DD279896A1 - Generator zur festbettdruckvergasung mit schnellgranulierung der asche - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Generator zur Kohledruckvergasung unter den Bedingungen der Schmelzgranulierung der Asche fuer zur Verschlackung neigende Einsatzkohlen. Ziel der Erfindung ist die Leistungssteigerung der Festbettdruckvergasung durch heisse Fahrweise. Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Generators mit verschlackungsresistenter Innenwand. Erfindungsgemaess ist der Generator im Bereich der staerksten thermischen Beanspruchung mit Korrosions- und Verschleissschutzkacheln ausgekleidet. Die Kacheln sind ueber Aussparungen an am Innenmantel angeschweissten Halterungsstiften befestigt. Zwischen Kacheln und Innenwand befindet sich eine waermeleitende Ausgleichsmasse. Als Werkstoff fuer die Kacheln sind verschiedenartige Metalle, -legierungen, keramische oder armierte Betonwerkstoffe einsetzbar. Die Form der Kacheln muss eine flaechendeckende Auskleidung mit Fugen bis maximal 15 mm ergeben. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft einen Generator zur -estbettdruckvergasung mit Schmelzgranulierung der Asche für die Vergasung von Einsatzkohlen, die zur Verschlackung neigen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Hauptproblem der Leistungssteigerung des Kohledruckvergasungsprozesses bei Einsatzkohlen, die zur Verschlackung neigen, ist die Gestaltung des Innenmantels. Druckpasgeneratoren der Festbett-Druckvergasung sind mit einem Wassermantel zur Dampferzeugung ausgestattet. Der den Reaktionsraum begrenzende, wassergekühlte Innenmantel steht in direktem Kontakt mit der heißen Kohle- und Ascheschüttung und den durchströmenden Reaktionsgasen. In Abhängigkeit von den Rohstoffeiqenschaften der eingesetzten Kohle und den Wärmeübertragungsbedingungen im Reaktionsraum und im Wassermantel ist der Innenmantel in unterschiedlichem Maße dem korrosiven Verschleiß ausgesetzt. Der Anteil der thermischchemischen Korrosion ipt besonders hoch, wenn man bei Einsatz feinaschebildender Kohlen, die zur Verschlackung neigen, aus Gründen der Ökonomie und der Stabilität der Betriebsführung gezwungen ist, den Vergasungsprozeß bei möglichst hohen Temperaturen in der Nähe des Ascheschmelzpunktes, d. h. an der sogenannten Schlackegrenze, zu betreiben. Die Wanddickenminderungen können jährlich bis zu 10mm betragen. Die Standzeit des Innenmantels wird dadurch in unzulässiger Weise reduziert. Die Schmelzgranulierung der Asche kann deshalb nicht realisiert werden.

Zur Lösung des Verschleißproblems wird der Innenmantel mit einer Edelstahlplattierung vor Korrosion geschützt und zusätzlich mit einer keramischen Ausmauerung ausgekleidet. Auf Grund der hohen Oberflächentemperaturen der Ausmauerung und der Haftneigung der Schlacke gegenüber der keramischen Oberfläche kommt es häufig zu Verschlackungen und damit zu instandhaltungsintensiven Produktionsausfällen. Die Standzeit des Mauerwerks beträgt z.T. weniger als 2 Jahre. Maßnahmen zur Verringerung der Mauerstärke und zur Verbesserung des Wärmedurchgangs zwischen Mauerwerk und Innenmantel brachten bisher nioht das gewünschte Ergebnis.

Gemäß WP DD 141 837, DD 141 838 und DD 141 839 wird vorgeschlagen, durch Einbau von Zirkulationseinrichtungen im Wassermantel die wasserseitige Kühlung wesentlich zu verbessern und damit die Oberflächentemperatur des Innenmantels weitgehend abzusenken. Der hohe Aufwand zur Nachtrüstung der Generatoren ist nur gerechtfertigt, wenn eine Standzeit des Innenmantels ohne Ausmauerung von mindestens 5 Jahren erreicht wird. Das kann jedoch wegen des Korrosionsverschleißes, besonders im Bereich der Schweißnähte, bisher nicht gesichert werden.

