DD294703A5 - APPLICATION FOR THE FIRE-RESISTANT SILICON CARBIDE DELIVERY OF FIXED BED PRESSURE GASES - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schutzanstrich fuer die Siliciumcarbid-Zustellung von Festbettdruckvergasern. Erfindungsgemaesz wird eine herkoemmliche Siliciumcarbid-Zustellung nach dem Einbringen in den Festbettdruckvergaser durch mehrmaliges Einstreichen oder Einspruehen mit einer Suspension aus 40 bis 65% Kieselsol mit 30% SiO2 und 35 bis 60% feingemahlener Tonerde (Halbwertskorngroesze 2,5 m) mit einem a-Al2O3-Anteil zwischen 85 und 95% behandelt, wobei die Behandlung bei Verwendung von Formsteinen auch vor dem Einbau erfolgen kann. Das Kieselsol dringt in die Siliciumcarbid-Ausmauerung ein und verringert die Porositaet der Zustellung. An der Oberflaeche bildet sich eine tonerdereiche, dichte, fest haftende Schutzschicht. Dadurch wird eine gute Waermeleitfaehigkeit der Feuerfestzustellung ueber einen langen Zeitraum gewaehrleistet.{Schutzanstrich; Siliciumcarbid; Festbettdruckvergaser; Suspension; Kieselsol; Tonerde; a-Al2O3; amorphes SiO2; Mullitmatrix; Waermeleitfaehigkeit}The present invention relates to a protective coating for the silicon carbide delivery of fixed-bed pressure gasifiers. According to the invention, a conventional silicon carbide lining after introduction into the fixed-bed pressure carburetor is obtained by repeatedly applying or spraying with a suspension of 40 to 65% silica sol with 30% SiO 2 and 35 to 60% finely ground alumina (half maximum particle size 2.5 m) with an α-Al 2 O 3 Between 85 and 95% treated, the treatment can be carried out with the use of molded blocks before installation. The silica sol penetrates into the silicon carbide lining and reduces the porosity of the feed. A toner-rich, dense, firmly adhering protective layer forms on the surface. This ensures a good thermal conductivity of the refractory lining over a long period of time. silicon carbide; Fixed bed pressure gasifier; Suspension; silica; alumina; a-Al2O3; amorphous SiO2; mullite; thermal conductivity}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft die feuerfeste keramische Innenauskleidung von Festbettdruckvergasern, in denen unter einem Druck < 3,5MPa und Temperaturen < 1300⁰C oder feste Brennstoff Braunkohle durch ein Vergasungsmittel vergast wird. Insbesondere betrifft die Erfindung den Schutz des Fouerfestmaterials von Festbettdruckvergasern.The invention relates to the refractory ceramic inner lining of Festbettdruckvergasern in which under a pressure <3.5 MPa and temperatures <1300 ⁰ C or solid fuel lignite is gasified by a gasification agent. In particular, the invention relates to the protection of the solid state material of fixed bed pressure carburetors.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es ist bekannt, daß bei der Vergasung fester Brennstoffe in Festbettdruckvergasern 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 'löher muß derzeit das Dampf/Sauerstoff-Verhältnio sein. Dieses beeinflußt die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens negativ. Eine möglichst heiße Fahrweise der Festbettdruckvergaser dicht an der Grenze der Verschlackung ist deshalb vorteilhaft. Schlackeansätze können um so si r vermieden werden, je niedriger die Oberflächentemperatur der Innenwand von Festbettdruckvergasern ist. Es ist ferner 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. Weiterhin ist bekannt, daß es nur wenige Feuerfestmaterialien gibt, die diesen Beanspruchungen über einen längeren Zeitraum widerstt\ jp Zu ihnen gehören höherwertige SiC-Steinen. Durch die sehr gute Wärmeleitfähigkeit dieser SiC-Steine in Verbindung mit der Kühlung des Innenmantels der Festbettdruckvergaser soll durch gute Wärmeableitung der Schmelzprozeß der anorganischen Komponenten im Brennstoff und die Reaktion mit dem Auskleidungsmaterial verhindert werden. Die Haltbarkeit der eingesetzten tongebundenen Siliciumcarbid-Steine mit einem SiC-Gehalt von 65% ist derzeit nicht zufriedenstellend, da es zwischen dem Auskleidungswerkstoff und der Kohlenasche u.a. durch Infiltration zu Schlackewandbildungen kommt, die ebenfalls mit den bekannten Korrosionserscheinungen hinter der Ausmauerung verbunden sind.It is known that in the gasification of solid fuels in Festbettdruckvergasern the maximum temperature in the oxidation zone is limited by the softening or melting temperature of the inorganic components in the fuel. The maximum temperature is set by the steam / oxygen ratio. The lower the softening or melting temperature, the higher the steam / oxygen ratio must be at the moment. This negatively affects the economy of the process. A very hot driving the fixed bed pressure carburetor close to the limit of slagging is therefore advantageous. The lower the surface temperature of the inner wall of fixed bed pressure carburettors, the better the slag can be avoided. It is also known that with a low softening point of the inorganic components in the fuel with simultaneous low steam / oxygen ratio, a strong attack on the lining of the fixed bed pressure carburetor with simultaneous formation of disturbing slag approaches takes place. Furthermore, it is known that there are few refractory materials that will withstand these stresses over a longer period of time. These include higher quality SiC bricks. Due to the very good thermal conductivity of these SiC bricks in connection with the cooling of the inner shell of the fixed-bed pressure carburetor, the melting process of the inorganic components in the fuel and the reaction with the lining material should be prevented by good heat dissipation. The durability of the clay-bonded silicon carbide bricks used having a SiC content of 65% is currently unsatisfactory because it is inter alia between the lining material and the coal ash. by infiltration to slag wall formations, which are also associated with the known corrosion phenomena behind the brick lining.

