AUSTAUSCHBARE DÜSE FÜR FEUERFEST AUSGEKLEIDETE HOCHTEMPERATURREAKTOREN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Es ist Stand der Technik, daß Fächerwinkeldüsen (FWD) oder Fächerdüsen parallel oder senkrecht zur ausgemauerten oder durch Mörtel aufgeputzten Wand im Inneren von Wärmetauschern für Zementdrehrohröfen eingesetzt werden. Durch Luftstöße werden die sich regelmäßig bildenden Anbackungen von Zementrohmehl entfernt, so daß ein optimaler Wärmetauschvorgang/Materialfluß erreicht wird. Auch wird das alternative, unfallträchtige Arbeitszeit kostende Entfernen von Hand mit Luftlanzen oder Stocherstangen durch Öffnungen in der Wärmetauscherwand vermieden. Wenn das Mundstück der Fächerdüsen verschleißt bzw. durch chemische Reaktion aufgezehrt wird, sinkt die großflächige Reinigungswirkung. Dann bzw. spätestens beim planmäßigen Ofenhalt muß jeder der Wärmetauscher eingerüstet, das Steinzeug und die alte Düse entfernt, eine neue Düse eingeschweißt und der Hohlraum mit Schamottemörtel aufgefüllt werden.

[0003] Die US-A-3,380,407, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, offenbart eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Einleiten eines Fluidstromes in den Innenraum von feuerfest ausgekleideten Hochtemperaturreaktoren, wobei eine Düse vorgesehen ist, die einen Düsenkörper aufweist, der die Auskleidung des Hochtemperaturreaktors durchdringt. Weiterhin weist die Düse ein Rohr auf, daß mit dem Düsenkörper zur Fluidzuführung verbunden ist. Dazu sind die Düsen fest in der Reaktorwand befestigt, so daß ein Austausch nur mit den zuvor beschriebenen nachteiligen Schwierigkeiten verbunden ist.

[0004] Die DE 29 52 275 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Begasung eines Drehrohrofens, bei dem über die Länge der Drehachse des Drehrohrofens im Bereich der feuerfesten Auskleidung gasdurchlässige Steine verwendet werden. Diese Steine bestehen aus einem porösen, keramischen Material und schließen bündig mit der Oberfläche der feuerfesten Auskleidung des Drehrohrofens ab. Bei dieser Ausgestaltung wird zwar eine glatte Oberfläche der feuerfesten Auskleidung erreicht, jedoch reicht die Porosität des keramischen Materials der gasdurchlässigen Steine aufgrund der geringen Gasdurchlässigkeit nicht aus, um insbesondere Luftstöße in den Innenraum des Reaktors einzubringen.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit einer austauschbaren Düse bzw. einem Wechseldüsensystem bereitzustellen, die/das ein einfaches Auswechseln von Düsen, insbesondere von Reinigungs-Luftstoßdüsen, bei Hochtemperaturreaktoren ermöglicht.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit einer austauschbaren Düse bzw. einem Wechseldüsensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

[0007] Die Erfindung erlaubt ein einfaches Wechseln der Düse von außen ohne inneres Einrüsten und gegebenenfalls sogar ohne vollständiges Abkühlen des Hochtemperaturreaktors bzw. Wärmetauschers.

[0008] Eine austauschbare Düse der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt also außer dem die Reaktorwand durchdringenden Düsenkörper und dem daran angeschlossenen Fluidversorgungsrohr (jedenfalls soweit ein entsprechender Rohrabschnitt die Reaktorwand durchdringt) einen den Düsenkörper auf seinem gesamten Umfang und zumindest teilweise auch auf seiner Länge umhüllenden Düsenstein, der mit seinen radialen Seitenwänden paßgenau in die Hochtemperaturauskleidung des Reaktors einsetzbar ist, wobei zwischen Düsenkörper und Düsenstein eine als Dehnungskragen dienende Trennschicht und zwischen Düsenstein und der daran konturangepaßten Reaktorauskleidung eine weitere Trennschicht vorgesehen ist, die ein Trennen des Düsensteines von der Reaktorauskleidung im Falle eines Düsenaustausches gestattet.

[0009] Während der Düsenstein in der Regel bereits vor seiner Montage in der Reaktorwand hergestellt wird und den Düsenkörper bereits umgibt, kann die Hüllform der Reaktorauskleidung, in welche der Düsenstein paßgenau eingesetzt wird, sowohl vor Ort, d. h. unmittelbar während des Einbaus von Düsenstein und Düsenkörper hergestellt werden, als auch vorgefertigt sein, um in eine entsprechend große Öffnung der Reaktorauskleidung, z. B. unter Zwischenlage einer Mörtelschicht, eingebaut zu werden. Eine dritte Möglichkeit der Herstellung der Hüllform zur paßgenauen Aufnahme des Düsensteines besteht in der weiter unten beschriebenen Herstellung der Hüllform bereits während des Herstellens der Reaktorauskleidung.