Die derzeit bekannten Lösungen zur technischen Gestaltung des Druckgasgenerators, insbesondere des Innenmanteis des Druckgasgenerators, gestatten es nicht, die Leistungsfähigkeit des Kohledruckvergasungsprozesses auf dem Wege der Schmelzgranulierung der Asche drastisch zu verbessern.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Leistungssteigerung der Festbettdruckvergasung durch eine heiße Fahrweise mit Schmelzgranulierung der Asche.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Generator zu entwickeln, dessen Innenmantel bei heißer Fahrweise des Generators an der Schlackegrenze verschlackungsresistent ist und hohe Standzeiten aufweist.

Die erfindungsgenmäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem metallischen Innenmantel ausgestattete Druckgasgenerator im Reaktionsraum in der Zone der stärksten thermischen Belastung über den gesamten Umfang mit dicht am Innenmantel anliegenden Korrosions- und Verschleißschutzkacheln ausgekleidet ist, wobei die Kacheln eng nebeneinanders'ioiiend so angeordnet sind, daß die sich bildenden Stoßfugen die freie Wärmedehnung der Kachein zulasrsn, daß die Kacheln mindestens doppelt so groß wie der Durchmesser der bei Normalbetrieb sich bildenden, größten Schlackestücke sind, daß der Spalt zwischen den Kacheln und dem Innenmantel vollständig mit einer gut wärmeleitenden und fest haftenden Ausgleichsmasse ausgefüllt ist, daß die Kacheln dem Radius des Innenmantels so angepaßt sind, daß eine vorgegebene Spaltdicke von weniger als 20mm mit goringen Abweichungen eingehalten ist, daß jede Kachel mindestens eine lochförmige Aussparung aufweist und uf jeweils einen am metallischen Innenmantel des Generators angeschweißten Halterungsstift aufgesteckt und auf dieLsm vor Lockern und Abfallen gesichert ist.

Die Kacheln können sowohl aus keramischem Material oder aus metallischen Werkstoffen als auch aus der Kombination von metallischer Grundplatte mit keramischer Deckschicht bestehen. Vorzugsweise werden Kacheln aus hochtempei aturbeständigem Stahl eingesetzt. Auch der Einsatz weiterer metallischer Werkstoffe, wie zum Beispiel Heizleiterlegierungen aus Nickel, Chrom, Eisen, Aluminium und Kobalt, als Material für die Kacheln ist möglich. Ebenso geeignet sind Verbundbleche mit einer hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Decklagenschicht.

Der Einsatz metallischer Korrosions- und Verschleißelemente ist ein wesentliches Merkmal der Erfindungt. Dadurch werden die Vorteile der metallischen Innenmanteloberfläche des nichtausgemauerten Generators mit den Vorteilen des Korrosions- und Verschleißschützer des ausgemauerten Generators miteinander verbunden.

Bei sehr hoher Temperaturbeanspruchung sind dichtgebrannte keramische Kacheln, z. B. aus Magnesit-, Chrommagnesit-, Siliziumkarbid- oder Korundmaterial, von Vorteil. Gute Materialeinsatzmöglichkeiten bzgl. der Schlagzähigkeit und der Dauerbeständigkeit bieten auch faserarmierte kalthärtende Zemente oder Mörtel, wie z. B. Stahlfaser-Feuerbeton. Zur Verbesserung der Standfestigkeit und der thermischen Stabilität ist es möglich, das keramische Schutzmaterial als Deckschicht auf eine wannenförmige metallische Grundplatte aufzubringen. Diese sogenannten Verbundkacheln eignen sich besonders für die Auskleidung mit kalthärtenden keramischen Stampfmassen.

Jede Kachel ist einzeln an jeweils einem Halteiungsstift durch Aufstecken befestigt. Die Halterungsstifte sind senkrecht auf den Innenmantel aufgeschweißt und werden von diesem gekühlt. Sie unterliegen deshalb nur einer geringen Temperaturbeanspruchung.

