EP2315973B1 - Vorrichtung zur vergasung von kohlenstoffhaltigen brennstoffen - Google Patents

Vorrichtung zur vergasung von kohlenstoffhaltigen brennstoffen Download PDF

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EP2315973B1
EP2315973B1 EP09777854.2A EP09777854A EP2315973B1 EP 2315973 B1 EP2315973 B1 EP 2315973B1 EP 09777854 A EP09777854 A EP 09777854A EP 2315973 B1 EP2315973 B1 EP 2315973B1
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slag
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electrically
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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ThyssenKrupp Uhde GmbH
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    • F23J1/00—Removing ash, clinker, or slag from combustion chambers
    • F23J1/08—Liquid slag removal
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    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
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    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/06—Continuous processes
    • C10J3/08—Continuous processes with ash-removal in liquid state
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    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/52—Ash-removing devices
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    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/1269—Heating the gasifier by radiating device, e.g. radiant tubes
    • C10J2300/1276—Heating the gasifier by radiating device, e.g. radiant tubes by electricity, e.g. resistor heating

Definitions

  • the invention is directed to a device for the gasification of carbonaceous fuels with a discharge for slags in a slag bath.
  • the alkaline substances preferably evaporate from the slag, which causes the flow temperature of the slag increases substantially, so that in turn the burner performance is increased , which in turn leads to accelerated outgassing of the alkalis.
  • this object is achieved according to the invention in that the Vergaseraustragsö réelle is equipped with an electrically heatable Abtropfkante, wherein the heating is formed by an electrically en, ceramic resistance heater .
  • heated spouts are from the DE 195 40 641 C2 or the DE 196 54 402 C2 known. These solutions but concern other technical applications and are not readily transferable to the present technical field.
  • the drip edge of simple oxide or non-oxide ceramics or mixtures of corresponding ceramics is formed.
  • the ceramics used here may be Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , CaO, Fe 2 O 3 , HfO 2 , MgO, SiO 2 , SnO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , AlN, MoSi 2 , SiC, BN, cermets, wherein the ceramics mentioned here can be used individually or in combination.
  • the invention also provides that the power supply is formed in the electrically heatable drip edge of a Stromzugot prepared for the power supply rod.
  • an electrically conductive ceramic such as MoSi 2
  • the power supply rod is enclosed by a non-electrically conductive ceramic.
  • An advantage of electrically conductive ceramics is also that the conductivity increases with increasing temperature, the ceramic is very slag and high temperature resistant and the control can be performed as a ceramic resistance heating.
  • the compound can, for example be carried out by an electrically conductive adhesive or it may already be provided for example during sintering corresponding elements for electrical connection.
  • Fig. 1 generally denoted by 1, very schematically illustrated carburetor for the gasification of carbonaceous fuels has in a refractory housing 2, a supply for the fuel to be gasified, designated 3, and supplies of other media 4, such as when starting the carburetor.
  • the forming in the combustion chamber designated 5 slag flows at the lower end in the direction of gravity from the carburetor in a not shown water bath, wherein the Vergaseraustragsö réelle is denoted by 6, the drip edge carries generally the reference numeral 7, the electrical leads are denoted by 8.
  • Fig. 2 is the structure of such a drip edge in the cutout specified.
  • the reactor wall 2 is lined, for example, with a ramming mass 9, which defines the Vergaseraustragsö réelle 6 and is provided on its inner wall with a ceramic heating element 10, wherein said heating element forms the drip edge 7.
  • the power supply 8 is formed by a power supply rod of electrically conductive ceramic, which is enclosed by a sleeve 11 made of an electrically non-conductive ceramic, which passes through the ramming mass, also electrically non-conductive.
  • a shrink tube 12 is still provided, which serves to seal the power supply rod to the container or the sleeve to prevent a short circuit between the container wall 2 and the power supply rod 8.
  • the indirect heating of the ceramic forming the drip edge 7 is shown, wherein the electrical resistance heater 10a can be formed, for example, of SiSiC, while the slag-resistant ceramic consists, for example, of Al 2 O 3 .Cr 2 O 3 . Visible, the ceramic resistance heater is positioned directly behind the slag-resistant ceramic, so that the ceramic is then transferred directly to the slag-resistant ceramic in the drip area of the carburetor, the ceramic resistance heating is separated from aggressive slag.
  • Fig. 4 shows Fig. 4 a directly heated ceramic ring 10, which is designed as a ceramic resistance heater, the material is chosen so that it is both resistant to slag and conductive.
  • the power supply rods 8 are suitably made of a material such as MoSi 2 , that is, the electrical resistance is lower than the resistance of the ceramic heat conductor, wherein the electrical resistance is temperature independent.
  • the material mentioned here can be used at temperatures of up to 1800 ° C.
  • the described embodiment of the invention is still to be modified in many ways, without departing from the spirit.
  • the invention is not limited in particular to a specific geometric shape of the resistance heating, and the drip edge forming the closing ring of the carburetor opening must not be integrally formed u. like. More.

