[0001] Die Erfindung betrifft eine Rohr-Steg-Rohr-Wand, insbesondere zur Verwendung in einer
Verbrennungsanlage, insbesondere in einem Rauchgasraum, wie z. B. einem Feuerraum
eines Kessels, einer Verbrennungsanlage, sowie ein Verfahren zur galvanischen Vernickelung
einer solchen Rohr-Steg-Rohr-Wand. Die Rohr-Steg-Rohr-Wand umfasst zumindest einen
Wandteil, der mehrere in einer Längsrichtung nebeneinander verlaufende Rohre und jeweils
zwischen benachbarten Rohren angeordnete Verbindungsstege aufweist.
[0002] Galvanisches bzw. galvanotechnisches Beschichten bzw. Überziehen, wie z. B. galvanotechnisches
Vernickeln, bezeichnet ein elektrochemisches Verfahren zur Erzeugung eines metallischen
Überzugs auf einem, vorzugsweise stählernen, Werkstück mithilfe der Elektrolyse. Beim
galvanischen Vernickeln nach DIN EN ISO 1456 werden die zu vernickelnden Gegenstände
nach einer geeigneten Vorbehandlung in einen Nickelelektrolyten, wie z. B. ein galvanisches
Bad, eingetaucht. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung scheidet sich auf
der Oberfläche des Werkstücks ein Nickelüberzug ab. Insbesondere auf dem Gebiet von
Dampferzeugern für Abfall-, Sonderabfall- oder Biomasse-Verbrennungsanlagen zur Verbrennung
bzw. Entsorgung fester, flüssiger und/oder gasförmiger, ggf. schadstoffhaltiger Brennstoffe
oder auch bei chemischen Reaktoren ist das betreffende Werkstück dabei typischerweise
eine sogenannte Rohr-Steg-Rohr-Wand. Für den Begriff "Rohr-Steg-Rohr-Wand" wird im
allgemeinen Sprachgebrauch und auch im Folgenden manchmal auch synonym der - historisch
aufgrund der ursprünglichen Gussherstellung einmal namensgebende - Begriff einer "Flossenwand"
(bzw. Membranwand mit Flossenrohren) verwendet, ohne sich damit auf eben diese Herstellungsart
zu beschränken. Die Rohr-Steg-Rohr-Wand muss aufgrund der dort vorherrschenden extremen
Bedingungen (u. a. hohe Temperaturen und eine chemisch aggressive Atmosphäre) die
Anforderung eines 24/7-Dauerbetriebs der Anlagen möglichst nachhaltig erfüllen und
möglichst langfristig gegen Korrosion geschützt sein.
[0003] Genauer gesagt wird in Fachkreisen unter einer solchen Rohr-Steg-Rohr-Wand eine aus
Rohren mit dazwischen befindlichen Verbindungsstegen gebaute Wand verstanden, die
z. B. zusammengelötet, -verklebt, -verschweißt oder in einem Guss gefertigt werden
kann. Sie kommt beispielsweise als Wand eines Feuerraums, eines Strahlzugs oder Leerzugs
zum Einsatz, wobei unter einem "Zug" bei einer Feuerung ein Abschnitt eines Rauchgas-Weges
bezeichnet wird, den das Rauchgas ohne wesentliche Richtungsänderung durchströmt.
Die Konstruktion der Rohr-Steg-Rohr-Wand besteht aus einer Vielzahl parallel verlaufender
(Stahl-)Rohre, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Rohren jeweils ein (Stahl-)Steg
(beim Gussverfahren die sogenannte "Flosse" bzw. "Membran") eingebracht, z. B. eingeschweißt
sein kann. Dadurch wird die Wand rauchgasdicht. Die übliche Konstruktion sieht vor,
dass sich die Stege in derselben Ebene befinden wie die Mittelachse der Rohre. Die
Oberfläche einer derartigen Rohr-Steg-Rohr-Wand ist somit nicht flach, sondern folgt
der Kontur der Rohre und Stege und hat daher eine reliefartige Struktur. Es handelt
sich deshalb genau genommen nicht um eine ebene bzw. flache Wand, sondern vielmehr
um eine sich im Wesentlichen in einer Ebene erstreckende Wand mit reliefartigen bzw.
profilartigen Strukturen. Gerade hierin liegen aber auch die größten Herausforderungen
beim Galvanisieren. Je scharfkantiger bzw. unebener die zu galvanisierende Fläche
ist, desto schwieriger lässt sich die betreffende Fläche galvanotechnisch mit einem,
vorzugsweise gleichmäßig dünnen, Metallüberzug, wie beispielsweise Nickel, überziehen
bzw. beschichten. Bei einer ungleichmäßigen, d. h. nicht durchgehend gleichmäßig zu
einer Anodenoberfläche (einer beim Galvanisieren stets eingesetzten Anode) beabstandeten,
Oberfläche des Werkstücks, hier der Rohr-Steg-Rohr-Wand, kommt es aufgrund der Ausbildung
ungleichmäßig langer Feldlinien zwischen Anode und Werkstück zu einer unterschiedlich
schnellen (bezüglich Härte, Gefüge und Dicke inhomogenen) Abscheidung der Metallionen
auf dem Werkstück. Bisher wird diesem Problem auf sehr zeitaufwändige Weise mittels
sogenannter Masken begegnet, welche die Abscheidungsmenge auf dem Werkstück lokal
regulieren bzw. verändern.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Rohr-Steg-Rohr-Wand zur
Verwendung in einem Kesselbereich einer Verbrennungsanlage sowie ein optimiertes Verfahren
zur galvanischen Vernickelung einer solchen Rohr-Steg-Rohr-Wand anzugeben.
[0005] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren
nach Patentanspruch 3 gelöst.