Jede Kachel enthält eine lochförmige Aussparung, deren Durchmesser dem Durchmesser des Halterungsstiftes so angepaßt ist, daß sie darauf aufgesteckt werden kann. Die Aussparung befindet sich im oder oberhalb des Schwerpunktes der Kacheln an einer Stelle, an der sich die Kachel unter dem Einfluß der Schwerkraft von selbst in der Einbaulage ausrichtet. Von diesem Halterungspunkt aus können sich die Kacheln bei Temperaturerhöhung frei ausdehnen.

Die Kacheln werden mit Hilfe der Halterungsstifte in ihrer Position am Inrienmantel fixiert. Dadurch, daß sie eng nebeneinanderstehend angeordnet und die Stoßfugen mit Ausgleichsmasse bzw. während des Betriebes mit feinkörnigem Schüttgut ausgefüllt sind, ist nach erfolgtem Einbau eine Verdrehung um den Halterungspunkt nicht mehr möglich. Durch die Anpreßkraft der Schüttung im Generator werden die Kacheln an die Innenwand gedrückt. Um jedoch eine Lockerung bzw. das Abfallen zu vermeiden, sind sie zusätzlich am Halterungsstift gesichert. Entsprechend dem verwendeten Kachelmaterial werden u.a. folgende Sicherungsmaßnahmen angewendet: Schweißverbindung, Preßsitz, hakenartige Aufhängung und Durchmessererweiterung des Haiterungsstiftes vor der Kacheloberfläche.

Die obore Kachelreihe im Generator ist vorteilhaft zusätzlich vor den Kräfteenwirkungen der herabrutschenden Schüttung geschützt, indem über der Oberkante der obersten Kachelreihe über den gesamten Umfang am Innenmantel ein stegförmiges Schutzdach angeschweißt ist. Das Schutzdach leitet den Kohlestrom an der Oberkante der Kachelreihe vorbei.

Die Kacheln haben normalerweise einen rechteckigen oder see iseckigen Grundriß. Es sind jedoch auch weitere Grundformen einschließlich formschlüssiger Verbund- oder Verzahnungsprofile einsetzbar, die eine flächendeckende Aneinanderreihung der Kacheln gestatten. Die Stoßfugen zwischen den Kacheln werden mit etwa 3 bis 15mm so gering gehalten, daß einerseits eine freie Wärmedehnung der Kacheln möglich ist und andererseits das Eindringen von Schlacke praktisch verhindert wird.

Die Mindestgröße der Kacheln ist so bemessen, daß normalerweise Schlackeüberbrückungen zwischen den Stoßfugen ausgeschlossen sind. Andererseits sind die Seitenabmessungen der Kacheln aus Gründen der Einbautechnologie und der Befestigung nicht größer als 0,6m. Die Dicke der Kacheln beträgt im Hinblick auf die Materialeigenschaften, d. h. die Verformungsstabilität, die Abzehrrate und den Wärmeleitwiderstand, zwischen 3 und 50mm.

Im einfachsten Fall bestehen die Kacheln aus flachen Platten. Sie können aber auch entsprechend dem Radius des Innenmantels gekrümmt sein. Entscheidend für die Formgebung der Kacheln ist, daß die Dicke des Spaltes zwischen den Kacheln und dem Innenmantel weniger als 20mm beträgt und der vorgegebene Wert für die Spaltdicke mit geringen Abweichungen eingehalten wird. Der Spalt ist vollständig mit einer gut wärmeleitenden und fest haftenden Ausgleichsmasse, z. B. mit kalthärtenden keramischen Massen, wie Wärmeleitkitt, oder mit im heißen Zustand zähplastischen, organisch gebundenen Stoffen, wie gefüllter Heißteer, ausgefüllt. Dünne Kachelbleche werden auch mit temperaturbeständigem, organischen Klebstoff am Innenmantel aufgeklebt. Die Ausgleichsmasse wird während der Montage der Kacheln mit aufgebracht. Dabei ist besonders wichtig, daß sich keine Hohlräume hinter den Kacheln bilden.

Die Wärmedehnungsdifferenzen zwischen den Kacheln und dem Innenmantsl sind so gering, daß sich praktisch keine dehnungsbedingten Gasspalte zum Innenmantel hin ausbilden. Damit verringert sich der Wärmeleitwiderstand im Vergleich zur Ausmauerung mit Gasspalt um mindestens auf die Hälfte. Der Wärmeleitwiderstand der Korrosions- und Verschleißschutzschicht einschließlich des metallischen Innenmantels beträgt weniger als 0,01 m²K/W.

