DE3228705A1

DE3228705A1 - Hochtemperaturofen

Info

Publication number: DE3228705A1
Application number: DE19823228705
Authority: DE
Inventors: Michael Markel 77043 Houston Tex. Dach
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1982-07-31
Filing date: 1982-07-31
Publication date: 1984-02-02
Also published as: DE3228705C2

Description

Hochtemperaturofen
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf den Aufbau eines Hochtemperaturofens, insbesondere einen verbesserten Innenaufbau eines solchen Ofens, der als Gaserzeuger bei einem Kohlevergasungsprozeß eingesetzt wird.
Bei einem Ofen, der bei der Kohlevergasung od. dgl.
eingesetzt wird, umfaßt die Innenkonstruktion des Gaserzeugers, d. h. des Ofens, einen äußeren Stahlmantel, dessen Inneres aus Wandungen feuerfester Steine aufgebaut ist. Diese Wandungen werden mit Isolierzement und durch gießfähige Isoliermassen in ihrer Lage gehalten. Der geometrische Aufbau der Steinwandungen oder Säulen umfaßt eine Kuppel im oberen Teil zur Aufnahme des halbkugelförmigen Ofengefäßes selbst. Ein solcher Gaserzeuger unterliegt einem hohen Verschleiß, da die Innentemperaturen des Vergasungsprozesses extrem hoch sind und infolge der Erzeugung flüssiger Schlacke die Gefahr der Erosion der Innenflächen der Wandungen besteht. Diese Erosion ist unterhalb der Kuppelausbildung an den Seitenwänden nach unten besonders stark.
Infolgedessen ist die Standzeit eines solchen Ofens begrenzt und macht eine Reparatur bzw. einen Neuaufbau der Innenwandkonstruktion erforderlich; dies ist sowoh zeitraubend als. auch teuer.
Es sind bereits verschiedene Innenausbildungen für Ofenwandungen angegeben worden (vgl. z. B. die US-PS'e 1 463 053, 1 806 793, 2 114 960, 2 548 908, 2 818 035, 3 315 950 und 4 130 391); keiner dieser Vorschläge befaßt sich mit dem Hauptproblem der vorliegenden Erfindung, nämlich der Möglichkeit, eine Innenwandung aus feuerfesten Steinen auszutauschen, ohne den übrige Ofenwandaufbau zu beeinträchtigen. Dieser übrige Aufba umfaßt auch die Kuppel, die an ihrem unteren Rand abgestützt werden muß.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochtemperaturofen anzugeben, der eine innere Heißflächen-Wandung oder -Auskleidung aus feuerfesten Steinen aufweist, die sich ausdehnen kann, ohne daß dadurch di Kuppel des Ofeninnenraums gehoben wird; ferner soll di Heißflächen-Wandung in einfacher Weise austauschbar sein, ohne daß dabei die Halterung des Kuppelteils des Ofeninnenraums berücksichtigt werden muß; schließlich soll die Heißflächen-Wandung bzw. -Säule den Hochtemperaturen in einem als Vergasungs-Generator eingesetzten Ofen standhalten können, ohne eine für die Abstützung der Kuppel des Ofens ausreichende Druckfestigkeit aufweisen zu müssen.
Der Hochtemperaturofen nach der Erfindung, der einen Außenmantel aufweist, in aufrechter Stellung montierbar ist und eine temperaturbeständige Auskleidung mit einer Kuppel -an deren Oberende umfaßt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung mindestens eine erste Isolierlage innerhalb des Außenmantels, die die Kuppel abstützt, und eine innerhalb des Unterendes der Kuppel freistehende zweite Isolierlage an der Innenseite der ersten Isolierlage umfaßt, so daß die zweite Isolierlage sich ohne Beaufschlagung der Kuppel mit einer aufwärts gerichteten Schubkraft ausdehnen kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Hochtemperaturofen, der einen Außenmantel aufweist und in Vertikallage aufstellbar ist sowie eine temperaturbeständige Auskleidung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturbeständige Auskleidung umfaßt: eine aus feuerfesten Steinen aufgebaute Kuppel am oberen Ende der Auskleidung, eine erste Lage aus Feuerziegeln mit