DE3128601A1

DE3128601A1 - Roehrenofen

Info

Publication number: DE3128601A1
Application number: DE19813128601
Authority: DE
Inventors: Robert F. 19090 Willow Grove pa Kaupp; Howard H. 11783 Seaford N.Y. Seeman
Original assignee: Selas Corp Of America 19025 Dresher Pa; Selas Corp of America
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1980-07-30
Filing date: 1981-07-20
Publication date: 1982-06-09
Also published as: GB2080932B; JPS5767785A; US4315486A; GB2080932A; CA1152439A

Description

α» C

Die Erfindung betrifft einen Röhrenofen, bestehend aus ; einer geschlossenen Brennkammer mit einem Dach? mehreren innerhalb der Brennkammer senkrecht angeordneten Rohren, deren obere Enden sich durch mehrere Öffnungen in dem Dach erstrecken»

Die Erfindung richtet sich insbesondere auf eine verbesserte Dichtungskonstruktion für die Anordnung senkrecht ausgerichteter Rohre in einem Ofendach» Vor allem betrifft die Erfindung die Konstruktion einer schwimmenden Platte, die zur Abdichtung des Dsches in Ginem Katalysator-Reformierungsofen beiträgt, die eine senkrechte Ausdehnung und Zusammenziehung der einzelnen, senkrecht ausgerichteten Katalysatorrohre ermöglicht. Gleichzeitig sind die Platten selbst, falls die Katalysatorrohre während des Betriebs sich verbiegen oder verkrümmen ρ in begrenztem Umfang zusammen mit den Rohren aufwärts und abwärts bewegbar, um die Aufwärts- und Abwärtsbewegung der gebogenen oder gekrümmten Rohre, die durch die thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung hervorgerufen wurde, auszugleichen.

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Stand der Technik

Es sind Pyrolyseöfen und dgl» bekannt, bei denen mehrere senkrecht gerichtete Rohre sich durch das Dach der Brennkammer erstrecken, deren Seitenwände mit Becherförmigen Strahlungsbrennern oder dgl. versehen sind, um die gewünschte Temperatur und Erhitzung zu erzielen, die für den Stoff benötigt werden, der durch die Rohre fließt. Die ÜS-PSen 3 361 118, 3 062 197,

3 65S 913 und 3 672 847 der Anmelderin beschreiben

eine derartige Konstruktion. Obwohl einige dieser Druckschriften sich konstruktionsmäßig auf die Tempe— ratuabstimmung beziehen, ist es verständlich, daß die vorliegende Erfindung bei anderen Brennerarten verwendet werden kann.

•Bei bestimmten dieser bekannten Konstruktionen werden die oberen Rohrenden in der Nähe der öffnungen oder Kanäle in dem Dach durch einen ortsfesten Ring oder eine ähnliche Vorrichtung abgestützt, die als Dichtung des Ofendaches wirksam ist, während in bestimmtem Umfang eine senkrechte Auf- und Abwärtsbewegung der Rohre infolge der thermischen ausdehnung oder Zusammen-Ziehung möglich ist.

Bei anderen bekannten öfen sind die Rohre in ortsfesten, sich senkrecht erstreckenden Rohrplatten befestigt, die sich über die gesamte Länge der Brennkammer erstrecken können, in üblicher Weise sind diese Rohrplatten mit einer hinreichenden Anzahl von Durchbrechungen versehen, so daß sie sechs oder mehr Katalysatorrohre aufnehmen können. Falls sich die Rohre während des Betriebs biegen oder krümmen, sind diese ortsfesten Rohrplatten an die Rohre gebunden und reißen oder brechen daher oftmals, wobei die Isolierung und die Luftabdichtung gegenüber der Brennkammer zerstört wird. In diesen Fällen ist die Reparatur der beschädigten

Rohrplatten nicht nur teuer, sondern auch zeitaufwendig, on

da sämtliche benachbarten Rohre und mit der Rohrplatte

verbundene Tragvorrichtungen entfernt werden müssen. Die Reparatur oder der Ersatz derartiger bekannter Rohrplatten ist daher nur möglich, wenn der Ofen abgeschaltet wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Röhrenofen mit einer Rohrplattenabdichtung zu versehen, die sich ohne weiteres den senkrechten Aufwärts- und Abwärtsbewegungen der Rohre anpassen kann, und zwar sogar dann, wenn die Rohre gebogen oder gekrümmt sind» Darüber hinaus soll eine derartige Rohrplattenabdichtung sofort repariert und mit geringem Aufwand ersetzt werden können, ohne daß benachbarte Rohre und/oder Rohrtragkonstruktionen entfernt werden müssen.