Die Oberflächentemperatur der Kacheln wird dadurch so abgesenkt, daß an keiner Stelle der 0,6- bis 0,7fache Wert der absoluten Schmelztemperatur der Kohleasche erreicht wird. Bis zu dieser Temperatur ist eine Schlackehaftung an den Kacheln nicht möglich. Beim Einsatz von Stahlkacheln wird die Oberflächentemperatur sogar auf maximal etwa 45O⁰C begrenzt. Jo niedriger die Oberflächentemperatur gehalten wird, um so günstigere Verhältnisse werden bezüglich der Schlackeansatzbildung und des Verschleißverhaltens erreicht.

Ein entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß insbesondere bei metallischen Kacheln die Oberflächentemperatur um etwa 200K im Vergleich zur Oberflächentemperatur traditioneller Ausmauerungen gesenkt wird.

Gleichzeitig ist die Schlackehaftneigung an metallischen Oberflächen wesentlich geringer. Zudem bleiben die schlackeabweisenden Oberflächeneigenschaften weitgehend unabhängig vom Verschleißzustand erhalten.

Durch die dichte Verbindung der Kacheln zum Innenmantel werden der Gaszutritt zum Innenmantel und damit die Korrosionsvorgänge an der Innenmanteloberfläche weitgehend reduziert. Aus diesem Grund kann unplattiertes BlechmatP für den Innenmantel eingesetzt werden. Nach einer vorgegebenen Wanddickenminderung sind die entsprechenden Kachs.

auszuwechseln, ohne daß die gesamte Auskleidung erneuert werden muß.

Im Ergebnis der Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung kann die Ökonomie der Kohledruckvergas'ji.g merklich verbessert werden. Das betrifft vor aüem die Senkung des Dampf-Sauerstoff-Verhältnisses, die Erhöhung der Generatorleistung und -Verfügbarkeit, die Vermeidung von Verschlackungen und die Verringerung des Reparatur- und Instandhaltungsaufwandes.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert werden.

Fig. 1' zeigt schematisch einen Ausschnitt des Innenmantels aus dem Reaktionsraum des Druckgasgenerators in der Draufsicht.

In Fig.2: sind ein Ausschnitt quer durch den Ringraum und in Fig. 3: ein Längsschnitt dargestellt.

Der Druckgasgenerator wird mit feinaschebildender Weichbraunkohle betrieben. Der Ascheschmelzpunkt bewegt sich zwischen 1200°C und 135O⁰C. Durch die heiße Fahrweise an der Schlackegrenze wird die Asche einer Schmelzgranulierung unterzogen.

Die Stückgröße der Schlacke ist im Normalbetrieb des Generators auf 60-80 mm begrenzt.

Gemäß Figur 1 sind in der heißen Zone im Reaktionsraum des Druckgasgenerators am Innenmantel 1 Kacheln 2 aus hitze- und zunderbeständigem Stahl angebracht. Die Kacheln 2 sind flach und haben einen quadratischen Grundriß mit einer Seitenlänge von 30cm.

Ihre Dicke beträgt 15mm. Sie sind flächendeckend am Innenmantel 1 in Rasteranordnung positioniert. Die Breite der Stoßfugen 3 zwischen den Kacheln 2 beträgt 10mm. Die Kacheln 2 liegen gemäß Figur 2 am Innenmantel 1 an. Der Spalt 4 zwischen den Kacheln 2 und dem Innenmantel 1 ist vollständig mit keramischem Wärmeleitkitt ausgefüllt. Die Kacheln 2 sind zentrisch mit einer Bohrung 5 mit einem Durchmesser von 20mm versehen. Senkrechtem Innenmantel 1 sind Halterungsstifte 6 aufgeschweißt, auf die die Kacheln 2 aufgesteckt sind. Die Befestigung der Kacheln 2 am Halterungsstift 6 ist als Preßsitz ausgeführt. Der Halterungsstift 6 schließt mit der Kacheloberfläche ab.