Nachteilig bei der Zustellung der Festbettdruckvergaser ist die relativ hohe Porosität der SiC-Steine, wodurch der Kohlenasche eine gute Reaktionsmöglichkeit mit den Flußmitteln der Steine gegeben wird. Mit der Umwandlung des SiC in SiO₂ ist eine Verringerung der Festigkeit durch Gefügeauflockerungen und eine Herabsetzung der Wärmeleitfähigkeit verbunden. Die damit zu verzeichnende Temperaturerhöhung an der Innenwand des Festbettdruckvergasers wirkt sich begünstigend auf den chemischen Angriff durch die Kohlenasche aus. Dies führt zu Schlackeansätzen an der Innenwand, die zu Verengungen des Querschnittes der Festbettdruckvergaser führen, so daß der Festbettdruckvergaser vorzeitig außer Betrieb genommen werden muß. Es ist bekannt, daß in verschiedenen Wirtschaftspatenten bereits Lösungen für die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Festbettdruckvergaser durch Verbesserung der Wärmeabführung dargelegt wurden, die jedoch zu keinem zufriedenstellenden Ergebnis führten. So wurde im DD WP 227975 vorgeschlagen, Wärmeleitkitt mit bekannter Zusammensetzung als Bindemittel für die Ausmauerung von Festbettdruckvergasern einzusetzen. Aufgrund der hohen Porosität (ca. 45%) des Wärmeleitkitts drangen korrosive Medien in die Hohlräume ein. Infolge des Kontaktes dieser Medien mit der Auskleidung des Generators trat am Innenmantel eine verstärkte Korrosion auf.A disadvantage of the delivery of the fixed bed pressure carburetor is the relatively high porosity of the SiC bricks, whereby the coal ash is given a good opportunity to react with the flux of the bricks. With the conversion of SiC into SiO ₂ , a reduction in strength is associated with microstructural loosening and a reduction in thermal conductivity. The thus recorded temperature increase on the inner wall of the fixed bed pressure carburetor has a favorable effect on the chemical attack by the coal ash. This leads to Schlackeansätzen on the inner wall, which lead to narrowing of the cross section of the fixed bed pressure carburetor, so that the fixed bed pressure carburetor must be taken out of service prematurely. It is known that in various business patents solutions for increasing the efficiency of the fixed-bed pressure carburetor by improving the heat removal have been set out, which, however, did not lead to a satisfactory result. For example, it has been proposed in DD WP 227975 to use heat-conducting cement of known composition as a binder for the lining of fixed bed pressure gasifiers. Due to the high porosity (about 45%) of the Wärmeleitkitts penetrated corrosive media in the cavities. As a result of the contact of these media with the lining of the generator, increased corrosion occurred on the inner shell.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist das Finden eines Schutzes für die Siliciumcarbid-Zustellung von Festbettdruckvergasern, 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 durchThe object of the invention is to find a protection for the silicon carbide delivery of fixed bed pressure carburetors to prevent slag approaches even at low steam / oxygen ratio by improving heat transfer from the inner wall to the water cooled inner shell of the fixed bed pressure carburetor. The economics of the fixed-bed pressure carburetor should by

- Erhöhung der Verfügbarkeit der Festbettdruckvergaser- Increasing the availability of fixed-bed pressure carburetors

- Verringerung des Bedarfs an Vergasungsdampf- Reduction of the demand for gasification steam

- Senkung des Instandhaltungsaufwandes und- Reduction of maintenance costs and

- Einsparung hochwertiger Feuorfestmaterialien verbessert werden.- Savings of high quality refractory materials are improved.

