Die Erfindung betrifft eine austauschbare Düse gemäß dem Ober¬ begriff des Anspruchs 1.

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 Zement¬ rohmehl entfernt, so daß ein optimaler Wärmetauschvorgang/ Materialfluß erreicht wird. Auch wird das alternative, unfall¬ trächtige Arbeitszeit kostende Entfernen von Hand mit Luftlan¬ zen oder Stocherstangen durch Öffnungen in der Wärmetauscher¬ wand vermieden. Wenn das Mundstück der Fächerdüsen verschleißt bzw. durch chemische Reaktion aufgezehrt wird, sinkt die groß- flächige Reinigungswirkung. Dann bzw. spätestens beim planmä¬ ßigen Ofenhalt muß jeder der Wärmetauscher eingerüstet, das Steinzeug und die alte Düse entfernt, eine neue Düse einge¬ schweißt und der Hohlraum mit Schamottemörtel aufgefüllt wer¬ den.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine austauschbare Düse bzw. ein Wechseldüsensystem bereitzustellen, die/das ein einfaches Auswechseln von Düsen, insbesondere von Reinigungs-Luftstoßdü- sen, bei Hochtemperaturreaktoren ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden eine austauschbare Düse bzw. ein Wechseldüsensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor¬ geschlagen.

ORIGINALUNTERLAGEN

Die Erfindung erlaubt ein einfaches Wechseln der Düse von außen ohne inneres Einrüsten und gegebenenfalls sogar ohne vollständiges Abkühlen des Hochtemperaturreaktors bzw. Wärme¬ tauschers.

Eine erfindungsgemäße austauschbare Düse 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 Hochtempera¬ turauskleidung des Reaktors einsetzbar ist, wobei zwischen Düsenkörper und Düsenstein eine als Dehnungskragen dienende Trennschicht und zwischen Düsenstein und der daran konturange¬ paßten Reaktorauskleidung eine weitere Trennschicht vorgesehen ist, die ein Trennen des Düsensteines von der Reaktorausklei¬ dung im Falle eines Düsenaustausches gestattet.

Während der Düsenstein in der Regel bereits vor seiner Montage in der Reaktorwand hergestellt wird und den Düsenkörper be¬ reits 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 wer¬ den. Eine dritte Möglichkeit der Herstellung der Hüllform zur paßgenauen Aufnahme des Düsensteines besteht in der weiter unten beschriebenen Herstellung der Hüllform bereits während des Hersteilens der Reaktorauskleidung.

Der Düsenstein besteht vorzugsweise im wesentlichen aus hoch- temperaturfestem Siliziumcarbid. Der vorzugsweise metallische Düsenkörper, der im Düsenstein paßgenau und geschützt einge¬ baut ist, ist von dem Düsenstein lösbar, d. h., ein Lösen verhindernde Verzunderungen oder Verkrustungen treten nicht

auf. Vielmehr erlauben die unterschiedlichen Werkstoffe (Werk¬ stoffpaarung 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.

Es versteht sich, daß die Verwendung von Siliziumcarbid für den Düsenstein unabhängig von den Merkmalen der austauschbaren Düse bzw. des Wechseldüsensystems vorteilhaft Verwendung fin¬ den 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.

Ein Aussteifungs- oder Befestigungsrahmen, wie ein Winkelrah- men, 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.

Der erfindungsgemäße Dehnungskragen dient zum einen der Dich¬ tung zwischen Düsenstein und metallischem Düsenkörper, zum anderen dem Ausgleich der verschiedenen Wärmeausdehnungskoef- fizienten und besteht vorzugsweise aus etwa 10 mm dickem Kera¬ mikfaservlies oder Glasfaser-Nadelfilz.

Aus dem Stand der Technik bekannte Fächerwinkeldüsen (FWD) ragen mit ihrem metallischen Düsenkörper in den Reaktionsraum hinein. Um den metallischen Düsenkörper gegen widrige Einflüs¬ se aus dem Reaktionsraum zu schützen, kann ein den metalli¬ schen 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 metalli¬ schen Düsenkörper ebenfalls eine Trennschicht angeordnet ist.

Wenn der metallische Düsenkörper zum Düsenstein hin entspre¬ chende Aussparungen aufweist, so kann der Schutzstein den metallischen Düsenkörper umgreifen und so formschlüssig von dem metallischen Düsenkörper gehalten werden. Da die Ausblas- richtung der Fächerdüsen in der Regel im wesentlichen nach unten weist, kann der Schutzstein von oben parallel zur Reak¬ tionsraumwand 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 Materialfließrich¬ tung im Reaktor ein Abrutschen nach oben verhindern.