Der Wärmeleitwiderstand der Innenmantelverkleidung und des Innenmantels beträgt weniger als 0,01 m²K/W. Damit wird die Oberflächentemperatur der Kacheln auf maximal 500°C begrenzt, so daß keine Schlackehaftung möglich ist.

Der Innenmantel 1 des Generators ist in einer Zone von etwa 50cm bis zu etwa 2m oberhalb der Spitze des Drehrostes mit Kacheln 2 ausgekleidet. Wie aus den Figuren 1 bis 3 hervorgeht, ist über der Oberkante der obersten Kachelreihe am Innenmantel 1 das Schutzdach 7 angeschweißt. Aus den Figuren 2 und 3 ist der Wasserraum 8 zwischen Innenmantel 1 und Außenmantel 9 ersichtlich.

Claims (18)

1. Generator zur Festbettdruckvergasung mit Schmeizgranulieruncj der Asche, wobei der Generator mit einem metallischen Innenmantel ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator im Reaktionsraum in der Zone der stärksten thermischen Belastung über den gesamten Umfang mit dicht am Innenmantel (1) anliegenden Korrosions- und Verschleißschutzkacheln (2) ausgekleidet ist, wobei die Kacheln (2) eng nebeneinanderstehend so angeordnet sind, daß die sich bildenden Stoßfugen (3) die freie Wärmedehnung der Kacheln (2) zulassen, daß die Kacheln (2) mindestens doppelt so groß wie der Durchmesser der bei Normalbetrieb sich bildenden grc ßten Schlackestücke sind, daß der Spalt (4) zwischen den Kacheln (2) und dem Innenmantel ,1) vollständig mit einer gut wärmeleitenden und fest haftenden Ausgleichsmasse ausgefüllt ist, daß eine vorgegebene Spaltdicke von weniger als 20mm mit geringen Abweichungen eingehalten ist, daß die Stärke der Kacheln (2) zwischen 3 und 50mm beträgt, daß jede Kachel (2) eine lochförmige Aussparung aufweist und auf jeweils einem am metallischen Innenmantel (1) des Generators angeschweißten Halterungsstift (6) aufgesteckt und auf diesem vor Lockern und Abfallen gesichert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kacheln (2) aus hochtemperatur- und korrosionsbeständigem Stahl bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß dichtgebrannte, keramische Kacheln (2) eingesetzt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kacheln (2) aus einer wannenförmigen, metallischen Grundplatte und einer kaithärtenden, keramischen Deckschicht bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kacheln (2) aus Heizleiterlegierungen der Metalle Nickel, Chrom, Eisen, Aluminium und Kobalt bestehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kacheln (2) aus Verbundblechen mit einer hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Decklagenschicht bestehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material aus faserarmierten, kaithärtender Zementen oder Mörteln, wie z. B. Stahlfaser-Feuerbeton, besteht.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundriß der Kacheln (2) rechteckig oder sechseckig ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundriß der Kacheln (2) ein Verbund- oder Verzahnungsprofil aufweist, das eine flächendeckende Aneinanderreihung der Kacheln (2) gestattet.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßfugen (3) zwischen den Kacheln (2) 3 bis 15 mm stark sind.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kacheln (2) aus flachen, nichtgekrümmten Kacheln bestehen.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kacheln (2) entsprechend dem Radius des Innenmantels (1) gekrümmt sind.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, aaß die Ausgleichsmasse aus kalthärtendem, keramischen Substanzen, /ie ζ. Β. Wärmeleitkitt, besteht.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse aus einer im heißen Zustand zähplastischen, organisch gebundenen Masse, z. B. gefüllter Heißteer, besteht.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse aus einem temperaturbeständigen, organischen Klebstoff besteht.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenabmessung der Kacheln (2) nicht größer als 0,6m ist.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bid 16, dadurch gekennzeichnet, daß über der Oberkante der obersten Kachelreihe über den gesamten Umfang am !nnen'nantel (1) ein stegförmiges Schutzdach (7) angebracht ist, das die Oberkante verdeckt.

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich die lochförmige Aussparung der Kachel (2) im oder oberhalb des Schwerpunktes der Kachel (2) befindet.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen