Ofeninnenwand

Die Erfindung betrifft einen Hitzeschutzkörper für ein Schutzsystem für eine Ofeninnenwand. Weiter betrifft die Erfindung ein Schutzsystem für eine Kesselrohrwand sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schutzsystems .

Die Innenwände industrieller Feuerungsöfen, beispielsweise in Müllverbrennungsanlagen, müssen durch spezielle Schutzsysteme vor den sehr heißen und korrosiv wirkenden Verbrennungsgasen geschützt werden . Bei einem aus der Praxis bekannten Ofen ist die Ofeninnenwand als Kesseirohrwand ausgebildet . Zum Schutz vor den Verbrennungsgasen ist die Kesselröhrwand mit einer keramischen Masse , beispielsweise Siliziumcarbid, beschichtet . Um einen sicheren Halt der keramischen Schicht an der Kesselrohrwand zu gewährleisten, sind an die Rohre in regelmäßigen Abständen Stahlstifte angeschweißt , welche in die keramische Schicht hineinragen, und so eine Verklammerung zwischen der Kesselrohrwand und der Schicht bewirken.

Problematisch an diesem relativ kostengünstig zu realisierenden Wandschutz ist die rauhe Oberfläche der keramischen Schicht an der dem Ofeninnenraum zugewandten Seite . An dieser lagert sich während des Ofenbetriebes Flugasche an, welche mit der Zeit mit der keramischen Schicht reagiert , was zu harten Verkrustungen der Oberfläche führt . Diese müssen unter hohem Arbeitsaufwand

entfernt werden . Zudem treten Verbrennungsgase in die poröse Schicht ein, was nach einiger Zeit zur Korrosion der in die Schicht hineinragenden Stahlstifte führt . Dies kann wiederum dadurch verhindert werden, dass die Metallstifte mit Kappen aus ebenfalls keramischen Material , beispielsweise Siliziumcarbid, versehen werden . Hierbei handelt es sich allerdings um eine aufwendige und teure Maßnahme .

Bei einem weiteren ebenfalls aus der Praxis bekannten Wandschutz ist die Kesselrohrwand durch Rohrschutzplatten verkleidet . Die Rohrschutzplatten werden dabei durch von der Kesseirohrwand abstehende Halteelemente, die in entsprechende in die Rückseite der Rohrschutzplatten eingeformte Ausnehmungen oder Nuten eingreifen, einzeln gehalten. Der Zwischenraum zwischen Kesselrohrwand und den Rohrschutzplatten ist mit einer keramisch-monolithischen Füllmasse , beispielsweise Mörtel oder Siliziumcarbid hintergossen .

Ein solches Schutzsystem ist j edoch ebenfalls mit Nachteilen behaftet . So müssen die die Rohrschutzplatten tragenden Halteelemente mit großer Präzision an die Rohre bzw. die die Rohre untereinander verbindenden Stege geschweißt werden, um einen möglichst spaltfreie Bedeckung der Kesseirohrwand durch die Rohrschutzplatten zu gewährleisten . Zudem sind die Rohrschutzplatten des beschriebenen Typs relativ schwer, da sie aufgrund der in ihre Rückseiten j eweils eingeformten Ausnehmungen bzw. Nuten eine Mindestdicke nicht unterschreiten können. Weiterhin ist der Aufbau eines solchen Schutzsystems mit einem beträchtlichen Montageaufwand verbunden. Schließlich kann es durch die Rauchgase auch zur Korrosion der

Halteelemente kommen, weshalb diese nach einer gewissen Zeit ausgetauscht werden müssen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde , einen Hitzeschutzkörper zu schaffen, welcher sich durch eine lange Lebensdauer auszeichnet , kostengünstig in der Herstellung ist und einfach an einer Kesselrohrwand montiert werden kann . Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein wirksames Schutzsystem für eine Kesselröhrwand sowie ein einfach zu realisierendes Verfahren zur Montage eines Schutzsystems für eine Kesselrohrwand anzugeben.