[0006] Auch bei der erfindungsgemäßen Rohr-Steg-Rohr-Wand, welche wie eingangs erwähnt zumindest
einen Wandteil umfasst, der mehrere in einer Längsrichtung nebeneinander verlaufende
Rohre und jeweils zwischen benachbarten Rohren angeordnete Verbindungsstege aufweist,
erstrecken sich die Verbindungsstege in einer Stegebene, d. h. in einer gemeinsamen
Flucht bzw. Ebene. Dabei handelt es sich wie üblich nicht um eine tatsächlich durchgängige,
gerade flächige Ebene, sondern lediglich um eine virtuelle Ebene, die nämlich durch
die dazwischen befindlichen Rohre wechselweise unterbrochen ist.
[0007] Dabei ist die Stegebene relativ zu einer zentral bzw. mittig durch die nebeneinander
verlaufenden Rohre definierten gedachten Rohrmittelebene durch die Mittelachse der
Rohre zur galvanischen Vernickelung der Rohr-Steg-Rohr-Wand parallel versetzt verschoben.
Parallel versetzt verschoben meint hierbei, dass die Stegebene aus der Rohrmittelebene
zu den Rohrscheiteln einer Oberfläche der Rohr-Steg-Rohr-Wand gerückt bzw. versetzt
angeordnet ist. Es sind also die Verbindungsstege, die ja gemeinsam eine Stegebene
bilden, außermittig, also dezentral zwischen den gegenüberliegenden Rohrscheiteln
der Rohre positioniert. Der Versatz der Rohrmittelebene erfolgt in Richtung derjenigen
Seite der Rohr-Steg-Rohr-Wand, welche einer galvanischen Beschichtung unterzogen werden
soll, da sie im Einsatzfall erfahrungsgemäß thermischer und/oder chemischer Belastung
ausgesetzt ist.
[0008] Im bestimmungsgemäß verbauten Zustand, nämlich z. B. als Wand eines "Rauchgasraums"
einer Verbrennungsanlage, bilden somit die parallel nach innen zu den mit Rauchgas
in Berührung kommenden bzw. rauchgasseitigen Rohrscheiteln hin verschobenen Verbindungsstege
(als Stegebene) und die gegenüber den Verbindungsstegen anteilig hervorstehenden Halbrohre
bzw. Rohrscheitel eine "Rauchgasseite" der Rohr-Steg-Rohr-Wand.
[0009] Unter einem "Rauchgasraum" werden im Folgenden nur die Räume verstanden, in denen
hohe Rauchgastemperaturen oder sogar Flammen - wie sie typischerweise bei Verbrennungsprozessen
entstehen können - auftreten, d. h. bei denen also gewöhnlich eine thermische und/oder
chemische Belastung bzw. Beanspruchung zumindest an den Innenseiten des Rauchgasraums,
also auf der Rauchgasseite auftritt. Beispiele für solche Rauchgasräume sind z. B.
Feuerräume eines Kessels, Leerzüge oder Strahlzüge einer Verbrennungsanlage. Vornehmlich
werden solche Rauchgasräume tatsächlich in Verbrennungsanlagen eingesetzt. Sie könnten
aber auch in anderen Industrieanlagen, wie insbesondere in chemischen Reaktoren, in
Kokereien (z. B. bei der Kokstrockenkühlung), im Stahlwerk (z. B. in Konverterkühlkaminen
und/oder bei der Sekundärentstaubung) o. Ä. verwendet werden, da dort insbesondere
Schutz vor chemischen Angriffen notwendig ist.
[0010] Die Rauchgasseite eines Rauchgasraums wird z. B. in einem Feuerraum auch als "Feuerseite"
bezeichnet, da sie gegebenenfalls in Kontakt mit Flammen bzw. Feuer steht.
[0011] Mit anderen Worten ist die Rauchgasseite der Rohr-Steg-Rohr-Wand, die von der Rohrmittelebene
der Rohre abgewandte, durch die Stege und (kurzen) weniger hervorstehenden Rohrscheitel
gebildete Seite der Rohr-Steg-Rohr-Wand.
[0012] Angesichts der hohen thermischen, u. U. auch korrosiven Belastung, welcher die Rauchgasseite
der Rohr-Steg-Rohr-Wand im Betrieb der Verbrennungsanlage oder auch einer der anderen
Industrieanlage dauerhaft ausgesetzt ist, weist eine Oberfläche, nämlich die Rauchgasseite
der Rohr-Steg-Rohr-Wand - insbesondere die Oberfläche der Verbindungsstege sowie der
relativ zu den Verbindungsstegen vorstehenden Rohrscheitel der Rohre - erfindungsgemäß
mindestens eine galvanisch, insbesondere mittels eines galvanotechnischen Verfahrens
in einem galvanischen Bad aufgebrachte Nickelschicht auf.
[0013] Unter einem galvanischen bzw. elektrolytischen Bad wird ein Behälter verstanden,
in dem eine elektrochemische Abscheidung metallischer Niederschläge stattfindet, also
eine Abscheidung von Überzügen auf Substrate (Gegenstände). Es geht hier darum, einen
z. B. stählernen Substratkörper mit einem metallischen Werkstoff zu beschichten, um
den Substratkörper beispielsweise vor einem chemischen Angriff, wie z. B. Korrosion,
zu schützen.
[0014] Wenn durch das galvanische bzw. elektrolytische Bad Strom geleitet wird, wandern
die sich an der Anode (Pluspol bzw. positiv geladene Elektrode) befindlichen Metallionen
(Kationen), hier Nickel, durch das elektrolytische Bad zur Kathode (Minuspol bzw.
negativ geladene Elektrode), d. h. dem zu beschichtenden Substratkörper und lagern
sich dort an. Der Substratkörper ist im Rahmen der Erfindung die Rohr-Steg-Rohr-Wand.
Mittels des elektrischen Stroms wird aus gelösten Metallionen durch Reduktion auf
der Rohr-Steg-Rohr-Wand abgelagertes Metall, z. B. Nickel, erhalten. Neben unterschiedlichen
Eigenschaften des Bades, wie z. B. ein pH-Wert oder eine Netzfähigkeit, wirken sich
auch die Expositionsdauer (des Substratkörpers im galvanischen Bad) und die angelegte
Stromstärke auf das Wachstum der Metallschicht auf dem Gegenstand aus. Unter anderem
die angelegte Stromstärke beeinflusst wiederum die abstandsabhängige Stromdichte zwischen
Anode und Kathode und damit die Schichtdicke, die Härte und die Feinkörnigkeit des
sich kolumnar abscheidenden Substrats.
