DD294697A5 - Phosphatgebundenes siliciumcarbid-torkretiergemenge fuer die feuerfestzustellung von wassergekuehlten festbettdruckvergasern - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein phosphatgebundenes Siliciumcarbid-Torkretiergemenge fuer die Zustellung von Festbettdruckvergasern. Erfindungsgemaesz besteht das phosphatgebundene Siliciumcarbid-Torkretiergemenge aus grob- * mm), mittel- * mm) und feinkoernigem (0,3 mm) Siliciumcarbid mit einem Anteil von 65 bis 85%, einem 5 bis 15%igem Anteil an feuerfestem Bindeton und/oder -kaolin als Plastifikator und zusaetzlich 5 bis 20% feingemahlener Tonerde (Halbwertskorngroesze 2,5 m) mit einem a-Al2O3-Anteil zwischen 85 und 95%. Dieses wird mittels eines Torkretiergeraetes unter Zusatz von 5 bis 10% Orthophosphorsaeure oder deren Salze in Form einer waeszrigen Loesung in mehreren Schichten auf die Innenwand des Festbettdruckvergasers nach bekanntem Verfahren aufgetragen.{Festbettdruckvergaser; Siliciumcarbid; Torkretiergemenge; Tonerde; a-Al2O3-Anteil; Orthophosphorsaeure; Gefuege; Mullit; Oxidationsschutz; freies SiO2}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft wassergekühlte Festbettdruckvergaser in denen unter einem Druck < 3,5 MPa und Temperaturen < 1300⁰C der feste Brennstoff Braunkohle durch ein Vergasungsmittel vergast wird. Insbesondere betrifft die Erfindung den Schutz des wassergekühlten metallischen Innenmantels des Festbettdruckvergasers.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß bei der Vergasung fester Brennstoffe im Festbettdruckvergaser die Maximaltemperatur in der Oxidationszone durch die Erweichungs- bzw. Schmelztemperatur der anorganischen Komponenten im Brennstoff begrenzt wird. Die Maximaltemperatur wird durch das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis eingestellt. Je niedriger die Erweichungs- bzw. Schmelztemperatur ist, desto höher muß derzeit das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis sein. Dieses beeinflußt dio Wirtschaftlichkeit des Verfahrens negativ. Eine möglichst heiße Fahrweise des Festbettdruckvergasers dicht an der Grenze der Verschlackung ist deshalb vorteilhaft. Schlackeansätze können umso sicherer vermieden werden, je niedriger die Oberflächentemperatur der Innenwand von Festbettdruckvergasern ist. Es ist weiter bekannt, daß bei einem niedrigen Erweichungspunkt der anorganischen Komponenten im Brennstoff bei gleichzeitigem niedrigen Dampf/Sauerstoff-Verhältnis ein heftiger Angriff auf die Ausmauerung des Festbettdruckvergasers mit gleichzeitiger Ausbildung von störenden Ansätzen aus Schlacke erfolgt. Es gibt nur wenige Feuerfestmaterialien, die diesen Beanspruchungen über einen längeren Zeitraum widerstehen. Zu ihnen gehören höherwertige SiC-Steine. Durch die bekannte sehr gute Wärmeleitfähigkeit dieser SiC-Steine in Verbindung mit der Kühlung des Innenmantels der Festbettdruckvergaser sollte durch gute Wärmeableitung der Schmelzprozeß der anorganischen Komponenten im Brennstoff und die Reaktion mit dem Auskleidungsmaterial verhindert werden.

