DD145763A5 - Schlackenabziehelement fuer den einsatz in einem kohlevergaser mit entschlackung - Google Patents

Abstract

Ziel der Erfindung ist, das Schlackenabziehelement so auszubilden, daß es widerstandsfähig ist gegenüber Erosion, Korrosion und thermischem Angriff durch die Schlacke und das Eisen. Erfindungsgemäß besteht das Schlackenabziehelement aus einer massiven Gußmasse aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung, mit einem darin befindlichen Metallrohr für die Zirkulation der Kühlmittelflüssigkeit. Es weist eine obere Trichterfläche auf, über die die abgezogene Schlacke fließt. Die obere Trichterfläche neigt sich nach unten und innen und geht in die Entschlackungsöffnung über. Das Kühlmittelrohr erstreckt sich durch die Gußmasse und bildet eine Kühlmittelleitung neben der Trichterfläche und der Oberfläche des Öffnungsdurchganges und ist von diesen 6 bis 38 mm entfernt. Die Enden des Kühlmittelrohres stehen aus der umgebenden Gußmasse heraus und bilden einen Ein- und Auslaß.

Description

Schlackenabziehelement

Die Erfindung betrifft ein Schlackenabziehelement, insbesondere ein Schlackenabziehauslaßelement für den Einsatz in einer Kohlevergasungsanlage.

Bei derartigen Kohlevergasungsanlagen wird Kohle oder ein anderer kohlenstoffhaltiger Brennstoff oben in ein säulenartiges Vergasungsgefäß eingefüllt und unter hohem Druck und hoher Temperatur mit Hilfe von Sauerstoff und Dampf, die nahe dem Brennstoffbett durch Winddüsen eingeleitet werden, vergast. Die zurückbleibende Asche sammelt sich als flüssige Schlacke und flüssiges Eisen in dem Herd des Vergasergef cißes, von dem sie periodisch nach unten durch einen Schlackenabziehauslaß oder eine -öffnung in dem Herd in in einer Abschreckkammer befindliches Wasser abgezogen wird (gewöhnlich als Abschlacken, bezeichnet).'Normalerweise ist ständig ein Tümpel von flüssiger Schlacke und flüssigem,Eisen im Herd vorhanden, weil heiße Verbrennungsprodukte von einem unter der Scblackenabziehöffnung gelegenen Brenner in der Abziehöffnung nach oben geleitet werden, damit der Tümpel von. Schlacke und Eisen in dem Herd erhalten bleibt, wobei das Ab/iiehen von flüssiger Schlacke und flüssigem Eisen durch Abstellen oder Verringern der Bronnerleistung und durch Verringerung des Druckes in der Abochreckkammer eingeleitet und gesteuert wird, da eine'gesteuerte Entlüf-

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tung an die Atmosphäre durch das Belüftungssystem, um einen Differentialdruck zwischen der Abschreckkammer und dem Vergasergefäß zu schaffen, erfolgt.

Beispiele für eine derartige Vergaseranlage mit Entschlackung werden in der GB-PS Ur. 977 122 und The Gas Council Research Communications Nr. GC 50 und GC112 dargelegt .

Die Mantelwerkstoffe des Schlackenabziehelements und des Herdes in einem solchen Vergaser mit Entschlackung sind aggr^cesivor Erosion, Korrosion und thermischem Angriff durch die Schlacke und das Eisen ausgesetzt. Durch die hohe Temperatur und die Beweglichkeit der Schlacke und des Eisens während des Abschlackens und aer Schlackenzurückhaltung sind die Mantelwarkstoffe der Schlackonabziehöff~ nung und ihrer unmittelbaren Umgebung vorwiegend der Erosion und dem thermischen Angriff durch das Eisen ausgesetzt „ .

Ziel der Erf ind

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Schlackenabziehauslasses für einen solchen Vergaser, dsr unter den Bedingungen der hohen Temperaturen und do3 in der Schlacke während des Betriebes des Vergasers vorhandenen Eisens nicht so schnell verschleißt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Schlackenabzioholcment für einen Vergaser mit Ent-

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schlackung zur Verfugung zu stellen,- das diese Nachteile in ger~ingerern Maße aufweist.