[0015] Das galvanische Bad umfasst eine sich im Wesentlichen in einer Ebene bzw. Fläche
erstreckende Anode als Gegenpol zur Rohr-Steg-Rohr-Wand, um die Rohr-Steg-Rohr-Wand
als sich ebenfalls im Wesentlichen in einer Ebene erstreckende, flächige Kathode an
einer definierten Kathodenposition in einem Abstand von der Anode im galvanischen
Bad anzuordnen und mittels einer Stromquelle galvanisch zu beschichten.
[0016] Die Stromquelle bzw. Spannungsquelle des galvanischen Bads ist hierzu wie oben beschrieben
an einem Pol mit der Anode verbunden und an einem anderen Pol mit der Rohr-Steg-Rohr-Wand
(Kathode) verbindbar, um einen Stromfluss von der Anode zur Kathode zu erzeugen bzw.
induzieren.
[0017] Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren (konkret auch als "Überzieh-" bzw. "Beschichtungsverfahren"
zu bezeichnen, wie nachfolgend noch erläutert wird) zur galvanischen Vernickelung
einer Rohr-Steg-Rohr-Wand wird diese als Kathode (Minuspol bzw. negativ geladene Elektrode)
in ein galvanisches Bad eingebracht bzw. getaucht, in welchem sich in einem Abstand
von der Rohr-Steg-Rohr-Wand eine Anode befindet.
[0018] Die Rohr-Steg-Rohr-Wand umfasst wie ebenfalls bereits oben erwähnt zumindest einen
Wandteil, der aus mehreren in einer Längsrichtung nebeneinander verlaufenden Rohren
mit gemeinsamer Rohrmittelebene und jeweils zwischen benachbarten Rohren parallel
zur Rohrmittelebene versetzt angeordneten Verbindungsstegen in einer Stegebene gebildet
wird.
[0019] Dabei wird die Kathode so angeordnet bzw. im galvanischen Bad eingetaucht, dass sich
die Stegebene näher an der Anode befindet als die Rohrmittelebene.
[0020] Erfindungsgemäß wird dann eine zur Anode weisende Oberfläche des Wandteils der Rohr-Steg-Rohr-Wand
galvanisch vernickelt. Mit der Oberfläche ist eine aus der Rohrmittelebene versetzte
Oberfläche gemeint, also die Stegebene selbst sowie der der Stegebene vorgelagerte
Teil der Rohre der Rohr-Steg-Rohr-Wand, d. h. vom Rohrscheitel bis zur Stegebene.
[0021] Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion wird erreicht, dass die zu beschichtende Rohr-Steg-Rohr-Wand
bzw. zumindest der betreffende beschichtete Wandteil zumindest der der von der Rohrmittelebene
abgewandten Rauchgasseite der Rohr-Steg-Rohr-Wand gleichmäßig dick entlang der flächigen
Erstreckung bzw. der Oberfläche beschichtet werden kann. Sie ermöglicht zudem, mittels
galvanischer Vernickelung in kürzerer Zeit eine möglichst gleichmäßige Nickelschicht
auf einer solchen Rohr-Steg-Rohr-Wand aufzutragen, als dies mit den herkömmlichen
(nicht-galvanischen) Verfahren bisher möglich ist. Die erfindungsgemäße Konstruktion
sorgt weiter für eine gleichmäßigere Stromdichteverteilung, aus der wiederum eine
gleichmäßigere Schichtdickenbildung und Oberflächenhärteverteilung resultiert. Dadurch
kann insgesamt der spezifische Materialeinsatz von Nickel zur Erreichung des Korrosionsschutzes
ebenso wie die Badeinsatz- bzw. Expositionsdauer reduziert werden. Es ist davon auszugehen,
dass sich damit auch die Lebensdauer der Rohr-Steg-Rohr-Wand verlängert, da die Rohr-Steg-Rohr-Wand
somit keine Schwachstellen aufweist, welche zu einem frühzeitigen Versagen der Schutzschicht
führen können. Weiter wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht, dass eine
üblicherweise notwendige Nacharbeit der Rohr-Steg-Rohr-Wand, z. B. an den stumpferen
Innenecken zwischen Rohren und Stegen, nach dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren
auf ein möglichst kleines Maß reduziert wird. Das Verfahren ist zudem einfacher als
die derzeit bekannten Methoden, da es ohne Masken bzw. Abdeckungen oder Hilfsanoden
durchgeführt werden kann. Die konstruktive parallele Verschiebung der Stegebene aus
der Rohrmittelebene der Rohr-Steg-Rohr-Wand sorgt zudem dafür, dass die Anodenwand
für die galvanische Vernickelung ebenfalls weniger stark profiliert konstruiert sein
kann.
[0022] Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei
die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen
Ansprüchen und Ausführungsbeispielen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet
sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele
bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.
[0023] Vorzugsweise kann die Rohr-Steg-Rohr-Wand aus Stahl ausgebildet sein. Dann können
beispielsweise Stahlstege bzw. Stahl-Verbindungsstege die virtuelle Stegebene bilden,
wobei die Stahlstege zwischen Stahlrohren der Rohr-Steg-Rohr-Wand eingeschweißt sein
können.
[0024] Bevorzugt kann die Stegebene um mindestens 10%, bevorzugt mindestens 20%, besonders
bevorzugt mindestens 40%, weiter bevorzugt mindestens 60%, und ganz besonders bevorzugt
mindestens 80% aus der Rohrmittelebene in Richtung zu den Rohrscheiteln der Rohre
parallel versetzt verschoben bzw. angeordnet sein.
