DE19607560A1

DE19607560A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Fließfähigerhalten von Hochtemperaturschmelzen

Info

Publication number: DE19607560A1
Application number: DE19607560A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Christmann; Malte Dr Rer Nat Foerster; Rainer Dr Ing Gwosdek; Domenico Dr Ing Pavone
Original assignee: Steag GmbH; Veba Kraftwerke Ruhr AG
Current assignee: EOn Kraftwerke GmbH
Priority date: 1995-03-04
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2016-03-01
Also published as: DE19607560C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fließfähigerhalten von Hochtemperaturschmelzen, wie Schmelzen von Metallen oder metallurgischen Schlacken.

Bei kohlenstaubgefeuerten Gasturbinen ist es bekannt, daß kleine Kohlenstaubpartikel in einer Brennkammer bei einem Druck bis 35 bar unter Luftzufuhr verbrannt oder vergast werden können. Die mineralischen Bestandteile der Kohle fallen in diesem Temperaturbereich von 900-2000°C als Flüssigasche an. Vor der Einleitung und Expansion der Rauchgase in der Gasturbine müssen die flüssigen Aschepartikel sowie die kondensierbaren Gasbestandteile aus dem Arbeitsgas separiert werden, um einen erosiven und korrosiven Angriff auf die Gasturbine zu vermeiden. Ein großes Problem ist hierbei, die abgeschiedene Asche aus den jeweiligen Aggregaten (Brennkammer, Flüssigascheabscheider, Sicherheitsabscheider vor Gasturbine) im flüssigen Zustand in ein Granulierbecken einzuleiten. Selbst bei kurzfristigen, nur geringen Unterschreitungen des Fließpunktes der Flüssigasche kann die Asche erstarren und die Austragbereiche verstopfen. Langwierige und kostenintensive Reinigungsmaßnahmen sind die Folge. Die Erfindung bezweckt die Vermeidung solcher Betriebsstörungen und allgemein das Fließfähigerhalten von Hochtemperaturschmelzen, damit es an kritischen Bereichen, in denen die Schmelze zum Erstarren und Anbacken neigt, nicht zu Verstopfungen der Durchflußöffnungen kommt.

Die Erfindung soll insbesondere folgende Anforderungen erfüllen:

- Einstellung beliebiger Heiztemperaturen entsprechend den jeweiligen Anforderungen an kritischen Bereichen,
- einfacher Auf- und Einbau,
- einfache Regelung, Überwachung und Wartung,
- geringe Investitionskosten.

Die verfahrensgemäße Lösung der Erfindung sieht vor, daß die Förderleitung in kritischen Bereichen, in denen es zur Erstarrung der Schmelze kommen kann, mindestens einen bei Temperaturen oberhalb von 900°C elektrisch leitfähigen keramischen Förderleitungsabschnitt aufweist, der durch Einspeisung eines Stroms zusätzlich beheizt wird.

Die vorrichtungstechnische Variante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Element mindestens entlang eines Abschnittes der Förderstrecke aus einem im Temperaturbereich oberhalb von 900°C elektrisch leitfähigem Material besteht und äußere Anschlüsse für die Einspeisung eines elektrischen Stroms entlang diesen Teilbereichs aufweist.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Förderleitung in den kritischen Bereichen aus einem Material zusammengesetzt ist, welches einerseits aufgrund seiner keramischen Eigenschaften schmelze- bzw. schlackeresistent ist bis hinauf zu Temperaturen von 2000°C. Andererseits wurde festgestellt, daß das bei Raumtemperatur Isolatoreigenschaften aufweisende keramische Material im Temperaturbereich von über 900°C elektrisch leitfähige Eigenschaften erhält, die dazu genutzt werden können, die Schmelze zusätzlich zu erwärmen, so daß in diesen zusätzlich erwärmten Bereichen der Fluß der Schmelze reibungslos erfolgt.

Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich bevorzugt mit solchen keramischen Materialien erreichen, wie sie in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind. Als wesentliche Alternativen kommen in Frage einerseits der Zusatz von oxidkeramischen Werkstoffen wie Al₂O₂, Cr₂O₃, SiO₂, ZrO₂ bzw. ähnliche Substanzen oder andererseits nichtoxidische keramische Halbleitermaterialien, wie Carbide, Nitride, Boride, Silicide oder Sulfide.

Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich einsetzen bei allen solchen Anwendungen, wo es auf einen reibungslosen Fluß der Schmelze ankommt, das ist nicht nur in der Stahlindustrie sondern auch in der Glasindustrie der Fall.

