DE102008038485A1

DE102008038485A1 - Vorrichtung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen

Info

Publication number: DE102008038485A1
Application number: DE102008038485A
Authority: DE
Inventors: Domenico Dr. Pavone; Ralf Abraham; Muhammad Iqbal Mian
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2010-02-25
Also published as: US8894728B2; EP2315973B1; RU2011110111A; CN102124270A; CA2734789C; PL2315973T3; CA2734789A1; TWI477596B; KR20110073423A; WO2010020372A2; RU2497046C2; UA99544C2; KR101451469B1; WO2010020372A8; TW201012916A; WO2010020372A3; AU2009284433A1; US20110179713A1; BRPI0918409A2; ES2427197T3

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit einem Austrag für Schlacken in ein Schlackebad, soll eine Lösung geschaffen werden, mit der die Vergaseraustragsöffnung sicher auf einer Temperatur gehalten wird, die das Abfließen der Schlacke gewährleistet. Dies wird dadurch erreicht, dass die Vergaseraustragsöffnung (6) mit einer elektrisch beheizbaren Abtropfkante (7) ausgerüstet ist.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit einem Austrag für Schlacken in ein Schlackebad.
Bei der Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, z. B. Braun- oder Steinkohle, Raffinerierückständen, Biomassen u. dgl., werden u. a. die Prozesse in Vergasern so gestaltet, dass die Mineralbestandteile der eingesetzten Materialien zu flüssigen Schlacken aufgeschmolzen werden, die dann an den in der Regel zylindrischen Wänden der Vergaser nach unten fließen, um den Vergaser durch ein Schlackeloch zu verlassen, um in ein darunter befindliches Wasserbad abzutropfen, um dort granuliert zu werden.
Um einen kontinuierlichen Betrieb der Vergaser zu gewährleisten, muss dafür Sorge getragen werden, dass die Vergaseraustragsöffnung sich hier nicht zusetzt, so dass es bekannt ist, in diesem Bereich Stützbrenner vorzusehen, die dort für so hohe Temperaturen sorgen, dass der Austrag der Schlacke sichergestellt ist.
Derartige Lösungen zeigen beispielsweise die US 3 218 998 , die US 4 095 777 oder die US 5 630 853 , um nur einige Beispiele zu nennen. Diese Lösungen mit Stützbrennern sind sehr aufwändig, da sie sehr viele zusätzliche Elemente benötigen, wobei ein zusätzlicher Nachteil darin besteht, dass die Stützbrenner im Abtropfbereich auf die Oberfläche der fließenden Schlacke gerichtet werden müssen, um die Fließtemperatur aufrechtzuerhalten.
Da der Fließpunkt einer Schlacke u. a. von der Alkali-Kon zentration in der Schlacke abhängig ist, bewirkt die auf die Oberfläche gerichtete Brennerflamme, dass die alkalischen Stoffe bevorzugt aus der Schlacke verdampfen, was dazu führt, dass sich die Fließtemperatur der Schlacke wesentlich erhöht, so dass dann wiederum die Brennerleistung gesteigert wird, was wiederum zur beschleunigten Ausgasung der Alkalien führt.
Durch die Notwendigkeit der stetigen Anhebung der Brennerleistung kann es dabei zu mantelseitiger Wandüberhitzung kommen, was im schlechtesten Falle zur Abschaltung der Anlage führt.
Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe darin besteht, die Vergaseraustragsöffnung sicher auf einer Temperatur zu halten, die das Abfließen der Schlacke gewährleistet.
Mit einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Vergaseraustragsöffnung mit einer elektrisch beheizbaren Abtropfkante ausgerüstet ist.
Mit einer derartigen elektrisch beheizbaren Abtropfkante lässt sich mit einfachen Mitteln erreichen, dass die notwendige Temperatur eingehalten wird, gleichzeitig muss ein nur geringer baulicher Aufwand getrieben werden.
Zweckmäßig ist nach der Erfindung die Abtropfkante von einer elektrisch beheizbaren Keramik, wobei es sich um einfache Oxid- oder Nicht-Oxid-Keramiken handeln kann oder Mischungen aus entsprechenden Keramiken.
Die Erfindung sieht dabei vor, dass die elektrisch beheizbare Abtropfkante direkt oder indirekt beheizt ist. Bei den hier zum Einsatz kommenden Keramiken kann es sich erfin dungsgemäß um Al₂O₃, Cr₂O₃, CaO, Fe₂O₃, HfO₂, MgO, SiO₂, SnO₂, TiO₂, ZrO₂, AlN, MoSi₂, SiC, BN, Cermets handeln, wobei die hier genannten Keramiken einzeln oder auch in Kombination eingesetzt werden können.
Die Erfindung sieht auch vor, dass die Stromzufuhr in die elektrisch beheizbare Abtropfkante von einem Stromzuführstab aus einer elektrisch leitenden Keramik, wie z. B. MoSi₂ gebildet ist, wobei der Stromzuführungsstab von einer nicht elektrisch leitenden Keramik umschlossen ist.
Die sich aus der Erfindung ergebenden Vorteile bestehen weiterhin darin, dass es durch die Möglichkeit der genauen Temperatureinstellung nicht zur Alkali-Verdampfung kommen kann und damit sich nicht die Schlacke-Viskosität erhöht. Ein Vorteil elektrisch leitender Keramik besteht auch darin, dass die Leitfähigkeit mit zunehmender Temperatur steigt, wobei die Keramik sehr schlacke- und hochtemperaturbeständig ist und die Regelung als keramische Widerstandsheizung durchgeführt werden kann.