[0025] Zur Unterstützung einer gleichmäßigen Nickelabscheidung entlang der Rohr-Steg-Rohr-Wand
kann vorzugsweise auch die Anode an einer zur Rohr-Steg-Rohr-Wand weisenden Oberfläche
zumindest bereichsweise profilartig an die Form der zur Anode weisenden profilartigen
Oberfläche der Rohr-Steg-Rohr-Wand, also z. B. plateauförmig bzw. unter Bildung voneinander
beabstandeter Plateaus, angepasst werden.
[0026] Vorzugsweise kann eine Profilierung bzw. eine Profiltiefe der Oberfläche der Anode
im Verhältnis zu einer Profiltiefe der Oberfläche des Wandteils der Rohr-Steg-Rohr-Wand
um mindestens 20%, bevorzugt mindestens 40%, besonders bevorzugt mindestens 60%, ganz
besonders bevorzugt mindestens 80% reduziert bzw. weniger tief sein. Profilierung
bzw. Profiltiefe meint hierbei den Abstand der Stegebene der Verbindungsstege zur
Rohrmittelebene der hervorstehenden Rohrscheitel.
[0027] Die Anode kann also ein gegenüber der Rohr-Steg-Rohr-Wand deutlich abgeschwächtes,
d. h. weniger tiefes bzw. erhöhtes Relief, nämlich eine verminderte (Rohr-Steg-) Profiltiefe
aufweisen, wenn die abgeschwächte Profiltiefe ausreichend ist, dass die Rohr-Steg-Rohr-Wand
mit parallel aus der Rohrmittelebene verschobenen Verbindungsstegen ausreichend gleichmäßig
galvanisch vernickelt werden kann.
[0028] Die Abstände zwischen der Anode und der Kathode können vorzugsweise derart vergleichmäßigt
bzw. angepasst werden, dass daraus eine möglichst gleichmäßige Stromdichteverteilung
resultiert, da sie im Wesentlichen der entscheidende Faktor für einen gleichmäßigen
galvanischen Beschichtungsprozess ist. Dabei können entweder die Stege der Rohr-Steg-Rohr-Wand
im Hinblick auf den Abstand zur Anode angenähert werden, also beispielsweise außermittig
zur Rohrmittelebene eingeschweißt werden, und/oder die Kontur der Anode kann an die
sich profilartig abzeichnende Rohr-Steg-Rohr-Wand angepasst bzw. angeglichen werden,
d. h. die Anode wird entsprechend profiliert.
[0029] Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Oberfläche
der Anode derart ausgebildet werden, dass sie zumindest im Bereich des
[0030] Wandteils einen im Wesentlichen konstanten, also durchgehend gleichbleibenden Abstand
zum Wandteil aufweist. Diese Ausgestaltung wird weiter unten noch anhand einer Zeichnung
näher erläutert.
[0031] Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Rohr-Steg-Rohr-Wand mit einer Halterungseinrichtung
lösbar an die Anode koppelbar sein. Besonders bevorzugt kann die Halterungseinrichtung
dabei mechanisch, aber elektrisch isoliert, mit der zu galvanisierenden Rohr-Steg-Rohr-Wand
verbunden werden. Zum Abtransport von Gasen, wie beispielsweise Wasserstoff, die üblicherweise
beim Galvanisieren entstehen, kann im galvanischen Bad eine "Zwangsströmung" erzeugt
werden. Die Halterungseinrichtung kann dabei vorzugsweise so gestaltet sein, dass
ein Schwingen der Anode bei Baddurchströmung den Prozess des Galvanisierens nicht
beeinträchtigt.
[0032] Vorzugsweise kann die Halterungseinrichtung zumindest ein Kopplungselement zur Kopplung
mit der Rohr-Steg-Rohr-Wand aufweisen. Dabei kann das Kopplungselement besonders bevorzugt
einen Stopfen umfassen, welcher in ein Ende eines Rohrs der Rohr-Steg-Rohr-Wand einsteckbar
und dort festklemmbar bzw. im Rohr verspannbar ist. Dieser kann besonders bevorzugt
zugleich das Rohr an diesem Ende dicht verschließen, so dass zumindest an diesem Ende
des Rohres möglichst keine Flüssigkeit in das Rohr gelangt, sich also an der Rohrinnenseite
des Rohres kein Material ablagern kann.
[0033] Vorzugsweise kann die Halterungseinrichtung zumindest zwei Kopplungselemente mit
jeweils zumindest einem Stopfen bzw. Rohrstopfen umfassen. Dabei können jeweils zwei
der Stopfen (aus der Praxis auch als Absperrscheiben oder Rohrverschlüsse bekannt)
im bestimmungsgemäßen Einsatz so zueinander angeordnet sein, dass sie in gegenüberliegenden
Enden desselben Rohrs einsteckbar sind.
[0034] Vorzugsweise kann/können sich zumindest ein Rohr, besonders bevorzugt zumindest zwei,
weiter bevorzugt drei, ganz besonders bevorzugt vier Rohre (ohne direkte Verbindung
zur Halterungseinrichtung) zwischen zwei weiteren Rohren, an denen die Rohr-Steg-Rohr-Wand
rohrendseitig mit den Stopfen der Halterungseinrichtung verbunden ist, befinden. Dabei
kann die betreffende Anzahl an Rohren zwischen den beiden ober- und unterseitig an
der Halterungseinrichtung gehaltenen seitlichen Rohren jeweils mit einem dicht abschließenden,
vorzugsweise konisch zulaufenden, Blindstopfen, insbesondere ohne Verbindung zur Halterungseinrichtung,
versehen sein. Damit kann dafür gesorgt werden, dass die jeweils zwei Enden der betreffenden
Anzahl an Rohren bedarfsgerecht abgedichtet sind, so dass möglichst kein Material
ins Innere der Rohre gelangt und sich dort ablagert bzw. das Innere der Rohre beschichtet.
[0035] Damit wird auch erreicht, dass die Abscheidung der Metallionen auf der Rohr-Steg-Rohr-Wand
gleichmäßiger erfolgt, d. h. insbesondere auch im Bereich der Innenecken am Übergang
zwischen den Rohren und den Verbindungsstegen.