Die erstgenannte Aufgabe wird mit einem Hitzeschutzkörper für ein Schutzsystem für eine Ofeninnenwand mit einer Vorderseite , einer Rückseite und die Vorderseite mit der Rückseite verbindenden Randseiten dadurch gelöst , dass der Hitzeschutzkörper an seiner Rückseite wenigstens ein Halteelement aufweist , welches aus dem gleichen oder einem gleichartigen Werkstoff wie der Hitzeschutzkörper gefertigt ist .

Der erfindungsgemäße Hitzeschutzkörper zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus . Da eine rückseitige Ausnehmung bzw. Nut zur Aufnahme eines Halteelementes bei dem erfindungsgemäßen Hitzeschutzkörper nicht vorgesehen sein muss , kann der Hitzeschutzkörper relativ dünnwandig und damit leicht ausgeführt sein . Mittels des an der Rückseite des Hitzeschutzkörpers ausgebildeten wenigstens einen Halteelements kann dieser problemlos in einer auf die zu schützende Ofeninnenwand, beispielsweise eine Kesselrohrwand, aufgetragenen Schicht verankert werden .

Der Hitzeschutzkörper und das Halteelement sind erfindungsgemäß aus dem gleichen Werkstoff gefertigt , weisen also die gleichen thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften auf . Dadurch kann es an dem Übergang zwischen dem Hitzeschutzkörper und dem Halteelement nicht zu thermischen Spannungen infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten kommen. Dies trägt entscheidend zur Langlebigkeit des erfindungsgemäßen Hitzeschutzkörpers bei .

Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Hitzeschutzkörper und das Halteelement einstückig ausgebildet . Somit kann der gesamte Hitzeschutzkörper in einem Formungsschritt gefertigt werden, ohne dass weitere Fertigungsschritte, beispielsweise zur Befestigung des Halteelementes auf dem Grundkörper, erforderlich sind.

Vorzugsweise sind der Hitzeschutzkörper und das Halteelement aus einem keramischen Werkstoff gefertigt , da dieser eine besonders hohe thermische Stabilität aufweist . Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung von Materialien auf der Basis von Siliziumcarbid und/oder Aluminiumoxid.

Das Halteelement des Hitzeschutzkörpers kann unterschiedliche Formen annehmen . Eine besonders sichere Verankerung des Halteelements in der auf die zu schützende Ofeninnenwand aufgetragenen Schicht ist gewährleistet , wenn das Halteelement in Form eines Hakens oder Ankers ausgebildet ist . Im Falle eines hakenförmigen Halteelementes steht dieses vorzugsweise in einem Winkel von ca . 30 ° oder ca . 45 ° von der Rückseite des Hitzeschutzkörpers ab .

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hitzeschutzkörper eine glatte Vorderseite aufweist . Vorzugsweise weist die Vorderseite eine Oberfläche mit geringer Porosität auf , so dass diese -im Wesentlichen undurchlässig bzw. abweisend für Feststoffe (insbesondere Staube) , Flüssigkeiten und/oder Gase ist . Dies verhindert wirksam die Anlagerung und/oder Infiltration von Flugasche während des Ofenbetriebes .

Bei der Verankerung des erfindungsgemäßen Hitzeschutzkörpers in einer auf die Ofeninnenwand aufgetragenen Schicht wird auch der Hitzeschutzkörper als solcher geringfügig in die Schicht eingedrückt . Dabei wird Schichtmaterial verdrängt . Werden mehrere Hitzeschutzkörper in der Schicht verankert , so tritt das verdrängte Material in die zwischen benachbarten Hitzeschutzkörpern gebildete Fugen ein . Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dazu vorgesehen, dass der Hitzeschutzkörper an den Randseiten j eweils eine Längsnut aufweist . Diese Nut kann das verdrängte Schichtmaterial aufnehmen. Besonders vorteilhaft ist es , wenn der Nutquerschnitt die Form eines Kreissegments hat . Die sich gegenüberliegenden Nuten benachbarter Hitzeschutzkörper bilden somit ein Zylindervolumen, in das das verdrängte Schichtmaterial eintreten kann .

