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Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen flüssiger Schlacke aus Druckgaserzeugern
Feste Brennstoffe sind schon unter einem Druck von mehreren Atmosphären, z. B. biss
zu 2o atü und mehr, mit Luft, sauerstoffangereicherter Luft oder Sauerstoff und
Wasseirdampf und/odew Kohlensäure vergast worden. Bisher wurden, die Vergasungsrückstände
aus derartigen Druckgaserzeugern mittels eines Drehrostes und einer diskontinuierlich
betätigten Schleuse in fester Form ausgetragen. Das Arbeiten mit festeir Asche setzt
voraus, daß mit verhältnismäßig niedrigen Reaktionstemperaturen gearbeitet wird,
die unter dem Schmelzpunkt der Asche liegen, und daß ein großer Überschuß von Wasserdampf
oder Kohlensäure, angewendet wird, um das Schmelzen oder Sintern der Rückstände
im Gaserzeuger zu vermeiden. Hohe Reaktionstemperaturen sind nun aber in vielen
Fällen wünschenswert, z. B. wenn es sich um die Herstellung von Synthesegas handelt.
Hierbei kommt es darauf an, ein Gasgemisch mit möglichst hohem Kohlenoxyd-Wasserstoff-Gehalt
zu erzeugen und die bei niedrigeren Reaktionstemperaturen auftretende Methanbildung
nach Möglichkeit zu untetrbinden. Auch der Wasserdampf- bzw. Kohlensäureaufwand
wird bei hohen Reaktionstemperaturen wesentlich geringer. Andererseits führen hohe
Reaktionstemperaturen zu flüssiger Schlacke, deren Entfernung bei Druckgaisierzeugern
bisher auf Schwierigkeiten stieß.
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Zur Regelung des Schlackenabflusses aus druckgefeuerten Öfen, Gaserzeugern
od. dgl. Vorriichtungen
mit flüssigem Schlackenabstich hat. .man
vor der Absti@chöffnung eine! geschlossene Kammer an, geordnet und je nach den Erfordernissen
der Regelung des Schlaekenabflusses_,ein gasförmiges Mittel in die Kammer eingeführt
.oder .aus der Kammei abgelassen. In der Kammer war ein Wasserbad angeordnet. Die
durch die Absitichöffnung ausfließende Schlacke gelangte in das Wasserbad und würde
-auf diese Weise granuliert. Zur Spemung des Schlackenabflusses wurden Abgase in
die Kammer eingeblasen. Während des Abstiches wurden Teile des gasförmigen Mittels
durch Absaugen aus der Kammeer entfleirnt. Der Austrag des Schlackensandes aus der
Kammeer erfolgte durch eine Schleuse oder eine- einfabhe Blende, wobei die Schlaakenabstichöffnung
vorübeTgehemd mechanisch geschlossen und der Druck in der Kammer abgesenkt war.
Die Anordnung größerer Wassermengen unmittelbar vor einem S.ahlackenahstich ist
indessen mit gewissen Gefahren verbunden, z. B. körnen bei Betriebsstörungen infolge
zu starken Schlackenabflusses Explosionen vorkommen. Auch ist derAwstrag von Schlackensand
aus einer `DruckkammeT verhältnismäßig umständlich. Die Erfindung vermeidet diese
Mängel.
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Die. Erfindung betriffit ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit denen
es gelingt, alle Schwierigkeiten des flüssigen Schlackenabstiches bei Druckgaseerzeugeern
zu überwinden. Erfindungsgemäß wird die flüssige Schlacke aus Gaserzeugern, die
unter einem Druck von mehreren Atmosphären arbeiten, durch eine .Schlackenform mit
einer von außen vezschließbaren Öffnung abgeführt. Auf den Schlackenstrom wird,
bevor er die Öffnung erreieht, ein unter Druck stehendes gas- oder da,mpfförm.iges
oder flüssiges Mittel, z. B. Wasser, Gas oder Dampf, zur Einwirkung gebracht, das
mit dem Schlackenstrom durch die Öffnung austritt. Zweckmäßig geschieht dies in
der Weise, daß das zugeführte gas- oder dampfförmige oder flüssige Mittel dien Schlacken-strahl
rings umgibt. Bei Anwendung eines gas- oder dampfförmigen Mitteils wird dieses Mittel
während des Schlackenabstiches unter einem Druck gehalten, der niedriger ist als
der Druck im Gaserzeuger, und es wierd zwecks Unterbirechung des Schlackenabflusses
der Druck des gas- oder dampfförmigen Mittels gleich oder höher als der Druck im
Gaserzeuger gemacht. Wird ein flüssiges Mittel angewendet, so hält man dieses während
des Schlackenabflusses unter einem Druck, dar kleiner ist als der Druck im Gaserzeuger.