Diese und andere Aufgaben werden durch die Erfindung gelöst. Die verschiedenen neuen Merkmale, welche die Erfindung auszeichnen, sind insbesondere in Sen beigefügten Patentansprüchen enthalten, die einen Teil der Beschreibung bilden. Zum besseren Verständnis der Erfindung sollen jedoch ihre Vorteile und besonderen, bei ihrer Verwirklichung erreichten Ziele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines bevorzugten, darin dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Äusführungsform in Seitenansicht,

Fig. 2 die Ausführungsform in Fig. 1 in Draufsicht, die zur Erleichterung des Verständnisses von einigen Teilen befreit ist,

Fig. 3 einen Rohrblechtragarm in Seitenansicht,

Fig. 3 (a) den Rohrblechtragarm gemäß Fig. 3 in Vorderansicht,

Fig« 4 eine andere Ausführungsform der Erfindung in

einer seitlichen Schnittansicht,

Fig. 5 eine Ausführungsform der Erfindung in schaubildlicher Draufsicht/ welche eine versetzte oder Zickzack-Anordnung der Katalysatorrohre zeigt, wobei gewisse Teile zur besseren Klar

heit weggelassen sind, und

Fig. 6 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in einem seitlichen Schnitt.

In der Zeichnung, insbesondere in Fig. 1_r ist eine Brennkammer 36 eines Ofens gezeigt, der entsprechend der üblichen Ofenbaupraxis aufgebaut ist und Seitenwände sovjie einen Boden aufweist, die nicht gezeigt

•5 sind. Mehrere Reihen von in den Seitenwänden des Ofens angeordneten Strahlungsbrennern können den Ofen auf Reaktionstemperatur erhitzen, wobei die Verbrennungs- [

produkte aus der Ofenkammer über eine übliche Auslaß-- j

öffnung in einen Schornstein abgezogen werden können, \

on j

oder die Heizvorrichtung kann in der Mitte in einem

kreisförmigen quergeteilten Ofen angeordnet werden, j

wobei sie radial nach außen gerichtet ist. Es ist er- i

sichtlich, daß sich ein Katalysatorrohr 2 vertikal '·

durch das Ofendach erstreckt. Das Ofendach besteht aus i einem Plattformrost 8, das mittels eines Dachbodenrahmens 10 im Abstand■über einer Isolierung 14 des Daches angeordnet ist. Es ist verständlich, daß die Katalysatorrohre 2 in einer Reihe durch den Ofen im wesentlichen in der Mitte zwischen den Seiten-

wänden senkrecht angeordnet werden können, in denen die Brenner angebracht sind. Die Katalysatorrohre 2 können, wie Fig. 2 zeigt, hintereinander angebracht sein, oder sie können gegeneinander versetzt oder zickzack-förmig angeordnet sein, wie Fig. 5 zeigt.

Aus Fig= 1 ist auch ein Rohr 4 zu ersehen, durch das die gewünschten Verbrennungshilfsstoffe in das Katalysatorrohr 2 eingeführt werden können» Es ist zu verstehen, daß die Zahl der verwendeten Katalysatorrohre 2 von der Größe der Einrichtung abhängt. Typischer·= weise werden in ä&s, Katalysatorrohr 2 Methan, das gewöhnlich in Form von Naturgas vorliegt, und Dampf über das mit dem EinlaB verbundene Rohr 4 zugeführt» Das

-_n Katalysatorrohr selbst kann mit einem Katalysator, gewöhnlich nickeloxid in Teilchen gefüllt sein, wie es in der US-PS 3 656 913 beschrieben ist, auf deren Beschreibung hier ausdrücklich Bezug genommen wird= Mi oberen Ende des Katalysatorrohres 2 sind Ansätze

,ε vorgesehen, die in typischer Weise eine Verbindung zwischen einem Gegengewicht oder dergl- und dem Katalysatorrohr 2 herstellen, damit eine aufwärts gerichtete Vorspannkraft auf das Katalysatorrohr 2 ausgeübt werden kann, um eine thermische Ausdehnung und Zusammenziehung

2Q des Rohres 2 auszugleichen.