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Description

  • Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit einem Austrag für Schlacken in ein Schlackebad.
  • Bei der Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, z.B. Braun- oder Steinkohle, Raffinerierückständen, Biomassen u. dgl., werden u.a. die Prozesse in Vergasern so gestaltet, dass die Mineralbestandteile der eingesetzten Materialien zu flüssigen Schlacken aufgeschmolzen werden, die dann an den in der Regel zylindrischen Wänden der Vergaser nach unten fließen, um den Vergaser durch ein Schlackeloch zu verlassen, um in ein darunter befindliches Wasserbad abzutropfen, um dort granuliert zu werden.
  • Um einen kontinuierlichen Betrieb der Vergaser zu gewährleisten, muss dafür Sorge getragen werden, dass die Vergaseraustragsöffnung sich hier nicht zusetzt, so dass es bekannt ist, in diesem Bereich Stützbrenner vorzusehen, die dort für so hohe Temperaturen sorgen, dass der Austrag der Schlacke sichergestellt ist.
  • Derartige Lösungen zeigen beispielsweise die US 3 218 998 , die US 4 095 777 oder die US 5 630 853 , um nur einige Beispiele zu nennen. Diese Lösungen mit Stützbrennern sind sehr aufwändig, da sie sehr viele zusätzliche Elemente benötigen, wobei ein zusätzlicher Nachteil darin besteht, dass die Stützbrenner im Abtropfbereich auf die Oberfläche der fließenden Schlacke gerichtet werden müssen, um die Fließtemperatur aufrechtzuerhalten.
  • Induktiv beheizbare Behälterauslässe zeigen die DE 195 40 641 C2 oder die DE 196 54 402 C2 . Diese Heizung kann nicht bei dem vorliegenden Einsatzgebiet verwendet werden, sie würde zu erheblichen Problemen führen.
  • Da der Fließpunkt einer Schlacke u.a. von der Alkali-Konzentration in der Schlacke abhängig ist, bewirkt die auf die Oberfläche gerichtete Brennerflamme, dass die alkalischen Stoffe bevorzugt aus der Schlacke verdampfen, was dazu führt, dass sich die Fließtemperatur der Schlacke wesentlich erhöht, so dass dann wiederum die Brennerleistung gesteigert wird, was wiederum zur beschleunigten Ausgasung der Alkalien führt.
  • Durch die Notwendigkeit der stetigen Anhebung der Brennerleistung kann es dabei zu mantelseitiger Wandüberhitzung kommen, was im schlechtesten Falle zur Abschaltung der Anlage führt.
  • Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe darin besteht, die Vergaseraustragsöffnung sicher auf einer Temperatur zu halten, die das Abfließen der Schlacke gewährleistet.
  • Mit einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Vergaseraustragsöffnung mit einer elektrisch beheizbaren Abtropfkante ausgerüstet ist, wobei die Beheizung von einer elektrischen, keramischen Widerstandsheizung gebildet ist.
  • Mit einer derartigen elektrisch beheizbaren Abtropfkante lässt sich mit einfachen Mitteln erreichen, dass die notwendige Temperatur eingehalten wird, gleichzeitig muss ein nur geringer baulicher Aufwand getrieben werden.
  • Grundsätzlich sind beheizbare Ausgüsse aus der DE 195 40 641 C2 oder der DE 196 54 402 C2 bekannt. Diese Lösungen betreffen aber andere technische Anwendungsbereiche und sind nicht ohne weiteres auf das vorliegende technische Gebiet übertragbar.