Zwecks Unterbrechung des Schlackenabflusses wird ein gas- odier dampfförmiges Mittel
unter einem Druck, der höher ist als der Druck im Gaserzeuger, benutzt. Nach Unterbrrechung
des Schlackenahflws.ses kann die nach außen führende Öffnung desselben verschlossen
werden. Bei geschlossenem Schlackenabstich kann durch die Schlackenform Dampf oder
Gas in den Gaserzeuger geleitet wegirden.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß unerwünschte Verstopfungen des
Schlackenabstiches nicht auftreten können. Außerdem gelingt es durch die Erfindung,
die Menge -der in der Zeiteinheit abgestochenen Schlacke und damit auch die Zeit
des Schlackenabstiches genau zu regeln und einzustellen. Die Schlacke selbst kann
in gut granulierter Form erhalten werden.
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Die Abstichvorrichtung für flüssige Schlacke nach der Erfindung besteht
im wesentlichen aus einer Schlackenform, die zwegkmäßig wassergekühlt ist, und einem
nach außen abgeschlossenen Raum vor der Mündung der Schlackenform, der mit einer
Zuführung für gas- oder dampfförmige oder flüssige Mittel und einer von außen verschließbaren
Öffnung ausgestattet ist, die zweckmäßig koaxial mit der Schlackenform liegt und
den Raum vor der Schlackenform mit der Atmosphäre verbindet. Diese Teile sind vorteilhaft
in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.
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Die Vorrichtung kann für kontinuierlichen oder diskontinuierlichen
Schlackenabstich eingerichtet sein. Beim Schlackenabstich fließt die Schlacke durch
die Form, den Raum vor ihrer Mündung und die Öffnung aus, z. B. derart, daß das
flüssige, gas- oder dampfförmige Mittel den Schlackenstrahl rings umgibt und so
die Wandungen der Öffnung vor dem Angriff der-Schlacken schützt.
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Soll der Schlackenabstich unterbrochen werden, so wird der Druck des
den Schlackenausfluß regelnden Mittels auf den Druck des Gaserzeugers oder weiter
erhöht, bis das Ausfließen der Schlacke aufhört. Danach wird die Öffnung geschlossen.
Die Schlacke tritt dann aus der Schlackenform in den Gaserzeuger zurück. Gleichzeitig
fließt ein Strom des Sperrmittels in den Gaserzeuger. Zweckmäßig wird dieser Strom,
solange keine Schlacke abgezogen wird, ständig aufrechterhalten, damit die Verbindung
zwischen der Schlackenform und dem Innern des Gaserzeugers frei gehalten wird.
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Bei Beginn des Schlackenabstichs wird der Druck vor der Schlackenform
zunächst noch gesteigert, ehe der Verschluß der äußeren Öffnung aufgehoben wird.
Dann wird der Druck erniedrigt, bis der Schlackenstrom in gewünschter Stärke ausfließt.
Zur weiteren Erläuterung. der Erfindung diene die Zeichnung. In den F'ig. r und
2 sind zwei Ausführungsformen der neuen Vorrichtung beispielsweise im senkrechten
Schnitt dargestellt; die Fig. 3 zeigt Einzelheiten der Vorrichtung nach Fig. 2.