[0036] Für den Neubau und die Instandsetzung von Dampferzeugern, insbesondere von Membranwänden
für Dampferzeuger, kann die Erfindung, d. h. insbesondere die Halterungseinrichtung
und/oder die Anodenwand, vorzugsweise so ausgebildet bzw. dimensioniert sein, dass
zumindest die folgenden üblichen Abmessungen solcher Membranwände damit galvanisiert
werden können:
Bevorzugt kann die Erfindung so ausgebildet sein, dass der Rohrdurchmesser bzw. die
Wandstärke eines Rohrs 60,3 x 5,0 oder 5,6 mm, besonders bevorzugt 57,0 x 5,0 oder
5,6 mm betragen kann.
[0037] Vorzugsweise kann die Erfindung weiter so ausgebildet sein, dass die Wandstärke der
Verbindungsstege 5 mm, besonders bevorzugt 6 mm messen kann.
[0038] Vorzugsweise kann die Erfindung darüber hinaus so ausgebildet sein, dass die Teilung,
d. h. der mittlere Abstand zwischen den Rohrmittelpunkten bzw. Mittelachsen, zweier
Rohre zwischen 70 und 100 mm betragen kann.
[0039] Liefergrößen für Membranwände hinsichtlich Längs- und Quererstreckung sind zumindest
in Deutschland derzeit bestimmt durch die sinnvollen Transportgrößen im Straßenverkehr.
Dementsprechend können solche Membranwände für den Neueinbau - sofern sie wie üblich
im Straßenverkehr transportiert werden - vorzugsweise in Abschnitten von höchstens
12 m Länge und 3,6 bis 5 m Breite und besonders bevorzugt von höchstens 6 m Länge
und 0,9 m Breite konfektioniert sein. Auch hierfür kann die Erfindung allerdings vorzugsweise
geeignet dimensioniert sein. Für die Instandsetzung bzw. den Austausch beschädigter
Wandteile von Membranwänden können die Membranwände üblicherweise beschränkt durch
die Transportgrößen in der jeweiligen Anlage vorzugweise in Abschnitten von höchstens
6 m Länge und 1,5 m Breite konfektioniert sein.
[0040] Die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt, Werkstücke mit den genannten Abmessungen
galvanisieren zu können. Solche Membranwände können auf Wunsch des Kunden auch Sonderabmessungen
aufweisen, die insbesondere auch größer ausgebildet sein können als die genannten
Abmessungen. Auch für solche Sonderabmessungen kann die Erfindung vorzugsweise geeignet
dimensionierbar sein.
[0041] Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand
von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen
Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind
in der Regel nicht maßstäblich und lediglich als schematische Darstellung zu verstehen.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung des Verlaufs der elektrischen Feldlinien zwischen
einem Abschnitt einer Anodenwand und einer Rohr-Steg-Rohr-Wand bei einer Galvanisierung
gemäß dem Stand der Technik, in Aufsicht,
Figur 2 eine schematische Darstellung des Verlaufs der elektrischen Feldlinien bei
einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rohr-Steg-Rohr-Wand bei der
Galvanisierung in einem galvanischen Bad zwischen der Anodenwand und einem Wandteil
der Rohr-Steg-Rohr-Wand, in Aufsicht,
Figur 3 eine Darstellung der Rohr-Steg-Rohr-Wand gemäß Figur 2, mit einem Ausführungsbeispiel
einer grob an die Rohr-Steg-Rohr-Wand angepassten Anodenwand, in Aufsicht,
Figur 4 eine weitere Darstellung der Rohr-Steg-Rohr-Wand gemäß Figur 2 und 3, mit
einer bevorzugten Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3 mit einer konstant
zur Rohr-Steg-Rohr-Wand beabstandeten Oberfläche der Anodenwand, in Aufsicht.
[0042] Figur 1 zeigt grob schematisch in der Draufsicht eine Konstruktion gemäß dem Stand
der Technik, in der zu sehen ist, wie bisher üblicherweise ein einer Anodenwand 20
gegenüberliegender Wandteil FW' einer Rohr-Steg-Rohr-Wand FW (als Kathode FW) in einem
galvanischen Bad B galvanisiert wurde. Eine Rohr-Steg-Rohr-Wand FW wird handelsüblich
zuweilen auch als Flossenwand bezeichnet, ohne dass damit ausschließlich nur die historisch
ursprüngliche Herstellungsart gemeint ist. Der Einfachheit halber besteht der Wandteil
FW' ohne die Erfindung darauf zu beschränken (wie auch in folgenden Abbildungen) repräsentativ
nur aus einem ersten Rohr R
1, welches über einen sich in einer Stegebene Xs erstreckenden, ersten Verbindungssteg
S
1 bzw. Steg S
1 mit einem weiteren zweiten Rohr R
2 verbunden bzw. verschweißt ist. Die Rohre R
1, R
2 sind nebeneinander angeordnet und definieren damit zusammen eine in Quererstreckungsrichtung
QR der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW verlaufende Rohrmittelebene X
R. Die Stegebene Xs und die Rohrmittelebene X
R verlaufen in einer Symmetrieebene X
R, X
S der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW.
[0043] In der dargestellten Betriebssituation (wie auch in den anderen Figuren) fließt wie
üblich beim Galvanisieren zwischen der Anodenwand 20 und dem Wandteil FW' der Rohr-Steg-Rohr-Wand
FW durch die hier nicht dargestellte Flüssigkeit ein Strom. Dabei bilden sich durch
das elektrische Feld E die hier schematisch angedeuteten elektrischen Feldlinien E
zwischen Anode 20 und Kathode FW aus, die den (Teilchen- bzw.) lonenfluss bzw. Stromfluss
von der Anodenwand 20 (Anode 20) zum Wandteil FW' (Kathode FW) im Wesentlichen senkrecht
zur Quererstreckungsrichtung QR der Verbindungsstege S
1 symbolisieren. Dieser lonenfluss führt dazu, dass der Wandteil FW' der Rohr-Steg-Rohr-Wand
FW, genauer gesagt eine Oberfläche O des Wandteils FW' beschichtet wird, da sich die
Teilchen dort ablagern bzw. abscheiden. Da es sich bei den Teilchen um Nickelteilchen
handelt, entsteht so eine vor Korrosion schützende, galvanisch aufgebrachte Nickelschicht
auf der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW.