Besteht beispielsweise die Abtropfkante aus mehreren keramischen Elementen, die sich nach allen gängigen Verfahren herstellen lassen, so kann die Verbindung beispielsweise durch einen elektrisch leitenden Klebstoff erfolgen oder aber es können bereits z. B. beim Sintern entsprechende Elemente zur elektrischen Verbindung vorgesehen werden.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in
1 eine Prinzipdarstellung eines Vergasers mit erfindungsgemäßer Abtropfkante,
2 eine Teilaufsicht auf die Abtropfkante mit Stromzuführung,
3 eine Aufsicht auf eine Abtropfkante mit indirekter keramischer Beheizung sowie in
4 in gleicher Darstellung wie 3 die Abtropfkante mit direkter Beheizung.
Der in 1 allgemein mit 1 bezeichnete, sehr schematisch dargestellte Vergaser zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen weist in einem feuerfesten Gehäuse 2 eine Zufuhr für den zu vergasenden Brennstoff, mit 3 bezeichnet, auf sowie Zuführungen anderer Medien 4, etwa beim Anfahren des Vergasers. Die sich im Brennraum bildende mit 5 bezeichnete Schlacke fließt am unteren Ende in Schwerkraftrichtung aus dem Vergaser in ein nicht näher dargestelltes Wasserbad, wobei die Vergaseraustragsöffnung mit 6 bezeichnet ist, die Abtropfkante trägt allgemein das Bezugszeichen 7, die elektrischen Zuführungen sind mit 8 bezeichnet.
In 2 ist der Aufbau einer solchen Abtropfkante im Ausschnitt näher bezeichnet. Dort ist die Reaktorwand 2 beispielsweise mit einer Stampfmasse 9 ausgekleidet, die die Vergaseraustragsöffnung 6 definiert und auf ihrer Innenwand mit einem keramischen Heizelement 10 versehen ist, wobei dieses Heizelement die Abtropfkante 7 bildet.
Die Stromzuführung 8 wird von einem Stromzuführungsstab aus elektrisch leitender Keramik gebildet, der von einer Hülse 11 aus einer elektrisch nicht leitenden Keramik umschlossen ist, die die Stampfmasse, ebenfalls elektrisch nicht leitend, durchsetzt. Im dargestellten Beispiel ist noch ein Schrumpfschlauch 12 vorgesehen, der zur Abdichtung des Stromzuführungsstabes zum Behälter bzw. zur Hülse dient, um einen Kurzschluss zwischen der Behälterwand 2 und dem Stromzuführungsstab 8 zu verhindern.
In 3 ist die indirekte Beheizung der die Abtropfkante 7 bildenden Keramik dargestellt, wobei die elektrische Widerstandsheizung 10a z. B. aus SiSiC gebildet werden kann, während die schlackebeständige Keramik beispielsweise aus Al₂O₃·Cr₂O₃ besteht. Erkennbar wird die keramische Widerstandsheizung direkt hinter der schlackebeständigen Keramik positioniert, so dass die Keramik dann direkt an die schlackebeständige Keramik im Abtropfbereich des Vergasers übertragen wird, wobei die keramische Widerstandsheizung von aggressiver Schlacke getrennt ist.
Im Gegensatz dazu zeigt 4 einen direkt beheizten Keramikring 10, der als keramische Widerstandsheizung ausgebildet ist, das Material wird dabei so gewählt, das es sowohl schlackbeständig wie auch leitfähig ist.
Die Stromversorgungsstäbe 8 sind zweckmäßig aus einem Werkstoff wie z. B. MoSi₂ gefertigt, d. h. der elektrische Widerstand ist geringer als der Widerstand des keramischen Heizleiters, wobei der elektrische Widerstand temperaturunabhängig ist. Das hier genannte Material kann bei Temperaturen von bis zu 1800°C eingesetzt werden.
Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist die Erfindung insbesondere nicht auf eine bestimmte geometrische Form der Widerstandsheizung beschränkt, auch muss der die Abtropfkante bildende Abschlussring der Vergaseröffnung nicht einstückig ausgebildet sein u. dgl. mehr.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 3218998 [0004]
- US 4095777 [0004]
- US 5630853 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit einem Austrag für Schlacken in ein Schlackebad, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergaseraustragsöffnung (6) mit einer elektrisch beheizbaren Abtropfkante (7) ausgerüstet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtropfkante (7) von einer elektrisch beheizbaren Keramik (10) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch beheizbare Abtropfkante (7) direkt beheizt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch beheizbare Abtropfkante (7) indirekt beheizt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch beheizbare Keramik (10, 10a) von Al₂O₃, Cr₂O₃, CaO, Fe₂O₃, HfO₂, MgO, SiO₂, SnO₂, TiO₂, ZrO₂, AlN, MoSi₂, SiC, BN, Cermets, einzeln oder in Kombination gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzufuhr in die elektrisch beheizbare Abtropf kante (10) von einem Stromzuführstab (8) aus einer elektrisch leitenden Keramik, wie z. B. MoSi₂, gebildet ist, wobei der Stromzuführungsstab von einer nicht elektrisch leitenden Keramik (11) umschlossen ist.