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In dem Gehäuse i liegt die eigentliche Schlackenform 2, durch die
die flüssige Schlacke abfließt. Die Form 2 ist von einem Kühlwasserraum 3' umgeben,
dem das Kühlwasser durch die Leitung zuströmt -und den es durch die Leitung
5 verläßt. tler der Schlackenform :2 liegt der halbringförmige Raum 6, der mit dem
Raum 7 vor der Mündung der Schlackenform in Verbindung steht und dem durch eine
Zuleitung ä ein gas- oder dampfförmiges Mittel, z. B. Dampf, Luft, Kohlendioxyd
od. dgl., unter Druck zugeleitet wird. Das Gehäuse i ist mit der Wand des Druckgaserzeugers
verbunden, z. B. verschraubt. Die Wand besteht zweckmäßig aus einem drucktragenden
Mantel 9, einer inneren
Wandung io und einem Räum ii für
Kühlwässer. Die Wandung io ist gegen die hohen Temperaturen im Innern des Gaserzeugers
durch das feuerfeste Mauerwerk 12 und die Wasserkühlung geschützt. Ein zweckmäßig
konischer Kanal 13 verbindet die Schlackenform 2 - mit dem Innenraum des
Gaserzeugers. Vorteilhaft wird ein mit mehreren Öffnungen versehener Abschluß 14,
z. B. ein Düsenboden, in die Mündung des Kanals in den Gaserzeuger eingesetzt. Er
hat den Zweck, den Zutritt fester Stoffe aus dem Gaserzeuger zur Schlackenform zu
verhindern. Zweckmäßig mündet der Kanal 13 am Boden oder nahe am Boden des Gaserzeugers.
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Der Raum 7 bat eine Öffnung 51 nach außen, die zweckmäßig koaxial
mit der Schlackenform :2 angeordnet ist; mittels eines Verschlußkegels 52, der mit
einem Hebelwerk 15 betätigt werden kann, ist die Öffnung 51 von außen verschließbar.
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Der Betrieb der Vorrichtung gestaltet sich derart, daß, solange keine
Schlacke abgestochen wird und die Schlackenaustrittsöffnung 51 geschlossen ist,
durch die Leitung 8 ständig Gas, Dampf od. dgl. durch die Schlackenform :2 und den
Kanal 13 sowie den Düsenboden 14 in den Gaserzeuger geblasen wird. Soll Schlacke
abgelassen werden, so wird der Dampf- oder Gasdruck im Raum 7 durch Öffnen der Ventile
17 und/oder 16 zunächst erhöht. Dann wird durch Betätigung des Hebelwerks 15 der
Verschlußkegel 52 aus der Öffnung 51 entfernt und der Druck im Raum 7 unter den
Druck im Gaserzeuger herabgesetzt. Der dann einsetzende Schlackenausfluß wird durch
Änderung des Druckes im Raum 7 eingestellt. Die Kühlung der Schlackenform 2 geschieht
durch das bei 4 eintretende und bei 5 abfließende Kühlwasser. Zwecks Beendigung
des Schlackenabstichs wird durch Öffnen der Ventile 16 und/oder 17 der Druck im
Raum 7 so weit erhöht, daß er über dem im Gaserzeuger herrschenden liegt. Dadurch
wird der Schlackenausfluß unterbrochen. Es kann dann die Ausflußöffnung 51 durch
den Verschlußkegel 52 dicht geschlossen werden. Der Gas- bzw. Dampfzutritt zu dem
Raum 7 wird darauf so weit vermindert, wie es der laufende Gaserzeugerbetrieb und
das Freihalten der Schlackenform erfordern.
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Die Einstellung des zum Regeln des Schlackenausflusses bzw. zum Absperren
dienenden gas- oder dampfförmigen Mittels kann mit Hilfe der Ventile 16 und 17 derart
erfolgen, daß ständig eins der Ventile auf die Mindestzufuhr eingestellt bleibt.
Die Regelung erfolgt dann ausschließlich durch Öffnen und Schließen des zweiten
Ventils. Das hat den Vorteil, daß die Einstellung des Sperrdampfes oder -gäses vereinfacht
wird.
