CN102705869B

CN102705869B - 燃汽轮机设备

Info

Publication number: CN102705869B
Application number: CN201110328112.6A
Authority: CN
Inventors: 平崎丈尾; 山本智彦; 山口明范; 秋月涉
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2031-10-25
Also published as: JP5627492B2; CN102705869A; JP2012163020A

Abstract

本发明提供一种燃汽轮机设备，其将燃料向燃汽轮机(10)的燃烧器(2)供给而进行运转，该燃料为通过湿式电集尘器(50)从含有灰尘和硫成分的气体的燃料中除去了灰尘而得到的燃料，其中，从湿式电集尘器(50)到燃烧器(2)引导燃料的BFG的流路为防锈配管(70)。

Description

燃汽轮机设备

技术领域

本发明涉及燃汽轮机设备，其例如将像从炼铁工艺流程产生的炼铁厂副产气体等那样在燃料中含有灰尘和硫成分的气体作为燃料而进行运转。

背景技术

以往，公知有一种将炼铁工艺流程中大量产生的炼铁厂副产气体(Blast Furnace Gas：BFG)作为燃料而进行运转的燃汽轮机设备、即、将BFG作为燃料而进行运转的BFG焚烧燃汽轮机设备。

以往的BFG焚烧燃汽轮机设备例如图4所示，以压缩机1、燃烧器2及汽轮机3为主要构成要素的燃汽轮机10将从炼铁工艺流程的高炉40等产生的BFG作为燃料而进行运转。在高炉40中产生的BFG由湿式电集尘器(EP)50除去灰尘后，被气体压缩机60压缩而向燃烧器2供给。具备这样的电集尘器50及气体压缩机60的结构例如在下述的专利文献1中被公开。

即，在将BFG作为燃料而进行运转的BFG焚烧燃汽轮机设备中，为了除去从高炉40供给的BFG中的灰尘(Fe成分)，而在气体压缩机60的上游侧设置湿式电集尘器50，该气体压缩机60对BFG进行压缩而向燃烧器2供给。

另外，例如图5所示，燃烧器2的内部对从压缩机1供给的燃烧用空气(图中的箭头AR)的流路进行选择切换，从而使燃烧用空气的一部分绕过燃烧器部21而向尾筒22侧流动。

为了进行燃烧用空气的流路切换，在燃烧器2的内部形成有具备旁通开闭阀23的旁通流路24。该旁通开闭阀23对在燃烧器2的内筒内部形成的燃烧室25内的空气比进行适当地调整，来实现稳定的燃烧状态。

需要说明的是，图5(a)为旁通开闭阀23打开的状态，图5(b)为旁通开闭阀23关闭的状态。

在上述的BFG焚烧燃汽轮机中，公知有例如下述的专利文献2所公开的那样通过干冰粒的喷射来除去附着于汽轮机静叶片的灰尘的技术、或例如下述的专利文献3所公开的那样直接且高精度地检测导电性灰尘的含有量而提前防止汽轮机叶片的损耗的技术。

【专利文献1】日本特开2004-190633号公报

【专利文献2】日本特开平10-220251号公报

【专利文献3】日本特开平7-265630号公报

在上述的以往的BFG焚烧燃汽轮机设备中，通过湿式电集尘器50能够除去BFG中含有的灰尘(Fe成分)。但是，由于湿式电集尘器50无法连气体状的硫化氢(H₂S)也除去，因此含有硫化氢的BFG被向燃烧器2供给。

另外，由于湿式电集尘器50的尾流配管为钢材，因此从这里产生的锈(Fe成分)不会被除去，而作为灰尘与BFG的流动一起向燃汽轮机10的燃烧器2供给。另外，还存在未被湿式电机集尘器50完全除去的灰尘向燃汽轮机10供给的情况。

因此，供给到燃汽轮机10的灰尘中含有的Fe成分与BFG中含有的硫化氢的硫成分反应，而生成熔点低的硫化铁(FeS)。该硫化铁在燃烧器2的内部熔融，从而成为沉淀而附着于燃汽轮机10内的高温部件表面。该情况的沉淀是例如在燃汽轮机10的运转中，熔融了的硫化铁伴随时间的经过而附着并固化于构成汽轮机3的高温部件(动叶片或静叶片等)的表面上的附着物(堆积物)。

另一方面，在燃汽轮机10中，当燃烧器2的旁通开闭阀23打开时，在燃烧室25的燃烧区域F中燃烧温度上升。燃烧区域F的燃烧温度越高，供给到燃烧器2中的铁成分的灰尘越熔融成大的粒径。因此，燃烧区域F的燃烧温度越高，越促进硫化铁(FeS)的生成，在打开燃烧器2的旁通开闭阀23的运转状态下，沉淀附着量存在增加的倾向。

