DE3347083A1 - Immersion heating surfaces for a fluidised-bed furnace - Google Patents
Immersion heating surfaces for a fluidised-bed furnaceInfo
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Abstract
Description
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33470333347033
Krefeld, den 22.12.1983 973-Pat-TH/Kü - V 83/Oi:Krefeld, December 22nd, 1983 973-Pat-TH / Kü - V 83 / Oi:
VEREINIGTE KESSELWERKE AG
HOOO DüsseldorfUNITED KESSELWERKE AG
HOOO Düsseldorf
Die Erfindung betrifft Tauchheizflächen gemäß dem Oberbegriff das Patentanspruchs 1.The invention relates to immersion heating surfaces according to the preamble claim 1.
Als Tauchheizflächen werden bei Wirbelschichtfeuerungen die in ( der Wirbelschicht angeordneten, aus Rohren aufgebauten Wärmetauscher bezeichnet. Durch diese Rohre fließt ein Kühlmedium - > üblicherweise Wasser bzw. Dampf -, so wird ein Teil der Verbrennungswärme direkt aus der Wirbelschicht abgeführt. Die Anordnung von Wärmetauscherflächen innerhalb der Wirbeilschicht ist notwendig, wenn die Verbrennungstemperatur auf eiriem vorteilhaft niedrigen Niveau, etwa weniger als 9000C, gehalten ' werden soll.In fluidized bed furnaces, immersion heating surfaces are the heat exchangers made up of pipes and arranged in the fluidized bed. A cooling medium -> usually water or steam - flows through these pipes, so part of the combustion heat is dissipated directly from the fluidized bed. The arrangement of heat exchanger surfaces within the Wirbeilschicht is necessary if the combustion temperature to eiriem advantageously low level, for example less than 900 0 C to 'be maintained.
Durch ihre Anordnung innerhalb der Wirbelschicht sind die als Tauchheizflachen eingesetzten Wärmetauscherrohre sehr starken ;.' Erosionskräften durch das wirbelnde Bettmaterial ausgesetzt. Sie verschleißen schnell, dies zwingt zu kostenintensiven Reparaturmaßnahmen, während denen die Wirbelschichtfeiierung .. still steht. ■ :■■ Due to their arrangement within the fluidized bed, the heat exchanger tubes used as immersion heating surfaces are very strong. ' Exposed to the forces of erosion from the swirling bed material. They wear out quickly, which forces costly repair measures to be carried out, during which the fluidized bed .. stands still. ■ : ■■
;■ Es ist. versucht worden, den Verschleiß durch geschickte Anordnung der Rohre in der Wirbelschicht zu verringern. In dem Status-Report "TUBE BANK C - METAL WASTAGE" der NCB (IEA B GRIMETHORPE) LTD. vom November 1982 werden gattungsgemäße S Tauchheizflächen beschrieben. Die einzelnen Rohre laufen über- Π und nebeneinander waagrecht durch die Wirbelschicht (Figur 1, < ; ■ It is. Attempts have been made to reduce wear by cleverly arranging the tubes in the fluidized bed. In the status report "TUBE BANK C - METAL WASTAGE" of the NCB (IEA B GRIMETHORPE) LTD. from November 1982 generic S immersion heating surfaces are described. The individual pipes run over Π and side by side horizontally through the fluidized bed (Figure 1, <
2, 7)« Der horizontale und vertikale Abstand der Rohre voneinander wird variiert, um die verschleißgünstigste Anordnung herauszufinden.2, 7) «The horizontal and vertical spacing of the pipes from one another is varied in order to achieve the most wear-resistant Figuring out arrangement.
Weiterhin wurde versucht, die einzelnen Rohre durch Aufschweißen von Strömungsbrechern, wie Stifte, Rippen, Kugeln etc. gegen die Erosion zu schützen. Roh?e mit diesen Merkmalen! werden z.B. in "Power", März 1983, Figur. 3, Seite 60 gezeigt. Ebenfalls wurde die Beschichtung der Rohroberfläche durch besonders widerstandsfähige Materialien versucht.Attempts have also been made to weld the individual tubes by welding on flow breakers such as pins, ribs and balls etc. to protect against erosion. Raw with these characteristics! are e.g. in "Power", March 1983, fig. 3, page 60. The coating of the pipe surface was also carried out tried particularly resistant materials.