[0010] Der Düsenstein besteht vorzugsweise im wesentlichen aus hochtemperaturfestem Siliziumcarbid. Der vorzugsweise metallische Düsenkörper, der im Düsenstein paßgenau und geschützt eingebaut ist, ist von dem Düsenstein lösbar, d. h., ein Lösen verhindernde Verzunderungen oder Verkrustungen treten nicht auf. Vielmehr erlauben die unterschiedlichen Werkstoffe (Werkstoffpaarung Siliziumcarbid/Stahl) auch nach Gebrauch eine vergleichsweise problemlose Demontage. Auch ein Verzundern bzw. Verkrusten zwischen dem Düsenstein und seiner Hüllform, in die er eingebaut ist, unterbleibt - jedenfalls kann der Düsenstein aus seiner Hüllform nach Gebrauch wieder derart herausgeholt, insbesondere herausgezogen, werden, daß eine neue Einheit aus Düsenkörper und Düsenstein als Austauschpaket in die Hüllform rasch wieder eingesetzt werden kann.

[0011] Es versteht sich, daß die Verwendung von Siliziumcarbid für den Düsenstein unabhängig von den Merkmalen der austauschbaren Düse bzw. des Wechseldüsensystems vorteilhaft Verwendung finden kann. Die Verwendung von Siliziumcarbid als Material für den Düsenstein ist auch deshalb vorteilhaft, weil dieses eine hohe Verschleißfestigkeit und eine geringe Anbackneigung an der dem Reaktorinneren zugewandten Fläche hat.

[0012] Ein Aussteifungs- oder Befestigungsrahmen, wie ein Winkelrahmen, ermöglicht ein einfaches Befestigen von Düsenkörper und Düsenstein an der Reaktorwand, insbesondere bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Flanschplatte nach Anspruch 3. Ein derartiger Rahmen ermöglicht ein einfaches Positionieren der Flanschplatte, eine Versteifung der Öffnung in der Reaktorwand und stellt die nötige Freifläche zur Montage der Düse bereit.

[0013] Der erfindungsgemäße Dehnungskragen dient zum einen der Dichtung zwischen Düsenstein und metallischem Düsenkörper, zum anderen dem Ausgleich der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten und besteht vorzugsweise aus etwa 10 mm dickem Keramikfaservlies oder Glasfaser-Nadelfilz.

[0014] Aus dem Stand der Technik bekannte Fächerwinkeldüsen (FWD) ragen mit ihrem metallischen Düsenkörper in den Reaktionsraum hinein. Um den metallischen Düsenkörper gegen widrige Einflüsse aus dem Reaktionsraum zu schützen, kann ein den metallischen Düsenkörper bis auf die Außtrittsöffnung der Düse zur Reaktionsrauminnenseite umgebender Schutzstein vorgesehen sein. Zum Ausgleich der Wärmeausdehnungskoeffizienten ist es von Vorteil, wenn zwischen dem Schutzstein und dem metallischen Düsenkörper ebenfalls eine Trennschicht angeordnet ist.

[0015] Wenn der metallische Düsenkörper zum Düsenstein hin entsprechende Aussparungen aufweist, so kann der Schutzstein den metallischen Düsenkörper umgreifen und so formschlüssig von dem metallischen Düsenkörper gehalten werden. Da die Ausblasrichtung der Fächerdüsen in der Regel im wesentlichen nach unten weist, kann der Schutzstein von oben parallel zur Reaktionsraumwand auf den metallischen Düsenkörper aufsteckbar ausgebildet sein. Der Formschluß verhindert ein Abrutschen nach unten, zur Seite und in Richtung Reaktormitte, während die Schwerkraft sowie in der Regel auch die Materialfließrichtung im Reaktor ein Abrutschen nach oben verhindern.

[0016] Die Größe des Schutzsteins bzw. die Öffnung in der Reaktionsraumwand sind vorzugsweise derart angepaßt, daß der Schutzstein mit der Düse aus der Reaktionsraumwand entnommen werden kann.

[0017] Sollte die Fächerdüse derart angeordnet sein, daß der Schutzstein durch die Schwerkraft nicht in Position gehalten wird, kann durch Wahl geeigneter Geometrieverhältnisse von Düsenstein, Schutzstein und Hüllstein in Einbauposition ein Formschluß zwischen Hüllstein und Schutzstein gebildet sein, der ein Abrutschen des Schutzsteines entgegen der Aufsteckrichtung verhindert.

[0018] Die vorgenannten, sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäß zu verwendenen Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

[0019] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Düsen bzw. Wechseldüsensysteme dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1

eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer austauschbaren, in einer Reaktorwand eingebauten Fächerwinkeldüse im Axialschnitt durch den Düsenkörper - Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 2;

Fig. 2

dieselbe Vorrichtung in Schnittansicht - Schnitt entlang der Linie B-B gemäß Fig. 1 und Fig. 3;

Fig. 3

dieselbe Vorrichtung in Aufsicht von der Ofeninnenseite her - zum Teil in einem Schnitt parallel zur Ofenwand entlang der Linie C-C;

Fig. 4

eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Darstellungsart nach Fig. 1;

Fig. 5

von derselben Vorrichtung eine weitere Schnittdarstellung (entsprechend der Schnittdarstellung in Fig. 2) - Schnitt entlang der Linie B'-B' gemäß Fign. 4 und 6;

Fig. 6

dieselbe Vorrichtung im Schnitt entlang der Linie C'-C' gemäß Fign. 4 und 5 (entsprechend der Darstellungsart in Fig. 3) sowie

Fig. 7

eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer austauschbaren Fächerdüse - entsprechend der Darstellung in Fig. 5.