  • Zweckmäßig wird nach der Erfindung die Abtropfkante von einfachen Oxid- oder Nicht-Oxid-Keramiken oder Mischungen aus entsprechenden Keramiken gebildet.
  • Die Erfindung sieht dabei vor, dass die elektrisch beheizbare Abtropfkante direkt oder indirekt beheizt ist. Bei den hier zum Einsatz kommenden Keramiken kann es sich erfindungsgemäß um Al2O3, Cr2O3, CaO, Fe2O3, HfO2, MgO, SiO2, SnO2, TiO2, ZrO2, AlN, MoSi2, SiC, BN, Cermets handeln, wobei die hier genannten Keramiken einzeln oder auch in Kombination eingesetzt werden können.
  • Die Erfindung sieht auch vor, dass die Stromzufuhr in die elektrisch beheizbare Abtropfkante von einem Stromzuführstab aus einer elektrisch leitenden Keramik, wie z.B. MoSi2 gebildet ist, wobei der Stromzuführungsstab von einer nicht elektrisch leitenden Keramik umschlossen ist.
  • Die sich aus der Erfindung ergebenden Vorteile bestehen weiterhin darin, dass es durch die Möglichkeit der genauen Temperatureinstellung nicht zur Alkali-Verdampfung kommen kann und damit sich nicht die Schlacke-Viskosität erhöht. Ein Vorteil elektrisch leitender Keramik besteht auch darin, dass die Leitfähigkeit mit zunehmender Temperatur steigt, wobei die Keramik sehr schlacke- und hochtemperaturbeständig ist und die Regelung als keramische Widerstandsheizung durchgeführt werden kann.
  • Besteht beispielsweise die Abtropfkante aus mehreren keramischen Elementen, die sich nach allen gängigen Verfahren herstellen lassen, so kann die Verbindung beispielsweise durch einen elektrisch leitenden Klebstoff erfolgen oder aber es können bereits z.B. beim Sintern entsprechende Elemente zur elektrischen Verbindung vorgesehen werden.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in
    • Fig. 1
    eine Prinzipdarstellung eines Vergasers mit erfindungsgemäßer Abtropfkante,
    Fig. 2
    eine Teilaufsicht auf die Abtropfkante mit Stromzuführung,
    Fig. 3
    eine Aufsicht auf eine Abtropfkante mit indirekter keramischer Beheizung sowie in
    Fig. 4
    in gleicher Darstellung wie Fig. 3 die Abtropfkante mit direkter Beheizung.
  • Der in Fig. 1 allgemein mit 1 bezeichnete, sehr schematisch dargestellte Vergaser zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen weist in einem feuerfesten Gehäuse 2 eine Zufuhr für den zu vergasenden Brennstoff, mit 3 bezeichnet, auf sowie Zuführungen anderer Medien 4, etwa beim Anfahren des Vergasers. Die sich im Brennraum bildende mit 5 bezeichnete Schlacke fließt am unteren Ende in Schwerkraftrichtung aus dem Vergaser in ein nicht näher dargestelltes Wasserbad, wobei die Vergaseraustragsöffnung mit 6 bezeichnet ist, die Abtropfkante trägt allgemein das Bezugszeichen 7, die elektrischen Zuführungen sind mit 8 bezeichnet.
  • In Fig. 2 ist der Aufbau einer solchen Abtropfkante im Ausschnitt näher bezeichnet. Dort ist die Reaktorwand 2 beispielsweise mit einer Stampfmasse 9 ausgekleidet, die die Vergaseraustragsöffnung 6 definiert und auf ihrer Innenwand mit einem keramischen Heizelement 10 versehen ist, wobei dieses Heizelement die Abtropfkante 7 bildet.