Ge(näß einem erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Schlackenabziehelement für den Einsatz in einem Kohlevergaser mit Entschlackung zur Verfügung gestellt, dag aus einer massiven Gußmasse aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, in dem sich ein eingeformtes Metallrohr für die Zirkulation einer KühlmittelfIüs3igkeit durch die Gußsasse befindet, und das mit einer oberen Trichterfläche (tundish surface), über die aus dem Vergaser, korn^- mende Schlacke fließt, und einer zentralen Entschlackungsöffnung versehen ist, wobei die obere Trichterfläche nach unten und innen geneigt ist und mit der Entschlackungsöffnung zusammentrifft, dae Kühlmittelrohr seine Form ohne merkliche Verformung während des Gießens der umgebenden Metallmasse beibehalten kann und das Rohr durch die Gußmasse verläuft und eine Kühlmittelleitung neben der Trichterflache und der Fläche des Öffnungsdurchganges bildet und ein Stück von 6,35 bis 38,1 mm (0,25 bis 1,5 Zoll) von.diesen Flächen entfernt ist, wobei die Enden des Rohres nach außen aus der umgebenden Gußmetallmasse herausstellen und einen Einlaß und Auslaß für das Kühlmittel bilden.

Die Konzeption, die Geschwindigkeit des Schlackenstromes von dem Herdbehälter durch die Schlackenabziehöffnung und die Widerstands-fähigkeit des Schlackenabziehelements selbst gegenüber der Erosion zu steuern, ist von kritischen Konstruktionsfaktoren des Schlackenabzugs abhängig, wozu-unter anderem die Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Werkstoffes, die Form und Geometrie seiner Metallmasse, die Größe seiner

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Öffnung und die Größe, Länge und Lage seines Kühlmittelkanals in bezug auf die Oberflächen des dem thermischen Angriff ausgesetzten Schlackenabziehelementes gehören.

Die Menge und Fließgeschwindigkeit der Kühlmittelflüssig» keit sind gleichfalls wichtige Faktoren bei der Ausführung desSchlackenabzugs, da die der direkten Berührung mit der Schlacke und den Brennergasen ausgesetzten Flächen der Masse wirksam gekühlt werden müssen, um annehmbare Oberflächentemperaturen, die vorzugsweise im Bereich von 50 C bis 400 ⁰C liegen, aufrechterhalten zu können, wogegen es andererseita wichtig ist, daß keine übermäßigen Wärmemengen durch den Schlackenabzug von dem Herd entfernt werden. Praktisch sind Fließgoschwindigkeiten in der Größenordnung von 6,1 bis 9,15 m (20 bis 30 ft)/s am besten für die Er zielung einer konstanten im Bei liegenden Kanalwandtemperatur.

zielung einer konstanten im Bereich von 10 bis 20 C

Das Schlackenabziehelement besteht vorzugsweise aus Kupfer oder Kupfer und legiertem Metall.

Die oberste Fläche des Schlackenabziehelementes (im allgemeinen als Gießtrichterbereich benannt), neigt sich vorzugsweise nach unten und innen und trifft mit der Ranri·- flache der zentralen Öffnung, die genau runde odcsr zylindrische Form haben kann, 2;usammen* Die Drehfläche des

Trichters kann jedes beliebige Querschnittsprofil haben, z. B. halbrund oder parabolisch sein, obgleich die Kegel« stumpf form bevorzugt wird.

Bei praktischen Ein.satzbedingungen des Vergasers, bei denen

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die Temperatur des Schlackentümpels bei 1450 ⁰C und die der

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Brennergase bei etwa 1500 bis 1600 ⁰C liegt, werden die oberste Fläche oder der Trichter des Schlackenabziehele» mentes auf einer im Bereich von 200 bis 4Oo C liegenden Temporatür, die zylindrische Fläche seiner öffnung auf einer zwischen 100 und 400 ⁰C liegenden Temperatur unddie unterste Fläche des Schlackenabzugo neben dem Brenner auf einer im Bereich von 50 bis 400 C liegenden Temperatur gehalten. . ·

Normalerweise umfaßt die Herstellung des .Schlackenabziehelementes für den Betrieb mit Flüssigkeitskühlung in einem Kohlevergaser mit Entschlackung der beschriebenen Art das Formen des Metallrohres zu einer Spirale mit einem Einlaß und einem Auslaß, das Gießen einer Hasse von Kupfer oder Kupfer und legiertem Metall um die Spirale zu einer bestimmten Form, so daß der Einlaß und der Auslaß außerhalb der Gußmasee miteinander verbunden sind,

F38S Rohr kann aus Nickel-Chrom oder Nickel-Chrom und legierten Metallen, die gleichfalls starke Korrosionsbeständigkeit aufweisen, bestehen.

Außördosi können die Außenseiten des Rohrs mit Mitteln zur Verbesserung dor Verbindung mit dem Gußmetall versehen sein., um einen guten V/ärmekontakt dazwischen zu schaffen und jode Neigung zu Spannungsrissen des Gußmetalls beim Abkühlen nach dem Gießen zu reduzieren, speziell dann, wenn verschiedene Metalle für das Rohr und das Gußmetall verwendet werden. Erfindungsgemäß ist die Außenfläche des Rohres mit zahlreichen, im Abotand angebrachten Randrippen z,ur Verbesserung der Verbindung mit dem umgebenden Metall versehen«

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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein verbesserter Kohlevergaser mit Entschlackung zur Verfugung gestellt. Dieser besteht aus: einem Vergasungsgefäß, Vorrichtungen für das Einfüllen von Kohle in das Gefäß für deren Vergasung in dem Gefäß, Vorrichtungen für das Einleiten von Sauerstoff und Dampf in das Gefäß zur Vergasung der darin befindlichen Kohle, einem am Boden des Gefäßes befindlichen Herd, der mit einer Entschlackungsöffnung für das Abziehen der Schlacke daraus versehen ist, Brennervorrichtungen unterhalb der Entschlack-ungsöffnung, die einen Strom heißer Verbrennungsgase in der Entschlakkungsöf.f nung nach oben führen, damit die Schlacke auf dem Herd in flüssigem Zustand gehalten wird, einer Abschreckkammer unterhalb der Entschlockungsöffnung zur Aufnahme von Schlacke, die durch die Entschlackungsöffnung abgezogen wurde, und Vorrichtungen für die Reduzierung oder Unterbrechung des Stromes heißer Verbrennungsgase zur Entfernung von Schlacke durch dio Entschlack-ungsöffnung; wobei die Verbesserung darin besteht, daß die Entschlackungsöffnung zentral innerhalb des Herdes angebracht ist und im wesentlichen als senkrechter Durchgang durch ein entfernbares Schlackenabziehelement in Übereinstimmung mit dem ersten erfindungsgemäßen Aspekt ausgeführt ist. '

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung zeigen:

Fig. Is einen schematischen Läng ssen-r.itt eines Festbett-Vergasers mit Entschlackung,

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Fig. 2: einen Schnitt des entfernbaren Schlackenabziehelementes in Fig. 1 und

Fig. 3ί einen Teilschnitt des gewundenen Rohres in dem Schlackenabziehelement.

In Fig. 1 besitzt der Vergaser eine feuerfest ausgekleidete Druckvergasungskammer 10, in die Kohle von einem Sperrtrichter 12 eingefüllt und durch Drehverteilereinrichtungen 1.4 verteilt wird« Sauerstoff und Dampf werden in das (nicht gezeigte) Brennstoffbett durch Winddüsen 16 eingeleitet., um die Vergasung der Kohle zu unterstützen« Bei Batrieb des Vergasers sammelt sich ein Vorrat oder ein Tümpel flüssiger Schlacke und flüssigen Eisens auf dem geneigten Hero 18 und wird periodisch durch eine- öffnung_f dio sich in einem entfernbaren, in dem Herd angebrachten Schlackenabziehelement 20 befindet» in einen in einer Abschreckkammer 24 befindlichen vVasserbehältor 22 geleitet, in der sie schnell in einem Bereich turbulenten i'/assers, das aus einem perforierten Ring 26 austritt, abgeschreckt wird, bevor sie in Form einer dichten feinkörnigen Fritte mit etwas rnitgeführtem Abschreckvvasser nach der Betätigung eines Ventils 30 in einen Sperrtrichter'28 abgeführt wird. Die Fritte wird aus dem Sperrtrichter 28 auf Förderbänder 32 abgegeben. Das dem Abschreckring 26 durch einen Einlaß 34 zugeleitet© Wasser kann teilweise durch di'o Auslässe 36; 38 von der Abschreckkammer 24 bzw. den Schlöckensperrtrichtern 28 durch Pump™ und Filtereinrichtungen (nicht gezeigt) zurückgeleitetes Wasser sein.

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Die Abschreckkammer 24 ist gasdicht am Boden der Vergasungskammer 10 durch Einfügen einer Sandwich-Flansch-Baugruppe 40 angebracht. Ein Düsenrnischbrenner 60 wird zusammen mit dem Schlackenabzieheiernent 20 von der Rendflanschbaugruppe 40 gehalten, ist aber so angebracht, daß er leicht wieder davon abgenommen werden kann.