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Die Vorrichtung nach Fig.2 und 3 eignet sich vorzugsweise für kontinuierlichen
Schlackenabstich. Auch bei dieser Vorrichtung ist die Schlackenform 22 mit Wasserkühlung
ausgestattet, zweckmäßig derart; daß sie von einem Gehäuse 23 umgeben ist, dem durch
die Leitung 24 Kühlwasser zugeführt wird und aus dem dieses durch die Leitung 25
austritt. In der gleichen Weise ist der vor dem Gehäuse 23 liegende und mit diesem
verbundene Sperrwasserraum 26 mit einem Wasserzüfluß 27 versehen. Die Vorrichtung
ist in der gleichen Weise wie die nach Fig. i in dem aus der Doppelwand
28,:29 und dem Futter 3o bestehenden und mit einem Kühlwasserraum 3 i ausgestatteten
Gaserzeugermantel angeordnet und mit dem Innern des Gaserzeugers durch den Kanal
32 verbunden, der ebenfalls mit einer den Zutritt fester Stoffe zur Schlackenform
hindernden Einrichtung, z. B. dem Düsenboden 33, ausgestattet sein kann.
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34 istein dieAus:trittsöffnung54 für dieSchlacke enthaltendes Mundstück.
35 ist eine Zuführung für ein gas- oder dampfförmiges Mittel zum Sperrraum 26, der
zwecks Reinigung mit einem verschließbaren Ablaß 36 versehen sein kann.
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Im Betrieb fließt die Schlacke in ständigem Strahl durch die Form
22, den Sperraum 26 und die Öffnung 51 ab. Der Schlackenstrahl wird von einem aus
dem Raum 26 ebenfalls durch die Öffnung 51 austretenden Wasserstrom umhüllt und
beschleunigt. Das Gemisch von Wasser und inzwischen erstarrter und granulierter
Schlacke wird durch die Leitung 37 weitergeführt.
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Der Zufluß. des Wassers zum Raum 26 wird durch einen Regler 38, der
sich in einem Kessel 39 befindet, so geregelt, daß durch das aus dem Kessel 39 durch
die Leitung 27 fließende Wasser ein bestimmter Druck im Raum 26 geschaffen wird.
Im normalen Betrieb hält man im Raum 26 einen Druck des Sperrwassers aufrecht, der
etwas niedriger als der Drück im Kanal 32 bzw. der Druck des Gaserzeugers
-ist. Die durch die Schlackenform ausfließende Schlacke kann nun durch Änderung
des Druckes im Raum 26 mittels des in seiner Höhenlage verstellbaren Schwimmers
38 nach Belieben vergrößert oder verkleinert werden. Zu diesem Zweck ist der Kessel
39 oben durch die Leitung 40 mit dem Innern des Gaserzeugers verbunden. Im
Gasraum des Kessels 39 herrscht dann der gleiche Druck wie an der Stelle des Gaserzeugers,
an der die Leitung 40 mündet. Dieser Druck ist um den Druckverlust im Gaserzeuger
niedriger als der Druck in der Schlackenform 22. Der Unterschied der Drücke vor
und hinter der Düse 22 kann durch die Einstellung des Wasserstandes im Kessel
39 mittels des Schwimmers 38 geändert werden. Durch die Pumpe 41 wird Wasser
in den Kessel 39 gedrückt, und der Schwimmer regelt mittels des Drosselorganes
So den Wasserzufluß von der Pumpe 41 zum Kessel 39.
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Die Vorgänge beim Schlackenabstich sind im einzelnen aus Fig. 3 ersichtlich.
Diese zeigt, wie der Schlackenstrahl, der aus der Form 22 austritt, sich beim Durchgang
durch den Spe-rwasserraum 26 mit zunehmender Geschwindigkeit einschnürt und vom
Sperrwasser durch die Öffnung 51 abgeführt wird, derart, daß das Sperrwasser den
Schlackenstrahl rings umgibt. Aus Fig. 3 ist weiter leicht erkennbar, daß die Kühlung
der Schlackenform 22 auch vom Sperrwasser bewirkt werden kann. Man braucht dann
nur die Wände zwischen dem Sperrwasserraurn 26 und dem Kühlraum 23 fortzulassen
und
auf die gesonderte Wasserzu- und -abfuhr 24, 25 zu verzichten. .