Eine bevorzugte Anwendung ergibt sich auch dort, wo gezielt ein Erstarren der Schmelze gewünscht ist, beispielsweise dann, wenn eine Schmelze chargenweise ausgeschleust werden soll, d. h. die Förderleitung eine Ventilfunktion erhalten soll. Dann wird in demjenigen Bereich, in dem die Schmelze erstarren soll, der Strom durch das keramische Material abgeschaltet, so daß die zusätzliche Beheizung unterbrochen wird, und erst dann wieder eingeschaltet, wenn ein Wiedererschmelzen gewünscht ist.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel zeigt.

Die Figur zeigt dazu einen seitlichen Querschnitt durch eine Förderleitung für eine metallurgische Schlacke, die in Pfeilrichtung gefördert wird.

Innerhalb des Abschnitts A besteht die Förderleitung 1 aus einem keramischen Material, dem zusätzlich oxidkeramische Werkstoffe, beispielsweise ZrO₂ zugesetzt worden sind. Über elektrische Kontakte 2, die in Flußrichtung der Schmelze zueinander versetzt angeordnet und auf gegenüberliegenden Seiten der Förderleitung 1 positioniert sind, wird in diesem Bereich ein elektrischer Strom eingespeist.

Durch die Leitfähigkeit des keramischen Materials im Abschnitt A ergibt sich bei den Schmelzetemperaturen von über 900°C eine zusätzliche Temperaturerhöhung der Förderleitung, wodurch die Schmelze flüssig gehalten wird.

Die beschriebene Vorrichtung eignet sich beispielsweise zur Beheizung in konventionellen Kraftwerken, bei denen eine Weiterleitung flüssiger Asche verfahrensbedingt erforderlich ist. Darüber hinaus eignet sie sich auch zur Freihaltung von Förderöffnungen und -wegen für die aus kohlenstaubgefeuerten Gasturbinen ausgetragene Flüssigasche.

Claims

1. Verfahren zum Fließfähigerhalten von Hochtemperaturschmelzen, insbesondere von Metallen oder metallurgischen Schlacken, bei dem die Schmelze über eine elektrisch beheizte Förderleitung geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung in kritischen Bereichen, in denen es zur Erstarrung der Schmelze kommen kann, mindestens einen bei Temperaturen oberhalb von 900°C elektrisch leitfähigen keramischen Förderleitungsabschnitt aufweist, der durch Einspeisung eines Stroms zusätzlich beheizt wird.

2. Vorrichtung zum Fördern von Hochtemperaturschmelzen, insbesondere Schmelzen von Metallen oder metallurgischen Schlacken, bei der die Förderleitung mindestens entlang derjenigen kritischen Bereiche, in denen es zur Erstarrung der Schmelze kommen kann, ein schmelze- bzw. schlackeresistentes, elektrisch beheiztes keramisches Element aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Element mindestens entlang eines Abschnittes der Förderstrecke aus einem im Temperaturbereich oberhalb von 900°C elektrisch leitfähigem Material besteht und äußere Anschlüsse für die Einspeisung eines elektrischen Stroms entlang diesen Teilbereichs aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oberhalb von 900°C elektrisch leitfähige Material einen oxidkeramischen Werkstoff, insbesondere Al₂O₃, Cr₂O₃, SiO₂, ZrO₂, Al₂TiO₅ oder TiO₂ enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oberhalb von 900°C elektrisch leitfähige Material einen nichtoxidischen keramischen Halbleiter enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtoxidische keramische Halbleiter ein Carbid, insbesondere SiC, TiC, oder ZrC ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtoxidische keramische Halbleiter ein Nitrid, insbesondere TiN oder ZrN ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtoxidische keramische Halbleiter ein Borid, insbesondere TiB₂ oder ZrB₂ ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtoxidische keramische Halbleiter ein Silicid, insbesondere MoSi₂ oder Ti₅Si₃ ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtoxidische keramische Halbleiter ein Sulfid, insbesondere CeS ist.

10. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Aufrechterhalten der Fließfähigkeit von Schmelzen im Kraftwerksbereich.

11. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Aufrechterhalten von Schmelzen in der Glasindustrie.

12. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Aufrechterhalten von Schmelzen in der Stahl- und Nichteisenindustrie.

13. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Beheizung von Hochtemperaturöfen.

14. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Verschlußorgan beim chargenweisen Ausschleusen von Schmelzen.