Die Haltbarkeit der eingenetzten tongebundenen Siliciumcarbid-Steine mit einem SiC-Gehalt von 65% ist derzeit nicht zufriedenstellend, da es zwischen dem Auskleidungswerkstoff und der Brennstoffasche u. a. durch Infiltration zu Schlackewandbildungen kommt, die ebenfalls mit den bekannten Korrosionserscheinungen hinter der Ausmauerung verbunden ist. Es ist weiter bekannt, daß die Zustellung von Staubdruckvergasern mit einem Siliciumcarbid-Torkretiorgemenge verschiedener SiC-Körnungen 8 bis 10% feuerfesten Bindeton als Plastifikator und 7% einer wäßrigen Monoaluminiumhydrogenphosphatlösung erfolgt. Eine Übertragung dieser Torkretzustellung auf die Festbettdrunkvergaser ist wegen der unterschiedlichen Prozeßbedingungen nicht möglich. Im Festbettdruckvergaser wird das SiC dieses Torkretgemenges schnell oxidiert, in Verbindung mit der relativ hohen Porosität der SiC-Schutzschicht würde die Asche des Brennstoffes mit der Feuerfestzustellung reagieren. Schlackeansätze und damit verbundene Querschnittsverengungen wären die Folge.

Es ist bekannt, daß in verschiedenen Wirtschaftspatenten bereits Lösungen für die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Festbettdruckvergaser durch Verbesserung der Wärmeabführung dargelegt wurden, die jedoch au keinem zufriedenstellenden Ergebnis führten. So wurde im DD-WP 227975 vorgeschlagen, Wärmeleitkitt mit bekannter Zusammensetzung als Bindemittel für die Ausmauerung von Festbettdiuckvergacern einzusetzen. Aufgrund der hohen Porosität (ca. 45%) des Wärmeleitkitts drangen korrosive Medien in die Hohlräume ein. Infoige des Kontaktes dieser Medien mit der Auskleidung des Generators trat am Innenmantel eine verstärkte Korrosion auf.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist der Einsatz eines phosphatgebundenen Siliciumcarbid-Torkretiergemenges für die Zustellung der Festbettdruckvergaser, um Schlackeansätze auch bei niedrigem Dampf/Sauerstoff-Verhältnis durch Verbesserung der Wärmeübertragung von der Innenwand an den wassergekühlten Innenmantel des Festbettdruckvergasers zu verhindern. Die Ökonomie der Festbettdruckvergaser soll damit durch

- Erhöhung der Verfügbarkeit der Festbettdruckvergaser

- Verringen ig des Bedarfs Vergasungsdampf

- Senkung dc j Instandhaltungsaufwandes und

- Einsparung hochwertiger Feuerfestmaterialien verbessert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe) der Erfindung ist es, die Zusammensetzung des phosphatgebundenen Siliciumcarbid-Torkretiergemenges für die keramische Zustellung der Festbettdruckvergaser so zu wählen, daß sie eine bessere Wärmeübertragung auf den metallischen Innenmantel gewährleistet. Erfindungsgemäß wird einer Masse aus verschiedenen (2,5mm-< 0,3mm) SiC-Körnungen mit einem Anteil von 65 bis 85%, einem 5- bis 15%igem Anteil an feuerfestem Bindeton und/oder -kaolin als Plastifikator zusätzlich 5 bis 20% feingemahlene Tonerde (< 0,04 mm) mit einem a-AI₂O₃-Gehalt zwischen 85 und 95%zugegeben und die Masse mit Hilfe eines Torkretiergerätes unter Zusatz von 5 bis 10% Orthophosphorsäure oder deren Salze (z.B. Monoaluminiumdihydrogenphosphat) in Form einer wäßrigen Lösung schichtweise am Innenmantel des F6stbeUdruckvergasers bis zur gewünschten Wandstärke aufgetragen und vorzugsweise durch Stampfen nachverdichtet. Durch die Zusammensetzung des Gemenges, insbesondere durch die spezielle Tonerde, wird eine gute Verdichtung und hohe Haftfähigkeit erreicht. Dies wird dadurch bewirkt, daß die Tonerde mit einem 0.-AI₂O₃-GeIIaIt zwischen 85 und 95% einerseits so stabil ist, daß sie bei der Einsatztemperatur nicht schwindet und so das Gefüge nicht negativ beeinflußt, andererseits ist sie wegen des noch verbleibenden Anteils an Übergangstonorden und die hohe Feinheit so aktiv, daß das aus dem SiC durch Oxidation gebildete SiO₂ zu Mullit umgesetzt wird. Die Spezialtonerde ist, bedingt durch den definierten a-AI₂O₃-Anteil und einem günstigen Kristallzustand, der in der zum Erlangen dieses a-AI₂O₃-Gehaltes notwendigen Calcinationsführung begründet ist, mit in der Keramikindustrie üblichen Aggregaten wieTrommel-oderRohrmühlen sehr fein aufmahlbar (Halbwertskorngröße 2,5pm). Die sich ausbildende feinkörnige Mullitmatrix schützt das Siliciumcarbid weitestgehend vor weiterer Oxidation zu Siliciumoxid. Durch das dichte Gefüge und den Oxidationsschutz des Siliciumcarbids wird eine gute Wärmeableitung an den metallischen Innenmantel des Festbettdruckvergasers gewährleistet, wodurch die Reaktion der Kohlenasche mit dem Feuerfestmaterial, die wegen der Abwesenheit von aus SiC gebildeten freiem SiO₂ ohnehin nur schwach ausgeprägt ist, noch weiter behindert wird. Die erfindungsgemäße Lösung gestattet, daß die Reaktionstemperatur des Prozesses erhöht werden kann, indem das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis mit bekannten Vorteilen abgesenkt wird, ohne das der Vergasungsprozeß durch Ansätze von Schlacken an der Innenwand des Festbettdruckvergasers behindert bzw. gestört wird.

