CH663656A5

CH663656A5 - Wandelement fuer schmelzkammerfeuerung.

Info

Publication number: CH663656A5
Application number: CH285384A
Authority: CH
Inventors: Sepp Zeug
Original assignee: Ffs Feuerfeste Systeme Holding
Priority date: 1983-08-05
Filing date: 1984-06-13
Publication date: 1987-12-31
Also published as: DE3328313A1

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Wandelement für Schmelzkammerfeuerungen, besonders für die Verbrennung von Schadstoffen.

Zur Vernichtung von Schadstoffen durch Verbrennung verwendete Feuerungsanlagen sind im allgemeinen grösseren Belastungen ausgesetzt, da zur vollständigen Verbrennung besonders von Chemieabfällen oftmals hohe Temperaturen nötig sind, Abfälle und beim Verbrennen gebildete intermediäre Produkte, Schlacken und ähnliches häufig korrosiv sind und die Feuerungsanlagen im allgemeinen nicht kontinuierlich betrieben werden können, d.h., durch Temperaturwechsel ausgelöste mechanische Spannungen besonders in der feuerfesten Auskleidung Risse, Abplatzungen u. dgl. bedingen. Einige Feuerfestmaterialien sind vor allem wegen ihrer begrenzten Korrosionsbeständigkeit den Anforderungen nicht gewachsen, andere Materialien, wie die zur Auskleidung bestifteter Rohrflächen in Schmelzkammerkesseln verwendeten, im wesentlichen aus Siliciumcarbid bestehende Massen sind zwar korrosionsbeständig, aber ihre Temperaturwechselbeständigkeit reicht nicht aus. Auskleidungen dieser Art platzen unter der Betriebsweise der Feuerungsanlage häufig von der Trägerfläche ab, die dann der korrosiven Atmosphäre schutzlos ausgesetzt ist. Für vollständig aus Siliciumcarbid bestehende Elemente wie Rohre oder Platten gelten unter diesen Bedingungen grundsätzlich die gleichen Beschränkungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wandelement für eine Feuerungsanlage zu schaffen, das gegen hohe Temperaturen, Temperaturwechsel und korrosive Stoffe beständig ist und einen kleinen Wärmedurchgangskoeffizienten hat. Überraschend wurde gefunden, dass die gute Korrosionsbeständigkeit von siliciumcarbidhaltigen Massen in einem Element genutzt werden kann, das aus einer Kohlenstoffasern enthaltenden flexiblen Trägerschicht und einer mit der Trägerschicht verbundenen siliciumcarbidhaltigen Deckschicht besteht. Die überraschende Beständigkeit des Wandelements ist offenbar darauf zurückzuführen, dass ein Spannungsaufbau in der Deckschicht durch die Flexibilität des Trägers weitgehend verhindert wird, d.h., das gesamte Wandelement verformt sich.

Kohlenstoffasern - unter diesem Begriff werden auch Graphitfasern verstanden - werden u.a. als Auskleidung metallurgischer Öfen verwendet, die im Vakuum oder unter Schutzgas betrieben werden. Da die Fasern unter oxidie-renden Bedingungen nicht beständig sind und die Atmosphäre in der Brennkammer Luft im Überschuss enthält, kann man ausschliesslich aus Kohlenstoffasern bestehende Wandelemente für derartige Feuerungen nicht verwenden. Es ist bekannt, Kohlenstoffasern mit Schichten aus oxida-tionsbeständigen Werkstoffen zu versehen, u.a. auch mit Siliciumcarbid. Nach dem Verfahren der DE-OS 3 130 116 wird beispielsweise die Oberfläche jeder einzelnen Faser mit Siliciumcarbid beschichtet. Haufwerke aus beschichteten Fasern sind porös und eignen sich nicht für Wandelemente von Feuerungsanlagen. Die Porosität derartiger Gebilde kann in bekannter Weise durch Imprägnierung verringert werden, wobei allerdings ihre Flexibilität verloren geht (z.B. DE-OS 1 771 549).

In dem erfindungsgemässen flexiblen Wandelement sind die Trägerschicht bildenden Filamente oder Faserbündel im wesentlichen nicht mit Siliciumcarbid beschichtet. Die silici-umçarbidhaltige Deckschicht liegt vielmehr nur an der äusseren Oberfläche der Trägerschicht an und ist mit dieser eng verzahnt, so dass trotz guter Haftung der Deckschicht die Flexibilität der Trägerschicht nicht beeinträchtigt wird. Alle aus temperaturbeständigen Fasern bestehende Trägerschichten sind für diesen Zweck hinreichend flexibel. Kohlenstoffasern sind jedoch ein vergleichsweise besserer Haftgrund für die siliciumcarbidhaltige Deckschicht und haben vor allem eine wesentlich grössere Wärmeleitfähigkeit als keramische Fasern. Besonders für thermisch hochbelastete Wandelemente ist eine grosse Wärmeleitfähigkeit des Trägers nötig, damit die Deckschicht nicht geschädigt wird. Entsprechend werden Trägerschichten bevorzugt, die ausschliesslich aus Kohlenstoffasern bestehen. Von den verschiedenen textilen Formen des Kohlenstoffs, wie Gewebe, Gewirke, Vliese und Filze sind Filze für die Trägerschicht besonders geeignet, die in der nötigen Dicke gehandelt werden oder mit geringem Aufwand zu einem Träger der nötigen Dicke zusammengefügt werden können. Für sehr hohe Brennkammertemperaturen von etwa 1500 bis 1700°C sollte der Filz zweckmässig aus Graphitfasern bestehen, unterhalb dieser Temperatur genügen in der Regel aus Kohlenstoffasern bestehende Filze.