ausreichender Festigkeit zur Abstützung der Kuppel, die auf der Lage aufliegt, eine Isolierzementschicht innerhalb des Außenmantels und angrenzend an diesen, mehrere Feuerziegellagen innerhalb des Außenmantels und angrenzend an diesen, eine zweite, freistehende Lage aus hochtemperaturbeständigen feuerfesten Steinen an der Innenseite der ersten Feuerziegellage, wobei die zweite Lage aus austauschbaren Steinen besteht und sich in Vertikalrichtung über das Unterende der Kuppel hinaus erstreckt, so daß sie sich ohne Beaufschlagung der Kuppel mit einer aufwärts gerichteten Schubkraft ausdehnen kann, und gießfähige Isolierung, die Zwischenräume zwischen der Isolierzementschicht und der Kuppel und den übrigen Feuerziegellagen ausfüllt.
Eine weitere Ausführungsform des Hochtemperaturofens nach der Erfindung für die Kohlevergasung, mit einem Verbrennungsraum zur Durchführung der Kohlevergasung, der am Oberende einen Einlaß und am Unterende einen Auslaß aufweist, mit einer den Einlaß umgebenden Kuppel aus Heißflächenziegeln für die Kohlevergasung und mit einer ersten Seitenwand zur Abstützung der Kuppel, wobei diese Seitenwand aus isolierenden Steinen ausreichender Druckfestigkeit bei unter der Kohlevergasungstemperatur liegenden Temperaturen besteht, ist gekennzeichnet durch eine innerhalb der ersten Seitenwand liegende zweite Seitenwand aus Heißflächenziegeln, die der Kohlevergasungstemperatur standhalten und die Kuppel nicht abstützen.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Ofen nach der Erfindung; und Fig. 2 eine größere seitliche Querschnittsansicht einer Seitenwand des Ofens von Fig. 1 längs der Schnittlinie 2-2 von Fig. 1.
Im Zusammenhang mit Kohlevergasungsprozessen u. dgl.
muß ein Gaserzeuger gebaut werden, der effektiv ein Ofen ist, in dem der Vergasungsprozeß abläuft. Ein solcher Gaserzeuger ist eigentlich ein Ofen mit einem Stahlmantel, der mit feuerfesten Werkstoffen ausgeklei- det sein muß, um den hohen Temperaturen der in ihm stattfindenden Vergasungs-Verbrennung standhalten zu können. Ferner wird bei der Vergasung von Feststoffen flüssige Hochtemperatur-Schlacke erzeugt, die an den Ofenwandungen abläuft und in ihrer Auswirkung auf die Innenseite einer solchen Wandung hocherosiv ist.
Infolgedessen ist die Standzeit der Innenauskleidung sehr kurz, und der Austausch wird sehr teuer. Dies gil insbesondere deshalb, weil der normale Ofenaufbau eine Kuppel am Oberende des Ofens aufweist, die aus feuerfesten Hochtemperatursteinen besteht und durch darunte befindliche vertikale Seitenwandungen gleichartiger feuerfester Steine abgestützt ist. Die erosiven Auswir kungen sind jedoch unterhalb des Kuppelteils wesentlic] stärker, so daß der untere Wandungsteil ausgetauscht werden muß, während die Kuppel selbst im wesentlichen unbeeinträchtigt bleibt. Wenn die Stützwandungen ausgetauscht werden mußten, war es jedoch bisher erforderlich, auch die Kuppel zu entfernen, da die unter ihr befindlichen Stützwandungen zum Austausch entfernt wurden.
Der Innenaufbau des Ofens nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht den Austausch der Innenwandungslage der Ofens, ohne daß die Abstützung der Kuppel berücksich- tigt zu werden braucht. Ferner ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die den Kuppelteil abstützende Wandung aus stärkeren Steinen aufgebaut sein kann, da sie den Hochtemperatur- oder erosiven Bedingungen, denen die übrigen Innenflächen des Ofens ausgesetzt sind, nicht ausgesetzt wird. Dadurch, daß eine Innenlage aus Heißflächensteinen besteht, kann die Innenwandschicht sich gesondert von dem abstützenden Wandaufbau für die Kuppel ausdehnen. Damit wird auf sie keinerlei Stützlast oder Druck infolge von Ausdehnungseffekten ausgeübt.
Es ist zu beachten, daß im Rahmen der Erläuterung die Bezeichnung "feuerfeste Steine" sich insbesondere auf Steine bezieht, die besonders hochtemperaturbeständig sind und der Heißflächenlage an der Innenauskleidung eines Ofenraums standhalten können. Die Bezeichnung "Feuerziegel" bezieht sich auf Ziegel, die relativ hochtemperaturbeständig sind, die jedoch so aufgebaut sein können, daß sie eine höhere Druckfestigkeit als die "feuerfesten Steine" aufweisen.
Aus der Zeichnung ist ein Kohlevergasungs-Gaserzeuger ersichtlich, der schematisch als der Hochtemperaturofen gemäß der Erfindung dargestellt ist. Der Ofen umfaßt einen Außenmantel 11, der aus irgendeinem geeigneten Werkstoff wie Stahl od. dgl. bestehen kann. Der Außenmantel ist in aufrechter Lage entsprechend Fig. 1 aufstellbar. Somit weist der Außenmantel 11 an seinem Unterende einen Flansch 12 auf. Im Ofen befindet sich ein Verbrennungsraum 15, in dem die Kohlevergasungs-Reaktion abläuft. Ferner ist am Oberende des Verbrennungsraums 15 eine Einlaßöffnung 16 und am Unterende eine Austrittsöffnung 17 ausgebildet.
In dem Außenmantel 11 befindet sich eine temperaturbeständige Auskleidung mit einer Kuppel 20, die aus feuerfesten Steinen besteht und am oberen Ende der Ofenauskleidung positioniert ist. Ferner ist eine erste Lage Feuerziegel 21 vorgesehen, deren Festigkeit zur Abstützung der Kuppel 20 ausreicht. Die Basis der Kuppel 20 liegt auf dem Oberende der Wandung oder Säule aus Feuerziegeln 21 auf. Eine Schicht Isolierzement 24 ist innerhalb des Außenmantels 11 und an diesen angrenzend vorgesehen. Ferner sind mehrere Lagen 25 und 26 aus Feuerziegeln vorgesehen, die zwischen der Zementschicht 24 und der ersten Feuerziegellage 21 liegen.
Eine zweite Lage freistehende feuerfeste Steine 29 ist an der Innenseite der ersten Lage 21 angeordnet und wirkt als sogenannte Heißflächenlage, die der hohen Temperatur innerhalb des Ofenraums 15 standhält.
Diese Lage 29 besteht aus austauschbaren Steinen und verläuft in Vertikalrichtung über das Unterende der Kuppel 20 hinaus, so daß eine Expansion der Wandung bzw. der Säulen der Steinlage 29 möglich ist, ohne daß die Kuppel 20 mit einer aufwärts gerichteten Schub-oder Stützkraft beaufschlagt wird.
Die verbleibenden Zwischenräume innerhalb des Außenmantels 11 sind mit gießfähiger Isolierung ausgefüllt, und zwar mit Isolierung 30 nahe dem Ofenunterende sowie mit Isolierung 31 und 32 nahe dem Ofenoberende. Ferner ist zu beachten, daß das Unterende der feuerfesten Steinlage 1 auf einem Winkelprofil 35 abgestützt ist, während die freistehende feuerfeste Steinlage 29 auf einem weiteren Winkelprofil 36 abgestützt ist. Es ist zu beachten, daß die Austrittsöffnung 17 mit einer Lage 39 aus feuerfesten Steinen ausgekleidet sein kann, die einen kegelstumpfförmigen oberen Abschnitt 40 aufweist, der sich an die Basis der Lage 29 anschließt.
Wie vorstehend erläutert, besteht ein Hauptvorteil des so aufgebauten Ofens darin, daß sich die innere Wand oder Säule 29 aus Heißflächensteinen ausdehnen kann, ohne daß die Kuppel 20 gehoben wird oder die Säulen dz Lage 29 mit einer zusätzlichen Druckkraft beaufschlagt werden. Ferner sind die Heißflächensteine der Säulen in einfacher Weise austauschbar, wobei die Abstützung der Kuppel 20 außer acht bleiben kann, da die Kuppel von den übrigen Säulen aus Feuerziegeln 21 vertikal abgestützt bleibt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Heißflächensteine der Säulen 29 aus Werkstoff bestehen, die keine zusätzliche Festigkeit für die Abstützung der Kuppel 20 aufzuweisen brauchen. Infolge dessen können diese Steine einerseits in bezug auf Hochtemperaturbeständigkeit wirksamer und andererseite kostengünstiger sein.