[0020] Bei den Ausführungsformen nach Figuren 1 bis 7 ist mit 1 die austauschbare Düse, d. h., das gesamte Wechseldüsensystem, bezeichnet. Ein metallischer Düsenkörper 2 ist als sogenannte Fächerdüse ausgestaltet, wobei in der Ausführungsform nach Figuren 1 bis 3 die Ausblasrichtung der Düse durch den Luftaustrittsspalt 20 tangential zur Ausmauerung 6 auf der Reaktorinnenseite 10 der Reaktorwand 11 erfolgt. Bei den Ausführungsformen nach Figuren 4 bis 6 und 7 hingegen ist die Ausblasrichtung lediglich geringfügig bezüglich der Normalenrichtung der Reaktorwand 11 geneigt.

[0021] Der Düsenkörper 2 durchdringt die Auskleidung, d. h. in den dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispielen die Ausmauerung 6 der Reaktorwand 11, in dem zum Reaktorinnenraum 10 hin gelegenen Bereich. Ein metallisches Rohr 21, welches an der Reaktoraußenseite in einem Anschlußflansch 22 mündet, schließt sich an den Düsenkörper 2 zur Reaktoraußenseite hin an und stellt die fluidische Verbindung zum Luftaustrittsspalt 20 her. Der metallische Düsenkörper 2 sowie zumindest der zum Reaktorinnenraum 10 hin gelegene Bereich des Rohres 21 sind vom einem Dehnungskragen 3 eng umschlossen. Dieser Dehnungskragen besteht aus einem umlaufenden Band aus elastischem, hochtemperaturfestem Material, insbesondere aus einem etwa 10 mm dicken Keramikfaservlies oder einem Glasfaser-Nadelfilz.

[0022] Der die Reaktorwand 11 durchdringende Teil des Düsenkörpers 2 und des Rohres 21 ist zumindest in dem zum Reaktorinnenraum 10 hin gelegenen Bereich formschlüssig von einem sogenannten Düsenstein 4 umgeben, welcher im wesentlichen aus hochtemperaturfestem Siliziumcarbid besteht. Die bezüglich des Düsenkörpers 2 und des Rohres 21 nach radial außen weisende Fläche des Düsensteins 4 bildet bei der Ausführungsform nach Figuren 1 bis 3 einen trapezförmigen und bei den Ausführungsformen nach Figuren 4 bis 7 einen rechteckigen Grundriß mit jeweils vorzugsweise abgerundeten Eckbereichen, wobei die nach radial außen weisenden Flächen in Richtung auf den Reaktorinnenraum 10 hin leicht konisch zueinander hin geneigt sind. Diese konischen radialen Außenflächen sind in den dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispielen von einer Trennschicht 5 aus hochtemperaturfestem, elastischem Material umfaßt, um ein Auswechseln des Düsenkörpers samt Düsenstein auch nach längerer Gebrauchsperiode des Reaktors in der Weise zu gewährleisten, daß die aus Düsenkörper und Düsenstein bestehende bauliche Einheit nach außen aus der Reaktorwand 11 herausgezogen werden kann.

[0023] Die nach radial außen weisende konische Umfassungsfläche des Düsensteins 4 bzw. der Trennschicht 5 sitzt mit flächiger Anlage in einer Hüllform 60 der Ausmauerung 6 derart, daß die zum Reaktorinnenraum 10 hin weisende Stirnfläche des Düsensteins 4 mit der übrigen Innenfläche der Ausmauerung 6 fluchtet. Die Hüllform 60 ist bei den Ausführungsformen nach Figuren 1 bis 6 Bestandteil eines eigenständigen Bauteils, nämlich eines sogenannten Hüllsteins 60, welcher in einen bereits existierenden und ausgemauerten Reaktor nachträglich eingebaut werden kann, was nachfolgend noch näher erläutert werden wird. Hiervon unterscheidet sich die Ausführungsform nach Figur 7 dadurch, daß bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7 der Hüllstein 60 bereits in der Ausmauerung 6 von vorn herein vorgesehen oder sogar einstückiger Bestandteil der Ausmauerung 6 ist bzw. "in situ" in der Ausmauerung 6 beschaffen wird.

[0024] Bei allen Ausführungsbeispielen wird die das Austauschen des Düsensteins samt des Düsenkörpers ermöglichende Öffnung in der Reaktorwand von einem Winkelrahmen 74 umgeben, der die Funktion eines Aussteifungs- und/oder Befestigungsrahmens übernimmt. Bei den Ausführungsbeispielen nach Figuren 1 bis 6 ist dieser Winkelrahmen 74 in eine der Außenkontur des Winkelrahmens entsprechend geformte Öffnung der metallischen Außenwand des Reaktors eingesetzt, und zwar derart, daß der wandparallele Winkelrahmenflansch zur Reaktorwandaußenfläche nach innen hin parallel versetzt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7 hingegen entspricht die Öffnung in der metallischen Außenwand des Reaktors der lichten Öffnung des Winkelrahmens 74. In beiden Fällen ist der Winkelrahmen 74 mit der metallischen Reaktoraußenwand durch eine Schweißnaht 75 fest verbunden.

[0025] 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.

