[发明专利]燃气轮机的燃烧方法和设备

说明书

本发明涉及燃气轮机的燃烧方法和设备。

所谓混合式燃烧器是公知，例如，专利文献EP-A-0193838中公开的混合式燃烧室可以向燃烧区域喷射水或蒸汽。有关燃烧器设计的细节，这篇文献可作为特别的参考文献。在专利文献DE-A-3606625中还公开了另外各种带有惰性物质附加喷射的燃烧器。水和/或蒸汽喷射到燃烧室的燃烧区域，以降低燃烧区域的温度，并因此减少有害于环境的氧化氮NOX的产生。

例如，为了防止燃气涡轮机组件的损坏，向燃气轮机的燃料中添加掺合剂也是公知的技术，特别是例如一些含钒重油燃料存在的问题是，在一些传递高温燃气的组件上，特别是涡轮叶片上，钒生成了钒的化合物，这些化合物的熔点较低，腐蚀性强，并能很快地使抗氧化膜溶解，致使大大地加速高温腐蚀。为了避免这种形式的腐蚀，公知的手段是向燃料中添加金属化合物，这些化合物在燃烧中与钒作用形成钒酸盐。钒酸盐的熔点很高，在通常的叶片工作温度下仍然是固态。对用于此目的的绝大多数金属化合物，其中镁化合物是特别有效的，因为有足够的镁能生成在温度达到1159℃时才能熔化的镁的原钒酸（Mg₃V₂O₃），含有沉淀的合成镁很容易地从叶片上除掉。至今，镁一直是以可溶于油的化合物形式、或以胶状悬浮体形式、或经可溶于水乳状盐的形式加入到燃料中。

可溶于油的添加剂的产生成本很高，例如，使用钒含量高的燃料是很不经济的。以悬浮或胶体状态的低成本不溶于油的镁化合物添加剂出现严重的稳定问题且需要可观的设备费用。氧化镁悬浮物能引起燃烧器喷嘴腐蚀。在专利文献AU-B496757中公开了使用能在水中溶解并与燃料乳化的硫酸镁，但是计量和与燃料混合的费用相当贵，且维持恒定的比例也困难。鉴于这种的原因，到目前为止，几乎都采用成本高的可溶于油的添加剂。

本发明的一个目的，是提供一种使用含钒燃料的燃气机的燃烧方法，该燃气轮机的燃烧室中至少有一个燃烧器，溶于水的镁化合物作为添加剂通过喷嘴单独的喷射到燃烧室内。

本发明的另一目的，是提供实施上述方法的设备，该设备有一个燃烧器，至少一个能将水和/或蒸汽喷射到燃烧室内的喷嘴，和一个含有溶解的镁化合物水的容器，该容器通过计量装置和至少一个喷嘴连接。

含有溶解的镁化合物的水直接喷到燃烧器火焰上，具有喷嘴喷射燃料相同的作用。

镁化合物最好是一种镁盐，具体地说可以是硫酸镁（MgSO₄）。每一份重量的钒大约要向燃烧室引入三份重量的镁。可溶于水的镁化合物的浓度最好调节到每份容积燃料通过喷嘴喷入1/10或更少容积的含有溶解的镁化合物的水。

本发明提供的方法及其相关的设备就有可能对燃烧过程提供可靠的低成本的镁添加剂，从而避免上述出现的技术问题。

向燃烧室单独喷射水和溶解于水中的镁化合物相对工艺技术的实现而言都要比溶于水中的镁化合物燃料乳化作用更为简单。根据燃料中钒的比例而精确计量欲添加的镁的比例能无困难的实现。有关燃烧器必要的辅助设备不是特别昂贵，且已证实对减少排气中的氧化氮NOX是有效的。喷射溶解的镁化物不出现任何技术上的问题，因为喷射用于其它目的较大比例的水已经实现。

下面详细说明整个工艺过程：

在20℃时，硫酸镁MgSO₄在水中的溶解度为25.8%，而在0℃时为20.9%。在燃烧器火焰中发生下列反应：

3MgSO₄+V₂O₅→Mg₃V₂O₃+3SO₃

由硫酸盐引入的附加硫的含量与通常含于燃料中的含量相比小到可以忽略的程度。而且，与溶于油的镁化物添加剂相比，对燃烧过程不存在别的缺点和反应出别的产物。

利用下列实例可以说明所要求的各种含量：

对于在燃料中假设有高达万分之三百的含钒量和镁与钒的计量比为3∶1，油耗为10kg/S的燃气轮机大约需要硫酸镁MgSO₄为160kg/h。如果利用水中20%的硫酸镁MgSO₄溶剂（它离溶解度极限足够远），则所要求的溶液量为800kg或670kg/h。

对实施本发明的方法而言，现有的燃烧器只要求有普通的辅助设备，即至少有一个装溶于水的镁化合物的容器和一个借助水的喷射向燃烧室输送的计量装置。