Claims

Patentansprüche 1. Hochtemperaturofen, der einen Außenmantel aufweist und in aufrechter Stellung montierbar ist und der eine temperaturbeständige Auskleidung mit einer Kuppel an deren Oberende aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung umfaßt: - mindestens eine erste Isolierlage (21) innerhalb des Außenmantels (11), die die Kuppel (20) abstützt, und - eine innerhalb des Unterendes der Kuppel (20) freistehende zweite Isolierlage (29) an der Innenseite der ersten Isolierlage (21), so daß die zweite Isolierlage (29) sich ohne Beaufschlagung der Kuppel (20) mit einer aufwärts gerichteten Schubkraft ausdehnen kann.
2. Hochtemperaturofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Isolierlage eine Lage (29) aus feuerfestem Werkstoff ist, der hochtemperaturbeständig ist.
3. Hochtemperaturofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Isolierlage (29) aus auswechselbaren Ziegeln besteht.
4. Hochtemperaturofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Isolierlage (29) sich in Vertikalrichtung über das Unterende der Kuppel (20) hinauserstreckt.
5. Hochtemperaturofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Isolierlage eine Feuerziegellage (21) mit ausreichender Festigkeit zur Abstützung der Kuppel (20) ist, und daß die Kuppel (20) aus Feuerziegeln besteht und auf der ersten Feuerziegel-Isolierlage (21) aufliegt.
6. Hochtemperaturofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenauskleidung ferner eine Isolierzementschicht (24) angrenzend an den Außenmantel (11) und mindestens eine Feuerziegellage (25, 26) an der Außenseite der ersten Feuerziegellage (21) umfaßt.
7. Hochtemperaturofen, der einen Außenmantel aufweist und in Vertikallage aufstellbar ist, mit einer temperaturbeständigen Auskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturbeständige Auskleidung umfaßt: - eine aus feuerfesten Steinen aufgebaute Kuppel (20) am oberen Ende der Auskleidung; - eine erste Lage (21) aus Feuerziegeln mit ausreichender Festigkeit zur Abstützung der Kuppel (20), die auf der Lage (21) aufliegt; - eine Isolierzementschicht (24) innerhalb des Außenmantels (11) und angrenzend an diesen; - mehrere Feuerziegellagen (25, 26) innerhalb des Außenmantels (11) und angrenzend an diesen; - eine zweite Lage (29) aus freistehenden, hochtemperaturbeständigen feuerfesten Steinen an der Innenseite der ersten Feuerziegellage (21), - wobei die zweite Lage (29) aus austauschbaren Steinen besteht und sich in Vertikalrichtung über das Unterende der Kuppel (20) hinaus erstreckt, so daß sie sich ohne Beaufschlagung der Kuppel (20) mit einer aufwärts gerichteten Schubkraft ausdehnen kann; und - gießfähige Isolierung (30, 31, 32), die Zwischen- räume zwischen der Isolierzementschicht und der Kuppel und den übrigen Feuerziegellagen ausfüllt.
8. Hochtemperaturofen für die Kohlevergasung, mit einem Verbrennungsraum zur Durchführung der Kohlevergasung, der am Oberende einen Einlaß und am Unterende einen Auslaß aufweist, mit einer den Einlaß umgebenden Kuppel aus Heißflächenziegeln für die Kohlevergasung und mit einer ersten Seitenwand zur Abstützung der Kuppel, wobei diese Seitenwand aus isolierenden Steinen ausreichender Druckfestigkeit bei unter der Kohlevergasungstemperatur liegenden Temperaturen besteht sowie einer innerhalb der ersten Seitenwand (21) liegende zweite Seitenwand (29) aus Heißflächenziegeln, die der Kohlevergasungstemperatur standhalten und die Kuppel (20) nicht abstützen.
9. Hochtemperaturofen nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen den Verbrennungsraum (15) umgebenden Außenmantel (11).