[0026] Der Ersteinbau einer austauschbaren Düse erfolgt bei den Ausführungsbeispielen nach Figuren 1 bis 3 und 4 bis 6 in folgender Weise:

[0027] Zunächst wird die genaue Positionierung der einen oder mehreren in einem Reaktor notwendigen Düsen festgelegt, z. B. um Anbackungen an bestimmten Stellen des Reaktors zu unterbinden. Sollten an dem äußeren Stahlmantel des Ofens in dem für die Düse vorgesehenen Bereich äußere Versteifungen vorgesehen sein, so werden diese zunächst entfernt. Sodann wird ein Loch in den Stahlmantel geschnitten, für dessen genaue Bemessung der Winkelrahmen 74 als Schablone dient. Sodann wird die Ausmauerung des Ofens im Bereich der Öffnung im Stahlmantel durchbrochen, z. B. mittels einer Kernbohrung und die tatsächliche Wandstärke der Ausmauerung an der vorgesehenen Einbauposition für die Düse festgestellt. Sodann wird die Ausmauerung im Bereich des Düseneinbauortes in der Weise entfernt, daß der Mauerdurchbruch der äußeren Kontur eines vorgefertigten Hüllsteines 60 entspricht. Dieser ist vorzugsweise gestuft oder sich konisch zum Reaktorinneren hin verjüngend ausgebildet, so daß von außen ein Einbau des Hüllsteines in die Ausmauerung mit möglichst guter Passung und gutem Sitz möglich wird.

[0028] Der Hüllstein ist an seinem dem Ofeninneren gegenüberliegenden Stirnende mit ihn überragenden Haltewinkeln 61, insbesondere aus rostfreiem Stahl versehen. Diese Haltewinkel 61 können auch einen umlaufenden Rahmen bilden. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen in Figuren 1 bis 6 beträgt die Tiefe des Hüllsteines 60 180 mm, während die Tiefe des ihn überragenden Schenkels des Haltewinkels 61 zusätzlich 70 mm beträgt, so daß sich eine Gesamteinbautiefe von 250 mm ergibt. Diese ist auch im Bedarfsfalle variierbar. Ziel ist es dabei, daß die ofenseitige Stirnfläche des Hüllsteines mit der Reaktorausmauerungen innen bündig abschließt. Sollte das Mauerwerk im Ofen nicht parallel zur außen liegenden Stahlwand laufen, was z. B. im unteren Ofenbereich der Fall sein kann, so wird der Hüllstein 60 und/oder sein Halterahmen 61 entsprechend den Erfordernissen für einen parallelen Einbau zur Ausmauerung verlängert bzw. verkürzt.

[0029] Für den Einbau des Hüllsteins werden Gewindestangen 44 verwendet, die in Aufnahme bzw. Justierbohrungen 62 des Hüllsteins 60 eingesetzt sind bzw. eingesetzt werden und Bohrungen in dem wandparallelen Flansch des Winkelrahmens 64 durchsetzen. Die Positionierung des Hüllsteins 60 in seiner normal zur Reaktorwand sich erstreckenden Einschubrichtung wird mittels der Gewindestangen 44 oder darauf drehbar angeordneten Gewindemuttern eingestellt. Als sogenannter Setzwinkel 45 dienen durchbohrte Flacheisen, durch deren Bohrung je eine Gewindestange 44 verläuft. Diese sogenannten Setzwinkel 45 können um die Gewindestangenachse verschwenkt werden und dienen u. a. als Montagehilfe beim Einsetzen des Düsensteins 4 nebst Düsenkörper 2 in die konische Öffnung im Hüllstein 60.

[0030] Die quer zur Reaktorwand ausgerichteten Schenkel des Hüllstein-Haltrahmens 61 sind so bemessen, daß sie unter den Winkelrahmen 74 stoßen und mit diesem durch Längsnähte 25 verschweißbar sind. Erst nach dem Einsetzen des Hüllsteins 60 mit dem daran befestigten Hüllstein-Halterahmen 61 und dem damit verschweißten Winkelrahmen 74 in die vorbereitete Reaktorwandöffnung wird der Winkelrahmen 74 mit dem Stahlmantel der Reaktorwand 11 in der oben beschriebenen Weise verschweißt. Damit sind die Voraussetzungen für den Einbau und auch das spätere Wechseln des Düsensteins 4 samt des Düsenkörpers 2 geschaffen. Zunächst wird der konische Düsensteinumfang mit etwa 3 mm dickem Keramikfaserpapier umkleidet, welches sich über die gesamte Düsensteinhöhe erstreckt. Nachdem der Düsenkörper 2 mit dem Dehnungskragen 3 an den entscheidenden Stellen ummantelt und der Düsenkörper 2 in den Düsenstein 4 eingesetzt ist, wird diese Einheit in die vorbereitete Reaktorwandöffnung, die der Hüllstein 60 freigelassen hat, eingesetzt. Zuvor aber wird der Düsenstein 4 gegen den Düsenkörper 2 verspannt. Dies geschieht mittels einer Halteschelle 43, die auf den rohrförmigen Teil des Düsenkörpers 2 aufgeschraubt ist und Düsensteinspannschrauben 76 trägt, die soweit gegen die äußere Stirnfläche des Düsensteins 4 verspannt werden, bis die gewünschte Relativposition zwischen Düsenkörper 2, insbesondere Luftaustrittsspalt 20 und der inneren Stirnfläche des Düsensteins 4 erreicht ist. Mittels vorzugsweise abgewinkelter Gewindestangen, die in die nach außen weisende Düsensteinstirnfläche fest eingesetzt sind, wird eine Düsensteinverschraubung 40 bezüglich der Flanschplatte 7 realisiert, die den Düsenkörper 2 samt dem Düsenstein 4 hält. Sobald der gewünschte Sitz des Düsensteins 4 und der Flanschplatte 7 erreicht ist, wird das Rohr 21 des Düsenkörpers 2, welches eine entsprechend große Bohrung der Flanschplatte 7 durchdringt, mit der Flanschplatte 7 umlaufend dicht verschweißt. Die aus Flanschplatte 7, Düsenkörper 2 und Hüllstein 4 bestehende Einheit kann dann je nach Bedarfsfall aus der Reaktorwanddurchbrechung herausgezogen oder in diese wieder eingesetzt werden. Zwischen der Flanschplatte 7 und dem Winkelrahmen 74 wird vorzugsweise eine elastische Dichtung 71 zur Abdichtung und lösbaren Verbindung zwischen der Flanschplatte 7 und dem wandparallelen Schenkel des Winkelrahmens 74 eingesetzt.

