DE3328313A1

DE3328313A1 - Wandelement fuer schmelzkammerfeuerung

Info

Publication number: DE3328313A1
Application number: DE19833328313
Authority: DE
Inventors: Sepp 7030 Böblingen Zeug
Original assignee: Sigri Elektrograhit GmbH
Current assignee: Ffs Feuerfeste Systeme Holding Ag Niederurnen Ch
Priority date: 1983-08-05
Filing date: 1983-08-05
Publication date: 1985-02-14
Also published as: CH663656A5

Description

Wandelement für Schmelzkammerfeuerung
Die Erfindung betrifft ein flexibles Wandelement für Schmelzkammerfeuerungen, besonders für die Verbrennung von Schadstoffen.
Zur Vernichtung von Schadstoffen durch Verbrennung verwendete Feuerungsanlagen sind im allgemeinen größeren Belastungen ausgesetzt, da zur vollständigen Verbrennung besonders von Chemieabfällen oftmals hohe Temperaturen nötig sind, Abfälle und beim Verbrennen gebildete intermediäre Produkte, Schlacken und ähnliches häufig korrosiv sind und die Feuerungsanlagen im allgemeinen nicht kontinuierlich betrieben werden können, d.h., durch Temperaturwechsel ausgelöste mechanische Spannungen besonders in der feuerfesten Auskleidung Risse, Abplatzungen u. dgl. bedingen. Einige Feuerfestmaterialien sind vor allem wegen ihrer begrenzten Korrosionsbeständigkeit den Anforderungen nicht gewachsen, andere Materialien, wie die zur Auskleidung bestifteter Rohrflächen in Schmeizkammerkesseln verwendeten, im wesentlichen aus Siliciumcarbid bestehende Massen sind zwar korrosionsbeständig, aber ihre Temperaturwechselbeständigkeit reicht nicht aus. Auskleidungen dieser Art platzen unter der Betriebsweise der Feuerungsanlage häufig von der Trägerfläche ab, die dann der korro- siven Atmosphäre schutzlos ausgesetzt ist. Für vollständig aus Siliciumcarbid bestehende Elemente, wie Rohre oder Platten, gelten unter diesen Bedingungen grundsätzlich die gleichen Beschränkungen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wandelement für eine Feuerungsanlage zu schaffen, das gegen hohe Temperaturen, Temperaturwechsel und korrosive Stoffe beständig ist und einen kleinen Wärmedurchgangskoeffizienten hat. überraschend wurde gefunden, daß die gute Korrosionsbeständigkeit von siliciumcarbidhaltigen Massen in einem Element genutzt werden kann, das aus einer Kohlenstoffasern enthaltenden flexiblen Trägerschicht und einer mit der Trägerschicht verbundenen siliciumcarbidhaltigen Deckschicht besteht. Die überraschende Beständigkeit des Wandelements ist offenbar darauf zurückzuführen, daß ein Spannungsaufbau in der Deckschicht durch die Flexibilität des Trägers weitgehend verhindert wird, d.h., das gesamte Wandelement verformt sich.
Kohlenstoffasern - unter diesem Begriff werden auch Graphitfasern verstanden - werden u.a als Auskleidung metallurgischer bfen verwendet, die im Vakuum oder unter Schutzgas betrieben werden. Da die Fasern unter oxidierenden Bedingungen nicht beständig sind und die Atmosphäre in der Brennkammer Luft im überschuß enthält, kann man ausschließlich aus Kohlenstoffasern bestehende Wandelemente für derartige Feuerungen nicht verwenden. Es ist bekannt, Kohlenstoffasern mit Schichten aus oxidationsbeständigen Werkstoffen zu versehen, u.a. auch mit Siliciumcarbid. Nach dem Verfahren der DE-OS 31 30 116 wird beispielsweise die Oberfläche jeder einzelnen Faser mit Siliciumcarbid beschichtet. Haufwerke aus beschichteten Fasern sind porös und eignen sich nicht für Wandelemente von Feuerungsanlagen. Die Porosität derartiger Gebilde kann in bekannter Weise durch Imprägnierung veringert werden, wobei allerdings ihre Flexibilität verloren geht (z.B.
DE-OS 1 771 549).
In dem erfindungsgemäßen flexiblen Wandelement sind die die Trägerschicht bildenden Filamente oder Faserbündel im wesentlichen nicht mit Siliciumcarbid beschichtet.
Die siliciumcarbidhaltige Deckschicht liegt vielmehr nur an der äußeren Oberfläche der Trägerschicht an und ist mit dieser eng verzahnt, so daß trotz guter Haftung der Deckschicht die Flexibilität der Trägerschicht nicht beeinträchtigt wird. Alle aus temperaturbeständigen Fasern bestehende Trägerschichten sind für diesen Zweck hinreichend flexibel. Kohlenstoffasern sind jedoch en vergleichsweise besserer Haftgrund für die siliciumcarbiahai.ige Deckschicht und haben vor allem eine wesentlich größere Wärmeleitfähigkeit als keramische Fasern. Besonders für thermisch hochbelastete Wandelemente ist eine große Wärmeleitfähigkeit des Trägers nötig, damit die Deckscicht nicht geschädigt wird. Entsprechend werden Trägerschicnten bevorzugt, die ausschließlich aus Kohlenstoffasern oes.ehen. Von den verschiedenen-textilen Formen des Kohlenstoffs, wie Gewebe, Gewirke, Vliese und Filze sind Filze für aie Trägerschicht besonders geeignet, die in der nötigen DicKe gehandelt werden oder mit geringem Aufwand zu einem Träger der nötigen Dicke zusammengefügt werden können. Fir sehr 0 hohe Brennkammertemperaturen von etwa 1500 bis 1-00 c sollte der Filz zweckmäßig aus Graphitfasern bestehen, unterhalb dieser Temperatur genügen in der Regel aus Sahlenstofffasern bestehende Filze.