上述的沉淀导致产生除去沉淀的作业，或者因沉淀附着而使高温部件的寿命降低，因此具有沉淀除去或高温部件更换等维修作业所需要的设备停止时间增大这样的问题。这样的设备停止时间的增大成为使BFG焚烧燃汽轮机设备的可用性降低的原因，因此对于设备的经济性来说不优选，从而，期望有沉淀的降低对策。

需要说明的是，该情况的可用性例如在通过BFG焚烧燃汽轮机设备进行发电的情况下，可以由下述的式子表示。

可用性＝(发电要求时间-停止时间)/发电要求时间

如此，以往的BFG焚烧燃汽轮机设备因沉淀附着而设备运转时间的缩短不可避免，因此期望减少沉淀附着量而提高可用性及经济性。

发明内容

本发明鉴于上述的情况而提出，其目的在于减少例如BFG焚烧燃汽轮机设备那样以在燃料中含有灰尘和硫成分的气体为燃料而进行运转的燃汽轮机的沉淀附着量，从而提高可用性及经济性。

本发明为了解决上述的课题，采用下述的方法。

本发明的燃汽轮机设备以含有灰尘和硫成分的气体为燃料，并将由集尘器除去灰尘后的所述燃料向燃汽轮机的燃烧器供给而使该燃烧器运转，其中，从所述集尘器到所述燃烧器引导燃料的流路为防锈配管。

根据这样的燃汽轮机设备，由于从集尘器到燃烧器引导燃料的流路为防锈配管，因此从集尘器下游的配管内产生锈的铁(Fe)成分减少。因此，与燃料一起向燃烧器供给的铁成分也减少，从而与硫化氢反应而生成的硫化铁也减少，进而能够降低附着在燃汽轮机的高温部件上的沉淀量。

在该情况下，作为适合的防锈配管，存在不锈钢(SUS)制的配管或在配管内表面实施了防锈涂敷的配管。

另外，作为防锈涂敷，存在使用了耐蚀性优良的乙烯基酯系树脂或聚酯系树脂的片状涂敷。

在上述的发明中，优选所述燃烧器具备使燃烧用空气绕过燃烧器部而向尾筒侧流动的旁通流路，在该旁通流路中设置的旁通开闭阀的开度控制是向燃烧温度及灰尘的滞留时间降低的方向缩小所述旁通开闭阀，由此，能够抑制供给到燃烧器中的灰尘(铁成分)的熔融而减少沉淀附着量。即，通过采用防锈配管，除了灰尘(锈的铁成分)产生量减少以外，还抑制到达燃烧器的灰尘的熔融，因此沉淀附着量进一步减少。

在该情况下，优选所述旁通阀的开度控制在从所述燃汽轮机的无负载至中间负载的低负载区域中，从全开到全闭逐渐缩小阀开度，在高负载区域中，维持全闭状态。

【发明效果】

根据上述的本发明，能够得到如下这样显著的效果，即，减少例如像BFG焚烧燃汽轮机设备等那样将在燃料中含有灰尘和硫成分的气体作为燃料而进行运转的燃汽轮机设备中成为问题的沉淀附着量，提高可用性及经济性。

附图说明

图1是表示作为本发明的燃汽轮机设备的一实施方式的BFG焚烧燃汽轮机设备的简要结构例的***图。

图2是在燃烧器内温度(横轴)及滞留时间(纵轴)的图形中，表示大粒径及小粒径的灰尘(硫化铁)熔融线与设置于燃烧器的旁通开闭阀的开度的关系的说明图。

图3是对以往及本发明进行比较而示出燃汽轮机的负载(横轴)与设置于燃烧器的旁通开闭阀的开度(纵轴)的关系的说明图。

图4是表示作为燃汽轮机设备的现有例的BFG焚烧燃汽轮机设备的简要结构例的***图。

图5是表示在燃汽轮机的燃烧器中形成的旁通流路的结构的图，(a)为旁通开闭阀打开的状态，(b)为旁通开闭阀关闭的状态。

【符号说明】

1 压缩机

2 燃烧器

3 汽轮机

10 燃汽轮机

21 燃烧器部

22 尾筒

23 旁通开闭阀

24 旁通流路

25 燃烧室

40 高炉(炼铁设备)

50 湿式电集尘器

60 气体压缩机

70 防锈配管

具体实施方式

以下，基于附图，对本发明的燃汽轮机设备的一实施方式进行说明。

图1所示的实施方式的燃汽轮机设备为将炼铁工艺流程中大量产生的炼铁厂副产气体(BFG)作为燃料而进行运转的BFG焚烧燃汽轮机设备，燃汽轮机10的输出使用于发电机的驱动等。