[0031] Dieses Wechseldüsensystem erlaubt es, in kürzester Stillstandszeit des Reaktors defekte Düsen von außen her auszuwechseln. Ein Begehen des Reaktorinneren ist nicht erforderlich. Der Wechsel kann innerhalb ca. 1 Stunde erfolgen. Der zwischen der Flanschplatte 7 und der äußeren Stirnfläche des Düsensteins 4 und des Hüllsteines 60 verbleibende Freiraum kann mit Isolierwolle 8 oder Schamottenmörtel ausgefüllt werden. Diese Variante ist in Figuren 1 und 2 dargestellt.

[0032] Bei der Verwendung von Fächerwinkeldüsen kann der Düsenstein auch geteilt und zur besseren Montage mit einem umlaufenden Band umwickelt sein.

[0033] Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7 kann die Bereitstellung der Hüllform 60 auch durch Ausmörteln des Hohlraumes zwischen Düsenstein und Ausmauerung vom Reaktorinneren her erfolgen.

[0034] Zu Inspektions- und gegebenenfalls Austauschzwecken wird die Fächerdüse zusammen mit dem Düsenstein und der Flanschplatte demontiert. Hierzu braucht der Reaktor nicht erst völlig abgekühlt zu werden.

Bezugszeichenliste

[0035] 

1

Düse, Wechseldüsensystem

2

metallischer Düsenkörper

3

Dehnungskragen

4

Düsenstein

5

Trennschicht oder -fläche

6

Ausmauerung

7

Flanschplatte

8

Isolierwolle oder Schamottemörtel

10

Reaktorinnenraum

11

Reaktorwand

20

Luftaustrittsspalt

21

Rohr

22

Anschlußflansch

23

Düsenkörperbefestigung, Schweißnaht

24

Aussparung

25

Halterahmenbefestigung, Schweißnaht

40

Düsensteinverschraubung

41

Schutzstein

42

Aufsteckrichtung des Schutzsteins

43

Halteschellen des metallischen Düsenkörperrohres

44

Gewindestange

45

Setzwinkel mit Mutter

60

Hüllform, Hüllstein

61

Hüllstein-Halterahmen

62

Aufnahme-, Justierbohrung vom Hüllstein

71

elastische Dichtung

72

Haltekeil

73

Halteverschraubung

74

Winkelrahmen

75

Winkelrahmenbefestigung, Schweißnaht

76

Düsensteinspannschrauben

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Einleiten eines Fluidstromes in den Innenraum von feuerfest ausgekleideten Hochtemperaturreaktoren, wie Wärmetauschern von Drehrohröfen für die Zementherstellung,
mit einer austauschbaren Düse (1), wie einer Winkelfächerdüse, mit einem hochtemperaturfesten, metallischen, die Auskleidung des Hochtemperaturreaktors zumindest teilweise durchdringenden Düsenkörper (2), vorzugsweise mit einem schlitzförmigen Austrittsspalt (20), und mit einem mit dem Düsenkörper (2) zur Fluidzuführung verbundenen Rohr (21), vorzugsweise zum Anschluß an eine außenseitige Luftkanone zur Zufuhr eines Fluidstromes,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Düse (1) einen Dehnungskragen (3), insbesondere aus elastischem, hochtemperaturfestem Material, vorzugsweise aus etwa 10 mm dickem Keramikfaservlies oder Glasfaser-Nadelfilz, einen, vorzugsweise außen konisch geformten, Düsenstein (4) und eine Trennfläche (5) oder eine Trennschicht (5) aus hochtemperaturfestem, elastischem Material umfaßt, wobei

der Dehnungskragen (3) zwischen dem metallischen Düsenkörper (2) und dem Düsenstein (4) angeordnet ist,