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

Sollte die Fächerdüse derart angeordnet sein, daß der Schutz¬ stein durch die Schwerkraft nicht in Position gehalten wird, kann durch Wahl geeigneter Geometrieverhältnisse von Düsen¬ stein, Schutzstein und Hüllstein in Einbauposition ein Form¬ schluß zwischen Hüllstein und Schutzstein gebildet sein, der ein Abrutschen des Schutzsteines entgegen der AufSteckrichtung verhindert.

Die vorgenannten, sowie die beanspruchten und in den Ausfüh- rungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäß zu verwendenen Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Material¬ auswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahme- bedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

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. Wechseldüsensy- steme dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen austauschbaren, in einer Reaktorwand eingebauten Fächerwinkeldüse im Axialschnitt durch den Düsenkör- per - Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 2;

Fig. 2 dieselbe Fächerwinkeldüse in Schnittansicht - Schnitt entlang der Linie B-B gemäß Fig. 1 und Fig. 3;

Fig. 3 dieselbe Düse 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

Fächerdüse in der Darstellungsart nach Fig. 1;

Fig. 5 von derselben Fächerdüse eine weitere Schnittdar¬ stellung (entsprechend der Schnittdarstellung in Fig. 2) - Schnitt entlang der Linie B'-B' gemäß Fi- gn. 4 und 6;

Fig. 6 dieselbe Fächerdüse im Schnitt entlang der Linie C- C gemäß Fign. 4 und 5 (entsprechend der Darstel- lungsart in Fig. 3) sowie

Fig. 7 eine dritte Ausführungsform einer austauschbaren Fächerdüse - entsprechend der Darstellung in Fig. 5.

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 nac Figuren 1 bis 3 die Ausblasrichtung der Düse durch den Luft¬ austrittsspalt 20 tangential zur Ausmauerung 6 auf der Reakto¬ rinnenseite 10 der Reaktorwand 11 erfolgt. Bei den Ausfüh- rungsformen nach Figuren 4 bis 6 und 7 hingegen ist die Aus¬ blasrichtung lediglich geringfügig bezüglich der Normalenrich¬ tung der Reaktorwand 11 geneigt.

Der Düsenkörper 2 durchdringt die Auskleidung, d. h. in de dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispielen die Ausmauerung 6 der Reaktorwand 11, in dem zum Reaktorinnen¬ raum 10 hin gelegenen Bereich. Ein metallisches Rohr 21, wel¬ ches an der Reaktoraußenseite in einem Anschlußflansch 22 mündet, schließt sich an den Düsenkörper 2 zur Reaktoraußen- seite hin an und stellt die fluidische Verbindung zum Luftaus¬ trittsspalt 20 her. Der metallische Düsenkörper 2 sowie zu¬ mindest 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 Glasfa¬ ser-Nadelfilz.

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 hochtempera¬ turfestem Siliziumcarbid besteht. Die bezüglich des Düsenkör¬ pers 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 vor¬ zugsweise abgerundeten Eckbereichen, wobei die nach radial außen weisenden Flächen in Richtung auf den Reaktorinnenraum 10 hin leicht konisch zueinander hin geneigt sind. Diese koni¬ schen radialen Außenflächen sind in den dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispielen von einer Trenn-

schicht 5 aus hochtemperaturfestem, elastischem Material um¬ faßt, um ein Auswechseln des Düsenkörpers samt Düsenstein auch nach längerer Gebrauchsperiode des Reaktors in der Weise zu gewährleisten, daß die aus Düsenkörper und Düsenstein beste- hende bauliche Einheit nach außen aus der Reaktorwand 11 her¬ ausgezogen werden kann.

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 Düsen¬ steins 4 mit der übrigen Innenfläche der Ausmauerung 6 fluch¬ tet. Die Hüllform 60 ist bei den Ausführungsformen nach Figu¬ ren 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.

Bei allen Ausführungsbeispielen wird die das Austauschen des Düsensteins samt des Düsenkörpers ermöglichende Öffnung in der

Reaktorwand von einem Winkelrahmen 74 umgeben, der die Funk¬ tion eines Aussteifungs- und/oder Befestigungsrahmens über¬ nimmt. Bei den Ausführungsbeispielen nach Figuren 1 bis 6 ist dieser Winkelrahmen 74 in eine der Außenkontur des Winkelrah- mens entsprechend geformte Öffnung der metallischen Außenwand des Reaktors eingesetzt, und zwar derart, daß der wandparalle¬ le 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 metalli¬ schen Reaktoraußenwand durch eine Schweißnaht 75 fest verbun-

den.

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.

Der Ersteinbau einer austauschbaren Düse erfolgt bei den Aus¬ führungsbeispielen nach Figuren 1 bis 3 und 4 bis 6 in folgen- der Weise:

Zunächst wird die genaue Positionierung der einen oder mehre¬ ren 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 Aus- mauerung des Ofens im Bereich der Öffnung im Stahlmantel durchbrochen, z. B. mittels einer Kernbohrung und die tatsäch¬ liche Wandstärke der Ausmauerung an der vorgesehenen Einbaupo¬ sition für die Düse festgestellt. Sodann wird die Ausmauerung im Bereich des Düseneinbauortes in der Weise entfernt, daß der Mauerdurchbruch der äußeren Kontur eines vorgefertigten Hüll¬ steines 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.