Die erfindungsgemäße Deckschicht enthält Siliciumcarbid in einem Anteil zwischen etwa 50 und 90 %. Bevorzugt wird ein keramisch gebundenes Siliciumcarbid, das in einfacher Weise als plastische Masse auf die Trägerschicht aufgebracht und gesintert werden kann. Die Sinterung wird erleichtert durch Zusätze von Vanadiumverbindungen, die zugleich die Benetzbarkeit der Deckschicht durch Schlacken herabsetzt. Die Dicke der Deckschicht beträgt bevorzugt mehr als 5 mm, da Schichten dieser Dicke hinreichend impermeabel sind und den Kohlenstoff wirksam gegen den Angriff oxidierender Stoffe schützen. Die Trägerschicht erfüllt mit Dicken unter 2 mm ihre Funktion am besten.
Zum Herstellen des flexiblen Wandelements werden flächige Fasergebilde, vorzugsweise ausschließlich aus Kohlenstoffasern mit einer plastischen Masse beschichtet, die durch Mischen von Siliciumcarbidpulver, Ton und einer Vanadiumverbindung mit Wasser zubereitet wird. Das Feststoffgemisch enthält zweckmäßig 50 bis 90 % Siliciumcarbidpulver, 50 bis 10 % Ton und etwa 0,5 bis 2 % Vanadium in Form von Oxiden oder Vanadaten. Die zum Plastifizieren nötige Wassermenge beträgt je nach Zusammensetzung und Korngrößenverteilung des Gemischs etwa 2 bis 12 %, wobei der genaue Anteil durch eine einfache Konsistenzprüfung bestimmt werden kann. Es ist zweckmäßig, die streichfähige Masse in der vorgesehenen Dicke auf den Träger aufzuspritzen. Die Schicht wird bei Raumtemperatur, 0 anschließend bei etwa 120 bis 140 c getrocknet und dann gesintert. Die Sinterung erfolgt in den üblichen Sinter-0 öfen bei wenigstens 800 C oder bevorzugt in situ nach Einbau des Wandelements in die Brennkammer einer Schmelzkammerfeuerung durch Erhitzen auf wenigstens 1100 OC Obwohl die Eindringtiefe der plastischen Masse in die Trägerschicht unter diesen Bedingungen klein ist, haften beide Schichten des Wandelements fest aneinander, so daß das Element ohne weiteres großen Temperaturwechseln ausgesetzt werden kann.
Die flexiblen Wandelemente haben die Form ebener oder gekrümmter Voll- oder Hohlkörper, beispielsweise Quader oder Hohlzylinder, und werden in bekannter Weise mit gekühlten Ringen aus temperaturbeständigem Stahl in die Brennkammer eingespannt. Die das Element durchdringende Wärmeenergie wird auf der Trägerseite durch inerte Wärmeträger abgeführt und beispielsweise indirekt zum Vorwärmen der Verbrennungsluft verwendet. Für eine direkte Vorwärmung von Verbrennungsluft muß die Trägerschicht gegen Oxidation geschützt werden oder man verwendet Wandelemente, die sich aus einer Vielzahl zylindrischer Einzelelemente zusammensetzen.
Durch schnelle Temperaturänderungen in dem erfindungsgemäßen Wandelement induzierte mechanische Spannungen werden durch Verformen der Trägerschicht weitgehend aufgefangen, so daß die gegen korrosive Stoffe beständige impermeabele Deckschicht nicht als Folge betriebsgebundener Temperaturschwankungen abplatzt. Einzelne sich in der Deckschicht bildende Risse beeinträchtigen das Korrosionsverhalten nicht, da in den Riß eindringende Schlacke die Kohlenstoffasern nicht benetzt und sie gegen den Kontakt mit oxidierenden Stoffen abschirmt. Die mittleren Wärmeleitwiderstände von Trägerschicht und Deckschicht betragen etwa 0,003 m2k/W.

Claims

Patentanspruche: 1.)FLexibles Wandelement für Schmelzkammerfeuerung, besonders für die Verbrennung von Schadstoffen, g e -k e n n z e i c h n e t durch eine Kohlenstoffasern enthaltende flexible Trägerschicht und eine die Trägerschicht bedeckende siliciumcarbidhaltige Deckschicht.
2. Wandelement nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Trägerschicht aus Kohlenstoffasern besteht.
3. Wandelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Trägerschicht aus Kohlenstoffilz besteht.
4. Wandelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Deckschicht aus keramisch gebundenem Siliciumcarbid besteht.
S. Wandelement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Dicke der Deckschicht wenigstens 5 mm beträgt.
6. Wandelement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Dicke der Trägerschicht höchstens 2 mm beträgt.
7. Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Wandelements nach Anspruch 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß ein flächiges Gebilde aus Kohlenstofffasern mit einer Siliciumcarbid, eine Vanadiumverbindung, Ton und Wasser enthaltenden plastischen Masse beschichtet, die Schicht getrocknet und durch Erhitzen auf wenigstens 1100 OC gesintert wird.