图示的燃汽轮机设备通过将由集尘器50除去灰尘后的燃料的BFG向燃汽轮机10的燃烧器2供给而使其运转。

燃汽轮机10是以压缩机1、燃烧器2及汽轮机3为主要构成要素的内燃机的原动机，通过燃料的燃烧等生成的高温的燃烧气体使汽轮机3旋转而得到旋转动能(轴输出)。

压缩机1吸入外部气体并将压缩后的燃烧用空气向燃烧器2供给。燃烧器2利用燃烧用空气使燃料的BFG燃烧，生成高温高压的燃烧气体而向汽轮机3供给。

接受到燃烧气体的供给的汽轮机3在燃烧气体所持有的热能的作用下进行旋转，从而能够得到对与汽轮机3的主轴连结的压缩机1或发电机(未图示)进行驱动的输出。需要说明的是，从汽轮机3排出的燃烧气体能够二次利用，例如导入排热回收锅炉而使用于蒸气生成等。

另外，成为燃汽轮机10的燃料的BFG在炼铁工艺流程的过程中从高炉40产生，在通过湿式电集尘器(EP)50除去BFG中的灰尘(粒子)后，被气体压缩机60压缩而向燃烧器2供给。

在本实施方式中，从湿式集尘器50到燃烧器2引导燃料的BFG的流路的配管使用防锈配管70。该防锈配管70例如为不锈钢原料的配管(不锈钢配管)或在配管内表面实施了防锈涂敷的配管(涂敷配管)，其防止或抑制配管内的锈产生。即，当防锈配管70使用不锈钢配管或涂敷配管时，即使BFG焚烧燃汽轮机设备连续运转，也能够将从湿式集尘器50的下游侧的防锈配管70产生的锈(铁成分)的灰尘量抑制成最小限度。

在此，作为涂敷配管的方法，列举出使用了乙烯基酯系树脂或聚酯系树脂的片状涂敷。片状涂敷是指在树脂中混入片状(薄片)状的玻璃，并通过抹涂、刷涂、喷射等实施涂敷的方法，通过将片状状的玻璃片多层重叠，从而具有优良的耐蚀性。另外，作为乙烯基酯系树脂，列举出双酚型或酚醛型乙烯基酯树脂，作为聚酯系树脂，列举出邻苯二甲酸系、间苯二甲酸系、双酚系、卤化改性聚酯树脂等。需要说明的是，因BFG的成分不同，也可以适当选择其他的防锈涂敷材料。

如此，若使从湿式电集尘器50到燃烧器2引导BFG的流路为防锈配管70，则从成为集尘器下游的燃料流路的配管产生的锈的灰尘量减少，因此和BFG一起向燃烧器2供给的铁成分的灰尘量也减少。即，在湿式电集尘器50中未能除去的铁成分的产生量减少，因此在高温的燃烧器2中，与同样在湿式电集尘器50中未能除去的硫化氢反应而生成的硫化铁量也减少。

由于上述的硫化铁的熔点低，因此以熔融的液状与高温的燃烧气体一起向下游侧流动，并附着在燃汽轮机10的高温部件表面而成为沉淀。因此，在燃烧器2中生成的硫化铁量的减少对附着于燃汽轮机10的高温部件表面、例如汽轮机3的动叶片或静叶片的表面的沉淀量的减少有效。

另一方面，为了在燃烧器2的内部进行燃烧用空气的流路切换，而形成具备图5所示那样的旁通开闭阀23的旁通流路24。

旁通开闭阀23是对在燃烧器2的内筒内部形成的燃烧室25内的空气比进行适当调整，来实现稳定的燃烧状态的空气流量调整阀，通过增大旁通开闭阀23的开度，从而绕过燃烧器部21而流动的燃烧空气量增加，在燃烧室25的燃烧区域F中燃烧温度上升。

图2在以横轴为燃烧器25内的燃烧温度、以纵轴为成为硫化铁的灰尘通过燃烧器25内的时间(滞留时间)的图形中示出大粒径灰尘熔融线及小粒径灰尘熔融线。需要说明的是，在图中，在比大粒径灰尘熔融线及小粒径灰尘熔融线靠上侧的区域中，灰尘熔融而成为液体，因此处于容易与硫化氢反应而生成硫化铁的状况，在下侧的区域中，灰尘为粒子状的固体，因此处于不与硫化氢反应的状况。