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 ofen- seitige Stirnfläche des Hüllsteines mit der Reaktorausmauerun¬ gen 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 Hüll- stein 60 und/oder sein Halterahmen 61 entsprechend den Erfor¬ dernissen für einen parallelen Einbau zur Ausmauerung verlän¬ gert bzw. verkürzt.

Für den Einbau des Hüllsteins werden GewindeStangen 44 ver¬ wendet, die in Aufnahme bzw. Justierbohrungen 62 des Hüll¬ steins 60 eingesetzt sind bzw. eingesetzt werden und Bohrungen in dem wandparallelen Flansch des Winkelrahmens 64 durchset- zen. Die Positionierung des Hüllsteins 60 in seiner normal zur

Reaktorwand sich erstreckenden Einschubrichtung wird mittels der Gewindestangen 44 oder darauf drehbar angeordneten Gewin¬ demuttern eingestellt. Als sogenannter Setzwinkel 45 dienen durchbohrte Flacheisen, durch deren Bohrung je eine Gewinde- Stange 44 verläuft. Diese sogenannten Setzwinkel 45 können um die Gewindestangenachse verschwenkt werden und dienen u. a. als Montagehilfe beim Einsetzen des Düsensteins 4 nebst Düsen¬ körper 2 in die konische Öffnung im Hüllstein 60.

Die quer zur Reaktorwand ausgerichteten Schenkel des Hüll¬ stein-Haltrahmens 61 sind so bemessen, daß sie unter den Win¬ kelrahmen 74 stoßen und mit diesem durch Längsnähte 25 ver¬ schweißbar sind. Erst nach dem Einsetzen des Hüllsteins 60 mit dem daran befestigten Hüllstein-Halterahmen 61 und dem damit verschweißten Winkelrahmen 74 in die vorbereitete Reaktorwand¬ öffnung wird der Winkelrahmen 74 mit dem Stahlmantel der Reak¬ torwand 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 Dusensteinumfang 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 mantel und der Düsenkörper 2 in den Düsenstein 4 eingesetzt ist, wir diese Einheit in die vorbereitete Reaktorwandöffnung, die de Hüllstein 60 freigelassen hat, eingesetzt. Zuvor aber wird de Düsenstein 4 gegen den Düsenkörper 2 verspannt. Dies geschieh mittels einer Halteschelle 43, die auf den rohrförmigen Tei des Düsenkörpers 2 aufgeschraubt ist und Düsensteinspann schrauben 76 trägt, die soweit gegen die äußere Stirnfläch des Düsensteins 4 verspannt werden, bis die gewünschte Rela tivposition zwischen Düsenkörper 2, insbesondere Luftaus trittsspalt 20 und der inneren Stirnfläche des Düsensteins 4 erreicht ist. Mittels vorzugsweise abgewinkelter Gewindestan gen, die in die nach außen weisende Düsensteinstirnflache fes eingesetzt sind, wird eine Düsensteinverschraubung 40 bezüg- lieh 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, Düsen¬ körper 2 und Hüllstein 4 bestehende Einheit kann dann je nac Bedarfsfall aus der Reaktorwanddurchbrechung herausgezoge oder in diese wieder eingesetzt werden. Zwischen der Flansch¬ platte 7 und dem Winkelrahmen 74 wird vorzugsweise eine ela- stische Dichtung 71 zur Abdichtung und lösbaren Verbindun zwischen der Flanschplatte 7 und dem wandparallelen Schenkel des Winkelrahmens 74 eingesetzt.

Dieses Wechseldüsensystem erlaubt es, in kürzester Still- Standszeit des Reaktors defekte Düsen von außen her auszuwech¬ seln. 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 Düsen¬ steins 4 und des Hüllsteines 60 verbleibende Freiraum kann mit Isolierwolle 8 oder Schamottenmörtel ausgefüllt werden. Diese

Variante ist in Figuren 1 und 2 dargestellt.

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

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7 kann die Bereitstel¬ lung der Hüllform 60 auch durch Ausmörteln des Hohlraumes zwischen Düsenstein und Ausmauerung vom Reaktorinneren her erfolgen.

Zu Inspektions- und gegebenenfalls Austauschzwecken wird die Fächerdüse zusammen mit dem Düsenstein und der Flanschplatte demontiert. Hierzu braucht der Reaktor nicht erst völlig abge¬ kühlt zu werden.

Bezugszeichenliste

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 Hüllεtein

71 elastische Dichtung

72 Haltekeil

73 Halteverschraubung

74 Winkelrahmen

75 Winkelrahmenbefestigung, Schweißnaht

76 Düsensteinspannschrauben