• 专利附录
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  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1989008803A1
    申请号:PCT/DE1989/000026
    申请日:1989-01-19
    公开日:1989-09-21
    发明作者:Norbert Czech
    申请人:Siemens Aktiengesellschaft；
    IPC主号:C10L10-00
    专利说明:
    Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Gasturbine mit Zuführung von Zusatzstoffen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine gemässdem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine entsprechende Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 7. Aus der EP-A-O 193 838 ist beispielsweise ein sogenannter Hybridbrenner bekannt, welcher auch Möglichkeiten zur Einspritzung von Wasser oder Dampf in die Verbrennungszone vorsieht. Wegen Einzelheiten der Brennerkonstruktion wird ausdrücklich auf diese Schrift Bezug genommen. Weitere Varianten von Brennern mit zusätzlicher Einspritzung von Inertstoffen sind auch aus der DE-A 36 06 625 bekannt. Wasser und/oder Dampf werden z. B. in die Verbrennungszone einer Brennkammer eingedüst, um dort die Temperatur zu senken und so die Erzeugung von umweltschädigendem NOzu verringern. Aus dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, dem Brennstoff bei der Feuerung von Gasturbinen Additive beizumischen, beispielsweise, um die Bauteile der Gasturbine vor Schäden zu schützen. Insbesondere gibt es Probleme durch vanadiumhaltige Brennstoffe, beispielsweise bestimmte Schweröle. Das Vanadium bildet an den heissgasführenden Bauteilen, insbesondere den Schaufeln einer Gasturbine, niedrigschmelzende Vanadiumverbindungen, die sehr aggressiv sind und schützende Oxidschichten schnell auflösen. Dies führt zu einer stark beschleunigten Hochtemperaturkorrosion. Zur Vermeidung dieser Korrosionsform ist es bekannt, dem Brennstoff Metallverbindungen beizumischen, die während der Verbrennung mit dem Vanadium reagieren und Vanadate bilden, die sich durch so hohe Schmelzpunkte auszeichnen, dass sie bei den üblichen Schaufeltemperaturen in fester Form vorliegen. Unter zahlreichen Metallverbindungen haben sich insbesondere die des Magnesiums bewährt, da sich bei hinreichendem Magnesiumüberschuss Magnesium-Orthovanadat (Mg3V208) bildet, das erst bei 1159µC schmilzt. Die entstehenden magnesiumhaltigen Beläge sind andererseits gut von den Schaufeln wieder zu entfernen. Bisher wird das Magnesium dem Brennstoff entweder in Form von öllöslichen Verbindungen, kolloidalen Suspensionen oder in Form von wasserlöslichen Salzen, die emulgiert werden müssen, beigemischt. Die Herstellung öllöslicher Additive ist sehr aufwendig und hat hohe Kosten zur Folge, die beispielsweise bei hohen Vanadiumgehalten die Verwendung eines Brennstoffes unwirtschaftlich machen können. Die Beimischung von preiswerteren, nicht öllöslichen Magnesium-Verbindungen als Suspension oder Emulsion bereitet schwerwiegende Stabilitätsprobleme und erfordert einen erheblichen apparativen Aufwand. Durch Magnesium-Oxid Suspensionen kann es zum Verschleiss von Brennerdüsen kommen. Aus der AU-B 496 757, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ist die Verwendung von in Wasser gelöstem Magnesiumsulfat, welches mit dem Brennstoff emulgiert wird, bekannt. Die Dosierung und Mischung mit dem Brennstoff ist jedoch relativ aufwendig und nur schwer konstant zu halten. In fast allen Anwendungsfällen musste daher bisher auf die teuren öllöslichen Additive zurückgegriffen werden. Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, welche eine zuverlässige und preisgünstige Beimischung von Magnesium in den Verbrennungsprozess unter Vermeidung der genannten Probleme ermöglichen. Insbesondere soll die Beimischung von im Wasser gelöstem Magnesiumsulfat in den Verbrennungsprozess vanadiumhaltiger Brennstoffe erleichtert und verbilligt werden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäss dem Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung gemäss Anspruch 6 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben. Das gesonderte Eindüsen einer in Wasser gelösten Magnesium verbindung zusammen mit dem Wasser in die Brennkammer ist verfahrenstechnisch wesentlich leichter zu beherrschen als das emulgieren einer in Wasser gelösten Magnesiumverbindung mit dem Brennstoff. Dadurch kann eine genaue Dosierung des einzubringenden Magnesiumanteils im Verhältnis zum Vanadiumanteil im Brennstoff problemlos bewerkstelligt werden. Die notwendigen Zusatzeinrichtungen am Brenner sind nicht besonders aufwendig und haben sich im Zusammenhang mit der Reduzierung von NO im Abgas schon bewährt. Durch direktes Einsprühen der in Wasser gelösten Magnesiumverbindung in die Flamme wird praktisch der gleiche Effekt erzielt wie bei einer Eindüsung zusammen mit dem Brennstoff. Als preisgünstige und leicht in Wasser lösbare Magnesiumverbindung kommt vorzugsweise Magnesiumsulfat in Betracht. Pro Gewichtsanteil Vanadium im Brennstoff sollten etwa drei Gewichtsanteile Magnesium zugeführt werden. Dabei lässt sich die Konzentration der wasserlöslichen Magnesiumverbindung im Wasser so einstellen, dass pro Volumenanteil Brennstoff etwa ein Zehntel Volumenanteil Wasser mit gelöster Magnesiumverbindung eingedüst werden muss. Dies stellt technisch kein Problem dar, weil bereits die Eindüsung von wesentlich grösseren Anteilen Wasser in anderem Zusammenhang gelöst ist. Zur Erläuterung des ganzen Vorganges seien noch folgende Daten gegeben: Bei 20C lösen sich 25,8 %, bei 