[发明专利]控制烧重油的燃气轮机的方法

说明书

发明涉及烧重油的发电燃气轮机的有效运转方法。本发明也适用于靠重油，石油焦，石油化工厂的残油及其它燃料而运转的锅炉。

在利用锅炉和燃气轮机来产生动力的工厂中，营运成本的绝大部份由燃料所占去，为了降低成本，经常采用便宜的重油(包括石油焦，柏油，各种炼油厂的残油)。然而重油含有由钠(Na)，硫(S)，钒(V)所代表的各种元素的腐蚀性化合物，这在锅炉的和与烧重油产生的气体直接接触的燃气轮机的热结构件中会引起严重的腐蚀磨损问题。特别是，燃气轮机的动叶片和静止叶片因下列二个原因而遭受极大的磨损：首先，与锅炉中传热管不同的是，此种动叶片和静止叶片受不到水蒸汽的强烈冷却作用；其次，出于更有效的电力生产的目的，新近模式的燃气轮机设计得要产生更热的燃烧气体。

为解决在靠烧重油而运转的发电燃气轮机(以下称为烧重油的燃气轮机)中出现的热腐蚀这个问题，已提出了各种方法。在这些方法中有：    

(1)将重油中含有的诸如Na、S、V这类元素的腐蚀性化合物用物理方法或化学方法去除，借此制备少腐蚀性重油燃料；

(2)与热燃烧气体直接接触的动叶片和静止叶片由在高温下抗燃烧气体的腐蚀作用的材料制成；

(3)动叶片和静止叶片的表面用在高温下高抗腐蚀的涂层加以保护；

(4)让冷却空气有效地流经动叶片和静止叶片的内部，使得它们的表面温度降低得足以抑制在高温下出现的腐蚀反应；

(5)将腐蚀抑制剂加入于后将燃烧的重油中，使得抑制剂与重油中的腐蚀性化合物发生化学反应，借此将它们转换成非腐蚀性化合物。

然而，这些方法都有其如下所述的自身问题，因而需要开发出更有效且经济的替换方法。

依赖从重油中去除腐蚀性成份的第一种方法的问题是，许多腐蚀性化合物是油溶性的，因而不能用简单的程序予以分离；特别是从重油中去除S和V是相当昂贵因而是不经济的，虽然在技术上这是可行的。

在为改进燃气轮机的动叶片和静止叶片的热腐蚀抗力的第二方法中，加入诸如铬和铝这类金属成份是有效的，但此种添加物将恶化动叶片和静止叶片的高温强度和其加工性能；于是，动叶片和静止叶片零件还需进一步研制，使其既满足抗热腐蚀的要求又满足高温强度的要求。

信赖带有在高温下高抗腐蚀的涂层的动叶片和静止叶片的保护表面的第三种方法已实施了许多年。该方法的优点是，在选择保护涂层的金属成份方面有较大的自由度，因为它不要求动叶片和静止叶片所需的高温强度，而有热腐蚀抗力就足够了。该方法已证明在采用不含很多杂质的高质量燃油的燃气轮机中可抑制腐蚀的发生；但是对于本发明所想用的这类烧重油的燃气轮机却未得到令人满意的结果。

信赖利用空气冷却来降低动叶片和静止叶片温度的第四种方法不适用于所有的情况，因为增加冷却空气量的不可避免的应用会降低燃气轮机运转的效率。

烧加入腐蚀抑制剂后的重油的第五种方法对烧重油的烧气轮机来说采用得最广泛。在此方法中，重油中的Na盐通过排掉热水而去除，之后，将Mg，Ca，Ba，Si等的化合物加入到燃烧的重油中，借此，让所加入的化合物与重油中的Na，S和V化合物产生化学反应，使得它们的腐蚀作用受到抑制。

到目前为止，已提出许多加入重油中的腐蚀抑制剂，现举些例子，它们是：Fe，Al，Zn和Sn的氧化物以及这些金属的硬脂酸盐(见日本专利申请NO.8430/1954)；诸如Co，Mn，Fe，Cu，Ca，Ba和Mg的有机化合物(见日本专利请NO.9663/1968)；诸如MgO，CaO，SiO₂，Cr₂O₃，A1₂O₃和Fe₂O₃的氧化物(见日本专利申请NO.29283/1973，日本专利公开文件NO.66873/1977及日本专利NO.1094783)；MgO和其它高融点化合物(USP NO.2949008和3002825)；硅酸铝(瑞士专利NO.314443)；硅酸钙(USP NO.2843200)。

加入这些腐蚀抑制剂的问题是将不可避免地增加沉积在动叶片和静止叶片表面上的燃烧残余物(灰)的量。虽然腐蚀抑制剂在防止高温下出现腐蚀方面是有效的，但它们的沉积物会使燃烧气体的通过通道变窄，而所导致的吸阻的增加将降低燃气轮机的工作效率。

在非常信赖进口石油用作燃料的日本和其它一些国家，燃油价格非常昂贵，使得营运燃气轮机的成本的85％以上都被燃料所占去。在这种形势下，防止燃气轮机工作效率，因而也就是动力生产的降低是非常关键的，不管其量是多么小。