-2- 294 703 Darlegung des Wes9ns der Erfindung-2- 294 703 Presentation of the Essence of the Invention

Aufgebe der Erfindung ist es, einen Schutzanstrich für die keramische Zustellung von Festbettdruckvergasern zu entwickeln, der die Nachteile der eingesetzten SiC-Steine verringert und dadurch die Ökonomie der Festbettdruckvergaser durch Absenken des Dampf/Sauerstoff-Verhältnisses verbessert.Aufgebe of the invention is to develop a protective coating for the ceramic delivery of fixed bed pressure carburetors, which reduces the disadvantages of the SiC bricks used and thereby improves the economics of Festbettdruckvergaser by lowering the steam / oxygen ratio.

Erfindungsgemäß wird eine herkömmliche Siliciumcarbid-Zustellung nach dem Einbringen in den Festbettdruckvergasern durch ein- oder mehrmaliges Einstreichen oder Einsprühen mit einer Suspension aus 40 bis 65% Kieselsol mit 30% SiO₂ und 35 bis 60% feingemahlener Tonerde (< 0,04 mm) mit einem a-AI₂O₃-Anteil zwischen 85 und 95% behandelt, wobei die Behandlung bei Verwendung von Formsteinen auch vor Einbau der Steine erfolgen kann. Das Kieselsol dringt in die Siliciumcarbid-Zustellung ein und verringert die Porosität der Auskleidung. An der Oberfläche bildet sich eine tonerdereiche, dichte, fest haftende Schicht. Dioses wird dadurch bewirkt, daß die Tonerde durch den relativ hohen Calcinierungsgrad einerseits garantiert, daß der Schutzanstrich bei hoher thermischer Belastung nicht durch Schwindungsvorgänge der Tonerde durchlässig wird, andererseits aber durch den noch verbleibenden Anteil an Übergangstonerden und die hohe Feinheit so reaktionsfähig ist, daß schon ab 780°C mit dem amorphen SiO₂ des Kieselsols eine stabile Mullitmatrix ausgebildet wird, in der die überschüssige Tonerde fest verbunden ist. Diese Spezialtonerde ist, bedingt durch den definierten a-AI₂O₃-An;eil und einem günstigen Kristallzustand, der in der zum Erlangen dieses a-AI₂O₃-Gehaltes notwendigen Calcinationsführung begründet ist, mit in der Keramikindustrie üblichen Aggregate wie Trommel- oder Rohrmühlen sehr fein aufmahlbar (Halbwertskorngröße 2,5 μιη). Der Schutzanstrich, der so dünnwandig ist, daß er die Wärmeableitung vom Vergasungsraum zum wassergekühlten Innenmantel nicht behindert, bildet einen Oxidationsschutz für das Siliciumcarbid, so daß die gute Wärmeleitfähigkeit der Feuerfestauskleidung über einen langen Zeitraum erhalten bleibt. Durch die damit verbundene geringe Temperatur an der Innenwand des Festbettdruckvergasers wird die Reaktion der Asche mit der Feuerfestauskleidung behindert. Außerdem reagiert die dichte a-AI₂O₃-reiche Schicht selbst kaum mit der Kohlenasche und verhindert zusätzlich den direkten Kontakt zwischen Asche und SiC-Material. Die erfindungsgemäße Lösung gestattet, daß die Reaktionstemperatur des Prozesses erhöht werden kann, indem das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis mit bekannten Vorteilen abgesenkt wird, ohne daß der Vergasungsprozeß durch Ansätze von Schlacken an der Innenwand des Festbettdruckvergasers behindert bzw. gestört wird.According to the invention, a conventional silicon carbide feed after introduction into the fixed-bed pressure gasifiers by single or repeated brushing or spraying with a suspension of 40 to 65% silica sol with 30% SiO ₂ and 35 to 60% finely ground alumina (<0.04 mm) with an a-Al ₂ O ₃ content between 85 and 95% treated, the treatment can be carried out using stones before incorporation of the stones. The silica sol penetrates into the silicon carbide feed and reduces the porosity of the lining. A toner-rich, dense, firmly adhering layer forms on the surface. Dioses is effected by the fact that the alumina guarantees on the one hand by the relatively high degree of calcination on the other hand, that the protective coating is not permeable to high thermal stress by Schwindungsvorgänge the alumina, but on the other hand so reactive by the remaining proportion of transitional alumina and the high fineness that already From 780 ° C with the amorphous SiO _{2 of} the silica sol, a stable Mullitmatrix is formed in which the excess alumina is firmly connected. This special clay is due to the defined a-Al ₂ O ₃ -An; eil and a favorable crystal state, which is due to the calcination necessary to obtain this a-Al ₂ O ₃ content, with conventional in the ceramic industry aggregates such as drum - or tube mills very finely milled (half-grain size 2.5 μιη). The protective coating, which is so thin-walled that it does not interfere with heat dissipation from the gasification space to the water-cooled inner shell, provides oxidation protection for the silicon carbide so that the good thermal conductivity of the refractory lining is maintained over a long period of time. The associated low temperature on the inner wall of the fixed bed pressure carburetor obstructs the reaction of the ash with the refractory lining. In addition, the dense a-Al ₂ O ₃ -rich layer itself barely reacts with the coal ash and additionally prevents direct contact between ash and SiC material. The inventive solution allows the reaction temperature of the process can be increased by the steam / oxygen ratio is lowered with known advantages, without the gasification process is hindered by approaches of slags on the inner wall of Festbettdruckvergasers.