der Düsenstein (4) mit der Auskleidung im wesentlichen bündig mit der inneren Auskleidungsfläche abschließt und durch die Trennfläche (5) oder Trennschicht (5) von einer, vorzugsweise innen konisch geformten, der Form des Düsensteins (4) entsprechenden Hüllform (60), insbesondere von einem Hüllstein (60), in der Ausmauerung (6) getrennt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungskragen (3) den metallischen Düsenkörper (2) zumindest entlang einer geschlossenen Linie umgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstein (4) sowie der metallische Düsenkörper (2) durch eine außerhalb des Reaktorraumes angebrachte Flanschplatte (7) gehalten werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschplatte (7) einen Reaktorwanddurchbruch verschließt, der derartig ausgebildet ist, daß der Düsenstein (4) samt dem Düsenkörper (2) in den Reaktorwanddurchbruch von außen her in den Reaktor (10) einsetzbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstein (4) samt dem Düsenkörper (2) in einen Reaktorwanddurchbruch von außen her in den Reaktor (10) einsetzbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstein (4) in der Länge einstellbare Verschraubungsmittel aufweist, die vorzugsweise mit der Flanschplatte (7) fest verbunden sind, insbesondere um den Düsenstein (4) samt Flanschplatte (7) als Einheit vorzumontieren und/oder als Abziehvorrichtung um den Düsenstein (4) aus dem Hüllstein (60) zu ziehen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (2) mit der Flanschplatte (7), z. B. durch einen lösbaren Flansch, fest gehalten ist, vorzugsweise aber durch eine äußere Ringschweißung (75) fest verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Düsenstein (4) und Flanschplatte (7) freigelassen ist und dieser Raum der Kontur des Düsensteines (4) folgend durch Isolierwolle, Schamottemörtel (8) oder dergleichen Wärmedämmung aufgefüllt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht zwischen Düsenstein (4) und dem Hüllstein (60) oder der Hüllform (60) aus einem etwa 2 bis 5 mm dickem Keramikfaserpapier oder -vlies besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllstein (60) oder die Hüllform (60) durch Hochtemperaturmörtel gebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllform durch einen, vorzugsweise ringförmigen, Hüllstein (60) gebildet ist, dessen innere Kontur der Form des Düsensteins (4) und der ihn umgebenden Trennschicht (5) entspricht, und der Hüllstein (60) direkt oder durch Hochtemperaturmörtel mit der Ausmauerung (6) verbunden ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllstein (60) mit der äußeren Reaktorwand (11) verankert ist, insbesondere mit einem Winkelrahmen (74) verbunden und über den Winkelrahmen (74) mit der äußeren Stahlwand verankert ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Formkörper, der der äußeren Form des Düsensteins (4) mit der ihn umgebenden Trennschicht (5) entspricht, während der Ausmauerung und Auffüllung des Reaktors mit Hochtemperaturmörtel den Platz des Düsensteines einnimmt, so daß, gegebenenfalls mit einem einzigen Formkörper, die Einbauöffnungen für alle Düsensteine während des Ausmauerns hergestellt werden können.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschplatte (7) eine elastische Dichtung (71) zur Stahlwand aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschplatte (7) über am Umfang gleichmäßig verteilte Verbindungselemente (73), wie Schraubverbindungen, an einen den Reaktorwanddurchbruch insbesondere aussteifenden Winkelrahmen (74) oder dergleichen (Aussteifungs- oder Befestigungsrahmen) gepreßt wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstein (4) und gegebenenfalls der Hüllstein (60) in einer separaten Form hergestellt und, vorzugsweise, ungeteilt ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstein (4) im wesentlichen aus hochtemperaturfestem Siliziumcarbid besteht.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllstein (60) einen Halterahmen (61) aufweist und durch Verbinden, insbesondere Verschweißen, des Halterahmens (61) mit dem Aussteifungsoder Befestigungsrahmen (74) eine Einheit bildet.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungs- oder Aussteifungsrahmen (74) einen längeren Schenkel aufweist, mit dessen Hilfe Wanddickenunterschiede im Mauerwerk durch Hinein- und Heraus-Verschieben des Befestigungs- oder Aussteifungsrahmens (74) bezüglich der Stahlwand ausgeglichen werden.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Setzwinkel (45) vorgesehen sind, die nach der Düsensteinmontage unter den Düsenstein (4) geschwenkt werden können und somit die Positionierung des Düsensteines (4) im Hüllstein (60) sicherstellen.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß Haltemittel (73) am Rohr (21) der Düse (1) angebracht sind und mittels Stellschrauben die genaue Positionierung und Halterung des Düsensteines (4) bezüglich der Düse (1) sicherstellen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch einen den Düsenkörper (2) bis auf die Austrittsöffnung (20) der Düse (1) zur Reaktorrauminnenseite (10) umgebenden Schutzstein (41).

Claims

1. A device for introducing a fluid flow into the interior of high-temperature reactors having a refractory lining, such as heat exchangers of rotary tubular kilns for cement production,
with an interchangeable nozzle (1), such as an angular fan nozzle, with a high-temperature-resistant metallic nozzle body (2) penetrating through the lining of the high-temperature reactor at least in part, preferably with a slot-shaped discharge gap (20), and with a tube (21) connected to the nozzle body (2) for supplying the fluid, preferably for connexion to an external air gun for supplying a fluid flow,
characterized in that

the nozzle (1) comprises an expansion collar (3), in particular of resilient, high-temperature-resistant material, preferably of ceramic-fibre fleece or glass-fibre needled felt approximately 10 mm thick, a nozzle block (4) preferably shaped conically on the outside, and a separation face (5) or a separation layer (5) of high-temperature-resistant, resilient material, wherein

the expansion collar (3) is arranged between the metallic nozzle body (2) and the nozzle block (4),

the nozzle block (4) terminates with the lining approximately flush with the inner face of the lining and is separated by the separation face (5) or the separation layer (5) from an enveloping form (60), in particular an enveloping block (6), preferably shaped conically internally and corresponding to the shape of the nozzle block (4), in the masonry lining (6).

2. A device according to Claim 1, characterized in that the expansion collar (3) surrounds the metallic nozzle body (2) at least along a continuous line.