[0044] Da die zur Anodenwand 20 weisende Oberfläche O des Wandteils FW' der Rohr-Steg-Rohr-Wand
FW, insbesondere des ersten Rohres R
1, des Verbindungsstegs S
1 dazwischen sowie des zweiten Rohres R
2, aber nicht exakt parallel in einem durchgehend konstanten Abstand zur Anodenwand
20 verläuft, verlängert sich die Wegstrecke und damit die Dichte der elektrischen
Feldlinien E ausgehend von den beiden Rohrscheiteln (also den in der Draufsicht am
weitesten zur Anodenwand 20 hervorstehenden Punkten) der Rohre R
1, R
2 zusehends hin zur Mitte zum Verbindungssteg S
1.
[0045] Damit kommt es zum einen aufgrund der unterschiedlichen Stromdichte der elektrischen
Feldlinien E bei gleicher Expositionsdauer zu unterschiedlichen Materialniederschlägen
und Härten (Abscheidung bzw. Ablagerung der Metallionen) auf dem Wandteil FW' der
Rohr-Steg-Rohr-Wand FW und somit zu unterschiedlichen Schichtdicken im Bereich der
Rohre R
1, R
2 bzw. des Verbindungsstegs S
1. Zum anderen verlaufen die elektrischen Feldlinien E, die auf Höhe des Verbindungsstegs
S
1 von der Anodenwand 20 abgehen, leicht gekrümmt hin zum jeweiligen Rohr R
1, R
2, da das elektrische Feld E durch die nahezu halbrund hervorstehenden Rohrprofile
der Rohre R
1, R
2 entsprechend beeinflusst bzw. abgelenkt wird. Somit werden mehr Metallionen auf den
Rohren R
1, R
2 abgeschieden bzw. niedergeschlagen als auf dem dazwischen befindlichen Verbindungssteg
S
1. Wie sich anhand von Versuchen und praktischen Erfahrungen gezeigt hat, wirkt sich
diese unterschiedliche Schichtdicke entsprechend auch auf die Härteverteilung, Wärmeleitfähigkeit
sowie die Lebensdauer der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW im Betrieb aus.
[0046] Figur 2 zeigt einen Wandteil FW' einer erfindungsgemäßen Rohr-Steg-Rohr-Wand FW,
welcher aufgrund der Oberflächenstruktur der Anodenwand 20 in einem zumindest abschnittsweise
identischen, nur leicht variierenden Abstand von der Anodenwand 20 in einem galvanischen
Bad B angeordnet ist. Der Wandteil FW' besteht ebenfalls aus zwei Rohren R
1, R
2, die mittels eines Verbindungsstegs S
1 verbunden sind.
[0047] Im Unterschied zur Konstruktion gemäß Figur 1 ist der mittlere Steg S
1 zwischen den beiden Rohren R
1, R
2 in Figur 2 allerdings nicht exakt mittig in der Rohrmittelebene X
R angeordnet. Er ist außermittig, parallel versetzt zur Anodenwand 20 verschoben angeordnet,
um mehr Nickelabscheidung auf dem Steg zu generieren und damit insgesamt eine gleichmäßigere
Schichtdickenverteilung zu erzielen. Dabei stehen die Rohre R
1, R
2 relativ zu den benachbarten bzw. umgebenden Stegen deutlich weniger bogenförmig aus
der Stegebene Xs des Stegs S
1 hervor, wie es im Stand der Technik gemäß Figur 1 der Fall ist. Die Stegebene Xs
des Stegs S
1 ist damit näher an der Anodenwand 20 als die Rohrmittelebene X
R, aber weiter weg als die beiden Rohrscheitel der Rohre R
1, R
2, also dennoch relativ zu den Rohrscheiteln zurückgesetzt. Sie befindet sich dazwischen,
hier in etwa auf zwei Dritteln der Strecke zwischen der Rohrmittelebene X
R und den Rohrscheiteln der Rohre R
1, R
2. Für den späteren bestimmungsgemäßen Einsatz der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW ist diese
Positionierung des Stegs S
1 in zweierlei Hinsicht vorteilhaft. Bei der Herstellung wird so gegenüber symmetrischen
Membranwänden bzw. Flossenwänden vermehrt Nickel auf dem Steg abgeschieden, so dass
die Schichtdickenverteilung der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW insgesamt sehr ausgeglichen
bzw. gleichmäßig ist. Zudem ist im Betrieb durch diese nicht vollständig zu den Rohrscheiteln,
also zur späteren Warmseite verschobene Stegebene - wie dies beispielsweise bei sogenannten
Ω-förmigen Membranwänden der Fall ist - eine Wärmeübertragung der Wärme aus dem Kessel
bzw. einem Rauchgas im Kessel auf die Flüssigkeit in den Rohren deutlich weniger beeinträchtigt
bzw. verschlechtert, da nach wie vor ein wesentlicher Teil der Rohre in einen Rauchgasraum,
wie z. B. den Feuerraum des Kessels, ragt und so direkt Wärme aufnimmt. Ω-förmige
Membranwände sind zudem deutlich schwerer als die hier beschriebene Konstruktion,
welche Ω-förmigen Membranwänden lediglich ähnelt. Denn üblicherweise bestehen Ω-förmige
Membranwände aus einer Metallplatte mit angeschweißten Metallrohren. Die Metallplatte
verschlechtert dabei zusätzlich die Wärmeübertragung auf die Flüssigkeit im Rohr hinter
der Metallplatte.