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Vorderseite und Rückseite des Hitzeschutzkörpers rechteckig ausgebildet sind und zwei gegenüberliegende. Randseiten gegenüber Vorder- und Rückseite abgeschrägt sind. Die Abschrägung der gegenüber liegenden Randseiten bedeutet im Sinne der Erfindung, dass diese nicht rechtwinklig zu Vorder- und Rückseite angeordnet sind, sondern im Querschnitt mit Vorder- und

Rückseite ein Parallelogramm ausbilden . Ein Hitzeschutzkörper der beschriebenen Geometrie, welcher zusammen mit gleichartigen Hitzeschutzkörpern eine Ofeninnenwand bedeckt , wobei j eweils benachbarte Hitzeschutzkörper korrespondierende schräg verlaufende Randseiten aufweisen, kann im Falle einer Beschädigung besonders leicht ausgetauscht werden .

Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird auch durch ein Schutzsystem für eine Kesselrohrwand gelöst , wobei das Schutzsystem eine auf die Kesselrohrwand aufgetragene keramische Schicht und wenigstens einen auf der Schicht aufsitzenden Hitzeschutzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst , wobei die keramische Schicht mit der Kesselrohrwand über wenigstens ein von der Kesseirohrwand abstehendes Halteelement verklammert ist und wobei der Hitzeschutzkörper über sein wenigstens ein Halteelement in der keramischen Schicht verankert ist .

Das erfindungsgemäße Schutzsystem bietet einen wirksamen und kostengünstig zu realisierenden Schutz für Kesselrohrwände . Die Verkleidung der Wand durch wenigstens einen Hitzeschutzkörper verhindert weitgehend den Eintritt heißer, korrosiver Gase in das Schutzsystem. Zudem werden die Hitzeschutzkörper nicht mehr direkt mechanisch mit der Kesslerohrwand verbunden, weshalb aufwendige Präzisionsschweißarbeiten entfallen können . Für weitere Vorteile insbesondere in bezug auf den Hitzeschutzkörper gilt das Vorstehende .

Die keramische Schicht kann aus verschiedenen Materialien bestehen . Als besonders zweckmäßig erweisen sich keramischmonolithische Werkstoffe, wie z . B . Gieß- , Stampf- , Spritz-

oder Schmiermassen auf Basis von Siliciumcarbid und/oder Aluminiumoxid.

Das wenigstens eine von der Kesselrohrwand abstehende Halteelement kann unterschiedliche Geometrien aufweisen. Bevorzugt werden Anker, insbesondere als Y-Anker, Kesselrohrstift , Schlitzstift oder Wellenanker, insbesondere aus Metall , eingesetzt .

Das Halteelement , welches der Verklammerung der Kesseiröhrwand mit der keramischen Schicht dient , kann an den Rohren wie auch an den die Rohre verbindenden Stegen vorgesehen sein. Bevorzugt ist das wenigstens eine Halteelement zu dem wenigstens einen Halteelement des Hitzeschutzkörpers fluchtend angeordnet .

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Schutzsystem mehrere Hitzeschutzkörper, wobei die zwischen den Hitzeschutzkörpern gebildeten Fugen mit temperaturbeständigen keramischen Fasermaterial gefüllt sind. Das in die Fugen gefüllte Fasermaterial weist günstige Dichteigenschaften auf und kann aufgrund seiner Elastizität die thermisch bedingte Ausdehnung der Hitzeschutzkörper aufnehmen, ohne dass es zu materialbelastenden Spannungen kommt .

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Montage eines Schutzsystems für eine Kesselrohrwand gemäß den Ansprüchen 13 bis 18 gelöst , welches durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist :

— Befestigung der Halteelemente an der Kesselrohrwand,

— Auftragen der keramischen Schicht auf die Kesse1röhrwand,

— zumindest teilweises Abbinden der keramischen Schicht und

- Eindrücken des wenigstens einen Halteelements des Hitzeschutzkörpers in die keramische Schicht im noch nicht vollständig- abgebundenen Zustand (z . B . im pastösen Zustand) der keramischen Schicht , so dass der Hitzeschutzkörper auf der keramischen Schicht aufsitzt .

Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach und kostengünstig durchzuführen, da im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren auf Verfahrensschritte, die eine hohe Präzision erfordern, verzichtet werden kann .

Zunächst werden die Halteelemente an der Kesselrohrwand befestigt . Diese können im einzelnen an den Rohren oder/und an den zwischen den Rohren befindlichen Stegen montiert werden. Anschließend erfolgt der Auftrag der keramischen Schicht auf die Kesselröhrwand . Dies kann mittels verschiedener Auftragstechniken geschehen . Vorzugsweise wird die Schicht aufgespritzt , -gestampft , -gegossen oder -geschmiert . Nach vollzogenem Auftrag wird bei der keramischen Schicht der Abbindeprozess eingeleitet . Solange die Schicht noch formbar ist , d. h . noch nicht vollständig abgebunden ist , wird das wenigstens eine Halteelement des Hitzeschutzkörpers in die keramische Schicht- eingedrückt , so dass der Hitzeschutzkörper auf der keramischen Schicht aufsitzt . Die Abbindegeschwindigkeit des in der keramischen Schicht enthaltenen Bindemittels kann durch Zugabe Verzögerungsmitteln oder Beschleunigern präzise eingestellt werden .

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellenden Zeichnung näher erläutert .

Es zeigen :

Fig . 1 einen erfindungsgemäßen Hitzeschutzkörper in perspektivischer Ansicht ,

Fig . 2 den Hitzeschutzkörper der Fig . 1 in Seitenansicht ,

Fig . 3 die Einzelheit X aus Fig . 2 im Längsschnitt des Hitzeschutzkörpers aus Fig . 2 ,

Fig . 4 ein erfindungsgemäßes Schutzsystem für eine Kesselrohrwand in Draufsicht ,

Fig . 5 die Einzelheit Y aus Fig . 5 im Querschnitt der Hitzeschutzkörper des Schutzsystems aus Fig . 4 und

Fig . 6 Das Schutzsystem der Fig . 4 in einer alternativen Ausführung .

Der in Fig . 1 gezeigte erfindungsgemäße Hitzeschutzkörper 1 für ein Schutzsystem für eine Ofeninnenwand, insbesondere für eine Kesselrohrwand, weist eine Vorderseite 3 , eine Rückseite 2 , wobei Vorder- und Rückseite 3 , 2 rechteckig ausgeführt sind, und die Vorderseite 3 mit der Rückseite 2 verbindende Randseiten 4a, 4b, 4c, 4d auf . An seiner Rückseite weist der Hitzeschutzkörper 1 wenigstens ein - vorliegend drei - untereinander angeordnete Halteelemente 5 auf . Vorliegend sind die Halteelemente 5

hakenförmig gestaltet , wobei sie j eweils in einem Winkel von ca . 45° von der Rückseite 2 des Hitzeschutzkörpers 1 abstehen. Die Halteelemente können auch anders , beispielsweise ankerförmig, gestaltet sein .

Erfindungsgemäß sind die Halteelemente 5 aus dem gleichen Material gefertigt wie der Hitzeschutzkörper 1. Vorliegend bestehen Hitzeschutzkörper 1 und Halteelemente 5 einheitlich aus dem keramischen Werkstoff Siliziumcarbid.

Die Vorderseite 3 des Hitzeschutzkörpers 1 weist eine besonders glatte Oberfläche auf, so dass im Betrieb die Ablagerung von Flugasche praktisch vollständig vermieden werden kann .

Wie insbesondere aus Fig . 2 hervorgeht , sind die gegenüberliegenden Randseiten 4a, 4c gegenüber der Vorderseite 3 und der Rückseite 2 abgeschrägt , d. h. sie bilden im Gegensatz zu den zwei anderen Randseiten 4b, 4d keinen rechten Winkel zu der Vorderseite 3 und der Rückseite 2 aus . In der Seitenansicht der Fig . 2 hat der Hitzeschutzkörper 1 somit die Form eines Parallelogramms . Wie in Fig . 2 (unten) angedeutet, weist ein zu dem Hitzeschutzkörper 1 benachbart angeordneter zweiter Hitzeschutzkörper eine zu der abgeschrägten Randseite 4c korrespondierende ebenfalls abgeschrägte Randseite auf . Der Vorteil der abgeschrägten gegenüberliegenden Randseiten liegt darin, dass beschädigte Hitzeschutzkörper, welche zusammen mit gleichartigen Hitzeschutzkörpern eine Ofeninnenwand bedecken, besonders leicht ausgetauscht werden können .