根据附图可知，与大粒径的灰尘相比，小粒径的灰尘即使横轴的燃烧器内温度低也容易熔融，并且，与大粒径的灰尘相比，小径的灰尘即使纵轴的滞留时间短也容易熔融。换言之，在粒径相同的灰尘的情况下，燃烧器温度越高，越容易熔融，滞留时间约长，越容易熔融。

因此，缩小旁通开闭阀23的开度，实施使绕过燃烧器部21而向尾筒22侧流动的燃烧空气量减少的开度控制。即，本实施方式的开度控制在燃汽轮机10的运转条件相同的情况下与以往相比时，例如图3所示，在从低负载到高负载的整个运转区域中，将旁通开闭阀23的阀开度设定得比以往控制的阀开度缩小。通过这样的本实施方式的开度控制，从压缩机1供给的燃烧空气量向燃烧器部21分配的燃烧空气量增加，从而向旁通流路24分配的燃烧空气量减少。

在这样的旁通开闭阀23的开度控制中，适合的阀开度控制如图3中实线所示，在大致均分最大负载值时的低负载区域侧，使阀开度逐渐缩小，在高负载侧，使阀开度全闭。换言之，优选旁通开闭阀23的开度控制在从无负载的全开状态至中间负载(大致50％负载)的全闭状态的低负载区域中，随着负载的上升而阀开度逐渐缩小直至全闭，从中间负载到最大负载的高负载区域中，维持全闭状态。

其结果是，在整个负载区域中，向燃烧区域F分配的燃烧空气量增加。因此，通过燃烧区域F的燃烧空气的流速增加而灰尘的滞留时间缩短，并且，燃烧区域F的燃烧温度也降低。因此，铁成分的灰尘在燃烧器2内成为难以熔融的状况，例如图2中空心箭头所示，通过使旁通开闭阀23的开度向关闭方向变更而缩小，从而燃烧区域F的状况进入比大粒径灰尘熔融线靠下方的区域，灰尘成为固体的状态而不与硫化氢反应。即，通过使旁通开闭阀23的开度向关闭方向变更而缩小，从而燃烧区域F的状况从大粒径灰尘熔融的P1向不熔融的P2变化。

通过进行这样的旁通阀23的开度控制，与燃料的BFG一起向燃烧器2供给的铁成分的灰尘难以熔融，因此能够减少与硫化氢反应而生成的硫化铁的产生量。

当这样减少硫化铁的产生量时，能够抑制或防止在高温的环境下熔融了的硫化铁的液体与燃烧气体一起向下游侧流动，附着在例如汽轮机3的动叶片或静叶片等的高温部件表面，并且其固化而成为沉淀的附着物残留的情况。即，通过采用防锈配管70，除了减少灰尘产生量以外，对于到达燃烧器2的少量的灰尘，也能够抑制其熔融，因此使沉淀附着量进一步减少。

这样，当在BFG焚烧燃汽轮机设备中成为问题的沉淀附着量减少时，沉淀除去的作业量降低、能够防止沉淀附着引起的高温部件的寿命降低，因此沉淀除去或高温部件更换等维修作业所需的设备停止时间减少，从而可用性及经济性提高，因此对BFG焚烧燃汽轮机设备的产品竞争力提高起到显著的效果。

需要说明的是，本发明没有限定为上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够适当变更，例如本发明还能够适用于将像煤或残渣油等气化后的气体那样含有灰尘及硫成分的BFG以外的燃料气体作为燃料进行使用的燃汽轮机设备等。

Claims

1.一种燃汽轮机设备，其以含有灰尘和硫成分的气体为燃料，并将由集尘器除去灰尘后的所述燃料向燃汽轮机的燃烧器供给而使该燃烧器运转，其中，

从所述集尘器到所述燃烧器引导燃料的流路为防锈配管，

所述燃烧器具备使燃烧用空气绕过燃烧器部而向尾筒侧流动的旁通流路，

在该旁通流路中设置的旁通开闭阀的开度控制是在从所述燃汽轮机的无负载至中间负载的低负载区域中，从全开到全闭逐渐缩小阀开度，在从中间负载至最大负载的高负载区域中，维持全闭状态，在所述高负载区域中，通过所述燃烧器的燃烧区域的燃烧空气的流速增加而灰尘的滞留时间缩短，从而使所述燃烧区域的燃烧温度降低而防止或抑制硫化铁向所述燃气轮机的高温部件的沉淀附着。

2.根据权利要求1所述的燃汽轮机设备，其中，

所述防锈配管是在内表面实施了使用乙烯基酯系树脂或聚酯系树脂的片状涂敷的配管。

3.根据权利要求1所述的燃汽轮机设备，其中，

所述防锈配管为不锈钢制配管。