3. A device according to Claim 1 or 2, characterized in that the nozzle block (4) and the metallic nozzle body (2) are held by a flange plate (7) mounted outside the reactor chamber.

4. A device according to Claim 3, characterized in that the flange plate (7) closes an aperture in the reactor wall which is formed in such a way that the nozzle block (4) together with the nozzle body (2) is insertable in the aperture in the reactor wall from the outside into the reactor (10).

5. A device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the nozzle block (4) together with the nozzle body (2) is insertable in an aperture in the reactor wall from the outside into the reactor (10).

6. A device according to one of Claims 3 to 5, characterized in that the nozzle block (4) is provided with bolting means which are adjustable in length and which are preferably rigidly connected to the flange plate (7), in particular in order to pre-assemble the nozzle block (4) together with the flange plate (7) as a unit and/or as a withdrawal device in order to pull the nozzle block (4) out of the enveloping block (60).

7. A device according to one of Claims 3 to 6, characterized in that the nozzle body (2) is firmly held together with the flange plate (7), for example by a detachable flange, but is preferably rigidly connected by an external annular weld (75).

8. A device according to one of Claims 3 to 7, characterized in that the space between the nozzle block (4) and the flange plate (7) is left free and the said space is filled - following the outline of the nozzle block (4) - with insulating wool, fire-proof cement (8) or similar thermal insulation.

9. A device according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the separating layer between the nozzle block (4) and the enveloping block (60) or the enveloping form (60) consists of a ceramic-fibre paper or fleece approximately 2 to 5 mm thick.

10. A device according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the enveloping block (60) or the enveloping form (60) is formed by high-temperature-resistant cement.

11. A device according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the enveloping form is formed by a preferably annular enveloping block (60), the internal outline of which corresponds to the shape of the nozzle block (4) and the separating layer (5) surrounding it, and the enveloping block (60) is joined to the masonry lining (6) directly or by high-temperature-resistant cement.

12. A device according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the enveloping block (60) is anchored to the outer reactor wall (1), and in particular is connected to an angled frame member (74) and is anchored to the outer steel wall by way of the angled frame member (74).

13. A device according to one of Claims 1 to 12, characterized in that a moulded body, which corresponds to the outer shape of the nozzle block (4) with the separating layer (5) surrounding it, occupies the place of the nozzle block during the bricking-up and filling of the reactor with high-temperature-resistant cement, so that - optionally with a single moulded body - the fitting openings for all the nozzle blocks can be produced during the bricking-up.

14. A device according to one of Claims 3 to 13, characterized in that the flange plate (7) is provided with a resilient seal (71) towards the steel wall.

15. A device according to one of Claims 3 to 14, characterized in that the flange plate (7) is pressed by way of connexion elements (73), such as bolt connexions, distributed uniformly over the periphery against an angled frame member (74) or the like (reinforcing or fastening frame) in particular reinforcing the aperture in the reactor wall.

16. A device according to one of Claims 1 to 15, characterized in that the nozzle block (4) and optionally the enveloping block (60) are produced in a separate mould and are preferably undivided.

17. A device according to one of Claims 1 to 16, characterized in that the nozzle block (4) substantially consists of high-temperature-resistant silicon carbide.

18. A device according to one of Claims 1 to 17, characterized in that the enveloping block (60) is provided with a retaining frame (61) and forms a unit with the reinforcing or fastening frame (74) by joining, and in particular by welding, the retaining frame (61).

19. A device according to one of Claims 1 to 18, characterized in that the reinforcing or fastening frame (74) is provided with a relatively long arm, with the aid of which differences in the wall thickness in the masonry are compensated by pushing the reinforcing or fastening frame (74) in or out with respect to the steel wall.

20. A device according to one of Claims 1 to 19, characterized in that adjustment angle members (45) are provided which can be pivoted under the nozzle block (4) after the assembly of the said nozzle block (4) and which thus ensure the positioning of the nozzle block (4) in the enveloping block (60).

21. A device according to one of Claims 1 to 20, characterized in that retaining means (73) are mounted on the tube (21) of the nozzle (1) and ensure the precise positioning and retention of the nozzle block (4) with respect to the nozzle (1) by means of adjustment screws.

22. A device according to one of Claims 1 to 21, characterized by a protection block (41) surrounding the nozzle body (2) as far as the discharge opening (20) of the nozzle (1) towards the inside (10) of the reactor chamber.

Revendications

1. Dispositif pour l'introduction d'un flux de fluide dans l'espace intérieur de réacteurs à haute température à revêtement réfractaire, tels que des échangeurs de chaleur de four à tube rotatif pour la fabrication du ciment,
   avec une buse (1) remplaçable, telle qu'une buse pour jet en éventail, avec un corps de buse (2) résistant aux hautes températures, métallique, traversant au moins partiellement le revêtement du réacteur à haute température, de préférence avec un interstice de sortie (20) en forme de fente, et un tube (21) relié au corps de buse (2) pour assurer l'amenée en fluide, de préférence pour le raccordement à un canon à air situé côté extérieur, destiné à l'amenée d'un flux de fluide,
   caractérisé en ce que,

la buse (1) comprend une collerette de dilatation (3), en particulier constituée d'un matériau élastique résistant aux hautes températures, de préférence formée en un feutre de fibres de céramique ou un feutre aiguilleté de fibres de verre, d'une épaisseur d'environ 10 mm, d'une brique de buse (3) de préférence à forme extérieure conique, et une surface de séparation (5) ou une couche de séparation (5) réalisée en un matériau élastique, résistant aux hautes températures, où

