DE19607560C2

DE19607560C2 - Vorrichtung zum Fördern von Hochtemperaturschmelzen

Info

Publication number: DE19607560C2
Application number: DE19607560A
Authority: DE
Inventors: Werner Christmann; Malte Foerster; Rainer Gwosdek; Domenico Pavone
Original assignee: PREUSSENELEKTRA KRAFTWERKE AG PEK; Steag GmbH; PreussenElektra Kernkraft GmbH and Co KG
Current assignee: EOn Kraftwerke GmbH
Priority date: 1995-03-04
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2016-03-01
Also published as: DE19607560A1

Description

Die Erfindung betrifft eine 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, eine elektrische Beheizung aufweist.

Bei kohlestaubgefeuerten 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 bis 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 Durchlaßöffnungen kommt.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus dem Stand der Technik bekannt (siehe EP 0 379 647 A2 bzw. FR 2 609 914). Die elektrische Beheizung ist dabei durch eine die Förderleitung im kritischen Bereich umgebende elektrische Wicklung gebildet. Diese wendelförmige Wicklung wirkt induktiv, d. h., daß ein Wechselstrom in die Wicklung eingespeist wird und entsprechend das metallisch leitende Schmelzematerial auf induktivem Wege aufgeheizt wird. Eine solche Induktionswicklung muß zusätzlich auf die zu beheizenden kritischen Bereiche aufgebracht werden. Nachteilig ist, daß nicht immer alle diejenigen kritischen Bereiche, an denen es zu Erstarrungsproblemen kommt, von außen für das Aufsetzen einer Induktionsspule zugänglich sind.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine konstruktiv einfachere und in nahezu jedem Bereich der Förderleitung einfach anbringbare Beheizungsmöglichkeit gegeben ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrische Beheizung dadurch gebildet ist, daß mindestens ein Abschnitt der Förderstrecke aus einem im Temperaturbereich oberhalb von 900°C elektrisch leitfähigen oxidkeramischen Werkstoff besteht, und daß äußere Anschlüsse für die Einspeisung eines elektrischen Stroms entlang dieses Abschnittes vorgesehen sind.

Alternativ wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, daß die elektrische Beheizung dadurch gebildet ist, daß mindestens ein Abschnitt der Förderstrecke aus einem im Temperaturbereich oberhalb von 900°C elektrisch leitfähigen nicht oxidischen keramischen Halbleitermaterial besteht, und daß äußere Anschlüsse für die Einspeisung eines elektrischen Stroms entlang dieses Abschnittes vorgesehen sind.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß anstelle der aus dem Stand der Technik bekannten induktiven Beheizung eine direkte (konduktive) Beheizung dadurch gegeben ist, daß das Förderleitungsmaterial selbst als Beheizungselement verwendet wird. Hierzu wird elektrischer Strom für die Beheizung am einen Ende des kritischen Bereichs eingespeist und am anderen Ende abgegriffen. Dabei wird ausgenutzt, daß das Material der Förderstrecke oberhalb von 900°C elektrische Leitfähigkeitseigenschaften aufweist.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß nunmehr anstelle einer mehrgängigen Induktionswicklung in den kritischen Bereichen nur noch Stromeinspeisungsanschlüsse angebracht werden müssen, an die direkt die Stromquelle angeschlossen werden kann. Es sind also auch die ansonsten recht unzugänglichen Stellen, bei denen es gerade besonders häufig zu Erstarrungsproblemen kommt, in einfacher Weise zusätzlich beheizbar.

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 Al₂O₃, 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. 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, eine elektrische Beheizung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Beheizung dadurch gebildet ist, daß mindestens ein Abschnitt der Förderstrecke aus einem im Temperaturbereich oberhalb von 900°C elektrisch leitfähigen oxidkeramischen Werkstoff besteht, und daß äußere Anschlüsse für die Einspeisung eines elektrischen Stroms entlang dieses Abschnittes vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige oxidkeramische Werkstoff Al₂O₃, Cr₂O₃, SiO₂, ZrO₂, Al₂TiO₅ oder TiO₂ ist.

3. 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, eine elektrische Beheizung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Beheizung dadurch gebildet ist, daß mindestens ein Abschnitt der Förderstrecke aus einem im Temperaturbereich oberhalb von 900°C elektrisch leitfähigen nicht oxidischen keramischen Halbleitermaterial besteht, und daß äußere Anschlüsse für die Einspeisung eines elektrischen Stroms entlang dieses Abschnitts vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtoxidische keramische Halbleiter ein Carbid, insbesondere SiC, TiC oder ZrC ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtoxidische keramische Halbleiter ein Nitrid, insbesondere TiN oder ZrN ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtoxidische keramische Halbleiter ein Borid, insbesondere TiB₂ oder ZrB₂ ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtoxidische keramische Halbleiter ein Silicid, insbesondere MoSi₂ oder Ti₅Si₃ ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtoxidische keramische Halbleiter ein Sulfid, insbesondere CeS ist.

9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Aufrechterhalten der Fließfähigkeit von Schmelzen im Kraftwerksbereich.

10. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Aufrechterhalten von Schmelzen in der Glasindustrie.

11. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Aufrechterhalten von Schmelzen in der Stahl- und Nichteisenindustrie.

12. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Beheizung von Hochtemperaturöfen.

13. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Verschlußorgan beim chargenweisen Ausschleusen von Schmelzen.