Die erfindungsgemässe Deckschicht enthält Siliciumcarbid in einem Anteil zwischen etwa 50 und 90%. Bevorzugt wird ein keramisch gebundenes Siliciumcarbid, das in einfacher Weise als plastische Masse auf die Trägerschicht aufgebracht und gesintert werden kann. Die Sinterung wird erleichtert durch Zusätze von Vanadiumverbindungen, die zugleich die Benetzbarkeit der Deckschicht durch Schlacken herabsetzt. Die Dicke der Deckschicht beträgt bevorzugt mehr als 5 mm, da Schichten dieser Dicke hinreichend impermeabel sind und den Kohlenstoff wirksam gegen den Angriff oxidierender Stoffe schützen. Die Trägerschicht erfüllt mit Dicken unter 2 mm ihre Funktion am besten.

Zum Herstellen des flexiblen Wandelements werden flächige Fasergebilde, vorzugsweise ausschliesslich aus Kohlenstoffasern, mit einer plastischen Masse beschichtet, die durch Mischen von Siliciumcarbidpulver, Ton und einer Vanadiumverbindung mit Wasser zubereitet wird. Das Feststoffge-misch enthält zweckmässig 50 bis 90% Siliciumcarbidpulver, 50 bis 10% Ton und etwa 0,5 bis 2% Vanadium in Form von

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Oxiden oder Vanadaten. Die zum Plastifizieren nötige Wassermenge beträgt je nach Zusammensetzung und Korngrös-senverteilung des Gemischs etwa 2 bis 12%, wobei der genaue Anteil durch eine einfache Konsistenzprüfüng bestimmt werden kann. Es ist zweckmäsig, die streichfähige Masse in der vorgesehenen Dicke auf den Träger aufzuspritzen. Die Schicht wird bei Raumtemperatur, anschliessend bei etwa 120 bis 140°C getrocknet und dann gesintert. Die Sinterung erfolgt in den üblichen Sinteröfen bei wenigstens 800°C oder bevorzugt in situ nach Einbau des Wandelements in die Brennkammer einer Schmelzkammerfeuerung durch Erhitzen auf wenigstens 1100°C. Obwohl die Eindringtiefe der plastischen Masse in die Trägerschicht unter diesen Bedingungen klein ist, haften beide Schichten des Wandelements fest aneinander, so dass das Element ohne weiteres grossen Temperaturwechseln ausgesetzt werden kann.

Die flexiblen Wandelemente haben die Form ebener oder gekrümmter Voll- oder Hohlkörper, beispielsweise Quader oder Hohlzylinder, und werden in bekannter Weise mit gekühlten Ringen aus temperaturbeständigem Stahl in die

Brennkammer eingespannt. Die das Element durchdringende Wärmeenergie wird auf der Trägerseite durch inerte Wärme abgeführt und beispielsweise indirekt zum Vorwärmen der Verbrennungsluft verwendet. Für eine direkte s Vorwärmung von Verbrennungsluft muss die Trägerschicht gegen Oxidation geschützt werden oder man verwendet Wandelemente, die sich aus einer Vielzahl zylindrischer Einzelelemente zusammensetzen.

Durch schnelle Temperaturänderungen in dem erfin-10 dungsgemässen Wandelement induzierte mechanische Spannungen werden durch Verformen der Trägerschicht weitgehend aufgefangen, so dass die gegen korrosive Stoffe beständige impermeabele Deckschicht nicht als Folge betriebsgebundener Temperaturschwankungen abplatzt. Einzelne sich 15 in der Deckschicht bildende Risse beeinträchtigen das Korrosionsverhalten nicht, da in den Riss eindringende Schlacke die Kohlenstoffasern nicht benetzt und sie gegen den Kontakt mit oxidierenden Stoffen abschirmt. Die mittleren Wärmeleitwiderstände von Trägerschicht und Deckschicht 20 betragen etwa 0,003 m2k/W.

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Claims

663 656 PATENTANSPRÜCHE

1. Flexibles Wandelement für Schmelzkammerfeuerung, besonders für die Verbrennung von Schadstoffen, gekennzeichnet durch eine Kohlenstoffasern enthaltende flexible Trägerschicht und eine die Trägerschicht bedeckende silici-umcarbidhaltige Deckschicht.

2. Wandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht aus Kohlenstoffasern besteht.

3. Wandelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht aus Kohlenstoffilz besteht.

4. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht aus keramisch gebundenem Siliciumcarbid besteht.

5. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Deckschicht wenigstens 5 mm beträgt.

6. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Trägerschicht höchstens 2 mm beträgt.

7. Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Wandelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein flächiges Gebilde aus Kohlenstoffasern mit einer Siliciumcarbid, eine Vanadiumverbindung, Ton und Wasser enthaltenden plastischen Masse beschichtet, die Schicht getrocknet und durch Erhitzen auf wenigstens

1100°C gesintert wird.