  • Die Stromzuführung 8 wird von einem Stromzuführungsstab aus elektrisch leitender Keramik gebildet, der von einer Hülse 11 aus einer elektrisch nicht leitenden Keramik umschlossen ist, die die Stampfmasse, ebenfalls elektrisch nicht leitend, durchsetzt. Im dargestellten Beispiel ist noch ein Schrumpfschlauch 12 vorgesehen, der zur Abdichtung des Stromzuführungsstabes zum Behälter bzw. zur Hülse dient, um einen Kurzschluss zwischen der Behälterwand 2 und dem Stromzuführungsstab 8 zu verhindern.
  • In Fig. 3 ist die indirekte Beheizung der die Abtropfkante 7 bildenden Keramik dargestellt, wobei die elektrische Widerstandsheizung 10a z.B. aus SiSiC gebildet werden kann, während die schlackebeständige Keramik beispielsweise aus Al2O3 · Cr2O3 besteht. Erkennbar wird die keramische Widerstandsheizung direkt hinter der schlackebeständigen Keramik positioniert, so dass die Keramik dann direkt an die schlackebeständige Keramik im Abtropfbereich des Vergasers übertragen wird, wobei die keramische Widerstandsheizung von aggressiver Schlacke getrennt ist.
  • Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 4 einen direkt beheizten Keramikring 10, der als keramische Widerstandsheizung ausgebildet ist, das Material wird dabei so gewählt, das es sowohl schlackbeständig wie auch leitfähig ist.
  • Die Stromversorgungsstäbe 8 sind zweckmäßig aus einem Werkstoff wie z.B. MoSi2 gefertigt, d.h. der elektrische Widerstand ist geringer als der Widerstand des keramischen Heizleiters, wobei der elektrische Widerstand temperaturunabhängig ist. Das hier genannte Material kann bei Temperaturen von bis zu 1800°C eingesetzt werden.
  • Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist die Erfindung insbesondere nicht auf eine bestimmte geometrische Form der Widerstandsheizung beschränkt, auch muss der die Abtropfkante bildende Abschlussring der vergaseröffnung nicht einstückig ausgebildet sein u. dgl. mehr.

Claims (5)

  1. Vorrichtung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit einem Austrag für Schlacken in ein schlackebad,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vergaseraustragsöffnung (6) mit einer elektrisch beheizbaren, keramischen Abtropfkante (7) ausgerüstet ist, wobei die Beheizung von einer elektrischen, keramischen wideretandsheizung (10, 10a) gebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die elektrisch beheizbare Abtropfkante (7) direkt beheizt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die elektrisch beheizbare Abtropfkante (7) indirekt beheizt ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die elektrisch beheizbare Keramik (10,10a) von Al2O2, Cr2O2, CaO, Fe2O3, HfO2, MgO, SiO2, SnO2, TiO2, ZrO2, AlN, MoSi2, SiC, BN, Cermets, einzeln oder in Kombination gebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Stromzufuhr in die elektrisch beheizbare Abtropfkante (10) von einem stromzufürstab (8) aus einer elektrisch leitenden Keramik, wie z.B. MoSi2, gebildet ist, wobei der Stromzuführungsstab von einer nicht elektrisch leitenden Keramik (11) umschlossen ist.
EP09777854.2A 2008-08-20 2009-08-13 Vorrichtung zur vergasung von kohlenstoffhaltigen brennstoffen Not-in-force EP2315973B1 (de)

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