abdichtmittel (5) zur Abdichtung und Abstandshalter (3) zur Ausrichtung der Keramikplatten (1) angeordnet werden und der Zwischenraum zwischen Wärmetauscher (7) und Keramikplatten (1) mit Fließbeton (6) ausgegossen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abstandshalter (3) eine in die Nut (10) der Keramikplatte (1) steckbare Außenkontur und an dieser Außenkontur eine umlaufende Wulst (18) aufweisen, deren sich in Richtung der Dicke der Keramikplatte (1) erstreckende Breite kleiner als die Dicke der Keramikplatte (1) im Nutbereich ist, und die Abstandshalter (3) in die Nuten (10) der zuvor in horizontaler Reihe montierten Keramikplatten (1) gesteckt werden, wobei die Wulst (18) mit ihrer Unterseite auf der Oberkante der Keramikplatte (1) aufliegt, so dass anschließend vergossen wird, dass anschließend die nächste Reihe Keramikplatten (1) montiert wird, indem jede Keramikplatte (1) mit ihrer Nut (10) auf die Abstandshalter (3) aufgesteckt wird, so dass ihre Unterkante auf der Oberseite der Wulst (18) aufliegt, so dass ein Spalt zwischen den übereinander angeordneten Keramikplatten (1) ausgebildet wird, und dass der Zwischenraum zwischen Wärmetauscher (7) und Keramikplatten (1) nach maximal jeder horizontalen Reihe mit Fließbeton (6) ausgegossen wird.
  8. Verfahren zum Aufbau eines Schutzsystems für einen Wärmetauscher (7) mit einem Schutzsystem, bestehend aus Keramikplatten (1), Kopfbolzen (2), Abstandshaltern (3) und Abdichtmitteln (5), wobei zuerst die Kopfbolzen (2) an dem Wärmetauscher (7) befestigt werden, danach die Keramikplatten (1) neben- und übereinander mittels einer sich in einem verstärkten Bereich (11) der Dicke der Keramikplatte (1) befindenden durchgehenden Nut (10), die sich an der dem Wärmetauscher (7) zugewandten Fläche befindet, auf die Kopfbolzen (2) aufgeschoben werden, zwischen den übereinanderliegenden Rändern zweier Keramikplatten (1) Abdichtmittel (5) zur Abdichtung und Abstandshalter (3) zur Ausrichtung der Keramikplatten (1) angeordnet werden und der Zwischenraum zwischen Wärmetauscher (7) und Keramikplatten (1) mit Fließbeton (6) ausgegossen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abstandshalter (3) eine in die Nut (10) der Keramikplatte (1) steckbare Außenkontur und an dieser Außenkontur eine umlaufende Wulst (18) aufweisen, deren sich in Richtung der Dicke der Keramikplatte (1) erstreckende Breite kleiner als die Dicke der Keramikplatte (1) im Nutbereich ist, und die Abstandshalter (3) in die Nuten (10) der zuvor in horizontaler Reihe montierten Keramikplatten (1) gesteckt werden, wobei die Wulst (18) mit ihrer Unterseite auf der Oberkante der Keramikplatte (1) aufliegt, dass anschließend die nächste Reihe Keramikplatten (1) montiert wird, indem jede Keramikplatte (1) mit ihrer Nut (10) auf die Abstandshalter (3) aufgesteckt wird, so dass ihre Unterkante auf der Oberseite der Wulst (18) aufliegt, so dass ein Spalt zwischen den übereinander angeordneten Keramikplatten (1) ausgebildet wird, und dass abschließend der Zwischenraum zwischen Wärmetauscher (7) und Keramikplatten (1) mit Fließbeton (6) ausgegossen wird.
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