Es ist zu bemerken, daß die Isolierung 14 des Ofendachs, die unterhalb der Dachplatte 12 angeordnet ist, aus geeignetem feuerfestem Material besteht, damit sie den hohen Temperaturen gewachsen ist, die innerhalb der Brennkammer 36 i-jährend des normalen Betriebs vorhanden sind. Von dem Plattformrost 8 hängen Tragarme 22 für Rohrbleche herab, die mit Tragorganen 23 verbunden sind» Der untere Teil des Tragarms 22 besteht aus einem Flansch 22 (a), der als Tragkonstruktion dient,-auf welcher eine Rohrplatte 16 ruht. In Fig„ 1 liegen auf der Rohrplatte 16 Isolierdecken 18, 20 aus faserigem Isoliermaterial» Grundsätzlich ist das Isoliermaterial auf denselben Umriß wie die Rohrplatte 16 geschnitten, aber in seinen gesamten Breiten- und Längenabmessungen etwas größer, damit ihre Berührung mit der Isolierung auf den benachbarten Rohrplatten und Dachkanälen gewährleistet ist, welche die Brenn-

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kammeröffnung für die Katalysatorrohre bilden. Außerdem ist das Isoliermaterial so 'zugeschnitten, daß eine direkte Berührung mit den Rohren gewährleistet ist. Das Isoliermaterial hat eine Dicke von mindestens 10,16 cm für verhältnismässig heiße Brennkammerkonstruktionen, wobei Temperaturen von bis zu 1177 C üblich sind. Wenn Temperaturen von unter etwa 1010 C innerhalb _in der Brennkammer aufrechterhalten werden, können dünnere Isolierdecken 18, 20 vorgesehen werden.

Es ist ersichtlich, daß die Isolierdecken 18, 20 durch Niederhalter 26 zurückgehalten werden, die an den Rohr-,r platten-Tragarmen 22 auf und ab gleiten können. An den Rohrplatten-Tragarmen 22 sind Anschlagnasen 24 angebracht, die die senkrechte Aufwärtsbewegung der Rohrplatte 16 begrenzen, welche auftreten kann, wenn das Katalysatorrohr während des Betriebs sich biegt oder krümmt.

Es ist daher aus Fig. 1 ersichtlich, daß die Rohrplatte 16 eine Dichtung bildet, um eine Verbindung zwischen den Umweltbedingungen und denjenigen zu verhindern, die innerhalb der Brennkammer 36 existieren. Indessen ist eine senkrechte Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Katalysatorrohres 2 aufgrund der Abmessung der Durchbrechungen in der Rohrplatte 16 zulässig, durch die sich das Katalysatorrohr 2 erstreckt. Zur gleichen Zeit jedoch können sich die Rohrplatte 16 und die faserförmigen Isolierdecken 18, 20 bis zu einer bestimmten Grenze senkrecht aufwärts und abwärts bewegen, wenn das Rohr 2 sich während des Betriebs biegt oder krümmt, um die Aufwärts- und Abwärtsbewegung der gekrümmten oder gebogenen Rohre auszugleichen.

Gemäß Fig. 2 sind die Katalysatorrohre 2 in einer Reihe hintereinander angeordnet. Hier ist der zwischen den

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sich gegenüberliegenden Plattformrosten 8 vorhandene Kanal deutlich zu sehen. In dieser Fig. wurden die Isolierdecken 18 und 20 für das klarere Verständnis der Erfindung weggelassen. Es ist hier anzumerken, daß, falls die Rohrplatte 16 weggenommen oder ersetzt werden soll, die Bedienungsperson einfach die Bohrplatte 16 bis in eine senkrechte Lage kippen, dieselbe wegnehmen und durch eine neue Rohrplatte 16 ersetzen kann. Hierin liegt ein scharfer Gegensatz zu vielen bekannten Vorrichtungen, bei denen benachbarte Rohre 2 und dafür vorgesehene Tragkonstruktionen entfernt werden müssen, bevor eine Reparatur oder ein Er- j

satz der Rohrplatte 16 möglich ist. Ferner kann j

in solchen Fällen, in denen die Isolierung nur an ■

der Dachseite der Rohrplatte 16 vorgesehen ist, j

wie sie in den Fig. 1, 2., 6 gezeigt ist, die Re- j

paratur und/oder der Ersatz der Rohrplatte 16 selbst dann vorgenommen werden, wenn der Ofen in Betrieb ist. ■ \

In den Fig. 3 und 3(a) ist der Rohrplatten-Tragarm 22 gezeigt, der gemäß der Erfindung verwendet wird. Der Tragarm 22 selbst hat im wesentlichen-eine L-Form, wie die Seitenansicht gemäß Fig= 3 zeigt/ in der eine Änschlagnase 24 von dem längeren Schenkel des "L" vorragt. Der Flansch 22 (a) ist am 2Q unteren Ende des Rohrplatten-Tragarms 22 vorgesehen und bildet ein Lager, auf dem die Rohrplatte 16 ruht.

In Fig. 4 ist eine andere Ausfuhrungsform gezeigt, oc bei der eine Isolierung 28 unter der Rohrplatte 1.6 liegt und eine aus Fasermaterial bestehende Isolieräecke 18 über der Rohrplatte 16 vorgesehen ist.

In Fig. 5 ist eine versetzte oder Zickzack-Anordnung der Katalysatorrohre 2 gezeigt, und zwar c in Kombination mit einer geeigneten Anordnung für die Rohrplatten 16. Hier ist ersichtlich, daß jedes Katalysatorrohr 2 von einem Paar benachbarter Rohrplatten 16, 16 umgeben ist, die zusammen, in Kombination mit beigefügter Isolierung im wesentli-

IQ . chen den Luftdurchtritt durch die Dachöffnungen oder -Kanäle auf ein Minimum reduziert. In dieser Fig. ist leicht zu sehen, daß der Ersatz einer Rohrplatte 16 dadurch bewirkt werden kann, daß zunächst eine Rohrplatte 16 senkrecht geneigt und

ig dann entfernt wird, ohne daß gleichzeitig benachbarte Katalysatorrohre 2 und/oder ihre Tragkonstruktion entfernt werden müssen.

In Fig. 6 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt.Hier ist das Katalysatorrohr 2 von einer ringförmigen Isolierhülse 30 umgeben. Ferner ist um das Rohr 2 eine innere ringförmige Isolierschicht 32 herumgewickelt und auf .dem Rohr mittels eines Bandes 34 festgehalten. Die Isolier-. hülse 30 ist mit der Dachkonstruktion mittels Haltedrähten 34 (a) und 34 (b) verbunden,, die zusammen dazu dienen, eine einwandfreie axiale Ausrichtung der Isolierhülse 30 gegenüber dem Katalysatorrohr 2 zu gewährleisten. Außerdem ist auf der Rohrplatte 16 eine einzige Isolierdecke 18 vorgesehen. Wie bei allen Ausführungsformen der Erfindung ist die Rohrplatte 16 innerhalb einer Wegstrecke aufwärts und abwärts schwimmend angeordnet, die durch die Lage der Anschlagnase 24 an dem Rohrplatten-Tragarm 22 bestimmt ist. Selbstverständlich bewegt sich auch die Isolierhülse 30 mit der schwimmenden Rohrplatte 16 aufwärts und abwärts, wobei die einwandfreie axiale Ausrichtung der Isolierhülse 30 durch die

Haltedrähte 34 (a) und 34(b) sichergestellt wird-

Es ist somit ersichtlich, daß die vorliegende Er-5

findung eine senkrechte Aufwärts™ und Abwärtsbewegung senkrecht ausgerichteter Rohre in einem Ofen selbst dann ermöglicht, wenn diese Rohre sich während des Betriebes verbiegen oder verkrümmen. Ferner ist er™ sichtlich, daß die Bohrplatten gemlß der Erfindung ohne weiteres sofort repariert oder ersetzt werden können, ohne daß benachbarte Bohre und/oder Tragkonstruktionen entfernt werden müssen. Obwohl die Erfindung unter spezieller Bezugnahme auf einen kata- ^- lytischen Reformierungsofen beschrieben wurde, ist sie auch bei öfen beliebiger Bauart anwendbar, bei denen Rohre senkrecht angeordnet sind und sich durch einen Teil der Dachkonstruktion des Ofens erstrecken.

„₀ Für den Fachmann ist es selbstverständlich, daß Abänderungen an den beschriebenen Ausführungsformen ohne Abweichung von der Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen umrissen ist, möglich sind, und daß in gewissen Fällen einige Merkmale der Erfindung ohne

«ε eine entsprechende Verwendung anderer Merkmale benutzt werden können. Alle solche äquivalente Merkmale sollen durch den Schutsümfang der Patentansprüche abgedeckt

Leerseite

Claims

DIPL.-ING. HANS W. GHOENING

PATENTANWALT

SELAS Corporation of America

Dresner, Pa. 19025

USA

Röhrenofen

Patentansprüche

*■ Röhrenofen, bestehend aus einer geschlossenen Brennkammer (36) mit einem Dach, mehreren innerhalb der Brennkammer (36) senkrecht angeordneten Rohren (2), deren obere Enden sich durch mehrere öffnungen in dem Dach erstrecken,, dadurch gekennzeichnet , daß schwimmende Rohrbleche die Rohre (2) in der Nähe der öffnungen umgeben und eine senkrechte Ausdehnung und Zusammenziehung der Rohre (2) ermöglichen und daß zum Ausgleich der Aufwärts- und Abwärtsbewegung gekrümmter oder gebogener Rohre (2) die schwimmenden Rohrbleche über eine begrenzte Wegstracke senkrecht aufwärts und abwärts beweglich gelagert sind»

2- Röhrenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tragarm (22) für die Rohrbleche an dem Dach befestigt

Λ . SOOO MÜNCHEN 88 · POB 800340 · KABSI,: IWEXXreATEXT · TEI.. ("SO· 471078 · ΤΕΪ.ΕΧ 3-32S58

ist und eine Befestigungsstütze für die schwimmenden Rohrbleche bildet.

3. Röhrenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (22) aus einem Flansch (22a> besteht, auf den die schwimmenden Rohrbleche auflegbar sind.

4. Röhrenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anschlagvorrichtung {Anschlagnasen 24} betriebsmäßig mit den schwimmenden Rohrblechen zur Begrenzung der senkrechten Aufwärtsbewegung derselben zusammenwirkt.

5. Röhrenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine faserige Isolierdecke (18) auf jedem schwimmenden Rohrblech aufliegt.

6. Röhrenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine faserige Isolierdecke(28) unter jedem schwimmenden Rohrblech angeordnet ist.

7. Röhrenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rohrisolierung das Rohr (2) oberhalb der schwimmenden Rohrbleche koaxial umgibt und durch eine Befestigungsvorrichtung mit dem Dach zur Gewährleistung einer einwandfreien axialen Ausrichtung der Rohrisolierung gegenüber den Rohren (2) verbunden ist.

8. Röhrenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (22) in Seitenansicht L-förmig ist, wobei der waagerechte Schenkel des L-förmigen Trag-

arms zur Abstützung des schwimmenden Rohrblechs dient,

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9. Röhrenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Paar Rohrplatten (16) vorgesehen ist, das zusammen jedes Rohr (2) nahe einer der Öffnungen umgibt, wobei jede Rohrplatte ohne gleichzeitiges Entfernen eines benachbarten Rohres wegnehmbar ist.

10. Röhrenofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrplatten (16) an dem Dach schwimmend befestigt sind und eine senkrechte Ausdehnung und Zusammenziehung der Rohre (2) ermöglichen, sowie über eine begrenzte Wegstrecke senkrecht aufwärts und abwaxes schwimmend angeordnet, sind.

11. Röhrenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohrplatten-Tragarm (22) an dem Dach befestigt ist und zur Abstützung der Rohrplatten (16) dient.

12. Röhrenofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (22) einen Flansch (22a) aufweist, auf dem die Rohrplatte (16) aufruht.

13. Röhrenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Begrenzungsvorrichtung betriebsmäßig mit den Rohrplatten (16) zur Begrenzung der senkrechten Aufwärtsbewegung derselben zusammenwirkt.

"* 14. Röhrenofen nach ,Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine faserige Isolierdecke (18) auf jeder Rohrplatte (16) aufliegt.

15. Röhrenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß eine faserige Isolierdecke (28) unterhalb jeder Rohrplatte (16) angeordnet ist.

16. Röhrenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rohrisolierung das Rohr (2) oberhalb der Rohrplatte (16) koaxial umgibt und durch eine Verbindungsvorrichtung mit dem Dach zur Gewährleistung einer einwandfreien axialen Ausrichtung der Rohriso— lierung um das Rohr (2) herum verbunden ist.

17. Röhrenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schwimmenden Rohrbleche aus Rohrplatten (16) bestehen, wobei mindestens ein Paar der Rohrplatten (16) jedes Rohr (2) in der Nähe einer der Öffnungen umgibt und jede Rohrplatte (16) ohne gleichzeitiges Entfernen eines benachbarten Rohres wegnehmbar ist.