Ausführungsbeispielembodiment

Die erfindungsgemäße Lösung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispieles dargelegt. Ein Festbettdruckvergaser wird mit mullitgebundenen Siliciumcarbid-Steinen zugestellt. Vor Inbetriebnahme des Festbettdruckvergasers wird die Feuerfestzustellung mit einer Suspension aus 65% Kieselsol mit 30% SiO₂ und 35% feingemahlener Tonerde (Halbwertskorngröße 2,5μπι) mit einem a-AI₂O₃-Gehalt zwischen 85 und 95% mehrmals eingestrichen. Beim Aufheizen des Festbettdruckvergasers bildet sich eine feste, mullitgebundene Tonerdeschicht, die das Siliciumcarbid des Feuerfestmaterials vor Oxidation schützt und den direkten Kontakt zwischen Kohlenasche und der SiC-Zustellung verhindert. Dadurch kann die Reaktionstemperatur des Prozesses erhöht werden, indem das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis mit bekannten Vorteilen auf < 6,5 kg/m³ i. N. abgesenkt wird, ohne daß Schlackeansätze an der Torkretierschicht des Festbettdruckvergasers entstehen.The solution according to the invention will be explained with reference to the following embodiment. A fixed bed pressure carburetor is delivered with mullite bonded silicon carbide bricks. Prior to commissioning of the fixed bed pressure carburetor, the refractory lining with a suspension of 65% silica sol with 30% SiO ₂ and 35% finely ground alumina (Halbwertskorngröße 2,5μπι) with an a-Al ₂ O ₃ content between 85 and 95% repeatedly coated. Upon heating of the fixed bed pressure carburetor, a solid, mullite bound, alumina layer is formed which protects the silicon carbide of the refractory material from oxidation and prevents direct contact between carbon ash and SiC infeed. Thereby, the reaction temperature of the process can be increased by the steam / oxygen ratio with known advantages to <6.5 kg / m ³ i. N. is lowered, without causing slag lugs on the Torkretierschicht the Festbettdruckvergasers.

Claims (1)

Schutzanstrich für die Siliciumcarbid-Zustellung von Festbettdruckvergasern, hergestellt durch mehrmaliges Einstreichen oder Einsprühon oder Tränken von mullit- oder tongebundenen Siliciumcarbid-Steinen vor oder nach dem Einbau in den Festbettdruckvergaser, gekennzeichnet dadurch, daß die Suspension ausProtective coating for the silicon carbide delivery of fixed-bed pressure carburetors, prepared by repeated brushing or spraying or impregnation of mullite- or clay-bonded silicon carbide bricks before or after installation in the fixed-bed pressure carburetor, characterized in that the suspension consists of 35 bis 65% Kieselsolmit30%SiO₂und35 to 65% silica sol with 30% SiO ₂ and 35 bis 65% feingemahlener Tonerde mit einem a-AI₂O₃-Anteil zwischen 85 und 95%, die durch in der Keramikindustrie übliche Aggregate auf hohe Feinheiten (Halbwertskorngröße umFrom 35 to 65% of finely ground alumina with an a-Al ₂ O ₃ content of between 85 and 95%, which has been converted to high levels of fineness (half-grain size in order by means of aggregates customary in the ceramics industry) 2,5Mm) aufgemahlen ist,
besteht.2.5mm),
consists.