[0048] Die beiden Ebenen Xs, X
R, erstrecken sich folglich nicht in einer gemeinsamen Ebene Xs, X
R, sondern sind voneinander (wie auch in den weiteren Figuren 3 und 4) in einem Abstand
a
R-S angeordnet. Somit ist die Konstruktion der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW bezüglich der Rohrmittelebene
X
R zwar nicht mehr symmetrisch. Dies wirkt sich aber lediglich auf eine Einbaurichtung
der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW aus, deren spätere Rauchgasseite in einem Rauchgasraum
damit festgelegt ist.
[0049] Figur 3 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, um die
Schichtauftragung bei der galvanischen Vernickelung noch gleichmäßiger zu gestalten.
Dabei wird bei der galvanischen Vernickelung dieselbe Rohr-Steg-Rohr-Wand FW (aus
Figur 2) in einem galvanischen Bad B positioniert, diesmal jedoch mit einer grob an
die Oberfläche O' (also später die "Rauchgasseite") der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW angepassten
Anodenwand 20 in einem Abstand zur Rohr-Steg-Rohr-Wand FW.
[0050] In Anlehnung an die Rohr-Steg-Rohr-Wand FW ist hier also auch die Anodenwand 20 strukturiert
bzw. reliefartig ausgebildet, im Vergleich zur Rohr-Steg-Rohr-Wand FW jedoch in einer
geglätteten bzw. abgeschwächten Version. Die Höhen (Rohrscheitel) und Tiefen (Stege
S
1) der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW sind hier bei der Anodenwand 20 leicht schräg zulaufend
angedeutet, um die Herstellung der Anodenwand 20 besonders einfach zu halten, d. h.
nahezu als ebene Fläche. So besteht die reliefartige Oberfläche 20f aus im stumpfen
Winkel schräg (dreiecksförmig) ausgesparten Vertiefungen, die gegenüber der übrigen
geraden Fläche der Anodenwand 20 negativ, d. h. von der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW weg
in die Anodenwand 20 zurückstehen. Die Vertiefungen sind deshalb so zentriert, dass
sie jeweils ihren tiefsten Punkt zentral gegenüberliegend der Rohrscheitel der Rohre
R
1, R
2 haben, also ein Abstand zwischen Rohr-Steg-Rohr-Wand FW und Anodenwand 20 dort (relativ
zu Figur 2) vergrößert ist.
[0051] In erster Näherung ist die Oberfläche 20f der Anodenwand 20 somit bereits leicht
an die Rohr-Steg-Rohr-Wand FW angepasst, so dass dadurch eine gleichmäßigere Abscheidung
bzw. Ablagerung der Metallionen auf dem Wandteil FW' der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW, insbesondere
vermehrt auch auf dem Steg S1, erfolgt, da die einander gegenüberliegenden Oberflächen
zumindest in erster Näherung parallel zueinander verlaufen.
[0052] Figur 4 zeigt noch einmal denselben Wandteil FW' der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW. Gemäß
einer besonders bevorzugten Variante des Ausführungsbeispiels aus Figur 3 ist hier
die Anodenwand 20 aber noch weiter der Rohr-Steg-Rohr-Wand angepasst, nämlich nahezu
exakt gespiegelt zur Rohr-Steg-Rohr-Wand FW ausgebildet. Damit kann die Schichtdickenverteilung
noch weiter optimiert werden, also noch gleichmäßiger gestaltet werden.
[0053] Die Oberfläche 20f' der Anodenwand 20 entspricht demnach relativ zur gegenüberliegenden
Oberfläche O' der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW gesehen sozusagen einem phasenverschobenen
Abbild bzw. Spiegelbild davon. Gegenüber dem Steg S
1 des Wandteils FW' der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW ist die Oberfläche 20f' der Anodenwand
20 ebenfalls gerade. Gegenüberliegend der Rohrscheitel ist die Oberfläche 20f' der
Anodenwand 20 eine Art "Rundbogen" übriglassend ausgespart. Damit entspricht die zum
Wandteil FW' der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW weisende Oberfläche 20f' der Anodenwand 20
im Wesentlichen der zur Anodenwand 20 weisenden Oberfläche O' des Wandteils FW', insbesondere
des Rohres R
1, des Verbindungsstegs S
1 sowie des weiteren Rohres R
2, der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW.
[0054] Dadurch liegt zwischen der Oberfläche 20f' der Anodenwand 20 und der Rohr-Steg-Rohr-Wand
FW durchgehend, also in Querrichtung QR entlang des Wandteils FW' gesehen, ein nahezu
konstanter Abstand vor. Mit anderen Worten ließe sich die Oberfläche 20f' (also das
negative Relief) der Anodenwand 20 formschlüssig in die Oberfläche O' (also das positive
Relief) des Wandteils FW' der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW einfügen bzw. einschieben, wenn
die beiden Wände 20, FW zusammengeschoben würden.
[0055] Daraus ergibt sich eine gleichmäßige Stromdichteverteilung der elektrischen Feldlinien,
woraus sich im galvanischen Vernickelungsprozess folglich auch eine besonders gleichmäßige
Abscheidung der Nickelteilchen auf der Oberfläche O' des Wandteils FW' der Rohr-Steg-Rohr-Wand
FW ergibt. Dementsprechend wird die Schichtdicke der Oberfläche O' des Wandteils FW'
im Bereich des Stegs S
1 genauso dick wie im Bereich der Rohre R
1, R
2.
[0056] Durch die Kombination der Verschiebung des Stegs S
1 der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW mit der Angleichung der Anodenwand 20 an die Rohr-Steg-Rohr-Wand
FW kann es aber auch ausreichen, die Anodenwand 20 in der Profiltiefe verhältnismäßig
zur Profiltiefe der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW abgeschwächt auszubilden, um den Aufwand
bei der Herstellung der Anodenwand 20 gering zu halten. Es können also die Vertiefungen
in der Anodenwand 20 auch verhältnismäßig kleiner ausfallen, als die zugehörige Tiefe
bzw. der Abstand zwischen den Rohrscheiteln und dem Steg S
1 bei der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW.