la collerette de dilatation (3) est disposée entre le corps de buse (2) métallique et la brique de buse (4),

la brique de buse (4) est jointoyée au revêtement de façon sensiblement affleurée avec la face intérieure de revêtement et est séparée, au moyen de la surface de séparation (5) ou de la couche de séparation (5), d'une forme enveloppe (60), à forme de préférence intérieurement conique, correspondant à la forme de brique de bus (4), en particulier par une brique enveloppe (60), dans la maçonnerie (6).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la collerette de dilatation (3) entoure le corps de buse (2) métallique au moins le long d'une ligne fermée.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la brique de buse (4) ainsi que le corps de buse (2) métallique sont maintenus au moyen d'une plaque formant bride (7) montée à l'extérieur de l'enceinte du réacteur.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque formant bride (7) obture un passage de paroi du réacteur, qui est réalisé de manière que la brique de buse (4) avec le corps de buse (2) soit insérable dans le passage de la paroi du réacteur, depuis l'extérieur, à l'intérieur du réacteur (10).

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la brique de buse (4) avec le corps de buse (2) est insérable dans un passage de la paroi du réacteur, depuis l'extérieur, à l'intérieur du réacteur (10).

6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la brique de buse (4) présente des moyens de vissage, réglables en longueur, qui sont de préférence reliés rigidement à la plaque formant bride (7), en particulier pour prémonter sous forme d'ensemble la brique de buse (4) avec la plaque formant buse (7) et/ou à titre de dispositif d'extraction pour extraire la brique de buse (4) hors de la brique enveloppe (60).

7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le corps de buse (2) avec la patte formant bride (7) est maintenue rigidement, par exemple au moyen d'une brique désolidarisable, de préférence cependant est relié rigidement au moyen d'un soudage annulaire (75) extérieur.

8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'espace situé entre la brique de buse (4) et la patte formant bride (7) est laissée libre et cet espace étant rempli au moyen d'une laine isolante, d'un mortier à la chamotte (8) ou d'une isolation thermique analogue, en suivant le contour de la brique de buse (4).

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la couche de séparation entre la brique de buse (4) et la brique enveloppe (60) ou la forme enveloppe (60) est constituée d'un papier ou d'un matelas, en fibres de céramique, d'une épaisseur d'environ 2 à 5 mm.

10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la brique enveloppe (60) ou la forme enveloppe (60) est constituée par un mortier pour haute température.

11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la forme enveloppe est constituée par une brique enveloppe (60), de préférence à forme annulaire, dont le contour intérieur correspond à la forme de la brique de buse (4) et de la couche de séparation (5) l'entourant, et la brique enveloppe (60) étant reliée à la maçonnerie (6), directement ou au moyen d'un mortier pour haute température.

12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la brique enveloppe (60) est ancrée à la paroi extérieure (11) du réacteur, en particulier est reliée à un cadre en cornière (74), et est ancrée à la paroi extérieure en acier par l'intermédiaire du cadre en cornière (74) .

13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'un corps de forme, qui correspond à la forme extérieure de la brique de buse (4) avec la couche de séparation (5) l'entourant, prend la place de la brique de buse pendant la construction de la maçonnerie et le garnissage du réacteur avec du mortier pour haute température, si bien que, le cas échéant avec un corps de forme unique, on peut fabriquer les ouvertures de montage de toutes les briques de buse pendant la construction de la maçonnerie.

14. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 13, caractérisé en ce que la plaque formant bride (7) présente un joint d'étanchéité (71) élastique, vis-à-vis de la paroi en acier.

15. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 14, caractérisé en ce que la plaque formant bride (7) est pressée, par l'intermédiaire d'éléments de liaison (73) répartis régulièrement sur la périphérie, telles que des liaisons à vissage, sur un cadre en cornière (74) rigidifiant en particulier le passage de la paroi du réacteur ou bien (un cadre de rigidification ou de fixation) analogue.

16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la brique de buse (4) et, le cas échéant, la brique enveloppe (60) sont fabriqués dans un moule séparé et, de préférence, ne sont pas divisés.

17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que la brique de buse (4) est constituée essentiellement de carbure de silicium résistant aux hautes températures.

18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que la brique enveloppe (60) présente un cadre de maintien (61) qui constitue un ensemble par liaison, en particulier soudage, du cadre de maintien (61) au cadre de rigidification ou de fixation (74).

19. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que le cadre de fixation ou de rigidification (74) a une branche longue, à l'aide de laquelle sont compensées les différences d'épaisseur de paroi rencontrées dans la maçonnerie, par un déplacement de pénétration ou d'extraction du cadre de fixation ou de rigidification (74) par rapport à la paroi en acier.

20. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que des cornières de pause (45) sont prévues qui, après le montage, peuvent être pivotés sous la brique de buse (4) et assurer le positionnement de la brique de buse (4) dans la brique enveloppe (60).

21. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que des moyens de maintien (73) sont montés sur le tube (21) de la buse (1) et assurent, à l'aide de vis de réglage, le positionnement et le maintien précis de la brique de buse (4) par rapport à la buse (1).

22. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé par une brique de protection (41) entourant le corps de buse (2) jusqu'à l'ouverture de sortie (20) de la buse (1) par rapport au côté intérieur (10) de l'enceinte du réacteur.

Zeichnung