Weiterhin weist der Hitzeschutzkörper 1 an seinen vier Randseiten 4a, 4b , 4c , 4d j eweils eine Längsnut 6a, 6b auf ,

deren Querschnitt vorzugsweise die Form eines Kreissegmentes annimmt . Wie in Fig . 3 und Fig . 5 besonders gut erkennbar, schließen einander zugewandte Randseiten j eweils benachbart angeordneter Hitzeschutzkörper 1 aufgrund der Form der Nutenquerschnitte und der j eweiligen Lage der Nuten 6a, 6b relativ zu den parallelen Kanten der Randseiten jeweils ein Zylindervolumen 7 ein.

Das in Fig . 4 und in einer abgewandelten Ausführung in Fig . 6 dargestellte Schutzsystem 8 umfasst eine Kesselrohrwand 9 , die ihrerseits aus parallel verlaufenden Rohren 10 und die Rohre 10 verbindenden Stegen 11 aufgebaut ist . Weiterhin umfasst das Schutzsystem eine auf die Kesseirohrwand 8 einseitig - beispielsweise durch . Aufspritzen - aufgetragene keramische Schicht 9 , wobei diese aus einem keramisch-monolithischen Werkstoff , beispielsweise Mörtel oder Siliziumcarbid, besteht . Die keramische Schicht 9 ist mit der Kesselrohrwand 8 über an die Rohre der Kesselrohrwand geschweißte Stifte 10a verklammert . Alternativ zu den Stiften können auch Y-Anker vorgesehen sein .

Auf der von der Kesselröhrwand 8 abgewandten Seite der keramischen Schicht 9 sind Hitzeschutzkδrper 1 der vorstehend beschriebenen Art schachbrettartig übereinander und nebeneinander angeordnet . Die Hitzeschutzkörper 1 sind dabei über ihre Halteelemente 5 in der keramischen Schicht. 9 verankert .

Während der Montage des vorstehend beschriebenen Schutzsystems werden die Hitzeschutzkörper 1 in die keramische Schicht mit ihren Halteelementen 5 zuvorderst eingedrückt und somit über die Halteelemente 5 in der Schicht 9 sicher verankert . Dazu muss die keramische

Schicht noch formbar sein, d. h. noch nicht fertig ausgehärtet . Das beim Eindrücken der Hitzeschutzkörper 1 verdrängte Schichtmaterial dringt dabei in die Fugen zwischen j eweils benachbart angeordneten Hitzeschutzkörpern 1 ein und wird dort durch das durch die Nuten 6a, 6b eingeschlossene Zylindervolumen 7., 7 ' aufgenommen. Alternativ kann das Schichtmaterial nach der Montage aus den Fugen entfernt werden und durch ein Fasermaterial ersetzt werden, welches aufgrund seiner Elastizität besonders gut die im Betrieb thermisch bedingte Ausdehnung der Hitzeschutzkörper 1 aufnehmen kann, ohne dass es zu materialbelastenden Spannungen kommt .

Gemäß der in Fig . 6 dargestellten alternativen Ausführungsform des Schutzsystems sind an Stelle der an die Rohre angeschweißten Kesselrohrstifte als Y-Anker ausgebildete Halteelemente 12 an den Stegen 11 vorgesehen, welche die Verklammerung der keramischen Schicht 9 mit der Kesselrohrwand übernehmen . Vorliegend sind die Halteelemente 12 als Y-Anker ausgebildet und teilweise fluchtend zu den hakenförmigen Halteelementen 5 der Hitzeschutzkörper 1 angeordnet .