In Fig. 2 besteht das Schlackenabziehelement 20 aus einem Körper 42 aus Kupfer oder Kupfer und einem legierten Metall, das um ein spiralig gewundenes Rohr 44 mit einem Einlaß 46 und einem Auslaß 48 für die Zirkulation von Kühlwasser, dio unten aus dem Körper herausragen, gegossen ist. Eine TrichtOiflache 50 des Schlackenabziehelomen™ tes 20 hat Kegelstumpf form und trifft mit der zylindrischen Fläche einer Entschlackungsöffnung 52 zusammen_P die in einer Randkante 54 endet. Die eiußere Randfläche 50 des Körpers 42 ist vorzugsweise abgeschrägt, um die leichte Entfernung vom Herd 18 des Vergasers zu ermöglichen. Eine Ringvertiefung 53 befindet sich in der Unterseite des Körpers 42 für den koaxialen Eingriff mit einem (nicht gezeigten) Randvorsprung an dem Sandwich-Flansch-Bauteil 40.

In einem Spezialbeispiel eines Schlackenabziehelementes 20 bestand das gewundene Rohr 44 aus einer Nickel-Chrom-Legierung , zum Beispiel der, die unter dem eingotra-genen Warenseichen Inconel 600 bekannt ist, die etwa 106,68 cm (42 Zoll) lang war und dabei einen Innendurch, messer von 12,7 mm (0,5 Zoll) und eine IVanddicke von 3,175 mm (0,125 Zoll) aufwies. Die Gesamtbreite des Gußkörpers 42 betrug etwa 323,85 mm'· (12,75 Zoll) bei einer Gesamthöhe von etwa 114,3 mm (4,5 Zoll). Der Durchmesser der öffnung 52 betrug etwa 50,8 mm (2 Zoll), die Höhe etwa 31,1 mm (l_t5 Zoll), und sie geht in die Trichter-

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fläche 50 über, die etwa einen Winkel von 38 zur Senkrechten aufweist; Die Außenfläche der eingegossenen Länge das gewundenen Rohres 44 ist vorzugsweise mit zahlreichen im Abstand angebrachten Randrippen 45 (Fig. 3) zur Verbesserung der Verbindung mit dem Gußmetall versehen, um die Wärmeübertragung an das Kühlmittel zu verbessern und jede Tendenz zu Brüchen des Gußstückes beim Abkühlen nach dem Gießprozeß auszuschließen. Das gewundene Rohr 44 befindet sich innerhalb des Gußkörpers 42, so daß dessen Windungen zumindest um und an den Flächen des Trichters 50 und der öffnung 52 verlaufen und daß vorzugsweise diejenigen Windungen, die an den Flächen 50 anliegen, zwischen 6,35 und 38,1 mm (0,25 und 1,5 Zoll) davon entfernt sind. Der Schlackenabzug 20 wird so hergestellt, daß zunächst das Rohr 44 in dio gewünschte spiralig gewundene Form gebracht wird, das Rohr 44 durch entsprechende Vorrichtungen in einer geeigneten Gußform gehalten wird, aus der der Einlaß 46 und der Auslaß 48 hervorstehen, und Kupfer oder Kupferlegierung in dio Form zur Bildung des Körpers 42 gegossen wird. Durch dieses Herstellungsverfahren wird ein guter Kontakt erzielt und somit gute Wärmeübertragung zwischen dom Körper 42 und dar durch das Rohr 44 gebildeten Kühlmittelleitung geschaffen.

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Claims (9)

1. Erfindunqsanspruch

   1. Schlackenabziehelement für den Einsatz in einem Kohlevergaser mit Entschlackung, gekennzeichnet durch eine massive Gußmasse (42) aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit mit einem darin befindlichen Metallrohr (44) für die Zirkulation von Kühlmittelflüssigkeit durch die Gußmasse (42), und mit einer oberen .Trichterfische (50) (tundish surface), über die aus dem Vergaser abgezogene Schlacke fließt, und einer zentralen Entschlack-ungsöffnung (52), wobei 3ich die obere Trichterfläche (50) nach unten und innen neigt und in die Entschlack-ungsöffnung (52) übergeht, das Kühlmittelrohr (44) seine Form ohne merkliche Verformung während des Gießens der umgebendem Matallmasse beibehalten kann, das Rohr (44) sich durch die Gußmasse erstreckt und eine Kühlmittelleitung neben der Trichterfläche (50) und der Oberfläche des Öffnungsdurchganges (52) bildet und von diesen Flächen (50; 52) ein Stück von 6,35 bis 38,1 mm (0,25 bis 1,5 Zoll) entfernt ist, wobei die Enden des Rohres (44) außen aus der umgebenden Gußmetallmasse herausstehen und einen Kühlmitteleinlaß (46) und -auslöß (48) bilden. ' ·
2. 2. SchlackenabzieheleiTtent nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Gußmetallmasse (42) aus Kupfer oder ' Kupfer und legiertem Metall besteht.