Durch diese Maßnahmen konnten die Erosionen zwar reduziert werden, die Standzeiten der Tauchheizflächen sind jedoch immer noch nicht zufriedenstellend. Darüber hinaus ist das Auswechsein der verschlissenen Einzelrohre aufwendig und langwierig.Through these measures, the erosion could be reduced, but the downtimes of the immersion heating surfaces are always not yet satisfactory. In addition, the substitution is the worn out individual tubes costly and tedious.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch Instandsetzungs- und Wartungsarbeiten an den Tauchheizflächen verursachten Stillstandszeiten einer Wirbelschichtfeuerung zu verkürzen.The invention is based on the object of repairing and maintenance work on the immersion heating surfaces caused downtimes of a fluidized bed furnace shorten.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing features of claim 1.
Die Rohre mit den erfindungsgemäßen Merkmalen sind Sowohl geringeren Erosionskräften ausgesetzt, als auch besser gegen diese geschützt.The tubes with the features of the invention are both exposed to lower erosion forces, as well as better against this protected.
Die Tauchheizflächen gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 sind besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Vierkantrohre lassen sich einfach zu Rohrschotten mit ebenen seitlichen Wänden verbinden. Rohrwände aus Rohren, die mit Stegen miteinander verbunden sind - z.B. Membran- bzw. Flossenrohrwände, haben sich, insbesondere bestiftet und bestampft, als robustes und kostengünstiges Bauelement im Feuerungsbau bewährt.The immersion heating surfaces according to claims 2 to 4 are special advantageous embodiment of the invention. Square tubes can be easily converted into tube bulkheads with flat sides Connect walls. Tube walls made of tubes that are connected to one another with bars - e.g. membrane or fin tube walls, have proven themselves, especially pinned and tamped, as a robust and cost-effective component in furnace construction.
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Die Ausführungsform gemäß Anspruch 5 1st zusätzlich in der Lage, unterschiedliche Wärmeausdehnungen in den einzelnen Rohren eines Rohrschotts, wie sie z.B. bei der Verwandung als überhitzer auftreten können, ohne Schädigung zu tolerieren.The embodiment according to claim 5 is additionally in the Able to have different thermal expansions in each Pipes of a pipe bulkhead, as they can occur, for example, when used as superheaters, without tolerating damage.
Die Wärmetauscherrohre mit den Merkmalen_der Patentansprüche bis 8 haben besonders lange Standzeiten. Sie werden deshalb vorzusgweise als unterste Rohre eines Rohrschotts eingesetzt. Das Wärmetauscherrohr gemäß Anspruch 8 ist eine bevorzugte •10 Ausführungsform, da es sich überraschenderweise als besonders widerstandsfähig gegen Erosionen gezeigt.hat.The heat exchanger tubes with the features of the claims up to 8 have a particularly long service life. They are therefore preferably used as the lowest pipes in a pipe bulkhead. The heat exchanger tube according to claim 8 is a preferred • 10 embodiment, since it surprisingly turns out to be special has shown resistance to erosion.
Bei der Wirbelschichtfeuerung gemäß "Anspruch 9 lassen sich die Rohrschotten einfach und schnell aus dem Feuerraum herausziehen und wieder einschieben. Dies führt zu einer weiteren Verkürzung der Stillstandszeiten der Wirbelschichtfeuerung.In the fluidized bed combustion according to "claim 9, the Pull pipe bulkheads out of the combustion chamber quickly and easily and push them back in. This leads to a further shortening the downtimes of the fluidized bed furnace.
Die Zeichnungen dienen der Erläuterung der Erfindung anhand vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiele. 20The drawings serve to explain the invention on the basis of exemplary embodiments shown in simplified form. 20th
Figur 1 zeigt grob schematisch einen Schnitt durch eineFigure 1 shows roughly schematically a section through a
stationäre Wirbelschichtfeuerung mit den erfindungsgemäßen Rohrschotts.stationary fluidized bed combustion with the pipe bulkheads according to the invention.