[0057] Der in den Figuren lediglich stirnseitig, hier z. B. von oben in Aufsicht, schematisch
dargestellte Wandteil FW' der Rohr-Steg-Rohr-Wand FW bzw. die Rohr-Steg-Rohr-Wand
FW kann sich nahezu beliebig in die Bildebene bzw. Zeichenebene hinein erstrecken.
Der Wandteil FW' kann sich beispielsweise in die Zeichenebene hinein geradlinig fortsetzen.
Er könnte aber auch - gegebenenfalls auch erst nachträglich, nach der galvanischen
Vernickelung - nach Bedarf gebogen bzw. abgeknickt werden, um eine gewisse Form eines
Rauchgasraums, z. B. eines Feuerraums, eines Strahlzugs oder eines Leerzugs eines
Kessels, z. B. die eines nach oben hin ab einer gewissen Höhe pyramidenförmig enger
werdenden Strahlzugs etc. zu bedienen.
[0058] Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend
detailliert beschriebenen Vorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt,
welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich
der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel
"ein" bzw. "eine" nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden
sein können.
Bezugszeichenliste
[0059]
- 20
- Anode / Anodenwand
- 20f
- Oberfläche der Anodenwand, grob angepasst an Rohr-Steg-Rohr-Wand
- 20f'
- Oberfläche der Anodenwand, mit konstanten Abstand zur Rohr-Steg-Rohr-Wand
- aR-S
- Abstand Rohrmittelebene - Stegebene
- B
- Galvanisches Bad
- E
- elektrisches Feld / elektrische Feldlinien
- FW
- Rohr-Steg-Rohr-Wand / Kathode
- FW'
- Wandteil der Rohr-Steg-Rohr-Wand
- O
- Oberfläche der Rohr-Steg-Rohr-Wand gemäß dem Stand der Technik
- O'
- Oberfläche der Rohr-Steg-Rohr-Wand mit zur Anode parallel versetztem Steg
- QR
- Querrichtung / Quererstreckungsrichtung
- R1, R2
- Rohre
- S1
- Verbindungssteg
- XR
- Rohrmittelebene
- XS
- Stegebene
1. Rohr-Steg-Rohr-Wand (FW), insbesondere zur Verwendung in einer Verbrennungsanlage,
insbesondere in einem Rauchgasraum, wie z. B. einem Feuerraum eines Kessels, einer
Verbrennungsanlage, mit zumindest einem Wandteil (FW'), der mehrere in einer Längsrichtung
(LR) nebeneinander verlaufende Rohre (R1, R2) und jeweils zwischen benachbarten Rohren (R1, R2) angeordnete Verbindungsstege (S1) aufweist, welche Verbindungsstege (S1) sich in einer Stegebene (Xs) erstrecken, die relativ zu einer zentral durch die
nebeneinander verlaufenden Rohre (R1, R2) definierten Rohrmittelebene (XR) zur galvanischen Vernickelung der Rohr-Steg-Rohr-Wand (FW) parallel versetzt verschoben
ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine von der Rohrmittelebene (XR) abgewandte Oberfläche (O') der Rohr-Steg-Rohr-Wand (FW), insbesondere der Verbindungsstege
(S1) und von relativ zu den Verbindungsstegen (S1) vorstehenden Rohrscheiteln der Rohre (R1, R2), mindestens eine galvanisch aufgebrachte Nickelschicht aufweist.
2. Rohr-Steg-Rohr-Wand nach Anspruch 1, wobei die Stegebene (Xs) um mindestens 10%, bevorzugt
mindestens 20%, besonders bevorzugt mindestens 40%, weiter bevorzugt mindestens 60%
und ganz besonders bevorzugt mindestens 80% aus der Rohrmittelebene (XR) in Richtung zu den Rohrscheiteln der Rohre (R1, R2) parallel versetzt verschoben ist.
3. Verfahren zur galvanischen Vernickelung einer Rohr-Steg-Rohr-Wand (FW), insbesondere
nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche zumindest einen Wandteil (FW') aufweist,
der aus mehreren in einer Längsrichtung (LR) nebeneinander verlaufenden Rohren (R
1, R
2) mit gemeinsamer Rohrmittelebene (X
R) und jeweils zwischen benachbarten Rohren (R
1, R
2) parallel zur Rohrmittelebene (X
R) versetzt angeordneten Verbindungsstegen (S
1) in einer Stegebene (Xs) gebildet wird,
bei dem die Rohr-Steg-Rohr-Wand (FW) als Kathode (FW) in ein galvanisches Bad (1)
eingebracht wird, in welchem sich in einem Abstand von der Rohr-Steg-Rohr-Wand (FW)
eine Anode (20) befindet, wobei die Rohr-Steg-Rohr-Wand (FW) so angeordnet wird, dass
sich die Stegebene (Xs) näher an der Anode (20) befindet als die Rohrmittelebene (XR),
und dann eine zur Anode (20) weisende Oberfläche (O') des Wandteils (FW') der Rohr-Steg-Rohr-Wand
(FW) galvanisch vernickelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Anode (20) an einer zur Rohr-Steg-Rohr-Wand (FW)
weisenden Oberfläche (20f') zumindest bereichsweise profilartig an die Form der zur
Anode (20) weisenden Oberfläche (O') der Rohr-Steg-Rohr-Wand (FW) angepasst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine Profiltiefe der Oberfläche (20f) der
Anode (20) im Verhältnis zu einer Profiltiefe der Oberfläche (O') des Wandteils (FW')
der Rohr-Steg-Rohr-Wand (FW) um mindestens 20%, bevorzugt mindestens 40%, besonders
bevorzugt mindestens 60%, ganz besonders bevorzugt mindestens 80% reduziert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Oberfläche (20f) der Anode (20) derart
ausgebildet wird, dass sie zumindest im Bereich des Wandteils (FW') einen im Wesentlichen
konstanten Abstand zum Wandteil (FW') aufweist.