Ausführungsbeispiel

Die erfind'ingsgemäße Lösung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels dargelegt.

Für die Zustellung eines Festbettdruckvergasers wird ein Siliciumcarbid-Torkretiergemenge folgender Zusammensetzung verwendet:

30% Siliciumcarbid, Kornfraktion 1-2,5mm

20% Siliciumcarbid, Kornfraktion 0,1-1 mm

30% Siliciumcarbid, Kornfraktion < 0,3mm

15% feuerfester Bindeton

5% feingemahlene Tonerde (Halbwertskorngröße 2,5 pm, a-AI₂O_;-Anteil zwischen 85 und 95%) Das Gemenge wird mit Hilfe eines Torkretiergerätes unter Zusatz von 7,5% einer wäßrigen Monoaluminiumdihydrogenphosphatlösung und 3% Wasser in mehreren Schichten auf den Innenmantel des Festbettdruckvergasers in der gewünschten Schichtdicke aufgebracht und die Torkretierschicht anschließend durch Stampfen nachverdichtet. Es wird eine entsprechend dichte SiC-Schicht mit relativ geringem manuellem Aufwand hergestellt. Durch den Zusatz der Tonerde wird das durch Oxidation gebildete SiO₂ sofort zu Mullit umgewandelt und die sich ausbildende Mullitmatrix schützt das SiC vor Oxidation. Durch die über einen langen Zeitraum erhalten bleibende gute Wärmoableitung und dem NichtVorhandensein von aus SiC gebildetem freiem SiO₂ wird die Reaktion der Feuerfestauskleidung mit der Kohlenasche behindert. Dadurch kann die Reaktionstemperatur des Prozesses erhöht werden, indem das Dampf/Sauerstoff-Verhä'tnis mit bekannten Vorteilen auf < 6,5 kg/m³ i. N. abgesenkt wird, ohne das Schlackeansätze an der Torkretierschicht des Festbettdruckvergasers entstehen.

Claims (1)

1. Phosphatgebundenes Siliciumcarbid-Torkretiergemenge für die Feuerfest-Zustellung von Festbettdruckvei'gasern auf der Basis von

   65 bis 85 % grob- (1-2,5 mm), mittel- (0,1-1 mm) und feinkörnigem (< 0,3 mm) Siliciumcarbid 5 bis 15% Plastifikator in Form von feuerfestem Bindeton und/oder-kaolin und 5 bis 10% Orthophosphorsäure oderderen Salze in Form einerwäßrigen Lösung

   gekennzeichnet dadurch, daß zusätzlich

   5 bis 20 % feingemahlene Tonerde mit einem a-A^CVAnteil zwischen 85 und 95%, die durch in der Keramikindustrie übliche Aggregate auf hohe Feinheit (Halbwertskorngröße 2,5 pm) aufgemahlen ist,

   enthalten sind.