Figur 2 zeigt zwei Ausführungsformen eines Rohrschotts gemäßFigure 2 shows two embodiments of a pipe bulkhead according to
Anspruch 2.Claim 2.
Figur 3 zeigt den Querschnitt durch einen Rohrschott gemäßFigure 3 shows the cross section through a pipe bulkhead according to
Anspruch i|.
30Claim i |.
30th
Figur 4 zeigt die Querschnitte durch drei AusführungsformenFigure 4 shows the cross sections through three embodiments
gemäß Anspruch 5.according to claim 5.
Figur 5 zeigt den Querschnitt durch drei Ausführungsformen von geschützten Einzelrohren nach Anspruch 6.FIG. 5 shows the cross section through three embodiments of protected individual pipes according to claim 6.
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Figur 6 zeigt vereinfacht einen Querschnitt durch eine Wirbelschichtfeuerung gemäß Anspruch 9·FIG. 6 shows a simplified cross section through a fluidized bed furnace according to claim 9
Figur 7 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A von Figur 6.FIG. 7 shows a section along the line A-A of FIG.
Ein Feuerraum 1 einer Wirbelschichtfeuerung wird seitlich von gekühlten, gasdichten Wänden 2 begrenzt. Nach unten ist er über einen Düsenboden 3 gegen eine Luftkammer 4 mit einer Druckluftversorgung abgeschlossen (Figur 1). Bei ein«:!:· stationären Wirbelschicht reicht das Wirbelbett 5 - d*r Bereich mit fluidisiertem Verbrennungsmaterial - bis zu einer bestimmten Höhe, der Raum oberhalb· des Wirbelbettes viird als Freiraum 6 bezeichnet.A furnace 1 of a fluidized bed furnace is laterally bounded by cooled, gas-tight walls 2. Down he is via a nozzle bottom 3 against an air chamber 4 with a Compressed air supply completed (Figure 1). At a":!:· stationary fluidized bed is enough the fluidized bed 5 - d * r area with fluidized combustion material - up to a certain height, the space above the fluidized bed is called Designated free space 6.
In das Wirbelbett sind Wärmetauscher in Form von waagrechten, brettartigen und hochkant stehenden Rohrschotts 7 eingetaucht. Jedes Rohrschott 7 baut sich aus mindestens zwei waagrechten, senkrecht übereinander angeordneten Einzelrohren 8 auf. Der Zwischenraum zwischen den Rohren ist im wesentlichen durch an den Rohren befestigte Seltenteile mit senkrechten Seitenflächen 9 abgedeckt. Im vorliegenden Beispiel verlaufen die Rohre 8 waagrecht, bei Verwendung als Verdampferrohre in einem Naturumlaufkessel werden die Rohre 8 leicht geneigt (weniger als 20°) angeordnet, um ein Aufsteigen der Dampfblasen zu ermöglichen. Die in dem Wirbelbett 5 eingetauchte Wärmetauscher werden als Tauchheizflächen bezeichnet. Die Rohre 8 eines jeden Rohrschotts 7 reichen durch eine abgedichtete öffnung 10 in der Feuerraumwand 2 bis außerhalb des Feuerraums 1 und sind c?ort an Ein- und Austrittssammler 11 angeschlossen.Heat exchangers in the form of horizontal, Board-like and upright pipe bulkhead 7 is immersed. Each pipe bulkhead 7 is made up of at least two horizontal, individual tubes 8 arranged vertically one above the other. The space between the tubes is essentially through Rare parts attached to the pipes are covered with vertical side surfaces 9. In the present example, the Tubes 8 horizontal, when used as evaporator tubes in one In natural circulation boilers, the pipes 8 are inclined slightly (less than 20 °) to allow the vapor bubbles to rise. The heat exchanger immersed in the fluidized bed 5 are referred to as immersion heating surfaces. The pipes 8 of each pipe bulkhead 7 extend through a sealed one Opening 10 in the combustion chamber wall 2 to outside of the combustion chamber 1 and are directly connected to the inlet and outlet collector 11.
Die öffnungen 10 sind auf den Querschnitt der Rohrschotts 7 angepaßt und mit lösbaren Flanschverbindungen 12. versehen. Durch diese öffnungen 10 können die Rohrschotts 7, einzeln oder auch in Gruppen zusammengefaßt, in den Feuerraum 1 eingeschoben werden.The openings 10 are on the cross section of the pipe bulkheads 7 adapted and provided with detachable flange connections 12.. Through these openings 10, the pipe bulkheads 7 can be individually or also combined in groups, pushed into the combustion chamber 1 will.
I · · Il IMI ;" ·.I · · Il IMI; "·.
An der den Öffnungen 10 gegenüberliegenden Feuerrauminnenwand 2.1 befinden sich Halterungen 13 für das Kopfende 7·1 des Rohrschotts 7. Die Halterungen 13 sind in ihren, dem Feuerraum 1 zugewandten Seiten mit öffnungen 14 versehen, die das Kopf-. ende 7.1 eines Rohrschotts 7 aufnehmen und halten. Zur Abstützung sind die Rohrschotts 7 zusätzlich durch weitere Halterungen 15 geführt, die in etwa in der Mitte des Feuerraums stehen. . .On the inner wall of the furnace opposite the openings 10 2.1 there are brackets 13 for the head end 7 · 1 of the pipe bulkhead 7. The brackets 13 are in their, the combustion chamber 1 facing sides provided with openings 14 that the head. 7.1 end of a pipe bulkhead 7 pick up and hold. For support the pipe bulkheads 7 are additionally guided through further brackets 15 which are approximately in the middle of the combustion chamber. . .
Außerhalb des Feuerraums 1 sind die Rohre 8 eines Rohrschotts 7 lösbar an gemeinsamen Ein- und Austrittssammlern 11 angeschlossen. Es ist vorteilhaft, mehrere neben- oder überelnanderliegende Rohrschotten 7 zu kompletten Tauchheizflächeneinheiten zusammenzufassen. Dies erfolgt, indem die Rohre 8 von verschiedenen Rohrschotten 7 außerhalb des Feuerraums fest mit einem gemeinsamen Austritts- und Eintrittssammler 11 verbunden sind.Outside the furnace 1, the pipes 8 of a pipe bulkhead 7 are detachably connected to common inlet and outlet headers 11. It is advantageous to have a plurality of pipe bulkheads 7 lying next to or on top of one another to form complete immersion heating surface units summarize. This is done in that the pipes 8 of various pipe bulkheads 7 outside the furnace are firmly attached to it a common outlet and inlet collector 11 are connected.
Ein Rohrschott 7 baut sich aus mindestens zwei, im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier waagrechten, parallelen und senkrecht übereinanderliegenden Rohren 8 auf. Die senkrechten Seitenflächen 9 eines jeden Rohrschotts 7 sind vorzugsweise glatt. Es ist vorteilhaft, die Rohrschotts 7 aus in Haarnadelform gebogenen Rohren 8 durch übereinander- oder Ineinanderschachteln aufzubauen.A pipe bulkhead 7 is made up of at least two, in the present exemplary embodiment four horizontal, parallel and vertical superimposed tubes 8 on. The vertical side surfaces 9 of each pipe bulkhead 7 are preferred smooth. It is advantageous to have the pipe bulkhead 7 made in a hairpin shape bent tubes 8 by nesting one on top of the other or one inside the other build up.
In der Ausführungsform nach Figur 2 ist ein Rohrschott 7 aus vier Vierkantrohren 8.1 zusammengeschweißt. Ebenso ist es möglich, die Vierkantrohte 8.1 übereinander zusammenzuklammern.In the embodiment according to Figure 2, a pipe bulkhead 7 is made four square tubes 8.1 welded together. It is also possible to clip the square rods 8.1 on top of each other.
In dieser vorteilhaften Ausführungform entstehen die glatten, ebenen Seitenflächen 9 des Rohrschotts 7 beim Zusammenfügen der Einzelrohre 8.1 von selbst. Als Vierkantrohre 8.1. können gezogene oder gewalzte Profilrohre eingesetzt sein, ebenso ist die Verwendung von Vierkantgußrohren oder von in ein Vierkantprofil eingegossenen Kesselrohren möglich.In this advantageous embodiment, the smooth, flat side surfaces 9 of the pipe bulkhead 7 when joining the single tubes 8.1 by itself. As square tubes 8.1. drawn or rolled profile tubes can be used, as is the use of square cast pipes or in a square profile cast boiler tubes possible.