   3» Schlackenabziehelement nach Punkt 1 und Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die obere Trichterfläche

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   (50) des Schlackenabziehelementes (20 Kegelstumpfform hat und daß die Randfläche dor zentralen Entschlackungsöffnung (52) genau runde zylindrische Form hat.
3. 4. Schlackenabziohelement nach einem der vorstehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die äußere Randfläche des Schlackenabziehelementes (20) abgeschrägt ist.
4. 5. Schlaekenabziehelement nach einem der vorstehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß das Rohr (44) als Spirale aus Nickel-Chrom oder Nickel-Chrom und legierte?! Metalbn gebildet ist.
5. 6. Schlackenabziehelement nach einem der vorstehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die Außenfläche des Rohres (44) mit zahlreichen, im Abstand angebrachten Randrippen (45) zur Verbesserung der Verbindung mit dem umgebenden Metall versehen ist»
6. 7. Schlackoi'iabziehelement nach einem der Punkte 3 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Gesamtbroite des Guß™ körpere (42) im Bereich von 304,8 bis 330,2 mm (12 bis 13 Zoll) bei einer im Bereich von 76,2 bis 127 mm (3 bis 5 Zoll) liegenden Gesamthöhe beträgt, und daß die Entschlackt-ngsöffnung (52) einen Durch-»· messer zwischen 38,1 bis 63,5 mm (1^5 und 2,5 Zoll) und eine Höhe von 24,5 bis 49 mm (1 bis 2 Zoll) hat und in die oberste Kegelstumpf fläche, die einen Winkel von 30 bis 45 zur Senkrechten aufweist, übergeht.

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   Kohlevergaser mit Entschlackung, bestehend aue einem Vergasungsgefäß, Vorrichtungen für das Einfüllen von Kohle in das Gefäß für deren Vergasung in dem Gefäß, Vorrichtungen für das Einleiten von Sauerstoff und Dampf in das Gefäß zur Vergasung der darin befindlichen Kohle, einem Herd am Boden des Gefäßes mit einer Entschlack-ungsöffnung zum Abziehen der Schlacke daraus, Brennereinrichtungen unter der Entschlackungsöffnung, um einen Strom heißer Verbrennungsprodukte auf die Entschlackungsöffnung richten zu können, damit die Schlacke auf dem Herd in flüssigem Zustand gehalten wird, einer Abschreckkammer unter der Entschlackungsöffnung zur Aufnahme von durch die Entschlack-ungsöffnung abgezogener Schlacke und Einrichtungen zur Verringerung oder Unterbrechung des Stromes heißer Verbrennungsgase zum Abziehen von Schlacke durch die EntschüsckungsÖf f nung , gekennzeichnet dadurch, daß sich die Entschlackungsöffnung (52) zentral in dem Herd (18) befindet und als ein im wesentlichen senkrechter Durchgang durch ein entfernbares Schlackenabziehelement (20) nach einem der vorstehenden Punkte ausgeführt ist.

   Kohlevergaser mit Entschlackung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß Kühlmittelflüssigkeit bei Betrieb des Vergasers durch das Kühlmittelrohr (44) mit einer solchen Fließgeschvvindigkeit zirkuliert, deedie mit der Schlacke und den Brennergasen in Berührung kommenden Flächen der Gußmasse auf zwischen 50 und 400 C liegenden Temperaturen gehalten werden..
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9. 10. Kohlevergaser mit Entschlackung nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß das Kühlmittel mit einer solchen Fließgeschwindigkeit zirkuliert, daß die obere Trichterfläche (50) auf einer Temperatur zwischen 200 und 400 °C, die zylindrische Fläche der Öffnung (52) auf oiner Temperatur von 100 bis 400 ⁰C, und die unterste Fläche des Schlackenabzugs neben dem Brenner auf einer Temperatur von 50 bis 400 ⁰C gehalten werden.

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