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Die, Leitung 37 führt das Sperrwasser aus der Form ab. Im normalen
Betrieb hält man im Raum 26 einen Druck des Sperrwassers aufrecht, der etwas niedriger
als der Druck in der Form 22 bzw. als der Innendruck des Reaktionsraumes ist. Dadurch
strömt bei geöffnetem Schlackenformkanal eine Schlackenmenge ab, die durch Einstellen
des Druckes im Raum 26 mittels des Schwimmers 38 nach Belieben geregelt werden kann,
denn es ist nach bekannten Gesetzen, die ausströmende Schlackenmenge: bei gegebenem
Strömungsquerschnitt proportional dem Wurzelwert des Unterschiedes zwischen dem
Druck im unteren Teil des Gaserzeugers und dem Druck im Sperraum 26. Wird der Sdh-#vimmer
38 höher gestellt, so- steigt der Wasserspiegel im Kessel 39 und dementsprechend
der Druck im Sperraum 26. Die ausfließende Schlackenmenge nimmt entsprechend ab.
Die Menge der ausfließenden Schlacke ändert sich im umgekehrten Sinn, wenn man den
Schwimmer 38 niedriger einstellt. Der Sperraum 26 steht mit dem Anschlußrohr 37
durch die Öffnung 51 des Mündungsstückes 34 in Verbindung. Die Ges thwindigkeit
'des Schlackenstrahles, die in der Schlackenform wegen des geringen Druckunterschiedes
zwischen Gaserzeuger und Sperraum noch niedrig ist, wird im Mündungsstück 34 wegen
des hohen Differenzdruckes zwischen Sperraum 26 und der nach außen führenden Leitung
37 wesentlich erhöht, der Strahl wird eingeschnürt und ringförmig von dem gleichfalls
austretenden Sperrwasser erfaßt. -Man kann die Sperrwassermenge dadurch verringern,
daß man ein Mündungsstück 34 mit möglichst kleinem Kontraktionskoeffizienten wählt.
Beim Eintritt der heißflüssigen Schlacke in den Raum 26 tritt eine starke Abkühlung
und ein damit verbundenes Granulieren der Schlacke ein. Die Wassermenge hält man
zweckmäßig so groß, daß eine örtliche Dampfbildung zwar möglich, aber im ganzen
dadurch verhindert wird, daß die Wassertemperatur beispielsweise 8o° C. nicht überschTestet.
Diese Endtemperatur des austretenden Sperrwassers gibt zusammen milt der zugeführten
Wassermenge, die ebenfalls gemessen werden kann, ein Maß für die abgeführte Schlackenmenge.
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Will man den Schlackenabstich unterbrechen, so wird z. B. Dampf oder
Gas durch die Leitung 35 in den Raum 26 eingeführt. Der Dampf wird mit höherem Druck
angewandt als der Druck, unter dem das Kühlwasser steht. Dadurch wird der Schlackenausfluß
unterbrochen, und es kann die Öffnung 5 i mit bekannten Mitteln, z. B. den in Fig.
i dargestellten, geschlossen werden. Die Sperrwasserzufuhr wird abgestellt, und
es wird der Zutritt des dampf- und gasförmigen Mittels so eingestellt,. daß durch
den Kanal 32 und den Düsenboden 33 Gas oder Dampf in für die Freihaltung
der Schlackenform ausreichender Menge in den Gaserzeuger übertritt.
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Die neue .Vorrichtung ist auch für andere Zwecke geeignet, bei denen
in ähnlicher Weise flüssige oder heißflüssige Reaktionsprodukte aus dem Innern eines
unter Überdruck stehenden Behälters abgeführt werden sollen, z. B. beim @Eisenhochöfen.
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