In der Ausführung nach Abbildung 3 wird die brettartige Form eines Rohrschotts 7 erreicht, indem waagrecht verlaufende, senkrecht überein&nderllegende Rohre 8 . über senkrecht stehende Stege (bzw. Flossen) 16 zusammengeschweißt und zusätzlich bestiftet und mit erosionsbeständigem Material beslampft werden.'Dabei wird die Bestampi'ung 17 so gestaltet, daß ebene, glatte und senkrechte Seitenflächen 9 der Rohrschotts 7 entstehen. In the version according to Figure 3, the board-like shape a pipe bulkhead 7 achieved by horizontally extending pipes 8. over vertical Bars (or fins) 16 welded together and in addition pinned and steamed with erosion-resistant material The tamping 17 is designed in such a way that even, smooth and vertical side surfaces 9 of the pipe bulkhead 7 arise.
Die eben beschriebenen Ausführurigsfornien (Figur 2 und 3) sindThe embodiments just described (Figures 2 and 3) are
vorzugsweise zum Einsatz als Verdampferheizflachen bestimmt, • da sie unterschiedliche WärmeausDehnungen von Rohren 8 innerhalb eines Rohrschotts 7 nur wenig ausgleichen können.preferably intended for use as evaporator heating surfaces, • because they have different thermal expansions of tubes 8 within a pipe bulkhead 7 can only compensate a little.
Die Rohrschotten 7 nach Abbildung 4 bauen sich aus waagrechten, genau übereinanderliegenden Einzelrohren 8 auf, die nicht fest miteinander verbunden sind. Die ebenen, senkrechten Seitenflächen 9 werden von den Flossen 16 an den Einzelrohren 8 gebildet. Sie sind an beiden Seiten jedes Rohres senkrecht angeschweißt. Die Flossen 16 können dabei - jeweils an der Mitte der Rohrseiten angeschweißt - den Umfang der einzelnen Rohre 8 sowohl nach oben, als auch nach unten überragen« Ebenso ist ein gleichzeitiges Abschließen eben und unten mit dem Rohrumfang möglich. Der Abstand der Rohre 8 mit angeschweißten Flossen 16 wird durch Halterungen so fixiert, daß jeweils ein Spalt zwischen zwei übereinanderliegenden Flossen 16 entsteht, der mindestens den maximalen Unterschieden in den Wärmeausdehnungen zwischen zwei Rohren 8 eines Kohrschotts 7 entspricht.The pipe bulkheads 7 according to Figure 4 are made up of horizontal, exactly one on top of the other individual pipes 8, which are not are firmly connected to each other. The flat, vertical side surfaces 9 are of the fins 16 on the individual tubes 8 formed. They are welded vertically on both sides of each pipe. The fins 16 can - each on the Welded in the middle of the tube sides - protrude beyond the circumference of the individual tubes 8 both upwards and downwards « It is also possible to close the pipe at the same time, evenly and at the bottom. The distance between the pipes 8 with welded Fins 16 is fixed by brackets so that there is a gap between two superimposed fins 16 arises, which at least the maximum differences in the thermal expansions between two pipes 8 of a Kohrschotts 7 is equivalent to.
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In dem beschriebenen Rohrschott 7 nach Abbildung 4 können die untersten Rohi«e 8.2 mit einem zusätzlichen Schutz versehen sein (Abbildung 5). Der zusätzliche Schutz besteht aus einem Verschleißteil, das an der Unterseite der Rohre 8.2 befestigt ist und diese abdeckt. Daeu weisen die Rohre 8.2 an jeder Seite senkrechte, nach unten über den Umfang herausragende Flossen 16 auf. Das Verschleißteil befindet sich in dem Zwischenraum, der von den beiden Flossen 16 und der Unterseite des Rohres 8.2 gebildet wird. Nach einer Ausführungsform der ' Erfindung ist auf der Unterseite des Rohres eine Auftragsschweißung 18 angebracht. Nach einer anderen Ausführungsform ist die Unterseite des Rohres 8.2 zusätzlich bestiftet und der Zwischenraum mit einem erosionsbeständigen Keramikmaterial 19 ausgefüllt. Bei einer dritten Ausführungsform erfolgt die Abdeckung der Unterseite des Rohres 8.2 mit einem län,:;s des Rohres verlaufenden Profilstab 20, der - z.B. über Bolzen 21 im Zwischenraum an den überragenden Flossen 16 befestigt ist. Der Profilstab 20 läßt sich, wenn ein bestimmter Verschleiß erreicht ist, einfach austauschen.In the described pipe bulkhead 7 according to Figure 4, the lowest tubes 8.2 can be provided with additional protection (Figure 5). The additional protection consists of a wear part that is attached to the underside of the pipes 8.2 and covers them. There the tubes 8.2 have on each side vertical fins 16 protruding downward over the circumference. The wear part is located in the space formed by the two fins 16 and the underside of the tube 8.2. According to one embodiment of the invention, a build-up weld 18 is applied to the underside of the pipe. According to another embodiment, the underside of the tube 8.2 is additionally pinned and the space between them is filled with an erosion-resistant ceramic material 19. S of the tube extending profile bar 20, which - for example is fastened by bolts 21 in the intermediate space, with the bright fins 16;: In a third embodiment, the cover of the bottom of the tube is carried out with a 8.2 Lan. The profile bar 20 can be easily exchanged when a certain amount of wear has been reached.
Diese erfindungsgemäßen Merkmale zum Schutz von Einzelrohren ist nicht nur auf diese Anwendung beschränkt. Der Schutz läßt sich an Jedem Wärmetauscherrohr anbringen, z.B. auch an den Einzelrohren der Tauchheizflächen nach dem Stand der Technik, die nicht zu Rohrschotten zusammengefaßt sind. Ebenso· läßt sich dieser Erosionsschutz an den untersten Rohren 8.2 der Rohrschotöen 7 nach Pa.entanspruch 2 bis 4 (Figur 2 und 3) anbringen.These features according to the invention for protecting individual pipes are not limited to this application. The protection leaves attach to each heat exchanger tube, e.g. also to the individual tubes of the immersion heating surfaces according to the state of the art, which are not combined into pipe bulkheads. This erosion protection can also be applied to the lowermost tubes 8.2 of the Rohrschotöen 7 according to claim 2 to 4 (Figures 2 and 3) attach.
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Im Betrieb strömt die Wirbelluft - und damit das I ettmaterial - von unten parallel entlang der Längsseiten der 1 rettartigen Rohrschotten 7. Diese Längsseiten bieten daher kaiim Angriffsflächen für Erosionen. Alle Rohre 8, mit Ausnahme der untersten, liegen im Windschatten. Es wird nur die vom untersten Rohr 8.2 gebildete Schmalseite des Rohrschotts 7 direkt angeströmt. Diese Schmalseite erhält, wie vorhin beschrieben, einen zusätzlichen Erosionsschutz.During operation, the vortex air - and thus the bed material - flows from below in parallel along the long sides of the 1 rett-like Pipe bulkheads 7. These long sides therefore hardly offer attack surfaces for erosions. All tubes 8, with the exception of the lowest, lie in the slipstream. It will only be from the bottom The narrow side of the pipe bulkhead 7 formed by the pipe 8.2 flows directly against it. As previously described, this narrow side receives additional protection against erosion.
Bei Instandsetzungen, Wartungen oder Inspektionen, z.B. zum Auswechseln von-Schleißteiien, lassen'sich die Rohrschotten 7, einzeln oder gemeinsam, einfach aus dem,Feuerraum 1 herausziehen, nachdem die Planschverbindung 12 gelöst ist. Nach Abschluß der Arbeiten werden sie genauso einfach wieder durch Einschieben in die Betriebsstellung gebracht.For repairs, maintenance or inspections, e.g. to replace wearing parts, the pipe bulkheads 7, individually or together, simply pull it out of the combustion chamber 1, after the splash connection 12 is released. After the work is done, it is just as easy to go through again Push in brought into the operating position.
Claims (8)
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dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (8) in Rdhrschottenarranged pipes,
characterized in that the tubes (8) in Rdhrschotten
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