0"C 20,9 % MgSO4in Wasser. In der Brennerflamme läuft dann folgende Reaktion ab:3 MgSO4+ V205 - > Mg3V208 + 3S03. Die Menge des durch das Sulfat zusätzlich eingeführten Schwefels fällt gegenüber derjenigen Schwefelmenge, die gewöhnlich im Brennstoff enthalten ist, nicht ins Gewicht. Auch ansonsten ergeben sich gegenüber der Beimischung einer öllöslichen Magnesium-Verbindung keine Nachteile für den Verbrennungsprozess und die entstehenden Emissionen. Die benötigten Mengen seien anhand des folgenden Beispiels erläutert: Bei einem angenommenen, relativ hohen Vanadiumgehalt von 300 ppm im Brennstoff und einem Dosierverhältnis Magnesium zu Vanadium von 3 : 1 benötigt eine Gasturbine mit einem Brennstoffverbrauch von 10 kg/s etwa 160 kg MgSO4/h.Wird eine 20%ige Lösung von MgSO4in Wasser eingesetzt, was genügend weit von der Löslichkeitsgrenze entfernt ist, so beträgt die benötigte Lösungsmenge 800 kg bzw. 670 1 Lösung/h. Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Ansprüchen 6, 7 und 8 angegeben. Demgemäss benötigen die an sich bekannten Brenner zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens Zusatzvorrichtungen, nämlich mindestens einen zusätzlichen Vorratsbehälter für eine in Wasser gelöste Magnesiumverbindung und eine Dosiereinrichtung, die die Einspeisung in die Brennkammer über Wasserdüsen ermöglicht. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt. Dabei wurde beispielhaft ein Brenner gewählt, wie er ausführlich in der EP-A-O 193 838 beschrieben ist. Auf Ausführungen zu den konstruktiven Einzelheiten des Brenners selbst wird hier verzichtet. Wichtig ist nur, dass der Brenner 1 Vorrichtungen zur Eindüsung von Wasser 2 und/oder Dampf 3 aufweist. Nicht entscheidend ist, ob es sich um einen Vormischbrenner, einen Diffusionsbrenner oder einen sogenannten Hybridbrenner handelt. Erfindungsgemäss ist einem solchen Brenner mindestens ein Vorratsbehälter 4 zugeordnet, der über eine Dosiereinrichtung 5 mit den Eindüsungsvorrichtungen 2, 3 für Wasser und/oder Dampf in Verbindung steht. Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für Gasturbinenanlagen, in denen immer oder zeitweise vanadiumhaltiger Brennstoff verfeuert werden soll.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Verfahren zum Betrieb einer mit vanadiumhaltigem Brennstoff befeuerten Gasturbine, wobei die Gasturbine mindestens einen Brenner in einer Brennkammer aufweist und wobei in die Brenn¬ kammer als Zusatzstoff eine in Wasser gelöste Magnesiumverbin¬ dung zugeführt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h¬ n e t, daß die in Wasser gelöste Magnesiumverbindung mit dem Wasser gesondert in die Brennkammer eingedüst wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n¬ z e i c h n e t, daß das Wasser mit der gelösten Magnesium- verbiπdung direkt in die Flamme des Brenners gesprüht wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e¬ k e n n z e i c h n e t, daß die Magnesiumverbindung ein Mag¬ nesiumsalz ist, vorzugsweise Magnesiumsulfat (MgSO.).
    4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in die
    Brennkammer pro Gewichtsanteil Vanadium etwa 3 Gewichtsan¬ teile Magnesium zugeführt werden.
    5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kon¬ zentration der wasserlöslichen Magnesiumverbindung im Wasser so eingestellt wird, daß pro Volumenanteil Brennstoff etwa ein Zehntel oder weniger Volumenanteil Wasser mit gelöster Magnesiumverbindung eingedost wird.
    6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem für Wassereindüsung
    (2) und/oder Da pfeindüsung (3) in die Brennkammer ausgerüste¬ ten Brenner (1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens ein zusätzlicher Vorratsbehälter für Wasser mit einer darin gelösten Magnesiumverbindung über eine Dosierein- richtuπg (5) mit der Wasser- oder Dampfeindüsungseinrichtung (2, 3) im Brenner (1) in Verbindung steht.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n¬ z e i c h n e t, daß der Vorratsbehälter (4) ein Fassungsver¬ mögen größer als 1 m hat.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e¬ k e n n z e i c h n e t, daß die Wasser- oder Dampfeindüsungs- einrichtung (2, 3) so dimensioniert ist, daß etwa ein Zehntel des pro Zeiteinheit zugeführten Brennstoffvolumens an Wasser mit gelöster Magnesiumverbindung eingedüst werden kann.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    EP0533652B1|1995-03-29|
    JP2977569B2|1999-11-15|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1989-09-21| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1989-09-21| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1990-07-23| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989901457 Country of ref document: EP |
    1993-03-31| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989901457 Country of ref document: EP |
    1995-03-29| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989901457 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE3808016||1988-03-10||
    DEP3808016.8||1988-03-10||EP89901457A| EP0533652B1|1988-03-10|1989-01-19|Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer gasturbine mit zuführung von zusatzstoffen|
    DE1989509147| DE58909147D1|1988-03-10|1989-01-19|Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer gasturbine mit zuführung von zusatzstoffen.|
    CN 89102504| CN1014630B|1988-03-10|1989-03-10|燃气轮机的燃烧方法和设备|
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